JPH1140717A - 配線材とそれを用いた冷却構造 - Google Patents
配線材とそれを用いた冷却構造Info
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- JPH1140717A JPH1140717A JP19626197A JP19626197A JPH1140717A JP H1140717 A JPH1140717 A JP H1140717A JP 19626197 A JP19626197 A JP 19626197A JP 19626197 A JP19626197 A JP 19626197A JP H1140717 A JPH1140717 A JP H1140717A
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- Japan
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- heat
- heat pipe
- cooled
- semiconductor element
- cooling structure
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
- H01L2224/4805—Shape
- H01L2224/4809—Loop shape
- H01L2224/48091—Arched
-
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- 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
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 スペース効率に優れた半導体デバイスの冷却
構造を実現すること。 【解決手段】 ヒートパイプ構造を有する電流供給用の
配線材１５を半導体素子１０に金属接合し、その配線材
１５に取り付けたヒートシンク２３から主に半導体素子
１０の熱を放熱する構造。
構造を実現すること。 【解決手段】 ヒートパイプ構造を有する電流供給用の
配線材１５を半導体素子１０に金属接合し、その配線材
１５に取り付けたヒートシンク２３から主に半導体素子
１０の熱を放熱する構造。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は特にＩＧＢＴやＩＰ
Ｍ等のパワーデバイスに好適な冷却構造に関するもので
ある。
Ｍ等のパワーデバイスに好適な冷却構造に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】例えばＩＧＢＴ等のパワーデバイス等に
搭載されている半導体素子等の電子部品は、その使用に
伴ってある程度の発熱が避けられない。その半導体素子
等をいかに冷却していくかは、近年注目されつつある技
術課題となっている。
搭載されている半導体素子等の電子部品は、その使用に
伴ってある程度の発熱が避けられない。その半導体素子
等をいかに冷却していくかは、近年注目されつつある技
術課題となっている。
【０００３】通常、電気機器内に搭載されている半導体
素子等の被冷却部品を冷却する方法としては、例えば、
その電気機器にファンを取り付け、その機器の筐体内の
空気の温度を下げる方法や、半導体素子にヒートシンク
を取り付けることで、その半導体素子を冷却する方法等
が代表的に知られている。
素子等の被冷却部品を冷却する方法としては、例えば、
その電気機器にファンを取り付け、その機器の筐体内の
空気の温度を下げる方法や、半導体素子にヒートシンク
を取り付けることで、その半導体素子を冷却する方法等
が代表的に知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】例えばＩＧＢＴ等のパ
ワーデバイスは、その全体のサイズの小型化が求められ
ており、必然的にその内部の発熱部品（半導体素子）の
冷却が難しくなる傾向にある。冷却すべき半導体素子に
ヒートシンクを取り付け、そのヒートシンクから放熱す
る技術を適用しようとしても、スペース的な都合により
半導体素子にヒートシンクを接続することは容易ではな
いからである。
ワーデバイスは、その全体のサイズの小型化が求められ
ており、必然的にその内部の発熱部品（半導体素子）の
冷却が難しくなる傾向にある。冷却すべき半導体素子に
ヒートシンクを取り付け、そのヒートシンクから放熱す
る技術を適用しようとしても、スペース的な都合により
半導体素子にヒートシンクを接続することは容易ではな
いからである。
【０００５】またヒートシンクのサイズを小型化するこ
とも考えられるが、ヒートシンクのサイズを小さくする
と放熱性能が低下してしまうので問題である。
とも考えられるが、ヒートシンクのサイズを小さくする
と放熱性能が低下してしまうので問題である。
【０００６】そこで、半導体素子にヒートパイプを取り
付け、当該半導体素子から多少離れた箇所に配置したヒ
ートシンクに、そのヒートパイプで熱を運ぶ方法も考え
られる。しかしＩＧＢＴ等のパワーデバイスは、その内
部のスペースが極めて限られており、また半導体素子に
電流を供給するための配線もスペース的に邪魔となる。
このような事情から上述の方法にも問題があった。
付け、当該半導体素子から多少離れた箇所に配置したヒ
ートシンクに、そのヒートパイプで熱を運ぶ方法も考え
られる。しかしＩＧＢＴ等のパワーデバイスは、その内
部のスペースが極めて限られており、また半導体素子に
電流を供給するための配線もスペース的に邪魔となる。
このような事情から上述の方法にも問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで本発明者らはＩＧ
ＢＴ等のパワーデバイスに好適な冷却構造を実現するこ
とを目的とし下記の発明に至った。即ち本発明は、被冷
却部品に金属接合されて用いられる、ヒートパイプ構造
を有する電流供給用の配線材である。また被冷却部品に
ヒートパイプ構造を有する電流供給用の配線材の一方端
が金属接合されており、当該配線材もしくはそれに接続
される延長線から、当該被冷却部品の熱が放熱されるよ
うに構成されている、冷却構造を提供する。被冷却部品
にヒートパイプ構造を有する電流供給用の配線材の一方
端が金属接合されており、この配線材の他方端または途
中に絶縁体を介してヒートシンクを接合しておくと望ま
しい。被冷却部品としては、半導体素子が代表的であ
る。
ＢＴ等のパワーデバイスに好適な冷却構造を実現するこ
とを目的とし下記の発明に至った。即ち本発明は、被冷
却部品に金属接合されて用いられる、ヒートパイプ構造
を有する電流供給用の配線材である。また被冷却部品に
ヒートパイプ構造を有する電流供給用の配線材の一方端
が金属接合されており、当該配線材もしくはそれに接続
される延長線から、当該被冷却部品の熱が放熱されるよ
うに構成されている、冷却構造を提供する。被冷却部品
にヒートパイプ構造を有する電流供給用の配線材の一方
端が金属接合されており、この配線材の他方端または途
中に絶縁体を介してヒートシンクを接合しておくと望ま
しい。被冷却部品としては、半導体素子が代表的であ
る。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１、２は本発明の冷却構造を模
式的に示した説明図である。図１において、符号１５は
ヒートパイプ構造の配線材である。即ち内部に密閉され
た空洞部を有し、その空洞部に収容された作動流体の相
変態と移動により熱の輸送が行われる、というものであ
る。本発明の場合、このヒートパイプ構造に電力供給用
の配線機能を持たせるために、導電性のコンテナ（容
器）にて構成されることを要する。具体的にはＣｕ材、
Ａｌ材が好適に適用できる。
式的に示した説明図である。図１において、符号１５は
ヒートパイプ構造の配線材である。即ち内部に密閉され
た空洞部を有し、その空洞部に収容された作動流体の相
変態と移動により熱の輸送が行われる、というものであ
る。本発明の場合、このヒートパイプ構造に電力供給用
の配線機能を持たせるために、導電性のコンテナ（容
器）にて構成されることを要する。具体的にはＣｕ材、
Ａｌ材が好適に適用できる。
【０００９】ここでヒートパイプの作動について簡単に
記すと次のようになる。即ち、ヒートパイプの吸熱側に
おいて、ヒートパイプを構成するコンテナの材質中を熱
伝導して伝わってきた熱により、作動流体が蒸発し、そ
の蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側で
は、作動流体の蒸気は冷却され再び液相状態に戻る。そ
して液相に戻った作動流体は再び吸熱側に移動（還流）
する。このような作動流体の相変態や移動により、熱の
移動がなされるのである。
記すと次のようになる。即ち、ヒートパイプの吸熱側に
おいて、ヒートパイプを構成するコンテナの材質中を熱
伝導して伝わってきた熱により、作動流体が蒸発し、そ
の蒸気がヒートパイプの放熱側に移動する。放熱側で
は、作動流体の蒸気は冷却され再び液相状態に戻る。そ
して液相に戻った作動流体は再び吸熱側に移動（還流）
する。このような作動流体の相変態や移動により、熱の
移動がなされるのである。
【００１０】さて図１の場合、配線材１５の下方（半導
体素子１０に接する側）がヒートパイプ構造の吸熱側に
なる。配線材１５は半導体素子１０に半田付け等の金属
接合により接続されている。半導体素子１０は冷却すべ
き部品であり、絶縁基板１２を挟んでヒートシンク１４
に取り付けられている。図中の符号１１、１３は半田層
であり、半導体素子１０と絶縁基板１２、絶縁基板１２
とヒートシンク１４とを接合するものである。
体素子１０に接する側）がヒートパイプ構造の吸熱側に
なる。配線材１５は半導体素子１０に半田付け等の金属
接合により接続されている。半導体素子１０は冷却すべ
き部品であり、絶縁基板１２を挟んでヒートシンク１４
に取り付けられている。図中の符号１１、１３は半田層
であり、半導体素子１０と絶縁基板１２、絶縁基板１２
とヒートシンク１４とを接合するものである。
【００１１】ヒートシンク１４はＡｌ等伝熱性に優れる
材質で形成したものである。絶縁基板１２は半導体素子
１０とヒートシンク１４とを電気的に絶縁状態にするた
めに配置したものである。この絶縁基板１２としては、
例えばアルミナ板の両面にメタライズ層を形成したもの
等が適用できる。
材質で形成したものである。絶縁基板１２は半導体素子
１０とヒートシンク１４とを電気的に絶縁状態にするた
めに配置したものである。この絶縁基板１２としては、
例えばアルミナ板の両面にメタライズ層を形成したもの
等が適用できる。
【００１２】延長線１６はヒートパイプ構造の配線材１
５を電気的に延長するものである。図１の場合、冷却す
べき対象である半導体素子１０の熱は、ヒートパイプ構
造の配線材により速やかに熱が上方に運ばれ、その配線
材１５または延長線１６の表面を経由して外気に熱が逃
がされるようになっている。
５を電気的に延長するものである。図１の場合、冷却す
べき対象である半導体素子１０の熱は、ヒートパイプ構
造の配線材により速やかに熱が上方に運ばれ、その配線
材１５または延長線１６の表面を経由して外気に熱が逃
がされるようになっている。
【００１３】配線材１５の吸熱側は、半導体素子１０に
接する側であるが、そこで蒸発した気相状態の作動流体
は図の上方（放熱側）に移動し、そこで外気に熱が逃が
されて再び液相状態に戻る。液相状態に戻った作動流体
は、再び吸熱側に戻す必要があるが、図１の場合、ヒー
トパイプ構造の配線材１５の吸熱側が放熱側より下方に
位置しているため、液相状態に戻った作動流体は、主に
重力作用によって吸熱側（下方）に戻るようになってい
る。吸熱側が放熱側より上方、若しくは水平に位置して
いる場合は、内部に毛細管作用を奏するウィックを備え
たヒートパイプ構造の配線材１５を用いれば良い。この
場合、ウィックによる毛細管作用により液相状態に戻っ
た作動流体は再び吸熱側に運ばれることになる。
接する側であるが、そこで蒸発した気相状態の作動流体
は図の上方（放熱側）に移動し、そこで外気に熱が逃が
されて再び液相状態に戻る。液相状態に戻った作動流体
は、再び吸熱側に戻す必要があるが、図１の場合、ヒー
トパイプ構造の配線材１５の吸熱側が放熱側より下方に
位置しているため、液相状態に戻った作動流体は、主に
重力作用によって吸熱側（下方）に戻るようになってい
る。吸熱側が放熱側より上方、若しくは水平に位置して
いる場合は、内部に毛細管作用を奏するウィックを備え
たヒートパイプ構造の配線材１５を用いれば良い。この
場合、ウィックによる毛細管作用により液相状態に戻っ
た作動流体は再び吸熱側に運ばれることになる。
【００１４】図２は配線材１５の上部に更にヒートシン
ク２３を設けた場合である。延長線２４はヒートパイプ
１５の上部の半田層２０を介して電気的に接続されてい
る。またヒートパイプ１５とヒートシンク２３とが電気
的に絶縁状態になるように、半田層２０と半田層２２の
間に絶縁基板２１を配置している。
ク２３を設けた場合である。延長線２４はヒートパイプ
１５の上部の半田層２０を介して電気的に接続されてい
る。またヒートパイプ１５とヒートシンク２３とが電気
的に絶縁状態になるように、半田層２０と半田層２２の
間に絶縁基板２１を配置している。
【００１５】図１、図２に示す冷却構造において、半導
体素子１０を実際に運転し、温度上昇する半導体素子１
０の冷却状況を調べた。比較のために、図３に示すよう
な冷却構造を組み立てた。図３の冷却構造は、図１にお
ける配線材１５がなく、半導体素子１０に直接、従来の
配線材３０（図１の延長線１６と同じもの）を接続した
場合である。
体素子１０を実際に運転し、温度上昇する半導体素子１
０の冷却状況を調べた。比較のために、図３に示すよう
な冷却構造を組み立てた。図３の冷却構造は、図１にお
ける配線材１５がなく、半導体素子１０に直接、従来の
配線材３０（図１の延長線１６と同じもの）を接続した
場合である。
【００１６】図１〜３の半導体素子１０に通電し、図３
の半導体素子１０が３００℃の温度になるまで、放熱量
を測定した。その結果、図１の場合は、２２７Ｗとな
り、図２の場合はそれより高い２４９Ｗの放熱量が実現
した。それに対し図３の従来の放熱構造の場合は１１３
Ｗの放熱量しか実現しなかった。
の半導体素子１０が３００℃の温度になるまで、放熱量
を測定した。その結果、図１の場合は、２２７Ｗとな
り、図２の場合はそれより高い２４９Ｗの放熱量が実現
した。それに対し図３の従来の放熱構造の場合は１１３
Ｗの放熱量しか実現しなかった。
【００１７】尚、本発明の配線材により冷却を行なう対
象としては、上述の半導体素子の場合が代表的である
が、その他、例えばトランジスター、抵抗、コンデンサ
ー、ダイオード等の電子部品や、バッテリー等にも適用
できる。
象としては、上述の半導体素子の場合が代表的である
が、その他、例えばトランジスター、抵抗、コンデンサ
ー、ダイオード等の電子部品や、バッテリー等にも適用
できる。
【００１８】つまり本発明の冷却構造は高い冷却性能が
実現していたことが判る。また、電力供給用の配線材に
熱の輸送能力の高いヒートパイプを適用することで、ス
ペース効率に優れた冷却構造が実現できたといえる。
実現していたことが判る。また、電力供給用の配線材に
熱の輸送能力の高いヒートパイプを適用することで、ス
ペース効率に優れた冷却構造が実現できたといえる。
【００１９】
【発明の効果】以上のように本発明の配線材とそれを用
いた冷却構造はスペース効率と高い冷却性能を実現する
ものである。
いた冷却構造はスペース効率と高い冷却性能を実現する
ものである。
【図１】本発明の冷却構造を説明する模式図である。
【図２】本発明の冷却構造を説明する模式図である。
【図３】従来の冷却構造を説明する模式図である。
１０ 半導体素子 １１ 半田層 １２ 絶縁基板 １３ 半田層 １４ ヒートシンク １５ 配線材 １６ 延長線 ２０ 半田層 ２１ 絶縁基板 ２２ 半田層 ２３ ヒートシンク ２４ 延長線 ３０ 従来の配線材
Claims (3)
- 【請求項１】 被冷却部品に金属接合されて用いられ
る、ヒートパイプ構造を有する電流供給用の配線材。 - 【請求項２】 被冷却部品にヒートパイプ構造を有する
電流供給用の配線材の一方端が金属接合されており、当
該配線材もしくはそれに接続される延長線から、当該被
冷却部品の熱が放熱されるように構成されている、冷却
構造。 - 【請求項３】 被冷却部品にヒートパイプ構造を有する
電流供給用の配線材の一方端が金属接合されており、当
該配線材はその他方端または途中において絶縁体を介し
てヒートシンクに接合されている、冷却構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19626197A JPH1140717A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 配線材とそれを用いた冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19626197A JPH1140717A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 配線材とそれを用いた冷却構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1140717A true JPH1140717A (ja) | 1999-02-12 |
Family
ID=16354874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19626197A Pending JPH1140717A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 配線材とそれを用いた冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1140717A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8648462B2 (en) | 2010-08-18 | 2014-02-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor power module |
| JP2015207586A (ja) * | 2014-04-17 | 2015-11-19 | 富士通株式会社 | 放熱装置、電子機器、基地局装置 |
-
1997
- 1997-07-23 JP JP19626197A patent/JPH1140717A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8648462B2 (en) | 2010-08-18 | 2014-02-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor power module |
| JP2015207586A (ja) * | 2014-04-17 | 2015-11-19 | 富士通株式会社 | 放熱装置、電子機器、基地局装置 |
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