JP2015126117A - Cooling device for semiconductor module - Google Patents
Cooling device for semiconductor module Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015126117A JP2015126117A JP2013269813A JP2013269813A JP2015126117A JP 2015126117 A JP2015126117 A JP 2015126117A JP 2013269813 A JP2013269813 A JP 2013269813A JP 2013269813 A JP2013269813 A JP 2013269813A JP 2015126117 A JP2015126117 A JP 2015126117A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling
- semiconductor module
- pin fin
- cooling pin
- base
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、特に、半導体素子のスイッチングにより生じた熱を冷却するための冷却装置に関するものである。 The present invention particularly relates to a cooling apparatus for cooling heat generated by switching of a semiconductor element.
従来、このような分野の技術として、特開２０１３−３０５７９号公報がある。この公報に記載された電力変換装置は、下側のパワーモジュールと上側のパワーモジュールとで構成され、上側のパワーモジュールと下側のパワーモジュールとは同一の構成を有している。また、各パワーモジュールは、絶縁部材を露出させた状態で封止樹脂により半導体素子を封止させた半導体モジュールと、この半導体モジュールの絶縁部材に密着させた冷却ケース(冷却器)と、を有している。この冷却ケースには、格子状に配列された多数のピンフィンが立設されている。そして、上側のパワーモジュールにおける冷却ケースのピンフィンの先端面と下側のパワーモジュールにおける冷却ケースのピンフィンの先端面とが接合されている。このように構成された電力変換装置では、ピンフィン間が流路になっていて、この流路を流れる冷却水により、電源変換装置が冷却される。
また、このような電力変換装置にあっては、ヒートプレスを利用して半導体モジュールの絶縁部材が冷却ケースに熱圧着されている。この場合の組み立て工程においては、半導体モジュールの絶縁部材が冷却ケースに熱圧着されて、この絶縁部材が冷却ケースに密着する。
Conventionally, there is JP, 2013-30579, A as a technique of such a field. The power conversion device described in this publication includes a lower power module and an upper power module, and the upper power module and the lower power module have the same configuration. Each power module has a semiconductor module in which a semiconductor element is sealed with a sealing resin with the insulating member exposed, and a cooling case (cooler) in close contact with the insulating member of the semiconductor module. doing. The cooling case is provided with a large number of pin fins arranged in a lattice pattern. And the tip surface of the pin fin of the cooling case in the upper power module and the tip surface of the pin fin of the cooling case in the lower power module are joined. In the power conversion device configured as described above, a channel is formed between the pin fins, and the power conversion device is cooled by the cooling water flowing through the channel.
Moreover, in such a power converter, the insulating member of the semiconductor module is thermocompression bonded to the cooling case using a heat press. In the assembly process in this case, the insulating member of the semiconductor module is thermocompression bonded to the cooling case, and the insulating member is in close contact with the cooling case.
これに対して、上側のパワーモジュールにおける冷却ケースのピンフィンの先端面と、下側のパワーモジュールにおける冷却ケースのピンフィンの先端面とを突き合わせた状態で、入力荷重により、半導体モジュールの絶縁部材が冷却ケースに圧着されるような構成をもった電力変換装置の場合には、絶縁部材に反りや撓みが発生していると、絶縁部材を冷却ケースに圧着させ難く、隙間が発生し易い。そこで、絶縁部材と冷却ケースとの間に、その隙間を埋めるためのグリースを介在させる場合がある。グリースは、熱抵抗値が高いので、グリースはできるだけ少なくするのが望ましい。しかし、絶縁部材の反りや撓み、冷却ケースの反りや撓みが大きければ大きいほど、グリースの充填量が多くなってしまって、熱伝達効率が悪くなる。また、グリースを充填しない場合であっても、絶縁部材と冷却ケースとの間の隙間が大きくなってしまうと、半導体モジュール側から冷却ケース側に良好な熱伝達が行われないといった問題点がある。 On the other hand, the insulating member of the semiconductor module is cooled by the input load with the tip surface of the pin fin of the cooling case in the upper power module and the tip surface of the pin fin of the cooling case in the lower power module abutting each other. In the case of a power conversion device configured to be crimped to the case, if the insulating member is warped or bent, it is difficult to crimp the insulating member to the cooling case, and a gap is likely to occur. Therefore, there is a case where grease for filling the gap is interposed between the insulating member and the cooling case. Since grease has a high thermal resistance value, it is desirable to reduce the amount of grease as much as possible. However, the greater the warp and deflection of the insulating member and the warp and deflection of the cooling case, the greater the amount of grease charged, resulting in poor heat transfer efficiency. Even when the grease is not filled, if the gap between the insulating member and the cooling case becomes large, there is a problem that good heat transfer from the semiconductor module side to the cooling case side is not performed. .
本発明は、半導体モジュール側から冷却器側に良好に熱伝達が行われるようにした半導体モジュールの冷却装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a cooling device for a semiconductor module in which heat transfer is favorably performed from the semiconductor module side to the cooler side.
本発明は、半導体素子を内部に有する半導体モジュールの少なくとも一側面に所定入力荷重で押圧されて配置される冷却器を備えた、半導体モジュールの冷却装置であって、
前記冷却器は、第１のベースに第１の冷却ピンフィンが立設された第１の冷却部と、第２のベースに第２の冷却ピンフィンの先端が前記第１の冷却ピンフィンの先端に当接するよう立設された第２の冷却部とを備え、
前記第１の冷却部と前記第２の冷却部は、冷媒流路を形成するために相互に対向して配置され、
前記第１の冷却ピンフィン及び/又は前記第２の冷却ピンフィンへの入力荷重に応じて当接する前記第１の冷却ピンフィンの先端面と前記第２の冷却ピンフィンの先端面とが前記入力荷重を支持しつつ相対変位し、この変位に伴って、前記半導体モジュールの前記一側面に接する前記第１のベースは、前記半導体モジュールの前記一側面に倣って変形することを特徴とする。
The present invention is a cooling device for a semiconductor module, comprising a cooler arranged to be pressed with a predetermined input load on at least one side of a semiconductor module having a semiconductor element therein,
The cooler includes a first cooling unit in which a first cooling pin fin is erected on a first base, and a tip of the second cooling pin fin against the tip of the first cooling pin fin. A second cooling unit erected to contact,
The first cooling unit and the second cooling unit are disposed to face each other to form a refrigerant flow path,
The front end surface of the first cooling pin fin and the front end surface of the second cooling pin fin that come into contact with each other according to the input load to the first cooling pin fin and / or the second cooling pin fin support the input load. However, the first base that contacts with the one side surface of the semiconductor module is deformed along the one side surface of the semiconductor module.
この半導体素子の冷却装置において、第１の冷却ピンフィンの先端面と第２の冷却ピンフィンの先端面とが、第１の冷却ピンフィン及び/又は前記第２の冷却ピンフィンへの入力荷重に応じて当接する。そして、第１の冷却ピンフィンの先端面と第２の冷却ピンフィンの先端面とが入力荷重を支持しつつ相対変位する。その変位に伴って、半導体モジュールの一側面に接する第１のベースは、半導体モジュールの一側面に倣って変形する。その結果として、半導体モジュールと第１のベースとの隙間を可能な限り低減させることができる。さらに、各冷却ピンフィンの高さが製造誤差により不均一になっても、第１の冷却ピンフィンの先端面と第２の冷却ピンフィンの先端面とを確実に面接触させることができるので、効率の良い熱伝達を達成させることができる。 In this semiconductor element cooling device, the front end surface of the first cooling pin fin and the front end surface of the second cooling pin fin are applied in accordance with the input load to the first cooling pin fin and / or the second cooling pin fin. Touch. Then, the front end surface of the first cooling pin fin and the front end surface of the second cooling pin fin are relatively displaced while supporting the input load. With the displacement, the first base in contact with one side surface of the semiconductor module is deformed following the one side surface of the semiconductor module. As a result, the gap between the semiconductor module and the first base can be reduced as much as possible. Furthermore, even if the height of each cooling pin fin becomes non-uniform due to a manufacturing error, the tip surface of the first cooling pin fin and the tip surface of the second cooling pin fin can be reliably brought into surface contact with each other. Good heat transfer can be achieved.
また、前記半導体モジュールの前記一側面と前記第１のベースとの間にグリースが充填されている。
半導体モジュールと冷却器との間に空気の隙間を作ることが好ましくない場合、この隙間にグリースを介在させると、熱伝達特性は改善する。しかし、グリース自体はそもそも熱抵抗値が高いので、グリースはできるだけ少なくするのが望ましい。そこで、余分なグリースを前述した入力荷重によって押し出しながら、グリースを可能な限り薄い塗布状態にするにあたって、本発明は、最適であると言える。
In addition, grease is filled between the one side surface of the semiconductor module and the first base.
If it is not preferable to create an air gap between the semiconductor module and the cooler, heat transfer characteristics are improved by interposing grease in the gap. However, since the grease itself has a high thermal resistance value, it is desirable to reduce the amount of grease as much as possible. Therefore, it can be said that the present invention is optimal for applying the grease as thin as possible while extruding excess grease by the input load described above.
また、前記第１の冷却ピンフィンの前記先端面と前記第２の冷却ピンフィンの前記先端面は、それぞれテーパー面として形成され、一方の前記テーパー面と他方の前記テーパー面とが面接触している。
このような構成を採用すると、一方の冷却ピンフィンのテーパー面と他方の冷却ピンフィンのテーパー面とを、入力荷重が印加された状態で面接触させているので、この面接触部分で摩擦抵抗を発生させることができる。このことにより、冷却ピンフィンに、前述した入力荷重に対する反力を適切に発生させることできる。そして、この反力が、第１のベースを半導体モジュールの表面に押し付ける際の適切な押し付け力の調整として機能することになる。さらに、テーパー面の角度を変えることにより、反力の発生を適切に調整することができる。このことは、第１のベースの厚みや材質に応じた設計変更を容易にすることができる。
Further, the tip surface of the first cooling pin fin and the tip surface of the second cooling pin fin are each formed as a tapered surface, and the one tapered surface and the other tapered surface are in surface contact. .
If such a configuration is adopted, the taper surface of one cooling pin fin and the taper surface of the other cooling pin fin are brought into surface contact with an input load applied, so that frictional resistance is generated at this surface contact portion. Can be made. Thus, the reaction force against the input load described above can be appropriately generated in the cooling pin fin. This reaction force functions as an adjustment of an appropriate pressing force when pressing the first base against the surface of the semiconductor module. Furthermore, reaction force generation can be adjusted appropriately by changing the angle of the tapered surface. This can facilitate the design change according to the thickness and material of the first base.
また、前記第１の冷却ピンフィンの前記先端面と前記第２の冷却ピンフィンの前記先端面の少なくとも一方は、曲面として形成されている。
このような構成を採用すると、一方の冷却ピンフィンの先端面と他方の冷却ピンフィンの先端面との接触面積を小さくすることができる。テーパー面同士の場合、テーパー面に凹凸があると摩擦力が大きくなり過ぎ半導体モジュールの反りや撓みの形状に倣って第１のベースが変形できない可能性もあり得る。このような場合に、一方の冷却ピンフィン先端面をより滑らかな形状にすることでそう言った懸念を払拭することができる。
Further, at least one of the tip surface of the first cooling pin fin and the tip surface of the second cooling pin fin is formed as a curved surface.
When such a configuration is employed, the contact area between the front end surface of one cooling pin fin and the front end surface of the other cooling pin fin can be reduced. In the case of the tapered surfaces, if the tapered surfaces are uneven, the frictional force becomes too large, and there is a possibility that the first base cannot be deformed following the shape of warping or bending of the semiconductor module. In such a case, such a concern can be eliminated by making one cooling pin fin tip surface into a smoother shape.
また、前記ベースは、アルミ材により形成され、前記半導体モジュールの表面には、放熱板と電気絶縁板と樹脂シートとの何れかが配置されている。
このような構成にあって、樹脂シートを利用する場合には、グリースを利用してもよいが、樹脂シートに密着性の高い材質を適用した場合には、グリースを要しない。グリースを利用しないことで、グリース自体がもつ高い熱抵抗値を考慮しなくてもよくなる。さらに、定形性をもたないグリースを利用しないので、半導体モジュール間に冷却器を挟み込んで積み上げるような組立て作業性が良好になる。
The base is formed of an aluminum material, and any of a heat radiating plate, an electric insulating plate, and a resin sheet is disposed on the surface of the semiconductor module.
In such a configuration, when a resin sheet is used, grease may be used. However, when a material having high adhesion is applied to the resin sheet, no grease is required. By not using grease, it is not necessary to consider the high thermal resistance value of the grease itself. Further, since grease having no fixed form is not used, the assembly workability such that a cooler is sandwiched between the semiconductor modules and stacked is improved.
本発明によれば、半導体モジュール側から冷却器側に良好に熱伝達を行うことができる。 According to the present invention, heat transfer can be favorably performed from the semiconductor module side to the cooler side.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る半導体モジュールの冷却装置の好適な実施形態について詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a cooling device for a semiconductor module according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
［第１の実施形態］
図１に示されるように、半導体モジュール２の冷却装置１は、例えばハイブリッド車、電気自動車などの電動車両のインバータに利用されている。冷却装置１は、インバータ回路を構成する電子部品として利用されている半導体素子Ｓを冷却する。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, a
このような半導体素子Ｓは、パワーモジュールと呼ばれる半導体モジュール２内に封入されている。この半導体モジュール２において、スッチング動作を行う半導体素子Ｓはセラミックスなどの電気絶縁板３で挟み込まれている。そして、各電気絶縁板３の外面には、熱伝導率の良い例えば銅製の放熱板４が配置されている。
Such a semiconductor element S is enclosed in a
半導体モジュール２は、半導体素子Ｓと電気絶縁板３と放熱板４とが、主たる構成要素になっている。図示しないが、半導体モジュール２は、樹脂によってモールドされ、半導体素子Ｓと電気絶縁板３と放熱板４との一体化が図られている。
The
このような半導体モジュール２の両面からは放熱板４が露出する。各放熱板４の表面(側面)には、熱伝導率の良好な材料(例えばアルミ材)からなる冷却器６が所定の入力荷重Ｂで押圧されて配置されている。この冷却器６は、半導体モジュール２の放熱板４側に位置する第１の冷却部１０と、第１の冷却部１０に対向して配置されると共に、第１の冷却部１０に対して接触状態が維持されている第２の冷却部２０と、からなる。
The
第１の冷却部１０は、半導体モジュール２側に位置する薄い板状の第１のベース１１と、第１のベース１１上に立設された第１の冷却ピンフィン１２と、を有している。第１の冷却ピンフィン１２は、この第１のベース１１上で格子状に整列していると共に、第１のベース１１と一体的に成形されている。そして、第２の冷却部２０は、第１の冷却部１０に対向して配置されている。
The
この第２の冷却部２０は、薄い板状の第２のベース２１と、第２のベース２１上に立設された第２の冷却ピンフィン２２と、を有している。第２の冷却ピンフィン２２は、この第２のベース２１上で格子状に整列していると共に、第２のベース２１と一体的に成形されている。また、第２の冷却ピンフィン２２は、第１の冷却ピンフィン１２の立設方向に整列して延在している。そして、第２の冷却部２０は、第１の冷却部１０と同一の形状をなしており、部品の共通化を図っている。
The
このように構成された第１の冷却部１０の第１の冷却ピンフィン１２と第２の冷却部２０の第２の冷却ピンフィン２２とは、先端面１２ａ，２２ａ同士が加圧接触され、第１及び第２の冷却ピンフィン１２，２２間で熱伝導性が高められている。そして、第１の冷却ピンフィン１２と第２の冷却ピンフィン２２とが連結された状態において、林立する第１の冷却ピンフィン１２間の隙間や林立する第２の冷却ピンフィン２２間の隙間を冷媒(例えば水)が流動することにより、半導体モジュール２が冷却される。
The first
半導体モジュール２は、一対の第１の冷却部１０で挟まれている。一方の第１の冷却部１０(１０Ａ)の第１のベース１１は、半導体モジュール２の一方の放熱板４に当接し、他方の第１の冷却部１０(１０Ｂ)の第１のベース１１は、半導体モジュール２の他方の放熱板４に当接する。この場合、放熱板４に対して第１のベース１１を完全に密着させることが難しいので、放熱板４と第１のベース１１との間で、密着し切れなかった隙間を埋めるために、熱伝導特性をもったグリースＧが充填されている。
The
これに対し、一方の第１の冷却部１０(１０Ａ)の外側は、一方の第２の冷却部２０(２０Ａ)が配置され、他方の冷却部１０(１０Ｂ)の外側にも他方の第２の冷却部２０(２０Ｂ)が配置されている。よって、冷却器６は、半導体モジュール２の一面側において、第１の冷却部１０Ａと第２の冷却部２０Ａとで構成され、半導体モジュール２の他面側において、第１の冷却部１０Ｂと第２の冷却部２０Ｂとで構成されている。
On the other hand, one second cooling unit 20 (20A) is arranged outside the first cooling unit 10 (10A), and the other second cooling unit 10 (10B) is also outside the other second cooling unit 10 (10B). The cooling unit 20 (20B) is arranged. Therefore, the
そして、一方の第１の冷却部１０Ａの第１のベース１１と他方の第１の冷却部１０Ｂの第１のベース１１とで半導体モジュール２は挟まれ、その結果、半導体モジュール２は、一対の冷却器６で挟まれることになる。このような構成により、半導体モジュール２内の半導体素子Ｓを効率良く確実に冷却することができる。
The
さらに、半導体モジュール２を外側から包むようにして、冷媒通路Ａが設けられている。冷媒通路Ａを構成する冷媒配管３０は、上下方向において複数に分割されている。
Further, a coolant passage A is provided so as to wrap the
冷媒配管３０の内側の壁部３１は、半導体モジュール２を包囲するように、一方の第１の冷却部１０Ａの第１のベース１１と他方の第１の冷却部１０Ｂの第１のベース１１とに架け渡されている。冷媒配管３０の外側の壁部３２は、半導体モジュール２及び冷却器６の周囲を覆って、上下方向に延在している。なお、冷媒配管３０は、分割構造になっており、部品の公差によって隙間が発生するので、連結部分にシール材（ガスケットなど）３３を配置している。なお、シール材３３に代えて溶接を適用してもよい。
The
前述した冷却装置１において、冷却水は、冷媒配管３０の流入口３０ａから導入され、林立する第１の冷却ピンフィン１２間の隙間や林立する第２の冷却ピンフィン２２間の隙間を通って流出口３０ｂから排出される。このような水の流れによって、半導体モジュール２は冷却される。
In the
ここで、冷却水によって冷却が必要な半導体モジュール２を製造するにあたって、半導体モジュール２の表面側で、外部に露出している放熱板４に、反りや撓みが発生する場合がある。
Here, when manufacturing the
このような変形状態の放熱板４に冷却器６を密着させる対策として、互いに当接する第１及び第２の冷却ピンフィン１２，２２の先端面１２ａ，２２ａは、第２の冷却ピンフィン２２側から第１の冷却ピンフィン１２に向かって加えられた入力荷重Ｂに応じて第１の冷却ピンフィン１２と第２の冷却ピンフィン２２とが当接状態を維持しながら、異なる方向へ相対変位する。
As a measure for bringing the
その変位に伴って、第１のベース１１は、入力荷重Ｂによって半導体モジュール２の表面側に配置された放熱板４に倣って変形する。この変形を可能にするために、第１のベース１１は、入力荷重Ｂを考慮した薄さが適宜採用される。なお、この入力荷重Ｂは、半導体モジュール２と冷却器６とを上方から下方に向かって積層方向で加圧する圧縮機構（例えば板バネや圧縮コイルバネ）３４によって達成されている。そして、前述した入力荷重Ｂにより、第１及び第２の冷却ピンフィン１２，２２に多少の撓みが発生する場合もある。この発生した撓みによって、第１及び第２の冷却ピンフィン１２，２２を通して反発力が第１のベース１１へ伝わる。この反発力がグリースＧを押し出す力となる。
Along with the displacement, the
図２に示されるように、第１の冷却ピンフィン１２と第２の冷却ピンフィン２２とは、立設方向において直線的に整列する。そして、第１の冷却ピンフィン１２の先端面１２ａと第２の冷却ピンフィン２２の先端面２２ａは、それぞれテーパー面として形成され、第１のテーパー面１２ａと第２のテーパー面２２ａとは面接触している。
As shown in FIG. 2, the first
この状態で、入力荷重Ｂが印加されると、図３に示されるように、第１のテーパー面１２ａと第２のテーパー面２２ａとの面接触部分で摩擦抵抗が発生する。そして、実際上、第１のテーパー面１２ａと第２のテーパー面２２ａとの面接触状態を維持しながら、第１の冷却ピンフィン１２及び第２の冷却ピンフィン２２は傾く。このことにより、第１及び第２の冷却ピンフィン１２，２２に、入力荷重Ｂに対する反力Ｃを適切に発生させることできる。そして、この反力Ｃが、第１のベース１１を半導体モジュール２の表面に押し付ける際の適切な押し付け力の調整として機能することになる。
When the input load B is applied in this state, a frictional resistance is generated at the surface contact portion between the first
なお、テーパー面１２ａ，２２ａの角度を変えることにより、摩擦抵抗や反力Ｃの発生を適切に調整することができる。このことは、第１のベース１１の厚みや材質に応じた設計変更を容易にする。また、第１及び第２の冷却ピンフィン１２，２２の撓みは、冷却ピンフィン１２，２２の断面形状、断面積、長さによって変わることは言うまでもない。冷却ピンフィン１２，２２の断面形状は、円形に限らず、矩形であってもよい。
Note that the frictional resistance and the reaction force C can be appropriately adjusted by changing the angles of the
図１及び図４に示されるように、この半導体素子Ｓの冷却装置において、第１の冷却部１０の第１のベース１１は、第２の冷却ピンフィン２２側から第１の冷却ピンフィン１２に向かって印加された入力荷重Ｂにより、放熱板４の反りや撓みに倣うように変形する。その結果として、半導体モジュール２の放熱板４と第１の冷却部１０の第１のベース１１との隙間Ｄを可能な限り低減させることができる。
As shown in FIG. 1 and FIG. 4, in the cooling device for the semiconductor element S, the
そして、この隙間Ｄを埋めるために、熱伝導性を有るグリースＧが充填されている。半導体モジュール２と冷却器６との間に空気の隙間Ｄを作ることが好ましくない場合、この隙間ＤにグリースＧを介在させると、熱伝達特性は改善する。しかし、グリースＧ自体はそもそも熱抵抗値が高いので、グリースＧはできるだけ少なくするのが望ましい。そこで、余分なグリースＧを前述した入力荷重Ｂによって押し出しながら、グリースＧを可能な限り薄い塗布状態にするにあたって、前述した第１の冷却ピンフィン１２の先端面１２ａと第２の冷却ピンフィン２２の先端面２２ａを、それぞれテーパー面にするのが適切である。
In order to fill the gap D, grease G having thermal conductivity is filled. When it is not preferable to create an air gap D between the
このような先端面すなわちテーパー面１２ａ，２２ａは、第２の冷却ピンフィン２２側から第１の冷却ピンフィン１２に向かって加えられた入力荷重Ｂに応じて当接する。そして、第１の冷却ピンフィン１２の先端面１２ａと第２の冷却ピンフィン２２の先端面２２ａとが入力荷重Ｂを支持しつつ相対変位する。その変位に伴って、半導体モジュール２に接する第１のベース１１は、半導体モジュール２に倣って変形する。その結果、第１のベース１１を、放熱板４の反りや撓みに応じて確実に追従つまり変形させることができる。
Such tip surfaces, that is, the tapered surfaces 12 a and 22 a abut on each other according to the input load B applied from the second
このように、上述した入力荷重Ｂにより、第１の冷却ピンフィン１２と第２の冷却ピンフィン２２とが当接状態を維持しながら変位する。さらに、各冷却ピンフィン１２，２２の高さが製造誤差により不均一になっても、第１の冷却ピンフィン１２の先端面１２ａと第２の冷却ピンフィン２２の先端面２２ａとを確実に面接触させることができるので、効率の良い熱伝達を達成させることができる。
As described above, the first
ここで、図１は、冷却装置１において最下段の半導体モジュール２のみを示している。しかしながら、実際上、半導体モジュール２は、上下方向に複数段、例えば４〜６段が積層されており、半導体モジュール２間には、冷却器６がそれぞれ介挿されている。実施形態中の説明は１個の半導体モジュール２に着目しており、冷却器６に関しては、半導体モジュール２側を「第１の冷却ピンフィン１２」とし、これに対向するものを「第２の冷却ピンフィン２２」として説明している。半導体モジュール２と冷却器６とが交互に多段に積層されている場合であっても、一個の半導体モジュール２に着目すると、「第１の冷却ピンフィン１２」と「第２の冷却ピンフィン２２」の関係が維持されることは言うまでもない。
Here, FIG. 1 shows only the
積み上げられた半導体モジュール２及び冷却器６には、最上部から圧縮機構（例えば板バネや圧縮コイルバネ）３４により入力荷重Ｂが印加されている。そして、最下部に配置された冷却器６の第２のベース２１は、台座Ｆに設置されている。この台座Ｆは、中空又は中実のアルミブロックなどである。また、第１の冷却ピンフィン１１及び/又は第２の冷却ピンフィン２２への入力荷重Ｂに応じて、第１の冷却ピンフィン１２の先端面１２ａと第２の冷却ピンフィン２２の先端面２２ａとは当接状態が維持されている。
An input load B is applied to the
［第２の実施形態］
第２の実施形態を説明するにあたって、第１の実施形態と同一又は同等な構成部分については、同一符号を付し、重複する説明を省略する。
[Second Embodiment]
In describing the second embodiment, components that are the same as or equivalent to those in the first embodiment are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
図５及び図６に示されるように、第１の実施形態と異っているのは、半導体モジュールの構成である。第２の実施形態に係る冷却装置４０に適用される半導体モジュール４２において、半導体素子Ｓは銅製の放熱板４３で挟まれ、その外側をセラミックスからなる電気絶縁板４４で挟み込んでいる。そして、電気絶縁板４４と放熱板４３との間には、グリースＧ１が充填され、電気絶縁板４４と第１のベース１１との間にもグリースＧ２が充填されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the configuration of the semiconductor module is different from the first embodiment. In the
電気絶縁板４４をセラミックスなどのヤング率が高い材質で成形した場合でも、半導体モジュール４２の製造時において電気絶縁板４４に反りや撓みが発生するから、前述した冷却器６の構成は効果的である。特に、小型化を図るために、電気絶縁板４４を薄くするような場合には、電気絶縁板４４に反りや撓みが発生し易くなるから、前述した冷却器６の構成は、より効果的であると言える。
Even when the electrical insulating
図７に示されるように、他の半導体モジュール５２にあっては、前述した電気絶縁板４４に代えて、樹脂シート５３が利用される。この場合、樹脂シート５３の表面にグリースＧを適用してもよいが、樹脂シート５３に密着性の高い材質を採用する場合には、グリースＧを要しない。グリースＧを利用しないことで、グリースＧ自体がもつ高い熱抵抗値を考慮しなくてもよくなる。さらに、定形性をもたないグリースＧを利用しないので、半導体モジュール５２間に冷却器６を挟み込むような組み立てを行う際の積み上げ作業性が良好になる。
As shown in FIG. 7, in another
樹脂シート５３を密着させるには加熱しながら加圧しなければならないが、前述した入力荷重Ｂが利用されると、樹脂シート５３の密着に際して前述した冷却器６の構成が効果的に作用する。
In order to bring the
本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、下記のような種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications as described below are possible without departing from the gist of the present invention.
図８に示されるように、第１の冷却部６０において第１の冷却ピンフィン６１の先端面６１ａをテーパー面として形成し、第２の冷却部６２において第２の冷却ピンフィン６３の先端面６３ａを湾曲面として形成してもよい。このような構成を採用すると、第１の冷却ピンフィン６１の先端面６１ａと第２の冷却ピンフィン６３の先端面６３ａとの接触面積を小さくすることができる。
As shown in FIG. 8, the front end surface 61 a of the first
前述したテーパー面１２ａ，２２ａ同士の場合、テーパー面１２ａ，２２ａに凹凸があると摩擦力が大きくなり過ぎ半導体モジュール２，４２，５２の反りや撓みの形状に倣って第１のベース１１が変形できない可能性もあり得る。このような場合に、第２の冷却ピンフィン６３の先端面６３ａをより滑らかな形状にすることでそう言った懸念を払拭することができる。
In the case of the
図９に示されるように、第１の冷却部７０において第１の冷却ピンフィン７１の先端面７１ａを湾曲面として形成し、第２の冷却部７２において第２の冷却ピンフィン７３の先端面７３ａも湾曲面として形成してもよい。このような構成を採用すると、第１の冷却ピンフィン７１の先端面７１ａと第２の冷却ピンフィン７３の先端面７３ａとの接触面積を小さくすることができる。よって、図８に示された構造に比して、摩擦力の更なる低減を可能にする。
As shown in FIG. 9, the front end surface 71 a of the first
原則として、本発明は、第１の冷却ピンフィン１２，６１，７１と第２の冷却ピンフィン２２，６３，７３の組み合わせにおいて第１のベース１１を変形させる構造を採用する。第１の冷却ピンフィン１２，６１，７１と第２の冷却ピンフィン２２，６３，７３の組み合わせで適切な滑りが発生する構造にすると、半導体モジュール２，４２，５２の表面の反りや撓み形状に、第１のベース１１が倣い難くなるような事態を回避させることができる。これによって、熱抵抗の大きなグリースＧ，Ｇ１，Ｇ２が厚く残る部分が出来ることで放熱性能が悪化するような事態も回避される。
In principle, the present invention employs a structure in which the
また、冷却器６の材質は、アルミに限られない。例えば銅を利用した場合、腐食を考慮してNiメッキなどが必要である。材質としては熱伝導が高く、安価な材料が望ましい。半導体モジュール２，４２，５２との組み合わせによっては、線膨張係数を半導体モジュール２，４２，５２に合わせてモリブデン（Mo）などであってもよい。
The material of the
冷却装置に関しては、半導体モジュール２，４２，５２の一側面にのみ冷却器６を配置させた構成であってもよい。
The cooling device may be configured such that the
１，４０…冷却装置
２，４２，５２…半導体モジュール
４…放熱板
６…冷却器
１０，６０，７０…第１の冷却部
１１…第１のベース
２１…第２のベース
１２，６１，７１…第１の冷却ピンフィン
１２ａ…テーパー面(先端面)
２０，６２，７２…第２の冷却部
２２，６３，７３…第２の冷却ピンフィン
２２ａ…テーパー面(先端面)
５３…樹脂シート
６１ａ，６３ａ，７１ａ，７３ａ…先端面
Ａ…流路
Ｂ…入力荷重
Ｃ…反力
Ｄ…隙間
Ｇ，Ｇ１，Ｇ２…グリース
Ｓ…半導体素子
DESCRIPTION OF
20, 62, 72...
53 ...
Claims (5)
前記冷却器は、第１のベースに第１の冷却ピンフィンが立設された第１の冷却部と、第２のベースに第２の冷却ピンフィンの先端が前記第１の冷却ピンフィンの先端に当接するよう立設された第２の冷却部とを備え、
前記第１の冷却部と前記第２の冷却部は、冷媒流路を形成するために相互に対向して配置され、
前記第１の冷却ピンフィン及び/又は前記第２の冷却ピンフィンへの入力荷重に応じて当接する前記第１の冷却ピンフィンの先端面と前記第２の冷却ピンフィンの先端面とが前記入力荷重を支持しつつ相対変位し、この変位に伴って、前記半導体モジュールの前記一側面に接する前記第１のベースは、前記半導体モジュールの前記一側面に倣って変形することを特徴とする半導体モジュールの冷却装置。 A cooling device for a semiconductor module, comprising a cooler arranged to be pressed with a predetermined load on at least one side surface of a semiconductor module having a semiconductor element therein,
The cooler includes a first cooling unit in which a first cooling pin fin is erected on a first base, and a tip of the second cooling pin fin against the tip of the first cooling pin fin. A second cooling unit erected to contact,
The first cooling unit and the second cooling unit are disposed to face each other to form a refrigerant flow path,
The front end surface of the first cooling pin fin and the front end surface of the second cooling pin fin that come into contact with each other according to the input load to the first cooling pin fin and / or the second cooling pin fin support the input load. The semiconductor module cooling device, wherein the first base contacting the one side surface of the semiconductor module is deformed following the one side surface of the semiconductor module. .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013269813A JP2015126117A (en) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | Cooling device for semiconductor module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013269813A JP2015126117A (en) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | Cooling device for semiconductor module |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2015126117A true JP2015126117A (en) | 2015-07-06 |
Family
ID=53536626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2013269813A Pending JP2015126117A (en) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | Cooling device for semiconductor module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2015126117A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018060861A (en) * | 2016-10-03 | 2018-04-12 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor lamination unit |
-
2013
- 2013-12-26 JP JP2013269813A patent/JP2015126117A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018060861A (en) * | 2016-10-03 | 2018-04-12 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor lamination unit |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2003691B1 (en) | Base for power module | |
| US9059145B2 (en) | Power module, method for manufacturing power module, and molding die | |
| JP6286543B2 (en) | Power module device, power conversion device, and method of manufacturing power module device | |
| JP4737294B2 (en) | Heat dissipation device, power module, and method of manufacturing heat dissipation device | |
| JP3170757U (en) | Heat dissipation device | |
| US9870974B2 (en) | Power conversion apparatus including wedge inserts | |
| JP2012184913A (en) | Radiation device and assembling method of the same | |
| JP2010135697A (en) | Lamination module structure | |
| JP2010140969A (en) | Stacked module structure | |
| JPWO2015194023A1 (en) | Power module device and power conversion device | |
| JP5212125B2 (en) | Power device heat sink | |
| JP2004006717A (en) | Power semiconductor device | |
| JP2015126117A (en) | Cooling device for semiconductor module | |
| JP2008124187A6 (en) | Power module base | |
| JP4535004B2 (en) | Double-sided cooling type semiconductor device | |
| US20070277962A1 (en) | Two-phase cooling system for cooling power electronic components | |
| JP6641858B2 (en) | Thermoelectric conversion module, thermoelectric converter, and method of manufacturing thermoelectric conversion module | |
| JP5164793B2 (en) | Power semiconductor device | |
| JP6119419B2 (en) | Power converter | |
| WO2024009614A1 (en) | Semiconductor device | |
| WO2021085006A1 (en) | Power semiconductor device and method for manufacturing power semiconductor device | |
| JP2015153869A (en) | Cooler with insulating layer, manufacturing method of the same, and power module with cooler | |
| JP4193633B2 (en) | Semiconductor cooling unit | |
| JP2019047087A (en) | Stacked heat exchanger | |
| WO2024009584A1 (en) | Semiconductor cooling device, power conversion device, and method for production of semiconductor cooling device |