JPH0129069B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0129069B2 JPH0129069B2 JP58117322A JP11732283A JPH0129069B2 JP H0129069 B2 JPH0129069 B2 JP H0129069B2 JP 58117322 A JP58117322 A JP 58117322A JP 11732283 A JP11732283 A JP 11732283A JP H0129069 B2 JPH0129069 B2 JP H0129069B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling
- semiconductor element
- heat dissipation
- compound
- cooling plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/40—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids
- H10W40/43—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids by flowing gases, e.g. forced air cooling
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/40—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids
- H10W40/47—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids by flowing liquids, e.g. forced water cooling
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
ａ 発明の技術分野
本発明は半導体素子の冷却方式に関するもので
ある。
ある。
ｂ 技術の背景
電子機器に於いて、ICやLSI等の半導体素子を
多数用いる装置では、回路基板上に半導体素子を
配設して実装するのが一般的である。しかしなが
ら近年、半導体素子の高密度化につれ半導体素子
の発熱密度も増加の一途にある。そこで、半導体
素子のジヤンクシヨン温度の上昇による素子破壊
等の危険を防止するために、冷却能力の大きな半
導体素子の冷却方式が必要とされている。
多数用いる装置では、回路基板上に半導体素子を
配設して実装するのが一般的である。しかしなが
ら近年、半導体素子の高密度化につれ半導体素子
の発熱密度も増加の一途にある。そこで、半導体
素子のジヤンクシヨン温度の上昇による素子破壊
等の危険を防止するために、冷却能力の大きな半
導体素子の冷却方式が必要とされている。
ｃ 従来技術と問題点
第１図、第２図は従来の冷却方式を示す図であ
る。
る。
第１図は従来の一冷却方式である空冷方式を行
う場合の半導体素子、及び回路基板の構成を示
し、１は半導体素子、２は放熱フイン、３，４は
回路基板をそれぞれ示す。
う場合の半導体素子、及び回路基板の構成を示
し、１は半導体素子、２は放熱フイン、３，４は
回路基板をそれぞれ示す。
この方式において冷却能力を上げるためには、
冷却風を給送する送風機能力を向上させるか、放
熱フインの型状を大型化する必要がある。しか
し、送風機能力を向上させるためには、送風機
を大型化しなければならない 送風機から発生
する騒音値が大きくなつてしまう 送風機電力
が増大する等種々の不都合が生じる。又、放熱フ
インの型状を大型化すると、そのための空間を必
要とし、実装密度の向上を阻害することになる。
さらに最近の発熱密度の増大に対しては送風能力
を増しても放熱フインの形状を大型化しても対処
することが困難になつてきている。
冷却風を給送する送風機能力を向上させるか、放
熱フインの型状を大型化する必要がある。しか
し、送風機能力を向上させるためには、送風機
を大型化しなければならない 送風機から発生
する騒音値が大きくなつてしまう 送風機電力
が増大する等種々の不都合が生じる。又、放熱フ
インの型状を大型化すると、そのための空間を必
要とし、実装密度の向上を阻害することになる。
さらに最近の発熱密度の増大に対しては送風能力
を増しても放熱フインの形状を大型化しても対処
することが困難になつてきている。
第２図は、従来のもう一つの一冷却方式である
伝導方式を行う場合の回路基板と半導体素子の構
成を示し、１１は半導体素子、１２はサーマルコ
ンパウンド（以降、コンパウンドと呼ぶ）、１３
は回路基板、１４は冷却板をそれぞれ示す。
伝導方式を行う場合の回路基板と半導体素子の構
成を示し、１１は半導体素子、１２はサーマルコ
ンパウンド（以降、コンパウンドと呼ぶ）、１３
は回路基板、１４は冷却板をそれぞれ示す。
このような冷却方式では、冷却板１４の内部に
水等冷媒液を流し、冷却板１４の一面を半導体素
子１１に接合させ、接合面を介して半導体素子１
１の熱を冷媒液に逃がす。このような伝導方式に
おいては、冷却板１４と半導体素子１１とを接触
させるにあたり、半導体素子１１の熱を効率よく
冷却板に伝える必要がある。そこで、接触面の熱
抵抗（ここでは接触面にできる空間により抵抗）
をできる限り少なくするために、接触面にコンパ
ウンドを塗布し、接触面のすきまをなくしてい
る。
水等冷媒液を流し、冷却板１４の一面を半導体素
子１１に接合させ、接合面を介して半導体素子１
１の熱を冷媒液に逃がす。このような伝導方式に
おいては、冷却板１４と半導体素子１１とを接触
させるにあたり、半導体素子１１の熱を効率よく
冷却板に伝える必要がある。そこで、接触面の熱
抵抗（ここでは接触面にできる空間により抵抗）
をできる限り少なくするために、接触面にコンパ
ウンドを塗布し、接触面のすきまをなくしてい
る。
このような伝導方式において、冷却効率を向上
させるためには、半導体素子表面が冷却板表面に
密着するように接触させることが重要となる。
させるためには、半導体素子表面が冷却板表面に
密着するように接触させることが重要となる。
ところが、回路基板の機械的なそりや、半導体
素子の回路基板への装着の不ぞろい（かたむき、
高低）、また冷却板接触面の平面度、半導体素子
の表面の平面度等の関係から、冷却板と複数の半
導体素子表面との接触の程度にばらつきが発生す
る。すなわち、その接触のばらつきはコンパウン
ドの厚さのばらつき（コンパウンドによる熱伝導
に対する熱抵抗のばらつき）となり、接触状態の
良くない部分においては、コンパウンドの厚さが
大きくなつてしまい、全体の半導体素子に対して
一様な冷却効果が得られない（コンパウンドの厚
さによつて熱伝導に対する熱抵抗が決定するた
め）。従つて、規定以上のジヤンクシヨン温度の
上昇を招く半導体素子が現われ、信頼性に欠ける
という問題があつた。
素子の回路基板への装着の不ぞろい（かたむき、
高低）、また冷却板接触面の平面度、半導体素子
の表面の平面度等の関係から、冷却板と複数の半
導体素子表面との接触の程度にばらつきが発生す
る。すなわち、その接触のばらつきはコンパウン
ドの厚さのばらつき（コンパウンドによる熱伝導
に対する熱抵抗のばらつき）となり、接触状態の
良くない部分においては、コンパウンドの厚さが
大きくなつてしまい、全体の半導体素子に対して
一様な冷却効果が得られない（コンパウンドの厚
さによつて熱伝導に対する熱抵抗が決定するた
め）。従つて、規定以上のジヤンクシヨン温度の
上昇を招く半導体素子が現われ、信頼性に欠ける
という問題があつた。
ｄ 発明の目的
そこで本発明では、上述の問題点に対して、半
導体素子の冷却のバラツキを無くして安定度を上
げ、信頼性を向上させ、かつ、冷却効率を高める
半導体素子の冷却方式を提案する。
導体素子の冷却のバラツキを無くして安定度を上
げ、信頼性を向上させ、かつ、冷却効率を高める
半導体素子の冷却方式を提案する。
ｅ 発明の構成
そのため本発明は、回路基板上に搭載された放
熱フインを有する半導体素子の前記放熱フインに
接して、内部に冷媒液を有する冷却板を設け、前
記冷却板により前記半導体素子を冷却するととも
に、前記放熱フインに冷却風を送り前記半導体素
子を冷却することを特徴とする半導体素子の冷却
方式を提案する。
熱フインを有する半導体素子の前記放熱フインに
接して、内部に冷媒液を有する冷却板を設け、前
記冷却板により前記半導体素子を冷却するととも
に、前記放熱フインに冷却風を送り前記半導体素
子を冷却することを特徴とする半導体素子の冷却
方式を提案する。
ｆ 発明の実施例
第３図は本発明の一実施例である半導体素子の
冷却方式を実施する場合の半導体素子、回路基板
等の構成を示し、２１は素子、２２は放熱フイ
ン、２３は回路基板、２４はコンパウンド、２５
は冷却板をそれぞれ示す。
冷却方式を実施する場合の半導体素子、回路基板
等の構成を示し、２１は素子、２２は放熱フイ
ン、２３は回路基板、２４はコンパウンド、２５
は冷却板をそれぞれ示す。
放熱フイン２２にはコンパウンド２４（シリコ
ングリース等、熱伝導のよい物質）を介して冷却
板２５が設けられている。素子２１はコンパウン
ド２４、放熱フイン２２を介して冷却板２５（こ
の冷却板２５の内部に水等冷媒液を流す）により
冷却される。又、半導体素子２１は放熱フイン２
２に送り込まれた冷却風によつても冷却されてい
る。
ングリース等、熱伝導のよい物質）を介して冷却
板２５が設けられている。素子２１はコンパウン
ド２４、放熱フイン２２を介して冷却板２５（こ
の冷却板２５の内部に水等冷媒液を流す）により
冷却される。又、半導体素子２１は放熱フイン２
２に送り込まれた冷却風によつても冷却されてい
る。
第４図、第５図は本実施例の冷却実験結果を示
すグラフであり、又、第６図は本実施例における
放熱パスの概略経路を示す。
すグラフであり、又、第６図は本実施例における
放熱パスの概略経路を示す。
第４図より分る様に、本実施例では従来の空冷
方式に比べ熱抵抗が低減され、冷却効率が向上さ
れた。
方式に比べ熱抵抗が低減され、冷却効率が向上さ
れた。
第５図より分る様に本実施例では従来の伝導方
式に比べ接触具合のバラツキ、すなわちコンパウ
ンドの厚さのバラツキによる半導体素子のジヤン
クシヨン温度の変動を小さくおさえることが可能
である。
式に比べ接触具合のバラツキ、すなわちコンパウ
ンドの厚さのバラツキによる半導体素子のジヤン
クシヨン温度の変動を小さくおさえることが可能
である。
又、第５図においてコンパウンドの厚さが薄い
場合に伝導方式に比べ半導体素子のジヤンクシヨ
ン温度が高くなつているが、これを第６図に基づ
き説明する。
場合に伝導方式に比べ半導体素子のジヤンクシヨ
ン温度が高くなつているが、これを第６図に基づ
き説明する。
第６図において、Ｑは半導体素子２１の発する
熱量、Q1は冷却板２５内部の冷媒液への放熱量、
Q2は冷却風への放熱量、R1は半導体素子の内部
熱抵抗、R2は放熱フイン２２の熱抵抗、R3は接
触熱抵抗（大部分はコンパウンドの熱抵抗、その
他接触面にできる空間による抵抗等）、R4は放熱
フイン２２表面から冷却風までの熱抵抗を示す。
熱量、Q1は冷却板２５内部の冷媒液への放熱量、
Q2は冷却風への放熱量、R1は半導体素子の内部
熱抵抗、R2は放熱フイン２２の熱抵抗、R3は接
触熱抵抗（大部分はコンパウンドの熱抵抗、その
他接触面にできる空間による抵抗等）、R4は放熱
フイン２２表面から冷却風までの熱抵抗を示す。
第６図より分かるように、半導体素子の熱は冷
却板中の冷媒液と冷却風に放熱される。この内、
熱抵抗R4，R2は風速、及びフインの形状、材質
が決められると、ほぼ一定の熱抵抗となり、熱抵
抗R1も半導体素子の構造によりほぼ決定されて
しまう。
却板中の冷媒液と冷却風に放熱される。この内、
熱抵抗R4，R2は風速、及びフインの形状、材質
が決められると、ほぼ一定の熱抵抗となり、熱抵
抗R1も半導体素子の構造によりほぼ決定されて
しまう。
すなわち、冷媒液、及び冷却風への放熱量の割
合はコンパウンドの熱抵抗（厚さにより変動）と
熱抵抗R4の比率でほぼ決定されてしまう。従つ
てコンパウンドの厚さが薄い場合は、R3＜R4と
なり、冷媒液への放熱依存度が大きくなる（熱伝
導による放熱）。ところがこの場合、従来の伝導
方式に比べ本実施例は、冷媒液に半導体素子で発
生した熱を伝導するまでに放熱フインの熱抵抗
R2が存在し（従来の伝導方式ではR3とR1だけで
ある）伝導効率が悪くなるため、ジヤンクシヨン
温度が高くなる（R3＜R2の場合は、R3＋R2＞R3
となるためR2は無視できない）。
合はコンパウンドの熱抵抗（厚さにより変動）と
熱抵抗R4の比率でほぼ決定されてしまう。従つ
てコンパウンドの厚さが薄い場合は、R3＜R4と
なり、冷媒液への放熱依存度が大きくなる（熱伝
導による放熱）。ところがこの場合、従来の伝導
方式に比べ本実施例は、冷媒液に半導体素子で発
生した熱を伝導するまでに放熱フインの熱抵抗
R2が存在し（従来の伝導方式ではR3とR1だけで
ある）伝導効率が悪くなるため、ジヤンクシヨン
温度が高くなる（R3＜R2の場合は、R3＋R2＞R3
となるためR2は無視できない）。
但しコンパウンドが厚い場合はR3＞R2となり、
（R3＋R2）がR3に極めて近くなるため、R2は問
題とならない。従つて従来の伝導方式よりも、冷
却風による放熱を有する本実施例のほうが冷却効
率が良くなる。
（R3＋R2）がR3に極めて近くなるため、R2は問
題とならない。従つて従来の伝導方式よりも、冷
却風による放熱を有する本実施例のほうが冷却効
率が良くなる。
ｇ 発明の効果
本発明によれば、回路基板のそり、半導体素子
の回路基板への装着程度、冷却板接触面の平面度
等の関係から冷却板と放熱フイン間の接触具合が
ばらついても（コンパウンドの厚さがばらついて
も）、冷却風により半導体素子が冷却されるため
に、従来の伝導方式のように接触不良による急激
な温度上昇が起こることはなく、半導体素子の信
頼性の低下、及び破壊が防止できる。又、半導体
素子の熱は冷却風だけでなく、冷却板にも放熱さ
れるため、従来の空冷方式に比べ冷却効率も向上
する。
の回路基板への装着程度、冷却板接触面の平面度
等の関係から冷却板と放熱フイン間の接触具合が
ばらついても（コンパウンドの厚さがばらついて
も）、冷却風により半導体素子が冷却されるため
に、従来の伝導方式のように接触不良による急激
な温度上昇が起こることはなく、半導体素子の信
頼性の低下、及び破壊が防止できる。又、半導体
素子の熱は冷却風だけでなく、冷却板にも放熱さ
れるため、従来の空冷方式に比べ冷却効率も向上
する。
更に、伝導方式においては冷却効率を上げるた
め、熱抵抗を小さくする方法として、コンパウン
ドを薄くすることが考えられるが、そのためには
複雑な構造が必要となり、それが高価になること
を考えると、本発明は簡単な構造であるにもかか
わらず、大きな冷却効率を得ることができる。
め、熱抵抗を小さくする方法として、コンパウン
ドを薄くすることが考えられるが、そのためには
複雑な構造が必要となり、それが高価になること
を考えると、本発明は簡単な構造であるにもかか
わらず、大きな冷却効率を得ることができる。
第１図、第２図は従来の冷却方法を示す図であ
り、１，１１は半導体素子、２は放熱フイン、
３，４，１３は回路基板、１２はコンパウンド、
１４は冷却板をそれぞれ示す。 第３図は本発明の一実施例の半導体素子の冷却
方式を行う場合の回路基板、及び、半導体素子を
示し、２１は半導体素子、２２は放熱フイン、２
３は回路基板、２４はコンパウンド、２５は冷却
板を示す。 第４図、第５図は本実施例の冷却実験結果を示
すグラフであり、又、第６図は本実施例における
放熱パスの概略経路を示す。
り、１，１１は半導体素子、２は放熱フイン、
３，４，１３は回路基板、１２はコンパウンド、
１４は冷却板をそれぞれ示す。 第３図は本発明の一実施例の半導体素子の冷却
方式を行う場合の回路基板、及び、半導体素子を
示し、２１は半導体素子、２２は放熱フイン、２
３は回路基板、２４はコンパウンド、２５は冷却
板を示す。 第４図、第５図は本実施例の冷却実験結果を示
すグラフであり、又、第６図は本実施例における
放熱パスの概略経路を示す。
Claims (1)
- １ 回路基板上に搭載された放熱フインを有する
半導体素子の前記放熱フインに接して、内部に冷
媒液を有する冷却板を設け、前記冷却板により前
記半導体素子を冷却するとともに、前記放熱フイ
ンに冷却風を送り前記半導体素子を冷却すること
を特徴とする半導体素子の冷却方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58117322A JPS609148A (ja) | 1983-06-29 | 1983-06-29 | 半導体素子の冷却方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58117322A JPS609148A (ja) | 1983-06-29 | 1983-06-29 | 半導体素子の冷却方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS609148A JPS609148A (ja) | 1985-01-18 |
| JPH0129069B2 true JPH0129069B2 (ja) | 1989-06-07 |
Family
ID=14708872
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58117322A Granted JPS609148A (ja) | 1983-06-29 | 1983-06-29 | 半導体素子の冷却方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS609148A (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6131624A (ja) * | 1984-07-23 | 1986-02-14 | Kazutoshi Mori | エキスパンダ−機構を包蔵せる熱機関 |
-
1983
- 1983-06-29 JP JP58117322A patent/JPS609148A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS609148A (ja) | 1985-01-18 |
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