JP6341285B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
第1回路基板及び第2回路基板と、前記第1回路基板上に搭載された第1半導体素子及び前記第2回路基板上に搭載された第2半導体素子と、前記第1回路基板及び第2回路基板が搭載され、前記第1半導体素子及び第2半導体素子を冷却する冷却器と、を備える半導体装置である。冷却器は、第1面及び該第1面に対向する第2面を備え、前記第1面に該第1回路基板及び第2回路基板が接合された放熱部と、前記第2面に設けられたフィンと、第1の側壁及び前記第1の側壁に対向する第2の側壁を備え、前記フィンを収容するとともに前記該放熱部に接続されたケースと、前記第1の側壁に設けられた、冷却液の導入部及び該第2の側壁に設けられた排出部と、前記導入部に接続し、前記第1の側壁の内面に沿って形成された導入路と、前記排出部に接続し、前記第2の側壁の内面に沿って形成された排出路と、前記導入路と該排出路との間の、前記フィンが収容される位置に形成された冷却用流路と、を有している。前記導入部が前記ケースの側壁に取り付けられ、前記導入部の開口の高さが前記導入路の高さよりも高く、前記導入路と前記導入部との接続部に、前記冷却用流路に向かって傾斜する傾斜面を有している。また、前記導入路及び前記排出路は互いに非対称な平面形状を有している。また、前記導入路と前記導入部との接続部が、前記冷却器上に配置された前記第2回路基板直下の前記冷却用流路に対向する。また、前記排出路と前記排出部との接続部が、前記冷却器上に配置された前記第1回路基板直下の前記冷却用流路に対向している。
図1は本発明の半導体装置の一実施形態である、半導体モジュールの一例の外観を示す斜視図である。図2(a)は、図1の半導体モジュールをIIa−IIa線矢視断面で示す模式図であり、図2(b)は、図2(a)の拡大部分模式図である。
各回路素子部11A〜11F、12A〜12Fは、例えば、いずれも回路基板13上に2種類の半導体素子14、15を2個ずつ、計4個搭載した構成を有する。回路基板13は、図2(b)で分かるように、絶縁板13aの両面に導体層13b、13cが形成された構成である。
接続部271が、第1の傾斜面271aを有することにより、導入部27から導入された冷却液は、第1の傾斜面271aに沿って流れ、この流動方向の流路断面積が次第に減少されつつ導入路24及び冷却用流路26に導かれる。
接続部281が、第1の傾斜面281aを有することにより、冷却用流路26から排出路25を通した冷却液は、第1の傾斜面281aに沿って流れ、排出部28に向かう。
導入路24と排出路25とが互いに異なる、換言すれば非対称な平面形状を有していることから、圧力損失に有効に寄与している。
このように、接続部271の軸線が、回路基板13直下の部分の冷却用流路26に対向するとともに、接続部281の軸線が、回路基板13直下の部分の冷却用流路26に対向する冷却器20により、冷却効率を向上できる。
次に、本発明の実施形態2の半導体装置について説明する。本実施形態の半導体装置は、実施形態1の半導体装置における接続部271及び接続部281の形状を除いて、実施形態1の半導体装置と同様の構成を有している。したがって、以下では接続部271及び接続部281の形状について説明する。また、実施形態1の半導体装置を説明した図5及び図7に記載された部材及びその部分と同一の機能を有する部材、部分については同一の符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。
次に、本発明の実施形態3の半導体装置について説明する。本実施形態の半導体装置は、実施形態1の半導体装置における冷却用流路26の構成を除いて、実施形態1の半導体装置と同様の構成を有している。したがって、以下では本実施形態の冷却用流路26の構成を説明する。
次に、本発明の実施形態4の半導体装置について図11を用いて説明する。本実施形態の半導体装置は、実施形態3の半導体装置における導入部27側の接続部271の第1の傾斜面271aが、図9に示したように導入路24の底面側に延びた形状を有し、かつ、第2の傾斜面271bを有している。排出部28側についても同様である。それ以外の構成は、実施形態3の半導体装置と同様の構成を有している。
比較例1の冷却器は、図13に示すケース122を備えている。具体的には、ケース122に設けられた導入路24と導入部27との接続部271が、ケース22の長手方向の側壁22b3よりもケース22の短手方向外側の位置に設けられた例である。
実施例2の冷却器は、図5に示したケース22を備えている。
実施例4の冷却器20は、図15に接続部271近傍の拡大図を示すように、第2の傾斜面271b、281bを有し、かつ、第2の傾斜面271b、281bを形成するための面取り長さが5mmである例である。面取り長さの相違の他は、次に説明する実施例5と同様のケース22を備えている。
実施例5の冷却器20は、図11に示す冷却器20のケース22を備えている。具体的には、図9に接続部271近傍の拡大図を示すように、当該第2の傾斜面271b、281bを有し、かつ、第2の傾斜面271b、281bを形成するための面取り長さが10mmである例である。
本発明の実施形態5の半導体装置である半導体モジュール3の斜視図を図19に示す。図19に示した半導体モジュールは、冷却液の導入部37及び排出部38が、冷却器30の底壁に設けられた例である。図の矢印は冷却液の流れる方向を示す。
また、図20(a)は、図19の半導体モジュールをXXa−XXa線矢視断面で示す模式図であり、図20(b)は、図20(a)の拡大部分模式図である。
導入路34および排出路35の長手方向は、冷却用流路36の長手方向とほぼ直交している。
本実施形態の半導体モジュール3は、導入部37や排出部38が冷却器30の底壁に設けられた、薄型の冷却器における圧力損失を低減することができる。
本発明の実施形態6の半導体装置である半導体モジュール4の分解斜視図を図23に示す。本実施形態の半導体モジュール4は、放熱基板41と、仕切り42cを有するケース42と、ブレードフィン43とをそれぞれ別個に用意し、それらを接合してなる。好適な接合には、前述した摩擦攪拌接合法がある。
本発明の実施形態7の半導体装置である半導体モジュール5の分解斜視図を図24に示す。本実施形態の半導体モジュール5は、放熱基板とフィンとを兼ねる2枚の多穴板53と、ケース52と、仕切り部材52cとをそれぞれ別個に用意し、それらを接合してなる。多穴板53は、押し出し成形により成形することができる。また、多穴板53とケース52との好適な接合には、前述した摩擦攪拌接合法がある。
本発明の実施形態8の半導体装置である半導体モジュール6の分解斜視図を図25に示す。本実施形態の半導体モジュール6は、薄い放熱基板61と、コルゲートフィン63と、ケース62と、仕切り部材62cとをそれぞれ別個に用意し、それらをろう付けにより接合してなる。本実施形態の半導体モジュール6は、薄い放熱基板61が用いられ、ろう付けにより冷却器が作製されるから、冷却器の厚さを薄くすることができ、また作製が簡便で低コストという利点がある。
実施形態6〜8の半導体モジュール4〜6は、これらの半導体モジュールの冷却器を作製する際の部材が相違するが、組み立てられた冷却器は実施形態5の構成を具備し、実施形態5の構成により得られる効果を有している。
11A〜11F、12A〜12F 回路素子部
13 回路基板
13a 絶縁板
13b、13c 導体層
14、15 半導体素子
16、17 接合層
20、30 冷却器
21、31、41、61 放熱基板(放熱部)
22、32 ケース
23、33 フィン
24、34 導入路
25、35 排出路
26、36 冷却用流路
27、37 導入部
271、371 接続部
28、38 排出部
281、381 接続部
71、72 インバータ回路
73、74 三相交流モータ
C クリアランス
Claims (14)
- 第1回路基板及び第2回路基板と、前記第1回路基板上に搭載された第1半導体素子及び前記第2回路基板上に搭載された第2半導体素子と、前記第1回路基板及び第2回路基板が搭載され、前記第1半導体素子及び第2半導体素子を冷却する冷却器と、を備える半導体装置であって、
前記冷却器が、
第1面及び該第1面に対向する第2面を備え、前記第1面に該第1回路基板及び第2回路基板が接合された放熱部と、
前記第2面に設けられたフィンと、
第1の側壁及び前記第1の側壁に対向する第2の側壁を備え、前記フィンを収容するとともに前記該放熱部に接続されたケースと、
前記第1の側壁に設けられた、冷却液の導入部及び該第2の側壁に設けられた排出部と、
前記導入部に接続し、前記第1の側壁の内面に沿って形成された導入路と、
前記排出部に接続し、前記第2の側壁の内面に沿って形成された排出路と、
前記導入路と該排出路との間の、前記フィンが収容される位置に形成された冷却用流路と、を備え、
前記導入部が前記ケースの側壁に取り付けられ、前記導入部の開口の高さが前記導入路の高さよりも高く、前記導入路と前記導入部との接続部に、前記冷却用流路に向かって傾斜する傾斜面を有し、
前記導入路及び前記排出路は互いに非対称な平面形状を有し、かつ、前記導入路と前記導入部との接続部が、前記冷却器上に配置された前記第2回路基板直下の前記冷却用流路に対向するとともに、前記排出路と前記排出部との接続部が、前記冷却器上に配置された前記第1回路基板直下の前記冷却用流路に対向することを特徴とする半導体装置。 - 前記導入部と前記導入路との接続部に、接続部の底面から導入路の長手方向に傾斜した傾斜面を更に有する請求項1記載の半導体装置。
- 前記導入路が、導入路の下流側に行くに従って流路幅が漸減する形状に形成された請求項1記載の半導体装置。
- 前記排出部が前記ケースの側壁に取り付けられ、前記排出部の開口の高さが前記排出路の高さよりも高く、前記排出路と前記排出部との接続部に、前記冷却用流路に向かって傾斜する傾斜面を有する請求項1記載の半導体装置。
- 前記排出部と前記排出路との接続部に、接続部の底面から排出路の長手方向に傾斜した傾斜面を更に有する請求項4記載の半導体装置。
- 前記冷却用流路の長さが、前記導入路及び前記排出路の長さよりも長い請求項1記載の半導体装置。
- 前記導入部が前記ケースの底壁に取り付けられた請求項1記載の半導体装置。
- 前記導入路が、前記排出路よりも大きい請求項7記載の半導体装置。
- 前記導入部と前記導入路との接続部に、前記導入部と略同心の円弧状側壁を有する請求項7記載の半導体装置。
- 前記排出部と前記排出路との接続部に、前記排出部から偏心した円弧状側壁を有する請求項7記載の半導体装置。
- 前記冷却用流路の長さが、前記導入路及び前記排出路の長さよりも長い請求項7記載の半導体装置。
- 前記放熱部が放熱基板であり、前記放熱基板と前記ケースとが、金属的に接合されてなる請求項1又は7記載の半導体装置。
- 前記放熱部と前記フィンとが、一体的に成形されてなる請求項1又は7記載の半導体装置。
- 前記放熱部が放熱基板であり、前記放熱基板と前記フィンと前記ケースとが、ろう付けにより一体的に成形されてなる請求項1又は7記載の半導体装置。
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