JP2020038935A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
該半導体素子に熱的に接続された放熱板(3)と、
該放熱板に面して形成された冷媒流路(4)と、を有する半導体装置(1)であって、
上記放熱板は、上記冷媒流路側へ立設した複数の冷却フィン(5)を一体的に設けてなり、
上記放熱板の法線方向(X)から見た形状において、上記複数の冷却フィンは、上記冷媒流路における流路方向(Y)に対して傾斜しており、かつ、上記流路方向に隣り合う上記冷却フィン同士は、上記流路方向に対する傾斜の向きが互いに異なっている、半導体装置にある。
その結果、半導体素子の熱を効率的に、冷媒へ放熱することができる。すなわち、半導体素子の放熱効率を向上させることができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
半導体装置に係る実施形態について、図1〜図8を参照して説明する。
本実施形態の半導体装置1は、図1に示すごとく、半導体素子2と、放熱板3と、冷媒流路4と、を有する。放熱板3は、半導体素子2に熱的に接続されている。冷媒流路4は、放熱板3に面して形成されている。
図2、図4、図5に示すごとく、放熱板3の法線方向Xから見た形状において、複数の冷却フィン5は、冷媒流路4における流路方向Yに対して傾斜している。流路方向Yに隣り合う冷却フィン5同士は、流路方向Yに対する傾斜の向きが互いに異なっている。
また、隙間を介して隣り合う冷却フィン5は、端縁のZ方向における位置が、互いに僅かにずれている。
次いで、図7に示すごとく、半導体モジュール20の主面に露出した放熱板3の表層の一部を、刃具Bを用いて削るようにして、切り起こす。ここで、刃具Bによって削る放熱板3の表層の厚みは、例えば0.2mm程度とする。削られた放熱板3の表層部分が、放熱板3から分離しないようにする。これにより、削られた表層部分は、放熱板3の本体部分からX方向に立設して、冷却フィン5の一つとなる。この冷却フィン5は、刃具Bによって削られた側の面が凸面となるように、反りが生じる。
また、図2、図5に示すように、複数の冷却フィン5は、両主面(すなわち凹面及び凸面)の向きが統一されているわけではない。それゆえ、冷却フィン5の切り起こしの向きを変えるべく、刃具Bの向きを変えつつ、複数の冷却フィン5を切り起こす。
以上により、図2〜図5に示すごとく、一対の放熱板3に、多数の冷却フィン5を形成する。
上記半導体装置1において、放熱板3は、複数の冷却フィン5を一体的に設けてなる。そのため、半導体素子2と冷却フィン5との間の熱抵抗を小さくすることができる。それゆえ、放熱板3は、半導体素子2の熱を効率的に複数の冷却フィン5に移動させることができる。
その結果、半導体素子2の熱を効率的に、冷媒へ放熱することができる。すなわち、半導体素子2の放熱効率を向上させることができる。
本形態は、図9に示すごとく、冷却フィン5が、放熱板3の法線方向Xから弾性圧縮された状態で、冷媒流路4の内壁面43に当接している形態である。
すなわち、放熱板3から切り起こされた冷却フィン5は、X方向に弾性変形可能な状態となっている。この冷却フィン5の立設先端部が、内壁面43によって、放熱板3の本体側へ向かって押圧されるように、当接している。これにより、冷却フィン5の曲率半径は、自由状態にあるときよりも小さくなる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本形態は、図10〜図12に示すごとく、冷媒流路4の一部を形成する流路形成部26を備えた半導体モジュール20を、X方向に積層してなる、半導体装置1の形態である。また、本形態においては、図12に示すごとく、半導体素子2と放熱板3との間の熱伝導部203を、具体的に示した。
半導体モジュール20は、熱伝導部203として、ターミナル22と、一対のリードフレーム23と、一対の金属層24と、一対の絶縁板25と、を有する。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
本例は、図13に示すごとく、実施形態1の半導体装置1の効果を確認した実験例である。
まず、実施形態1の半導体装置1を模擬的に再現した実験ベンチを作製した。この実験ベンチは、熱源としての半導体素子2をヒータにて代用し、そのヒータを、多数の冷却フィン5を備えた放熱板3に、熱的に接触させている。そして、冷媒流路4に冷媒を流通させたときの冷媒の温度上昇に基づき、冷媒とヒータ(すなわち、半導体素子2に相当)との間の熱伝達率を測定した。冷媒としては、LLC(Long Life Coolant)を用いた。
同図から分かるように、試料1の熱伝達率は、試料2及び試料3の熱伝達率に比べて、高い。特に、圧損が大きくなるほど、試料1の熱伝達率は、他の試料よりも高くなっている。
この結果から、実施形態1の半導体装置1においては、半導体素子2の放熱効率を向上できることが分かる。また、実施形態1の半導体装置1において、ある程度圧損を大きくすることによって、半導体素子の放熱効率を向上させることができることが分かる。
本例は、図14〜図17に示すごとく、複数の冷却フィン5の配置形状による放熱効率の向上効果を、解析した。
また、図16に示すごとく、放熱板3から立設した、四角柱ピン状の冷却フィン500を、多数設けたものを、試料23とした。
なお、図14〜図16は、放熱板の一部のみを抜き出して表した斜視図である。
同図から分かるように、試料21が、最も熱伝達率が高かった。それゆえ、実施形態1に示したような、冷却フィン5の配置形状により、放熱効率を向上させることができることが分かる。
2 半導体素子
3 放熱板
4 冷媒流路
5 冷却フィン
X 放熱板の法線方向
Y 流路方向
Claims (4)
- 半導体素子(2)と、
該半導体素子に熱的に接続された放熱板(3)と、
該放熱板に面して形成された冷媒流路(4)と、を有する半導体装置(1)であって、
上記放熱板は、上記冷媒流路側へ立設した複数の冷却フィン(5)を一体的に設けてなり、
上記放熱板の法線方向(X)から見た形状において、上記複数の冷却フィンは、上記冷媒流路における流路方向(Y)に対して傾斜しており、かつ、上記流路方向に隣り合う上記冷却フィン同士は、上記流路方向に対する傾斜の向きが互いに異なっている、半導体装置。 - 上記冷却フィンは、上記冷媒流路における、上記放熱板と反対側の内壁面(43)に当接している、請求項1に記載の半導体装置。
- 上記冷却フィンは、上記放熱板の法線方向から弾性圧縮された状態で、上記内壁面に当接している、請求項2に記載の半導体装置。
- 上記放熱板の法線方向と上記冷媒流路の上記流路方向との双方に直交する幅方向(Z)において、複数の上記冷却フィンが一直線状に配列されており、上記幅方向に配列された複数の上記冷却フィンは、上記流路方向に対する傾斜の向きが互いに同じである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置。
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