JP2014241340A - Heat radiation insulation sheet and semiconductor apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放熱絶縁シート、及び、放熱絶縁シートを備える半導体装置に関する。 The present invention relates to a heat dissipation insulating sheet and a semiconductor device including the heat dissipation insulating sheet.
従来、電力変換装置等の半導体装置においてパワー回路に用いられるスイッチング素子等の半導体素子は、スイッチング動作等によって発生する熱を放出する必要がある。一般に、このような半導体装置にはヒートシンクが設けられ、半導体素子の発生する熱は、絶縁性を有する放熱シートを介してヒートシンクに放熱されている。 Conventionally, a semiconductor element such as a switching element used in a power circuit in a semiconductor device such as a power converter must release heat generated by a switching operation or the like. In general, such a semiconductor device is provided with a heat sink, and heat generated by the semiconductor element is dissipated to the heat sink through an insulating heat dissipation sheet.
近年、グラファイトシートというカーボンを材料とした熱伝導率の高い放熱シートが登場している。しかしながら、グラファイトシートは導電性を有するため、絶縁性を要する箇所に単独で使用することはできない。そこで、表面を絶縁シートで覆ったグラファイトシートが知られている（例えば特許文献１）。 In recent years, a heat-dissipating sheet having a high thermal conductivity made of carbon, which is a graphite sheet, has appeared. However, since a graphite sheet has electrical conductivity, it cannot be used alone in a place requiring insulation. Then, the graphite sheet which covered the surface with the insulating sheet is known (for example, patent document 1).
一般に、熱伝導率と電気伝導率の傾向は一致している。よって、電気伝導率が低い絶縁シートは、熱伝導率が低く、熱を放熱させにくい。表面を絶縁シートで覆ったグラファイトシートを放熱シートとして用いる場合、放熱シート全体の放熱性を損なわないように、絶縁シートの厚みをかなり薄く構成する必要がある。 In general, the trends of thermal conductivity and electrical conductivity are the same. Therefore, an insulating sheet having a low electrical conductivity has a low thermal conductivity and is difficult to dissipate heat. When a graphite sheet whose surface is covered with an insulating sheet is used as a heat radiating sheet, it is necessary to make the insulating sheet quite thin so as not to impair the heat radiating property of the entire heat radiating sheet.
ところで、放熱シートが取り付けられる取付物の表面は、滑らかであるとは限らない。例えば、パワー回路に用いられる市販の汎用スイッチング素子は、放熱側の面に電極が露出しており、この電極面に加工バリが存在する場合がある。また、ヒートシンクは、例えば熱伝導率の高いアルミニウムからダイカスト等によって成形されるが、このようなヒートシンクを仕上げ加工なしで使用する場合、その表面粗さは比較的大きくなる。
したがって、表面を絶縁シートで覆ったグラファイトシートを放熱シートとして用いた場合、上述の加工バリや取付面の表面粗さによる凹凸などが、表面の絶縁シートを突き破るおそれがある。すると、スイッチング素子の電極からヒートシンクへ電流が流れてしまう可能性がある。
By the way, the surface of the attachment to which the heat dissipation sheet is attached is not always smooth. For example, in a commercially available general-purpose switching element used for a power circuit, an electrode is exposed on the surface on the heat dissipation side, and a processing burr may exist on this electrode surface. In addition, the heat sink is formed by die casting or the like from aluminum having a high thermal conductivity. However, when such a heat sink is used without finishing, the surface roughness is relatively large.
Therefore, when a graphite sheet whose surface is covered with an insulating sheet is used as a heat dissipation sheet, the above-described processing burrs and unevenness due to the surface roughness of the mounting surface may break through the surface insulating sheet. Then, a current may flow from the electrode of the switching element to the heat sink.
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、放熱性を損なわず、かつ、取付物の取り付け面が滑らかでなくとも絶縁性を確保することができる放熱絶縁シートを提供することにある。また、本発明の目的は、半導体素子の熱を好適に放熱することができ、かつ、バリ等による弊害を回避することができる半導体装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and its purpose is to provide heat dissipation insulation that does not impair heat dissipation and can ensure insulation even if the attachment surface of the attachment is not smooth. To provide a sheet. It is another object of the present invention to provide a semiconductor device that can suitably dissipate heat from a semiconductor element and can avoid adverse effects caused by burrs and the like.
本発明の放熱絶縁シートは、非導電性材料からなる絶縁層と、導電性材料からなり、かつ間に前記絶縁層を挟んでいる２層の放熱層とを備える。すなわち、導電性グラファイトシート表面を絶縁シートで覆った従来技術の構成とは逆に、シートの表面側に放熱層を配置し、シートの厚さ方向の内側に絶縁層を配置していることを特徴としている。 The heat dissipation insulating sheet of the present invention includes an insulating layer made of a non-conductive material and two heat dissipation layers made of a conductive material and sandwiching the insulating layer therebetween. That is, contrary to the configuration of the prior art in which the surface of the conductive graphite sheet is covered with an insulating sheet, a heat dissipation layer is disposed on the surface side of the sheet, and an insulating layer is disposed on the inner side in the thickness direction of the sheet. It is a feature.
上記構成によれば、放熱絶縁シートの表面側に形成された放熱層が取付物に当接するため、取付物にバリや異物等が存在したり、取付物の表面粗さが比較的大きいことにより、放熱層の一部が押し潰されたとしても、放熱層の内側に配置された絶縁層をバリ等が突き破ることはない。よって、本発明の放熱絶縁シートは、放熱性を損なわない薄さの絶縁層を実現しつつ、絶縁性を確保することができる。
放熱層を構成する導電性材料としては、例えばカーボンを採用することができる。
According to the above configuration, since the heat radiation layer formed on the surface side of the heat radiation insulating sheet contacts the attachment, there are burrs, foreign matters, etc. in the attachment, or the surface roughness of the attachment is relatively large. Even if a part of the heat dissipation layer is crushed, burrs or the like do not break through the insulating layer disposed inside the heat dissipation layer. Therefore, the heat dissipation insulating sheet of the present invention can ensure insulation while realizing a thin insulating layer that does not impair heat dissipation.
As the conductive material constituting the heat dissipation layer, for example, carbon can be employed.
本発明の放熱絶縁シートは、例えば半導体装置に好適に適用される。
本発明の半導体装置は、本体の一方の端面を放熱面とする半導体素子と、前記半導体素子が搭載され、前記半導体素子が発生する熱を受容可能なヒートシンクと、一方の面が前記放熱面に当接し、かつ他方の面が前記ヒートシンクに当接するように、前記半導体素子と前記放熱体との間に配置された本発明の放熱絶縁シートとを備える。
The heat radiation insulating sheet of the present invention is suitably applied to, for example, a semiconductor device.
The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor element having one end surface of a main body as a heat dissipation surface, a heat sink on which the semiconductor element is mounted and capable of receiving heat generated by the semiconductor element, and one surface being the heat dissipation surface. The heat dissipation insulating sheet of the present invention is provided between the semiconductor element and the heat dissipating body so that the other surface is in contact with the heat sink.
上記構成によれば、半導体素子の放熱面にバリや異物が存在したり、ヒートシンクの表面粗さが比較的大きいことにより、放熱層の一部が押し潰されたとしても、放熱層の内側に配置された絶縁層をバリ等が突き破ることはない。したがって、放熱絶縁シートの両側に当接する半導体素子及びヒートシンクを電気的に隔離し、絶縁性を確保することができる。よって、本発明の半導体装置は、放熱絶縁シートを介して半導体素子の熱を好適に放熱することができ、かつ、バリ等による弊害を回避することができる。 According to the above configuration, even if a part of the heat dissipation layer is crushed due to the presence of burrs or foreign matter on the heat dissipation surface of the semiconductor element or due to the relatively large surface roughness of the heat sink, Burrs and the like do not break through the arranged insulating layer. Therefore, it is possible to electrically isolate the semiconductor element and the heat sink that are in contact with both sides of the heat-dissipating insulating sheet, thereby ensuring insulation. Therefore, the semiconductor device of the present invention can suitably dissipate the heat of the semiconductor element through the heat dissipation insulating sheet, and can avoid the adverse effects caused by burrs and the like.
以下、本発明の実施形態に係る放熱絶縁シート４及び半導体装置１０１について、図面に基づいて説明する。
本実施形態において、半導体装置１０１は、例えば直流電力を三相交流電力に変換し交流電動機等を駆動するインバータ装置であり、複数のスイッチング素子がブリッジ接続されて構成されるインバータ回路を有する。以下の説明では、そのうちの１つのスイッチング素子１について例示的に説明する。
図１に示すように、半導体装置１０１は、スイッチング素子（半導体素子）１、パワー基板２、ヒートシンク３、及び放熱絶縁シート４を備えている。
Hereinafter, the thermal insulation sheet 4 and the
In the present embodiment, the
As shown in FIG. 1, the
本実施形態のスイッチング素子１は、ＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり、半導体チップが樹脂モールドされた本体部１１の側面には３本のリードによるリード部１２が伸びている。３本のリードは、ゲート、ソース、及びドレインである。リード部１２は本体部１１の側面側から略垂直方向に曲げられ、パワー基板２に向かって伸びている。また、本体部１１の一方の端面には、ドレイン電極１３の端面が放熱面として露出している。リード部１２のドレインとドレイン電極１３とは電気的に短絡している。
The switching element 1 of the present embodiment is a MOS field effect transistor (MOSFET), and a
パワー基板２には、インバータ回路を構成する配線が形成される。パワー基板２のスルーホールにはリード部１２が挿入され、パワー基板２とスイッチング素子１とがはんだ付け等によって電気的に接続される。また、パワー基板２には他のスイッチング素子が同様に電気的に接続され、これらのスイッチング素子が、パワー基板２上でブリッジ接続されることによってインバータ回路を構成する。
The
ヒートシンク３は、アルミニウム等の熱伝導性材料により形成され、スイッチング素子１が発生する熱を受容可能な体積を有している。ヒートシンク３は、放熱絶縁シート４を介して、スイッチング素子１が発生する熱を受容する。
The
放熱絶縁シート４は、スイッチング素子１とヒートシンク３との間に配置される。また、放熱絶縁シート４は、２層の放熱層４１、４２と、２層の放熱層４１、４２に挟まれた絶縁層４３とを備えている。２層の放熱層４１、４２は、ドレイン電極１３及びヒートシンク３にそれぞれ面接触している。
The heat radiation insulating sheet 4 is disposed between the switching element 1 and the
放熱層４１、４２は、導電性材料から形成される。本明細書における導電性材料とは、１０5ｋΩｍ以下の電気抵抗率を有する材料であり、より高い熱伝導率を有する材料であることが好ましい。具体的には、カーボン、銅、及びアルミニウム等が挙げられる。
絶縁層４３は、非導電性材料から形成される。非導電性材料としては、一般的な樹脂またはゴムを用いることができる。具体的には、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリイミド、及びシリコンゴム等が挙げられる。
導電性材料及び非導電性材料の熱伝導率及び絶縁破壊電圧は、以下の表１に表される。
The
The
The thermal conductivity and breakdown voltage of the conductive material and non-conductive material are shown in Table 1 below.
放熱絶縁シート４の各層の厚さに関する好ましい仕様について、相対的厚さ及び絶対的厚さの両面から検討する。
まず、相対的厚さについて図３を参照して説明する。図３の横軸として、放熱絶縁シート４全体の厚さＴに対する絶縁層４３の厚さｔ3の比率αを下式により定義する。
α（％）＝（ｔ3／Ｔ）×１００
図３の縦軸は、図２（ａ）の仕様の放熱絶縁シート４の熱伝導率の理論値を示す。ここで、絶縁層４３の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ・Ｋとし、放熱層４１、４２は、カーボン（○印）、銅（×印）、アルミニウム（△印）の３種類とする。放熱層４１、４２の熱伝導率は、数百Ｗ／ｍ・Ｋであり、絶縁層４３の熱伝導率よりも３桁大きい。
A preferable specification regarding the thickness of each layer of the heat radiation insulating sheet 4 will be studied from both the relative thickness and the absolute thickness.
First, the relative thickness will be described with reference to FIG. As a horizontal axis in FIG. 3, a ratio α of the thickness t 3 of the
α (%) = (t 3 / T) × 100
The vertical axis in FIG. 3 indicates the theoretical value of the thermal conductivity of the heat-radiating insulating sheet 4 having the specifications shown in FIG. Here, the thermal conductivity of the insulating
図３に示すように、比率αが約５％以下の領域では、比率αが増加するにつれ放熱絶縁シート４の熱伝導率が急激に減少する。比率αが約５％〜３０％程度では、熱伝導率の減少度合が次第に緩やかになる。比率αが約３０％を超えると、熱伝導率の変化はほとんど見られなくなり、比率１００％すなわち絶縁層４３単独での熱伝導率である０．３Ｗ／ｍ・Ｋに向かって漸近する。
As shown in FIG. 3, in the region where the ratio α is about 5% or less, the thermal conductivity of the heat-dissipating insulating sheet 4 rapidly decreases as the ratio α increases. When the ratio α is about 5% to 30%, the degree of decrease in thermal conductivity becomes gradually moderate. When the ratio α exceeds about 30%, almost no change in thermal conductivity is observed, and asymptotically approaches 100%, that is, 0.3 W / m · K, which is the thermal conductivity of the insulating
また、３種類の放熱層に対する放熱絶縁シートの熱伝導率の値は、比率αが１〜３％の領域で若干の差が見られるものの、比率αが５％以上の領域ではほぼ重なっている。つまり、カーボンとアルミニウムの熱伝導率の約３倍の差は、熱伝導率が３桁低い絶縁層４３との組み合わせによって実質的に無視されることを意味する。このことから、放熱絶縁シート４の熱伝導率を決定付けるのは、絶縁層４３の熱伝導率が支配的であって、放熱層４１、４２の選択による影響は比較的小さいと考えられる。
Moreover, although the value of the thermal conductivity of the heat radiation insulating sheet for the three types of heat radiation layers is slightly overlapped in the region where the ratio α is 1% to 3%, it almost overlaps in the region where the ratio α is 5% or more. . That is, a difference of about three times the thermal conductivity between carbon and aluminum means that it is substantially ignored by the combination with the insulating
本実施形態の用途では、放熱絶縁シート４の熱伝導率として０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが要求されることから、比率αは３０％以下である必要がある。そこで、放熱絶縁シート４の相対的厚さの仕様として、「絶縁層４３の厚さｔ3が３０％以下であること」を条件とする。例えば放熱絶縁シート４全体の厚さＴが２００μｍの場合、絶縁層４３の厚さｔ3を６０μｍ以下に設定する。
このように、特許請求の範囲において、本発明の放熱絶縁シートの絶縁層の厚さの比率を「３０％以下である」という数値限定により特定することには、「絶縁層の熱伝導率が０．３Ｗ／ｍ・Ｋであるとき、使用上要求される０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を確保するため」という臨界的意義が存在する。
In the application of the present embodiment, since the thermal conductivity of the heat radiation insulating sheet 4 is required to be 0.5 W / m · K or more, the ratio α needs to be 30% or less. Therefore, the specification of the relative thickness of the heat dissipation insulating sheet 4 is that “the thickness t 3 of the insulating
As described above, in the claims, the ratio of the thickness of the insulating layer of the heat dissipation insulating sheet of the present invention is specified by the numerical limitation of “30% or less”. In order to ensure the thermal conductivity of 0.5 W / m · K or more required for use when 0.3 W / m · K, there is a critical significance.
なお、放熱性が特に要求される用途では、絶縁層４３の比率αをより小さく設定することが好ましい。例えば、一般的な非導電性の放熱シリコンゴムシートからの代替として本実施形態の放熱絶縁シート４を使用する場合には、放熱シリコンゴムシートの熱伝導率である１〜５Ｗ／ｍ・Ｋを得るため、比率αを４〜１５％に設定することが好ましい。
In applications where heat dissipation is particularly required, it is preferable to set the ratio α of the insulating
次に、放熱絶縁シート４の絶対的厚さに関しては、両側の放熱層４１、４２の厚さに着目した好ましい仕様について、図２（ｂ）を参照して説明する。放熱絶縁シート４をスイッチング素子１のドレイン電極１３の端面と、アルミニウム製のヒートシンク３表面との間に挟む状況を想定する。この場合、ドレイン電極１３の端面にはバリ１４が存在し、またヒートシンク３の表面には「表面粗さ」としての凹凸が存在する状況が想定される。
ヒートシンク３の表面粗さについて、実際には表面全体に凹凸やうねりが存在していると考えられる。しかし、図２（ｂ）及び後述する比較例の図５（ｂ）では、説明を簡単にするために凸部３１を１箇所のみ示している。つまり、凸部３１の高さをヒートシンク３の最大表面粗さとみなす。
Next, regarding the absolute thickness of the heat-dissipating insulating sheet 4, a preferable specification focusing on the thickness of the heat-dissipating
Concerning the surface roughness of the
図２（ｂ）に示すように、ドレイン電極１３の表面に付着するバリ１４や異物５、及びヒートシンク３の凸部３１が絶縁層４３に影響を及ぼさないようにするため、２層の放熱層４１、４２の厚さｔ1、ｔ2は、バリ１４や異物５の最大高さ、及び、凸部３１の高さ以上の厚みとすることが好ましい。
As shown in FIG. 2B, in order to prevent the
そこで、ドレイン電極１３の表面に付着するバリ１４や異物５の高さについて、製作時の平面度公差の値が１００μｍであることを根拠として推定すると、通常の品質管理では公差の５０〜８０％程度の値が実力値になると仮定し、バリ１４又は異物５の高さの範囲を「５０〜８０μｍ」と推定する。
また、ヒートシンク３をダイカスト等の成形後に仕上げ加工しないで用いるとすると、鋳肌面の一般的な表面粗さはＲｚ５０であり、表面粗さによる凹凸の高さの差、すなわち凸部３１の高さは５０μｍ程度となる。一方、成形後の表面に切削加工を施した場合、切削面の一般的な表面粗さはＲｚ１０であり、凸部３１の高さは１０μｍ程度となる。ここから、ヒートシンク３の表面粗さの範囲を「１０〜５０μｍ」と推定する。
Therefore, if the height of the
If the
したがって、ドレイン電極１３の表面に付着するバリ１４や異物５の最大高さを８０μｍ、及びヒートシンクの最大表面粗さを５０μｍと想定し、放熱層４１、４２の厚さｔ1、ｔ2を少なくとも１００μｍ確保すれば、バリ１４等が放熱層４１、４２を突き破り、絶縁層４３に触れる可能性は無いと考えられる。
Therefore, assuming that the maximum height of the
以上説明した相対的厚さ及び絶対的厚さの検討を踏まえて、好ましい放熱絶縁シート４の具体的な仕様を以下に提案する。このような仕様を採用することにより、本実施形態では、放熱絶縁シート４が放熱性を損なわず、かつ絶縁性を確保することができる。また、半導体装置１０１は、スイッチング素子１の発熱をヒートシンク３へ好適に放熱することができ、かつ、バリ等による絶縁不良の弊害を回避することができる。
Based on the examination of the relative thickness and the absolute thickness described above, specific specifications of a preferable heat radiation insulating sheet 4 are proposed below. By adopting such a specification, in this embodiment, the heat radiation insulating sheet 4 can ensure heat insulation without impairing heat radiation. Further, the
（構成例）
放熱絶縁シート４の構成例について以下に説明する。
図４（ａ）に示すように、放熱絶縁シート４０１は、２層の放熱層４１、４２の厚さｔ1、ｔ2をそれぞれ１００μｍとし、絶縁層４３の厚さｔ3を５μｍとしており、比率αは２．４％である。この場合、図３において点Ａに示すように、放熱絶縁シート４の熱伝導率は約７．０Ｗ／ｍ・Ｋとなる。なお、比率αが３％以下であるため、放熱層４１、４２の導電性材料の種類によって、放熱絶縁シート４の熱伝導率に若干の差が生じる。よって、放熱層４１、４２の導電性材料は、熱伝導率の高いカーボンであることが好ましい。
(Configuration example)
A configuration example of the heat radiation insulating sheet 4 will be described below.
As shown in FIG. 4A, the heat radiation insulating sheet 401 has two heat radiation layers 41 and 42 having thicknesses t 1 and t 2 of 100 μm, and the
図４（ｂ）に示すように、放熱絶縁シート４０２は、２層の放熱層４１、４２の厚さｔ1、ｔ2をそれぞれ１００μｍとし、絶縁層４３の厚さｔ3を２０μｍとしており、比率αは９．１％である。この場合、図３において点Ｂに示すように、放熱絶縁シート４の熱伝導率は約１．５Ｗ／ｍ・Ｋとなる。
As shown in FIG. 4B, the heat radiation insulating sheet 402 has two heat radiation layers 41 and 42 having thicknesses t 1 and t 2 of 100 μm, and the
仮に、絶縁層４３の非導電性材料の耐電圧が５〜２０Ｖ／μｍとすると、放熱絶縁シート４の絶縁性は、図４（ａ）の構成例の放熱絶縁シート４０１において耐圧２５〜１００Ｖとなり、図４（ｂ）の構成例の放熱絶縁シート４０２において耐圧は１００〜４００Ｖとなる。放熱性を犠牲にしても絶縁性を要する場合には、図４（ｂ）の構成例のように、比率αが３０％以下の範囲において、絶縁層４３の厚さｔ3を大きく設定することが好ましい。
If the withstand voltage of the non-conductive material of the insulating
図４（ａ）、（ｂ）の構成例の放熱絶縁シート４０１、４０２では、２層の放熱層４１、４２の厚さｔ1、ｔ2が同じであるため、部品としての運搬、保管時や半導体装置１０１の製造時などに放熱絶縁シート４の表裏の区別を必要とせず、利便性が高いという利点がある。
In the heat radiation insulating sheets 401 and 402 in the configuration example of FIGS. 4A and 4B, the thicknesses t 1 and t 2 of the two heat radiation layers 41 and 42 are the same. In addition, there is an advantage that convenience is high because it is not necessary to distinguish between the front and back sides of the heat insulating sheet 4 when the
一方、図４（ｃ）に示す放熱絶縁シート４０３のように、一方の放熱層４１の厚さｔ1と他方の放熱層４２の厚さｔ2とは互いに異なってもよい。放熱絶縁シート４０３の装着時に表裏を区別し、放熱層４１が当接する取付物と放熱層４２が当接する取付物とが常に定まる場合などには、このような仕様を用いることができる。本実施形態では、ドレイン電極１３の表面に付着するバリ１４や異物５の最大高さ、及びヒートシンクの最大表面粗さ（凸部３１の高さ）の各々に合わせて、２層の放熱層４１、４２の厚さｔ1、ｔ2をそれぞれ確保してもよい。
On the other hand, as in the heat radiation insulating sheet 403 shown in FIG. 4 (c), it may be different from each other and the thickness t 1 and the thickness t 2 of the other
具体的には、ドレイン電極１３の表面に付着するバリ１４や異物５の最大高さを８０μｍ、及びヒートシンクの最大表面粗さを５０μｍと想定した場合、これらの数値に対して安全率を考慮し、ドレイン電極１３に当接する放熱層４１の厚さｔ1を１００μｍとし、ヒートシンク３に当接する放熱層４２の厚さｔ2を６０μｍと設定する。この場合、絶縁層４３の厚さｔ3を５μｍとしており、比率αは３．０％である。このような放熱絶縁シート４０３を用いれば、バリ１４等が放熱層４１、４２を突き破ることを防止することができる。
放熱絶縁シート４０３のような構成例では、放熱層４１側と放熱層４２側との表裏の区別を視認可能にするために、２層の放熱層４１、４２を互いに外観の異なる導電性材料から構成してもよい。あるいは、同じ導電性材料から構成し、区別可能な色を着色してもよい。
Specifically, assuming that the maximum height of the
In the configuration example such as the heat radiation insulating sheet 403, in order to make the front / back distinction between the
（比較例）
本実施形態の放熱絶縁シート４の比較例について図５を参照して説明する。
図５（ａ）に示すように、比較例の放熱絶縁シート６は、放熱層６１と、放熱層６１を挟む２層の絶縁層６２とを備えている。すなわち、比較例は本実施形態に対し、３層構造の放熱層と絶縁層との配置を逆にしたものであり、特許文献１等の従来技術における基本構成に相当する。
この比較例の放熱絶縁シート６を、上述の実施形態と同様に、スイッチング素子１のドレイン電極の端面とアルミニウム製のヒートシンク３表面との間に挟む状況を想定する。
また、比較例の各層の厚さについて、図４（ａ）の放熱絶縁シート４０１との対比を容易にするため、シート全体の厚さを放熱絶縁シート４０１と同じ２０５μｍとし、絶縁層６２の厚さを各５μｍ、残りの放熱層６１の厚さを１９５μｍとする。
(Comparative example)
A comparative example of the heat radiation insulating sheet 4 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5A, the heat
A situation is assumed in which the heat-radiating
Further, with respect to the thickness of each layer of the comparative example, the thickness of the entire sheet is set to 205 μm, which is the same as that of the heat dissipation insulating sheet 401, in order to facilitate the comparison with the heat dissipation insulating sheet 401 of FIG. Each thickness is 5 μm, and the thickness of the remaining
この比較例では、シート全体の厚さに対する絶縁層６２の厚さの比率は４．９％であるから、放熱性については遜色ないレベルである。しかし、絶縁層６２の厚さである５μｍは、上述にて推定したドレイン電極１３の表面に付着するバリ１４や異物５の高さ５０〜８０μｍ、及びヒートシンクの表面粗さ（凸部３１の高さ）１０〜５０μｍよりも薄い。このため、図５（ｂ）に示すように、２層の絶縁層６２は、ドレイン電極のバリ１４や異物５、及び、ヒートシンク３の凸部３１によってそれぞれ突き破られてしまう。よって、放熱絶縁シート６は、絶縁性を保てなくなり、破線Ｌで示すようにドレイン電極１３とヒートシンク３とを導通させてしまう。
In this comparative example, since the ratio of the thickness of the insulating
これに対し、本実施形態の放熱絶縁シート４では、シートの表面側に放熱層４１、４２を配置し、シートの厚さ方向の内側に絶縁層４３を配置していることを特徴としている。また、シート全体の厚さに対する絶縁層４３の厚さの比率αを「３０％以下」という所定の範囲に特定している。さらに、表面側の放熱層４１、４２の厚さについては、所定の絶対的な厚さ以上を確保するように設定されている。
これにより、放熱絶縁シート４は、放熱性を損なうことなく、取付物の表面に存在するバリ、異物や表面粗さによって放熱層４１、４２の一部が押し潰されたとしても、内側の絶縁層４３に影響が及ぶことを防止する。したがって、放熱絶縁シート４の両側に当接する導体同士を電気的に隔離し、絶縁性を確保することができる。
On the other hand, the heat dissipation insulating sheet 4 of this embodiment is characterized in that the heat dissipation layers 41 and 42 are disposed on the surface side of the sheet and the insulating
As a result, the heat insulating sheet 4 does not impair heat dissipation, and even if some of the
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の半導体装置１０２について図６を参照して説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。第２実施形態の半導体装置１０２は、第１実施形態と同様、インバータ回路を有するインバータ装置である。
(Second Embodiment)
Next, a
図６に示すように、半導体装置１０２では、複数のスイッチング素子１に対して同一の放熱絶縁シート４が設けられている。ここで、複数のスイッチング素子１のドレイン電極１３同士は、放熱絶縁シート４の放熱層４１を介して導通する。したがって、複数のスイッチング素子１のドレイン電極１３同士を電気的に隔離する必要のある回路では、このような構成を採用することはできない。つまり、個々のスイッチング素子１に対応するように、放熱絶縁シート４を切断して用いる必要がある。
As shown in FIG. 6, in the
一方、複数のスイッチング素子１の各ドレイン電極１３が回路上、同じ接続点に接続されており、同電位となる場合には、図６に示すように放熱絶縁シート４を共用する構成を採用することができる。これにより、放熱絶縁シート４をスイッチング素子１毎に切断して用いる場合に比べて、製造時の作業性を向上することができる。
なお、この場合、ドレイン電極１３同士の電気的接続は、リード端子が接続された回路基板２で主として確保されているため、放熱層４１を積極的に導電経路として使用しなくてもよい。
On the other hand, when each
In this case, since the electrical connection between the
（その他の実施形態）
上記実施形態の図３では、絶縁層４３の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ・Ｋとして、放熱層４１、４２と組み合わせたときの放熱絶縁シート４の熱伝導率を求めた。仮に絶縁層４３の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ・Ｋよりも小さい値（例えば０．２Ｗ／ｍ・Ｋ）と見積もると、図３の特性線は左下側にシフトすることとなるから、放熱絶縁シート４の熱伝導率を０．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上とするための比率αの値は、より小さい側にシフトする。逆に、絶縁層４３の熱伝導率を０．３Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい値と見積もると、同じ条件での比率αの値は、より大きい側にシフトすることとなる。
(Other embodiments)
In FIG. 3 of the said embodiment, the heat conductivity of the thermal radiation insulating sheet 4 when combining with the thermal radiation layers 41 and 42 was calculated | required by setting the thermal conductivity of the insulating
上記実施形態では、ドレイン電極１３の表面に付着するバリ１４や異物５の最大高さを８０μｍ、及びヒートシンクの最大表面粗さによる凸部３１の高さを５０μｍと想定し、放熱層の厚さを少なくとも１００μｍ確保すれば、バリ等による絶縁不良を回避可能と判断した。
しかし、放熱絶縁シート４が適用される用途や使用環境によっては、取付物の表面の異物や表面粗さがこれより大きい場合も想定される。そこで、放熱絶縁シート４の絶対的な絶縁層４３の厚さについては、絶縁性を確保可能な厚さを適宜設定することが好ましい。その場合にも比率αは３０％以下という条件を守ることが好ましい。例えば、想定される異物等の最大高さが１６０μｍには、放熱層４１、４２の厚さｔ1＝ｔ2＝２００μｍ、絶縁層４３の厚さｔ3＝５０μｍというような仕様とすることが考えられる。
In the above embodiment, it is assumed that the maximum height of the
However, depending on the application and use environment to which the heat-radiating insulating sheet 4 is applied, it may be assumed that foreign matter or surface roughness of the surface of the attachment is larger than this. Therefore, it is preferable that the absolute insulating
上記実施形態において、放熱絶縁シート４の最表面層を放熱層４１、４２とする構成に限らず、放熱層４１、４２の表面にさらに防錆メッキ層などを積層させてもよい。
また、スイッチング素子１は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、ｐチャネル及びｎチャネルのＭＯＳＦＥＴを組み合わせたＣＭＯＳであってもよいし、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などであってもよい。
また、上記実施形態では、半導体素子としてスイッチング素子１を用いて説明しているが、本発明はこれに限られず、ダイオードなど他の半導体素子であってもよい。
In the said embodiment, not only the structure which uses the outermost surface layer of the thermal radiation insulating sheet 4 as the thermal radiation layers 41 and 42, you may laminate | stack a rust prevention plating layer etc. on the surface of the thermal radiation layers 41 and 42 further.
The switching element 1 is not limited to a MOSFET but may be a CMOS in which p-channel and n-channel MOSFETs are combined, or an insulated gate bipolar transistor (IGBT).
Moreover, although the said embodiment demonstrated using the switching element 1 as a semiconductor element, this invention is not limited to this, Other semiconductor elements, such as a diode, may be sufficient.
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。 As mentioned above, this invention is not limited to such embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of invention, it can implement with a various form.
１ ・・・スイッチング素子（半導体素子）
１１・・・本体部
１２・・・リード部
１３・・・ドレイン電極
２ ・・・基板
３ ・・・ヒートシンク
４、４０１、４０２、４０３・・・放熱絶縁シート
４１、４２・・・放熱層
４３・・・絶縁層
１０１、１０２・・・半導体装置
1 ... Switching element (semiconductor element)
DESCRIPTION OF
Claims (6)
導電性材料からなり、間に前記絶縁層を挟んでいる２層の放熱層（４１、４２）と、
を備えることを特徴とする放熱絶縁シート（４）。 An insulating layer (43) made of a non-conductive material;
Two heat dissipation layers (41, 42) made of a conductive material and sandwiching the insulating layer therebetween,
A heat radiation insulating sheet (4), comprising:
前記半導体素子が搭載され、前記半導体素子が発生する熱を受容可能なヒートシンク（３）と、
前記半導体素子と前記ヒートシンクとの間に配置され、一方の面が前記放熱面に当接し、かつ他方の面が前記ヒートシンクに当接する請求項１から３のいずれか一項に記載の放熱絶縁シートと、
を備えることを特徴とする半導体装置（１０１、１０２）。 A semiconductor element (1) having one end surface as a heat dissipation surface;
A heat sink (3) on which the semiconductor element is mounted and which can receive heat generated by the semiconductor element;
4. The heat radiation insulating sheet according to claim 1, wherein the heat radiation insulation sheet is disposed between the semiconductor element and the heat sink, one surface abuts on the heat radiation surface, and the other surface abuts on the heat sink. When,
A semiconductor device (101, 102) comprising:
前記放熱面の表面に付着したバリ（１４）又は異物（５）の最大高さ、及び、前記ヒートシンクの最大表面粗さよりも厚くなるように形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。 The thickness of the heat dissipation layer of the heat dissipation insulating sheet is:
The burrs (14) or foreign substances (5) adhering to the surface of the heat radiating surface are formed to be thicker than the maximum height and the maximum surface roughness of the heat sink. Semiconductor device.
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009062436A (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Sekisui Chem Co Ltd | Insulation sheet and laminated structure |
| JP2011082350A (en) * | 2009-10-07 | 2011-04-21 | Jfe Seimitsu Kk | Heat dissipation substrate component for electronic equipment |
| JP2013197230A (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Panasonic Corp | Heat conductor |
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2013
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009062436A (en) * | 2007-09-05 | 2009-03-26 | Sekisui Chem Co Ltd | Insulation sheet and laminated structure |
| JP2011082350A (en) * | 2009-10-07 | 2011-04-21 | Jfe Seimitsu Kk | Heat dissipation substrate component for electronic equipment |
| JP2013197230A (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Panasonic Corp | Heat conductor |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3232468A1 (en) | 2016-04-15 | 2017-10-18 | Omron Corporation | Heat dissipation structure of semiconductor device |
| US9997430B2 (en) | 2016-04-15 | 2018-06-12 | Omron Corporation | Heat dissipation structure of semiconductor device |
| KR101946467B1 (en) * | 2016-04-15 | 2019-02-08 | 오므론 가부시키가이샤 | Heat radiation structure of semiconductor device |
| US10304754B2 (en) | 2016-04-15 | 2019-05-28 | Omron Corporation | Heat dissipation structure of semiconductor device |
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