JP2020136519A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

To prevent grease from being moved out of a space between a heat sink and a cooler.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a semiconductor module accommodating a semiconductor element and from a first surface of which a heat sink is exposed; a cooler that dissipates heat of the heat sink; and grease filling a space between the heat sink and the cooler and accelerating heat transfer from the heat sink to the cooler. The grease has a group of first heat transfer particles with a first average particle diameter and a group of second heat transfer particles with a second average particle diameter greater than the first average particle diameter. A plurality of projections are formed on an exposed surface of the heat sink. The interval of the projections adjacent to each other may be greater than the first average particle diameter.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本明細書では、半導体モジュールの第１面から露出する放熱板と冷却器との間にグリスが充填されている半導体装置を開示する。 This specification discloses a semiconductor device in which grease is filled between a heat radiating plate exposed from the first surface of a semiconductor module and a cooler.

上記の半導体装置は、内部に半導体素子を収容している。半導体素子に電流が流れると、半導体素子は発熱する。半導体素子の熱は、放熱板に伝わり、その後グリスを介して、冷却器に放熱される。 The above-mentioned semiconductor device houses a semiconductor element inside. When an electric current flows through a semiconductor element, the semiconductor element generates heat. The heat of the semiconductor element is transferred to the heat radiating plate and then radiated to the cooler via grease.

上記の半導体装置では、「グリス抜け」と呼ばれる次の現象が生じる。半導体素子に電流が流れると、半導体素子の温度が上昇する。これにより、放熱板の温度が上昇し、放熱板が膨張する。このため、放熱板と冷却器との間の空間が小さくなる。これにより、グリスが放熱板と冷却器との間の空間から外に排出され、放熱板と冷却器との間のグリス量が減少する。半導体素子に電流が流れなくなると、半導体素子の温度が低下する。これにより、放熱板の温度が低下し、放熱板の膨張が収まる。このため、放熱板と冷却器との間の空間が元に戻り、放熱板と冷却器との間にグリスが存在しない空隙が形成される。これにより、放熱板から冷却器への伝熱効率が低下する。 In the above semiconductor device, the following phenomenon called "grease removal" occurs. When a current flows through a semiconductor element, the temperature of the semiconductor element rises. As a result, the temperature of the heat radiating plate rises, and the heat radiating plate expands. Therefore, the space between the heat radiating plate and the cooler becomes small. As a result, the grease is discharged from the space between the heat radiating plate and the cooler, and the amount of grease between the heat radiating plate and the cooler is reduced. When no current flows through the semiconductor element, the temperature of the semiconductor element drops. As a result, the temperature of the heat radiating plate is lowered, and the expansion of the heat radiating plate is suppressed. Therefore, the space between the heat radiating plate and the cooler is restored, and a gap in which no grease exists is formed between the heat radiating plate and the cooler. As a result, the heat transfer efficiency from the heat radiating plate to the cooler is reduced.

放熱板の膨張を抑制する技術の１つとして、グリスの伝熱効率を高める技術があり、例えば、特許文献１に記載の技術である。特許文献１には、伝熱粒子の群を備えるグリスが開示されている。伝熱粒子は、放熱板から冷却器への伝熱を促進する。グリスが伝熱粒子の群を備えない場合と比較して、放熱板から冷却器への伝熱効率が高い。この結果、半導体素子に電流が流れることに伴う放熱板の温度上昇が抑制される。 As one of the techniques for suppressing the expansion of the heat radiating plate, there is a technique for increasing the heat transfer efficiency of grease, for example, the technique described in Patent Document 1. Patent Document 1 discloses a grease comprising a group of heat transfer particles. The heat transfer particles promote heat transfer from the heat radiating plate to the cooler. The heat transfer efficiency from the heat radiating plate to the cooler is higher than when the grease does not have a group of heat transfer particles. As a result, the temperature rise of the heat radiating plate due to the current flowing through the semiconductor element is suppressed.

特開２０１６−１６２９２９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-162929

特許文献１の技術では、グリスが伝熱粒子の群を備えない場合と比較して、半導体素子の発熱に伴う放熱板の膨張を抑えることができる。しかしながら、発明者の検討によると、グリスの伝熱効率を高めるだけでは、依然として放熱板と冷却器との間の空間からグリスが抜け出ることが判明した。 In the technique of Patent Document 1, the expansion of the heat radiating plate due to the heat generation of the semiconductor element can be suppressed as compared with the case where the grease does not include the group of heat transfer particles. However, according to the inventor's examination, it was found that the grease still escapes from the space between the heat radiating plate and the cooler only by increasing the heat transfer efficiency of the grease.

本明細書では、放熱板と冷却器との間の空間からグリスが抜け出ることを抑制することができる技術を開示する。 The present specification discloses a technique capable of suppressing grease from escaping from the space between the heat radiating plate and the cooler.

本明細書で開示する半導体装置は、半導体素子を収容しており、第１面に放熱板が露出している半導体モジュールと、前記放熱板の熱を放熱させる冷却器と、前記放熱板と前記冷却器との間に充填されており、前記放熱板から前記冷却器への伝熱を促進するグリスと、を備える。前記グリスは、第１平均粒子径を有する第１伝熱粒子の群と、前記第１平均粒子径よりも大きい第２平均粒子径を有する第２伝熱粒子の群と、を備える。前記放熱板の露出面には、複数の凸部が形成されており、互いに隣接する前記凸部の間隔は、前記第１平均粒子径よりも大きい。 The semiconductor device disclosed in the present specification includes a semiconductor element, a semiconductor module in which a heat radiating plate is exposed on a first surface, a cooler that dissipates heat from the heat radiating plate, and the heat radiating plate and the heat radiating plate. It is provided with a grease that is filled between the cooler and promotes heat transfer from the heat radiating plate to the cooler. The grease includes a group of first heat transfer particles having a first average particle size and a group of second heat transfer particles having a second average particle size larger than the first average particle size. A plurality of convex portions are formed on the exposed surface of the heat radiating plate, and the distance between the convex portions adjacent to each other is larger than the first average particle diameter.

上記の構成では、放熱板の露出面には、例えば表面処理によって形成される複数の凸部が残っている。即ち、放熱板の露出面において、互いに隣接する凸部の間に溝部が形成されていることになる。第１伝熱粒子の第１平均粒子径は、隣接する凸部の間隔、即ち、溝部の幅よりも小さいため、第１伝熱粒子の群は、溝部の内部まで侵入することができる。この結果、グリスは、溝部の内部まで充填される。これにより、グリスが溝部の内部まで充填されていない場合と比較して、グリスと放熱板の露出面との接触面積が大きくなる。 In the above configuration, a plurality of convex portions formed by, for example, surface treatment remain on the exposed surface of the heat radiating plate. That is, on the exposed surface of the heat radiating plate, a groove portion is formed between the convex portions adjacent to each other. Since the first average particle diameter of the first heat transfer particles is smaller than the distance between the adjacent convex portions, that is, the width of the groove portion, the group of the first heat transfer particles can penetrate into the groove portion. As a result, the grease is filled up to the inside of the groove. As a result, the contact area between the grease and the exposed surface of the heat radiating plate becomes larger than in the case where the grease is not filled up to the inside of the groove.

半導体素子の温度が上昇すると、放熱板の温度が上昇する。このため、放熱板の温度の上昇によって放熱板と冷却器との間の空間が小さくなると、グリスは、放熱板と冷却器との間の空間から外部に移動しようとする。グリスが溝部の内部まで充填されていない場合と比較すると、本構成の場合、グリスと放熱板の露出面との接触面積が大きいため、グリスに作用する摩擦抵抗が大きく、グリスは、放熱板と冷却器との間の空間から外部に移動し難くなる。この結果、放熱板の温度が低下し、放熱板と冷却器との間の空間が元に戻っても、放熱板と冷却器との間にグリスが存在しない空隙が形成されることを抑制することができる。これにより、グリス抜けを抑制することができる。 When the temperature of the semiconductor element rises, the temperature of the heat radiating plate rises. Therefore, when the space between the heat radiating plate and the cooler becomes smaller due to the temperature rise of the heat radiating plate, the grease tends to move from the space between the heat radiating plate and the cooler to the outside. Compared to the case where the grease is not filled to the inside of the groove, in the case of this configuration, the contact area between the grease and the exposed surface of the heat dissipation plate is large, so the frictional resistance acting on the grease is large, and the grease is the heat dissipation plate It becomes difficult to move to the outside from the space between the cooler. As a result, even if the temperature of the heat radiating plate is lowered and the space between the heat radiating plate and the cooler is restored, it is possible to prevent the formation of a grease-free gap between the heat radiating plate and the cooler. be able to. As a result, grease removal can be suppressed.

実施例の半導体素子の斜視図である。It is a perspective view of the semiconductor element of an Example. 半導体モジュールを下面から見た斜視図である。It is a perspective view which looked at the semiconductor module from the bottom surface. 図１におけるＸＹ平面で切断した半導体モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor module cut in the XY plane in FIG. 放熱板の露出面の溝に伝熱粒子が配置されている状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the heat transfer particle is arranged in the groove of the exposed surface of a heat radiation plate.

（実施例）
図１から図４を参照して、実施例の半導体装置２を説明する。半導体装置２は、ハイブリット自動車、電気自動車や燃料電池車等の電動車両に搭載される。また、半導体装置２は、車両のパワーコントロールユニットを構成する電力変換器に搭載される。図１に示すように、半導体装置２は、複数（本実施例では６個）の半導体モジュール１０と、複数（本実施例では７個）の冷却器３と、複数（本実施例では１２個）の絶縁板６と、グリス３２（図１では図示省略）と、を備える。図１では、１個の半導体モジュール１０と１個の冷却器３にのみ符号が付されている。半導体モジュール１０と冷却器３は、Ｘ方向に交互に積層されている。Ｘ方向における半導体装置２の両端部には、冷却器３が位置している。半導体装置２は、仮想線で図示されるケース５０に収容されている。半導体モジュール１０と冷却器３との間には、絶縁板６が配置されている。図１では図示省略しているが、半導体モジュール１０と絶縁板６との間、及び、絶縁板６と冷却器３との間にはグリス３２が充填されている。 (Example)
The semiconductor device 2 of the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. The semiconductor device 2 is mounted on an electric vehicle such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, or a fuel cell vehicle. Further, the semiconductor device 2 is mounted on a power converter that constitutes a power control unit of the vehicle. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 2 includes a plurality of (6 in this embodiment) semiconductor modules 10, a plurality of (7 in this embodiment) coolers 3, and a plurality (12 in this embodiment). ), And grease 32 (not shown in FIG. 1). In FIG. 1, only one semiconductor module 10 and one cooler 3 are coded. The semiconductor module 10 and the cooler 3 are alternately laminated in the X direction. Coolers 3 are located at both ends of the semiconductor device 2 in the X direction. The semiconductor device 2 is housed in a case 50 illustrated by a virtual line. An insulating plate 6 is arranged between the semiconductor module 10 and the cooler 3. Although not shown in FIG. 1, grease 32 is filled between the semiconductor module 10 and the insulating plate 6 and between the insulating plate 6 and the cooler 3.

半導体モジュール１０は、平板形状を有する。半導体モジュール１０には、半導体素子１１ａ、１１ｂが収容されている。半導体モジュール１０については、後で詳しく説明する。 The semiconductor module 10 has a flat plate shape. The semiconductor module 10 houses the semiconductor elements 11a and 11b. The semiconductor module 10 will be described in detail later.

冷却器３は、平板形状を有する。冷却器３は、例えば、アルミニウム等の金属材料から作製されている。冷却器３は、液体冷媒が流れる流路を内部に有する。液体冷媒は、例えば、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）等である。 The cooler 3 has a flat plate shape. The cooler 3 is made of, for example, a metal material such as aluminum. The cooler 3 has an internal flow path through which the liquid refrigerant flows. The liquid refrigerant is, for example, LLC (Long Life Coolant) or the like.

半導体装置２は、連結管５ａ、５ｂと、冷媒供給管４ａと、冷媒排出管４ｂをさらに備える。連結管５ａ、５ｂは、互いに隣接する冷却器３を連結している。積層方向の一端側の冷却器３には、冷媒供給管４ａと冷媒排出管４ｂが連結されている。冷媒供給管４ａと冷媒排出管４ｂには、図示省略の冷媒循環装置が接続されている。冷媒循環装置から送り出された液体冷媒は、冷媒供給管４ａから連結管５ａを通り、すべての冷却器３の流路に供給される。冷却器３を通る間に、隣接する半導体モジュール１０から液体冷媒に、熱が放熱される。その後、液体冷媒は、連結管５ｂから冷媒排出管４ｂを通り、冷媒循環装置に戻る。 The semiconductor device 2 further includes connecting pipes 5a and 5b, a refrigerant supply pipe 4a, and a refrigerant discharge pipe 4b. The connecting pipes 5a and 5b connect the coolers 3 adjacent to each other. A refrigerant supply pipe 4a and a refrigerant discharge pipe 4b are connected to the cooler 3 on one end side in the stacking direction. A refrigerant circulation device (not shown) is connected to the refrigerant supply pipe 4a and the refrigerant discharge pipe 4b. The liquid refrigerant sent out from the refrigerant circulation device is supplied from the refrigerant supply pipe 4a through the connecting pipe 5a to the flow paths of all the coolers 3. While passing through the cooler 3, heat is dissipated from the adjacent semiconductor module 10 to the liquid refrigerant. After that, the liquid refrigerant passes from the connecting pipe 5b through the refrigerant discharge pipe 4b and returns to the refrigerant circulation device.

次に、図２から図４を参照して、半導体モジュール１０を説明する。図３は、半導体モジュール１０をＸＹ平面に平行な平面であって、半導体素子１１ａ、１１ｂを横切る平面で、半導体モジュール１０を切断した断面図である。 Next, the semiconductor module 10 will be described with reference to FIGS. 2 to 4. FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor module 10 cut along a plane parallel to the XY plane and crossing the semiconductor elements 11a and 11b.

半導体モジュール１０は、本体１８と、半導体素子１１ａ、１１ｂと、２個のスペーサ１４と、放熱板２０、２４、２８と、３個の電力端子７ａ、７ｂ、７ｃ（正極端子７ａ、中性端子７ｂ、負極端子７ｃ）と、制御端子８と、を備える。図３に示すように、半導体素子１１ａ、１１ｂは、Ｙ方向に並んで配置されている。半導体素子１１ａ、１１ｂは、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（即ちＩＧＢＴ）や金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（即ちＭＯＳＦＥＴ）である。半導体素子１１ａ、１１ｂは、制御端子８に接続されている。 The semiconductor module 10 includes a main body 18, semiconductor elements 11a and 11b, two spacers 14, heat radiating plates 20, 24 and 28, and three power terminals 7a, 7b and 7c (positive electrode terminals 7a, neutral terminals). 7b, a negative electrode terminal 7c), and a control terminal 8. As shown in FIG. 3, the semiconductor elements 11a and 11b are arranged side by side in the Y direction. The semiconductor elements 11a and 11b are, for example, insulated gate bipolar transistors (that is, IGBTs) and metal oxide semiconductor field effect transistors (that is, MOSFETs). The semiconductor elements 11a and 11b are connected to the control terminal 8.

半導体素子１１ａ、１１ｂの上方のそれぞれには、放熱板２０、２４のそれぞれが配置されている。図３において、上下方向が規定されている。放熱板２０、２４は、例えば、銅やアルミニウムから作製されている。放熱板２０、２４は、導電性と熱伝導性を有する。放熱板２０、２４のそれぞれは、ハンダ１６を介して半導体素子１１ａ、１１ｂのそれぞれに連結されている。放熱板２０は、正極端子７ａに接続されており、放熱板２４は、負極端子７ｃに接続されている。 Heat radiating plates 20 and 24 are arranged above the semiconductor elements 11a and 11b, respectively. In FIG. 3, the vertical direction is defined. The heat radiating plates 20 and 24 are made of, for example, copper or aluminum. The heat radiating plates 20 and 24 have conductivity and thermal conductivity. Each of the heat radiating plates 20 and 24 is connected to each of the semiconductor elements 11a and 11b via a solder 16. The heat radiating plate 20 is connected to the positive electrode terminal 7a, and the heat radiating plate 24 is connected to the negative electrode terminal 7c.

半導体素子１１ａ、１１ｂの下方のそれぞれには、スペーサ１４、１４のそれぞれが配置されている。スペーサ１４は、例えば、銅やアルミニウムから作製されている。スペーサ１４は、導電性と熱伝導性を有する。スペーサ１４、１４のそれぞれは、ハンダ１６を介して半導体素子１１ａ、１１ｂのそれぞれに連結されている。 Spacers 14 and 14, respectively, are arranged below the semiconductor elements 11a and 11b. The spacer 14 is made of, for example, copper or aluminum. The spacer 14 has conductivity and thermal conductivity. Each of the spacers 14 and 14 is connected to each of the semiconductor elements 11a and 11b via a solder 16.

スペーサ１４、１４の下方には、放熱板２８が配置されている。放熱板２８は、例えば、銅やアルミニウムから作製されている。放熱板２８は、導電性と熱伝導性を有する。放熱板２８は、ハンダ１６を介してスペーサ１４、１４のそれぞれに連結されている。放熱板２８は、中性端子７ｂに接続されている。 A heat radiating plate 28 is arranged below the spacers 14 and 14. The heat radiating plate 28 is made of, for example, copper or aluminum. The heat radiating plate 28 has conductivity and thermal conductivity. The heat radiating plate 28 is connected to each of the spacers 14 and 14 via the solder 16. The heat radiating plate 28 is connected to the neutral terminal 7b.

本体１８は、半導体素子１１ａ、１１ｂと、スペーサ１４、１４と、放熱板２０、２４、２８と、３個の電力端子７ａ、７ｂ、７ｃと、制御端子８を収容している。本体１８は、樹脂材料から作製されている。本体１８は、放熱板２０、２４の上面と放熱板２８の下面を除く面を覆う。放熱板２０、２４の上面は、半導体モジュール１０の上面１０ａから露出しており、放熱板２８の下面は、半導体モジュール１０の下面１０ｂから露出している。以下では、放熱板２０、２４の上面と放熱板２８の下面のそれぞれを、露出面２０ａ、２４ａ、２８ａと呼ぶ。図２に示すように、３個の電力端子７ａ、７ｂ、７ｃと制御端子８は、本体１８の内部から外部に向かって延びている。 The main body 18 houses semiconductor elements 11a, 11b, spacers 14, 14, heat radiating plates 20, 24, 28, three power terminals 7a, 7b, 7c, and a control terminal 8. The main body 18 is made of a resin material. The main body 18 covers the surfaces excluding the upper surfaces of the heat radiating plates 20 and 24 and the lower surface of the heat radiating plate 28. The upper surfaces of the heat radiating plates 20 and 24 are exposed from the upper surface 10a of the semiconductor module 10, and the lower surface of the heat radiating plate 28 is exposed from the lower surface 10b of the semiconductor module 10. Hereinafter, the upper surfaces of the heat radiating plates 20 and 24 and the lower surfaces of the heat radiating plates 28 are referred to as exposed surfaces 20a, 24a and 28a, respectively. As shown in FIG. 2, the three power terminals 7a, 7b, 7c and the control terminal 8 extend from the inside of the main body 18 to the outside.

図４に模式的に示すように、露出面２０ａには、複数の凸部２２ａが形成されている。凸部２２ａは、露出面２０ａを研磨することによって形成される。研磨後の露出面２０ａは、研磨前の露出面２０ａよりも粗い。図４は、露出面２０ａ、２４ａ、２８ａを拡大した断面図である。露出面２０ａは、例えば、ショットブラスト方式を利用して研磨される。隣接する凸部２２ａの間には、溝部２２ｂが形成されている。これらのため、露出面２０ａを研磨すると、複数の凸部２２ａとともに複数の溝部２２ｂが形成される。 As schematically shown in FIG. 4, a plurality of convex portions 22a are formed on the exposed surface 20a. The convex portion 22a is formed by polishing the exposed surface 20a. The exposed surface 20a after polishing is rougher than the exposed surface 20a before polishing. FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the exposed surfaces 20a, 24a, and 28a. The exposed surface 20a is polished by using, for example, a shot blasting method. A groove 22b is formed between the adjacent convex portions 22a. For these reasons, when the exposed surface 20a is polished, a plurality of groove portions 22b are formed together with the plurality of convex portions 22a.

露出面２４ａ、２８ａは、露出面２０ａと同様の研磨方式を利用して研磨されている。これにより、露出面２４ａには、複数の凸部２６ａと複数の溝部２６ｂが形成されており、露出面２８ａには、複数の凸部３０ａと複数の溝部３０ｂが形成されている。 The exposed surfaces 24a and 28a are polished using the same polishing method as the exposed surfaces 20a. As a result, a plurality of convex portions 26a and a plurality of groove portions 26b are formed on the exposed surface 24a, and a plurality of convex portions 30a and a plurality of groove portions 30b are formed on the exposed surface 28a.

図３に示すように、半導体モジュール１０と冷却器３との間には、絶縁板６が配置されている。絶縁板６は、半導体モジュール１０と冷却器３とを絶縁する。絶縁板６は、絶縁材料から作製されている。絶縁板６は、例えばセラミックスである。絶縁板６は、熱伝導性を有する。 As shown in FIG. 3, an insulating plate 6 is arranged between the semiconductor module 10 and the cooler 3. The insulating plate 6 insulates the semiconductor module 10 and the cooler 3. The insulating plate 6 is made of an insulating material. The insulating plate 6 is, for example, ceramics. The insulating plate 6 has thermal conductivity.

半導体モジュール１０と絶縁板６との間、及び、絶縁板６と冷却器３との間には、グリス３２が充填されている。グリス３２は、半導体モジュール１０から冷却器３への伝熱を促進する。グリス３２の厚みは、数十ミクロンである。図３では、構造を理解し易いように、グリス３２の厚みが誇張されている。 Grease 32 is filled between the semiconductor module 10 and the insulating plate 6 and between the insulating plate 6 and the cooler 3. The grease 32 promotes heat transfer from the semiconductor module 10 to the cooler 3. The thickness of the grease 32 is several tens of microns. In FIG. 3, the thickness of the grease 32 is exaggerated so that the structure can be easily understood.

グリス３２は、基油３４と、第１伝熱粒子３６の群と、第２伝熱粒子３８の群と、を備える。以下では、「群」の記載を省略する。基油３４の主成分は、シリコンオイルである。基油３４は、高い粘性を有しており、半固体形状を有する。基油３４は、熱伝導性を有する。基油３４中には、第１伝熱粒子３６と第２伝熱粒子３８が分散されている。第１伝熱粒子３６と第２伝熱粒子３８は、球形状を有する。第１伝熱粒子３６と第２伝熱粒子３８は、熱伝導性を有する。第１伝熱粒子３６と第２伝熱粒子３８は、例えば、酸化亜鉛やアルミナ等の金属から作製されている。第１伝熱粒子３６と第２伝熱粒子３８は、放熱板２０、２４、２８から冷却器３への伝熱を促進する。 The grease 32 includes a base oil 34, a group of first heat transfer particles 36, and a group of second heat transfer particles 38. In the following, the description of "group" will be omitted. The main component of the base oil 34 is silicone oil. The base oil 34 has a high viscosity and has a semi-solid shape. The base oil 34 has thermal conductivity. The first heat transfer particles 36 and the second heat transfer particles 38 are dispersed in the base oil 34. The first heat transfer particles 36 and the second heat transfer particles 38 have a spherical shape. The first heat transfer particles 36 and the second heat transfer particles 38 have thermal conductivity. The first heat transfer particles 36 and the second heat transfer particles 38 are made of, for example, metals such as zinc oxide and alumina. The first heat transfer particles 36 and the second heat transfer particles 38 promote heat transfer from the heat radiating plates 20, 24, 28 to the cooler 3.

第１伝熱粒子３６は、第１平均粒子径Ｄ１を有する。第１平均粒子径Ｄ１は、露出面２０ａ、２４ａ、２８ａの溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの幅Ｗ（即ち、隣接する凸部２２ａ、２６ａ、３０ａの間隔）よりも小さい。ここで、溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの幅Ｗは、複数の溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの幅を平均化することによって算出される。第１伝熱粒子３６は、溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの内部に侵入している。第２伝熱粒子３８は、第２平均粒子径Ｄ２を有する。第２平均粒子径Ｄ２は、第１平均粒子径Ｄ１よりも大きい。第２平均粒子径Ｄ２は、露出面２０ａ、２４ａ、２８ａの溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの幅Ｗ（即ち、隣接する凸部２２ａ、２６ａ、３０ａの間隔）よりも小さい。第２伝熱粒子３８は、溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの内部に侵入している。第２伝熱粒子３８は、第１伝熱粒子３６よりも溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの深部に侵入できない。このため、溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの深部には、第１伝熱粒子３６が配置され、第１伝熱粒子３６よりも浅い位置に第２伝熱粒子３８が配置される。これにより、基油３４は、溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの深部まで充填されている。 The first heat transfer particles 36 have a first average particle diameter D1. The first average particle diameter D1 is smaller than the width W of the groove portions 22b, 26b, 30b of the exposed surfaces 20a, 24a, 28a (that is, the distance between the adjacent convex portions 22a, 26a, 30a). Here, the width W of the groove portions 22b, 26b, 30b is calculated by averaging the widths of the plurality of groove portions 22b, 26b, 30b. The first heat transfer particles 36 have penetrated into the grooves 22b, 26b, and 30b. The second heat transfer particle 38 has a second average particle diameter D2. The second average particle diameter D2 is larger than the first average particle diameter D1. The second average particle diameter D2 is smaller than the width W of the groove portions 22b, 26b, 30b of the exposed surfaces 20a, 24a, 28a (that is, the distance between the adjacent convex portions 22a, 26a, 30a). The second heat transfer particles 38 have penetrated into the grooves 22b, 26b, and 30b. The second heat transfer particles 38 cannot penetrate deeper into the grooves 22b, 26b, and 30b than the first heat transfer particles 36. Therefore, the first heat transfer particles 36 are arranged in the deep portions of the groove portions 22b, 26b, and 30b, and the second heat transfer particles 38 are arranged at positions shallower than the first heat transfer particles 36. As a result, the base oil 34 is filled deep into the grooves 22b, 26b, and 30b.

なお、変形例では、第２平均粒子径Ｄ２は、露出面２０ａ、２４ａ、２８ａの溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの幅Ｗ（即ち、隣接する凸部２２ａ、２６ａ、３０ａの間隔）よりも大きくてもよい。この場合、第２伝熱粒子３８は、溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの内部に侵入できない。このため、第１伝熱粒子３６のみ、溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの内部に配置され、第２伝熱粒子３８は、溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの外部に配置される。 In the modified example, the second average particle diameter D2 is larger than the width W of the groove portions 22b, 26b, 30b of the exposed surfaces 20a, 24a, 28a (that is, the distance between the adjacent convex portions 22a, 26a, 30a). May be good. In this case, the second heat transfer particles 38 cannot enter the inside of the grooves 22b, 26b, 30b. Therefore, only the first heat transfer particles 36 are arranged inside the grooves 22b, 26b, 30b, and the second heat transfer particles 38 are arranged outside the grooves 22b, 26b, 30b.

次に、半導体装置２の動作に伴うグリス３２の挙動を説明する。半導体素子１１ａ、１１ｂに電流が流れると、半導体素子１１ａ、１１ｂの温度が上昇する。半導体素子１１ａ、１１ｂの熱が、放熱板２０、２４、２８に伝わる。放熱板２０、２４、２８の温度が上昇するとともに、放熱板２０、２４、２８が膨張する。これにより、放熱板２０、２４、２８と絶縁板６との間の空間が小さくなる。 Next, the behavior of the grease 32 accompanying the operation of the semiconductor device 2 will be described. When a current flows through the semiconductor elements 11a and 11b, the temperature of the semiconductor elements 11a and 11b rises. The heat of the semiconductor elements 11a and 11b is transferred to the heat radiating plates 20, 24 and 28. As the temperature of the heat radiating plates 20, 24, 28 rises, the heat radiating plates 20, 24, 28 expand. As a result, the space between the heat radiating plates 20, 24, 28 and the insulating plate 6 becomes smaller.

放熱板２０、２４、２８と絶縁板６との間の空間が小さくなると、グリス３２は、放熱板２０、２４、２８と絶縁板６との間の空間から外側に向かって移動しようとする。基油３４は、放熱板２０、２４、２８の溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの深部まで充填されている。このため、基油３４が溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの深部まで充填されていない場合と比較して、基油３４と放熱板２０、２４、２８との接触面積が大きく、基油３４に作用する摩擦抵抗が大きい。この結果、グリス３２は、放熱板２０、２４、２８と絶縁板６との間の空間から外側に向かって移動し難くなる。これにより、グリス３２が放熱板２０、２４、２８と絶縁板６との間の空間から外側に排出されない。あるいは、放熱板２０と絶縁板６との間の空間から外側に排出されるグリス３２の量は極めて少ない。 When the space between the heat radiating plates 20, 24, 28 and the insulating plate 6 becomes smaller, the grease 32 tends to move outward from the space between the heat radiating plates 20, 24, 28 and the insulating plate 6. The base oil 34 is filled to the deep portions of the groove portions 22b, 26b and 30b of the heat radiating plates 20, 24 and 28. Therefore, the contact area between the base oil 34 and the heat radiating plates 20, 24, 28 is larger than that in the case where the base oil 34 is not filled to the deep part of the grooves 22b, 26b, 30b, and acts on the base oil 34. High frictional resistance. As a result, the grease 32 becomes difficult to move outward from the space between the heat radiating plates 20, 24, 28 and the insulating plate 6. As a result, the grease 32 is not discharged to the outside from the space between the heat radiating plates 20, 24, 28 and the insulating plate 6. Alternatively, the amount of grease 32 discharged to the outside from the space between the heat radiating plate 20 and the insulating plate 6 is extremely small.

また、半導体素子１１ａ、１１ｂに電流が流れなくなると、半導体素子１１ａ、１１ｂの温度が低下する。放熱板２０、２４、２８の温度が低下し、放熱板２０、２４、２８は、元の形状に戻る。これにより、放熱板２０、２４、２８と絶縁板６との間の空間が元の状態に戻る。グリス３２は放熱板２０、２４、２８と絶縁板６との間の空間から排出されておらず、あるいは、グリス３２の排出量は極めて少ないため、放熱板２０、２４、２８と絶縁板６との間にグリス３２が存在しない空隙が形成されない。これらにより、放熱板２０、２４、２８と冷却器３との間の空間から、グリス３２が抜け出ることを抑制することができる。 Further, when the current stops flowing through the semiconductor elements 11a and 11b, the temperature of the semiconductor elements 11a and 11b decreases. The temperature of the heat radiating plates 20, 24, 28 drops, and the heat radiating plates 20, 24, 28 return to their original shapes. As a result, the space between the heat radiating plates 20, 24, 28 and the insulating plate 6 returns to the original state. Since the grease 32 is not discharged from the space between the heat radiating plates 20, 24, 28 and the insulating plate 6, or the amount of grease discharged is extremely small, the heat radiating plates 20, 24, 28 and the insulating plate 6 are used. No gap is formed between the two, where the grease 32 does not exist. As a result, it is possible to prevent the grease 32 from coming out from the space between the heat radiating plates 20, 24, 28 and the cooler 3.

（効果）
第１伝熱粒子３６の第１平均粒子径Ｄ１は、露出面２０ａ、２４ａ、２８ａの溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの幅Ｗよりも小さい。このため、第１伝熱粒子３６は、溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの内部に配置される。この結果、基油３４は、溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの深部まで充填されている。この構成では、半導体素子１１ａ、１１ｂに電流が流れ、放熱板２０、２４、２８の温度が上昇したとき、基油３４が溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの内部まで充填されていない場合と比較して、放熱板２０、２４、２８の熱がグリス３２に伝熱し易い。このため、放熱板２０、２４、２８の熱が冷却器３に伝熱し易くなる。この結果、放熱板２０、２４、２８の温度上昇を緩やかにすることができる。 (effect)
The first average particle diameter D1 of the first heat transfer particles 36 is smaller than the width W of the grooves 22b, 26b, 30b of the exposed surfaces 20a, 24a, 28a. Therefore, the first heat transfer particles 36 are arranged inside the grooves 22b, 26b, and 30b. As a result, the base oil 34 is filled deep into the grooves 22b, 26b, and 30b. In this configuration, when a current flows through the semiconductor elements 11a and 11b and the temperatures of the heat radiating plates 20, 24 and 28 rise, the base oil 34 is not filled to the inside of the grooves 22b, 26b and 30b as compared with the case where the base oil 34 is not filled. , The heat of the heat radiating plates 20, 24, and 28 is easily transferred to the grease 32. Therefore, the heat of the heat radiating plates 20, 24, and 28 is easily transferred to the cooler 3. As a result, the temperature rise of the heat radiating plates 20, 24, and 28 can be moderated.

また、グリス３２は、第１伝熱粒子３６に加えて、第２伝熱粒子３８を備える。第２伝熱粒子３８の第２平均粒子径Ｄ２は、第１伝熱粒子３６の第１平均粒子径Ｄ１よりも大きい。基油３４は、第１平均粒子径Ｄ１と溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの幅Ｗとの関係に基づいて、溝部２２ｂ、２６ｂ、３０ｂの深部まで充填されている。このため、第１伝熱粒子３６と第２伝熱粒子３８とを備えるグリス３２は、第１伝熱粒子３６のみを備えるグリスと同様のグリス抜けに対する効果を得ることができる。この結果、第１伝熱粒子３６のみを備えるグリスと比較して、グリス３２のコストを下げることができる。 Further, the grease 32 includes the second heat transfer particles 38 in addition to the first heat transfer particles 36. The second average particle diameter D2 of the second heat transfer particles 38 is larger than the first average particle diameter D1 of the first heat transfer particles 36. The base oil 34 is filled to the deep part of the groove portions 22b, 26b, 30b based on the relationship between the first average particle diameter D1 and the width W of the groove portions 22b, 26b, 30b. Therefore, the grease 32 including the first heat transfer particles 36 and the second heat transfer particles 38 can obtain the same effect on grease removal as the grease containing only the first heat transfer particles 36. As a result, the cost of the grease 32 can be reduced as compared with the grease having only the first heat transfer particles 36.

（対応関係）
半導体モジュール１０の上面１０ａと下面１０ｂは、「第１面」の一例である。 (Correspondence)
The upper surface 10a and the lower surface 10b of the semiconductor module 10 are examples of the "first surface".

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。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し得るものであり、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。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of claims. The techniques described in the claims include various modifications and modifications of the specific examples illustrated above. 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. In addition, the techniques exemplified in this specification or drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes itself has technical usefulness.

２ ：半導体装置
３ ：冷却器
６ ：絶縁板
１０ ：半導体モジュール
１１ａ、１１ｂ：半導体素子
１８ ：本体
２０、２４、２８：放熱板
２０ａ、２４ａ、２８ａ：露出面
２２ａ、２６ａ、３０ａ：凸部
２２ｂ、２６ｂ、３０ｂ：溝部
３２ ：グリス
３４ ：基油
３６ ：第１伝熱粒子
３８ ：第２伝熱粒子 2: Semiconductor device 3: Cooler 6: Insulation plate 10: Semiconductor module 11a, 11b: Semiconductor element 18: Main body 20, 24, 28: Heat transfer plate 20a, 24a, 28a: Exposed surface 22a, 26a, 30a: Convex portion 22b , 26b, 30b: Groove 32: Gris 34: Base oil 36: First heat transfer particles 38: Second heat transfer particles

Claims (1)

半導体素子を収容しており、第１面に放熱板が露出している半導体モジュールと、
前記放熱板の熱を放熱させる冷却器と、
前記放熱板と前記冷却器との間に充填されており、前記放熱板から前記冷却器への伝熱を促進するグリスと、を備え、
前記グリスは、第１平均粒子径を有する第１伝熱粒子の群と、前記第１平均粒子径よりも大きい第２平均粒子径を有する第２伝熱粒子の群と、を備え、
前記放熱板の露出面には、複数の凸部が形成されており、
互いに隣接する前記凸部の間隔は、前記第１平均粒子径よりも大きい、半導体装置。 A semiconductor module that houses a semiconductor element and has a heat dissipation plate exposed on the first surface,
A cooler that dissipates heat from the heat dissipation plate and
It is provided with grease that is filled between the heat radiating plate and the cooler and promotes heat transfer from the heat radiating plate to the cooler.
The grease comprises a group of first heat transfer particles having a first average particle size and a group of second heat transfer particles having a second average particle size larger than the first average particle size.
A plurality of convex portions are formed on the exposed surface of the heat radiating plate.
A semiconductor device in which the distance between the convex portions adjacent to each other is larger than the first average particle diameter.
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