JP3893494B2 - 半導体モジュール用ケース - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体モジュール用ケースに関し、特に、複数の半導体回路基板と半導体素子を有する半導体モジュールを冷却する放熱用フィンを備えた大型の半導体モジュール用ケースに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体モジュール用ケースには、半導体素子から発生する熱を放出するための放熱機能が備えられる。放熱手法としては種々あるが、最も有効な手段の一つはケースの表面に放熱用フィンを設けて、熱を周囲媒体へ放出する熱伝達を利用したものである。
【０００３】
半導体モジュール用の放熱手段の例として、登録実用新案第３０１２３１８号公報に記載の冷却体を図７に示す。図７に示す半導体デバイス用の冷却体１は、ベース２と、すべてが同一の高さをもち、間隔を隔てて配置された複数個の放熱用フィン３とよりなる。ベース２の放熱用フィン３側の面を半導体デバイス側の面に対して放熱用フィン３の脚部が一定の温度の面に配置されるように凸面上に形成されている。これにより、半導体デバイスの発熱が放熱用フィン３に均等に配分され、冷却体１の全断面に沿って高い効率の放熱能力が得られる。上記の半導体デバイス用の冷却体１は単なる冷却装置であるが、これに半導体デバイス５の側面に半導体デバイスを囲むようにリブを設けると、高放熱性を有する半導体モジュール用ケースとなる。
【０００４】
このような半導体モジュール用ケースの場合、ケースとしての冷却体は長手方向に形状が変化する三次元形状となるため、製造方法として押出し成形を選択すると二次的な機械加工の必要性が発生し、安価に製造することが困難になる。したがって、一度に成形できるダイカスト法が最も有効な製造方法となる。ダイカスト法であれば、放熱用フィン部分と半導体デバイスを囲むリブとを併せ持つ三次元形状であっても、二次的な機械加工を省き、安価に製造することが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、昨今の半導体デバイスにおける発熱量の増大により、半導体モジュールの放熱機能の向上に対する要求がますます高まっている。前記の半導体モジュール用ケースとしての冷却体１においても、放熱性能を高めるためには放熱用フィン３を薄肉、狭ピッチ化して周囲媒体への伝熱面積を拡大する必要がある。しかし、薄肉、狭ピッチのフィン３をもつ冷却体１をダイカスト法により形成するのは、次の理由から困難であった。
【０００６】
図８は、冷却体１をダイカスト法により製造する場合の溶融材料の流動様式を表す模式図である。この冷却体１のように、ベース２にフィン３が立設する形状の製品をダイカスト法により製造する場合、その形状から湯口６は回路基板装着ベース７の側面となり、湯口６から高速で射出された溶融材料は、まず射出方向に平行方向のベース２に充填される。その後、射出方向とほぼ垂直方向に金型のキャビティ（図示せず）に溶融材料が充填されて放熱用フィン３をなすが、放熱用フィン３への充填は湯口６から遠い側、すなわち反湯口側のフィンから先に充填されていく。この結果、湯口６側の放熱用フィン３は、充填時間差による溶融材料の温度低下による粘性低下が起こり、充填性が悪くなるという問題点があった。
【０００７】
特に、放熱用フィン３のフィン間を流れる空気への伝熱面積を大きくして放熱効率を高めるために、例えば、フィンの厚さ１ｍｍ程度、高さ１０ｍｍ程度、フィンのピッチ３ｍｍ程度の高アスペクト比を有する薄肉、狭ピッチ構造にした場合、充填性が悪くなるのが顕著となる。その理由は、放熱用フィン３の体積に対する表面積の比が大きいため、充填過程における溶融材料と金型表面との接触による熱伝達により、溶融材料の温度が低下するためである。
【０００８】
さらに、冷却体１は、半導体デバイス５の発熱を全てのフィン３に均一に伝達させるために、ベース２の放熱用フィン３側の面を半導体デバイス側の面に対して放熱用フィン３の脚部８が一定の温度の面に配置されるように凸面上に形成されている。したがって、射出された溶融材料は凸形状部Ｂと平面形状部Ａとの境界で、放熱用フィン３への充填を阻害するような半導体デバイス５側への流れを生じるため、放熱用フィン３の充填が不完全となる不良が発生し、低い歩留まりとなり製造コストを下げることが困難であるという問題点があった。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、放熱用フィンを備えた半導体モジュール用ケースをダイカスト法により製造する場合、充填材料の充填性のよい半導体モジュール用ケースを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る半導体モジュール用ケースは、半導体素子を実装した複数の回路基板を装着する回路基板装着ベースを有する半導体モジュール用ケースであって、回路基板装着ベースが、上面と下面を有し、上面は回路基板を装着する回路基板装着面を所定の回路基板直下の肉厚が部分的に異なる段差形状に形成し、この段差形状に肉厚が変化する境界部分に回路基板を取り囲むようにリブを設け、回路基板装着面と反対側の下面に複数の放熱用フィンを形成したものである。
【００１２】
また、回路基板装着ベースが所定の回路基板直下の肉厚が厚いベース部と肉厚が薄いベース部とを有しており、複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの肉厚が厚いものである。
【００１３】
また、回路基板装着ベースが所定の回路基板直下の肉厚が厚いベース部と肉厚が薄いベース部とを有しており、複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの高さが低いものである。
【００１４】
また、回路基板装着ベースが所定の回路基板直下の肉厚が厚いベース部と肉厚が薄いベース部とを有しており、複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、設置間隔が大きいものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す半導体モジュール用ケースを用いた半導体モジュールの模式図であり、その(ａ)は斜視図、その(ｂ)は矢視ＩＢ−ＩＢの断面を表す。
【００１６】
図１(ａ)および図１(ｂ)において、アルミニウムなどの金属材料で一体成形されるケース１１はベース１１ａを有している。ベース１１ａは、上面と下面を有し、上面には半導体素子１２および半導体素子１２を実装した回路基板１３を装着する回路基板装着面１１ｂを、特定の回路基板直下の肉厚が部分的に異なる段差形状（肉厚が厚いベース部１１ｆと肉厚が薄いベース部１１ｇからなる段差形状）としている。回路基板装着面１１ｂには回路基板１３を取り囲むように複数のリブ１１ｃを設け、また、回路基板装着面１１ｂと反対側の下面１１ｄには複数の放熱用フィン１１ｅを立設している。ベース１１ａ、回路基板装着面１１ｂ、リブ１１ｃおよび放熱用フィン１１ｅから形成されるケース１１並びに半導体素子１２を実装した回路基板１３で半導体モジュール１４を構成している。
【００１７】
次に、半導体モジュール用ケース１１の放熱作用について説明する。半導体素子１２に電力を供給して所定の動作をさせた際に熱が発生するが、半導体素子１２を安定的に動作させるために、半導体素子１２を一定温度以下に冷却、維持する必要がある。半導体素子１２において発生した熱は、回路基板１３と回路基板装着面１１ｂとを介して、ベース１１ａに伝えられ、ベース１１ａの裏面１１ｄに立設された放熱用フィン１１ｅから、図示しない送風装置によって供給された放熱用フィン１１ｅ間を流れる空気に放出される。また、半導体素子１２の発熱量に応じて、ベース１１ａの肉厚が部分的に異なる段差形状にすることにより、放熱用フィン１１ｅに均等に熱を伝えることができるため、ケース１１全体に亘って高効率の放熱性を得ることが可能となる。
【００１８】
さらに、放熱用フィン１１ｅを、例えばフィンの厚さ１ｍｍ程度、高さ１０ｍｍ程度、ピッチ３ｍｍ程度の薄肉、狭ピッチ構造とし、フィン間を流れる空気への伝熱面積を大きくして放熱効率を高めることにより、半導体素子１２の冷却効果を向上させることができる。
【００１９】
図２は、半導体モジュール用ケース１１をダイカスト法（溶融した金属材料を製品の形状に形成された金型内のキャビティに圧入し、凝固、冷却させて製品形状を得る方法）により製造する場合の、溶融材料の流動様式を表す模式図である。半導体モジュール用ケース１１をダイカスト法により製造する場合、その形状から湯口１５はベース１１ａの側面となる。湯口１５から高速で射出された溶融材料は、まず射出方向に平行にベース１１ａに充填され、その後に、射出方向とほぼ垂直方向に金型のキャビティ（図示せず）に充填され、放熱用フィン１１ｅを形成する。
【００２０】
この実施の形態１においては、放熱用フィン１１ｅが立設し、回路基板装着面１１ｂが段差形状をなすように、回路基板装着ベース１１ａの肉厚を部分的に変化させている。キャビティ内に射出された溶融材料は、回路基板装着ベース１１ａの肉厚が変化している境界で射出方向と垂直方向への流れを生じるため、フィンへの充填が誘発される。このため、充填が困難な高アスペクト比を有する薄肉、狭ピッチの放熱用フィンをもつケースであっても、湯口１５側のフィンと湯口１５と反対側のフィンとの溶融材料の充填時間差を減少させ、放熱用フィン１１ｅ全体への溶融材料の充填性を向上させることができ、また、充填不良による歩留低下を回避することが可能となって安価に製品供給をすることができる。
【００２１】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。実施の形態２の半導体モジュール用ケースと実施の形態１の半導体モジュール用ケースとの異なる点は、回路基板装着面に設置された複数のリブが回路基板装着ベースの肉厚が変化する境界部分に設置されている点である。
【００２２】
図３において、アルミニウムなどの金属材料で一体成形されるケース２１は、ベース２１ａを有している。ベース２１ａは、上面と下面を有し、上面には半導体素子１２および半導体素子１２を実装した回路基板１３を装着する回路基板装着面２１ｂを、特定の回路基板直下の肉厚が部分的に異なる段差形状（肉厚が厚いベース部２１ｆと肉厚が薄いベース部２１ｇからなる段差形状）としている。回路基板装着面２１ｂには回路基板１３を取り囲むように、且つ、回路基板装着ベース２１ａの肉厚が変化する境界部分に複数のリブ２１ｃを設置している。また、回路基板装着面２１ｂと反対側の下面２１ｄには、複数の放熱用フィン２１ｅを立設している。ベース２１ａ、回路基板装着面２１ｂ、リブ２１ｃおよび放熱用フィン２１ｅから形成されるケース２１並びに半導体素子１２を実装した回路基板１３で半導体モジュール２４を構成している。
【００２３】
半導体モジュール用ケース２１の放熱作用については、実施の形態１と同様なので、その説明を省略する。
【００２４】
半導体モジュール用ケース２１をダイカスト法により製造する場合、その形状から湯口(図示せず)はベース２１ａの側面となる。湯口から高速で射出された溶融材料は、まず射出方向に平行にベース２１ａに充填され、その後に、射出方向とほぼ垂直方向に金型のキャビティ（図示せず）に充填され、放熱用フィン２１ｅを形成する。
【００２５】
この実施の形態２においては、放熱用フィン２１ｅが立設し、回路基板装着面２１ｂが段差形状をなすように回路基板装着ベース２１ａの肉厚を部分的に変化させ、特定の回路基板をシールドするためのリブ２１ｃを、回路基板装着ベース２の肉厚が変化する境界部分に設置している。このため、キャビティ内に射出された溶融材料は、回路基板装着ベース２１ａの肉厚が変化している境界で射出方向と垂直方向への流れを生じるため、リブ２１ｃへの充填が誘発される。このため、リブ２１ｃへの溶融材料の充填性を向上させることが可能となり、リブ２１ｃの充填不良による歩留低下を回避することができる。
【００２６】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。実施の形態３の半導体モジュール用ケースと実施の形態１の半導体モジュール用ケースとの異なる点は、回路基板装着ベースの下面に設置された複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの肉厚が厚くなっている点である。
【００２７】
図４において、アルミニウムなどの金属材料で一体成形されるケース３１はベース３１ａを有している。ベース３１ａは、上面と下面を有し、上面には半導体素子１２および半導体素子１２を実装した回路基板１３を装着する回路基板装着面３１ｂを、特定の回路基板直下の肉厚が部分的に異なる段差形状としており、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃと肉厚が薄いベース部３１ｄとを有している。なお、肉厚が厚いベース部３１ｃ以外のベース３１ａの厚さは、肉厚が薄いベース部３１ｄと同程度の薄さを有している。
【００２８】
回路基板装着面３１ｂには、回路基板１３を取り囲むように複数のリブ３１ｅを設置している。また、回路基板装着面３１ｂと反対側の下面３１ｆには、複数の放熱用フィンを立設している。この複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン３１ｇが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部３１ｄに設置された放熱用フィン３１ｈに比べて、フィンの肉厚が厚くなっている。ベース部３１ｃ，３１ｄを有しているベース３１ａ、回路基板装着面３１ｂ、リブ３１ｅ、放熱用フィン３１ｇ，３１ｈから形成されたケース３１並びに半導体素子１２を実装した回路基板１３で半導体モジュール３４を構成している。
【００２９】
半導体モジュール用ケース３１をダイカスト法により製造する場合、その形状から湯口(図示せず)はベース３１ａの側面となる。湯口から高速で射出された溶融材料は、まず射出方向に平行にベース３１ａに充填され、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに充填された後に、射出方向とほぼ垂直方向に金型のキャビティ（図示せず）に充填され、フィンの肉厚が厚い放熱用フィン３１ｇを形成する。そのため、ベースの肉厚が厚いベース部は肉厚が薄いベース部に比べて溶融材料の充填時間が長くなり、ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃ設置された放熱用フィン３１ｇは、ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィン３１ｈに比べて、フィン部への溶融材料の充填開始時間が遅くなる。
【００３０】
しかしながら、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン３１ｇの肉厚は、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部３１ｄに設置された放熱用フィン３１ｈの肉厚に比べて厚い。このため、金型キャビティにおける放熱用フィンを形成する部分の体積に対する表面積の比は、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン３１ｇの方が小さくなっている。その結果、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン３１ｇ部のキャビティへ充填中の溶融材料は、金型との接触面積が小さくなっているため、金型への熱伝達が抑制され、充填過程における溶融材料の温度低下に伴う粘性低下が起こる前にフィンへ充填することが可能となる。したがって、フィン部への充填不足による歩留の低下を抑制し、高効率で製造できる。
【００３１】
また、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部３１ｄに設置された放熱用フィン３１ｈに比べて、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン３１ｇは、その肉厚が厚くなっているので、フィン根元からフィン先端へ熱が伝わりやすく（いわゆるフィン効率が大きく）、放熱性能が高くなっている。したがって、回路基板装着面３１ｂの回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに、発熱量の大きい半導体素子１２を実装した回路基板１３を装着すれば、半導体素子１２を効率よく冷却することができるという効果を奏する。
【００３２】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。実施の形態４の半導体モジュール用ケースと実施の形態３の半導体モジュール用ケースとの異なる点は、回路基板装着ベースの裏面に設置された複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの高さが低くなっている点である。
【００３３】
図５において、図４と同じ符号は同一または相当を示し、その説明を省略する。回路基板装着面３１ｂと反対側の下面３１ｆには、複数の放熱用フィンを立設している。この複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン４１ｇが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部３１ｄに設置された放熱用フィン４１ｈに比べて、フィンの高さが低くなっている。ベース部３１ｃ，３１ｄを有しているベース３１ａ、回路基板装着面３１ｂ、リブ３１ｅ、放熱用フィン４１ｇ，４１ｈから形成されたケース４１並びに半導体素子１２を実装した回路基板１３で半導体モジュール４４を構成している。
【００３４】
半導体モジュール用ケース４１の放熱作用については、実施の形態３と同様なので、その説明を省略する。
【００３５】
半導体モジュール用ケース４１をダイカスト法により製造する場合、その形状から湯口(図示せず)はベース３１ａの側面となる。湯口から高速で射出された溶融材料は、まず射出方向に平行にベース３１ａに充填され、その後に、射出方向とほぼ垂直方向に金型のキャビティ（図示せず）に充填され、放熱用フィン４１ｈを形成する。そのため、ベースの肉厚が厚いベース部は肉厚が薄いベース部に比べて溶融材料の充填時間が長くなり、ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃ設置された放熱用フィン４１ｇは、ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィン４１ｈに比べて、フィン部への溶融材料の充填開始時間が遅くなる。
【００３６】
しかしながら、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン４１ｇの高さが回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部３１ｄに設置されたフィン４１ｈの高さに比べて低い、すなわちキャビティ体積が小さくなっているので、溶融材料の充填時間が短くなり、充填時間差による温度低下が起こる前にフィンへの充填が可能となる。したがって、フィン部への充填不足による歩留の低下を抑制し、高効率で製造することができる。
【００３７】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。実施の形態４の半導体モジュール用ケースと実施の形態３の半導体モジュール用ケースとの異なる点は、回路基板装着ベースの裏面に設置された複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、設置間隔が大きくなっている点である。
【００３８】
図６において、図４と同じ符号は同一または相当を示し、その説明を省略する。回路基板装着面３１ｂと反対側の下面３１ｆには、複数の放熱用フィンを立設している。この複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン５１ｇが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部３１ｄに設置された放熱用フィン５１ｈに比べて、設置間隔が大きくなっている。ベース部３１ｃ，３１ｄを有しているベース３１ａ、回路基板装着面３１ｂ、リブ３１ｅ、放熱用フィン５１ｇ，５１ｈから形成されたケース５１並びに半導体素子１２を実装した回路基板１３で半導体モジュール５４を構成している。
【００３９】
半導体モジュール用ケース５１の放熱作用については、実施の形態３と同様なので、その説明を省略する。
【００４０】
半導体モジュール用ケース５１をダイカスト法により製造する場合、その形状から湯口(図示せず)はベース３１ａの側面となる。湯口から高速で射出された溶融材料は、まず射出方向に平行にベース３１ａに充填され、その後に、射出方向とほぼ垂直方向に金型のキャビティ（図示せず）に充填され、放熱用フィン５１ｈを形成する。そのため、ベースの肉厚が厚いベース部は肉厚が薄いベース部３１ｄに比べて溶融材料の充填時間が長くなり、ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃ設置された放熱用フィン５１ｇは、ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィン５１ｈに比べて、フィン部への溶融材料の充填開始時間が遅くなる。
【００４１】
しかし、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン５１ｇの設置間隔は、回路基板装着ベース２の肉厚が薄いベース部３１ｄに設置された放熱用フィン５１ｈの設置間隔に比べて大きい、すなわち、フィンを形成するキャビティ体積が小さくなっているので、溶融材料の充填時間が短くなり、充填時間差による温度低下が起こる前にフィンへの充填が可能となる。したがって、フィン部への充填不足による歩留の低下を抑制し、高効率で製造することができる。
【００４２】
また、放熱用フィン５１ｇの設置間隔が放熱用フィン５１ｈの設置間隔に比べて大きいため、フィン間を流れる空気の圧力損失が小さくなり、通過風量が増加するので、フィンからの放熱量が大きくなる。したがって、半導体素子１２の発熱を効率よく放出することができる。
【００４３】
さらに、特に、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン５１ｈの設置間隔が大きくなっているため、ダイカスト法により製造する際に用いる金型の肉厚が大きく取ることができるので、金型の強度が増し、寿命を伸ばすことができるという効果を奏する。
【００４４】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので以下に示すような効果を奏する。
【００４６】
この発明の半導体モジュール用ケースは、半導体素子を実装した複数の回路基板を装着する回路基板装着ベースが、上面と下面を有し、上面は回路基板を装着する回路基板装着面を所定の回路基板直下の肉厚が部分的に異なる段差形状に形成し、この段差形状に肉厚が変化する境界部分に回路基板を取り囲むようにリブを設け、回路基板装着面と反対側の下面に複数の放熱用フィンを形成している。このような構成により、ダイカスト法により製造する場合、充填材料は肉厚が変化している境界で射出方向と垂直方向への流れを生じるため、リブと放熱用フィンへの充填が誘発される。このため、溶融材料の充填時間差を減少させ、リブと放熱用フィン全体への溶融材料の充填性を向上させることができる。
【００４７】
また、複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの肉厚が厚い。このような構成により、ダイカスト法により製造する場合、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンを形成するキャビティ部の体積に対する表面積の比が小さくなっている。このため、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィン部のキャビティへ充填中の溶融材料は、金型との接触面積が小さくなっているため、溶融材料から金型への熱伝達が抑制され、充填過程における溶融材料の温度低下に伴う粘性低下が起こる前に放熱用フィンへ充填することが可能となり、溶融材料の充填性を向上させることができる。また、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンは、その肉厚が厚くなっているので、フィン根元からフィン先端へ熱が伝わりやすくなっているため、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に、発熱量の大きい半導体素子を実装した回路基板を装着すれば、半導体素子を効率よく冷却することができる。
【００４８】
また、複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの設置間隔を大きくしている。このような構成により、ダイカスト法により製造する場合、放熱用フィンを形成するキャビティ体積が小さくなっているので、溶融材料の充填時間が短くなり、充填時間差による温度低下が起こる前にフィンへの充填が可能となる。また、フィン間を流れる空気の圧力損失が小さくなり、通過風量が増加するので、フィンからの放熱量が大きくなるため、半導体素子の発熱を効率よく放出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す半導体モジュール用ケースを用いた半導体モジュールの模式図であり、その(ａ)は斜視図、その(ｂ)は矢視ＩＢ−ＩＢの断面図である。
【図２】 図１の半導体モジュール用ケースをダイカスト法により製造する場合の溶融材料の流動様式を表す模式図である。
【図３】 この発明の実施の形態２を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態３を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態４を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態５を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。
【図７】 従来の半導体モジュール用の放熱手段の冷却体を図７に示す説明図である。
【図８】 図７の冷却体をダイカスト法により製造する場合の溶融材料の流動様式を表す模式図である。
【符号の説明】
１１，２１，３１，４１，５１ 半導体モジュール用ケース
１２ 半導体素子
１３ 回路基板
１１ａ，２１ａ，３１ａ 回路基板装着ベース
１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ 回路基板装着ベースの上面（回路基板装着面）
１１ｄ，２１ｄ，３１ｆ 回路基板装着ベースの下面（回路基板装着面の反対側）
１１ｃ，２１ｃ，３１ｅ リブ
１１ｅ，２１ｅ，３１ｇ，３１ｈ，４１ｇ，４１ｈ，５１ｇ，５１ｈ 放熱用フィン
１１ｆ，２１ｆ，３１ｃ 回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部
１１ｇ，２１ｇ，３１ｄ 回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体モジュール用ケースに関し、特に、複数の半導体回路基板と半導体素子を有する半導体モジュールを冷却する放熱用フィンを備えた大型の半導体モジュール用ケースに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体モジュール用ケースには、半導体素子から発生する熱を放出するための放熱機能が備えられる。放熱手法としては種々あるが、最も有効な手段の一つはケースの表面に放熱用フィンを設けて、熱を周囲媒体へ放出する熱伝達を利用したものである。
【０００３】
半導体モジュール用の放熱手段の例として、登録実用新案第３０１２３１８号公報に記載の冷却体を図７に示す。図７に示す半導体デバイス用の冷却体１は、ベース２と、すべてが同一の高さをもち、間隔を隔てて配置された複数個の放熱用フィン３とよりなる。ベース２の放熱用フィン３側の面を半導体デバイス側の面に対して放熱用フィン３の脚部が一定の温度の面に配置されるように凸面上に形成されている。これにより、半導体デバイスの発熱が放熱用フィン３に均等に配分され、冷却体１の全断面に沿って高い効率の放熱能力が得られる。上記の半導体デバイス用の冷却体１は単なる冷却装置であるが、これに半導体デバイス５の側面に半導体デバイスを囲むようにリブを設けると、高放熱性を有する半導体モジュール用ケースとなる。
【０００４】
このような半導体モジュール用ケースの場合、ケースとしての冷却体は長手方向に形状が変化する三次元形状となるため、製造方法として押出し成形を選択すると二次的な機械加工の必要性が発生し、安価に製造することが困難になる。したがって、一度に成形できるダイカスト法が最も有効な製造方法となる。ダイカスト法であれば、放熱用フィン部分と半導体デバイスを囲むリブとを併せ持つ三次元形状であっても、二次的な機械加工を省き、安価に製造することが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、昨今の半導体デバイスにおける発熱量の増大により、半導体モジュールの放熱機能の向上に対する要求がますます高まっている。前記の半導体モジュール用ケースとしての冷却体１においても、放熱性能を高めるためには放熱用フィン３を薄肉、狭ピッチ化して周囲媒体への伝熱面積を拡大する必要がある。しかし、薄肉、狭ピッチのフィン３をもつ冷却体１をダイカスト法により形成するのは、次の理由から困難であった。
【０００６】
図８は、冷却体１をダイカスト法により製造する場合の溶融材料の流動様式を表す模式図である。この冷却体１のように、ベース２にフィン３が立設する形状の製品をダイカスト法により製造する場合、その形状から湯口６は回路基板装着ベース７の側面となり、湯口６から高速で射出された溶融材料は、まず射出方向に平行方向のベース２に充填される。その後、射出方向とほぼ垂直方向に金型のキャビティ（図示せず）に溶融材料が充填されて放熱用フィン３をなすが、放熱用フィン３への充填は湯口６から遠い側、すなわち反湯口側のフィンから先に充填されていく。この結果、湯口６側の放熱用フィン３は、充填時間差による溶融材料の温度低下による粘性低下が起こり、充填性が悪くなるという問題点があった。
【０００７】
特に、放熱用フィン３のフィン間を流れる空気への伝熱面積を大きくして放熱効率を高めるために、例えば、フィンの厚さ１ｍｍ程度、高さ１０ｍｍ程度、フィンのピッチ３ｍｍ程度の高アスペクト比を有する薄肉、狭ピッチ構造にした場合、充填性が悪くなるのが顕著となる。その理由は、放熱用フィン３の体積に対する表面積の比が大きいため、充填過程における溶融材料と金型表面との接触による熱伝達により、溶融材料の温度が低下するためである。
【０００８】
さらに、冷却体１は、半導体デバイス５の発熱を全てのフィン３に均一に伝達させるために、ベース２の放熱用フィン３側の面を半導体デバイス側の面に対して放熱用フィン３の脚部８が一定の温度の面に配置されるように凸面上に形成されている。したがって、射出された溶融材料は凸形状部Ｂと平面形状部Ａとの境界で、放熱用フィン３への充填を阻害するような半導体デバイス５側への流れを生じるため、放熱用フィン３の充填が不完全となる不良が発生し、低い歩留まりとなり製造コストを下げることが困難であるという問題点があった。
【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、放熱用フィンを備えた半導体モジュール用ケースをダイカスト法により製造する場合、充填材料の充填性のよい半導体モジュール用ケースを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る半導体モジュール用ケースは、半導体素子を実装した複数の回路基板を装着する回路基板装着ベースを有する半導体モジュール用ケースであって、回路基板装着ベースが、上面と下面を有し、上面は回路基板を装着する回路基板装着面を所定の回路基板直下の肉厚が部分的に異なる段差形状に形成し、この段差形状に肉厚が変化する境界部分に回路基板を取り囲むようにリブを設け、回路基板装着面と反対側の下面に複数の放熱用フィンを形成したものである。
【００１２】
また、回路基板装着ベースが所定の回路基板直下の肉厚が厚いベース部と肉厚が薄いベース部とを有しており、複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの肉厚が厚いものである。
【００１３】
また、回路基板装着ベースが所定の回路基板直下の肉厚が厚いベース部と肉厚が薄いベース部とを有しており、複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの高さが低いものである。
【００１４】
また、回路基板装着ベースが所定の回路基板直下の肉厚が厚いベース部と肉厚が薄いベース部とを有しており、複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、設置間隔が大きいものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示す半導体モジュール用ケースを用いた半導体モジュールの模式図であり、その(ａ)は斜視図、その(ｂ)は矢視ＩＢ−ＩＢの断面を表す。
【００１６】
図１(ａ)および図１(ｂ)において、アルミニウムなどの金属材料で一体成形されるケース１１はベース１１ａを有している。ベース１１ａは、上面と下面を有し、上面には半導体素子１２および半導体素子１２を実装した回路基板１３を装着する回路基板装着面１１ｂを、特定の回路基板直下の肉厚が部分的に異なる段差形状（肉厚が厚いベース部１１ｆと肉厚が薄いベース部１１ｇからなる段差形状）としている。回路基板装着面１１ｂには回路基板１３を取り囲むように複数のリブ１１ｃを設け、また、回路基板装着面１１ｂと反対側の下面１１ｄには複数の放熱用フィン１１ｅを立設している。ベース１１ａ、回路基板装着面１１ｂ、リブ１１ｃおよび放熱用フィン１１ｅから形成されるケース１１並びに半導体素子１２を実装した回路基板１３で半導体モジュール１４を構成している。
【００１７】
次に、半導体モジュール用ケース１１の放熱作用について説明する。半導体素子１２に電力を供給して所定の動作をさせた際に熱が発生するが、半導体素子１２を安定的に動作させるために、半導体素子１２を一定温度以下に冷却、維持する必要がある。半導体素子１２において発生した熱は、回路基板１３と回路基板装着面１１ｂとを介して、ベース１１ａに伝えられ、ベース１１ａの裏面１１ｄに立設された放熱用フィン１１ｅから、図示しない送風装置によって供給された放熱用フィン１１ｅ間を流れる空気に放出される。また、半導体素子１２の発熱量に応じて、ベース１１ａの肉厚が部分的に異なる段差形状にすることにより、放熱用フィン１１ｅに均等に熱を伝えることができるため、ケース１１全体に亘って高効率の放熱性を得ることが可能となる。
【００１８】
さらに、放熱用フィン１１ｅを、例えばフィンの厚さ１ｍｍ程度、高さ１０ｍｍ程度、ピッチ３ｍｍ程度の薄肉、狭ピッチ構造とし、フィン間を流れる空気への伝熱面積を大きくして放熱効率を高めることにより、半導体素子１２の冷却効果を向上させることができる。
【００１９】
図２は、半導体モジュール用ケース１１をダイカスト法（溶融した金属材料を製品の形状に形成された金型内のキャビティに圧入し、凝固、冷却させて製品形状を得る方法）により製造する場合の、溶融材料の流動様式を表す模式図である。半導体モジュール用ケース１１をダイカスト法により製造する場合、その形状から湯口１５はベース１１ａの側面となる。湯口１５から高速で射出された溶融材料は、まず射出方向に平行にベース１１ａに充填され、その後に、射出方向とほぼ垂直方向に金型のキャビティ（図示せず）に充填され、放熱用フィン１１ｅを形成する。
【００２０】
この実施の形態１においては、放熱用フィン１１ｅが立設し、回路基板装着面１１ｂが段差形状をなすように、回路基板装着ベース１１ａの肉厚を部分的に変化させている。キャビティ内に射出された溶融材料は、回路基板装着ベース１１ａの肉厚が変化している境界で射出方向と垂直方向への流れを生じるため、フィンへの充填が誘発される。このため、充填が困難な高アスペクト比を有する薄肉、狭ピッチの放熱用フィンをもつケースであっても、湯口１５側のフィンと湯口１５と反対側のフィンとの溶融材料の充填時間差を減少させ、放熱用フィン１１ｅ全体への溶融材料の充填性を向上させることができ、また、充填不良による歩留低下を回避することが可能となって安価に製品供給をすることができる。
【００２１】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。実施の形態２の半導体モジュール用ケースと実施の形態１の半導体モジュール用ケースとの異なる点は、回路基板装着面に設置された複数のリブが回路基板装着ベースの肉厚が変化する境界部分に設置されている点である。
【００２２】
図３において、アルミニウムなどの金属材料で一体成形されるケース２１は、ベース２１ａを有している。ベース２１ａは、上面と下面を有し、上面には半導体素子１２および半導体素子１２を実装した回路基板１３を装着する回路基板装着面２１ｂを、特定の回路基板直下の肉厚が部分的に異なる段差形状（肉厚が厚いベース部２１ｆと肉厚が薄いベース部２１ｇからなる段差形状）としている。回路基板装着面２１ｂには回路基板１３を取り囲むように、且つ、回路基板装着ベース２１ａの肉厚が変化する境界部分に複数のリブ２１ｃを設置している。また、回路基板装着面２１ｂと反対側の下面２１ｄには、複数の放熱用フィン２１ｅを立設している。ベース２１ａ、回路基板装着面２１ｂ、リブ２１ｃおよび放熱用フィン２１ｅから形成されるケース２１並びに半導体素子１２を実装した回路基板１３で半導体モジュール２４を構成している。
【００２３】
半導体モジュール用ケース２１の放熱作用については、実施の形態１と同様なので、その説明を省略する。
【００２４】
半導体モジュール用ケース２１をダイカスト法により製造する場合、その形状から湯口(図示せず)はベース２１ａの側面となる。湯口から高速で射出された溶融材料は、まず射出方向に平行にベース２１ａに充填され、その後に、射出方向とほぼ垂直方向に金型のキャビティ（図示せず）に充填され、放熱用フィン２１ｅを形成する。
【００２５】
この実施の形態２においては、放熱用フィン２１ｅが立設し、回路基板装着面２１ｂが段差形状をなすように回路基板装着ベース２１ａの肉厚を部分的に変化させ、特定の回路基板をシールドするためのリブ２１ｃを、回路基板装着ベース２の肉厚が変化する境界部分に設置している。このため、キャビティ内に射出された溶融材料は、回路基板装着ベース２１ａの肉厚が変化している境界で射出方向と垂直方向への流れを生じるため、リブ２１ｃへの充填が誘発される。このため、リブ２１ｃへの溶融材料の充填性を向上させることが可能となり、リブ２１ｃの充填不良による歩留低下を回避することができる。
【００２６】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。実施の形態３の半導体モジュール用ケースと実施の形態１の半導体モジュール用ケースとの異なる点は、回路基板装着ベースの下面に設置された複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの肉厚が厚くなっている点である。
【００２７】
図４において、アルミニウムなどの金属材料で一体成形されるケース３１はベース３１ａを有している。ベース３１ａは、上面と下面を有し、上面には半導体素子１２および半導体素子１２を実装した回路基板１３を装着する回路基板装着面３１ｂを、特定の回路基板直下の肉厚が部分的に異なる段差形状としており、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃと肉厚が薄いベース部３１ｄとを有している。なお、肉厚が厚いベース部３１ｃ以外のベース３１ａの厚さは、肉厚が薄いベース部３１ｄと同程度の薄さを有している。
【００２８】
回路基板装着面３１ｂには、回路基板１３を取り囲むように複数のリブ３１ｅを設置している。また、回路基板装着面３１ｂと反対側の下面３１ｆには、複数の放熱用フィンを立設している。この複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン３１ｇが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部３１ｄに設置された放熱用フィン３１ｈに比べて、フィンの肉厚が厚くなっている。ベース部３１ｃ，３１ｄを有しているベース３１ａ、回路基板装着面３１ｂ、リブ３１ｅ、放熱用フィン３１ｇ，３１ｈから形成されたケース３１並びに半導体素子１２を実装した回路基板１３で半導体モジュール３４を構成している。
【００２９】
半導体モジュール用ケース３１をダイカスト法により製造する場合、その形状から湯口(図示せず)はベース３１ａの側面となる。湯口から高速で射出された溶融材料は、まず射出方向に平行にベース３１ａに充填され、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに充填された後に、射出方向とほぼ垂直方向に金型のキャビティ（図示せず）に充填され、フィンの肉厚が厚い放熱用フィン３１ｇを形成する。そのため、ベースの肉厚が厚いベース部は肉厚が薄いベース部に比べて溶融材料の充填時間が長くなり、ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃ設置された放熱用フィン３１ｇは、ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィン３１ｈに比べて、フィン部への溶融材料の充填開始時間が遅くなる。
【００３０】
しかしながら、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン３１ｇの肉厚は、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部３１ｄに設置された放熱用フィン３１ｈの肉厚に比べて厚い。このため、金型キャビティにおける放熱用フィンを形成する部分の体積に対する表面積の比は、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン３１ｇの方が小さくなっている。その結果、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン３１ｇ部のキャビティへ充填中の溶融材料は、金型との接触面積が小さくなっているため、金型への熱伝達が抑制され、充填過程における溶融材料の温度低下に伴う粘性低下が起こる前にフィンへ充填することが可能となる。したがって、フィン部への充填不足による歩留の低下を抑制し、高効率で製造できる。
【００３１】
また、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部３１ｄに設置された放熱用フィン３１ｈに比べて、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン３１ｇは、その肉厚が厚くなっているので、フィン根元からフィン先端へ熱が伝わりやすく（いわゆるフィン効率が大きく）、放熱性能が高くなっている。したがって、回路基板装着面３１ｂの回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに、発熱量の大きい半導体素子１２を実装した回路基板１３を装着すれば、半導体素子１２を効率よく冷却することができるという効果を奏する。
【００３２】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。実施の形態４の半導体モジュール用ケースと実施の形態３の半導体モジュール用ケースとの異なる点は、回路基板装着ベースの裏面に設置された複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの高さが低くなっている点である。
【００３３】
図５において、図４と同じ符号は同一または相当を示し、その説明を省略する。回路基板装着面３１ｂと反対側の下面３１ｆには、複数の放熱用フィンを立設している。この複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン４１ｇが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部３１ｄに設置された放熱用フィン４１ｈに比べて、フィンの高さが低くなっている。ベース部３１ｃ，３１ｄを有しているベース３１ａ、回路基板装着面３１ｂ、リブ３１ｅ、放熱用フィン４１ｇ，４１ｈから形成されたケース４１並びに半導体素子１２を実装した回路基板１３で半導体モジュール４４を構成している。
【００３４】
半導体モジュール用ケース４１の放熱作用については、実施の形態３と同様なので、その説明を省略する。
【００３５】
半導体モジュール用ケース４１をダイカスト法により製造する場合、その形状から湯口(図示せず)はベース３１ａの側面となる。湯口から高速で射出された溶融材料は、まず射出方向に平行にベース３１ａに充填され、その後に、射出方向とほぼ垂直方向に金型のキャビティ（図示せず）に充填され、放熱用フィン４１ｈを形成する。そのため、ベースの肉厚が厚いベース部は肉厚が薄いベース部に比べて溶融材料の充填時間が長くなり、ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃ設置された放熱用フィン４１ｇは、ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィン４１ｈに比べて、フィン部への溶融材料の充填開始時間が遅くなる。
【００３６】
しかしながら、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン４１ｇの高さが回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部３１ｄに設置されたフィン４１ｈの高さに比べて低い、すなわちキャビティ体積が小さくなっているので、溶融材料の充填時間が短くなり、充填時間差による温度低下が起こる前にフィンへの充填が可能となる。したがって、フィン部への充填不足による歩留の低下を抑制し、高効率で製造することができる。
【００３７】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。実施の形態４の半導体モジュール用ケースと実施の形態３の半導体モジュール用ケースとの異なる点は、回路基板装着ベースの裏面に設置された複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、設置間隔が大きくなっている点である。
【００３８】
図６において、図４と同じ符号は同一または相当を示し、その説明を省略する。回路基板装着面３１ｂと反対側の下面３１ｆには、複数の放熱用フィンを立設している。この複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン５１ｇが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部３１ｄに設置された放熱用フィン５１ｈに比べて、設置間隔が大きくなっている。ベース部３１ｃ，３１ｄを有しているベース３１ａ、回路基板装着面３１ｂ、リブ３１ｅ、放熱用フィン５１ｇ，５１ｈから形成されたケース５１並びに半導体素子１２を実装した回路基板１３で半導体モジュール５４を構成している。
【００３９】
半導体モジュール用ケース５１の放熱作用については、実施の形態３と同様なので、その説明を省略する。
【００４０】
半導体モジュール用ケース５１をダイカスト法により製造する場合、その形状から湯口(図示せず)はベース３１ａの側面となる。湯口から高速で射出された溶融材料は、まず射出方向に平行にベース３１ａに充填され、その後に、射出方向とほぼ垂直方向に金型のキャビティ（図示せず）に充填され、放熱用フィン５１ｈを形成する。そのため、ベースの肉厚が厚いベース部は肉厚が薄いベース部３１ｄに比べて溶融材料の充填時間が長くなり、ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃ設置された放熱用フィン５１ｇは、ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィン５１ｈに比べて、フィン部への溶融材料の充填開始時間が遅くなる。
【００４１】
しかし、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン５１ｇの設置間隔は、回路基板装着ベース２の肉厚が薄いベース部３１ｄに設置された放熱用フィン５１ｈの設置間隔に比べて大きい、すなわち、フィンを形成するキャビティ体積が小さくなっているので、溶融材料の充填時間が短くなり、充填時間差による温度低下が起こる前にフィンへの充填が可能となる。したがって、フィン部への充填不足による歩留の低下を抑制し、高効率で製造することができる。
【００４２】
また、放熱用フィン５１ｇの設置間隔が放熱用フィン５１ｈの設置間隔に比べて大きいため、フィン間を流れる空気の圧力損失が小さくなり、通過風量が増加するので、フィンからの放熱量が大きくなる。したがって、半導体素子１２の発熱を効率よく放出することができる。
【００４３】
さらに、特に、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部３１ｃに設置された放熱用フィン５１ｈの設置間隔が大きくなっているため、ダイカスト法により製造する際に用いる金型の肉厚が大きく取ることができるので、金型の強度が増し、寿命を伸ばすことができるという効果を奏する。
【００４４】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので以下に示すような効果を奏する。
【００４６】
この発明の半導体モジュール用ケースは、半導体素子を実装した複数の回路基板を装着する回路基板装着ベースが、上面と下面を有し、上面は回路基板を装着する回路基板装着面を所定の回路基板直下の肉厚が部分的に異なる段差形状に形成し、この段差形状に肉厚が変化する境界部分に回路基板を取り囲むようにリブを設け、回路基板装着面と反対側の下面に複数の放熱用フィンを形成している。このような構成により、ダイカスト法により製造する場合、充填材料は肉厚が変化している境界で射出方向と垂直方向への流れを生じるため、リブと放熱用フィンへの充填が誘発される。このため、溶融材料の充填時間差を減少させ、リブと放熱用フィン全体への溶融材料の充填性を向上させることができる。
【００４７】
また、複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの肉厚が厚い。このような構成により、ダイカスト法により製造する場合、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンを形成するキャビティ部の体積に対する表面積の比が小さくなっている。このため、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィン部のキャビティへ充填中の溶融材料は、金型との接触面積が小さくなっているため、溶融材料から金型への熱伝達が抑制され、充填過程における溶融材料の温度低下に伴う粘性低下が起こる前に放熱用フィンへ充填することが可能となり、溶融材料の充填性を向上させることができる。また、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンは、その肉厚が厚くなっているので、フィン根元からフィン先端へ熱が伝わりやすくなっているため、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に、発熱量の大きい半導体素子を実装した回路基板を装着すれば、半導体素子を効率よく冷却することができる。
【００４８】
また、複数の放熱用フィンのうち、回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの設置間隔を大きくしている。このような構成により、ダイカスト法により製造する場合、放熱用フィンを形成するキャビティ体積が小さくなっているので、溶融材料の充填時間が短くなり、充填時間差による温度低下が起こる前にフィンへの充填が可能となる。また、フィン間を流れる空気の圧力損失が小さくなり、通過風量が増加するので、フィンからの放熱量が大きくなるため、半導体素子の発熱を効率よく放出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を示す半導体モジュール用ケースを用いた半導体モジュールの模式図であり、その(ａ)は斜視図、その(ｂ)は矢視ＩＢ−ＩＢの断面図である。
【図２】 図１の半導体モジュール用ケースをダイカスト法により製造する場合の溶融材料の流動様式を表す模式図である。
【図３】 この発明の実施の形態２を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。
【図４】 この発明の実施の形態３を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。
【図５】 この発明の実施の形態４を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。
【図６】 この発明の実施の形態５を示す半導体モジュール用ケースの断面図である。
【図７】 従来の半導体モジュール用の放熱手段の冷却体を図７に示す説明図である。
【図８】 図７の冷却体をダイカスト法により製造する場合の溶融材料の流動様式を表す模式図である。
【符号の説明】
１１，２１，３１，４１，５１ 半導体モジュール用ケース
１２ 半導体素子
１３ 回路基板
１１ａ，２１ａ，３１ａ 回路基板装着ベース
１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ 回路基板装着ベースの上面（回路基板装着面）
１１ｄ，２１ｄ，３１ｆ 回路基板装着ベースの下面（回路基板装着面の反対側）
１１ｃ，２１ｃ，３１ｅ リブ
１１ｅ，２１ｅ，３１ｇ，３１ｈ，４１ｇ，４１ｈ，５１ｇ，５１ｈ 放熱用フィン
１１ｆ，２１ｆ，３１ｃ 回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部
１１ｇ，２１ｇ，３１ｄ 回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部
Claims (4)
- 半導体素子を実装した複数の回路基板を装着する回路基板装着ベースを有する半導体モジュール用ケースであって、
前記回路基板装着ベースが、上面と下面を有し、前記上面は前記回路基板を装着する回路基板装着面を所定の回路基板直下の肉厚が部分的に異なる段差形状に形成し、この段差形状に肉厚が変化する境界部分に前記回路基板を取り囲むようにリブを設け、前記回路基板装着面と反対側の前記下面に複数の放熱用フィンを形成したことを特徴とする半導体モジュール用ケース。 - 回路基板装着ベースが所定の回路基板直下の肉厚が厚いベース部と肉厚が薄いベース部とを有しており、複数の放熱用フィンのうち、前記回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、前記回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの肉厚が厚いことを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール用ケース。
- 回路基板装着ベースが所定の回路基板直下の肉厚が厚いベース部と肉厚が薄いベース部とを有しており、複数の放熱用フィンのうち、前記回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、前記回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、フィンの高さが低いことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール用ケース。
- 回路基板装着ベースが所定の回路基板直下の肉厚が厚いベース部と肉厚が薄いベース部とを有しており、複数の放熱用フィンのうち、前記回路基板装着ベースの肉厚が厚いベース部に設置された放熱用フィンが、前記回路基板装着ベースの肉厚が薄いベース部に設置された放熱用フィンに比べて、設置間隔が大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール用ケース。
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