JP2017028040A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.
従来、この種の半導体装置としては、半導体モジュールと、冷却管と、絶縁材と、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。半導体モジュールは、内部に半導体素子が配置され、表面に半導体素子の熱を放熱するための放熱板が配置されている。冷却管は、半導体モジュールの放熱板を冷却している。絶縁材は、半導体モジュールの放熱板と冷却管との間に配置されている。この装置では、放熱板と絶縁材との間にグリスを介在させることにより、放熱板と絶縁材との隙間をなくすことができ、伝熱効率の向上を図ることができるとしている。 Conventionally, as this type of semiconductor device, a device including a semiconductor module, a cooling pipe, and an insulating material has been proposed (for example, see Patent Document 1). In the semiconductor module, a semiconductor element is arranged inside, and a heat radiating plate for radiating heat of the semiconductor element is arranged on the surface. The cooling pipe cools the heat sink of the semiconductor module. The insulating material is disposed between the heat sink of the semiconductor module and the cooling pipe. In this apparatus, by interposing grease between the heat radiating plate and the insulating material, it is possible to eliminate a gap between the heat radiating plate and the insulating material, and to improve heat transfer efficiency.
しかしながら、上述の半導体装置では、半導体モジュールの作動により放熱板に熱的負荷が繰り返し印加されると、放熱板が膨張・収縮を繰り返し、こうした放熱板の膨張・収縮によりグリスが押し出されて、グリス抜けが生じる場合がある。グリス抜けが生じると、放熱板と絶縁材との間に隙間が生じて、放熱性能が低下してしまう。 However, in the semiconductor device described above, when a thermal load is repeatedly applied to the heat sink due to the operation of the semiconductor module, the heat sink repeatedly expands and contracts, and grease is pushed out by the expansion and contraction of the heat sink. Omission may occur. When the grease is lost, a gap is generated between the heat radiating plate and the insulating material, and the heat radiating performance is deteriorated.
本発明は、放熱性能の高い半導体装置を提供することを主目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device having high heat dissipation performance.
本発明の半導体装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。 The semiconductor device of the present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.
本発明の半導体装置は、
半導体素子を内蔵し表面に前記半導体素子を放熱するための放熱板を有するパワーカードと、絶縁板と、冷却器とが、この順に積層されてなる半導体装置であって、
前記放熱板の前記絶縁板側の表面の少なくとも一部と前記絶縁板との間に、前記放熱板および前記絶縁板に接するようにグラファイトシートが配置されてなる、
ことを特徴とする。
The semiconductor device of the present invention is
A power supply card having a semiconductor element and a heat dissipation plate for radiating the semiconductor element on the surface, an insulating plate, and a cooler are stacked in this order.
Between at least a part of the surface on the insulating plate side of the heat radiating plate and the insulating plate, a graphite sheet is disposed so as to be in contact with the heat radiating plate and the insulating plate.
It is characterized by that.
この本発明の半導体装置では、グラファイトシートを、放熱板の絶縁板側の表面の少なくとも一部と絶縁板との間に、放熱板および絶縁板に接するように配置する。グラファイトシートは、熱伝導性が高い。また、グラファイトシートは、柔軟性が高いから、放熱板と絶縁板とに良好に密着できる。したがって、グラファイトシートを、放熱板の絶縁板側の表面の少なくとも一部と絶縁板との間に、放熱板および絶縁板に接するように配置することにより、放熱性能の高い半導体装置を提供することができる。 In the semiconductor device of the present invention, the graphite sheet is disposed between at least a part of the surface of the heat sink on the insulating plate side and the insulating plate so as to be in contact with the heat sink and the insulating plate. The graphite sheet has high thermal conductivity. Moreover, since the graphite sheet has high flexibility, it can adhere well to the heat radiating plate and the insulating plate. Therefore, providing a semiconductor device with high heat dissipation performance by disposing a graphite sheet in contact with the heat sink and the insulating plate between at least a part of the surface of the heat sink on the insulating plate side and the insulating plate. Can do.
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。 Next, the form for implementing this invention is demonstrated using an Example.
図1は、本発明の一実施例として半導体装置20の構成の一例を示す説明図である。概略を示す外観図である。半導体装置20は、図示するように、パワーカード22と、絶縁板40a,40bと、冷却器42a,42bと、グラファイトシート44a〜44dと、を備えている。半導体装置20、図示しない一対の押圧部材により図1における上下方向から荷重をかけられて押圧されている。なお、半導体装置20が、図1における上下方向に複数積層されて、図示しない一対の押圧部材により上下方向から荷重をかけられて押圧されているものとしてもよい。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of a
パワーカード22は、図示するように、左右方向に並んで配置された半導体モジュール24,25を備える。半導体モジュール24は、半導体素子26と、ヒートスプレッダ(放熱板)28a、28bと、を備える。半導体モジュール25は、半導体モジュール24と同様の構成であるから、その説明を省略する。
As shown in the figure, the
半導体素子26は、昇圧コンバータ,インバータなどを構成するダイオードやIGBTなどの周知のパワー素子として構成されている。半導体素子26は、合成樹脂材料(例えば、エポキシ樹脂など)などにより形成された樹脂部材30とヒートスプレッダ28a,28bとによって、パワーカード22の内部に封止されている。
The
ヒートスプレッダ28a,28bは、熱伝導性の良好な材料(例えば、銅(Cu)など)により、厚みが3mm以下、好ましくは、2.5mm程度となるように形成されている。ヒートスプレッダ28aは、半導体素子26の図1における上面に取り付けられている。ヒートスプレッダ28bは、半導体素子26の図1における下面に、熱伝導性の良好な材料からなり高さ調整のためのスペーサ32を介して取り付けられている。ヒートスプレッダ28a,28bは、パワーカード22の図1における上下面に露出するように配置されており、半導体素子26の熱をパワーカード22の上下面側に放熱している。
The
絶縁板40a,40bは、熱電性の良好な絶縁材料(例えば、セラミックなど)により形成されており、パワーカード22の図1における上下面側に配置されている。
The
冷却器42a、42bは、熱伝導性の良好な材料により形成され、内部に冷却水が流通している。冷却器42a,42bは、絶縁板40a,40bを介して、パワーカード22に積層されている。
The
グラファイトシート44a〜44dは、比較的柔軟性が高く、熱伝導率が銅の熱伝導率(400W/mK)と同程度、または、銅の熱伝導率より高いグラファイトにより厚みが400μm程度になるように形成されている。グラファイトシート44a,44bは、半導体モジュール24,25のヒートスプレッダ28aの絶縁板40a側の表面と絶縁板40aとの間に、ヒートスプレッダ28aおよび絶縁板40aに接するように配置されている。図2は、グラファイトシート44a,44bの形状を説明するための説明図である。図中、ヒートスプレッダ28a,28bに対応する部分を破線で示している。グラファイトシート44a,44bは、図1における上下方向から見た形状が長方形となるよう形成されている。グラファイトシート44c,44dは、半導体モジュール24,25のヒートスプレッダ28aの絶縁板40b側の表面と絶縁板40bとの間に、ヒートスプレッダ28bおよび絶縁板40bに接するように配置されている。グラファイトシート44c,44dは、グラファイトシート44a,44bと同様に、図1における上下方向から見た形状が長方形となるよう形成されている。半導体装置20は、上述したように、図1における上下方向から荷重をかけられて押圧されている。グラファイトシート44a〜44dは、比較的柔軟性が高いことから、こうした押圧により、ヒートスプレッダ28a,28bおよび絶縁板40a,40bの表面の細かい凹凸に対応した凹凸が生じて、ヒートスプレッダ28a,28bおよび絶縁板40a,40bと良好に密着する。また、グラファイトシート44a〜44dは、熱伝導率が比較的高いことから、ヒートスプレッダ28a,28bの熱(半導体素子26の熱)を絶縁板40a,40bに良好に放熱することができる。したがって、放熱性能の高い半導体装置20を提供することができる。なお、グラファイトシート44a〜44dは、ヒートスプレッダと絶縁板との間に配置されていればよいから、グラファイトシート44a〜44dを、ヒートスプレッダに形成してもよいし、絶縁板40aに形成してもよい。
The
以上説明した実施例の半導体装置20によれば、グラファイトシート44a〜44dを、半導体モジュール24,25のヒートスプレッダ28a,28bの絶縁板40a,40b側の表面と絶縁板40a,40bとの間に、ヒートスプレッダ28a,28bおよび絶縁板40a,40bに接するように配置することにより、放熱性能の高い半導体装置を提供することができる。
According to the
実施例の半導体装置20では、グラファイトシート44a〜44dを、半導体モジュール24,25のヒートスプレッダ28a,28bの絶縁板40a,40b側の表面と絶縁板40a,40bとの間に、ヒートスプレッダ28a,28bおよび絶縁板40a,40bに接するように配置するものとしたが、半導体モジュール24と半導体モジュール25とを電気的に接続してもよい場合には、図3の変形例の半導体装置120および図4の変形例のグラファイトシート144aに示すように、1つのグラファイトシート144aを半導体モジュール24のヒートスプレッダ28aと半導体モジュール25のヒートスプレッダ28aとの間に渡すように配置し、1つのグラファイトシート144bを半導体モジュール24のヒートスプレッダ28bと半導体モジュール25のヒートスプレッダ28bとの間に渡すように配置するものとしてもよい。
In the
実施例の半導体装置20では、グラファイトシート44a〜44dを、半導体モジュール24,25のヒートスプレッダ28a,28bの絶縁板40a,40b側の表面と絶縁板40a,40bとの間に設け、放熱用のグリスを用いないものとしたが、図5の変形例の半導体装置220に示すように、半導体モジュール24,25のヒートスプレッダ28a,28bの絶縁板40a,40b側の表面と絶縁板40a,40bとの間でグラファイトシート44a〜44dが配置されていない部分に放熱用のグリス241a,242bを設けるものとしてもよい。
In the
実施例の半導体装置20では、1つのヒートスプレッダと絶縁板との間に1つのグラファイトシートを配置するものとしたが、図6の変形例のグラファイトシート244に例示するように、1つのヒートスプレッドと絶縁板との間に、複数のグラファイトシート244を配置するものとしてもよい。
In the
実施例の半導体装置20では、グラファイトシート44a,44bを、図1における上下方向から見た長方形となるよう形成するものとしたが、グラファイトシート44a,44bは如何なる形状としてもよく、例えば、図1における上下方向から見て円形や三角形、菱形などになるよう形成するものとしてもよい。
In the
実施例の半導体装置20では、グラファイトシート44a〜44dを、半導体モジュール24,25のヒートスプレッダ28a,28bの絶縁板40a,40b側の表面と絶縁板40aとの間に配置するものとしたが、半導体モジュール24,25のヒートスプレッダ28aの絶縁板40a側の表面と絶縁板40aとの間、および、半導体モジュール24,25のヒートスプレッダ28bの絶縁板40b側の表面と絶縁板40bとの間の一方のみにグラファイトシートを設け、他方にはグラファイトシートを設けないものとしてもよい。
In the
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、半導体素子26が「半導体素子」に相当し、ヒートスプレッダ28aが「放熱板」に相当し、パワーカード22が「パワーカード」に相当し、絶縁板40aが「絶縁板」に相当し、冷却器42aが「冷却器」に相当し、グラファイトシート44aが「グラファイトシート」に相当する。
The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problems will be described. In the embodiment, the
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。 The correspondence between the main elements of the embodiment and the main elements of the invention described in the column of means for solving the problem is the same as that of the embodiment described in the column of means for solving the problem. Therefore, the elements of the invention described in the column of means for solving the problems are not limited. That is, the interpretation of the invention described in the column of means for solving the problems should be made based on the description of the column, and the examples are those of the invention described in the column of means for solving the problems. It is only a specific example.
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using the Example, this invention is not limited at all to such an Example, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is with various forms. Of course, it can be implemented.
本発明は、半導体装置の製造産業などに利用可能である。 The present invention can be used in the semiconductor device manufacturing industry.
20,120,220 半導体装置、22 パワーカード、24,25 半導体モジュール、26 半導体素子、28a,28b ヒートスプレッダ、30 樹脂部材、32 スペーサ、40a,40b 絶縁板、42a,42b 冷却器、44a〜44d,144a,144b,244 グラファイトシート,241a,241b グリス。 20, 120, 220 Semiconductor device, 22 Power card, 24, 25 Semiconductor module, 26 Semiconductor element, 28a, 28b Heat spreader, 30 Resin member, 32 Spacer, 40a, 40b Insulating plate, 42a, 42b Cooler, 44a-44d, 144a, 144b, 244 Graphite sheet, 241a, 241b Grease.
Claims (1)
前記放熱板の前記絶縁板側の表面の少なくとも一部と前記絶縁板との間に、前記放熱板および前記絶縁板に接するようにグラファイトシートが配置されてなる、
ことを特徴とする半導体装置。 A power supply card having a semiconductor element and a heat dissipation plate for radiating the semiconductor element on the surface, an insulating plate, and a cooler are stacked in this order.
Between at least a part of the surface on the insulating plate side of the heat radiating plate and the insulating plate, a graphite sheet is disposed so as to be in contact with the heat radiating plate and the insulating plate.
A semiconductor device.
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