JP2016162929A - Heat dissipation grease, and semiconductor cooling structure using the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heat dissipation grease capable of exhibiting excellent heat dissipation even if the thickness is reduced, and to provide a semiconductor cooling structure using the same.SOLUTION: A heat dissipation grease 1 interposed between adherends 18, 19, and used under pressure, and a semiconductor cooling structure using the same are provided. The heat dissipation grease 1 contains a silicone oil 11, and a heat conduction filler 12 dispersed into the oil. The heat conduction filler 12 has a Mohs hardness of 4 or less, and a heat conductivity of 80 W/mK or more. In the semiconductor cooling structure, a semiconductor module, an insulator, and a cooling pipe are pressurized and brought into close contact with each other, and the heat dissipation grease 1 is interposed between the semiconductor module and the insulator and between the insulator and the cooling pipe.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、放熱性に優れた放熱グリス及びこれを用いた半導体冷却構造に関する。   The present invention relates to a heat dissipating grease excellent in heat dissipation and a semiconductor cooling structure using the same.

例えば発熱体を備える被着体と冷却手段を備える他の被着体との密着性を高めることによって冷却性能を高めるため、被着体間に放熱性を有するグリスや接着剤を介在させることが行われている。このような接着剤としては、例えば、導電性粒子と、該導電性粒子よりも平均粒径が小さく、表面に絶縁層が形成された金属粒子からなる熱伝導粒子とが接着剤成分に分散された異方性導電接着剤が開発されている(特許文献1参照)。   For example, in order to improve the cooling performance by enhancing the adhesion between the adherend having a heating element and another adherend having a cooling means, a grease or an adhesive having heat dissipation may be interposed between the adherends. Has been done. As such an adhesive, for example, conductive particles and heat conductive particles made of metal particles having an average particle size smaller than the conductive particles and having an insulating layer formed on the surface are dispersed in the adhesive component. An anisotropic conductive adhesive has been developed (see Patent Document 1).

特開2014−677620号公報JP 2014-676720 A

熱伝導粒子等の熱伝導フィラの配合量を増やすことにより、グリスや接着剤の放熱性を高めることは可能である。しかしながら、グリスや接着剤等の樹脂材料中に熱伝導フィラを多量に配合すると粘度が高くなる。また、放熱性を高めるためには、多量に配合した熱伝導フィラを最密充填させる必要性があり、その結果、上述の従来技術のように粒径の大きなフィラと小さなフィラとを組み合わせる必要がある。しかし、粘度が高く、粒径の大きなフィラを有するグリスや接着剤を用いると、被着体間に介在させるグリスや接着剤の厚みが必然的に大きくなってしまう。その結果、従来のグリスや接着剤においては、厚みの縮小と放熱性の向上との両立が困難であった。   By increasing the blending amount of the heat conductive filler such as the heat conductive particles, it is possible to improve the heat dissipation of the grease and the adhesive. However, when a large amount of heat conductive filler is blended in a resin material such as grease or adhesive, the viscosity increases. In addition, in order to improve heat dissipation, it is necessary to close-pack a large amount of heat-conducting filler, and as a result, it is necessary to combine a filler with a large particle size and a filler with a small particle size as in the above-described prior art. is there. However, when a grease or an adhesive having a high viscosity and a filler having a large particle size is used, the thickness of the grease or the adhesive interposed between the adherends inevitably increases. As a result, it has been difficult for conventional grease and adhesives to achieve both reduction in thickness and improvement in heat dissipation.

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、厚みを小さくしても優れた放熱性を発揮することができる放熱グリス及びこれを用いた半導体冷却構造を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such a background, and an object of the present invention is to provide a heat dissipating grease capable of exhibiting excellent heat dissipating property even when the thickness is reduced, and a semiconductor cooling structure using the heat dissipating grease.

本発明の一態様は、被着体間に介在させ、加圧下で使用される放熱グリスであって、
シリコーン系オイルと、
該シリコーン系オイル中に分散された熱伝導フィラと、を含有し、
該熱伝導フィラは、モース硬度が4以下であり、熱伝導率が80W/mK以上であることを特徴とする放熱グリスにある。
One aspect of the present invention is a heat dissipating grease interposed between adherends and used under pressure,
Silicone oil,
A heat conductive filler dispersed in the silicone oil,
The thermal conductive filler is in a heat radiation grease characterized by having a Mohs hardness of 4 or less and a thermal conductivity of 80 W / mK or more.

本発明の他の態様は、半導体モジュールと、絶縁体と、冷却管とが、それぞれの主面において互いに加圧密着された半導体冷却構造であって、
上記半導体モジュールの主面と上記絶縁体の主面との間、及び該絶縁体の他の主面と上記冷却管の主面との間には、上記放熱グリスが介在していることを特徴とする半導体冷却構造にある。
Another aspect of the present invention is a semiconductor cooling structure in which a semiconductor module, an insulator, and a cooling pipe are pressure-contacted to each other on their main surfaces,
The heat dissipating grease is interposed between the main surface of the semiconductor module and the main surface of the insulator, and between the other main surface of the insulator and the main surface of the cooling pipe. It is in the semiconductor cooling structure.

上記放熱グリスは、シリコーン系オイルと、該シリコーン系オイル中に分散された、所定のモース硬度及び熱伝導率を有する熱伝導フィラとを含有している。そして、放熱グリスは、被着体間に介在させ、加圧下で使用される。そのため、被着体間において、上記のごとくモース硬度の低い熱伝導フィラを変形させることができ、被着体間で熱伝導フィラが熱を充分に伝達することができる。そのため、被着体間に塗布する放熱グリスの厚みを小さくしても、放熱グリスは優れた放熱性を発揮することができる。また、熱伝導フィラの配合量を少なくしても、放熱グリスは優れた放熱性を発揮することができる。   The heat dissipating grease contains a silicone oil and a heat conductive filler having a predetermined Mohs hardness and thermal conductivity dispersed in the silicone oil. And the thermal radiation grease is interposed between the adherends and used under pressure. Therefore, the heat conductive filler having a low Mohs hardness can be deformed between adherends as described above, and the heat conductive filler can sufficiently transfer heat between the adherends. Therefore, even if the thickness of the heat dissipating grease applied between the adherends is reduced, the heat dissipating grease can exhibit excellent heat dissipation. Moreover, even if it reduces the compounding quantity of a heat conductive filler, the thermal radiation grease can exhibit the outstanding heat dissipation.

上記半導体冷却構造は、半導体モジュールと絶縁体と冷却管とが、それぞれの主面において互いに加圧密着されており、各主面の間には上述の放熱グリスが介在している。即ち、上述の放熱グリスが被着体(半導体モジュール、絶縁体、冷却管)間に加圧された状態で配置されている。そのため、半導体冷却構造においては、放熱グリスの厚みを小さくしても、放熱グリスが優れた放熱性を発揮することができる。それ故、半導体冷却構造は、放熱性に優れる。   In the semiconductor cooling structure, the semiconductor module, the insulator, and the cooling pipe are pressure-contacted with each other on each main surface, and the above-described heat release grease is interposed between the main surfaces. In other words, the above-described heat dissipating grease is disposed between the adherends (semiconductor module, insulator, cooling pipe) in a pressurized state. Therefore, in the semiconductor cooling structure, even if the thickness of the heat dissipation grease is reduced, the heat dissipation grease can exhibit excellent heat dissipation. Therefore, the semiconductor cooling structure is excellent in heat dissipation.

第1実施形態における、加圧状態で被着体間に介在する放熱グリスの断面図。Sectional drawing of the thermal radiation grease which interposes to a to-be-adhered body in the pressurization state in 1st Embodiment. 実施例1〜実施例4、比較例1、及び比較例2の放熱グリスの圧力と熱抵抗との関係を示す説明図。Explanatory drawing which shows the relationship between the pressure of the thermal radiation grease of Example 1- Example 4, the comparative example 1, and the comparative example 2, and thermal resistance. 第2実施形態における、半導体冷却構造の断面図。Sectional drawing of the semiconductor cooling structure in 2nd Embodiment. 第2実施形態における、積層された半導体冷却構造の斜視図。The perspective view of the laminated | stacked semiconductor cooling structure in 2nd Embodiment.

(第1実施形態)
本実施形態においては、実施例及び比較例にかかる複数の放熱グリスを作製し、加圧条件下における放熱グリスの放熱特性を評価する。図1に示すごとく、本実施形態における放熱グリス1は、被着体18、19間に介在させ、加圧下で使用される。放熱グリス1は、シリコーン系オイル11と、このシリコーン系オイル11中に分散された多数の熱伝導フィラ12とを含有する。
(First embodiment)
In the present embodiment, a plurality of heat dissipation greases according to Examples and Comparative Examples are produced, and the heat dissipation characteristics of the heat dissipation grease under pressure conditions are evaluated. As shown in FIG. 1, the thermal radiation grease 1 in this embodiment is interposed between the adherends 18 and 19 and used under pressure. The heat dissipating grease 1 includes a silicone oil 11 and a large number of thermally conductive fillers 12 dispersed in the silicone oil 11.

熱伝導フィラ12としては、アルミニウム(Al;実施例1)、窒化ホウ素(BN;実施例2)、グラファイト(実施例3)、酸価マグネシウム(MgO;実施例4)、アルミナ(Al23;比較例1)、又は窒化アルミニウム(AlN;比較例2)を用いた。これらの熱伝導フィラ12のモース硬度、熱伝導率、平均粒子径、形状、体積抵抗値をそれぞれ後述の表1に示す。なお、平均粒子径は、レーザー回折・散乱法によって求めた粒度分布における体積積算値50%での粒径を意味する。 As the thermal conductive filler 12, aluminum (Al; Example 1), boron nitride (BN; Example 2), graphite (Example 3), acid value magnesium (MgO; Example 4), alumina (Al 2 O 3) Comparative Example 1) or aluminum nitride (AlN; Comparative Example 2) was used. The Mohs hardness, thermal conductivity, average particle diameter, shape, and volume resistance value of these thermal conductive fillers 12 are shown in Table 1 described later. The average particle diameter means a particle diameter at a volume integrated value of 50% in a particle size distribution obtained by a laser diffraction / scattering method.

シリコーンオイル11に各熱伝導フィラ12を混合することにより、6種類の放熱グリス1(実施例1〜実施例4、比較例1、及び比較例2)を作製した。シリコーンオイル11としては、市販品(信越化学工業(株)製のKF−96)を用いた。各放熱グリス1における熱伝導フィラ12の配合量(充填量)を後述の表1に示す。   Six types of heat radiation grease 1 (Examples 1 to 4, Comparative Example 1, and Comparative Example 2) were prepared by mixing each thermal conductive filler 12 with the silicone oil 11. As the silicone oil 11, a commercial product (KF-96 manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) was used. The blending amount (filling amount) of the heat conductive filler 12 in each heat radiation grease 1 is shown in Table 1 described later.

次に、各実施例及び比較例の放熱グリス1について、加圧条件下における熱抵抗を測定した。熱抵抗は、定常法を用いた熱抵抗測定装置((株)レスカ製の熱伝導率測定装置TCM−1000)により測定した。この熱抵抗測定装置により、放熱グリス1を加圧しながら、放熱グリス1の熱抵抗(W/K)を測定した。測定範囲は、0.03〜50WmK(熱伝導率)である。放熱グリス1にかかる圧力と、放熱グリス1の熱抵抗との関係を図2に示す。また、放熱グリス1にかかる圧力が0.73MPaである時における放熱グリスの熱抵抗を表1に示す。   Next, the thermal resistance of the heat release grease 1 of each example and comparative example was measured under pressure. The thermal resistance was measured with a thermal resistance measuring device (thermal conductivity measuring device TCM-1000 manufactured by Resuka Co., Ltd.) using a steady method. With this thermal resistance measuring device, the thermal resistance (W / K) of the thermal grease 1 was measured while pressurizing the thermal grease 1. The measurement range is 0.03 to 50 WmK (thermal conductivity). The relationship between the pressure applied to the heat dissipation grease 1 and the thermal resistance of the heat dissipation grease 1 is shown in FIG. Table 1 shows the thermal resistance of the heat dissipating grease when the pressure applied to the heat dissipating grease 1 is 0.73 MPa.

Figure 2016162929
Figure 2016162929

表1より知られるように、実施例1〜4の放熱グリス1は、比較例1及び2よりも加圧時における熱抵抗が非常に低く、放熱性に優れている。即ち、実施例1〜4のように、モース硬度が4以下であり、熱伝導率が80W/mK以上である熱伝導フィラ12がシリコーン系オイル11中に分散された放熱グリス1は、優れた放熱性を示すことができる。これは、実施例1〜4の放熱グリス1においては、図1に示されるように、モース硬度の低い熱伝導フィラ12が被着体18、19間での加圧によって変形し、変形した状態で被着体18、19間に介在しているためであると考えられる。そのため、実施例1〜4の放熱グリス1においては、熱伝導フィラ12の優れた熱伝導性が充分にいかされ、放熱グリス1が上述のように優れた放熱性を発揮することができる。   As is known from Table 1, the heat dissipation grease 1 of Examples 1 to 4 has a much lower heat resistance during pressurization than Comparative Examples 1 and 2, and is excellent in heat dissipation. That is, as in Examples 1 to 4, the heat dissipating grease 1 in which the heat conductive filler 12 having a Mohs hardness of 4 or less and a heat conductivity of 80 W / mK or more is dispersed in the silicone oil 11 is excellent. It can show heat dissipation. This is because, in the heat dissipation grease 1 of Examples 1 to 4, as shown in FIG. 1, the heat conductive filler 12 having a low Mohs hardness is deformed by the pressurization between the adherends 18 and 19 and is deformed. It is thought that this is because it is interposed between the adherends 18 and 19. Therefore, in the heat dissipation grease 1 of Examples 1 to 4, the excellent thermal conductivity of the heat conductive filler 12 is sufficiently utilized, and the heat dissipation grease 1 can exhibit excellent heat dissipation as described above.

また、表1より知られるように、実施例1〜4の放熱グリス1は、比較例1及び2に比べて熱伝導フィラ12の配合割合が少なく、シリコーンオイル11中に占める熱伝導フィラ12の割合が少ないにもかかわらず、上述のように、優れた放熱性を示すことができる。したがって、実施例1〜4の放熱グリス1は、塗布厚みを小さくしても充分に優れた放熱性を発揮することができる。   Further, as is known from Table 1, the heat dissipation grease 1 of Examples 1 to 4 has a smaller proportion of the heat conductive filler 12 than the comparative examples 1 and 2, and the heat conductive filler 12 occupies the silicone oil 11. Despite the small proportion, excellent heat dissipation can be shown as described above. Therefore, the heat radiation grease 1 of Examples 1 to 4 can exhibit sufficiently excellent heat dissipation even when the coating thickness is reduced.

また、図2より知られるように、実施例1〜4の放熱グリス1は、比較例1及び2に比べて、圧力0.1MPa以上の加圧条件下において熱抵抗が顕著に低下する。即ち、モース硬度が4以下であり、熱伝導率が80W/mK以上である熱伝導フィラ12を含有する放熱グリス1(実施例1〜4)は、圧力0.1MPa以上の加圧条件下で使用されることが好ましい。この場合には、放熱グリス1は充分に優れた放熱性を発揮することができる。同様の観点から、放熱グリス1は、圧力0.2MPa以上の加圧条件で使用されることがより好ましく、圧力0.3MPa以上の加圧条件で使用されることがさらにより好ましい。なお、加圧力が大きくなりすぎると、耐圧性を高めるために被着体18、19の構造を大きくする必要性が生じたり、加圧に必要なばね等の押圧手段を大きくする必要性が生じるおそれがある。結果として、放熱グリス1周辺の構造の耐圧性を高めるために構造を大きくする必要が生じ、小型化への対応が困難になるおそれがある。かかる観点から、放熱グリス1は圧力2MPa以下で使用されることが好ましい。   In addition, as is known from FIG. 2, the heat dissipation grease 1 of Examples 1 to 4 has a significantly reduced thermal resistance under pressure conditions of 0.1 MPa or more as compared with Comparative Examples 1 and 2. That is, the heat radiation grease 1 (Examples 1 to 4) containing the heat conductive filler 12 having a Mohs hardness of 4 or less and a heat conductivity of 80 W / mK or more is used under pressure conditions of a pressure of 0.1 MPa or more. It is preferably used. In this case, the heat dissipating grease 1 can exhibit a sufficiently excellent heat dissipating property. From the same viewpoint, the heat dissipating grease 1 is more preferably used under pressure conditions of a pressure of 0.2 MPa or more, and even more preferably used under pressure conditions of a pressure of 0.3 MPa or more. If the applied pressure becomes too large, it is necessary to increase the structure of the adherends 18 and 19 in order to increase pressure resistance, or it is necessary to increase the pressing means such as a spring necessary for pressurization. There is a fear. As a result, it is necessary to enlarge the structure in order to increase the pressure resistance of the structure around the heat dissipating grease 1, and it may be difficult to cope with downsizing. From this viewpoint, it is preferable that the heat dissipating grease 1 is used at a pressure of 2 MPa or less.

熱伝導フィラ12のモース硬度は、上述のように4以下であることが好ましい。この場合には、加圧に対する変形が比較的容易になるため、被着体18、19間で放熱グリス1が上述の優れた放熱性を発揮できる。変形がより容易になるという観点からモース硬度は3以下であることがより好ましく、2以下であることがさらに好ましい。   The Mohs hardness of the heat conductive filler 12 is preferably 4 or less as described above. In this case, deformation due to pressurization becomes relatively easy, so that the heat dissipating grease 1 can exhibit the above excellent heat dissipating property between the adherends 18 and 19. From the viewpoint of easier deformation, the Mohs hardness is more preferably 3 or less, and even more preferably 2 or less.

熱伝導フィラ12の熱伝導率は、80W/mK以上であることが好ましい。フィラ12の熱伝導率が80W/mK未満の場合には、フィラ12の添加による放熱性の向上効果が小さくなり、放熱グリスの放熱性を充分に高めることができなくなるおそれがある。このような熱伝導フィラ12としては、金属粒子、セラミックス粒子等を用いることができる。なお、入手が困難であるという観点からは、熱伝導フィラ12の熱伝導率は400W/m以下であることが好ましい。   The thermal conductivity of the thermal conductive filler 12 is preferably 80 W / mK or more. When the thermal conductivity of the filler 12 is less than 80 W / mK, the effect of improving the heat dissipation due to the addition of the filler 12 is reduced, and the heat dissipation of the heat dissipation grease may not be sufficiently improved. As such a heat conductive filler 12, metal particles, ceramic particles, or the like can be used. In addition, it is preferable that the heat conductivity of the heat conductive filler 12 is 400 W / m or less from a viewpoint that acquisition is difficult.

熱伝導フィラ12の平均粒子径は、5μm以下であることが好ましく、2.5μm以下であることがより好ましい。平均粒子径が大きくなると、被着体18、19間への塗布厚みが大きくなるおそれがある。   The average particle size of the heat conductive filler 12 is preferably 5 μm or less, and more preferably 2.5 μm or less. When the average particle size is increased, the coating thickness between the adherends 18 and 19 may be increased.

熱伝導フィラ12は、Al、BN、MgO、及びグラファイトからなるグループから選ばれる少なくとも1種からなることが好ましい。この場合には、上述の実施例に示すように、放熱性に優れた放熱グリス1を確実に実現できる。また、放熱グリス1の電気絶縁性を高めるという観点からは、熱伝導フィラ12はBN及び/又はMgOからなることより好ましい。即ち、この場合には、放熱グリス1は、放熱性と電気絶縁性とを兼ね備えることができるため、放熱性のみならず、電気絶縁性が要求される用途に好適になる。   The heat conductive filler 12 is preferably made of at least one selected from the group consisting of Al, BN, MgO, and graphite. In this case, as shown in the above-described embodiment, the heat dissipating grease 1 having excellent heat dissipating properties can be reliably realized. Further, from the viewpoint of enhancing the electrical insulation of the heat dissipating grease 1, it is more preferable that the heat conductive filler 12 is made of BN and / or MgO. That is, in this case, since the heat dissipation grease 1 can have both heat dissipation and electrical insulation, it is suitable for applications requiring not only heat dissipation but also electrical insulation.

熱伝導フィラ12は、例えば球状、鱗片状、角状、板状、凝集体状等であってもよい。好ましくは、熱伝導フィラ12のアスペクト比は1より大きいことがよい。この場合には、放熱グリス1中でアスペクト比の大きな熱伝導フィラ12が熱を伝達し易くなるため、放熱性をより向上させることができる。   The heat conductive filler 12 may be, for example, spherical, scale-like, angular, plate-like, or aggregate-like. Preferably, the aspect ratio of the heat conductive filler 12 is greater than 1. In this case, since the heat conductive filler 12 having a large aspect ratio in the heat dissipation grease 1 can easily transfer heat, heat dissipation can be further improved.

放熱グリス1は、シリコーンオイル11中に界面活性剤等のような添加剤を含有することができる。このような、添加剤としては、シリコーン系グリスに汎用されているものを採用することができる。   The heat dissipation grease 1 can contain an additive such as a surfactant in the silicone oil 11. As such an additive, those commonly used for silicone grease can be employed.

被着体18、19としては、様々な組み合わせがある。例えば被着体18、19のいずれか一方が発熱体を備え、他方が冷却手段を備えることが好ましい。この場合には、放熱グリス1を介して発熱体からの熱を充分に冷却手段に伝えることができる。そのため、放熱グリス1の優れた放熱性能が充分にいかされる。   As the adherends 18 and 19, there are various combinations. For example, it is preferable that either one of the adherends 18 and 19 includes a heating element and the other includes a cooling unit. In this case, the heat from the heating element can be sufficiently transmitted to the cooling means via the heat radiation grease 1. Therefore, the excellent heat dissipation performance of the heat dissipation grease 1 is fully utilized.

(第2実施形態)
次に、上述の被着体として、半導体モジュール、絶縁体、及び冷却管を備える半導体冷却構造の実施形態について説明する。図3に示すごとく、本実施形態における半導体冷却構造2は、半導体モジュール3と、絶縁体4と、冷却管5とが、それぞれの主面において互いに加圧密着されている。絶縁体4は、半導体モジュール3と、この半導体モジュール3を冷却する冷却管5とに挟まれている。半導体モジュール3は、半導体素子(図示略)を内蔵しており、全体形状が板状である。冷却管5は、アルミニウムからなり、全体形状が板状である。絶縁体4は絶縁性セラミック板からなる。
(Second Embodiment)
Next, an embodiment of a semiconductor cooling structure including a semiconductor module, an insulator, and a cooling pipe as the adherend will be described. As shown in FIG. 3, in the semiconductor cooling structure 2 in the present embodiment, the semiconductor module 3, the insulator 4, and the cooling pipe 5 are press-contacted with each other on their main surfaces. The insulator 4 is sandwiched between the semiconductor module 3 and a cooling pipe 5 that cools the semiconductor module 3. The semiconductor module 3 incorporates a semiconductor element (not shown) and has a plate shape as a whole. The cooling pipe 5 is made of aluminum and has a plate shape as a whole. The insulator 4 is made of an insulating ceramic plate.

図3に示すように、半導体モジュール3は、両面冷却構造を有し、絶縁体4及び冷却管5が半導体モジュール3の両主面35に積層配置されている。そして、半導体モジュール3の主面35と絶縁体4の主面45との間、及び該絶縁体4の他の主面46と冷却管5の主面55との間には、放熱グリス1が介在している。即ち、半導体モジュール3の両主面35上に放熱グリス1を介して絶縁体4が積層配置され、各絶縁体4の主面46上に放熱グリス1を介して冷却管5が積層配置されている。さらに、上記のように配置された冷却管5の反対側にも同様の構成で、絶縁体4及び半導体モジュール3がグリス1を介して積層されている。そして、全体としては、図4に示すごとく、冷却管5と半導体モジュール3とが絶縁体4及びグリス1を介して交互に積層配置されている。なお、一対の冷却管5の間には、2個の半導体モジュール3が左右に並列配置された状態で挟持されている。   As shown in FIG. 3, the semiconductor module 3 has a double-sided cooling structure, and the insulator 4 and the cooling pipe 5 are stacked on both main surfaces 35 of the semiconductor module 3. Further, between the main surface 35 of the semiconductor module 3 and the main surface 45 of the insulator 4 and between the other main surface 46 of the insulator 4 and the main surface 55 of the cooling pipe 5, the heat radiation grease 1 is provided. Intervene. That is, the insulator 4 is stacked on both main surfaces 35 of the semiconductor module 3 via the heat dissipating grease 1, and the cooling pipe 5 is stacked on the main surface 46 of each insulator 4 via the heat dissipating grease 1. Yes. Furthermore, the insulator 4 and the semiconductor module 3 are laminated on the opposite side of the cooling pipe 5 arranged as described above with the grease 1 interposed therebetween. As a whole, as shown in FIG. 4, the cooling pipes 5 and the semiconductor modules 3 are alternately stacked via the insulators 4 and the grease 1. In addition, between the pair of cooling pipes 5, two semiconductor modules 3 are sandwiched in a state of being arranged in parallel on the left and right.

半導体モジュール3は、IGBT等の半導体素子(図示略)を内蔵し、さらにこの半導体素子から発生する熱を主面35側に伝達する放熱板(図示略)を内蔵している。半導体モジュール3には、電気的導通のための外部接続端子31が設けられている。外部接続端子31には、主電極端子311と、該主電極端子311の突出方向と略180度異なる方向へ突出させた信号端子312とがある。   The semiconductor module 3 incorporates a semiconductor element (not shown) such as an IGBT, and further incorporates a heat radiating plate (not shown) that transmits heat generated from the semiconductor element to the main surface 35 side. The semiconductor module 3 is provided with an external connection terminal 31 for electrical conduction. The external connection terminal 31 includes a main electrode terminal 311 and a signal terminal 312 that protrudes in a direction that is approximately 180 degrees different from the protruding direction of the main electrode terminal 311.

図3に示すごとく、冷却管5は、その内部に冷媒流路51を有しており、流路51内に冷却媒体が流通可能に構成されている。また、図4に示すごとく、複数の冷却管5の両端をそれぞれ連結する蛇腹パイプ501が配置されており、2箇所のヘッダ部502が形成されている。また、これら2箇所のヘッダ部502の一方の端部には、冷却管5に接続された冷媒導入口503と冷媒排出口504とがそれぞれ設けてある。このようにして、複数の冷却管5を並列配置してなる冷却器50が構成されている。そして、隣り合う冷却管5の間に上述のごとく半導体モジュール3を挟持させ、冷却管5内に冷却媒体を流通させることにより、半導体モジュール3を両面から冷却することができる。図4に示す積層配置された複数の半導体モジュール3及び複数の冷却管5等によって構成される半導体冷却構造2は、例えば、自動車用のインバータ等の電力変換装置の一部を構成する。   As shown in FIG. 3, the cooling pipe 5 has a refrigerant flow path 51 inside thereof, and is configured so that a cooling medium can flow in the flow path 51. Also, as shown in FIG. 4, bellows pipes 501 that connect both ends of the plurality of cooling pipes 5 are arranged, and two header portions 502 are formed. In addition, a refrigerant inlet 503 and a refrigerant outlet 504 connected to the cooling pipe 5 are respectively provided at one end of these two header portions 502. Thus, the cooler 50 formed by arranging a plurality of cooling pipes 5 in parallel is configured. The semiconductor module 3 can be cooled from both sides by sandwiching the semiconductor module 3 between the adjacent cooling pipes 5 as described above and circulating the cooling medium in the cooling pipe 5. A semiconductor cooling structure 2 including a plurality of stacked semiconductor modules 3 and a plurality of cooling pipes 5 shown in FIG. 4 constitutes a part of a power conversion device such as an inverter for an automobile, for example.

半導体モジュール3と絶縁体4と冷却管5とを組み付ける際には、それぞれの主面35、45、46、55の間に放熱グリス1を配置して半導体モジュール3と絶縁体4と冷却管5とを積層し、その後、積層方向Xに押圧力を加える。このとき、放熱グリス1は、半導体モジュール3の主面35と絶縁体4の主面45との間、或いは、絶縁体4の他の主面46と冷却管5の主面55との間において、四方に広がる。放熱グリス1の塗布量や押圧力は、放熱グリス1がはみ出さない程度に調整するが、場合によっては、放熱グリス1が、半導体モジュール3と絶縁体4との接触面の端部や、絶縁体4と冷却管5との接触面の端部からはみ出すこともある。半導体モジュール3と絶縁体4と冷却管5とは、積層方向Xに0.1MPa以上の圧力で加圧されており、放熱グリス1には0.1MPa以上の圧力が加わる。放熱グリス1として、例えば上述の実施例1〜4を用いることができる。   When the semiconductor module 3, the insulator 4, and the cooling pipe 5 are assembled, the heat dissipating grease 1 is disposed between the main surfaces 35, 45, 46, 55, and the semiconductor module 3, the insulator 4, and the cooling pipe 5. Then, a pressing force is applied in the stacking direction X. At this time, the heat dissipation grease 1 is between the main surface 35 of the semiconductor module 3 and the main surface 45 of the insulator 4 or between the other main surface 46 of the insulator 4 and the main surface 55 of the cooling pipe 5. , Spread in all directions. The application amount and the pressing force of the heat dissipation grease 1 are adjusted to such an extent that the heat dissipation grease 1 does not protrude. However, depending on the case, the heat dissipation grease 1 may be connected to the end of the contact surface between the semiconductor module 3 and the insulator 4 or the insulation. It may protrude from the end of the contact surface between the body 4 and the cooling pipe 5. The semiconductor module 3, the insulator 4, and the cooling pipe 5 are pressurized with a pressure of 0.1 MPa or more in the stacking direction X, and a pressure of 0.1 MPa or more is applied to the heat dissipation grease 1. As the heat radiation grease 1, for example, the above-described Examples 1 to 4 can be used.

次に、本実施形態の作用効果につき説明する。半導体冷却構造2は、半導体モジュール3と絶縁体4と冷却管5とが、それぞれの主面35、45、46、55において互いに加圧密着されており、各主面35、45、46、55の間には上述の放熱グリス1が介在している。放熱グリス1としては、モース硬度4以下、熱伝導率80W/mK以上の熱伝導フィラ12がシリコーン系オイル11中に分散されたグリスが用いられており、放熱グリス1が被着体(半導体モジュール3、絶縁体4、冷却管5)の間で加圧された状態で配置されている。そのため、半導体冷却構造2においては、放熱グリス1が上述の第1実施形態で示す優れた放熱性を発揮し、半導体冷却構造2も優れた放熱性を発揮することができる。また、放熱グリス1の厚みを小さくしても優れた放熱性を発揮することができる。   Next, the effect of this embodiment is demonstrated. In the semiconductor cooling structure 2, the semiconductor module 3, the insulator 4, and the cooling pipe 5 are in pressure contact with each other on the main surfaces 35, 45, 46, and 55. The above-mentioned heat radiation grease 1 is interposed between them. As the heat dissipating grease 1, grease in which a heat conductive filler 12 having a Mohs hardness of 4 or less and a heat conductivity of 80 W / mK or more is dispersed in a silicone oil 11 is used. The heat dissipating grease 1 is attached to an adherend (semiconductor module). 3, the insulator 4 and the cooling pipe 5) are arranged in a pressurized state. Therefore, in the semiconductor cooling structure 2, the heat dissipation grease 1 exhibits the excellent heat dissipation shown in the first embodiment, and the semiconductor cooling structure 2 can also exhibit the excellent heat dissipation. Moreover, even if the thickness of the heat dissipation grease 1 is reduced, excellent heat dissipation can be exhibited.

半導体冷却構造2において、放熱グリス1中の熱伝導フィラ12は、加圧により変形している(図1参照)。この変形により、放熱グリス1の放熱性が向上しており、半導体冷却構造2は上述のように優れた放熱性を示すことができる。このように優れた放熱性を示すため、半導体冷却構造2は、特にハイブリッド車(HV)用のパワーコントロールユニット(PCU)に用いられる半導体モジュール(パワーカード)等の冷却に好適である。   In the semiconductor cooling structure 2, the heat conductive filler 12 in the heat radiation grease 1 is deformed by pressurization (see FIG. 1). Due to this deformation, the heat dissipation of the heat dissipation grease 1 is improved, and the semiconductor cooling structure 2 can exhibit the excellent heat dissipation as described above. The semiconductor cooling structure 2 is particularly suitable for cooling a semiconductor module (power card) used for a power control unit (PCU) for a hybrid vehicle (HV) in order to exhibit such excellent heat dissipation.

半導体冷却構造2における放熱グリス1としては、上述の実施例2及び実施例4のように、BN及び/又はMgOからなる熱伝導フィラ12を用いることが好ましい。この場合には、放熱グリス1が電気絶縁性を発揮することができるため、半導体モジュール3と冷却管5との間の電気的絶縁性を確保することができる。   As the heat radiation grease 1 in the semiconductor cooling structure 2, it is preferable to use a heat conductive filler 12 made of BN and / or MgO as in the second and fourth embodiments. In this case, since the thermal radiation grease 1 can exhibit electrical insulation, electrical insulation between the semiconductor module 3 and the cooling pipe 5 can be ensured.

このように、本実施形態によれば、放熱性に優れた半導体冷却構造2を提供することができる。   Thus, according to this embodiment, the semiconductor cooling structure 2 excellent in heat dissipation can be provided.

以上のように、放熱グリス及び半導体冷却構造の実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を損なわない範囲内で種々の変更が可能である。   As mentioned above, although embodiment of the thermal radiation grease and the semiconductor cooling structure was described, this invention is not limited to these embodiment, A various change is possible within the range which does not impair the meaning of this invention. It is.

1 放熱グリス
11 シリコーン系オイル
12 熱伝導フィラ
18 被着体
19 被着体
1 Heat Dissipation Grease 11 Silicone Oil 12 Thermal Conductive Filler 18 Substrate 19 Adherent

Claims (6)

被着体(18、19)間に介在させ、加圧下で使用される放熱グリス(1)であって、
シリコーン系オイル(11)と、
該シリコーン系オイル中に分散された熱伝導フィラ(12)と、を含有し、
該熱伝導フィラ(12)は、モース硬度が4以下であり、熱伝導率が80W/mK以上であることを特徴とする放熱グリス(1)。
A heat dissipating grease (1) that is interposed between adherends (18, 19) and used under pressure,
Silicone oil (11);
A thermally conductive filler (12) dispersed in the silicone oil,
The heat conduction filler (12) has a Mohs hardness of 4 or less and a heat conductivity of 80 W / mK or more, and a heat radiation grease (1).
上記放熱グリス(1)は、0.1MPa以上の加圧条件下で使用されることを特徴とする請求項1に記載の放熱グリス(1)。   The heat dissipation grease (1) according to claim 1, wherein the heat dissipation grease (1) is used under a pressurized condition of 0.1 MPa or more. 上記熱伝導フィラ(12)は、上記被着体(18、19)間において変形した状態で介在されることを特徴とする請求項1又は2に記載の放熱グリス(1)。   The heat-dissipating grease (1) according to claim 1 or 2, wherein the heat-conducting filler (12) is interposed between the adherends (18, 19) in a deformed state. 上記熱伝導フィラ(12)は、Al、BN、MgO、及びグラファイトからなるグループから選ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の放熱グリス(1)。   The heat-dissipating grease (1) according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat-conducting filler (12) comprises at least one selected from the group consisting of Al, BN, MgO, and graphite. ). 上記熱伝導フィラ(12)は、BN及び/又はMgOからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の放熱グリス(1)。   The heat-dissipating grease (1) according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat-conducting filler (12) is made of BN and / or MgO. 半導体モジュール(3)と、絶縁体(4)と、冷却管(5)とが、それぞれの主面において互いに加圧密着された半導体冷却構造(2)であって、
上記半導体モジュール(3)の主面(35)と上記絶縁体(4)の主面(45)との間、及び該絶縁体(4)の他の主面(46)と上記冷却管(5)の主面(55)との間には、請求項1〜5のいずれか1項に記載の放熱グリス(1)が介在していることを特徴とする半導体冷却構造(2)。
A semiconductor cooling structure (2) in which a semiconductor module (3), an insulator (4), and a cooling pipe (5) are pressure-contacted to each other on their main surfaces,
Between the main surface (35) of the semiconductor module (3) and the main surface (45) of the insulator (4), and the other main surface (46) of the insulator (4) and the cooling pipe (5) The semiconductor cooling structure (2), wherein the heat-dissipating grease (1) according to any one of claims 1 to 5 is interposed between the main surface (55) and the main surface (55).
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