JP5262037B2 - 半導体冷却構造 - Google Patents
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Description
特に、半導体モジュールの主面や冷却器の表面等に絶縁処理を施したうえで、半導体モジュールと冷却器とを直接的に接触させることにより、両者の間の伝熱効率を充分に大きくして、半導体モジュールの冷却効率を高めることが望まれる。
上記冷却器は、上記半導体モジュールの主面との間に、複数の突起部を有する金属板からなる突起形成板を挟むように、該突起形成板に接触配置されており、
該突起形成板は、上記突起部を、上記半導体モジュールの主面に当接させており、
上記突起形成板における上記突起部は、上記半導体モジュールと上記冷却器とからの加圧力によって変形するよう構成されており、
上記突起形成板は、上記半導体モジュール及び上記冷却器との積層方向に付勢されたバネ構造を有し、
上記半導体モジュールの主面及び上記冷却器の表面の少なくとも一方と、上記突起形成板との間には、グリスが介在しており、
上記半導体モジュールは、両面冷却構造を有し、上記突起形成板及び上記冷却器は、上記半導体モジュールの両主面に積層配置されており、
上記突起形成板は、上記半導体モジュールの主面と上記冷却器の表面との間において積層方向に加圧された状態で配置されており、
上記突起形成板は、複数の上記突起部を形成して上記半導体モジュールの主面に当接する突起形成部と、積層方向に直交する方向において上記突起形成部の両側に形成されて上記冷却器の表面に当接する一対のバネ構造部とを備え、
上記一対のバネ構造部の積層方向についてのバネ定数の合計は、上記突起形成部の積層方向についてのバネ定数よりも大きいことを特徴とする半導体冷却構造にある(請求項1)。
上記半導体冷却構造においては、上記冷却器は、上記半導体モジュールの主面との間に上記突起形成板を挟むように、該突起形成板に接触配置されている。そして、該突起形成板は、上記突起部を、上記半導体モジュールの主面及び上記冷却器の表面の少なくとも一方に当接させている。これにより、上記突起形成板は、複数の突起部において、部分的に半導体モジュールの主面及び冷却器の表面の少なくとも一方と接触することとなる。
その結果、半導体モジュールと冷却器との間の熱伝達率を向上させることができ、半導体モジュールの冷却効率を向上させることができる。
また、上記突起形成板における上記突起部は、上記半導体モジュールと上記冷却器とからの加圧力によって変形するよう構成されている。
これにより、複数の上記突起部が、上記半導体モジュールの主面や上記冷却器の表面に追従して、確実にこれらに接触することができる。すなわち、たとえば半導体モジュールの主面や冷却器の表面あるいは突起形成板に、充分な平面度が出ていない場合にも、複数の突起部を半導体モジュールの主面や冷却器の表面に確実に接触させやすくなる。
これにより、上記突起形成板と上記半導体モジュールとの間、及び上記突起形成板と上記冷却器との間の加圧力を、上記突起形成板のバネ構造によって得ることができる。これにより、上記加圧力を付与するためのバネ部材を別個に配設する必要がなくなるため、部品点数を削減することができる。
これにより、半導体モジュールと冷却器との間の熱伝達率を一層向上させることができる。すなわち、上記のごとく、上記突起形成板の突起部によって、真実接触面積を増加させて熱伝達率を向上させると共に、突起部以外の部分においてもグリスを配置することにより熱伝達率を向上させることができる。
この場合には、半導体冷却構造の組立てを容易に行うことができ、生産性の向上を図ることができる。上記突起形成板は、上記冷却器の表面に、たとえばろう付け等によって接合することができる。
これにより、上記半導体モジュールを両面から冷却することができるため、半導体モジュールの冷却効率に一層優れた半導体冷却構造を得ることができる。
本発明の実施例にかかる半導体冷却構造につき、図1〜図6を用いて説明する。
本例の半導体冷却構造1は、図1に示すごとく、半導体素子21を内蔵した半導体モジュール2と、該半導体モジュール2を冷却するための冷却器4とからなる。
冷却器4は、半導体モジュール2の主面25との間に、複数の突起部31を有する金属板からなる突起形成板3を挟むように、該突起形成板3に接触配置されている。
突起形成板3は、突起部31を、半導体モジュール2の主面25に当接させている。
絶縁膜26は、たとえばSiCNからなる厚さ10μm程度の膜(シリコン炭窒化膜)である。また、突出形成板3及び冷却器4は、たとえばアルミニウムからなる。
本例の半導体冷却構造1における突起部31は、図4に示すごとく、基板部30に切り込みを入れて一方の面側へ***させるように斜めに屈曲させた斜面部311と、該斜面部311の先端部から基板部30側へ屈曲して基板部30に平行に形成された当接面部312とからなる。突起形成板3には、これと同形状の突起部31が多数形成されている。
そして、図2に示すごとく、突起部31の当接面部312が半導体モジュール2の主面25に当接し、基板部30が冷却器4の表面45に接合された状態で、突起形成板3が半導体モジュール2と冷却器4とから加圧されたとき、突起部31が基板部30へ近付く方向に変形する。
そして、隣り合う冷却器4の間に上述のごとく半導体モジュール2を挟持させ、冷却器4内に冷却媒体を流通させることにより、モジュール本体部20を両面から冷却することができる。
半導体モジュール2と冷却器4とを積層配置するに当っては、図6に示すごとく、予め所定の間隔をもって冷却器4を配置しておく。これらの冷却器4は、その積層方向の表面45に突起形成板3が接合されている。そして、隣合う冷却器4における互いに対向する表面45に接合された突起形成板3の突起部31同士の間の間隔は、半導体モジュール2の厚みよりも小さめに形成されている。
上記半導体冷却構造1においては、冷却器4は、半導体モジュール2の主面25との間に突起形成板3を挟むように、突起形成板3に接触配置されている。そして、突起形成板3は、突起部31を、半導体モジュール2の主面25に当接させている。これにより、突起形成板3は、複数の突起部31において、部分的に半導体モジュール2の主面25と接触することとなる。
その結果、半導体モジュール2と冷却器4との間の熱伝達率を向上させることができ、半導体モジュール2の冷却効率を向上させることができる。
また、半導体モジュール2は両面冷却構造を有し、突起形成板3及び冷却器4は半導体モジュール2の両主面に積層配置されている。これにより、半導体モジュール2を両面から冷却することができるため、半導体モジュール2の冷却効率に一層優れた半導体冷却構造1を得ることができる。
本例は、図7〜図9に示すごとく、突起形成板3の突起部31の形状を種々変更した例である。
図7に示す突起部31は、断面略M字形状に構成されている。
図8に示す突起部31は、円錐形状に構成されている。
図9に示す突起部31は、円錐形状の頂部を基板部30に平行な平面で切断した平坦頂面313を有する。
その他は、参考例1と同様である。本例の場合にも、参考例1と同様の作用効果を奏する。なお、本例に示した以外にも、突起部31の形状は、種々の形状とすることができる。
本例は、図10〜図12に示すごとく、複数の突起部31を表裏両面に設けてなる突起形成板3を用いた半導体冷却構造1の例である。
図11、図12に示すごとく、突起形成板3は、一方の面と他方の面のそれぞれに、円錐形状の突起部31を多数突出形成してなる。
そして、図10に示すごとく、突起形成板3は、一方の面に設けた複数の突起部31を半導体モジュール2の主面25に当接させ、他方の面に設けた複数の突起部31を冷却器4の表面45に当接させている。
その他は、参考例1と同様である。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図13に示すごとく、突起形成板3を略波形状に形成した例である。
すなわち、本例の突起形成板3は、両面側にそれぞれ突き出した直線状の頂辺314を有する突起部31を多数設けてなる。
したがって、突起形成板3と半導体モジュール2の主面25及び冷却器4の表面45との接触は、線接触に近い状態となる。
その他は、参考例3と同様である。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図14、図15に示すごとく、半導体モジュール2と冷却器4との間に、突起形成板3を複数に分割して配置した半導体冷却構造1の例である。
すなわち、上記参考例4に示した突起形成板を略三分割した突起形成板3を半導体モジュール2の主面25と冷却器4の表面45との間に、互いに間隔を空けながら3枚並列配置している。
その他は、参考例4と同様である。
その他、参考例4と同様の作用効果を有する。
本例は、図16に示すごとく、半導体モジュール2及び冷却器4との積層方向に付勢されたバネ構造を有する突起形成板3を用いた半導体冷却構造1の例である。
上記突起形成板3は、両端部において冷却器4に接合される一対の脚部33と、該一対の脚部33から斜めに立上がるように形成された一対のバネ構造部32と、該一対のバネ構造部32の間に形成されて半導体モジュール2の主面25に当接する突起形成部310とからなる。この突起形成部310は、参考例4に示す突起形成板と同様の波形状に形成されており、多数の突起部31が形成されている。
この付勢力を生じるのは、上記2箇所のバネ構造部32であり、積層方向についてのこれらのバネ定数の合計k1は、突起形成部310におけるバネ定数k2よりも大きく設定してある。
その他は、参考例1と同様である。
また、2個のバネ構造部32のバネ定数の合計k1が、突起形成部310におけるバネ定数k2よりも大きく設定してあるため、突起形成板3によって、積層方向の加圧力を充分に確保しつつ、突起形成部310を半導体モジュール2の主面25へ充分に追従させて接触させることができる。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
本例は、図17に示すごとく、半導体モジュール2の主面25と突起形成板3との間に、グリス5を介在させた半導体冷却構造1の例である。
すなわち、半導体モジュール2の主面25に突起形成板3の突起部31を当接させつつ、突起部31が形成されていない部分と半導体モジュール2の主面25との間に形成される隙間にグリス5を介在させている。グリス5としては、たとえば、シリコンオイルからなるものを用いることができる。
その他は、参考例1と同様である。
その他、参考例1と同様の作用効果を有する。
2 半導体モジュール
21 半導体素子
25 主面
3 突起形成板
31 突起部
4 冷却器
45 表面
Claims (2)
- 半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却するための冷却器とからなる半導体冷却構造であって、
上記冷却器は、上記半導体モジュールの主面との間に、複数の突起部を有する金属板からなる突起形成板を挟むように、該突起形成板に接触配置されており、
該突起形成板は、上記突起部を、上記半導体モジュールの主面に当接させており、
上記突起形成板における上記突起部は、上記半導体モジュールと上記冷却器とからの加圧力によって変形するよう構成されており、
上記突起形成板は、上記半導体モジュール及び上記冷却器との積層方向に付勢されたバネ構造を有し、
上記半導体モジュールの主面及び上記冷却器の表面の少なくとも一方と、上記突起形成板との間には、グリスが介在しており、
上記半導体モジュールは、両面冷却構造を有し、上記突起形成板及び上記冷却器は、上記半導体モジュールの両主面に積層配置されており、
上記突起形成板は、上記半導体モジュールの主面と上記冷却器の表面との間において積層方向に加圧された状態で配置されており、
上記突起形成板は、複数の上記突起部を形成して上記半導体モジュールの主面に当接する突起形成部と、積層方向に直交する方向において上記突起形成部の両側に形成されて上記冷却器の表面に当接する一対のバネ構造部とを備え、
上記一対のバネ構造部の積層方向についてのバネ定数の合計は、上記突起形成部の積層方向についてのバネ定数よりも大きいことを特徴とする半導体冷却構造。 - 請求項1において、上記突起形成板は、上記冷却器の表面に接合されており、上記突起部は、上記半導体モジュールの主面に当接していることを特徴とする半導体冷却構造。
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