JP5790531B2 - Heat dissipation structure - Google Patents

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Description

本明細書が開示する技術は、発熱体を有する電子機器の放熱構造であって、発熱体を収めた部材から筐体へ熱を伝達させる放熱構造に関する。   The technology disclosed in this specification relates to a heat dissipation structure for an electronic device having a heating element, and relates to a heat dissipation structure that transfers heat from a member containing the heating element to a housing.

大出力のモータ用のインバータや電圧コンバータなどの電子機器では、スイッチング回路用のIGBTやダイオードなど、発熱量の大きい素子(発熱体)を数多く用いる。そのため、素子の放熱構造が重要となる。素子の放熱には、冷媒を流す冷却器を使う場合やそのような冷却器を使わない場合などがあるが、いずれの場合も筐体への伝熱効率を上げることは素子の冷却能力の向上に繋がる。   In electronic devices such as inverters and voltage converters for high-power motors, a large number of elements (heating elements) that generate a large amount of heat, such as IGBTs and diodes for switching circuits, are used. Therefore, the heat dissipation structure of the element is important. For element heat dissipation, there are cases where a cooler that flows refrigerant is used and such a cooler is not used.In either case, increasing the heat transfer efficiency to the housing improves the cooling capacity of the element. Connected.

筐体への伝熱効率を向上させる技術として、例えば、特許文献1や特許文献2に開示される技術がある。いすれの文献の技術も、発熱体である半導体素子を収めた素子モジュールと筐体との間に伝熱性の高いグリスを介在させるが、グリスが不均一にならないように筐体における素子モジュールとの対向面にグリスが溜まるように溝を設ける。特許文献1の技術では、素子モジュールに設けられた固定用孔によって囲まれる領域内に、その領域の外周線に沿うように溝を設ける。特許文献1の技術は、素子モジュール締結時の力により素子モジュールが変形することによって生じるグリスの不均一を解消するものである。特許文献2の技術では、筐体における素子モジュールとの対向面に複数の溝を設ける。   As a technique for improving the heat transfer efficiency to the housing, for example, there are techniques disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2. In any of the literature techniques, grease having high heat conductivity is interposed between an element module containing a semiconductor element that is a heating element and the casing. However, in order to prevent grease from becoming uneven, A groove is provided so that grease accumulates on the opposite surface of the. In the technique of Patent Document 1, a groove is provided in a region surrounded by a fixing hole provided in the element module so as to follow the outer peripheral line of the region. The technique of Patent Document 1 eliminates the non-uniformity of grease caused by the deformation of the element module due to the force at the time of element module fastening. In the technique of Patent Document 2, a plurality of grooves are provided on the surface of the housing facing the element module.

特開2006−196576号公報JP 2006-196576 A 特開2010−92999号公報JP 2010-92999 A

本明細書は、発熱体を収めた素子モジュールと筐体との間に塗布されたグリスの不均一を解消するためにさらに改良した技術を提供する。特に、筐体における素子モジュール固定面とは反対側の面に、筐体とは熱膨張率が異なる板部材が固定され、熱膨張率の違いにより筐体が変形し元に戻るような場合であっても、素子モジュールと筐体との間にグリス欠損領域が生じないようにするとともに、鋳造で作られる筐体の製造に適した技術を提供する。   The present specification provides a further improved technique for eliminating unevenness of grease applied between an element module containing a heating element and a housing. In particular, when a plate member having a coefficient of thermal expansion different from that of the case is fixed to the surface of the case opposite to the element module fixing surface, the case is deformed and returned to its original state due to the difference in coefficient of thermal expansion. Even if it exists, while preventing a grease defect | deletion area | region between an element module and a housing | casing, the technique suitable for manufacture of the housing | casing made by casting is provided.

本明細書が開示する放熱構造は、発熱体を収めた素子モジュールと、その素子モジュールを収める電子機器の筐体と、筐体に固定される板部材で構成される。素子モジュールは、グリスを挟んで複数の固定箇所にて筐体に固定される。板部材は、筐体と熱膨張率の異なる材料で作られており、筐体の壁を挟んで素子モジュールと対向するように筐体に固定されている。素子モジュールの固定箇所は、発熱体を囲むように設けられている。本明細書が開示する技術は、素子モジュールに対向する筐体面の上記固定箇所で囲まれた領域に、グリスが入り込む複数の平行な線条溝を設けるとともに、隣接する線条溝の間に線条溝幅よりも幅広の平坦面を設けている。そして、複数の線条溝は、線条溝の並び方向の中央における溝間隔(すなわち平坦面の幅)が並び方向の端における溝間隔よりも狭い。ここで、線条溝とは、端から端まで一直線に延びている溝を意味する。なお、以下では、線条溝と平坦面が設けられている領域を放熱部と称する場合がある。 The heat dissipation structure disclosed in this specification includes an element module that stores a heating element, a casing of an electronic device that stores the element module, and a plate member fixed to the casing. The element module is fixed to the housing at a plurality of fixing points with the grease interposed therebetween. The plate member is made of a material having a coefficient of thermal expansion different from that of the casing, and is fixed to the casing so as to face the element module with the wall of the casing interposed therebetween. The fixing location of the element module is provided so as to surround the heating element. In the technology disclosed in this specification, a plurality of parallel linear grooves into which grease enters are provided in a region surrounded by the above-mentioned fixing portion on the housing surface facing the element module, and a line is provided between adjacent linear grooves. A flat surface wider than the groove width is provided. In the plurality of linear grooves, the groove interval (that is, the width of the flat surface) in the center in the alignment direction of the linear grooves is narrower than the groove interval at the end in the alignment direction. Here, the linear groove means a groove extending straight from end to end. In the following, a region where the linear groove and the flat surface are provided may be referred to as a heat radiating portion.

発熱体は、IGBTやダイオードなどの半導体素子、抵抗素子、コンデンサなどである。発熱体を含む素子モジュールは、半導体素子をモールドしたパッケージであってもよいし、パッケージと冷却器を一体化したユニットであってもよい。また板部材は、筐体を補強する鉄板であったり、筐体を別の装置に取り付けるためのブラケットであってもよい。筐体は、典型的には、アルミダイカストで作られ、板部材は鉄製のアンダーカバー(下部遮蔽板)である。   The heating element is a semiconductor element such as an IGBT or a diode, a resistance element, or a capacitor. The element module including the heating element may be a package in which a semiconductor element is molded, or a unit in which the package and the cooler are integrated. Further, the plate member may be an iron plate that reinforces the casing, or a bracket for attaching the casing to another device. The casing is typically made of aluminum die casting, and the plate member is an iron undercover (lower shielding plate).

上記の放熱構造では、放熱部に、複数の線条溝とこれらの溝幅よりも幅広の平坦面とを設けている。そのような構造により、放熱部と冷却器との間に介在するグリスは複数の線条溝に溜められ、また幅広の平坦面により発熱体の熱が筐体に伝わりやすい。特に、筐体と板部材の熱膨張率の違いから発熱体の熱により筐体が素子モジュール側に向けて凸状(筐体が板部材側に向けて凹状)に変形して筐体と素子モジュールとの間の隙間が不均一になっても、線条溝にはグリスが残る。そのため、筐体の変形が元に戻ると、線条溝に残ったグリスが隙間に戻ることから、グリス欠損領域が発生することを防ぐ。そして、複数の線条溝で線条溝の並び方向の中央における溝間隔が並び方向の端における溝間隔よりも狭いことにより、熱が集中しやすい中央にグリスが溜まりやすくなる。 In the above heat dissipation structure, the heat dissipation portion is provided with a plurality of linear grooves and a flat surface wider than these groove widths. With such a structure, the grease interposed between the heat radiating portion and the cooler is stored in the plurality of linear grooves, and the heat of the heating element is easily transmitted to the casing by the wide flat surface. In particular, due to the difference in thermal expansion coefficient between the case and the plate member, the case and the element are deformed into a convex shape (the case is concave toward the plate member side) due to the heat of the heating element. Even if the gap between the modules becomes uneven, grease remains in the linear groove. For this reason, when the deformation of the casing is restored, the grease remaining in the linear groove returns to the gap, thereby preventing the occurrence of a grease deficient region. And since the groove | channel space | interval in the center of the line direction of a line groove is narrower than the groove space | interval in the end of a line direction in a some line groove, it becomes easy to accumulate grease in the center where heat tends to concentrate.

上記の放熱構造では、互いに平行な複数の線条溝を設けている。線条溝の延びる方向を、筐体の鋳造における溶湯流れの方向と一致させることによって、線条溝に溶湯が流れ易くなる。即ち、上記の放熱構造を採用した筐体は製造しやすい。本明細書の技術は、グリス欠損領域を防止する構造であって、かつ、鋳造し易い構造を提供する。本明細書が開示する技術は鋳造製の筐体に適しており、特に、ダイカスト製の筐体に適している。   In the above heat dissipation structure, a plurality of linear grooves parallel to each other are provided. By making the extending direction of the linear groove coincide with the direction of the molten metal flow in the casting of the casing, the molten metal can easily flow into the linear groove. That is, a housing employing the above heat dissipation structure is easy to manufacture. The technology of the present specification provides a structure that prevents a grease defect region and is easy to cast. The technique disclosed in this specification is suitable for a casing made of cast, and particularly suitable for a casing made of die casting.

上記の放熱構造では、線条溝が設けられている領域(放熱部)がその周囲部分に比べて一段高くなるように構成してもよい。これにより、放熱部は台座状になるため、発熱体による熱が集中するとともに集中した熱を効率的に筐体へ伝えることができる。また、放熱部が台座状であっても、放熱部に形成される複数の線条溝は、鋳造時に溶湯流れしやすいように平行に延びているので、筐体の製造が容易である。   The above heat dissipation structure may be configured such that the region (heat dissipating part) where the linear groove is provided is one step higher than the surrounding part. Thereby, since a heat radiating part becomes a base shape, the heat by a heat generating body concentrates and the concentrated heat can be efficiently transmitted to a case. Moreover, even if the heat radiating portion has a pedestal shape, the plurality of linear grooves formed in the heat radiating portion extend in parallel so that the molten metal flows easily at the time of casting, so that the housing can be easily manufactured.

上記の放熱構造では、平坦面の表面が線条溝の溝内部の表面に比べて滑らかであることが好ましい。滑らかな平坦面の表面によりグリスの厚みが薄くなることで筐体へ熱が伝わり易くなる。その一方で、平坦面の表面より粗い線条溝内の表面によりグリスを溝内に保持し易くなる。   In the above heat dissipation structure, the surface of the flat surface is preferably smoother than the surface inside the groove of the linear groove. The smooth flat surface reduces the thickness of the grease, so that heat is easily transferred to the housing. On the other hand, it becomes easy to hold | maintain grease in a groove | channel by the surface in a linear groove coarser than the surface of a flat surface.

上記の放熱構造では線条溝は、筐体と素子モジュールとの積層方向から見て、発熱体と重なる位置に設けられていることが好ましい。発熱体の直下でグリスが欠損することを防止するためである。 In the above heat dissipation structure, it is preferable that the linear groove is provided at a position overlapping the heating element when viewed from the stacking direction of the housing and the element module. This is to prevent the grease from being lost directly under the heating element.

本明細書が開示する技術の詳細、及び、さらなる改良は、発明の実施の形態で説明する。   Details of the technology disclosed in this specification and further improvements will be described in the embodiments of the present invention.

インバータの筐体の底部の平面図である。It is a top view of the bottom part of the housing | casing of an inverter. 半導体モジュールを外したインバータ筐体の底部の平面図である。It is a top view of the bottom part of the inverter housing | casing which removed the semiconductor module. 図1に示すIII−III線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the III-III line | wire shown in FIG. 図2に示すIV−IV線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the IV-IV line shown in FIG. 溝部分の拡大断面図である。It is an expanded sectional view of a groove part. 筐体を作るダイカスト型の平面図である。It is a top view of the die-casting type | mold which makes a housing | casing. 第2実施例の放熱構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the thermal radiation structure of 2nd Example.

図面を参照して実施例の放熱構造を説明する。実施例の放熱構造2が対象とする装置は、電気自動車のインバータ3である。図1にインバータ3の筐体5の底部の平面図を示す。筐体5の底部上面に、2つの半導体モジュール20、30が固定されている。筐体5は箱状であるが、以下では半導体モジュール20、30が固定される筐体底部について説明し、筐体全体については説明を省略する。   The heat dissipation structure of the embodiment will be described with reference to the drawings. The device targeted by the heat dissipation structure 2 of the embodiment is an inverter 3 of an electric vehicle. FIG. 1 is a plan view of the bottom of the casing 5 of the inverter 3. Two semiconductor modules 20 and 30 are fixed to the upper surface of the bottom of the housing 5. Although the housing 5 has a box shape, the bottom of the housing to which the semiconductor modules 20 and 30 are fixed will be described below, and the description of the entire housing will be omitted.

半導体モジュール20は、その内部にIGBTなどの複数個の半導体素子を樹脂でモールドした半導体チップ21a、21b、及び21cを内蔵している。半導体モジュール30は、その内部にIGBT等の複数個の半導体素子を樹脂でモールドした半導体チップ31を内蔵している。なお、図1では、半導体モジュールに内蔵された半導体チップはグレーで示してある。さらに、図1では、半導体素子の配線は図示を省略している。半導体モジュール20、30に収められたIGBTなどの半導体素子は、バッテリの電力をモータ駆動に適した交流電力に変換するためのコンバータ回路やインバータ回路におけるスイッチング回路を構成する素子である。半導体モジュール20、30に収められた素子には大電流が流れるため発熱量が大きい。インバータ3では、そのような発熱量の大きい素子を集積し、集中的に冷却する。   The semiconductor module 20 includes therein semiconductor chips 21a, 21b, and 21c in which a plurality of semiconductor elements such as IGBTs are molded with resin. The semiconductor module 30 contains therein a semiconductor chip 31 in which a plurality of semiconductor elements such as IGBTs are molded with resin. In FIG. 1, the semiconductor chip built in the semiconductor module is shown in gray. Further, in FIG. 1, the wiring of the semiconductor element is omitted. Semiconductor elements such as IGBTs housed in the semiconductor modules 20 and 30 are elements constituting a switching circuit in a converter circuit or an inverter circuit for converting battery power into AC power suitable for motor driving. Since a large current flows through the elements housed in the semiconductor modules 20 and 30, the amount of heat generated is large. In the inverter 3, such elements that generate a large amount of heat are integrated and cooled intensively.

半導体モジュール20は、4本のボルト22で筐体5の底部に固定される。筐体5の底部表面であって半導体モジュール20と対向する領域には6本の線条の溝8(線条溝)が形成されている。半導体モジュール30は、4本のボルト32で筐体5の底部に固定される。筐体5の底部表面であって半導体モジュール30と対向する領域には、5本の線条の溝9(線条溝)が形成されている。「線条溝」とは、端から端まで一直線の溝を意味する。符号9が示す溝の一群は、相互に平行に延びている。符号8が示す溝の一群も相互に平行に延びている。複数の溝の全体的な配置は、図1の平面図でみて溝が半導体チップと重なる部分が多くなるように定められている。   The semiconductor module 20 is fixed to the bottom of the housing 5 with four bolts 22. Six linear grooves 8 (linear grooves) are formed in a region on the bottom surface of the housing 5 and facing the semiconductor module 20. The semiconductor module 30 is fixed to the bottom of the housing 5 with four bolts 32. In the region facing the semiconductor module 30 on the bottom surface of the housing 5, five linear grooves 9 (linear grooves) are formed. “Line groove” means a straight groove from end to end. A group of grooves indicated by reference numeral 9 extend parallel to each other. A group of grooves indicated by reference numeral 8 also extend parallel to each other. The overall arrangement of the plurality of grooves is determined so that there are many portions where the grooves overlap with the semiconductor chip as seen in the plan view of FIG.

半導体モジュール20と筐体5の底部との間には熱伝導率の高いグリスが塗布されている。半導体モジュール30と筐体5の底部との間にもグリスが塗布されている。グリスは、半導体モジュールから筐体5へと半導体素子の熱を良く拡散させるために塗られている。グリスは溝8と溝9にも溜まる。溝8と溝9については後に詳しく説明する。   Grease with high thermal conductivity is applied between the semiconductor module 20 and the bottom of the housing 5. Grease is also applied between the semiconductor module 30 and the bottom of the housing 5. The grease is applied to diffuse the heat of the semiconductor element well from the semiconductor module to the housing 5. Grease also collects in the grooves 8 and 9. The grooves 8 and 9 will be described in detail later.

インバータ3の底部外側(インバータ3の下面)には、アンダーカバー4が取り付けられている。インバータ3は車両のエンジンコンパートメントに固定されるが、アンダーカバー4は、路面から跳ね上がってくる小石などからインバータ3を保護することを一つの目的として取り付けられている。アンダーカバー4は、下からボルト6でインバータ3に固定される。筐体5はアルミダイカストで製造され、アンダーカバー4は鉄製である。筐体5とアンダーカバー4はボルト6によって相互に固定されており、筐体5とアンダーカバー4は熱膨張率が異なるため、温度が上昇すると、熱膨張率の差によって筐体5が変形する。筐体5が変形し、筐体5の底部表面が湾曲すると、底部表面と半導体モジュール20、30との間の隙間が不均一となり、隙間の狭い領域から広い領域へとグリスが押し出される。しかし、温度が下がり、変形が元に戻ったとき、溝8、溝9内に溜まったグリスが筐体表面に出てくるので、底部表面と半導体モジュール20、30との間にグリス欠損領域が生じ難い。次に、溝8、溝9の構造について詳しく説明する。   An under cover 4 is attached to the outside of the bottom of the inverter 3 (the lower surface of the inverter 3). Although the inverter 3 is fixed to the engine compartment of the vehicle, the under cover 4 is attached for the purpose of protecting the inverter 3 from pebbles that jump up from the road surface. The under cover 4 is fixed to the inverter 3 with bolts 6 from below. The housing 5 is manufactured by aluminum die casting, and the under cover 4 is made of iron. The casing 5 and the under cover 4 are fixed to each other by bolts 6. Since the casing 5 and the under cover 4 have different coefficients of thermal expansion, the casing 5 deforms due to the difference in coefficient of thermal expansion when the temperature rises. . When the housing 5 is deformed and the bottom surface of the housing 5 is curved, the gap between the bottom surface and the semiconductor modules 20 and 30 becomes non-uniform, and the grease is pushed out from a narrow area to a wide area. However, when the temperature is lowered and the deformation is restored, the grease accumulated in the grooves 8 and 9 comes out on the surface of the housing, so that there is a grease defect region between the bottom surface and the semiconductor modules 20 and 30. Not likely to occur. Next, the structure of the grooves 8 and 9 will be described in detail.

図2に、半導体モジュール20と30を外した状態のインバータ3の底部の平面図を示す。図3に、図1のIII−III線に沿った断面図を示す。図4に図2のIV−IV線に沿った断面図を示す。図4の断面図は、図3の断面図において半導体モジュール30を外したものに相当する。なお、図3における符号Gはグリスを示している。   FIG. 2 shows a plan view of the bottom of the inverter 3 with the semiconductor modules 20 and 30 removed. FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. The cross-sectional view of FIG. 4 corresponds to the cross-sectional view of FIG. 3 with the semiconductor module 30 removed. In addition, the code | symbol G in FIG. 3 has shown the grease.

図1に示したように、半導体モジュール20の下方に位置する一群の溝を「溝8」と総称するが、個別の溝を示す場合には、図2に示すように図の左側から溝8a、8b、8c、8d、8e、8fと称する。また、半導体モジュール30の下方に位置する一群の溝は「溝9」と総称するが、個別の溝を示す場合には、図2の左側から溝9a、9b、9c、9d、9eと称する。また、溝8aと溝8bの間の平坦面を溝間平面12aと称する。同様に、溝8bと溝8cの間の平坦面を溝間平面12bと称し、溝8cと溝8dの間の平坦面を溝間平面12cと称し、溝8dと溝8eの間の平坦面を溝間平面12dと称し、溝8eと溝8fの間の平坦面を溝間平面12eと称する。同様に、溝9aと溝9bの間の平坦面を溝間平面13aと称し、溝9bと溝9cの間の平坦面を溝間平面13bと称し、溝9cと溝9dの間の平坦面を溝間平面13cと称し、溝9dと溝9eの間の平坦面を溝間平面13dと称する。溝間平面12a−12eは溝間平面12と総称する場合があり、溝間平面13a−13dは、溝間平面13と総称する場合がある。   As shown in FIG. 1, a group of grooves positioned below the semiconductor module 20 are collectively referred to as “grooves 8”. However, when individual grooves are shown, the grooves 8a are formed from the left side of the drawing as shown in FIG. , 8b, 8c, 8d, 8e, 8f. A group of grooves positioned below the semiconductor module 30 are collectively referred to as “grooves 9”. However, when individual grooves are illustrated, they are referred to as grooves 9 a, 9 b, 9 c, 9 d, and 9 e from the left side of FIG. 2. The flat surface between the groove 8a and the groove 8b is referred to as an inter-groove plane 12a. Similarly, the flat surface between the groove 8b and the groove 8c is referred to as an inter-groove plane 12b, the flat surface between the groove 8c and the groove 8d is referred to as an inter-groove plane 12c, and the flat surface between the groove 8d and the groove 8e. The flat surface between the grooves 8e and 8f is referred to as an inter-groove plane 12e. Similarly, the flat surface between the groove 9a and the groove 9b is referred to as an inter-groove plane 13a, the flat surface between the groove 9b and the groove 9c is referred to as an inter-groove plane 13b, and the flat surface between the groove 9c and the groove 9d. This is referred to as an inter-groove plane 13c, and the flat surface between the grooves 9d and 9e is referred to as an inter-groove plane 13d. The inter-groove planes 12 a to 12 e may be collectively referred to as the inter-groove plane 12, and the inter-groove planes 13 a to 13 d may be collectively referred to as the inter-groove plane 13.

前述したように、半導体モジュール20は、4本のボルト22でインバータ3の筐体5に固定される。筐体5の底部には、ボルトを通すための固定孔7aが4箇所に設けられている。固定孔7aは、半導体チップ21a、21b、及び21c(半導体素子)を囲むように配置されている(図1も参照されたい)。6本の溝8は、4箇所の固定孔7aで囲まれた領域(図2の破線14で囲まれた領域)に形成されている。半導体モジュール30の側でも同様であり、5本の溝9は、4箇所の固定孔7bで囲まれた領域(図2において破線15で囲まれた領域)に形成されている。6本の溝8と溝間平面12が形成された領域を放熱部14と称する場合があり、5本の溝9と溝間平面13が形成された領域を放熱部15と称する場合がある。放熱部14は、筐体5において半導体モジュール20と当接する面に相当し、放熱部15は、半導体モジュール30と当接する面に相当する。   As described above, the semiconductor module 20 is fixed to the casing 5 of the inverter 3 with the four bolts 22. Fixing holes 7a for passing bolts are provided at four locations on the bottom of the housing 5. The fixing hole 7a is disposed so as to surround the semiconductor chips 21a, 21b, and 21c (semiconductor element) (see also FIG. 1). The six grooves 8 are formed in a region surrounded by the four fixed holes 7a (region surrounded by a broken line 14 in FIG. 2). The same applies to the semiconductor module 30 side, and the five grooves 9 are formed in a region surrounded by four fixing holes 7b (a region surrounded by a broken line 15 in FIG. 2). A region in which the six grooves 8 and the inter-groove plane 12 are formed may be referred to as a heat dissipation portion 14, and a region in which the five grooves 9 and the inter-groove plane 13 are formed may be referred to as a heat dissipation portion 15. The heat radiating portion 14 corresponds to a surface that contacts the semiconductor module 20 in the housing 5, and the heat radiating portion 15 corresponds to a surface that contacts the semiconductor module 30.

5本の溝9(線条溝)は相互に平行に延びている。図4に良く示されているように、溝の幅はW1で一定である。しかし、溝間平面13の幅は、複数の溝9の並びの方向の中心で狭く、端で広くなっている。即ち、最も外側の溝間平面13aと13dの幅Lbは、中心に近い溝間平面13b、13cの幅Laよりも大きい。また、いずれの溝間平面の幅La、Lbも、溝幅W1よりは大きい。   Five grooves 9 (wire grooves) extend in parallel to each other. As well shown in FIG. 4, the width of the groove is constant at W1. However, the width of the inter-groove plane 13 is narrow at the center in the direction in which the plurality of grooves 9 are arranged and wide at the ends. That is, the width Lb of the outermost inter-groove planes 13a and 13d is larger than the width La of the inter-groove planes 13b and 13c close to the center. Further, the widths La and Lb of the planes between the grooves are larger than the groove width W1.

6本の溝8についても同様である。6本の溝8は相互に平行に延びており、いずれの溝幅も溝間平面の幅よりも小さい。溝間平面12の幅は、複数の溝8の並びの方向の外側から中心に近づくほど狭くなる。最も外側の溝間平面12a、12eの幅が最も広く、最も中心に近い溝間平面12cの幅が最も狭い。その中間に位置する溝間平面12b、12dの幅は、溝間平面12aの幅よりも小さく、溝間平面12cの幅よりも大きい。   The same applies to the six grooves 8. The six grooves 8 extend in parallel to each other, and any groove width is smaller than the width of the inter-groove plane. The width of the inter-groove plane 12 becomes narrower as it approaches the center from the outside in the direction in which the plurality of grooves 8 are arranged. The outermost inter-groove planes 12a and 12e are the widest, and the inter-groove plane 12c closest to the center is the narrowest. The width of the inter-groove planes 12b and 12d located in the middle is smaller than the width of the inter-groove plane 12a and larger than the width of the inter-groove plane 12c.

図3によく示されているように、半導体モジュール30と筐体5の底部とアンダーカバー4は積層状態にあり、溝9は、積層方向からみたときに半導体モジュール30内の半導体チップ31(半導体素子)と重なるように設けられている(図1も参照されたい)。   As shown well in FIG. 3, the semiconductor module 30, the bottom of the housing 5, and the under cover 4 are in a stacked state, and the groove 9 is a semiconductor chip 31 (semiconductor in the semiconductor module 30 when viewed from the stacking direction). (See also FIG. 1).

また、図3に良く示されているように、筐体5の底部と半導体モジュール30の間にはグリスGが塗布されており、平行な線条の溝9にもグリスGが入り込む。筐体5の底部が変形し半導体モジュール30との間の隙間が不均一となったのち、隙間が元の状態に戻ったときには溝9内のグリスが筐体5と半導体モジュール30の間に供給され、グリス欠損領域ができることが防止される。特に、溝9は半導体モジュール30の中心に近づくほど溝の間隔が狭くなっているので(溝間平面の幅が狭くなっているので)、単位面積当たりの溝面積が増え、隙間が狭くなったときのグリスの退避場所が増える。そのようにして溝9は、グリス欠損領域の発生防止に寄与する。溝8についても同様の効果が期待できる。   As well shown in FIG. 3, grease G is applied between the bottom of the housing 5 and the semiconductor module 30, and the grease G also enters the grooves 9 of the parallel filaments. After the bottom of the housing 5 is deformed and the gap between the semiconductor module 30 becomes non-uniform and the gap returns to the original state, the grease in the groove 9 is supplied between the housing 5 and the semiconductor module 30. This prevents the formation of a grease-deficient region. In particular, since the groove 9 is closer to the center of the semiconductor module 30 because the groove interval is narrower (because the width of the plane between the grooves is narrower), the groove area per unit area increases and the gap becomes narrower. When the grease is saved, the number of places for saving increases. As such, the groove 9 contributes to prevention of occurrence of a grease defect region. The same effect can be expected for the groove 8.

図5に溝9cと9d付近の拡大断面図を示す。図4ではグリスは図示を省略している。図5によく示されているように、溝の断面形状は概ねU字型に形成されており、グリスが流れ易くなっている。また、溝9の幅W1は、溝間平面13cの幅Laよりも小さい。図4に示すように、溝間平面13cの幅Laが放熱部15において最も狭いから、溝9の幅W1は、放熱部15において全ての溝間平面の幅よりも小さい。また、溝の深さD1は、筐体5の厚みH1の1/5以下である。溝の深さを深くしないことで、筐体5の強度低下を抑制している。溝8についても同様である。   FIG. 5 shows an enlarged cross-sectional view near the grooves 9c and 9d. In FIG. 4, the grease is not shown. As well shown in FIG. 5, the cross-sectional shape of the groove is generally U-shaped so that grease easily flows. Further, the width W1 of the groove 9 is smaller than the width La of the inter-groove plane 13c. As shown in FIG. 4, since the width La of the inter-groove plane 13 c is the narrowest in the heat radiating portion 15, the width W <b> 1 of the groove 9 is smaller than the width of all the inter-groove planes in the heat radiating portion 15. Further, the depth D1 of the groove is 1/5 or less of the thickness H1 of the housing 5. By not increasing the depth of the groove, the strength reduction of the housing 5 is suppressed. The same applies to the groove 8.

さらに、溝間平面13cの表面は、溝9の内部の表面よりも滑らかである。別言すれば、溝間平面13cの表面の表面粗さは、溝9の内部の表面の表面粗さよりも細かい。溝間平面の表面粗さが細かいことで、グリス厚みが薄くなり、半導体チップから筐体へ熱が伝わり易くなる。一方、溝内の表面粗さが粗いことで、グリスを保持し易い。   Further, the surface of the inter-groove flat surface 13 c is smoother than the surface inside the groove 9. In other words, the surface roughness of the surface of the inter-groove plane 13 c is finer than the surface roughness of the surface inside the groove 9. Since the surface roughness of the plane between the grooves is fine, the grease thickness is reduced, and heat is easily transmitted from the semiconductor chip to the housing. On the other hand, since the surface roughness in the groove is rough, it is easy to hold the grease.

溝8、9が相互に平行であることは、次の利点もある。筐体5は、ダイカストにて作られる。図6に筐体5を作るためのダイカスト型101の平面図を示す。図6のダイカスト型は、筐体5の内側底面を形成する型である。筐体5の底面内側とは、図2に示した形状に相当する。ダイカスト型101のキャビティ面105は、図2に示した底面の形状を左右逆にし、さらに凹凸を逆転した形状を有しており、溝8、9に相当する突条103、104が形成されている。即ち、図6において突条103、104の延びる方向が、溝8、9の延びる方向に相当する。ダイカスト型101には、キャビティに溶湯を流し込むゲート102が形成されている。ゲート102は、突条103、104を延長した方向に設けられている。ダイカスト型101で筐体5を鋳造する際、ゲート102からキャビティへと射出される溶湯は、溝8、9に相当する突条103、104に沿って流れる(図6の矢印A参照)。底面に多数の溝を有する筐体5をダイキャストにて成形する場合、溶湯が突条103、104の長手方向と交差する方向に流れる場合、突条103、104が溶湯の流れを阻害するが、溶湯が突条103、104に沿って流れる場合、突条103、104が溶湯の流れを阻害しない。相互に平行な線条の溝8、9を有する筐体5は、溝に沿って溶湯が流れるようにダイカスト型を準備することによって、製造が容易となる。   The fact that the grooves 8 and 9 are parallel to each other has the following advantage. The housing 5 is made by die casting. FIG. 6 shows a plan view of a die casting mold 101 for making the housing 5. The die casting mold of FIG. 6 is a mold that forms the inner bottom surface of the housing 5. The inside of the bottom surface of the housing 5 corresponds to the shape shown in FIG. The cavity surface 105 of the die-cast die 101 has a shape in which the shape of the bottom surface shown in FIG. 2 is reversed left and right, and the projections and depressions 103 and 104 corresponding to the grooves 8 and 9 are formed. Yes. That is, in FIG. 6, the extending direction of the protrusions 103 and 104 corresponds to the extending direction of the grooves 8 and 9. The die casting mold 101 is formed with a gate 102 for pouring molten metal into the cavity. The gate 102 is provided in a direction in which the protrusions 103 and 104 are extended. When the casing 5 is cast by the die casting mold 101, the molten metal injected from the gate 102 into the cavity flows along the protrusions 103 and 104 corresponding to the grooves 8 and 9 (see arrow A in FIG. 6). When the casing 5 having a large number of grooves on the bottom surface is formed by die casting, when the molten metal flows in a direction intersecting the longitudinal direction of the elongated ridges 103 and 104, the elongated ridges 103 and 104 inhibit the flow of the molten metal. When the molten metal flows along the protrusions 103 and 104, the protrusions 103 and 104 do not hinder the flow of the molten metal. The housing 5 having the linear grooves 8 and 9 parallel to each other can be easily manufactured by preparing a die casting mold so that the molten metal flows along the grooves.

上記の放熱構造2は、半導体モジュール20(30)に対向する筐体面において固定箇所7a(7b)で囲まれた領域に設けられた線条溝8(9)で構成される。線条溝8(9)は、グリスGが入り込む溝であり、相互に平行である。また、隣接する線条溝8(9)の間に、線条溝幅よりも幅広の平坦面(溝間平面12、13)が設けられている。この放熱構造2は、素子モジュールを挟んで筐体の外側に筐体とは熱膨張率の異なる部材が固定されている筐体に適している。   The heat dissipation structure 2 is constituted by the linear groove 8 (9) provided in the region surrounded by the fixing portion 7a (7b) on the housing surface facing the semiconductor module 20 (30). The linear groove 8 (9) is a groove into which the grease G enters and is parallel to each other. Further, between adjacent linear grooves 8 (9), flat surfaces (inter-groove planes 12, 13) wider than the linear groove width are provided. The heat dissipation structure 2 is suitable for a housing in which a member having a coefficient of thermal expansion different from that of the housing is fixed outside the housing with the element module interposed therebetween.

図7を参照して、放熱構造2の変形例(放熱構造2a)を説明する。この放熱構造2aでは、筐体5は、半導体モジュール30を取り付ける側の面に、周囲よりも一段高い段丘115を有している。この段丘115が、放熱部に相当し、平行な溝9a〜9eが設けられる。そしてこの段丘115の上面に半導体モジュール30がボルト32によって固定される。段丘をダイカストで製造するには、ダイカスト型に段丘に相当する窪みを形成する必要がある。さらにその窪みの中に、溝9に相当する突条が形成される。窪みの中に複数の突条を有するダイカスト型での成形は比較的に難しいが、突条(即ち筐体の溝)の延びる方向を湯流れ方向と一致させることで、湯流れ不良を起こし難くすることができる。   With reference to FIG. 7, the modification (heat dissipation structure 2a) of the heat dissipation structure 2 is demonstrated. In the heat dissipation structure 2a, the housing 5 has a terrace 115 that is one step higher than the surroundings on the surface on which the semiconductor module 30 is attached. The terrace 115 corresponds to a heat radiating portion, and is provided with parallel grooves 9a to 9e. The semiconductor module 30 is fixed to the upper surface of the terrace 115 with bolts 32. In order to manufacture a terrace by die casting, it is necessary to form a depression corresponding to the terrace in a die-cast type. Further, a protrusion corresponding to the groove 9 is formed in the recess. Molding with a die-casting die having a plurality of protrusions in the recess is relatively difficult, but it is difficult to cause poor hot water flow by matching the direction in which the protrusions (that is, the grooves of the housing) extend with the direction of hot water flow. can do.

実施例の技術に関する留意点を述べる。実施例の半導体モジュール20、30が素子モジュールの一例に相当する。半導体チップ21a、21b、21c、及び、31が、発熱体の一例に相当する。発熱体は、半導体チップに限らず、例えば、抵抗器、コンデンサ、或いは、コイルなどの電子部品であればよい。即ち、素子モジュールとは、半導体チップをモールドしたパッケージに限られない。アンダーカバー4が板部材の一例に相当する。筐体5の底部が筐体の壁の一例に相当する。ボルト固定孔7a、7bが、固定箇所の一例に相当する。   Points to note regarding the technology of the embodiment will be described. The semiconductor modules 20 and 30 of the embodiment correspond to an example of an element module. The semiconductor chips 21a, 21b, 21c, and 31 correspond to an example of a heating element. The heating element is not limited to a semiconductor chip, and may be an electronic component such as a resistor, a capacitor, or a coil. That is, the element module is not limited to a package in which a semiconductor chip is molded. The under cover 4 corresponds to an example of a plate member. The bottom of the housing 5 corresponds to an example of a wall of the housing. The bolt fixing holes 7a and 7b correspond to an example of a fixing portion.

実施例では、溝8は6本であり、溝9は5本であった。溝の数に制限はない。また、実施例では、半導体モジュール20、30を筐体5の底部に固定する例を示したが、半導体モジュール20、30(素子モジュール)を固定する場所は、筐体の側面や上面であってもよい。実施例ではインバータにおける放熱構造2を説明したが、本明細書が開示する技術はインバータ以外の電子機器に適用することもできる。   In the example, there were six grooves 8 and five grooves 9. There is no limit to the number of grooves. In the embodiment, the example in which the semiconductor modules 20 and 30 are fixed to the bottom of the housing 5 has been shown. However, the places where the semiconductor modules 20 and 30 (element modules) are fixed are the side surface and the top surface of the housing. Also good. Although the heat dissipation structure 2 in the inverter has been described in the embodiments, the technology disclosed in the present specification can be applied to electronic devices other than the inverter.

素子モジュールの一例である半導体モジュール20、30は、半導体チップを樹脂でモールドしたパッケージであった。素子モジュールは、内部に冷媒の流路を有する冷却器一体型であってもよい。   The semiconductor modules 20 and 30 as an example of the element module are packages in which a semiconductor chip is molded with a resin. The element module may be a cooler-integrated type having a coolant channel therein.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. Further, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Moreover, the technique illustrated in this specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

2、2a:放熱構造
3:インバータ
4:アンダーカバー
5:筐体
6、22、32:ボルト
7a、7b:固定孔
8、9:溝(線条溝)
12,13:溝間平面
14、15:放熱部
20、30:半導体モジュール
21a、21b、21c、31:半導体チップ
32:ボルト
101:ダイカスト型
102:ゲート
103:突条
105:キャビティ面
115:段丘(放熱部)
G:グリス
2, 2a: heat dissipation structure 3: inverter 4: under cover 5: housings 6, 22, 32: bolts 7a, 7b: fixing holes 8, 9: grooves (wire grooves)
12, 13: Inter-groove plane 14, 15: Heat radiation part 20, 30: Semiconductor modules 21a, 21b, 21c, 31: Semiconductor chip 32: Bolt 101: Die casting mold 102: Gate 103: Projection 105: Cavity surface 115: Terrace (Heat dissipation part)
G: Grease

Claims (6)

発熱体を含む素子モジュールと、
グリスを挟んで前記素子モジュールを複数の固定箇所にて固定している電子機器の鋳造製の筐体と、
前記筐体の壁を挟んで前記素子モジュールと対向するように前記筐体に固定されており、前記筐体と熱膨張率の異なる板部材と、
を備えており、
前記固定箇所は前記発熱体を囲むように設けられており、
前記素子モジュールに対向する筐体面の前記固定箇所で囲まれた領域に、前記グリスが入り込む複数の平行な線条溝が設けられているとともに、隣接する線条溝の間に線条溝幅よりも幅広の平坦面が設けられており、
複数の前記線条溝は、線条溝の並び方向の中央における溝間隔が並び方向の端における溝間隔よりも狭い、
ことを特徴とする放熱構造。
An element module including a heating element;
And cast of the housing of an electronic device that secure at a plurality of fixing points of the element module across the grease,
Wherein across the wall of the housing is fixed to the housing so as to face the element module, and a different plate member of the casing and the thermal expansion coefficient,
With
The fixing portion is provided so as to surround the heating element,
A region surrounded by the fixing portion of the housing surface opposite to the element module, a plurality of parallel linear groove that the grease enters is provided, from linear groove width between adjacent linear groove Is also provided with a wide flat surface ,
The plurality of linear grooves, the groove interval in the center of the alignment direction of the linear grooves is narrower than the groove interval at the end of the alignment direction,
A heat dissipation structure characterized by that.
前記線条溝が設けられている領域は、その周囲部分に比べて一段高いことを特徴とする請求項1に記載の放熱構造。 2. The heat dissipation structure according to claim 1, wherein a region where the linear groove is provided is one step higher than a surrounding portion thereof. 前記平坦面の表面は、前記線条溝の溝内部の表面に比べて滑らかであることを特徴とする請求項1又は2に記載の放熱構造。 The surface of the flat surface, the heat radiation structure according to claim 1 or 2, characterized in that a smooth compared to the groove inner surface of the linear groove. 前記線条溝は、前記筐体と前記素子モジュールとの積層方向から見て、前記発熱体と重なる位置に設けられていることを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の放熱構造。 The said linear groove is provided in the position which overlaps with the said heat generating body seeing from the lamination direction of the said housing | casing and the said element module, It is any one of Claim 1 to 3 characterized by the above-mentioned. Heat dissipation structure. 前記筐体は、アルミダイカスト製であり、前記線条溝が延びる方向が筐体鋳造時の湯流れ方向に一致していることを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の放熱構造。 Wherein the housing is made of aluminum die casting, the direction in which the linear groove extends is according to claims 1, characterized in that they match the hot water flow direction in the housing casting to any one of the 4 Heat dissipation structure. 前記板部材は、鉄製であることを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の放熱構造。 The plate member, the heat radiating structure according to any one of claims 1 5, characterized in that the iron.
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