JP2944377B2 - 放熱フィン及び放熱フィンを備えた半導体装置 - Google Patents

放熱フィン及び放熱フィンを備えた半導体装置

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JP2944377B2 JP5230786A JP23078693A JP2944377B2 JP 2944377 B2 JP2944377 B2 JP 2944377B2 JP 5230786 A JP5230786 A JP 5230786A JP 23078693 A JP23078693 A JP 23078693A JP 2944377 B2 JP2944377 B2 JP 2944377B2
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    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は熱を効率良く放熱する放
熱フィンに関し、特に半導体装置で発生される熱を放熱
するための放熱フィンに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、パワー半導体装置のように、駆動
時における発熱量が大きい半導体装置では、発生された
熱を放熱するための放熱フィンが一体的に設けられてい
る。図6はその一例の断面図であり。半導体素子3はパ
ッケージ1内に設けられた素子搭載部2に搭載され、そ
の電極部3aが金属細線5により外部リード4に接続さ
れ、かつキャップ6により封止される。また、前記素子
搭載部2の外面には放熱フィン搭載部7が一体的に取着
され、かつこの放熱フィン搭載部7にはアルミニウムや
銅等から構成された放熱フィン20が一体的に設けら
れ、半導体素子3で発生された熱を素子搭載部2及び放
熱フィン搭載部7から放熱フィン20に伝達させ、この
放熱フィン20から放熱させている。
【0003】この放熱フィンは板状をした複数枚のフィ
ン21を所定の間隔で並列し、かつ各フィンを支柱22
で連結する構成がとられている。一般的には、この種の
放熱フィンは前記した素材を切削加工等により形成して
おり、かつ各フィン21にすみやかに熱を伝達させるた
めに、支柱22はなるべく太く(約、10mm程度)、
しかも各フィン21の中心部に設けられている。また、
各フィン21への熱伝達効率を高めるために、支柱22
の周囲に複数本の補助支柱を設け、各補助支柱を通して
も熱を伝達することで熱伝達効率を高めるようにしたも
のもある。例えば、特開平2−310951号公報に開
示のものがその一つである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、放熱フィン
における放熱効果を高めるためには、各フィン21に伝
達された熱をすみやかに放散させることが好ましい。こ
のため、放熱フィンに対して強制的に通風を行うように
したものも提案されている。例えば、ファンを用いて生
じた空気流を放熱フィンの各フィン間に通流させるもの
がある。しかしながら、図6に示した放熱フィンにこの
ような強制通風を行うと、図3(a)に示すように、中
央に設けられた太い支柱22により、支柱の裏側におい
て空気流に乱れが生じ、この部分でき空気流に淀みが生
じ、放熱効率が劣化されるという問題がある。このよう
な問題は、前記した公報に開示されたものにおいても太
い支柱が存在しているため同様に生じている。
【0005】また、放熱フィンを切削加工で形成したも
のでは、加工コストが高いばかりか量産性が非常に悪
く、しかもフィンの枚数を増やして放熱効率を向上させ
ようとした場合に、その製造工程を変更する必要があ
り、製造の繁雑化をまねくという問題もある。本発明の
目的は、通風による放熱効率を高めた放熱フィンを提供
することにある。また、本発明の他の目的は規格の異な
る放熱フィンを容易に製造することが可能な放熱フィン
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の放熱フィンは、
所定の間隔にて対面する複数のフィンと、前記複数のフ
ィンを互いに対面する面にて接続する第1の複数の支柱
と、前記半導体装置と前記フィンとを接続する第2の複
数の支柱とを有する構造とする。また、前記第1の支柱
の数や長さを対面するフィン間で異ならせてもよい。
【0007】
【作用】複数枚のフィン間では複数本の細い支柱によっ
て熱の伝達が行なわれるため、細い支柱の各断面積の合
計を所定面積に設定することで、支柱を介しての伝熱効
率を所定レベル以上に確保する。また、各フィン間には
複数本の細い支柱が存在するのみであるため、フィン間
を通流される空気流に淀みが生じることはなく、空気流
の速度を高めて各フィンにおける放熱効率を向上させ
る。
【0008】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の参考例である半導体装置の断面図で
ある。パッケージ1内に一体的に設けられた半導体素子
搭載部2に半導体素子3を接合し、パッケージ1に設け
られた外部リード4と半導体素子の電極部3aとをAu
やAg等の金属細線5で接続する。また、外界との接触
を防止するため、パッケージ1の開口部をキャップ6に
より封止する。更に、前記素子搭載部2の外面には放熱
フィン搭載部7を一体的に設け、この放熱フィン搭載部
の外面に放熱フィン10を一体的に取着する。
【0009】図2は前記放熱フィン10の部分分解斜視
図であり、この放熱フィン10は矩形をした平板状の複
数枚のフィン、ここでは4枚のフィン11(11a〜1
1d)と、これらを連結する断面形状が円形をした複数
本の細い支柱、ここでは9本の細い支柱12(12a〜
12i)とで構成される。各フィン11は、最上部のフ
ィン11dを除いて、前記複数本の細い支柱12が挿通
可能な複数個の円形の穴13を開けてある。そして、各
フィン11の穴13にそれぞれ細い支柱12を挿通し、
かつその挿通箇所においてAg−Cu等のろう材、半
田、或いは伝熱性の接着剤等で各フィン11をそれぞれ
細い支柱12に固定する。なお、最上部のフィン11d
は各細い支柱12の上端面をその下面に衝接させた状態
で同様にしてろう材,半田,接着剤等により固定するよ
うにしてもよい。また、各細い支柱の下端部も同様に前
記放熱フィン搭載部7に固定する。
【0010】したがって、この放熱フィンを設けた半導
体装置では、半導体素子3から発した熱は半導体素子搭
載部2から放熱フィン搭載部7へ伝導し、複数本の細い
支柱12のそれぞれを介して複数のフィン12に順次伝
達される。そして、各フィン12に伝達された熱は、そ
れぞれの表面から外気に放散されることになる。この場
合、細い支柱12(12a〜12i)の断面積の合計が
従来の太い支柱の断面積と同じであれば、理論的には同
じ熱伝導が行われることになり、少なくとも従来構成と
同程度の放熱効率が得られる。
【0011】これに加えて、各フィン間を通流される空
気流の速度が大きい方がそれだけ放熱の効率は高められ
る。図3(b)は前記放熱フィンに対してフィンに平行
に強制的に送風した場合の風の流れを模式的に示した図
である。図3(a)に示した、太い支柱22を有する従
来の放熱フィンの場合には、中心の太い支柱22によっ
て風下に空気流の淀みが生じ、その分空気流の速度が低
下されることになる。これに対し、この実施例の放熱フ
ィンでは、複数の細い支柱12間を空気流が抜けるため
に空気流の淀みが生じることはなく、空気流の速度が高
められる。したがって、各フィン11からの放熱効率を
高めることが可能となり、半導体素子の過熱防止効果を
高め、半導体装置の信頼性を向上することが可能とな
る。
【0012】また、この構成では、放熱フィンの製造に
際しては、それぞれ個別に形成された細い支柱12とフ
ィン11とを組み立てるだけでよく、簡単に製造するこ
とが可能となり、加工コストが低減できる。また、任意
の枚数のフィンを用いて放熱フィンを組立てることがで
きるため、同じ高さで放熱フィンを構成する場合にも、
フィンの枚数を増やすことで放熱性をより向上させるこ
とができる。
【0013】図4は208ピンのセラミックをボディと
したクワッドフラットパッケージの熱抵抗値を縦軸にと
り、放熱フィンに通風する風速を横軸にとって、本発明
参考例の半導体装置と図6に示した半導体装置を比較
して示した図である。両者の放熱フィンはいずれも、各
フィンの板厚が1mmのアルミニウムを用い、30mm
×30mmの大きさである。また、従来の半導体装置の
支柱は直径10mmであり、本発明の参考例の半導体装
置の支柱は直径1.88mmのものを9本装備してい
る。同図から判るように、本発明の参考例の半導体装置
では約2割の熱抵抗値の低減が可能であり、これから放
熱効果が約2割り向上されたことが判る。
【0014】図5に本発明の実施例である放熱フィンの
部分分解斜視図を示す。この実施例では複数枚のフィン
11A(11Aa〜11Ad)は平板状に形成し、かつ
各フィンの間隔に相当する短い長さの複数本の支柱12
A(12Aa〜12Ai)を設ける。そして、各フィン
11Aをこれらの細い支柱12Aで連結する。この場合
にはAg−Cu等のろう材,半田、伝熱性接着剤等で固
定することは本発明の参考例の場合と同じである。そし
て、最下部の細い支柱12Aを放熱フィン搭載部7(図
1参照)に固定する。
【0015】この実施例においても、参考例と同様に
数枚のフィン11Aを連結する支柱を複数本の細い支柱
12Aで構成しているので、各フィン11A間に通流す
る空気流の淀みの発生を解消し、放熱効率を高めること
ができることは言うまでもない。また、各フィン11A
間に固定する細い支柱12Aの数やその平面配置を必ず
しも一致させる必要がないため、例えば上部側のフィン
間では下部側のフィン間よりも支柱の数を増やすこと
で、上部側の伝熱効果を高めて放熱フィン搭載部からの
熱の放熱速度を更に高めることも可能になる。また、細
い支柱12Aの長さによってフィン間隔が決定されるの
で、各フィン11A間の細い支柱12Aの長さを相違さ
せることで各フィン11Aの間隔を任意に設定でき、か
つ一方では細い支柱12Aの長さを管理すれば、フィン
11A間の間隔を高精度に設定することが容易になる。
【0016】ここで、本発明におけるフィンの枚数や、
細い支柱の本数は前記実施例の数に限定されるものでは
なく、任意の数で構成できることは言うまでもない。ま
た、細い支柱は断面形状が円形をしているため、任意の
方向からの空気流に対しても淀みを防止する効果がある
が、空気流の方向が決められている場合には、細い支柱
の断面形状を翼型、楔型等にすることも可能である。更
に、細い支柱の配列は前記したような枡目配列ではな
く、三角配列、六角配列等種々の設計が可能である。な
お、前記各実施例は半導体装置の放熱フィンとして構成
した例を示しているが、その他の発熱部品の放熱用にも
適用できることは言うまでもない。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明の放熱フィン
は、所定の間隔にて対面する複数のフィンと、前記複数
のフィンを互いに対面する面にて接続する第1の複数の
支柱と、前記半導体装置と前記フィンとを接続する第2
の複数の支柱とを有する構造とすることにより、単一の
支柱でフィンを接続する場合に比べ、フィン間に強制的
に空気を流通したときに、支柱によって空気流に淀みが
生じることはなく、空気流の速度を高め、放熱効率を高
めることが可能となるばかりでなく、支柱を介しての伝
導効率を所定レベル以上に確保できる。更に、複数本の
細い支柱は各フィン間の間隔に等しい長さ寸法に形成さ
れ、各フィンとこれら細い支柱とは交互に衝接した連結
状態で固定されるので、フィン間の間隔を高精度に管理
することが可能となる。また、フィン間の支柱の長さ、
配列、及び本数を相違させることで、特異な放熱特性の
放熱フィンとして形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の参考例である放熱フィンの断面図であ
る。
【図2】図1の放熱フィンの部分分解斜視図である。
【図3】従来及び本発明における空気流の状態を示す図
である。
【図4】空気流の速度と熱抵抗値との関係を示す図であ
る。
【図5】本発明の実施例の部分分解斜視図である。
【図6】従来の放熱フィンの一例の断面図である。
【符号の説明】
1 パッケージ 3 半導体素子 4 外部リード 7 放熱フィン搭載部 10 放熱フィン 11,11A フィン 12,12A 細い支柱

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体装置に取り付ける放熱フィンであ
    って、前記放熱フィンは所定の間隔にて対面する複数の
    フィンと、前記複数のフィンを互いに対面する面にて接
    続する第1の複数の支柱と、前記半導体装置と前記フィ
    ンとを接続する第2の複数の支柱とを有することを特徴
    とする放熱フィン。
  2. 【請求項2】 前記第1の支柱の数は対面するフィン間
    で異なることを特徴とする請求項1記載の放熱フィン。
  3. 【請求項3】 前記第1の支柱の長さは対面するフィン
    間で異なることを特徴とする請求項1記載の放熱フィ
    ン。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至請求項3記載の放熱フィン
    を備えた半導体装置。
JP5230786A 1993-08-25 1993-08-25 放熱フィン及び放熱フィンを備えた半導体装置 Expired - Lifetime JP2944377B2 (ja)

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Effective date: 19960827