(57)【要約】【課題】薄型で、しかも放熱効率の高い放熱装置を得る。【解決手段】グラファイトシート２は、厚み方向の熱伝導性は低い一方、面内方向の熱伝導性は金属と同程度又はそれ以上に高い、異方性の熱伝導性を有している。絶縁層４は、電気絶縁性でしかも熱伝導率の高い材質、例えばセラミック等を用いて構成されている。絶縁層４の上面上には、発熱源となる半導体チップ１等の素子が接着されている。絶縁層４は、半導体チップ１からの発熱を吸収して、グラファイトシート２に伝達する機能をも果たす。絶縁層４からグラファイトシート２に伝達された熱は、グラファイトシート２の中央部から周縁部に向かって伝達される。グラファイトシート２の周縁部に伝達された熱は、ヒートシンク３によって吸収され、ヒートシンク３の表面から大気中へ放熱される。【選択図】図２
2007019130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性のシート状部材と、
前記シート状部材の中央部における上面上に接着された底面と、吸熱対象である素子が接着される上面とを有する、熱伝導性の絶縁層と、
前記絶縁層の周囲を取り囲んで、前記シート状部材の周縁部における上面上に接着されたヒートシンクと
を備える、放熱装置。
【請求項２】
前記シート状部材は、厚み方向よりも面内方向に高い熱伝導性を有するグラファイトシートである、請求項１に記載の放熱装置。
【請求項３】
前記シート状部材は、熱良導性の金属箔である、請求項１に記載の放熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放熱装置に関し、特に、半導体チップからの発熱を吸収してヒートシンクから放熱する放熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に対する配慮から、ハイブリッド自動車や燃料電池自動車のような、駆動源にモータを利用した自動車の開発が進められている。そして、これらのモータを制御するパワーモジュール等の半導体装置には、信頼性及び耐久性の観点から、高い放熱性を有することが求められる。
【０００３】
従来の半導体装置では、ヒートシンクの上面に熱伝導性の絶縁層を接着し、絶縁層の上面に半導体チップ等の素子を接着することにより、ヒートシンク、絶縁層、及び半導体チップがこの順に縦方向に積層された構造が多く採用されている。かかる構造では、半導体チップからの発熱は、絶縁層内をヒートシンクに向かって下方向に伝達し、ヒートシンクによって吸収・放熱される。かかる構造が多く採用されている理由は、絶縁層に用いられる各種材料（等方性の熱伝導性を有する材料が一般的である）を考慮すると、絶縁層の直下にヒートシンクを配設して、半導体チップからの発熱を真下に向かって伝達させるのが最も効率が良いと考えられていたためである。
【０００４】
また、半導体チップからの発熱を効率良くヒートシンクに伝達するための材料の開発も進められており、例えば、厚み方向の熱伝導性は低い一方、面内方向の熱伝導性は金属と同程度又はそれ以上に高い、異方性の熱伝導性を有するグラファイトシートが存在する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヒートシンク、絶縁層、及び半導体チップが縦方向に積層された従来の半導体装置を自動車に搭載するためには、半導体装置の縦方向の寸法が大きくなるため、このような分厚い立体構造を搭載するためのスペースを自動車内に確保する必要が生じるという問題がある。
【０００６】
また、ヒートシンク、絶縁層、及び半導体チップが縦方向に積層された従来の半導体装置において、異方性の熱伝導性を有するグラファイトシートを単純に絶縁層として用いたのでは、以下のような問題が生じる。つまり、グラファイトはある程度の電気伝導性を有するため、絶縁されるべき複数の半導体チップ同士がグラファイトシート及びヒートシンクを介して互いに導通されてしまい、半導体チップの破損や誤動作等の原因になる。加えて、グラファイトシートは厚み方向の熱伝導性が低いため、半導体チップからヒートシンクへの熱伝導の効率が却って悪くなる。
【０００７】
本発明はかかる問題を解決するために成されたものであり、薄型で、しかも放熱効率の高い放熱装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る放熱装置は、熱伝導性のシート状部材と、シート状部材の中央部における上面上に接着された底面と、吸熱対象である素子が接着される上面とを有する、熱伝導性の絶縁層と、絶縁層の周囲を取り囲んで、シート状部材の周縁部における上面上に接着されたヒートシンクとを備えることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明に係る放熱装置は、第１の発明に係る放熱装置において特に、シート状部材は、厚み方向よりも面内方向に高い熱伝導性を有するグラファイトシートであることを特徴とする。
【００１０】
第３の発明に係る放熱装置は、第１の発明に係る放熱装置において特に、シート状部材は、熱良導性の金属箔であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１〜第３の発明に係る放熱装置によれば、絶縁層及びヒートシンクはいずれもシート状部材の上面上に接着されている。従って、ヒートシンク上に絶縁層が積層されるタイプの放熱装置と比較すると、縦方向の寸法を小さくすることができ、装置の薄型化を図ることができる。
【００１２】
特に第２の発明に係る放熱装置によれば、グラファイトシートは面内方向に高い熱伝導性を有するため、素子から絶縁層を介してグラファイトシートに伝達された熱を、ヒートシンクに効率的に伝達することができる。
【００１３】
特に第３の発明に係る放熱装置によれば、熱良導性の金属箔は厚み方向のみならず面内方向にも高い熱伝導性を有するため、素子から絶縁層を介して金属箔に電圧された熱を、ヒートシンクに効率的に伝達することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係る放熱装置を備えた半導体装置の構造を示す上面図である。また、図２は、図１に示したラインII−IIに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【００１６】
図１，２を参照して、本実施の形態に係る放熱装置は、グラファイトシート２と、グラファイトシート２の中央部（中央及びほぼ中央を含む）の上面上に接着された絶縁層４と、絶縁層４の周囲を取り囲むように、グラファイトシート２の周縁部（周縁及びほぼ周縁を含む）の上面上に接着された環状のヒートシンク３とを備えている。
【００１７】
ヒートシンク３は、銅やアルミニウム等の熱伝導性の高い金属（即ち熱良導性の金属）によって構成されている。放熱効率を高めるべく、ヒートシンク３の表面には冷却フィンが形成されていても良い。あるいは、水冷装置等によってヒートシンク３を冷却する構成としても良い。
【００１８】
図２を参照して、グラファイトシート２は、厚み方向（紙面の上下方向）の熱伝導性は低い一方、面内方向（紙面の左右方向）の熱伝導性は金属と同程度又はそれ以上に高い、異方性の熱伝導性を有している。例えば、面内方向の熱伝導性は、アルミニウムの約３倍、銅の約２倍である。
【００１９】
絶縁層４は、電気絶縁性でしかも熱伝導率の高い材質、例えばセラミック等を用いて構成されている。絶縁層４の上面上には、発熱源となる半導体チップ１等の素子が接着されており、絶縁層４は、半導体チップ１とグラファイトシート２とを互いに電気的に分離する機能を果たす。
【００２０】
また、図２中に矢印で示すように、絶縁層４は、半導体チップ１からの発熱を吸収して、グラファイトシート２に伝達する機能をも果たす。絶縁層４からグラファイトシート２に伝達された熱は、グラファイトシート２の中央部から周縁部に向かって伝達される。グラファイトシート２は面内方向に高い熱伝導性を有するため、グラファイトシート２の中央部から周縁部に向けての熱伝導は効率的に行われる。グラファイトシート２の周縁部に伝達された熱は、ヒートシンク３によって吸収され、ヒートシンク３の表面から大気中へ放熱される。
【００２１】
図３は、図２に対応させて、本実施の形態に係る放熱装置の他の構造を示す断面図である。図２に示したグラファイトシート２の代わりに、銅やアルミニウム等の熱良導性の金属箔５が配設されている。金属箔５は、等方性の熱伝導性を有する。つまり、厚み方向のみならず面内方向にも高い熱伝導性を有する。そのため、グラファイトシート２と同様に、絶縁層４から金属箔５に伝達された熱は、金属箔５の中央部から周縁部に向かって伝達される。そして、金属箔５の周縁部に伝達された熱は、ヒートシンク３によって吸収され、ヒートシンク３の表面から大気中へ放熱される。
【００２２】
このように本実施の形態に係る放熱装置によれば、図２，３に示したように、絶縁層４及びヒートシンク３が、いずれもグラファイトシート２又は金属箔５の上面上に接着されている。従って、ヒートシンク、絶縁層、及び半導体チップが縦方向に積層された従来の半導体装置と比較すると、縦方向の寸法を小さくすることができ、装置の薄型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る放熱装置を備えた半導体装置の構造を示す上面図である。
【図２】図１に示したラインII−IIに沿った位置に関する断面構造を示す断面図である。
【図３】図２に対応させて、本発明の実施の形態に係る放熱装置の他の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  半導体チップ
２  グラファイトシート
３  ヒートシンク
４  絶縁層
５  金属箔
【図１】
2007019130.tif 000003
【図２】
2007019130.tif 000004
【図３】
2007019130.tif 000005