JPH11224921A - 半導体冷却装置 - Google Patents
半導体冷却装置Info
- Publication number
- JPH11224921A JPH11224921A JP2418798A JP2418798A JPH11224921A JP H11224921 A JPH11224921 A JP H11224921A JP 2418798 A JP2418798 A JP 2418798A JP 2418798 A JP2418798 A JP 2418798A JP H11224921 A JPH11224921 A JP H11224921A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat
- heat sink
- semiconductor element
- conductive member
- thermal conduction
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】高い放熱性能をもつヒートシンクを用いた場合
であっても、熱伝導部材の利用技術によっては、半導体
素子を十分に冷却することは困難となる。 【解決手段】熱伝導性部材４を介して半導体素子３とヒ
ートシンク１を熱的に接続する冷却構造において、電気
抵抗体５例えばワイヤ状の金属を熱伝導部材４の内部に
設置した。その電気抵抗体５の線径は、熱伝導部材厚さ
以下で両端に電極部を有し、半導体素子４とヒートシン
ク１の接着時に熱伝導部材５を加熱することが可能であ
る。
であっても、熱伝導部材の利用技術によっては、半導体
素子を十分に冷却することは困難となる。 【解決手段】熱伝導性部材４を介して半導体素子３とヒ
ートシンク１を熱的に接続する冷却構造において、電気
抵抗体５例えばワイヤ状の金属を熱伝導部材４の内部に
設置した。その電気抵抗体５の線径は、熱伝導部材厚さ
以下で両端に電極部を有し、半導体素子４とヒートシン
ク１の接着時に熱伝導部材５を加熱することが可能であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子などの発
熱部材を有する電子機器において、電子機器の筐体内に
積層される単数あるいは複数の基板上に配置された半導
体素子の冷却構造に係わり、基板上に高密度且つ複雑に
実装された複数の半導体素子を効率よく冷却する冷却構
造に関する。
熱部材を有する電子機器において、電子機器の筐体内に
積層される単数あるいは複数の基板上に配置された半導
体素子の冷却構造に係わり、基板上に高密度且つ複雑に
実装された複数の半導体素子を効率よく冷却する冷却構
造に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、コンピュータをはじめとする電子
機器では、処理能力の向上，小型化，低コスト化等が強
く要求され、電子機器に搭載される半導体素子の発熱
量、並びに搭載数は増加する傾向にある。また、筐体サ
イズは小型化，軽量化の傾向にあり、筐体内部の発熱密
度は増加している。
機器では、処理能力の向上，小型化，低コスト化等が強
く要求され、電子機器に搭載される半導体素子の発熱
量、並びに搭載数は増加する傾向にある。また、筐体サ
イズは小型化，軽量化の傾向にあり、筐体内部の発熱密
度は増加している。
【０００３】基板上に実装された半導体素子は、過度な
温度上昇による素子の損傷や誤動作のないように定格温
度以下に保つ必要がある。このため、電子機器の冷却に
は、放熱面積を拡大して冷却性能を向上させるヒートシ
ンクを用いた構造が多く見られる。そのヒートシンク
は、高熱伝導性の材質例えばアルミニウムや銅製であ
り、一金属製平面板に複数の平行平面板を１〜３mm程度
の間隔で複数並べた平板フィン、或いは円柱，角柱フィ
ンなどを立てたヒートシンクや単に平板などを用いる場
合がある。
温度上昇による素子の損傷や誤動作のないように定格温
度以下に保つ必要がある。このため、電子機器の冷却に
は、放熱面積を拡大して冷却性能を向上させるヒートシ
ンクを用いた構造が多く見られる。そのヒートシンク
は、高熱伝導性の材質例えばアルミニウムや銅製であ
り、一金属製平面板に複数の平行平面板を１〜３mm程度
の間隔で複数並べた平板フィン、或いは円柱，角柱フィ
ンなどを立てたヒートシンクや単に平板などを用いる場
合がある。
【０００４】半導体素子は、熱伝導部材を介してヒート
シンクに熱的に接続される(図６)。その熱伝導部材に
は、熱伝導率の高いグリースや接着剤が用いられ、半導
体素子とヒートシンク間の接続部による熱抵抗を低減さ
せる効果がある。
シンクに熱的に接続される(図６)。その熱伝導部材に
は、熱伝導率の高いグリースや接着剤が用いられ、半導
体素子とヒートシンク間の接続部による熱抵抗を低減さ
せる効果がある。
【０００５】最近の熱伝導部材は、金属フィラーを混入
させることで等価熱伝導率λを向上させており、λ＝〜
１０（Ｗ／ｍＫ）以上のものも多く開発されている。こ
れらの部材は、フィラーの種類，含有量で熱的性質が異
なり、使用目的に応じて使い分けられる。図６に示すよ
うに、熱伝導部材による熱抵抗は、その部材の熱伝導率
λ、及び塗布厚さδに大きく関係し、λが高く、δが薄
い程、熱伝導部材による熱抵抗を小さくすることができ
る。
させることで等価熱伝導率λを向上させており、λ＝〜
１０（Ｗ／ｍＫ）以上のものも多く開発されている。こ
れらの部材は、フィラーの種類，含有量で熱的性質が異
なり、使用目的に応じて使い分けられる。図６に示すよ
うに、熱伝導部材による熱抵抗は、その部材の熱伝導率
λ、及び塗布厚さδに大きく関係し、λが高く、δが薄
い程、熱伝導部材による熱抵抗を小さくすることができ
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の冷却構造（図
６）では、基板上に実装された半導体素子に熱伝導部材
を介してヒートシンクを設置させ、冷却空気を送風する
構造が多い。また、発熱密度の高い半導体素子に対して
は、流れの誘導手段を設置したり、噴流構造（例えば、
特開平2−34993号公報）を用いて冷却している。
６）では、基板上に実装された半導体素子に熱伝導部材
を介してヒートシンクを設置させ、冷却空気を送風する
構造が多い。また、発熱密度の高い半導体素子に対して
は、流れの誘導手段を設置したり、噴流構造（例えば、
特開平2−34993号公報）を用いて冷却している。
【０００７】しかし、如何に優れた冷却構造、或いは高
性能ヒートシンク（ｈf が大）であっても、半導体素子
とヒートシンク間に設置される熱伝導部材の熱抵抗が大
きければ、効率良く冷却することはできない。つまり、
高い放熱性能をもつヒートシンクを用いた場合であって
も、熱伝導部材の利用技術によっては、半導体素子を十
分に冷却することは困難となる。そこで、熱伝導部材の
使用には、そのヒートシンク面、及び半導体素子面との
接触面の塗れ性，作業性を十分に考慮した手段が必要と
なってくる。
性能ヒートシンク（ｈf が大）であっても、半導体素子
とヒートシンク間に設置される熱伝導部材の熱抵抗が大
きければ、効率良く冷却することはできない。つまり、
高い放熱性能をもつヒートシンクを用いた場合であって
も、熱伝導部材の利用技術によっては、半導体素子を十
分に冷却することは困難となる。そこで、熱伝導部材の
使用には、そのヒートシンク面、及び半導体素子面との
接触面の塗れ性，作業性を十分に考慮した手段が必要と
なってくる。
【０００８】熱伝導部材の利用に関して、部材の取付面
に溝加工した例（実開昭57−35049号公報）、ネジを利
用して、取付面を固定（実開昭55−37221 号公報）、ま
たは取り外す構造（実開昭55−29570 号公報）などがあ
るが、熱伝導部材の熱抵抗を小さくする手段が示された
例はない。
に溝加工した例（実開昭57−35049号公報）、ネジを利
用して、取付面を固定（実開昭55−37221 号公報）、ま
たは取り外す構造（実開昭55−29570 号公報）などがあ
るが、熱伝導部材の熱抵抗を小さくする手段が示された
例はない。
【０００９】本発明の目的は、高密度実装された電子機
器の空冷構造において、一基板に実装される様々な半導
体素子に対し、その半導体素子に熱伝導部材を介してヒ
ートシンクを熱的に接続する冷却構造について、熱伝導
部材の使用条件に応じて、薄い熱伝導部材の層を簡単に
成形する手段を提供することである。
器の空冷構造において、一基板に実装される様々な半導
体素子に対し、その半導体素子に熱伝導部材を介してヒ
ートシンクを熱的に接続する冷却構造について、熱伝導
部材の使用条件に応じて、薄い熱伝導部材の層を簡単に
成形する手段を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、熱伝導部材を介して半導体素子とヒー
トシンクを熱的に接続する冷却構造において、電気抵抗
体例えばワイヤ状の金属をその熱伝導部材の内部に設置
した。その電気抵抗体の暑さは、熱伝導部材厚さ以下で
あり、両端に電極部を有し、半導体素子とヒートシンク
の接着時に熱伝導部材を加熱することが可能である。例
えば、熱軟化性の熱伝導部材であれば、電気抵抗体の発
熱により、部材が軟化するため、ヒートシンクに小さい
加重を与えるだけで容易に薄い熱伝導部材の層を形成す
ることができる。
に、本発明では、熱伝導部材を介して半導体素子とヒー
トシンクを熱的に接続する冷却構造において、電気抵抗
体例えばワイヤ状の金属をその熱伝導部材の内部に設置
した。その電気抵抗体の暑さは、熱伝導部材厚さ以下で
あり、両端に電極部を有し、半導体素子とヒートシンク
の接着時に熱伝導部材を加熱することが可能である。例
えば、熱軟化性の熱伝導部材であれば、電気抵抗体の発
熱により、部材が軟化するため、ヒートシンクに小さい
加重を与えるだけで容易に薄い熱伝導部材の層を形成す
ることができる。
【００１１】また、熱硬化性の熱伝導部材であれば、予
め薄く形成した電気抵抗体の発熱により、焼き固めるこ
とが容易にできる。よって、高温硬化性の熱伝導部材で
あっても、熱伝導部材のみを局所的に加熱することがで
き、ヒートシンクと半導体素子全体を加熱して硬化させ
る場合に比べて、半導体素子の熱的ダメージが少ないた
め、高温硬化性の熱伝導部材の使用が可能である。
め薄く形成した電気抵抗体の発熱により、焼き固めるこ
とが容易にできる。よって、高温硬化性の熱伝導部材で
あっても、熱伝導部材のみを局所的に加熱することがで
き、ヒートシンクと半導体素子全体を加熱して硬化させ
る場合に比べて、半導体素子の熱的ダメージが少ないた
め、高温硬化性の熱伝導部材の使用が可能である。
【００１２】電子基板実装時には、熱伝導部材を加熱す
るために設けた電極部を切断し、半導体素子と同様のサ
イズにすれば、高密度実装であっても使用できる。ま
た、熱伝導部材の種類によっては、改めて加熱して軟化
する性質をもつものがあるので、ヒートシンクの取り付
け，取り外しがある場合には、電極を残して良い。
るために設けた電極部を切断し、半導体素子と同様のサ
イズにすれば、高密度実装であっても使用できる。ま
た、熱伝導部材の種類によっては、改めて加熱して軟化
する性質をもつものがあるので、ヒートシンクの取り付
け，取り外しがある場合には、電極を残して良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１ないし図３に本発明の第一の
実施例を示す。電子機器の筐体内部には、単数或いは複
数枚のプリント基板が搭載される。プリント基板上に
は、大小様々な電子部品が実装され、高発熱する半導体
素子には、図６に示すように熱伝導部材を介してヒート
シンク、例えば平板フィン形ヒートシンクが取り付けら
れる。
実施例を示す。電子機器の筐体内部には、単数或いは複
数枚のプリント基板が搭載される。プリント基板上に
は、大小様々な電子部品が実装され、高発熱する半導体
素子には、図６に示すように熱伝導部材を介してヒート
シンク、例えば平板フィン形ヒートシンクが取り付けら
れる。
【００１４】半導体素子で発生する熱は、熱伝導部材か
らヒートシンクに伝えられ、ヒートシンクから空気へと
伝達される。熱伝導部材による半導体素子とヒートシン
ク間の熱抵抗は、熱伝導部材の厚さδ，熱伝導率λ及び
接触面積Ａから計算される熱伝導部材の熱抵抗（δλ-1
Ａ-1）と熱伝導部材とヒートシンク、及び熱伝導部材と
半導体素子間の接触熱抵抗の和で計算される。熱伝導部
材の熱抵抗を小さくする為には、熱伝導率の高い熱伝導
部材をできるだけ薄く塗布することが重要である。ま
た、接触熱抵抗を小さくする為には、熱伝導部材塗布面
の塗れ性を高くし、空気等の不純物の混入を避けること
が重要である。
らヒートシンクに伝えられ、ヒートシンクから空気へと
伝達される。熱伝導部材による半導体素子とヒートシン
ク間の熱抵抗は、熱伝導部材の厚さδ，熱伝導率λ及び
接触面積Ａから計算される熱伝導部材の熱抵抗（δλ-1
Ａ-1）と熱伝導部材とヒートシンク、及び熱伝導部材と
半導体素子間の接触熱抵抗の和で計算される。熱伝導部
材の熱抵抗を小さくする為には、熱伝導率の高い熱伝導
部材をできるだけ薄く塗布することが重要である。ま
た、接触熱抵抗を小さくする為には、熱伝導部材塗布面
の塗れ性を高くし、空気等の不純物の混入を避けること
が重要である。
【００１５】本実施例では、熱伝導部材例えば熱伝導を
有するグリース４を基板２上に実装された半導体素子３
に塗布して、ヒートシンク１を熱的に接続する場合を示
す。グリース４は、あらかじめ電極６を介して通電可能
な電気抵抗体例えばワイヤ状の金属５を図２のように配
置させた半導体素子３面に塗布するようにする。グリー
ス４の塗布は、ヒートシンク１の設置時に空気の混入等
がないように、ワイヤ長さ方向と直角に概略中央位置７
に行う。
有するグリース４を基板２上に実装された半導体素子３
に塗布して、ヒートシンク１を熱的に接続する場合を示
す。グリース４は、あらかじめ電極６を介して通電可能
な電気抵抗体例えばワイヤ状の金属５を図２のように配
置させた半導体素子３面に塗布するようにする。グリー
ス４の塗布は、ヒートシンク１の設置時に空気の混入等
がないように、ワイヤ長さ方向と直角に概略中央位置７
に行う。
【００１６】このように塗布する場合、グリース４は、
ヒートシンク１に加えられた荷重によって押しつぶされ
る工程で、ワイヤ５に沿って半導体素子面に広がるた
め、空気等が混入し難い。また、この工程時に電極６か
らワイヤ５に通電し、ワイヤ温度を上げておく。熱軟化
性のグリース４は、ワイヤ５の熱が伝導して温まり、グ
リース粘度が低下するため、非常に薄いグリース層を形
成することが可能となる。
ヒートシンク１に加えられた荷重によって押しつぶされ
る工程で、ワイヤ５に沿って半導体素子面に広がるた
め、空気等が混入し難い。また、この工程時に電極６か
らワイヤ５に通電し、ワイヤ温度を上げておく。熱軟化
性のグリース４は、ワイヤ５の熱が伝導して温まり、グ
リース粘度が低下するため、非常に薄いグリース層を形
成することが可能となる。
【００１７】上記では、熱伝導部材４の例として熱伝導
グリースを例にしたが、熱硬化性の高熱伝導性接着剤、
及び高熱伝導エラストマを利用する場合においても、電
気抵抗体５の加熱量を増加させ、焼き固める工程として
も利用できる。
グリースを例にしたが、熱硬化性の高熱伝導性接着剤、
及び高熱伝導エラストマを利用する場合においても、電
気抵抗体５の加熱量を増加させ、焼き固める工程として
も利用できる。
【００１８】図３に、本実施例の冷却構造により、ヒー
トシンクが設置された半導体素子の斜視図を示す。図３
の状態では、ワイヤ５及び電極６を残したままである
が、それらは実装形態によって切断しても良い。ただ
し、実装された後にヒートシンクを外す工程を要する場
合には、電極部を残して置く方がよい（上述の熱電部材
の中で、再加熱により、取り外し可能なものもある）。
トシンクが設置された半導体素子の斜視図を示す。図３
の状態では、ワイヤ５及び電極６を残したままである
が、それらは実装形態によって切断しても良い。ただ
し、実装された後にヒートシンクを外す工程を要する場
合には、電極部を残して置く方がよい（上述の熱電部材
の中で、再加熱により、取り外し可能なものもある）。
【００１９】図４，図５に他の実施例を示す。図４は、
半導体素子３上の電気抵抗体５を一本の線で構成させ
た。熱伝導部材の塗布は、概略中央位置７に行う。この
ように塗布する場合、図２と同様にグリース４は、電気
抵抗体５に沿って半導体素子面に広がる。また、図５で
は、中央一点に熱伝導部材を塗布する場合の電気抵抗体
の構成である。中央に熱伝導部材を塗布し、ヒートシン
クで熱伝導部材を押し潰す場合、熱伝導部材は電気抵抗
体に沿って中央から放射状に広がっていく。
半導体素子３上の電気抵抗体５を一本の線で構成させ
た。熱伝導部材の塗布は、概略中央位置７に行う。この
ように塗布する場合、図２と同様にグリース４は、電気
抵抗体５に沿って半導体素子面に広がる。また、図５で
は、中央一点に熱伝導部材を塗布する場合の電気抵抗体
の構成である。中央に熱伝導部材を塗布し、ヒートシン
クで熱伝導部材を押し潰す場合、熱伝導部材は電気抵抗
体に沿って中央から放射状に広がっていく。
【００２０】このため、ヒートシンクの設置過程による
空気の混入を防ぐとともに、上述と同様に電極によって
熱伝導部材を加熱できるため、容易に薄く安定した熱伝
導部材の層を形成することができる。
空気の混入を防ぐとともに、上述と同様に電極によって
熱伝導部材を加熱できるため、容易に薄く安定した熱伝
導部材の層を形成することができる。
【００２１】
【発明の効果】本発明によれば、基板上に実装される半
導体素子の冷却において、半導体素子に熱伝導部材を介
してヒートシンクを設置する冷却構造に対して、高い熱
伝導率を有する熱伝導部材の薄い層を形成することがで
きるので、半導体素子の温度を所定の温度に保つように
冷却することができる。
導体素子の冷却において、半導体素子に熱伝導部材を介
してヒートシンクを設置する冷却構造に対して、高い熱
伝導率を有する熱伝導部材の薄い層を形成することがで
きるので、半導体素子の温度を所定の温度に保つように
冷却することができる。
【図１】本発明における第一の実施例である半導体冷却
装置の正面図。
装置の正面図。
【図２】図１の上面図。
【図３】図１の斜視図。
【図４】本発明における第二の実施例である半導体冷却
装置の上面図。
装置の上面図。
【図５】本発明における第三の実施例である半導体冷却
装置の上面図。
装置の上面図。
【図６】従来例の半導体冷却装置の説明図。
１…ヒートシンク、２…プリント基板、３…半導体素
子、４…グリース、５…電気抵抗体、６…電極。
子、４…グリース、５…電気抵抗体、６…電極。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体素子を熱伝導部材を介して、放熱部
材と熱的に接続される冷却構造であって、該半導体素子
と該放熱部材間に該熱伝導部材と電気抵抗体を混在して
充填させたことを特徴とする半導体冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2418798A JPH11224921A (ja) | 1998-02-05 | 1998-02-05 | 半導体冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2418798A JPH11224921A (ja) | 1998-02-05 | 1998-02-05 | 半導体冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11224921A true JPH11224921A (ja) | 1999-08-17 |
Family
ID=12131335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2418798A Pending JPH11224921A (ja) | 1998-02-05 | 1998-02-05 | 半導体冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11224921A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012156169A (ja) * | 2011-01-21 | 2012-08-16 | Toyota Motor Corp | 熱電装置 |
| JP2016152291A (ja) * | 2015-02-17 | 2016-08-22 | Ｎｅｃプラットフォームズ株式会社 | ヒートシンク取り外し装置、及びヒートシンク取り外し方法 |
-
1998
- 1998-02-05 JP JP2418798A patent/JPH11224921A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012156169A (ja) * | 2011-01-21 | 2012-08-16 | Toyota Motor Corp | 熱電装置 |
| JP2016152291A (ja) * | 2015-02-17 | 2016-08-22 | Ｎｅｃプラットフォームズ株式会社 | ヒートシンク取り外し装置、及びヒートシンク取り外し方法 |
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