CN107078106A

CN107078106A - 散热结构

Info

Publication number: CN107078106A
Application number: CN201480081271.2A
Authority: CN
Inventors: 池田康亮; 森永雄司; 松嵜理
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2014-10-29
Publication date: 2017-08-18
Anticipated expiration: 2034-10-29
Also published as: CN107078106B; WO2016067377A1; US10251256B2; US20170303385A1; JPWO2016067377A1; JP6330053B2; EP3214646A1; EP3214646A4

Abstract

本发明提供一种降低电阻的同时能够获得高散热性的散热结构。包括：散热器(2)，具备基体部(6)、以及竖立设置基体部(6)的第一个面(6a)上的多个散热片(7)；第一发热部件(3)，设置在基体部(6)的第一个面(6a)侧，并且与多个散热片(7)中的至少一个散热片(7)相接触；电路基板(4)，与基体部(6)的第一个面(6a)相反一侧的第二个面(6b)相接合，并且与第一发热部件(3)电连接；第二发热部件(5)，设置在电路基板(4)上，并且发热量小于第一发热部件(3)；以及接头(20)，在第一发热部件(3)与第二发热部件(5)之间电连接，其中，接头(20)具备插入有第一发热部件(3)一侧的第一连接端子(21a、21b)的第一插口(22a、22b)、以及插入有第二发热部件(5)一侧的第二连接端子(23)的第二插口(24)。

Description

散热结构

技术领域

本发明涉及一种散热结构。

背景技术

例如,在作为电子部件等的发热部件的散热结构中,使用散热器(Heat sink)已被普遍地认知(参照专利文献1)。专利文献1的散热结构中,使用了包含基体(Base)部、以及设置在基体部的第一个面上的多个散热片(Fin)的散热器。在与基体部的第一个面相反侧的第二个面上,配置有作为冷却对象的所有的发热部件。发热部件的热量经由基体部传导至散热片后,再由散热片散热至外部。

先行技术文献

专利文献

专利文献1特开2013-110181号公报

在上述使用散热器的散热结构中,虽然为了提高散热性从而在散热片的设置等上下了功夫,然而从散热性的角度来说仍然有进一步改善的余地。例如,在对功率器件(Powerdevice)等的发热量大的发热部件进行冷却时,具有高散热性的散热结构就成为了必要。

另外,在上述专利文献1所记载的散热结构中,多个发热部件、以及对这些多个发热部件进行控制的多个电子部件被配置在同一面侧。这种情况下,就有必要将用于发热部件与电子部件电连接的配线配置在散热器的同一面侧。但是,该结构下,由于配线数量的增加和配线排布的复杂化增加了电阻,从而增大了电力损耗(Loss)。

本发明的一种形态,以提供降低电阻的同时能够获得高散热性的散热结构为目的。

发明内容

本发明的一种形态所涉及的散热结构,其特征在于,包括:散热器,具备基体部、以及竖直设置在所述基体部的第一个面上的多个散热片；第一发热部件,设置在所述基体部的所述第一个面侧,并且与所述多个散热片中的至少一个所述散热片相接触；电路基板,与所述基体部的所述第一个面相反一侧的第二个面相接合,并且与所述第一发热部件电连接；第二发热部件,设置在所述电路基板上,并且发热量小于所述第一发热部件；以及接头(Connector),将所述第一发热部件与所述第二发热部件之间电连接,其中,所述接头具备插入有所述第一发热部件一侧的第一连接端子的第一插口、以及插入有所述第二发热部件一侧的第二连接端子的第二插口。

发明效果

根据本发明的一种形态,将第一发热部件配置在基体部的第一个面侧,能够使其与散热片相接触从而有效地进行散热,通过经由接头将该第一发热部件,与配置在第二个面侧的第二发热部件电连接,就能够在降低电阻的同时,能够获得高散热性的散热结构。

附图说明

图1是展示本发明的实施方式所涉及的散热结构的一例断面图。

图2是从第一个面看后图1所示散热结构时的平面图。

图3是图1所示半导体模块放大后断面图。

图4A是设有模塑树脂的半导体模块的断面示意图。

图4B是设有绝缘膜的半导体模块的断面示意图。

图5A是展示接头的连接构造的一例断面图。

图5B是展示接头的连接构造的其他例断面图。

图6A是从第二个面侧看预先设有多个接头的散热器时的斜视图。

图6B是从第一个面侧看预先设有多个接头的散热器时的平面图。

图7A是展示半导体模块的配置例的平面图。

图7B是展示半导体模块的配置例的平面图。

图7C是展示半导体模块的配置例的平面图。

图8A是展示插槽的变形例的断面图。

图8B是展示插槽的变形例的断面图。

图8C是展示插槽的变形例的断面图。

具体实施方式

下面,将就本发明的实施方式,参照附图进行详细说明。

以下说明中,为了便于各构成要素的分辨,附图中可能有根据不同构成要素以不同缩放比例进行标注的情况。

参照图1以及图2对本发明的一种实施方式的散热结构1进行说明。

散热结构1如图1以及图2所示,是一种包括散热器2、多个半导体模块(第一发热部件)3、电路基板4、以及多个电子部件(第二发热部件)5的半导体装置中,通过散热器2对半导体模块3以及电子部件5所发出的热量进行散热的结构。

具体来说,该散热结构1中,散热器2例如由Cu和Al等的热传导性高的材料构成。散热器2具备基体部6、多个散热片7A、7B。基体部6被形成为矩形平板状。各个散热片7A、7B被形成为矩形平板状并且相对于基体部6的第一个面6a垂直地竖立设置。另外,多个散热片7A、7B位于基体部6的长方向上(图2中的左右方向)的两端部以及其两端部之间,以互相间隔的状态并排设置。另外,各个散热片7A、7B在基体部6的短方向上(图2中的上下方向)的两端部之间跨越并且竖立设置。

本实施方式中,多个散热片7A、7B中位于沿基体部6的长方向上的两端部的两个散热片7A,与这两个散热片7A之间的两个散热片7B在基体部6的长方向上并排设置。散热片7B由于要配置半导体模块,所以尺寸在高度以及厚度上大于散热片7A。散热器2并不仅限于本行实施方式中的形态,对各个散热片7A、7B的数量和尺寸等可以进行适度地更改后实施。

散热片7B处设有插槽8。插槽8用于将半导体模块3从设置在散热片7B的前端侧的插口8a处插入并保持。具体来说,该插槽8被切开有足够的深度用于将半导体模块3以距离散热片7B的前端侧固定的宽度并且相对于第一个面6a垂直地插入。散热片7B由于该插槽8被分割为两个翅片部7a、7b。

另外,散热片7B处设有用于封盖插口8a的封盖件9(图2中将图示省略)。封盖件9在半导体模块3插入至插槽8的状态下被安装成将插口8a闭塞。再有,封盖件9的安装构造不一定限于该结构,封盖件9可以被安装成从插槽8的宽度方向上将散热片7B包夹住的结构。另外,也可以将封盖件9省略。

半导体模块3如图3中放大后所示,依次由第一基板10、第一半导体元件11、连接件12、第二半导体元件13、以及第二基板14层积后构成。

其中,第一以及第二基板10、14为陶瓷基板,具有陶瓷板(绝缘板)15、16、以及设置在陶瓷板15、16的两面上的Cu层(导电层)17、18。另外,第一基板10与第二基板14的相互对向的面侧的Cu层17、18形成该半导体模块3的电路模式17a、18a。再有,第一以及第二基板10、14不仅限于陶瓷基板,也可以为铝基板。铝基板的结构为通过绝缘层将Cu层设置在铝基板的两面。

第一以及第二半导体元件11、13运行时的发热量比较大,例如功率二极管和功率晶体管等的功率器件。通过将第一半导体元件11与第二半导体元件13,各自装配在第一基板10与第二基板14的相互对向的面侧,从而与各个电路模式17a、18a形成电连接。

连接件12例如由Cu等的导电材料构成。连接件12具有第一连接部12a、第二连接部12b、以及连结部12c。其中,第一连接部12a为将第一半导体元件11与第二半导体元件13电连接的部分,第二连接部12b为与一方的电路模式17a电连接的部分,连结部12c为将第一连接部12a与第二连接部12b连结的部分。

第一连接部12a被形成为具有足够的厚度的柱状体以用于保持第一基板10与第二基板14的之间的间隔。第一连接部12a的两端通过焊锡等的导电性接合剂(未图示)与第一半导体元件11以及第二半导体元件13相接合。第二连接部12b被形成为板状,并且通过焊锡等的导电性接合剂(未图示)与一方的电路模式17a相接合。连结部12c被形成为具有足够长度的长条板状以用于将一连接部12a与第二连接部12b连结。连结部12c的一端侧与第一连接部12a的侧面连接成一体,连结部12c的另一端侧在第二连接部12b一侧处弯折并与第二连接部12b连接成一体。

第一基板10与第二基板14之间配置有衬垫(Spacer)19。衬垫19与第一连接部12a一同保持第一基板10与第二基板14的之间的间隔。另外衬垫19作为该半导体模块3的电路部件从而被配置为在电路模式17a、18a之间被夹持的状态。作为电路部件,例如可以列举得有配线部、电阻器、电容器等。

图1以及图2所示电路基板4以及多个电子部件5构成对半导体模块3的驱动进行控制的控制部30。其中,电路基板4与散热器2(基体部6)的第一个面6a相反一侧的第二个面6b相接合。另一方面,多个电子部件5安装在电路基板4上。各个电子部件5为发热量小于各个半导体模块3的发热部件。

多个电子部件5中的一部分电子部件5与半导体模块3通过接头20电连接。接头20具有插有半导体模块3一侧的第一连接端子21a、21b的第一插口22a、22b,以及插有电子部件5一侧的连接端子23的第二插口24。半导体模块3一侧的第一连接端子21a、21b虽然在图3中被省略,但是各自与电路模式17a、18a相连接。

散热器2上设有能够将接头20插入并且保持的插孔25。散热器2上设有贯穿半导体模块3一侧的第一连接端子21a、21b的第一贯穿孔26a、26b。第一贯穿孔26a、26b从插槽8的底面向着插孔25形成。散热器2以及电路基板4上设有贯穿电子部件5一侧的第二连接端子23的第二贯穿孔27。第二贯穿孔27从电路基板4的电子部件5的安装面向着插孔25形成。另外,第一连接端子21a、21b以及第二连接端子23与第一贯穿孔26a、26b以及第二贯穿孔27之间电绝缘。

具有上述构成的散热结构1中,半导体模块3在插入至插槽8的状态下与散热片7B相接触。通过这样,半导体模块3所发出的热量,从插槽8的内壁面,即从与翅片部7a、7b相接触的第一以及第二基板10、14处传导至散热片7B,再散热至外部。另一方面,多个电子部件5所发出的热量,从电路基板4处经由基体部6传导至散热片7A、7B,再散热至外部。此情况下,半导体模块3所发出的热量由于不经由基体部6而直接传到至散热片7B,因此热量的传导路径变短,提高了半导体模块3的散热性。

像上述这样,在本实施方式的散热结构1中,通过将半导体模块3与散热片7B接触的状态下进行配置,与以往将半导体模块3配置在基体部6的第二个面6b相比,能够获得高散热性。

另外,在本实施方式的散热结构1中,通过将半导体模块3在插入至插槽8的状态下进行配置,与以往将半导体模块3配置在基体部6的第二个面6b相比,能够实现小型化。再有,通过将半导体模块3的第一以及第二基板10、14与翅片部7a、7b接触,就能够有效地从半导体模块3处进行散热。

另外,在本实施方式1中,配置在基体部6的第一个面6a侧的半导体模块3,与配置在基体部6的第二个面6b侧的电子部件5经由接头20电连接。通过这样。半导体模块3与电子部件5之间就能够实现短距离的连接,从而,就能够降低电阻,并且减小电力损耗。

但是,关于半导体模块3,如图4A所示,由于要确保绝缘性以及对微粒(Particle)进行防护,要使用模塑树脂28对第一基板10与第二基板14的相互对向的面侧进行封装。但是像这样的模塑树脂28由于与第一以及第二半导体元件11、13和第一以及第二基板10、14等之间存在较大的线膨胀系数差,因此在热膨胀时容易产生龟裂(Crack)。

相对于上述情况,在本发明中,如图4B所示模式般,能够取代模塑树脂28,利用绝缘膜29对第一基板10与第二基板14的相互对向的面进行覆盖的结构。绝缘膜29例如使用陶瓷等具有高热传导性的绝缘材料。

在本实施方式的散热结构1中,通过将设有上述绝缘膜29的半导体模块3插入至插槽8,就能够确保绝缘性以及对微粒进行防护。而且,在设有绝缘膜29的情况下,不仅可以因绝缘膜29的薄膜化提高半导体模块3的散热性,还能够抑制因线膨胀系数差所引发的龟裂的产生。另外,能够省略利用模塑树脂28进行封装的工序,因此能够谋求制造工序的简化。

再有,本发明不仅限于上述实施方式,本发明能够在不脱离主旨的范围内施加种种地的变更。

在本发明中,例如图5A以及图5B所示,能够对上述连接于半导体模块3与电子部件5之间的接头20的连接构造进行变更。

具体来说,图5所示的接头31的连接构造为,取代上述插孔25,设置能够从基体部6的第二个面6b侧将接头31插入并且保持的插槽32的结构。另外,插槽32的底面与插槽8的底面之间设有贯穿孔33。接头31具有:插入有半导体模块3一侧的第一连接端子34的第一插口35；插入有电子部件5一侧的多个第二连接端子36的第二插口37；以及与贯穿孔33嵌合的突起部38。电路基板4设有贯穿多个第二连接端子36的贯穿孔39。

另一方面,图5B所示的接头40的连接构造为,取代上述插孔25,设置能够从基体部6的第一个面6a侧将接头40以及半导体模块3插入并且保持的插槽41的结构。另外,插槽41处设有贯穿孔42。接头40具有:插入有半导体模块3一侧的第一连接端子43的第一插口44；插入有电子部件5一侧的多个第二连接端子45的第二插口46；以及与贯穿孔42嵌合的突起部47。

如上述般,本发明也能够采用图5A所示的接头31的连接构造和图5B所示的接头40的连接构造。

另外,本发明例如图6A以及图6B所示,也能够使用预先设有多个接头50的散热器51。各个接头50具有:基体部6的第一个面6a处的第一插口52；以及基体部6的第二个面6b处的第二插口53。在将插入至散热片7之间的半导体模块3的连接端子插入至第一插口52的同时,能够将电子部件5的连接端子插入至第二插口53。

再有,多个接头50的配置和数量可以进行任意地变更。另外,也能够设置为接头50相对于散热器51可以滑动的结构。该结构的情况下,能够移动接头50的位置。

另外,半导体模块3是与多个散热片7A、7B中的至少一个散热片7A(7B)相接触的结构就可以了。因此,可以是例如图7A所示的在相邻的散热片7之间夹入有半导体模块3的结构、也可以是如图7B所示的半导体模块3与散热片7的一个侧面相接触的结构。另外,半导体模块3不仅限于上述的将散热片7夹住并且对向配置的结构,如图7C所示,也能够是将散热片7夹住并且上下错位的结构。

另外,作为本发明的第一发热部件,不仅限于上述的半导体模块3,其配置的位置和数量等可以施加适宜的变更。另外,插槽8也可以按照第一发热部件的大小施加适宜的变更。因此,多个散热片7处可以按照各个第一发热部件的大小设有深度和宽度不同的插槽8。

另外,本发明不仅限于上述设有封盖插槽8的插口的封盖件9的结构,如上述的插孔25般,也可以是设有将半导体模块3插入并且保持的插孔的结构。

另外,本发明也可以是如图8A所示,为了容易地将半导体模块3插入至插槽8,在插口8a处设有锥形部的结构。另外,插槽8不仅限于上述具有固定宽度的形状,也可以是例如图8B所示通过设置成向着深度方向的前端部宽度渐窄的形状(即锥形状),或是例如图8C所示通过设置成向着深度方向的中央部宽度渐窄的形状(即鼓形状),从而使插入至插槽8的半导体模块3无法轻易地被拔出的结构。另外,通过在发热膨胀时半导体模块3紧贴散热片7a、7b,能够提高散热性。

符号说明

1…散热结构 2…散热器 3…半导体模块(第一发热部件) 4…电路基板 5…电子部件(第二发热部件) 6…基体部 6a…第一个面 6b…第二个面 7…散热片 8…插槽 9…封盖件 10…第一基板 11…第一半导体元件 12…连接件 13…第二半导体元件 14…第二基板 15、16…陶瓷板(绝缘板) 17、18…Cu层(导电层) 17a、18a…电路模式 19…衬垫20…接头 21a、21b…第一连接端子 22a、22b…第一插口 23…第二连接端子 24…第二插口 25…插孔 26a、26b…第一贯穿孔 27…第二贯穿孔28…模塑树脂 29…绝缘膜 30…控制部 31…接头 32…插槽 33…贯穿孔 34…第一连接端子 35…第一插口 36…第二连接端子 37…第二插口 38…突起部 39…贯穿孔 40…接头 41…插槽 42…贯穿孔 43…第一连接端子 44…第一插口 45…第二连接端子 46…第二插口 47…突起部 50…接头 51…散热器 52…第一插口 53…第二插口。

Claims

1.一种散热结构，其特征在于，包括：

散热器，具备基体部、以及竖直设置在所述基体部的第一个面上的多个散热片；

第一发热部件，设置在所述基体部的所述第一个面侧，并且与所述多个散热片中的至少一个所述散热片相接触；

电路基板，与所述基体部的所述第一个面相反一侧的第二个面相接合，并且与所述第一发热部件电连接；

第二发热部件，设置在所述电路基板上，并且发热量小于所述第一发热部件；以及

接头，将所述第一发热部件与所述第二发热部件之间电连接，

其中，所述接头具备插入有所述第一发热部件一侧的第一连接端子的第一插口、以及插入有所述第二发热部件一侧的第二连接端子的第二插口。

2.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于：

其中，所述多个散热片中的至少一个所述散热片的端面处设有能够将所述第一发热部件插入的插槽，

所述第一发热部件被插入至所述插槽从而与所述散热片相接触。

3.根据权利要求1所述的散热结构，其特征在于：

其中，在所述散热片之间夹入有所述第一发热部件。

4.根据权利要求2所述的散热结构，其特征在于：

其中，第一发热部件由第一基板、第一半导体元件、连接件、第二半导体元件、以及第二基板依次层积构成，

所述第一基板以及所述第二基板与所述插槽的内壁面相接触。

5.根据权利要求4所述的散热结构，其特征在于：

其中，设有将所述第一基板与所述第二基板相互对向的面覆盖的保护膜。