JP2012079950A - Semiconductor cooling device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor cooling device which achieves high cooling performance with a simple structure.SOLUTION: In a semiconductor cooling device, an opening 13 is formed in a part of a cooler 10 that has a cooling passage 15 in which a coolant 90 flows, and a semiconductor module 20 is attached so as to seal the opening. A heat sink 26 is provided on a lower surface of the semiconductor module, and side surfaces 29a and 29b of the heat sink are located more inside than an inner wall of the cooler. Further, at least a surface 29a facing the coolant flow, out of the side surfaces, is exposed in the coolant passage.

Description

本発明は、パワーデバイス等の半導体装置を冷却する半導体冷却装置に関し、特に、冷却水が流れる冷却流路の一部に開口部が形成され、開口部をシールするように半導体モジュールが取り付けられた半導体冷却装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor cooling device for cooling a semiconductor device such as a power device, and in particular, an opening is formed in a part of a cooling flow path through which cooling water flows, and a semiconductor module is attached so as to seal the opening. The present invention relates to a semiconductor cooling device.

従来から、電力変換装置の液冷ヒートシンクが少なくとも１つ以上の開口部を有し、液冷ヒートシンクの開口部に電力変換素子（ＩＧＢＴ、Insulated Gate Bipolar Transistor）が装着され、ＩＧＢＴ取付ネジで固定されるとともに、熱拡散部に設けられたＯリング溝内のＯリングにより、ヒートシンクと気密構造とされた電気車の電子部品冷却構造が知られている。かかる電子部品冷却構造によれば、電力変換素子が装着された熱拡散板が、冷却水により直接冷却される（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, a liquid-cooled heat sink of a power converter has at least one opening, and a power conversion element (IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor) is attached to the opening of the liquid-cooled heat sink and fixed with an IGBT mounting screw. In addition, a cooling structure for an electronic component of an electric vehicle having an airtight structure with a heat sink by an O-ring in an O-ring groove provided in a heat diffusion portion is known. According to such an electronic component cooling structure, the heat diffusing plate on which the power conversion element is mounted is directly cooled by the cooling water (see, for example, Patent Document 1).

特開平９−２０７５８３号公報JP-A-9-207583

しかしながら、上述の特許文献１に記載の構成では、熱拡散板が単純平板であり、未だ冷却性能が不足するという問題があった。かかる問題を解決するために、熱拡散板にフィン等を設けることで冷却性能を向上させることができるが、フィン追加によりコストが増加するという別の問題を生じる。また、単純平板のままで冷却性能を向上させようとすると、所望の冷却面積よりも大きな面積の熱拡散板が必要となり、省スペースで構成することができなくなるという問題がある。   However, the configuration described in Patent Document 1 described above has a problem that the heat diffusion plate is a simple flat plate and the cooling performance is still insufficient. In order to solve such a problem, it is possible to improve the cooling performance by providing fins or the like on the heat diffusion plate, but this causes another problem that the cost increases due to the addition of fins. Further, if it is intended to improve the cooling performance with a simple flat plate, a heat diffusion plate having an area larger than a desired cooling area is required, and there is a problem that it cannot be configured with a small space.

一方、自動車用インバータ等の分野では、ハイブリッド自動車の需要の高まりを受けて、より高出力で、より小型の製品が求められている。しかし、これらのニーズに応えることは、半導体デバイスの電力損失を上昇させ、半導体モジュールの熱抵抗を増大させることに繋がる。結果として、動作時の半導体デバイスの最高温度が上昇し、一般的な素子動作限界温度である１５０℃を超えるおそれが生じている。従って、インバータを含むパワーモジュール設計において、いかに半導体デバイスを冷却するかが重要な課題となっている。   On the other hand, in the field of inverters for automobiles, in response to the increasing demand for hybrid cars, higher output and smaller products are required. However, meeting these needs leads to increased power loss of the semiconductor device and increased thermal resistance of the semiconductor module. As a result, the maximum temperature of the semiconductor device during operation increases, and there is a possibility that it exceeds 150 ° C. which is a general element operation limit temperature. Therefore, how to cool a semiconductor device is an important issue in designing a power module including an inverter.

また、半導体冷却装置には、高性能な冷却性能が求められる一方、ＳｉＣのような次世代デバイスは、高温動作が可能であり、複雑なフィン構造等を設けず、いかに低コストで次世代デバイスを用いたモジュールを実現するかも重要な課題となっている。   In addition, semiconductor cooling devices are required to have high-performance cooling performance, while next-generation devices such as SiC are capable of high-temperature operation, do not provide complicated fin structures, etc., and are low-cost next-generation devices. The realization of a module that uses this is also an important issue.

そこで、本発明は、簡素な構成でありながら、冷却性能の高い半導体冷却装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor cooling device with a high cooling performance while having a simple configuration.

上記目的を達成するため、第１の発明に係る半導体冷却装置は、冷却水が流れる冷却流路を有する冷却器の一部に開口部が形成され、該開口部をシールするように半導体モジュールが取り付けられた半導体冷却装置であって、
前記半導体モジュールの下面には放熱板が設けられ、該放熱板の側面が前記冷却器の内壁よりも内側にあり、前記側面のうち少なくとも前記冷却水の流れに対向する面は前記冷却流路中に露出していることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the semiconductor cooling device according to the first aspect of the present invention has an opening formed in a part of a cooler having a cooling channel through which cooling water flows, and the semiconductor module is sealed so as to seal the opening. An attached semiconductor cooling device,
A heat radiating plate is provided on the lower surface of the semiconductor module, and a side surface of the heat radiating plate is on the inner side of the inner wall of the cooler, and at least a surface of the side surface facing the flow of the cooling water is in the cooling channel. It is exposed to.

これにより、フィン等の複雑な構造を設けることなく、伝熱面を下面だけでなく側面に拡大させるとともに、放熱板の側面の入口側で冷却水との衝突効果を発生させ、半導体モジュールを効率良く冷却することができる。   As a result, the heat transfer surface is expanded not only to the lower surface but also to the side surface without providing a complicated structure such as fins, and a collision effect with the cooling water is generated on the inlet side of the side surface of the heat sink, thereby improving the efficiency of the semiconductor module. It can cool well.

第２の発明は、第１の発明に係る半導体冷却装置において、
前記半導体モジュールは、中央に凸部を有するＴ字型の断面形状を有してモールド成形され、前記凸部内に半導体デバイスが設置されるとともに、前記凸部が前記冷却流路中に露出していることを特徴とする。 A second invention is the semiconductor cooling device according to the first invention,
The semiconductor module is molded with a T-shaped cross-sectional shape having a convex portion in the center, a semiconductor device is installed in the convex portion, and the convex portion is exposed in the cooling channel. It is characterized by being.

これにより、半導体デバイスを冷却流路内で確実に冷却できるとともに、冷却流路の外側に半導体モジュールの凸形状が存在しなくなるので、省スペースで半導体モジュール及び半導体冷却装置を構成することができる。   Accordingly, the semiconductor device can be reliably cooled in the cooling flow path, and the convex shape of the semiconductor module does not exist outside the cooling flow path, so that the semiconductor module and the semiconductor cooling device can be configured in a small space.

第３の発明は、第１又は第２の発明に係る半導体冷却装置において、
前記放熱板の側面の総てが前記冷却流路中に露出していることを特徴とする。 A third invention is the semiconductor cooling device according to the first or second invention,
All of the side surfaces of the heat radiating plate are exposed in the cooling channel.

これにより、冷却水の対向面だけでなく、冷却水の流れと平行な側面も伝熱面とすることができ、冷却性能を一層向上させることができる。   Thereby, not only the facing surface of the cooling water but also the side surface parallel to the flow of the cooling water can be used as the heat transfer surface, and the cooling performance can be further improved.

第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係る半導体冷却装置において、
前記放熱板は、凹型の形状を有し、側面の面積が平板形状よりも拡大されて構成されたことを特徴とする。 A fourth invention is the semiconductor cooling device according to any one of the first to third inventions,
The heat radiating plate has a concave shape and is configured such that the side surface area is larger than the flat plate shape.

これにより、伝熱面をより拡大し、冷却性能を更に向上させることができる。   Thereby, a heat-transfer surface can be expanded more and cooling performance can be improved further.

第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係る半導体冷却装置において、
前記半導体モジュールは、前記半導体デバイスよりも前記開口部側で、かつ前記冷却器の外壁よりも内側に、前記冷却流路に平行な筒状放熱板を更に有することを特徴とする。 A fifth invention is a semiconductor cooling device according to any one of the first to fourth inventions,
The semiconductor module further includes a cylindrical heat radiating plate parallel to the cooling flow path on the opening side of the semiconductor device and on the inner side of the outer wall of the cooler.

これにより、上下の両面から半導体モジュールを冷却することができるとともに、内側よりも冷却性能のバラツキの少ない外側の放熱板を用いて全体の冷却性能のバラツキを低減することができる。   As a result, the semiconductor module can be cooled from both the upper and lower surfaces, and variation in the overall cooling performance can be reduced by using the outer radiator plate with less variation in cooling performance than the inner side.

第６の発明は、第５の発明に係る半導体冷却装置において、
前記半導体デバイスは、コレクタ面を前記開口部側にして実装されたことを特徴とする。 A sixth invention is the semiconductor cooling device according to the fifth invention,
The semiconductor device is mounted with the collector surface facing the opening.

これにより、電極面積の大きいコレクタ面を、バラツキの少ない外側の筒状放熱板を利用して冷却することができ、全体として半導体デバイスの冷却効率を高めることができる。   Thereby, the collector surface with a large electrode area can be cooled using the outside cylindrical heat sink with little variation, and the cooling efficiency of the semiconductor device as a whole can be improved.

第７の発明は、第５又は第６の発明に係る半導体冷却装置において、
前記半導体モジュールは、側面部にリブを有し、リブを潰して前記開口部に圧入することで、側面部への流水を防いだことを特徴とする。 A seventh invention is the semiconductor cooling device according to the fifth or sixth invention,
The semiconductor module has a rib on a side surface, and the rib is crushed and press-fitted into the opening to prevent water from flowing to the side.

これにより、側面部のシール性能を向上させ、冷却効率を更に高めることができる。   Thereby, the sealing performance of a side part can be improved and cooling efficiency can further be improved.

本発明によれば、構造を複雑化することなく冷却性能を向上させることができる。   According to the present invention, the cooling performance can be improved without complicating the structure.

本発明の実施例１に係る半導体冷却装置の一例を示した側断面構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the side cross-section block diagram which showed an example of the semiconductor cooling device which concerns on Example 1 of this invention. 実施例１に係る半導体モジュールの断面構成図である。1 is a cross-sectional configuration diagram of a semiconductor module according to Example 1. FIG. 実施例１に係る半導体冷却装置を正面視した断面構成図である。It is the cross-sectional block diagram which looked at the semiconductor cooling device which concerns on Example 1 in front. 比較例として従来の半導体冷却装置の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the conventional semiconductor cooling device as a comparative example. 本発明の実施例２に係る半導体冷却装置の一例を示した正面断面構成図である。It is the front section lineblock diagram showing an example of the semiconductor cooling device concerning Example 2 of the present invention. 本発明の実施例３に係る半導体冷却装置の一例を示した側断面構成図である。It is the side cross-section block diagram which showed an example of the semiconductor cooling device which concerns on Example 3 of this invention. 実施例３に係る半導体冷却装置の半導体モジュールの側断面構成図である。FIG. 6 is a side cross-sectional configuration diagram of a semiconductor module of a semiconductor cooling device according to a third embodiment. 実施例３に係る半導体冷却装置を正面視した断面構成図である。It is the cross-sectional block diagram which looked at the semiconductor cooling device which concerns on Example 3 in front. 実施例３に係る半導体冷却装置を正面視した断面構成図である。It is the cross-sectional block diagram which looked at the semiconductor cooling device which concerns on Example 3 in front. 本発明の実施例４に係る半導体冷却装置の一例を示した側断面構成図である。It is the side cross-section block diagram which showed an example of the semiconductor cooling device which concerns on Example 4 of this invention. 本発明の実施例５に係る半導体冷却装置の一例を示した正面断面構成図である。It is a front section lineblock diagram showing an example of a semiconductor cooling device concerning Example 5 of the present invention. 本発明の実施例６に係る半導体冷却装置の一例を示した正面断面構成図である。It is a front section lineblock diagram showing an example of a semiconductor cooling device concerning Example 6 of the present invention.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施例１に係る半導体冷却装置の一例を示した側断面図である。図１において、実施例１に係る半導体冷却装置は、冷却器１０と、半導体モジュール２０と、シール部材７０と、締結部材８０とを有する。   FIG. 1 is a side sectional view showing an example of a semiconductor cooling device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the semiconductor cooling device according to the first embodiment includes a cooler 10, a semiconductor module 20, a seal member 70, and a fastening member 80.

冷却器１０は、冷却水９０が流れる冷却流路１５を有し、筒状に構成される。冷却水９０が冷却器１０を流れることにより、冷却器１０は冷却水９０に近い温度に冷却される。冷却器１０は、下面１１と上面１２とを有するが、上面１２には、開口部１３が形成されており、開口部１３には、半導体モジュール２０が、開口部１３を塞いでシールするように取り付けられている。   The cooler 10 has a cooling channel 15 through which cooling water 90 flows, and is configured in a cylindrical shape. When the cooling water 90 flows through the cooler 10, the cooler 10 is cooled to a temperature close to the cooling water 90. The cooler 10 has a lower surface 11 and an upper surface 12, and an opening 13 is formed in the upper surface 12, and the semiconductor module 20 closes and seals the opening 13 in the opening 13. It is attached.

半導体モジュール２０は、シール部材７０でシールされるとともに、締結部材８０で締め付けられ、半導体モジュール２０の水平に延びた平板部２９ｂの下面と、冷却器１０の上面１２とがシール面３１で接触し、押圧固定されて開口部１３を塞いでいる。シール部材７０には、例えば、Ｏリング等のシール部材が用いられてよく、締結部材８０には、例えばボルト等が用いられてよい。半導体モジュール２０の下面には、放熱板２６が設けられている。放熱板２６は、半導体モジュール２０で発生した熱を放熱するための板であり、熱伝導性の高い材料で構成される。放熱板２６は、側面２６ａ、２６ｂ及び下面２６ｃが、冷却器１０の内壁１４より内側に存在し、冷却水９０が流れる冷却流路１５中に露出した状態となっている。よって、放熱板２６は、下面２６ｃのみならず側面２６ａ、２６ｂが露出し、冷却水９０との接触面積が大きく取れる構成となっている。特に、冷却水９０の流れと対向する入口側の側面２６ａは、流れる冷却水９０が連続的に衝突し、衝突効果により冷却水９０の冷却効果が高い構成となっている。   The semiconductor module 20 is sealed by the sealing member 70 and is fastened by the fastening member 80, and the lower surface of the horizontally extending flat plate portion 29 b of the semiconductor module 20 and the upper surface 12 of the cooler 10 come into contact with each other at the sealing surface 31. The opening 13 is blocked by being pressed and fixed. For example, a seal member such as an O-ring may be used as the seal member 70, and a bolt or the like may be used as the fastening member 80. A heat sink 26 is provided on the lower surface of the semiconductor module 20. The heat radiating plate 26 is a plate for radiating heat generated in the semiconductor module 20 and is made of a material having high thermal conductivity. The heat radiating plate 26 has side surfaces 26 a, 26 b and a lower surface 26 c located inside the inner wall 14 of the cooler 10, and is exposed in the cooling channel 15 through which the cooling water 90 flows. Therefore, the heat radiating plate 26 has a configuration in which not only the lower surface 26 c but also the side surfaces 26 a and 26 b are exposed and a large contact area with the cooling water 90 can be obtained. In particular, the side surface 26a on the inlet side facing the flow of the cooling water 90 is configured such that the flowing cooling water 90 continuously collides, and the cooling effect of the cooling water 90 is high due to the collision effect.

図２は、図１に示した実施例１に係る半導体モジュール２０の断面構成を示した図である。図２において、半導体モジュール２０は、半導体デバイス２１と、絶縁基板２２と、電極２３、２４と、はんだ２５と、放熱板２６と、シール部材２８と、モールド樹脂２９と、シール面３１と、カラー３２とを備える。   FIG. 2 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the semiconductor module 20 according to the first embodiment illustrated in FIG. 1. In FIG. 2, the semiconductor module 20 includes a semiconductor device 21, an insulating substrate 22, electrodes 23 and 24, solder 25, a heat sink 26, a sealing member 28, a mold resin 29, a sealing surface 31, and a collar. 32.

半導体モジュール２０は、半導体デバイス２１を収容し、樹脂２９でモールド成形して封止した半導体パッケージである。半導体モジュール２０は、例えば、パワーモジュールとして構成され、車両用のインバータに用いられてもよい。   The semiconductor module 20 is a semiconductor package that houses the semiconductor device 21 and is molded and sealed with a resin 29. The semiconductor module 20 may be configured as a power module, for example, and used for a vehicle inverter.

半導体デバイス２１は、半導体基板に、半導体素子単体又は用途に応じた所定の機能を有する電子回路が形成されたデバイスである。半導体基板は、従来から用いられているシリコン基板の他、次世代デバイスとして期待されているＳｉＣ、ＧａＮ等が用いられてもよい。また、半導体デバイス２１には、例えば、ＩＧＢＴやパワーＭＯＳトランジスタ等の半導体素子が、単体で又は電子回路の一部として用いられてよい。このように、半導体モジュール２０は、用途に応じて種々の構成とされてよく、また、半導体デバイス２１は、半導体モジュール２０の用途に応じて種々の半導体素子を用いることができる。   The semiconductor device 21 is a device in which an electronic circuit having a predetermined function according to a single semiconductor element or application is formed on a semiconductor substrate. As the semiconductor substrate, SiC, GaN, or the like, which is expected as a next-generation device, may be used in addition to a conventionally used silicon substrate. Further, for example, a semiconductor element such as an IGBT or a power MOS transistor may be used as the semiconductor device 21 alone or as a part of an electronic circuit. As described above, the semiconductor module 20 may have various configurations depending on the application, and the semiconductor device 21 may use various semiconductor elements depending on the application of the semiconductor module 20.

絶縁基板２２は、半導体デバイス２１を搭載するための基板である。絶縁基板２２は、半導体デバイス２１で発生した熱を伝達するため、熱伝導性の高い材料で構成されることが好ましい。絶縁基板２２の下面には電極２３が設けられ、絶縁基板２２の上面には電極２４が設けられる。   The insulating substrate 22 is a substrate on which the semiconductor device 21 is mounted. The insulating substrate 22 is preferably made of a material having high thermal conductivity in order to transfer heat generated in the semiconductor device 21. An electrode 23 is provided on the lower surface of the insulating substrate 22, and an electrode 24 is provided on the upper surface of the insulating substrate 22.

電極２３、２４は、半導体デバイス２１との電気的接続を図るとともに、半導体デバイス２１で発生した熱を伝導するための熱伝導媒体としての役割を果たす板状の金属部材である。上側の電極２４は、半導体デバイス２１の下面に形成された端子への電気的接続を行っている。なお、電極２４と半導体デバイス２１は、はんだ２５により接続されている。また、電極２３は、半導体デバイス２１との電気的接続は行われていないが、半導体デバイス２１で発生し、絶縁基板２２に伝達された熱を、放熱板２６に伝達する熱伝導媒体として機能する。一般に、絶縁基板５２の両側に電極２３、２４が形成された状態で部品として市販されているため、本実施例においては、電極として用いられていない下側の金属板も電極２３と呼んでいる。しかしながら、電極２３は必ずしも必要ではなく、放熱板２６の上に直接絶縁基板２２が設けられていてもよい。   The electrodes 23 and 24 are plate-like metal members that serve as a heat conduction medium for conducting heat connection with the semiconductor device 21 and conducting heat generated in the semiconductor device 21. The upper electrode 24 is electrically connected to a terminal formed on the lower surface of the semiconductor device 21. The electrode 24 and the semiconductor device 21 are connected by solder 25. The electrode 23 is not electrically connected to the semiconductor device 21, but functions as a heat conduction medium that transmits heat generated in the semiconductor device 21 and transmitted to the insulating substrate 22 to the heat radiating plate 26. . In general, since the parts 23 and 24 are formed on both sides of the insulating substrate 52 and are commercially available as parts, the lower metal plate that is not used as an electrode is also referred to as the electrode 23 in this embodiment. . However, the electrode 23 is not necessarily required, and the insulating substrate 22 may be provided directly on the heat sink 26.

なお、半導体デバイス２１で発生した熱は、はんだ２５、電極２４、絶縁基板２２、電極２３、放熱板２６と順次伝達する。電極２３が存在しない場合には、半導体デバイス２１で発生した熱は、はんだ２５、電極２３、絶縁基板２２、放熱板２６と順次伝達することになる。   The heat generated in the semiconductor device 21 is sequentially transmitted to the solder 25, the electrode 24, the insulating substrate 22, the electrode 23, and the heat sink 26. When the electrode 23 is not present, the heat generated in the semiconductor device 21 is sequentially transferred to the solder 25, the electrode 23, the insulating substrate 22, and the heat sink 26.

放熱板２６は、半導体デバイス２１で発生した熱を放出するための板状部材である。図１で説明したように、放熱板２６は、冷却流路１５中に露出され、側面２６ａから直接的に冷却水９０の流れを受けるため、ある程度の厚さを有する板形状であることが好ましい。例えば、放熱板２６は、３〜５ｍｍの厚さで構成されてもよい。また、放熱板２６は、熱伝導率の高い部材であれば、種々の材料から構成されてよいが、例えば、アルムニウム、銅等の金属から構成されてもよい。   The heat sink 26 is a plate-like member for releasing heat generated in the semiconductor device 21. As described with reference to FIG. 1, the heat radiating plate 26 is exposed in the cooling flow path 15 and receives the flow of the cooling water 90 directly from the side surface 26 a, and thus preferably has a plate shape having a certain thickness. . For example, the heat sink 26 may be configured with a thickness of 3 to 5 mm. Moreover, if the heat sink 26 is a member with high heat conductivity, it may be comprised from various materials, For example, you may be comprised from metals, such as aluminum and copper.

シール部材２８は、放熱板２６とモールド樹脂２９との間をシールして密閉するための部材である。シール部材２８には、例えば、Ｏリング等のシール材が用いられてよい。   The seal member 28 is a member for sealing and sealing between the heat sink 26 and the mold resin 29. For the seal member 28, for example, a seal material such as an O-ring may be used.

モールド樹脂２９は、半導体デバイス２１を封止し、半導体モジュール２０としてパッケージングする成形手段である。モールド樹脂２９は、樹脂材料をモールド成形することにより構成され、所定の形状に成形することができる。実施例１に係る半導体冷却装置においては、モールド樹脂２９は、中央に、下に凸の凸部２９ａが形成されたＴ字型の断面形状を有して構成されている。一般的に、モールド樹脂２９は、単に半導体デバイス２１を封止するためにのみ用いられ、全体として直方体として形成される場合が多い。しかしながら、本実施例１に係る半導体冷却装置においては、中央に凸部２９ａが形成され、その周囲に水平の横方向に延びる平板部２９ｂを有する構成となっている。そして、凸部２９ａに半導体デバイス２１が設置され、平板部２９ｂの下面にシール面３１が形成されている。かかる構成により、シール面３１を、冷却器１０の開口部１３の周囲の外側側面に接触されるようにしてシールしたときに、パワーデバイス２１は冷却器１０の内側に組み込まれ、図１で示した配置構成とすることができる。このように、半導体モジュール２０を下に凸の形状とすることにより、放熱板２６を冷却流路１５中に配置することができる。   The mold resin 29 is a molding unit that seals the semiconductor device 21 and packages it as the semiconductor module 20. The mold resin 29 is configured by molding a resin material and can be molded into a predetermined shape. In the semiconductor cooling device according to the first embodiment, the mold resin 29 is configured to have a T-shaped cross-sectional shape having a convex portion 29a formed below at the center. In general, the mold resin 29 is used only for sealing the semiconductor device 21 and is often formed as a rectangular parallelepiped as a whole. However, in the semiconductor cooling device according to the first embodiment, the convex portion 29a is formed at the center, and the flat plate portion 29b extending in the horizontal lateral direction is provided around the convex portion 29a. And the semiconductor device 21 is installed in the convex part 29a, and the sealing surface 31 is formed in the lower surface of the flat plate part 29b. With such a configuration, when the sealing surface 31 is sealed so as to be in contact with the outer side surface around the opening 13 of the cooler 10, the power device 21 is incorporated inside the cooler 10 and is shown in FIG. 1. Arrangement. Thus, the heat sink 26 can be disposed in the cooling channel 15 by making the semiconductor module 20 convex downward.

なお、シール面３１は、冷却器１０の上面１２に設けられたシール部材７０に押し付けられるように接触し、モールド樹脂２９で冷却器１０の開口部１３をシールする構成となる。   The seal surface 31 comes into contact with the seal member 70 provided on the upper surface 12 of the cooler 10 so as to be pressed, and the opening 13 of the cooler 10 is sealed with the mold resin 29.

カラー３２は、半導体モジュール２０を開口部１３に取り付ける際に、締結部材８０が嵌合する穴を構成している。締結部材８０がネジで構成されている場合には、カラー３２の内壁にはネジ穴が形成されることになる。   The collar 32 forms a hole into which the fastening member 80 is fitted when the semiconductor module 20 is attached to the opening 13. When the fastening member 80 is constituted by a screw, a screw hole is formed in the inner wall of the collar 32.

図１に戻る。図２で説明した半導体モジュール２０を、凸部２９ａを冷却器１０の内側にして、冷却器１０の一部に形成された開口部１３を塞ぐように取り付け、カラー３２にネジを挿入して締め付けることにより、シール面３１及びシール部材７０で開口部１３をシールすることができる。そして、放熱板２６の下面２６ｃ及び側面２６ａ、２６ｂが冷却流路１５中に露出した構成とすることができ、放熱板２６の下面２６ｃ及び側面２６ａ、２６ｂで熱交換を行い、冷却性能を向上させることができる。   Returning to FIG. The semiconductor module 20 described in FIG. 2 is attached so that the convex portion 29a is inside the cooler 10 so as to close the opening 13 formed in a part of the cooler 10, and a screw is inserted into the collar 32 and tightened. Thus, the opening 13 can be sealed with the sealing surface 31 and the sealing member 70. The lower surface 26c and the side surfaces 26a, 26b of the heat radiating plate 26 can be exposed in the cooling flow path 15, and heat exchange is performed on the lower surface 26c and the side surfaces 26a, 26b of the heat radiating plate 26 to improve the cooling performance. Can be made.

図３は、図１及び図２に示した実施例１に係る半導体冷却装置を正面視した断面構成図である。図３において、図１及び図２と同様の構成要素については、図１及び図２と同一の参照符号を用い、その詳細な説明を省略する。   FIG. 3 is a cross-sectional configuration diagram of the semiconductor cooling device according to the first embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 as viewed from the front. In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 are used for the same components as those in FIGS. 1 and 2, and the detailed description thereof is omitted.

図３において、冷却器１０は、正面視すると、長方形の形状を有している。そして、冷却器１０の上面１２の上に半導体モジュール２０の平板部２９ｂが締結され、凸部２９ａが冷却流路１５の中に配置されている。これにより、放熱板２６の側面２６ａ、２６ｂは、総て冷却流路１５中に露出され、放熱板２６の冷却水９０との接触面に、下面２６ｃのみならず側面２６ａ、２６ｂも用いることができる。なお、図３に示すように、放熱板２６の側面２６ａ、２６ｂは、冷却水９０と対向する側面２６ａのみならず、冷却水９０の流れに沿い、冷却器１０と平行な側面２９ｂも冷却流路１５中に露出している。かかる構成により、冷却水９０との接触面積を、放熱板２６の側面全体２６ａ、２６ｂとすることができ、冷却能力を向上させることができる。   In FIG. 3, the cooler 10 has a rectangular shape when viewed from the front. The flat plate portion 29 b of the semiconductor module 20 is fastened on the upper surface 12 of the cooler 10, and the convex portion 29 a is disposed in the cooling flow path 15. Thus, the side surfaces 26a and 26b of the heat radiating plate 26 are all exposed in the cooling flow path 15, and the side surfaces 26a and 26b as well as the lower surface 26c are used for the contact surface of the heat radiating plate 26 with the cooling water 90. it can. As shown in FIG. 3, the side surfaces 26 a and 26 b of the heat radiating plate 26 are not only the side surface 26 a facing the cooling water 90 but also the side surface 29 b parallel to the cooler 10 along the flow of the cooling water 90. It is exposed in the road 15. With this configuration, the contact area with the cooling water 90 can be the entire side surfaces 26a and 26b of the heat radiating plate 26, and the cooling capacity can be improved.

図４は、比較例として、従来の半導体冷却装置の一例を示した図である。従来の半導体冷却装置は、冷却器１１０の開口部１１３を、放熱板１２６がシール部１７０及び締結部材１８０でシールする構成となっている。そして、放熱板１２６の上に半導体デバイス１２０が搭載されており、半導体デバイス１２０は冷却器１１０内の冷却流路１１５中ではなく、冷却器１１０の外部に設けられる構成となっている。よって、放熱板１２６は、下面の一部しか冷却水１９０と接触せず、しかも、放熱板１２６に冷却水１９０が衝突するのではなく、放熱板１２６に沿って流れるような接触となっている。よって、放熱板１２６の冷却水１９０との接触面積が本実施例に係る半導体冷却装置と比較して非常に小さく、更に、冷却水１９０と対向する部分が無いため、冷却水１９０による冷却効果の低い構成となっている。なお、図４においては、冷却流路１１５を上昇させる流れを作るための部材１１６が設けられているが、放熱板１２６に沿う流れしか形成できないので、上述のように、冷却効果は低くなる。   FIG. 4 is a diagram showing an example of a conventional semiconductor cooling device as a comparative example. The conventional semiconductor cooling device has a configuration in which the heat sink 126 seals the opening 113 of the cooler 110 with the seal portion 170 and the fastening member 180. The semiconductor device 120 is mounted on the heat sink 126, and the semiconductor device 120 is provided outside the cooler 110, not in the cooling flow path 115 in the cooler 110. Therefore, the heat sink 126 is in contact with the cooling water 190 only on a part of the lower surface, and the cooling water 190 does not collide with the heat sink 126 but flows along the heat sink 126. . Therefore, the contact area of the heat sink 126 with the cooling water 190 is very small as compared with the semiconductor cooling device according to the present embodiment, and further, there is no portion facing the cooling water 190, so that the cooling effect by the cooling water 190 is reduced. It has a low configuration. In FIG. 4, a member 116 for creating a flow for raising the cooling flow path 115 is provided. However, since only a flow along the heat sink 126 can be formed, the cooling effect is reduced as described above.

この点、実施例１に係る半導体冷却装置は、放熱板２６の側面２６ａ、２６ｂ及び下面２６ｃが冷却流路１５中に露出し、しかも、側面２６ａは、冷却水９０と対向して冷却水９０を正面から受ける構成となっているので、冷却水９０との接触面積及び流体圧の増加により、冷却性能を大幅に向上できることが分かる。   In this respect, in the semiconductor cooling device according to the first embodiment, the side surfaces 26 a and 26 b and the lower surface 26 c of the heat radiating plate 26 are exposed in the cooling flow path 15, and the side surface 26 a faces the cooling water 90 and the cooling water 90. It can be seen that the cooling performance can be greatly improved by increasing the contact area with the cooling water 90 and the fluid pressure.

図５は、本発明の実施例２に係る半導体冷却装置の一例を示した正面断面構成図である。なお、図５において、実施例１に係る半導体冷却装置と同様の構成要素については、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。   FIG. 5 is a front cross-sectional configuration diagram showing an example of a semiconductor cooling device according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 5, the same components as those of the semiconductor cooling device according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

図５において、実施例２に係る半導体冷却装置は、冷却器１０と、半導体モジュール２０ａと、シール部材７０と、締結部材８０とを備える。実施例２に係る半導体冷却装置は、冷却器１０と、シール部材７０と、締結部材８０によるシール構成は、実施例１に係る半導体冷却装置と同様であるので、同一の参照符号を付してその説明を省略する。   In FIG. 5, the semiconductor cooling device according to the second embodiment includes a cooler 10, a semiconductor module 20 a, a seal member 70, and a fastening member 80. The semiconductor cooling device according to the second embodiment has the same configuration as that of the semiconductor cooling device according to the first embodiment because the seal configuration of the cooler 10, the seal member 70, and the fastening member 80 is the same as that of the semiconductor cooling device according to the first embodiment. The description is omitted.

実施例２に係る半導体冷却装置は、半導体モジュール２０ａの構成が、実施例１に係る半導体冷却装置と異なっている。実施例２に係る半導体冷却装置の半導体モジュール２０ａは、放熱板２７が、凹型の形状を有する点で、実施例１に係る半導体冷却装置の半導体モジュール２０と異なっている。放熱板２７は、側面部２７ａ、２７ｂを上方に拡大し、側面積を拡大した形状に構成されている。これにより、放熱板２７の側面２７ａ、２７ｂの冷却水９０との接触面積を拡大し、冷却効果を高めることができる。なお、図５においては、半導体冷却装置を正面視した図が示されており、冷却水９０の流れと平行な側面２７ｂのみが折れ曲がった形状となっているが、正面の側面２７ａも折れ曲がった全体で凹型の形状とすることにより、冷却水９０との接触面積を拡大するとともに、冷却水９０と衝突する面積も拡大することができる。   The semiconductor cooling device according to the second embodiment is different from the semiconductor cooling device according to the first embodiment in the configuration of the semiconductor module 20a. The semiconductor module 20a of the semiconductor cooling device according to the second embodiment is different from the semiconductor module 20 of the semiconductor cooling device according to the first embodiment in that the heat dissipation plate 27 has a concave shape. The heat radiating plate 27 is configured to have a shape in which the side surface portions 27a and 27b are enlarged upward and the side area is enlarged. Thereby, the contact area with the cooling water 90 of the side surfaces 27a and 27b of the heat sink 27 can be expanded, and a cooling effect can be heightened. FIG. 5 shows a front view of the semiconductor cooling device, and only the side surface 27b parallel to the flow of the cooling water 90 is bent, but the front side surface 27a is also bent as a whole. With the concave shape, the contact area with the cooling water 90 can be increased, and the area colliding with the cooling water 90 can also be increased.

このように、放熱板２７を凹型、又はコの字型に形成することで、側面の面積を拡大し、冷却性能を更に高めることができる。   Thus, by forming the heat sink 27 in a concave shape or a U-shape, the area of the side surface can be expanded and the cooling performance can be further enhanced.

なお、図５に示す構成とする場合、モールド樹脂３０の形状は、実施例１とは異なる形状となる。図５においては、外側を折り曲げて立てた凹型形状の側面２７ａ、２７ｂを露出させるため、凹型の窪みにモールド樹脂３０が入り込み、外側の側面２７ａ、２７ｂを覆わないような階段状の内側に削れた形状となっている。このように、モールド樹脂３０は、放熱板２７の形状に合わせてモールド成形することができる。   5, the shape of the mold resin 30 is different from that of the first embodiment. In FIG. 5, in order to expose the concave-shaped side surfaces 27a and 27b that are bent outward, the mold resin 30 enters the concave recess and is cut into a step-shaped inner side so as not to cover the outer side surfaces 27a and 27b. It has a different shape. Thus, the mold resin 30 can be molded according to the shape of the heat sink 27.

また、図５において、絶縁基板２２は、放熱板２７の上に直接設置された構成となっている。このように、放熱板２７の表面上に絶縁基板２２が直接設けられるような構成としてもよい。なお、絶縁基板２２の上に電極２４が設けられ、電極２４上に、はんだ２５で半導体デバイス２１が接合及び設置されている点は、実施例１に係る半導体冷却装置と同様である。   In FIG. 5, the insulating substrate 22 is directly installed on the heat sink 27. As described above, the insulating substrate 22 may be directly provided on the surface of the heat dissipation plate 27. The electrode 24 is provided on the insulating substrate 22, and the semiconductor device 21 is joined and installed on the electrode 24 with solder 25, similar to the semiconductor cooling device according to the first embodiment.

また、図５において、電極２４の上に電気接続部材３３、半導体デバイス２１の上に電気接続部材３４が設けられている。電気接続部材３３、３４は、半導体デバイス２１の表面及び裏面に形成された端子（図示せず）又は電極２４と外部との電気的接続を行うための配線手段である。実施例１においては、説明の容易のために電気接続部材３３、３４の存在は示さなかったが、実際には、半導体デバイス２１の表面及び裏面との電気的接続を行うため、このような電気接続部材３３、３４が設けられる。   In FIG. 5, an electrical connection member 33 is provided on the electrode 24, and an electrical connection member 34 is provided on the semiconductor device 21. The electrical connection members 33 and 34 are wiring means for performing electrical connection between terminals (not shown) or electrodes 24 formed on the front and back surfaces of the semiconductor device 21 and the outside. In the first embodiment, the presence of the electrical connection members 33 and 34 is not shown for ease of explanation, but in reality, such electrical connection is made with the front and back surfaces of the semiconductor device 21. Connection members 33 and 34 are provided.

実施例２に係る半導体冷却装置によれば、放熱板２７の側面２７ａ、２７ｂの面積を増加させ、冷却性能を一層高めることができる。   According to the semiconductor cooling device according to the second embodiment, the area of the side surfaces 27a and 27b of the heat radiating plate 27 can be increased, and the cooling performance can be further enhanced.

図６は、本発明の実施例３に係る半導体冷却装置の一例を示した側断面構成図である。図６において、実施例３に係る半導体冷却装置は、冷却器１０と、半導体モジュール４０と、シール部材７０と、締結部材８０とを有する。   FIG. 6 is a side sectional configuration diagram showing an example of a semiconductor cooling device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 6, the semiconductor cooling device according to the third embodiment includes a cooler 10, a semiconductor module 40, a seal member 70, and a fastening member 80.

実施例３に係る半導体冷却装置において、冷却器１０と、シール部材７０と、締結部材８０からなるシール構成は、実施例１及び実施例２に係る半導体冷却装置と同様であるので、同一の参照符号を付してその説明を省略する。   In the semiconductor cooling device according to the third embodiment, the seal configuration including the cooler 10, the seal member 70, and the fastening member 80 is the same as that of the semiconductor cooling device according to the first and second embodiments. Reference numerals are assigned and explanations thereof are omitted.

実施例３に係る半導体冷却装置においては、半導体モジュール４０が、下面に下部放熱板５０を備えるだけではなく、半導体デバイス４１よりも開口部側で、かつ冷却器１０の外壁よりも内側に上部筒状放熱板５１を更に備える点で、実施例１、２に係る半導体冷却装置と異なっている。かかる構成により、冷却水９０は、上部筒状放熱板５１も通過し、半導体モジュール４０を上下から挟む形で冷却することができる。   In the semiconductor cooling device according to the third embodiment, the semiconductor module 40 not only includes the lower radiator plate 50 on the lower surface, but also the upper cylinder on the opening side of the semiconductor device 41 and on the inner side of the outer wall of the cooler 10. The semiconductor cooling device according to the first and second embodiments is different in that it further includes a heat sink 51. With this configuration, the cooling water 90 also passes through the upper cylindrical heat sink 51 and can cool the semiconductor module 40 in a form sandwiched from above and below.

図７は、実施例３に係る半導体冷却装置の半導体モジュール４０の側面の断面構成を示した図である。図７において、実施例３に係る半導体冷却装置の半導体モジュール４０は、半導体デバイス４１と、絶縁基板４２、４３と、電極４４、４５、４６、４７と、はんだ４７、４８と、下部放熱板５０と、上部筒状放熱板５１と、モールド樹脂５４と、シール面５５と、カラー５６とを備える。   FIG. 7 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the side surface of the semiconductor module 40 of the semiconductor cooling device according to the third embodiment. In FIG. 7, the semiconductor module 40 of the semiconductor cooling device according to the third embodiment includes a semiconductor device 41, insulating substrates 42 and 43, electrodes 44, 45, 46, and 47, solders 47 and 48, and a lower radiator plate 50. And an upper cylindrical heat radiation plate 51, a mold resin 54, a seal surface 55, and a collar 56.

半導体デバイス４１は、実施例１及び実施例２における半導体デバイス２１と同様であるので、その説明を省略する。絶縁基板４２、４３は、その構成及び機能は、実施例１、２における絶縁基板２２と同様であるが、半導体デバイス４１の下方に絶縁基板４２を有するだけでなく、半導体デバイス４１の上方にも絶縁基板４３を有する点で、実施例１、２とは異なっている。実施例３に係る半導体冷却装置においては、上部筒状放熱板５１とも熱交換を行うため、半導体デバイス４１の上方にも絶縁基板４３を設ける必要があり、半導体デバイス４１より開口部１３側にも絶縁基板４３が設けられている。また、絶縁基板４２は、実施例１、２における半導体基板２２と同様の大きさ及び構成であるが、絶縁基板４３は、絶縁基板２２よりも面積が小さな基板となっている。これは、半導体デバイス４１が、例えば縦型のＩＧＢＴで構成された場合には、コレクタの端子は半導体デバイス４１の全面となるため、広い面積を必要とするが、エミッタの端子は半導体デバイス４１の一部でよいため、それに対応して絶縁基板４３の面積も小さくすることができるからである。なお、図７においては、半導体デバイス４１のコレクタが下面、エミッタが上面で構成された場合が示されている。   Since the semiconductor device 41 is the same as the semiconductor device 21 in the first and second embodiments, the description thereof is omitted. The structures and functions of the insulating substrates 42 and 43 are the same as those of the insulating substrate 22 in the first and second embodiments. However, the insulating substrates 42 and 43 not only have the insulating substrate 42 below the semiconductor device 41 but also above the semiconductor device 41. The present embodiment is different from the first and second embodiments in that an insulating substrate 43 is provided. In the semiconductor cooling apparatus according to the third embodiment, since heat exchange is performed with the upper cylindrical heat sink 51, it is necessary to provide the insulating substrate 43 above the semiconductor device 41, and also on the opening 13 side from the semiconductor device 41. An insulating substrate 43 is provided. The insulating substrate 42 has the same size and configuration as the semiconductor substrate 22 in the first and second embodiments, but the insulating substrate 43 has a smaller area than the insulating substrate 22. This is because, when the semiconductor device 41 is formed of, for example, a vertical IGBT, the collector terminal is the entire surface of the semiconductor device 41 and requires a large area, but the emitter terminal of the semiconductor device 41 This is because the area of the insulating substrate 43 can be reduced correspondingly because of a portion. FIG. 7 shows the case where the collector of the semiconductor device 41 is configured with the lower surface and the emitter with the upper surface.

下方にある電極４４、４６は、実施例１における電極２３、２４と同様である。上方にある電極４５、４７は、絶縁基板４３と同様に、電極４４、４６よりも小さい面積を有する点で異なっているが、アルムニウムや銅の金属板で構成されている点は、実施例１、２と同様である。   The lower electrodes 44 and 46 are the same as the electrodes 23 and 24 in the first embodiment. The upper electrodes 45 and 47 are different from the electrodes 44 and 46 in the same manner as the insulating substrate 43, but are different from those of the first embodiment in that they are made of a metal plate of aluminium or copper. 2 is the same.

はんだ４８は、半導体デバイス４１を下方の電極４６と接合し、はんだ４９は、半導体デバイス４１を上方の電極４９と接合している。はんだ４９の面積がはんだ４８の面積よりも小さいことを除けば、実施例１のはんだ２５と同様である。   The solder 48 joins the semiconductor device 41 to the lower electrode 46, and the solder 49 joins the semiconductor device 41 to the upper electrode 49. Except that the area of the solder 49 is smaller than the area of the solder 48, it is the same as the solder 25 of the first embodiment.

このように、半導体デバイス２１の上方にも、はんだ４９、電極４６、絶縁基板４３、電極４３、上部筒状放熱板５１の伝熱ルートを設けることにより、半導体デバイス４１で発生する熱を上部筒状放熱板５１から放出することが可能となる。   Thus, by providing the heat transfer route of the solder 49, the electrode 46, the insulating substrate 43, the electrode 43, and the upper cylindrical heat radiating plate 51 also above the semiconductor device 21, the heat generated in the semiconductor device 41 is transferred to the upper cylinder. It becomes possible to discharge from the heat sink 51.

下部放熱板５０は、実施例１と同様に、板状の金属板で構成される。側面５０ａ、５０ｂ及び下面５０ｃが露出した構成となっている。また、厚さは、実施例１と同様に、例えば、３〜５ｍｍで構成されてもよい。なお、下部放熱板５０とモールド樹脂５４の下面は、シール部材５２でシールされている点も、実施例１のシール部材２８と同様である。   The lower heat radiating plate 50 is formed of a plate-like metal plate as in the first embodiment. The side surfaces 50a and 50b and the lower surface 50c are exposed. The thickness may be 3 to 5 mm, for example, as in the first embodiment. The lower surface of the lower heat sink 50 and the mold resin 54 is the same as the seal member 28 of the first embodiment in that it is sealed with the seal member 52.

上部筒状放熱板５１は、上部から半導体デバイス４１で発生した熱を放出し、熱交換により半導体デバイス４１を上部から冷却するための手段である。半導体デバイス４１は、上方からモールド樹脂５４により吊り下げられるように支持されているため、モールド樹脂５４を残しつつ放熱板を配置する必要があり、中空の筒状の放熱板を設けている。   The upper cylindrical heat radiating plate 51 is a means for releasing heat generated in the semiconductor device 41 from the upper part and cooling the semiconductor device 41 from the upper part by heat exchange. Since the semiconductor device 41 is supported so as to be suspended by the mold resin 54 from above, it is necessary to dispose the heat sink while leaving the mold resin 54, and a hollow cylindrical heat sink is provided.

上部筒状放熱板５１においても、筒の内面５１ｂだけではなく、冷却水９０と対向する側面５１ａが露出しており、冷却水９０との接触面積が拡大される構成となっている。これにより、半導体デバイス４１の上方からも効率的に冷却を行うことができる。   Also in the upper cylindrical heat radiating plate 51, not only the inner surface 51b of the cylinder but also the side surface 51a facing the cooling water 90 is exposed, and the contact area with the cooling water 90 is enlarged. Thereby, it is possible to efficiently perform cooling from above the semiconductor device 41.

なお、上部筒状放熱板５１の上下にそれぞれシール部材５３が設けられ、モールド樹脂５４接合してシールする構成となっている。   In addition, the sealing member 53 is each provided on the upper and lower sides of the upper cylindrical heat sink 51, and it has the structure which joins the mold resin 54 and seals.

モールド樹脂５４は、上部筒状放熱板５１も一体的に取り込むようにモールド成形されているが、凸部５４ａと平板部５４ｂを有し、凸部５４ａに半導体デバイス４１を収容して封止している点は、実施例１と同様である。また、モールド樹脂５４の平板部５４ｂの下面にシール面５５が形成され、締結のためのカラー５６を備えている点も、実施例１と同様である。   The mold resin 54 is molded so that the upper cylindrical heat sink 51 is also integrated, but has a convex portion 54a and a flat plate portion 54b. The semiconductor device 41 is accommodated in the convex portion 54a and sealed. This is the same as in the first embodiment. Moreover, the point which the sealing surface 55 is formed in the lower surface of the flat plate part 54b of the mold resin 54, and the collar 56 for fastening is provided is the same as that of Example 1.

図６に戻る。図６に示すように、図７で説明した半導体モジュール４０を、冷却器１０の開口部１３を塞いでシールするように取り付けて実装することにより、半導体デバイス４１を上下（外側と内側）の両側から冷却することができ、冷却能力を向上させることができる。   Returning to FIG. As shown in FIG. 6, the semiconductor module 40 described in FIG. 7 is mounted and mounted so as to seal and seal the opening 13 of the cooler 10, so that the semiconductor device 41 can be mounted on both the upper and lower sides (outer side and inner side). The cooling capacity can be improved.

図８は、実施例３に係る半導体冷却装置を正面視した断面構成を示した図である。冷却器１０、シール部材７０及び締結部材８０によるシール構成は、実施例１の図３と同様であるので、その説明を省略する。   FIG. 8 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration of the semiconductor cooling device according to the third embodiment when viewed from the front. Since the seal configuration by the cooler 10, the seal member 70, and the fastening member 80 is the same as that in FIG. 3 of the first embodiment, the description thereof is omitted.

図８において、下部放熱板５０は、冷却水９０の流れに対向する側面５０ａ、流れに沿った５０ｂの双方が冷却流路１５中に露出しているとともに、下面５０ｃも露出し、側面５０ａ、５０ｂ及び下面５０ｃから冷却が可能な構成となっている。   In FIG. 8, the lower radiator plate 50 has both a side surface 50 a facing the flow of the cooling water 90 and a side 50 b along the flow exposed in the cooling flow path 15, and a lower surface 50 c is also exposed. 50b and the lower surface 50c can be cooled.

上部放熱板５１は、側面５１ａ及び内面５１ｂが冷却流路１５中に露出し、半導体デバイス４１を開口部１３側から冷却可能に構成されており、半導体デバイス４１を上下から効率よく冷却できる構成となっている。   The upper heat sink 51 is configured such that the side surface 51a and the inner surface 51b are exposed in the cooling flow path 15 so that the semiconductor device 41 can be cooled from the opening 13 side, and the semiconductor device 41 can be efficiently cooled from above and below. It has become.

なお、電気接続部材５７、５８は、各々電極４６、４７に接続されており、外部から半導体デバイス４１の下面（コレクタ側）及び上面（エミッタ側）に電力の供給が可能なように構成されている。   The electrical connection members 57 and 58 are connected to the electrodes 46 and 47, respectively, and are configured so that power can be supplied from the outside to the lower surface (collector side) and the upper surface (emitter side) of the semiconductor device 41. Yes.

図９は、実施例３に係る半導体冷却装置の半導体モジュール４０の圧入構造の一例を示した図である。図９（Ａ）は、半導体モジュール４０を正面図であり、図９（Ｂ）は、半導体モジュール４０の側面図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a press-fitting structure of the semiconductor module 40 of the semiconductor cooling device according to the third embodiment. FIG. 9A is a front view of the semiconductor module 40, and FIG. 9B is a side view of the semiconductor module 40.

図９（Ａ）において、半導体モジュール４０が簡略化して示されているが、半導体モジュール４０の側面には、横に***したリブ５９が示されている。リブ５９は、冷却水９０に対向する形で横に***して設けられている。   In FIG. 9A, the semiconductor module 40 is shown in a simplified manner, but on the side surface of the semiconductor module 40, ribs 59 that protrude laterally are shown. The rib 59 is provided so as to protrude laterally so as to face the cooling water 90.

図９（Ｂ）に示すように、リブ５０は、側面に複数設けられている。半導体モジュール４０を、冷却器１０に実装する際、リブ５９を潰し、半導体モジュール４０を冷却器１０に圧入する。そうすると、リブ５０は、半導体モジュール４０の側面への流水を防ぐように機能し、下部放熱板５０及び上部筒状放熱板５１への流量低減を防ぐことができ、冷却性能を更に向上させることができる。   As shown in FIG. 9B, a plurality of ribs 50 are provided on the side surface. When the semiconductor module 40 is mounted on the cooler 10, the rib 59 is crushed and the semiconductor module 40 is press-fitted into the cooler 10. Then, the rib 50 functions to prevent water flowing to the side surface of the semiconductor module 40, can prevent the flow rate to the lower radiator plate 50 and the upper cylindrical radiator plate 51, and can further improve the cooling performance. it can.

このように、必要に応じて、半導体パッケージ４０の側面に複数のリブ５９を設け、これを潰して冷却器１０に圧入し、実装を行う構成としてもよい。なお、図８においては、半導体モジュール４０と冷却器１０の内側面に隙間が設けられているが、リブ５９を設けた場合には、半導体モジュール４０と冷却器１０の間に隙間が無い構成となる。   As described above, if necessary, a plurality of ribs 59 may be provided on the side surface of the semiconductor package 40, and the ribs may be crushed and pressed into the cooler 10 for mounting. In FIG. 8, a gap is provided between the inner surface of the semiconductor module 40 and the cooler 10. However, when the rib 59 is provided, there is no gap between the semiconductor module 40 and the cooler 10. Become.

図１０は、本発明の実施例４に係る半導体冷却装置の一例を示した側断面構成図である。実施例４に係る半導体冷却装置は、半導体モジュール４０ａの内部構成が実施例３に係る半導体冷却装置と異なっている。その他の構成要素については、実施例３に係る半導体冷却装置と同様であるので、同一の参照符号を付してその説明を省略する。   FIG. 10 is a side sectional view showing an example of a semiconductor cooling device according to Embodiment 4 of the present invention. The semiconductor cooling device according to the fourth embodiment is different from the semiconductor cooling device according to the third embodiment in the internal configuration of the semiconductor module 40a. Since other components are the same as those of the semiconductor cooling device according to the third embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

図１０において、実施例４に係る半導体冷却装置の半導体モジュール４０ａは、半導体デバイス４１のコレクタ側が上面（開口部１３側）に配置され、エミッタ側が下面側に配置されている点で、実施例３に係る半導体冷却装置と異なっている。それに伴い、半導体デバイス４１の上方には面積の大きい絶縁基板４２、電極４４、４６及びはんだ４８が配置され、半導体デバイス４１の下方には、それらよりも面積の小さい絶縁基板４３、電極４５、４７及びはんだ４９が配置されている。つまり、実施例３に係る半導体冷却装置の上部筒状放熱板５１と下部放熱板５０との間の構成を、上下で反転させた構成となっている。   In FIG. 10, the semiconductor module 40a of the semiconductor cooling device according to the fourth embodiment is different from the third embodiment in that the collector side of the semiconductor device 41 is disposed on the upper surface (opening 13 side) and the emitter side is disposed on the lower surface side. This is different from the semiconductor cooling device according to FIG. Accordingly, an insulating substrate 42 having a large area, electrodes 44 and 46 and solder 48 are disposed above the semiconductor device 41, and an insulating substrate 43 and electrodes 45 and 47 having a smaller area than these are disposed below the semiconductor device 41. And solder 49 is arranged. That is, the configuration between the upper cylindrical heat sink 51 and the lower heat sink 50 of the semiconductor cooling device according to the third embodiment is inverted up and down.

このように、半導体デバイス４１の裏面を上側、表面を下側に配置して半導体モジュール４０を構成してもよい。実施例３及び実施例４に係る半導体冷却装置の構成において、下部放熱板５０の冷却性能は、半導体モジュール４０、４０ａの厚さのバラツキにより、流量高さにバラツキが生じ、冷却性能がばらつくおそれがある。一方、上部筒状放熱板５１は、放熱板単品のバラツキにのみ流量高さが影響を受けるため、冷却性能のバラツキが下部放熱板５０よりも小さい。   As described above, the semiconductor module 40 may be configured by disposing the back surface of the semiconductor device 41 on the upper side and the front surface on the lower side. In the configuration of the semiconductor cooling device according to the third and fourth embodiments, the cooling performance of the lower radiator plate 50 may vary in the flow rate height due to variations in the thickness of the semiconductor modules 40 and 40a, and the cooling performance may vary. There is. On the other hand, since the flow rate height of the upper tubular heat sink 51 is affected only by the variation of the single heat sink, the variation in cooling performance is smaller than that of the lower heat sink 50.

ここで、通常の縦型半導体デバイス４１は、ＩＧＢＴの場合、コレクタ面の接合面積がエミッタ面に比べて大きく、コレクタ側が主に放熱を担うため、バラツキの少ない上部筒状放熱板５１側にコレクタ面を配置することで、全体の冷却性能のバラツキを低減することができる。なお、縦型の半導体デバイス４１がｎチャネル型パワーＭＯＳトランジスタの場合には、ドレインを上面側、ソースを下面側に配置すればよい。   Here, in the case of the normal vertical semiconductor device 41, in the case of an IGBT, the collector surface has a larger junction area than the emitter surface, and the collector side mainly bears heat radiation. By arranging the surfaces, it is possible to reduce variations in the overall cooling performance. When the vertical semiconductor device 41 is an n-channel power MOS transistor, the drain may be disposed on the upper surface side and the source may be disposed on the lower surface side.

このように、実施例４に係る半導体冷却装置によれば、半導体デバイス４１のコレクタ又はドレインを上部筒状放熱板５１側に配置することにより、全体として冷却性能のバラツキを低減させることができる。   As described above, according to the semiconductor cooling device according to the fourth embodiment, the collector or drain of the semiconductor device 41 is arranged on the upper cylindrical heat radiating plate 51 side, whereby variation in cooling performance as a whole can be reduced.

図１１は、本発明の実施例５に係る半導体冷却装置の一例を示した正面断面構成図である。実施例５に係る半導体冷却装置は、半導体モジュール４０ｂの構成のみが実施例３に係る半導体冷却装置と異なっている。他の構成要素は、実施例３に係る半導体冷却装置と同様であるので、同一の参照符号を付してその説明を省略する。   FIG. 11 is a front cross-sectional configuration diagram showing an example of a semiconductor cooling device according to Embodiment 5 of the present invention. The semiconductor cooling device according to the fifth embodiment is different from the semiconductor cooling device according to the third embodiment only in the configuration of the semiconductor module 40b. Since other components are the same as those of the semiconductor cooling device according to the third embodiment, the same reference numerals are assigned and description thereof is omitted.

図１１において、実施例５に係る半導体冷却装置の半導体モジュール４０ｂは、下部放熱板５０の冷却流路１５に平行な側面５０ｂが、モールド樹脂５４ａで覆われている点で、実施例３に係る半導体冷却装置と異なっている。この場合であっても、下部放熱板５０の冷却水９０と対向する側面５０ａは、冷却流路１５内に露出しており、冷却水９０との衝突効果は得られる構成となっている。   In FIG. 11, the semiconductor module 40b of the semiconductor cooling device according to the fifth embodiment is related to the third embodiment in that a side surface 50b parallel to the cooling flow path 15 of the lower radiator plate 50 is covered with a mold resin 54a. Different from semiconductor cooling device. Even in this case, the side surface 50a of the lower radiator plate 50 facing the cooling water 90 is exposed in the cooling flow path 15, and a collision effect with the cooling water 90 is obtained.

図９において、リブ５９を設けた構成の半導体冷却装置を説明したが、例えば、リブ５９を設ける場合には、図１１のような構成としてもよい。幅の広い下部放熱板５０を設けた場合であっても、モールド樹脂５４ａの側面のリブ５９による冷却器１０との密着により、下部放熱板５０の側面５０ｂの放熱効果は薄くなると考えられるので、実施例５のような構成としても、放熱効果はあまり変化しないと考えられる。また、半導体モジュール４０ｂと、冷却器１０とのリブ５９の接触点を上下に長くとることが可能となるので、半導体モジュール４０ｂの側面への冷却水９０の流出を防止する効果は高くなり、下部放熱板５０への流量低減を防止することができる。   In FIG. 9, the semiconductor cooling apparatus having the configuration in which the rib 59 is provided has been described. However, for example, in the case where the rib 59 is provided, a configuration as illustrated in FIG. Even when the wide lower heat sink 50 is provided, the heat radiation effect of the side surface 50b of the lower heat sink 50 is considered to be reduced due to the close contact with the cooler 10 by the rib 59 on the side surface of the mold resin 54a. Even with the configuration of the fifth embodiment, it is considered that the heat dissipation effect does not change much. In addition, since the contact point of the rib 59 between the semiconductor module 40b and the cooler 10 can be made long in the vertical direction, the effect of preventing the cooling water 90 from flowing out to the side surface of the semiconductor module 40b is enhanced. A reduction in the flow rate to the heat sink 50 can be prevented.

このように、実施例５に係る半導体冷却装置によれば、半導体モジュール４０ｂと冷却器１０との密着力を高めることにより、半導体モジュール４０ｂの側面への流量の流出を低減できることができ、上部筒状放熱板５１及び下部放熱板５０への流量低減を防止して冷却能力を高めることができる。   As described above, according to the semiconductor cooling device according to the fifth embodiment, by increasing the adhesion between the semiconductor module 40b and the cooler 10, it is possible to reduce the outflow of the flow rate to the side surface of the semiconductor module 40b. The flow rate to the heat sink 51 and the lower heat sink 50 can be prevented to increase the cooling capacity.

図１２は、本発明の実施例６に係る半導体冷却装置の一例を示した正面断面構成図である。図１２において、実施例６に係る半導体冷却装置は、半導体モジュール４０ｃのモールド樹脂５４ｂの形状が、実施例５に係る半導体冷却装置と異なっている。その他の構成要素の構成については、実施例５に係る半導体冷却装置と同様であるので、同一の参照符号を付してその説明を省略する。   FIG. 12 is a front cross-sectional configuration diagram showing an example of a semiconductor cooling device according to Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 12, the semiconductor cooling device according to the sixth embodiment is different from the semiconductor cooling device according to the fifth embodiment in the shape of the mold resin 54b of the semiconductor module 40c. Since the configuration of the other components is the same as that of the semiconductor cooling device according to the fifth embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.

図１２において、実施例６に係る半導体冷却装置は、モールド樹脂５４ｂの下部放熱板５０の側面が除去されており、下部放熱板５０の側面５０ａ、５０ｂの総てが冷却流路１５中に露出している点で、実施例５に係る半導体冷却装置と異なっている。かかる構成により、上部筒状放熱板５１に対しては、モールド樹脂５４ｂの側面と冷却器１０との圧入密着により冷却水９０の流出を防止する効果が働き、下部放熱板５０に対しては、実施例１の図３において説明したような、下部放熱板５０の冷却水９０との接触面積を増加させる効果を働かせることができる。   In FIG. 12, in the semiconductor cooling device according to the sixth embodiment, the side surface of the lower heat sink 50 of the mold resin 54 b is removed, and all of the side surfaces 50 a and 50 b of the lower heat sink 50 are exposed in the cooling channel 15. This is different from the semiconductor cooling device according to the fifth embodiment. With such a configuration, the effect of preventing the cooling water 90 from flowing out due to the press-fitting adhesion between the side surface of the mold resin 54b and the cooler 10 works on the upper cylindrical heat radiating plate 51. The effect of increasing the contact area of the lower radiator plate 50 with the cooling water 90 as described in FIG. 3 of the first embodiment can be exerted.

実施例３、５、６において説明したように、用途に応じて、下部放熱板５０付近のモールド樹脂５４ｂの形状を変化させ、所望の冷却効果を得ることが可能となる。   As described in the third, fifth, and sixth embodiments, a desired cooling effect can be obtained by changing the shape of the mold resin 54b in the vicinity of the lower radiator plate 50 in accordance with the application.

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.

本発明は、半導体デバイスを冷却する半導体冷却装置に利用することができ、例えば、車両用のインバータ等に利用することができる。   The present invention can be used for a semiconductor cooling device that cools a semiconductor device, for example, an inverter for a vehicle.

１０ 冷却器
１１ 下面
１２ 上面
１３ 開口部
１４ 内壁
１５ 冷却流路
２０、２０ａ、４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 半導体モジュール
２１、４１ 半導体デバイス
２２、４２、４３ 絶縁基板
２３、２４、４４、４５、４６、４７ 電極
２５、４８、４９ はんだ
２６、２７ 放熱板
２６ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ、５１ａ 側面
２６ｃ、５０ｃ 下面
２８、５２、５３、７０ シール部材
２９、３０、５４、５４ａ、５４ｂ モールド樹脂
２９ａ、５４ａ 凸部
２９ｂ、５４ｂ 平板部
３１、５５ シール面
３２、５６ カラー
３３、３４、５７、５８ 電気接続部材
５０ 下部放熱板
５１ 上部筒状放熱板
５１ｂ 内面
５９ リブ
８０ 締結部材
９０ 冷却水 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cooler 11 Lower surface 12 Upper surface 13 Opening 14 Inner wall 15 Cooling flow path 20, 20a, 40, 40a, 40b, 40c Semiconductor module 21, 41 Semiconductor device 22, 42, 43 Insulating substrate 23, 24, 44, 45, 46 47 Electrode 25, 48, 49 Solder 26, 27 Heat sink 26a, 26b, 27a, 27b, 51a Side surface 26c, 50c Bottom surface 28, 52, 53, 70 Seal member 29, 30, 54, 54a, 54b Mold resin 29a, 54a Convex 29b, 54b Flat plate 31, 55 Seal surface 32, 56 Collar 33, 34, 57, 58 Electrical connection member 50 Lower heat sink 51 Upper cylindrical heat sink 51b Inner surface 59 Rib 80 Fastening member 90 Cooling water

Claims (7)

冷却水が流れる冷却流路を有する冷却器の一部に開口部が形成され、該開口部をシールするように半導体モジュールが取り付けられた半導体冷却装置であって、
前記半導体モジュールの下面には放熱板が設けられ、該放熱板の側面が前記冷却器の内壁よりも内側にあり、前記側面のうち少なくとも前記冷却水の流れに対向する面は前記冷却流路中に露出していることを特徴とする半導体冷却装置。 A semiconductor cooling device in which an opening is formed in a part of a cooler having a cooling channel through which cooling water flows, and a semiconductor module is attached so as to seal the opening,
A heat radiating plate is provided on the lower surface of the semiconductor module, and a side surface of the heat radiating plate is on the inner side of the inner wall of the cooler, and at least a surface of the side surface facing the flow of the cooling water is in the cooling channel. A semiconductor cooling device that is exposed to the surface. 前記半導体モジュールは、中央に凸部を有するＴ字型の断面形状を有してモールド成形され、前記凸部内に半導体デバイスが設置されるとともに、前記凸部が前記冷却流路中に露出していることを特徴とする請求項１に記載の半導体冷却装置。   The semiconductor module is molded with a T-shaped cross-sectional shape having a convex portion in the center, a semiconductor device is installed in the convex portion, and the convex portion is exposed in the cooling channel. The semiconductor cooling device according to claim 1, wherein: 前記放熱板の側面の総てが前記冷却流路中に露出していることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体冷却装置。   The semiconductor cooling device according to claim 1, wherein all side surfaces of the heat radiating plate are exposed in the cooling flow path. 前記放熱板は、凹型の形状を有し、側面の面積が平板形状よりも拡大されて構成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体冷却装置。   4. The semiconductor cooling device according to claim 1, wherein the heat radiating plate has a concave shape and is configured such that a side surface area is larger than a flat plate shape. 5. 前記半導体モジュールは、前記半導体デバイスよりも前記開口部側で、かつ前記冷却器の外壁よりも内側に、前記冷却流路に平行な筒状放熱板を更に有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体冷却装置。   The said semiconductor module is further provided with the cylindrical heat sink parallel to the said cooling flow path in the said opening part side rather than the said semiconductor device and inside the outer wall of the said cooler. 5. The semiconductor cooling device according to claim 4. 前記半導体デバイスは、コレクタ面を前記開口部側にして実装されたことを特徴とする請求項５に記載の半導体冷却装置。   The semiconductor cooling apparatus according to claim 5, wherein the semiconductor device is mounted with a collector surface facing the opening. 前記半導体モジュールは、側面部にリブを有し、リブを潰して前記開口部に圧入することで、側面部への流水を防いだことを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体冷却装置。   The semiconductor cooling device according to claim 5 or 6, wherein the semiconductor module has a rib on a side surface portion, and crushes the rib and press-fits into the opening to prevent water from flowing to the side surface portion. .
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