(57)【要約】【課題】発熱体である半導体デバイスにそれを冷却するための冷却機構を螺子止めする際のペースト状熱伝導性材料の螺子穴への流入を容易且つ確実に阻止することができる半導体デバイス用冷却機構を提供する。【解決手段】半導体デバイス用冷却機構１０を構成するベース部１２の取付面１４の四隅部には、螺子穴１６ａ〜１６ｄが夫々形成される。螺子穴１６ａ〜１６ｄには、半導体デバイス用冷却機構１０を半導体デバイス４０に固定するための螺子６０が螺入する。前記螺子穴１６ａ〜１６ｄの周囲には、平面略Ｌ字形状で且つ断面略コ字形状に形成され、半導体デバイス用冷却機構１０と半導体デバイス４０とを接合する際の余剰熱伝導性材料５２が前記螺子穴１６ａ〜１６ｄに流入するのを防ぐための溝部１８ａ〜１８ｄが夫々形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペースト状の熱伝導性材料を介して発熱体である半導体デバイスに取り付けられるベース部と、該ベース部と一体的に形成され、前記熱伝導性材料及び前記ベース部を介して伝導した前記半導体デバイスの熱を空気中に放出するフィン部とから構成される半導体デバイス用冷却機構において、
前記ベース部は、
前記フィン部が形成される面と反対側の面であって、前記半導体デバイスとの間で前記熱伝導性材料が塗布される取付面と、
前記半導体デバイス用冷却機構を前記半導体デバイスに固定するための螺子穴と、
少なくとも前記螺子穴の周囲に形成され、前記熱伝導性材料の一部が前記螺子穴に流入するのを防ぐための溝部と、
を備えることを特徴とする半導体デバイス用冷却機構。
【請求項２】
請求項１記載の半導体デバイス用冷却機構において、
前記溝部は、前記螺子穴側に形成され且つ前記取付面に対して略垂直に形成される第１壁部と、前記螺子穴側とは反対側に形成され且つ傾斜した第２壁部とからなることを特徴とする半導体デバイス用冷却機構。
【請求項３】
請求項２記載の半導体デバイス用冷却機構において、
前記第１壁部の上部に前記取付面に沿って前記第２壁部側に延在する突出部を形成することを特徴とする半導体デバイス用冷却機構。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体デバイス用冷却機構において、
前記取付面における前記溝部で囲まれた領域の高さを前記取付面における前記熱伝導性材料が塗布される領域の高さよりも高く設定することを特徴とする半導体デバイス用冷却機構。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体デバイス用冷却機構において、
前記溝部の底部には、前記ベース部を貫通してフィン部側から外部に連通する貫通孔が形成されることを特徴とする半導体デバイス用冷却機構。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体デバイス用冷却機構において、
前記溝部は、前記取付面における前記熱伝導性材料が塗布される領域全体を囲繞することを特徴とする半導体デバイス用冷却機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス用冷却機構に関し、一層詳細には半導体デバイスにおいてヒートシンクに対して発熱体を取着する際に用いられる熱伝導性材料を好適に設けることが可能な半導体デバイス用冷却機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスにおいて、特に、高速化、高集積化されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、インバータ装置向けのパワーデバイス、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＭＯＳ電界効果型トランジスタ）は、駆動時にかなりの高温となる。そこで、熱による破壊あるいは誤動作を回避すべく、冷却部材を用いて前記半導体デバイスを冷却している。
【０００３】
前記冷却部材として、例えば、ヒートシンクを挙げることができる。通常、ヒートシンクは、ベース部とフィン部とから構成され、前記ベース部は半導体デバイスに形成されたヒートスプレッダ等に取り付けられる。すなわち、半導体デバイスで発生した熱は、ヒートスプレッダ、ベース部を介してフィン部から空気中に放出され、半導体デバイスが冷却されるに至る。
【０００４】
ところで、ヒートシンクを半導体デバイスに取り付ける際、両者の接合部には微少な空隙が形成されてしまい、この空隙に存在する空気によって熱伝導率が低下してしまう。この結果、ヒートシンクによる冷却効率はさほどに高くならないという不都合がある。
【０００５】
そこで、特許文献１には、駆動時に高温となるＩＧＢＴチップを搭載した電力変換装置を効率よく冷却すべく、該電力変換装置を銅材からなる金属板（ヒートスプレッダ）及びシリコングリース（熱伝導性材料）を介して冷却フィン（ヒートシンク）に圧接保持する技術的思想が開示されている。シリコングリースは熱伝導率が高く、しかも粘性を有するため空隙に流れ込んで空気層を除去することができる。従って、電力変換装置と冷却フィンとの間の熱伝導性を向上させることができる。
【０００６】
ところで、特許文献１では、前記電力変換装置とヒートシンクとを螺子によって固定している。しかしながら、ヒートシンクを電力変換装置に取り付ける際、粘性を有する前記シリコングリースが螺子穴に流入する可能性がある。該シリコングリースが螺子穴に流入すると、螺子の螺入時に螺子穴との間の摩擦係数が減少し、螺回し易くなり締付力が増加して螺子が破断したり、あるいは、締め付け不足によるゆるみや疲労破壊が発生してしまう。従って、特許文献１の場合、シリコングリースが螺子穴に流入するのを阻止すべく、シリコングリースの塗布位置や塗布量を厳密に管理する必要があり、ヒートシンクを電力変換装置に取り付ける作業が非常に面倒であり、且つ一定の品質を保持することが困難となる。
【０００７】
一方、特許文献２には、工作物を作業面に接合する際に、接合時の余分な接着剤を収容する溝を前記作業面に形成した工作物固定装置が開示されている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−８２２４号公報（段落［００１４］〜［００１９］）
【特許文献２】
特開２００２−５２４３０号公報（段落［００２７］、［００２８］）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２における前記溝は、接着剤を作業面に短時間で、しかも薄く且つ均一に塗布することを目的とするものであって、特定の部位、すなわち、前述した固定用の螺子穴等にシリコングリースや接着剤等のペースト状組成物が流入するのを防ぐことを目的とするものではない。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、前記熱伝導性材料の塗布位置や塗布量を厳密に管理することなく、発熱体である半導体デバイスにそれを冷却するための冷却機構を螺子止めする際のペースト状熱伝導性材料の螺子穴への流入を容易且つ確実に阻止することができ、この結果、冷却機構の半導体デバイスへの組付作業を効率化することが可能な半導体デバイス用冷却機構を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は、ペースト状の熱伝導性材料を介して発熱体である半導体デバイスに取り付けられるベース部と、該ベース部と一体的に形成され、前記熱伝導性材料及び前記ベース部を介して伝導した前記半導体デバイスの熱を空気中に放出するフィン部とから構成される半導体デバイス用冷却機構において、
前記ベース部は、
前記フィン部が形成される面と反対側の面であって、前記半導体デバイスとの間で前記熱伝導性材料が塗布される取付面と、
前記半導体デバイス用冷却機構を前記半導体デバイスに固定するための螺子穴と、
少なくとも前記螺子穴の周囲に形成され、前記熱伝導性材料の一部が前記螺子穴に流入するのを防ぐための溝部と、
を備えることを特徴とする（請求項１記載の発明）。
【００１２】
本発明によれば、半導体デバイス用冷却機構を前記半導体デバイスに螺子止めする際、両者の間に介装される熱伝導性材料の一部は、螺子穴の周囲に形成された溝部に収容されて螺子穴に流れ込むことがない。すなわち、熱伝導性材料の塗布位置や塗布量を厳密に管理することなく、容易且つ確実に熱伝導性材料の螺子穴への流入を阻止することができる。この結果、螺子が締付過重によって破断することなく、また、締め付け不足によるゆるみや疲労破壊も発生せず、品質に優れる半導体デバイスが得られるとともに半導体デバイス用冷却機構の半導体デバイスへの組付作業を効率化させることができる。
【００１３】
この場合、前記溝部を、前記螺子穴側に形成され且つ前記取付面に対して略垂直に形成される第１壁部と、前記螺子穴側とは反対側に形成され且つ傾斜した第２壁部とで構成すると（請求項２記載の発明）、半導体デバイス用冷却機構を前記半導体デバイスに螺子止めする際、両者の間に介装される熱伝導性材料の一部を溝部に円滑に導くことができるとともに、溝部に流れ込んだ熱伝導性材料の前記螺子穴への流入を好適に阻止することができる。
【００１４】
さらに、前記第１壁部の上部に前記取付面に沿って前記第２壁部側に延在する突出部を形成し（請求項３記載の発明）、あるいは、前記取付面における前記溝部で囲まれた領域の高さを前記取付面における前記熱伝導性材料が塗布される領域の高さよりも高く設定すると（請求項４記載の発明）、溝部に流れ込んだ熱伝導性材料の前記螺子穴への流入をより一層好適に阻止することができる。
【００１５】
さらに、前記溝部の底部に前記ベース部を貫通してフィン部側から外部に連通する貫通孔を形成すると（請求項５記載の発明）、仮に、溝部にその容積を超える量の熱伝導性材料が流入した場合であっても、溝部に流入した熱伝導性材料は前記貫通孔を介してフィン部の外部に排出されるので、溝部から溢れ出て前記螺子穴へ流れ込むことがない。さらに、この場合、前記貫通孔は、半導体デバイス用冷却機構を前記半導体デバイスに密着して組み付けようとするときに取付面に生じる空気を抜くための空気抜き孔としても機能する。さらに、前記貫通孔は、半導体デバイスの作動中に外部との熱交換に資することができる。
【００１６】
またさらに、前記溝部を前記取付面における前記熱伝導性材料が塗布される領域全体を囲繞する形状とすると（請求項６記載の発明）、半導体デバイス用冷却機構を半導体デバイスに螺子止めする際、両者の間に介装される熱伝導性材料の一部は、半導体デバイス用冷却機構の外部に漏れることなくすべてこの溝部に収容される。従って、請求項６記載の発明は、前記請求項１〜５に記載の発明の効果に加えて半導体デバイス用冷却機構の外部に漏れた熱伝導性材料を拭き取る等の作業を不要とする効果を奏する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る半導体デバイス用冷却機構について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下説明する。
【００１８】
本発明の第１の実施の形態に係る半導体デバイス用冷却機構１０を図１に示す。半導体デバイス用冷却機構１０は、ベース部１２を有し、該ベース部１２の図１において上面側には、後述する半導体デバイス４０が取り付けられる取付面１４が形成される。取付面１４の四隅部には、半導体デバイス用冷却機構１０を半導体デバイス４０に固定するための螺子６０が螺入する螺子穴１６ａ〜１６ｄが夫々形成される。螺子穴１６ａ〜１６ｄの周囲には、平面略Ｌ字形状（図１参照）で且つ断面略コ字形状（図２参照）の溝部１８ａ〜１８ｄが夫々形成される。
【００１９】
図１において、ベース部１２の下面側には、該ベース部１２と一体的に形成されて半導体デバイス４０の熱を空気中に放出する櫛歯状のフィン部２０が形成される。
【００２０】
次いで、発熱体であり、前記半導体デバイス用冷却機構１０による冷却対象である半導体デバイス４０の構成について説明する。半導体デバイス４０としては、例えば、ＣＰＵ、ＩＧＢＴあるいはＭＯＳＦＥＴ等の駆動時に高温となるデバイスを挙げることができる。
【００２１】
図１において、半導体デバイス４０の下面側の略中央部には、前記取付面１４に指向してヒートスプレッダ４２が形成される。ヒートスプレッダ４２は、熱伝導率が高い金属材料等で形成されるとともに、半導体デバイス４０の内部回路と熱的に接続されている。前記半導体デバイス４０の直方体状の隅角部には、前記螺子穴１６ａ〜１６ｄに対応して貫通孔４４ａ〜４４ｄが形成されている。この貫通孔４４ａ〜４４ｄには、前記螺子６０が挿入される。
【００２２】
なお、図１〜図３に示すように、半導体デバイス４０と半導体デバイス用冷却機構１０との間には、熱伝導性を高めるためのペースト状の熱伝導性材料５０が介装される。前記熱伝導性材料５０としては、例えば、非硬化タイプの放熱グリース（例えば、シリコングリース）や、あるいは、塗布時はペースト状態でありながらその後のプロセスで加熱硬化させてエラストマー化させる放熱ゲル等を挙げることができる。
【００２３】
次いで、以上のように構成される半導体デバイス４０に前記半導体デバイス用冷却機構１０を取り付ける手順について説明する。
【００２４】
まず、図１及び図２に示すように、半導体デバイス用冷却機構１０の取付面１４の略中央部に熱伝導性材料５０を適量塗布する。次いで、半導体デバイス４０の貫通孔４４ａ〜４４ｄと、半導体デバイス用冷却機構１０の螺子穴１６ａ〜１６ｄとの位置が合うように、半導体デバイス４０と半導体デバイス用冷却機構１０の位置合わせを行う。そして、半導体デバイス４０の貫通孔４４ａ〜４４ｄを介して各螺子穴１６ａ〜１６ｄに螺子６０を夫々螺入して、半導体デバイス４０と半導体デバイス用冷却機構１０とを接合する（図３の状態）。
【００２５】
上記接合時において、取付面１４の略中央部に塗布された熱伝導性材料５０は、半導体デバイス４０と半導体デバイス用冷却機構１０との圧着に伴い、取付面１４上を中央部から周囲へと拡散していく（図１矢印参照）。この場合、前記熱伝導性材料５０は、熱伝導性を高めるべく多めに塗布されているため、接合時には余分な熱伝導性材料（余剰熱伝導性材料ともいう）５２が生じるに至る（図３参照）。しかしながら、この余剰熱伝導性材料５２は、各溝部１８ａ〜１８ｄに収容されるため、螺子穴１６ａ〜１６ｄに流れ込むことはない。すなわち、熱伝導性材料５０の塗布位置や塗布量を厳密に管理することなく、容易且つ確実に前記余剰熱伝導性材料５２の螺子穴１６ａ〜１６ｄへの流入を阻止することができる。この結果、螺子６０が締付過重によって破断することなく、また、締め付け不足によるゆるみや疲労破壊も発生せず、品質に優れる半導体デバイス４０が得られるとともに、半導体デバイス用冷却機構１０の半導体デバイス４０への組付作業を効率化させることができる。
【００２６】
図１〜図３に示す溝部１８ａ〜１８ｄの変形例としての溝部７０ａ〜７０ｄを図４に示す。この溝部７０ａ〜７０ｄの特徴は、螺子穴１６ａ〜１６ｄ側に形成され且つ取付面１４に対して略垂直に形成される第１壁部７２と、螺子穴１６ａ〜１６ｄとは反対側に形成され且つ傾斜した第２壁部７４とから構成される点にある。すなわち、このように構成することにより、半導体デバイス用冷却機構１０を半導体デバイス４０に螺子止めする際の余剰熱伝導性材料５２を溝部７０ａ〜７０ｄに円滑に導くことができるとともに、この溝部７０ａ〜７０ｄに流れ込んだ余剰熱伝導性材料５２の前記螺子穴１６ａ〜１６ｄへの流入を好適に阻止することができる。
【００２７】
さらに、図４に示す溝部７０ａ〜７０ｄは、図５に示すような溝部８０ａ〜８０ｄとすることもできる。溝部８０ａ〜８０ｄの特徴は、略垂直に形成される第１壁部７２の上部に前記取付面１４に沿って前記第２壁部７４側に突出する突出部８２を形成した点にある。すなわち、このように構成することにより、溝部８０ａ〜８０ｄへ流入した余剰熱伝導性材料５２が溢れ出て螺子穴１６ａ〜１６ｄへ流れ込むことを、より一層好適に阻止することができる。
【００２８】
本発明の第２の実施の形態に係る半導体デバイス用冷却機構９０を図６に示す。この半導体デバイス用冷却機構９０の特徴は、取付面１４における溝部１８ａ〜１８ｄの外側の領域Ａ（図１において二点鎖線で囲まれた領域）を、溝部１８ａ〜１８ｄの内側の領域Ｂよりも高さｄだけ低く設定する点にある。すなわち、このように構成することにより、溝部１８ａ〜１８ｄへ流入した前記余剰熱伝導性材料５２の螺子穴１６ａ〜１６ｄへの流れ込みをより一層好適に阻止することができる。前記高さｄは熱伝導性材料５０の使用量等に応じて適宜選択すればよい。
【００２９】
なお、図６では、以上説明した第２の実施の形態の構成を図１〜図３に示す第１の実施の形態の構成、すなわち、断面略コ字形状の溝部１８ａ〜１８ｄに適用した場合を示しているが、第２の実施の形態は、図４に示す溝部７０ａ〜７０ｄ、あるいは図５に示す溝部８０ａ〜８０ｄにも適用できることはいうまでもない。
【００３０】
本発明の第３の実施の形態に係る半導体デバイス用冷却機構１００を図７及び図８に示す。この半導体デバイス用冷却機構１００の特徴は、溝部１８ａ〜１８ｄにベース部１２を貫通して外部に連通する貫通孔１０２を形成する点にある。すなわち、このように構成することにより、溝部１８ａ〜１８ｄにその容積を超える量の余剰熱伝導性材料５２が流入した場合であっても、流入した前記余剰熱伝導性材料５２は前記貫通孔１０２を介してフィン部２０の外部に排出されるので、溝部１８ａ〜１８ｄから溢れ出て螺子穴１６ａ〜１６ｄへ流れ込むことはない。この場合、前記貫通孔１０２は、半導体デバイス４０に半導体デバイス用冷却機構１００を密着して組み付けようとするとき、前記取付面１４に生じる空気を抜くための空気抜き孔としても機能する。さらに、前記貫通孔１０２は、半導体デバイス４０の作動中に外部との熱交換に資することができる。
【００３１】
なお、図７及び図８では、以上説明した第３の実施の形態の構成を図１〜図３に示す第１の実施の形態の構成、すなわち、断面略コ字形状の溝部１８ａ〜１８ｄに適用した場合を示しているが、第３の実施の形態は、図４に示す溝部７０ａ〜７０ｄ、図５に示す溝部８０ａ〜８０ｄ、あるいは図６に示す半導体デバイス用冷却機構９０（第２の実施の形態）に適用できることはいうまでもない。
【００３２】
本発明の第４の実施の形態に係る半導体デバイス用冷却機構１１０を図９に示す。この半導体デバイス用冷却機構１１０の特徴は、図１〜図３に示す第１の実施の形態の半導体デバイス用冷却機構１０の如く溝部１８ａ〜１８ｄを個別に設けるのではなく、取付面１４における熱伝導性材料５０が塗布される領域（図９参照）全体を溝部１１２で囲繞した点にある。この場合、前記溝部１１２の深さは前記溝部１８ａ〜１８ｄと同一か、場合によってはそれよりも浅くてもよい。このように構成することにより、熱伝導性材料５０が取付面１４に多量に塗布された場合であっても、前記余剰熱伝導性材料５２は半導体デバイス用冷却機構１１０の外部に漏れることなくすべてこの溝部１１２に収容される。従って、半導体デバイス用冷却機構１１０の外部に漏れた余剰熱伝導性材料５２を拭き取る等の手間も生じない。
【００３３】
なお、以上説明した第４の実施の形態の溝部１１２の形状を図４あるいは図５に示す溝部形状とすることもできる。さらに、第４の実施の形態は、前記第２の実施の形態、あるいは前記第３の実施の形態の構成と適宜組み合わせて使用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、半導体デバイス用冷却機構を半導体デバイスに螺子止めする際、両者の間に介装される熱伝導性材料の一部は、螺子穴の周囲に形成された溝部に収容されて螺子穴に流れ込むことがない。すなわち、熱伝導性材料の塗布位置や塗布量を厳密に管理することなく、容易且つ確実に熱伝導性材料の螺子穴への流入を阻止することができる。この結果、螺子が締付過重によって破断することがなく、また、締め付け不足によるゆるみや疲労破壊も発生せず、品質に優れる半導体デバイスが得られるとともに半導体デバイス用冷却機構の半導体デバイスへの組付作業を効率化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体デバイス用冷却機構の構成、及び該半導体デバイス用冷却機構と冷却対象である半導体デバイスとの接合関係を説明する斜視図である。
【図２】図１に示す半導体デバイス用冷却機構のＩＩ−ＩＩ線縦断面図であり、取付面の略中央部に熱伝導性材料を塗布した状態を示す。
【図３】図１に示す半導体デバイス用冷却機構のＩＩ−ＩＩ線縦断面図であり、半導体デバイス用冷却機構と半導体デバイスとを螺子止めして接合した状態を示す。
【図４】図１〜図３に示す溝部の変形例の構造を説明する半導体デバイス用冷却機構の部分縦断面図である。
【図５】図４に示す溝部の変形例の構造を説明する半導体デバイス用冷却機構の部分縦断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る半導体デバイス用冷却機構の要部構造を説明する部分縦断面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る半導体デバイス用冷却機構の要部構造を説明する部分平面図である。
【図８】図７に示す半導体デバイス用冷却機構のＶＩＩ−ＶＩＩ線縦断面図である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る半導体デバイス用冷却機構の溝部の形状を説明する平面図である。
【符号の説明】
１０、９０、１００、１１０…半導体デバイス用冷却機構
１２…ベース部                        １４…取付面
１６ａ〜１６ｄ…螺子穴
１８ａ〜１８ｄ、７０ａ〜７０ｄ、８０ａ〜８０ｄ、１１２…溝部
２０…フィン部                        ４０…半導体デバイス
４２…ヒートスプレッダ                ４４ａ〜４４ｄ…貫通孔
５０…熱伝導性材料                    ５２…余剰熱伝導性材料
６０…螺子                            ７２…第１壁部
７４…第２壁部                        ８２…突出部
１０２…貫通孔
【図１】
2005005519.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005005519.tif 000007
【図６】
2005005519.tif 000008
【図７】
2005005519.tif 000009
【図８】
2005005519.tif 000010
【図９】
2005005519.tif 000011