JPH08213521A - 半導体装置の冷却構造 - Google Patents
半導体装置の冷却構造Info
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- JPH08213521A JPH08213521A JP1762895A JP1762895A JPH08213521A JP H08213521 A JPH08213521 A JP H08213521A JP 1762895 A JP1762895 A JP 1762895A JP 1762895 A JP1762895 A JP 1762895A JP H08213521 A JPH08213521 A JP H08213521A
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- semiconductor device
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 本発明は、構造が簡単で冷却効率に優れ、小
型化が可能な半導体装置の冷却構造を提供する。 【構成】 発熱する半導体装置１に、低融点金属または
合金３を接触させて配置した構造、および上記低融点金
属または合金３の外面に放熱板５を接触して取り付けた
半導体装置の冷却構造。
型化が可能な半導体装置の冷却構造を提供する。 【構成】 発熱する半導体装置１に、低融点金属または
合金３を接触させて配置した構造、および上記低融点金
属または合金３の外面に放熱板５を接触して取り付けた
半導体装置の冷却構造。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、パワーダイオード、パ
ワートランジスタなど、およびこれらを組み込んだマイ
クロプロセッサなどの高電力半導体装置の冷却構造に関
する。
ワートランジスタなど、およびこれらを組み込んだマイ
クロプロセッサなどの高電力半導体装置の冷却構造に関
する。
【０００２】
【従来の技術】上記のような素子または半導体装置（以
下、半導体装置という。）では、温度上昇が装置自体を
破壊するため冷却は極めて重要である。従来、半導体装
置の冷却構造としては、一般に冷却用のフィンを備えた
放熱板を半導体装置に接するように配置したものが知ら
れている。
下、半導体装置という。）では、温度上昇が装置自体を
破壊するため冷却は極めて重要である。従来、半導体装
置の冷却構造としては、一般に冷却用のフィンを備えた
放熱板を半導体装置に接するように配置したものが知ら
れている。
【０００３】この放熱板は、熱伝導性が高いほど冷却効
率が良いことからアルミニウム、アルミニウム合金等の
金属、セラミックスが用いられているが、これらのもの
は硬く、そのままでは半導体装置との接触面積が少なく
熱伝導が悪いため、フィラーを高充填したゴムシートを
介したり、半導体装置と接する部分を塗装して塗膜を形
成するなどして放熱板と半導体装置との接触面積を大き
くする工夫がなされてきた。
率が良いことからアルミニウム、アルミニウム合金等の
金属、セラミックスが用いられているが、これらのもの
は硬く、そのままでは半導体装置との接触面積が少なく
熱伝導が悪いため、フィラーを高充填したゴムシートを
介したり、半導体装置と接する部分を塗装して塗膜を形
成するなどして放熱板と半導体装置との接触面積を大き
くする工夫がなされてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の半
導体装置の冷却構造においては、上記したゴムシートや
塗膜の熱伝導率が小さいため冷却効率が悪く、このため
冷却板が大型のものとしたり、冷却フィンを複雑な形状
としなければならずコスト高となるうえに、それらを組
み込む電子機器の小型化を妨げるなどの不利がある。本
発明は、構造が簡単で冷却効率に優れ、小型化が可能な
半導体装置の冷却構造を提供することを目的とする。
導体装置の冷却構造においては、上記したゴムシートや
塗膜の熱伝導率が小さいため冷却効率が悪く、このため
冷却板が大型のものとしたり、冷却フィンを複雑な形状
としなければならずコスト高となるうえに、それらを組
み込む電子機器の小型化を妨げるなどの不利がある。本
発明は、構造が簡単で冷却効率に優れ、小型化が可能な
半導体装置の冷却構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、半導体装
置の優れた冷却効果を得るには、半導体素子と冷却手段
との接触面積を大きくするためには液状のものを使用
し、より具体的には、低融点金属又は合金の融解潜熱を
利用することが極めて有効であることを見出し本発明を
完成させた。すなわち、本発明の半導体装置の冷却構造
は、第１に半導体装置に接して、低融点金属または合金
を配置した構成であり、第２に、放熱板を半導体装置に
対して、低融点金属または合金を介して配置した構成で
ある。
置の優れた冷却効果を得るには、半導体素子と冷却手段
との接触面積を大きくするためには液状のものを使用
し、より具体的には、低融点金属又は合金の融解潜熱を
利用することが極めて有効であることを見出し本発明を
完成させた。すなわち、本発明の半導体装置の冷却構造
は、第１に半導体装置に接して、低融点金属または合金
を配置した構成であり、第２に、放熱板を半導体装置に
対して、低融点金属または合金を介して配置した構成で
ある。
【０００６】本発明の半導体装置の冷却構造に用いられ
る低融点の金属または合金（以下、低融点金属類とい
う。）とは、現在一般に使用されている半導体装置の作
動温度の上限である２８０℃以下であり、特には融点が
４０℃〜２７０℃の範囲にある金属が好ましい。このよ
うな低融点金属類としては、Ｐｂ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｐｂ−
Ｓｎ−Ｉｎ−Ｃｄ−Ｈｇ、Ｓｂ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ−Ａ
ｇ、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ、Ｐｂ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ
−Ａｇ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｃｄ、Ｃｄ−Ａｇ、Ｃｄ−
Ｚｎ、Ｚｎ−Ａｌ、Ｉｎ−Ｐｂ、Ｉｎ−Ｓｎ等が例示さ
れ、これらを基本として種々の組み合わせが可能であ
る。また、４５℃以下の融点を得るには、Ｈｇを適宜量
添加すればよい。
る低融点の金属または合金（以下、低融点金属類とい
う。）とは、現在一般に使用されている半導体装置の作
動温度の上限である２８０℃以下であり、特には融点が
４０℃〜２７０℃の範囲にある金属が好ましい。このよ
うな低融点金属類としては、Ｐｂ−Ｓｎ、Ｂｉ−Ｐｂ−
Ｓｎ−Ｉｎ−Ｃｄ−Ｈｇ、Ｓｂ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ−Ａ
ｇ、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｓｂ、Ｐｂ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｐｂ、Ｓｎ
−Ａｇ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｃｄ、Ｃｄ−Ａｇ、Ｃｄ−
Ｚｎ、Ｚｎ−Ａｌ、Ｉｎ−Ｐｂ、Ｉｎ−Ｓｎ等が例示さ
れ、これらを基本として種々の組み合わせが可能であ
る。また、４５℃以下の融点を得るには、Ｈｇを適宜量
添加すればよい。
【０００７】融点温度が４３℃の低融点金属類として
は、例えば、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｉｎ−Ｃｄ−Ｈｇの重
量割合が、４２．９１：２１．７０：７．９７：１８．
３３：５．０９：４．００のものがあり、融点温度が２
７０℃の低融点金属類としては、例えば、Ｐｂ，Ｓｎの
重量割合が７５：２５のものが挙げられる。本発明に使
用されるこれらの低融点金属類は、その組成を変えるこ
とによって融点を適宜調整することが可能であり、冷却
しようとする半導体装置の作動上限温度より、１０℃〜
３０℃程度低い融点のものを選択して使用することが好
ましい。この場合、作動上限温度より高いと低融点金属
が液化するときには、すでに半導体装置に異常が生じる
ため無意味である。
は、例えば、Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｉｎ−Ｃｄ−Ｈｇの重
量割合が、４２．９１：２１．７０：７．９７：１８．
３３：５．０９：４．００のものがあり、融点温度が２
７０℃の低融点金属類としては、例えば、Ｐｂ，Ｓｎの
重量割合が７５：２５のものが挙げられる。本発明に使
用されるこれらの低融点金属類は、その組成を変えるこ
とによって融点を適宜調整することが可能であり、冷却
しようとする半導体装置の作動上限温度より、１０℃〜
３０℃程度低い融点のものを選択して使用することが好
ましい。この場合、作動上限温度より高いと低融点金属
が液化するときには、すでに半導体装置に異常が生じる
ため無意味である。
【０００８】本発明の半導体装置の冷却構造は、上記低
融点金属類を、半導体装置に接触して配置することが必
要であり、より好ましくは低融点金属類が液状または液
化したものである場合にも、半導体装置から流出しない
ように、より好ましくは封じ込める構造とするのが良
い。
融点金属類を、半導体装置に接触して配置することが必
要であり、より好ましくは低融点金属類が液状または液
化したものである場合にも、半導体装置から流出しない
ように、より好ましくは封じ込める構造とするのが良
い。
【０００９】このような構造としては、例えば図１に示
すようにマイクロプロセッサ１上の周囲に堰２を設け、
この中に低融点金属類３を入れる構造や、図２に示すよ
うにマクロプロセッサ１上に、低融点金属３を密閉する
容器４の構造が例示される。この場合、低融点金属類３
は粉状とするか、または溶融させて液状として堰２内、
または密閉容器４に注入して封じ込むようにすれば良
い。なお、液状として注入する場合、半導体装置の作動
上限温度以下で溶融させることが重要である。
すようにマイクロプロセッサ１上の周囲に堰２を設け、
この中に低融点金属類３を入れる構造や、図２に示すよ
うにマクロプロセッサ１上に、低融点金属３を密閉する
容器４の構造が例示される。この場合、低融点金属類３
は粉状とするか、または溶融させて液状として堰２内、
または密閉容器４に注入して封じ込むようにすれば良
い。なお、液状として注入する場合、半導体装置の作動
上限温度以下で溶融させることが重要である。
【００１０】また、本発明の半導体装置の冷却構造は、
上記低融点金属類の外面に、さらに放熱板を接触して取
り付けることにより、冷却効果を一層高めることができ
る。この放熱板は、従来より用いられてきた熱伝導率の
高い材料、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ア
ルミナ、窒化アルミニウム等を用いれば良く、その形状
も従来公知のものが使用できる。なお、上記した低融点
金属類の堰や密閉するための容器にもこれらの材料を用
いることが好ましい。
上記低融点金属類の外面に、さらに放熱板を接触して取
り付けることにより、冷却効果を一層高めることができ
る。この放熱板は、従来より用いられてきた熱伝導率の
高い材料、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、ア
ルミナ、窒化アルミニウム等を用いれば良く、その形状
も従来公知のものが使用できる。なお、上記した低融点
金属類の堰や密閉するための容器にもこれらの材料を用
いることが好ましい。
【００１１】放熱板の形状は、空気との接触面積をでき
るだけ大きくすることが必要で、例えば、図３に示す放
熱板５のように、複数個のフィン７を設けたり、複数個
の突起を設けたり（図示せず）することが好ましい。
るだけ大きくすることが必要で、例えば、図３に示す放
熱板５のように、複数個のフィン７を設けたり、複数個
の突起を設けたり（図示せず）することが好ましい。
【００１２】図３に示すように、マイクロプロセッサ１
上に接触して配置された低融点金属類３の外面に、放熱
板５を載置状に取り付ける場合、低融点金属類３は、溶
融した際に、自身のもつ表面張力により保持されるの
で、溶融金属の流出を防止するための堰２を特に設ける
必要はないが、堰を設けることにより、放熱板５の固定
を兼ねることができる。また、図４（ａ），（ｂ）に示
すように、放熱板５’のフィン７’の各々が、直接、低
融点金属類３に接触する構造とすると、冷却効率をより
一層良くすることができる。
上に接触して配置された低融点金属類３の外面に、放熱
板５を載置状に取り付ける場合、低融点金属類３は、溶
融した際に、自身のもつ表面張力により保持されるの
で、溶融金属の流出を防止するための堰２を特に設ける
必要はないが、堰を設けることにより、放熱板５の固定
を兼ねることができる。また、図４（ａ），（ｂ）に示
すように、放熱板５’のフィン７’の各々が、直接、低
融点金属類３に接触する構造とすると、冷却効率をより
一層良くすることができる。
【００１３】さらに図５に示すように、本発明の半導体
装置の冷却構造にペルチェ素子６を組み入れることによ
り、より積極的な冷却を行うことができる。ペルチェ素
子とはペルチェ効果を応用した素子であり、通電により
片面では吸熱、他面では発熱が起こるものである。図５
の場合では、低融点金属類３中にペルチェ素子６を配置
した構成で、ペルチェ素子６の下面側で吸熱、上面側で
発熱するように設定している。
装置の冷却構造にペルチェ素子６を組み入れることによ
り、より積極的な冷却を行うことができる。ペルチェ素
子とはペルチェ効果を応用した素子であり、通電により
片面では吸熱、他面では発熱が起こるものである。図５
の場合では、低融点金属類３中にペルチェ素子６を配置
した構成で、ペルチェ素子６の下面側で吸熱、上面側で
発熱するように設定している。
【００１４】以上に例示した低融点金属類、放熱板の形
状、構造、配置は、適宜組み合わせることが可能であ
り、例えば、図２の密閉容器の上に放熱用の冷却フィン
を形成してもよく、使用する半導体装置に応じて様々な
組み合わせ態様が考えられる。なお、本発明の冷却構造
は、変圧器等の冷却装置にも有効に適用できる。
状、構造、配置は、適宜組み合わせることが可能であ
り、例えば、図２の密閉容器の上に放熱用の冷却フィン
を形成してもよく、使用する半導体装置に応じて様々な
組み合わせ態様が考えられる。なお、本発明の冷却構造
は、変圧器等の冷却装置にも有効に適用できる。
【００１５】
【作用】本発明の半導体装置の冷却構造においては、半
導体装置に低融点金属類が接触して配置され、半導体装
置の冷却は低融点金属類の融解潜熱を利用して行われる
ので、低融点金属類が半導体装置表面に完全に密着し、
最大の接触面積をもつため、熱伝導率が高く、上記従来
技術のような不利が解消できる。更に、放熱板と組み合
わせることにより、放熱板と低融点金属類との接触も一
層良くなり、より高い冷却効果が得られる。
導体装置に低融点金属類が接触して配置され、半導体装
置の冷却は低融点金属類の融解潜熱を利用して行われる
ので、低融点金属類が半導体装置表面に完全に密着し、
最大の接触面積をもつため、熱伝導率が高く、上記従来
技術のような不利が解消できる。更に、放熱板と組み合
わせることにより、放熱板と低融点金属類との接触も一
層良くなり、より高い冷却効果が得られる。
【００１６】
実施例１ ＣＰＵボード上のマイクロプロセッサ（動作電力２Ｗ、
１５ｍｍ□）の上面にアルミニウム製の堰（高さ３ｍ
ｍ、厚さ１ｍｍ）をエポキシ接着剤で接着した。この中
に、５０℃で溶融させたＵアロイ ４７（（株）大阪ア
サヒメタル工場製、商品名、金属成分Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓ
ｎ、Ｃｄ、Ｉｎ合金、融点４７℃）を注入して満たし、
図１に示すような本発明の半導体装置の冷却構造を作製
した。周囲の気温２７℃の条件で、マイクロプロセッサ
の表面の定常温度を測定したところ、４８℃を保ってい
た。
１５ｍｍ□）の上面にアルミニウム製の堰（高さ３ｍ
ｍ、厚さ１ｍｍ）をエポキシ接着剤で接着した。この中
に、５０℃で溶融させたＵアロイ ４７（（株）大阪ア
サヒメタル工場製、商品名、金属成分Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓ
ｎ、Ｃｄ、Ｉｎ合金、融点４７℃）を注入して満たし、
図１に示すような本発明の半導体装置の冷却構造を作製
した。周囲の気温２７℃の条件で、マイクロプロセッサ
の表面の定常温度を測定したところ、４８℃を保ってい
た。
【００１７】比較例１ 実施例１に対し、上記低融点金属を注入しない状態で、
実施例１と同じマイクロプロセッサの表面の定常温度を
測定したところ、作動上限を越えて８７℃まで上昇し
た。
実施例１と同じマイクロプロセッサの表面の定常温度を
測定したところ、作動上限を越えて８７℃まで上昇し
た。
【００１８】実施例２ ＣＰＵボード上のマイクロプロセッサ（動作電力８Ｗ、
２０ｍｍ□）の上面周囲にＡｌ製の堰（高さ３ｍｍ、厚
さ１ｍｍ）をエポキシ接着剤で接着した。この中に、５
０℃で溶融させたＵアロイ ４７（前出）を、深さ０．
５ｍｍまで注入し、更にその上に、厚さ１ｍｍ、高さ４
ｍｍ、奥行き１７ｍｍのフィンを８枚備えた、高さ５ｍ
ｍ、横１７ｍｍ，奥行き１７ｍｍのＡｌ2 Ｏ3 製の放熱
板を載置状に取り付け、図３に示すような本発明の半導
体装置の冷却構造を作製した。周囲の気温２７℃の条件
で、マイクロプロセッサの表面の定常温度を測定したと
ころ、５０℃を保っていた。
２０ｍｍ□）の上面周囲にＡｌ製の堰（高さ３ｍｍ、厚
さ１ｍｍ）をエポキシ接着剤で接着した。この中に、５
０℃で溶融させたＵアロイ ４７（前出）を、深さ０．
５ｍｍまで注入し、更にその上に、厚さ１ｍｍ、高さ４
ｍｍ、奥行き１７ｍｍのフィンを８枚備えた、高さ５ｍ
ｍ、横１７ｍｍ，奥行き１７ｍｍのＡｌ2 Ｏ3 製の放熱
板を載置状に取り付け、図３に示すような本発明の半導
体装置の冷却構造を作製した。周囲の気温２７℃の条件
で、マイクロプロセッサの表面の定常温度を測定したと
ころ、５０℃を保っていた。
【００１９】比較例２ 実施例２に対し、低融点金属を注入せず、これに代え
て、Ａｌ2 Ｏ3 フィラーを５０％含有するエポキシ接着
剤を用いて放熱板を接着したものを作製し作動させ、マ
イクロプロセッサの表面の定常温度を測定したところ、
作動上限を越えて、１１０℃まで上昇した。
て、Ａｌ2 Ｏ3 フィラーを５０％含有するエポキシ接着
剤を用いて放熱板を接着したものを作製し作動させ、マ
イクロプロセッサの表面の定常温度を測定したところ、
作動上限を越えて、１１０℃まで上昇した。
【００２０】
【発明の効果】以上の結果から明らかなように本発明に
よれば、冷却効率の優れた半導体装置の冷却構造が得ら
れるので、冷却装置の小型化、単純化が図れ、これを組
み込んだ装置全体の小型化、軽量化、低コスト化が可能
となり、半導体装置の動作信頼性も高いものが得られ
る。
よれば、冷却効率の優れた半導体装置の冷却構造が得ら
れるので、冷却装置の小型化、単純化が図れ、これを組
み込んだ装置全体の小型化、軽量化、低コスト化が可能
となり、半導体装置の動作信頼性も高いものが得られ
る。
【図１】本発明の半導体装置の冷却構造の一例を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図２】本発明の半導体装置の冷却構造の一例を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図３】本発明の半導体装置の冷却構造の一例を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図４】（ａ）は、本発明の半導体装置の冷却構造の一
例を示す縦断面図であり、（ｂ）はその平面図である。
例を示す縦断面図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図５】本発明の半導体装置の冷却構造の一例を示す縦
断面図である。
断面図である。
１ 半導体装置 ５ 放熱板 ２ 堰 ６ ペルチェ素子 ３ 低融点金属 ７ フィン ４ 密閉容器
Claims (2)
- 【請求項１】 半導体装置に接して、低融点金属または
合金を配置してなることを特徴とする半導体装置の冷却
構造。 - 【請求項２】 放熱板を半導体装置に対して、低融点金
属または合金を介して配置してなることを特徴とする半
導体装置の冷却構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1762895A JPH08213521A (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 半導体装置の冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1762895A JPH08213521A (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 半導体装置の冷却構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213521A true JPH08213521A (ja) | 1996-08-20 |
Family
ID=11949137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1762895A Pending JPH08213521A (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 半導体装置の冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08213521A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002075755A1 (fr) * | 2001-03-21 | 2002-09-26 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Composition thermoconductrice absorbant les ondes electromagnetiques et feuille de dissipation de chaleur thermosensible absorbant les ondes electromagnetiques et procede de travail de dissipation de chaleur |
| JP2004311820A (ja) * | 2003-04-09 | 2004-11-04 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
| JP2009140818A (ja) * | 2007-12-07 | 2009-06-25 | Rohm Co Ltd | 有機ｅｌ面状発光装置 |
| JP2009218603A (ja) * | 2009-04-09 | 2009-09-24 | Fujitsu Ltd | パッケージ構造、それを搭載したプリント基板、並びに、かかるプリント基板を有する電子機器 |
| JP2009283861A (ja) * | 2008-05-26 | 2009-12-03 | Toyota Central R&D Labs Inc | 半導体装置 |
| WO2016132453A1 (ja) * | 2015-02-17 | 2016-08-25 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置 |
| JP2016162912A (ja) * | 2015-03-03 | 2016-09-05 | アルプス電気株式会社 | 温度調節装置 |
-
1995
- 1995-02-06 JP JP1762895A patent/JPH08213521A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2002280207A (ja) * | 2001-03-21 | 2002-09-27 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 電磁波吸収性熱伝導組成物及び熱軟化性電磁波吸収性放熱シート並びに放熱施工方法 |
| US7417078B2 (en) | 2001-03-21 | 2008-08-26 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Electromagnetic wave absorbing thermally conductive composition and thermosoftening electromagnetic wave absorbing heat dissipation sheet and method of heat dissipation work |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040421 |