JP6502653B2 - Cooling plate and semiconductor module - Google Patents

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Description

本発明は、冷却プレートおよびこの冷却プレートに半導体素子を搭載してなる半導体モジュールに関する。   The present invention relates to a cooling plate and a semiconductor module having a semiconductor element mounted on the cooling plate.

近年、半導体素子は、大電力かつ高速のスイッチングに用いられ、このような用途において発熱して高温になると、スイッチング機能に影響を及ぼす可能性がある。そのため、このような半導体素子の搭載にあたっては、半導体素子を冷却可能な流路を有する冷却プレートが用いられている。   In recent years, semiconductor devices are used for high power and high speed switching, and if the heat generation and high temperature occur in such applications, the switching function may be affected. Therefore, in mounting such a semiconductor element, a cooling plate having a flow path capable of cooling the semiconductor element is used.

このような冷却プレートとして、例えば、特許文献１には、一つの側面に設けられた入口から入った流体が、仕切り板によって分岐された後に集約され、対向する側面の一つの出口から排出される構成の冷却プレートが図示されている。   As such a cooling plate, for example, in Patent Document 1, the fluid entering from the inlet provided on one side is collected after being branched by the partition plate and is discharged from one outlet of the opposite side. A cooling plate of the configuration is illustrated.

特開２０００−３４０７２７号公報JP 2000-340727 A

特許文献１に図示されているように、複数の半導体素子の載置下の流路が、仕切り板によって分岐されていれば、複数の半導体素子を冷却することができるものの、半導体素子の冷却に伴って流体は温まっていくものであることから、入口側の半導体素子と、出口側の半導体素子とでは、流体による冷却効果に大きな差が生じるため、出口側の半導体素子は、入口側の半導体素子と同じスイッチング機能を発揮することができない。   As illustrated in Patent Document 1, if the flow path under the placement of the plurality of semiconductor devices is branched by the partition plate, the plurality of semiconductor devices can be cooled, but for cooling the semiconductor devices. Since the fluid is heated accordingly, the semiconductor element on the inlet side and the semiconductor element on the outlet side have a large difference in the cooling effect by the fluid, so the semiconductor element on the outlet side is the semiconductor on the inlet side It can not exhibit the same switching function as the element.

なお、入口および出口の数を増やす、すなわち流体の経路を増やせば、複数の半導体素子の冷却効果の差を小さくすることができるものの、入口まで流体を供給するための供給管や、出口からの流体を排出するための排出管が増えることとなって、これらの管の引き回しや取り付け等は煩雑なものとなり、実用的ではない。また、一つの側面に供給管、この側面に対向する側面に排出管が配置される構成では、供給管、排出管を含めた半導体モジュールの配置に広いスペースが必要であった。   Although the difference between the cooling effects of the plurality of semiconductor devices can be reduced by increasing the number of inlets and outlets, ie, increasing the flow path of the fluid, the supply pipe for supplying the fluid to the inlet and the outlet can be used. As the number of discharge pipes for discharging the fluid increases, the routing and installation of these pipes become complicated and not practical. Further, in the configuration in which the supply pipe is disposed on one side and the discharge pipe is disposed on the side opposite to the side, a large space is required for the arrangement of the semiconductor module including the supply pipe and the exhaust pipe.

今般において、半導体モジュールおよび半導体モジュールを構成する冷却プレートには、コンパクト化可能な構成であることが求められており、冷却プレートの一つの側面に、流体の入口および出口を備えるとともに、供給管や排出管の引き回しをシンプルにするために、上記側面を正面視したとき、例えば、流体の入口を右側、出口を左側といったように、流体の入口および出口をそれぞれ片側に寄せる構成が検討されている。   At present, the semiconductor module and the cooling plate constituting the semiconductor module are required to have a compact configuration, and one side of the cooling plate is provided with an inlet and an outlet for fluid, In order to simplify the drawing of the discharge pipe, when the above side is viewed from the front, for example, a configuration is considered in which the fluid inlet and outlet are respectively moved to one side such that the fluid inlet is on the right and the outlet is on the left. .

そして、このようなコンパクト化を図ることができる構成において、複数の冷却対象物における流体による冷却効果の差が小さいことが求められている。   And in the structure which can achieve such compactization, it is calculated | required that the difference of the cooling effect by the fluid in several cooling objects is small.

本発明は、上記要求を満たすべく案出されたものであり、コンパクト化を図ることができる構成において、複数の冷却対象物における流体による冷却効果の差が小さい冷却プレートおよびこの冷却プレートに半導体素子を搭載してなる半導体モジュールを提供するものである。   The present invention has been devised to satisfy the above requirements, and in a configuration that can be made compact, a cooling plate having a small difference in the cooling effect by fluid in a plurality of objects to be cooled and a semiconductor element mounted on the cooling plate To provide a semiconductor module on which the

本発明の冷却プレートは、セラミック焼結体からなり、一つの側面に流体の入口および出口、内部に流路を備え、前記セラミック焼結体の上面に、冷却対象物が前記側面から見て２列配置される冷却プレートであって、冷却対象物が前記側面から見て２列配置されており、前記流路は、一方の列である第１列側における上部に前記入口と連通する入側流路Ａ、下部に前記入口と連通する入側流路Ｂを有し、他方の列である第２列側における上部
に前記入側流路Ｂおよび前記出口と連通する出側流路Ｃ、下部に前記入側流路Ａおよび前記出口と連通する出側流路Ｄを有し、前記入側流路Ａから前記出側流路Ｄまでを第１流路、前記入側流路Ｂから前記出側流路Ｃまでを第２流路としたとき、前記第１流路と前記第２流路とは独立していることを特徴とするものである。 The cooling plate of the present invention is made of a ceramic sintered body, has an inlet and an outlet for fluid on one side, and a flow passage in the inside, and an object to be cooled is viewed from the side on the upper surface of the ceramic sintered body. The cooling plates are arranged in a row, and the cooling objects are arranged in two rows when viewed from the side surface, and the flow path is in communication with the inlet at an upper portion on the first row side which is one row. A channel A, an inlet channel B communicating with the inlet at the lower part, and an outlet channel C communicating with the inlet channel B and the outlet at the upper part on the second row side which is the other column, It has a left side passage D that communicates with the entering-side channel a and the outlet at the bottom, the exit-side flow path first passage until D from entering-side flow path a, from entering-side channel B when up to the exit side passage C and the second flow path, that is independent of the said first flow path the second flow path It is an butterfly.

また、本発明の半導体モジュールは、上記構成の本発明の冷却プレートの上面に、該冷却プレートの前記入口および前記出口を備える前記側面から見て、複数の半導体素子が２列に配置されて搭載されていることを特徴とするものである。   In the semiconductor module of the present invention, a plurality of semiconductor elements are mounted in two rows on the upper surface of the cooling plate of the present invention of the above configuration as viewed from the side surface including the inlet and the outlet of the cooling plate. It is characterized by being.

本発明の冷却プレートによれば、コンパクト化を図ることができる構成において、複数の冷却対象物における流体による冷却効果の差が小さいものである。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the cooling plate of this invention, the difference of the cooling effect by the fluid in several cooling target objects is small in the structure which can achieve compactization.

また、本発明の半導体モジュールによれば、上記構成の本発明の冷却プレートの上面に、該冷却プレートの前記入口および前記出口を備える前記側面から見て、複数の半導体素子が２列に配置されて搭載されていることにより、複数の半導体素子のそれぞれが、大電力かつ高速のスイッチングが可能であるため、性能および信頼性に優れている。   Further, according to the semiconductor module of the present invention, a plurality of semiconductor elements are arranged in two rows on the upper surface of the cooling plate of the present invention of the above configuration as viewed from the side surface including the inlet and the outlet of the cooling plate. By being mounted, each of the plurality of semiconductor elements is capable of high power and high speed switching, so that it is excellent in performance and reliability.

本実施形態の半導体モジュールの一例を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＧ−Ｇ線での断面図である。An example of the semiconductor module of this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is a side view, and (c) is a cross-sectional view taken along the line GG in (a). 本実施形態の冷却プレートにおける、図１（ｂ）において示す各線で切断した部位の一例を示す断面斜視図であり、（ａ）はＨ−Ｈ線とＩ−Ｉ線の間の部位、（ｂ）はＩ−Ｉ線とＪ−Ｊ線との間の部位、（ｃ）はＪ−Ｊ線と、Ｋ−Ｋ線との間の部位、（ｄ）はＫ−Ｋ線とＬ−Ｌ線との間の部位であり、（ｅ）はＬ−Ｌ線より下の部位である。It is a cross-sectional perspective view which shows an example of the site | part cut | disconnected by each line shown in FIG.1 (b) in the cooling plate of this embodiment, (a) is a site | part between HH line and II line, (b ) Is a portion between the I-I line and the J-J line, (c) is a portion between the J-J line and the K-K line, (d) is the K-K line and the L-L line And (e) is a site below the L-L line. 本実施形態の半導体モジュールの他の例を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＭ−Ｍ線での断面図である。The other example of the semiconductor module of this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is a sectional view in the MM line in (a). 本実施形態の半導体モジュールのさらに他の例を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＮ−Ｎ線での断面図である。The further another example of the semiconductor module of this embodiment is shown, (a) is a top view, (b) is a side view, (c) is a cross-sectional view along the N-N line in (a) . 本実施形態の冷却プレートにおける、図４（ｂ）において示す各線で切断した部位の一例を示す断面斜視図であり、（ａ）はＯ−Ｏ線とＰ−Ｐ線の間の部位、（ｂ）はＰ−Ｐ線とＱ−Ｑ線との間の部位、（ｃ）はＱ−Ｑ線と、Ｒ−Ｒ線との間の部位、（ｄ）はＲ−Ｒ線とＳ−Ｓ線との間の部位であり、（ｅ）はＳ−Ｓ線より下の部位である。It is a cross-sectional perspective view which shows an example of the site | part cut | disconnected by each line shown in FIG.4 (b) in the cooling plate of this embodiment, (a) is a site | part between OO line and PP line, (b ) Is a part between PP and QQ lines, (c) is a part between QQ and R-R lines, and (d) is an R-R and S-S lines. And (e) is a site below the S-S line.

以下、本実施形態の冷却プレートおよび半導体モジュールについて図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態の半導体モジュールの一例を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＧ−Ｇ線での断面図である。なお、以降の図において同一の部材については、同一の番号を付するものとする。   Hereinafter, the cooling plate and the semiconductor module of the present embodiment will be described with reference to the drawings. 1A and 1B show an example of a semiconductor module according to this embodiment. FIG. 1A is a top view, FIG. 1B is a side view, and FIG. 1C is a cross-sectional view taken along line G-G in FIG. is there. In the following drawings, the same members are denoted by the same reference numerals.

本実施形態の半導体モジュール１００は、図１（ａ）に示すように、本実施形態の冷却プレート１０の上面１ａに、金属層４を介して半導体素子５が、２列×２個で４個搭載されているものである。なお、列のカウントは、図１（ｂ）に示す側面図のように、流体の入口２および出口３を備える側面１ｂから見て、カウントしたものである。   As shown in FIG. 1A, in the semiconductor module 100 of the present embodiment, four semiconductor elements 5 are provided in two rows and two on the upper surface 1a of the cooling plate 10 of the present embodiment with the metal layer 4 interposed therebetween. It is installed. The row count is counted as seen from the side surface 1 b provided with the fluid inlet 2 and outlet 3 as shown in the side view shown in FIG. 1 (b).

そして、図１に示す半導体モジュール１００を構成する本実施形態の冷却プレート１０
は、セラミック焼結体からなり、側面１ｂに流体の入口２および出口３を備え、図１（ｃ）に示すように、内部に流路を備えるものである。そして、セラミック焼結体の上面１ａに、冷却対象物（図１においては、半導体素子５）が側面１ｂから見て２列配置されるものである。また、内部に備える流路は、図１（ｂ）の側面図または図１（ｃ）の断面図における右側を第１列側、左側を第２列側としたとき、第１列側の上部に、入口２と連通する入側流路Ａ、第１列側の下部に、入口２と連通する入側流路Ｂを有し、第２列側の上部に、入側流路Ｂおよび出口３と連通する出側流路Ｃ、第２列側の下部に、入側流路Ａおよび出口３と連通する出側流路Ｄを有する。なお、第１列側は入口側、第２列側は出口側とも言えるものである。 And the cooling plate 10 of this embodiment which comprises the semiconductor module 100 shown in FIG.
Is made of a ceramic sintered body, is provided with a fluid inlet 2 and an outlet 3 on the side surface 1b, and as shown in FIG. 1 (c), a flow path is provided inside. Then, the cooling object (the semiconductor element 5 in FIG. 1) is disposed in two rows on the upper surface 1a of the ceramic sintered body as viewed from the side surface 1b. When the flow path provided inside is the first row side on the right side in the side view of FIG. 1B or the cross-sectional view in FIG. 1C and the left side is the second row side, the upper portion on the first row side , The inlet channel A communicating with the inlet 2 and the inlet channel B communicating with the inlet 2 at the lower part of the first row side, the inlet channel B and the outlet at the upper part of the second row An outlet channel C communicating with 3 and an outlet channel D communicating with the inlet channel A and the outlet 3 are provided at the lower part of the second row side. The first row side can be said to be the inlet side, and the second row side to be the outlet side.

次に、図１に示す本実施形態の冷却プレート１０における流体の経路について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態の冷却プレートにおける、図１（ｂ）において示す各線で切断した部位の一例を示す断面斜視図であり、（ａ）はＨ−Ｈ線とＩ−Ｉ線の間の部位、（ｂ）はＩ−Ｉ線とＪ−Ｊ線との間の部位、（ｃ）はＪ−Ｊ線と、Ｋ−Ｋ線との間の部位、（ｄ）はＫ−Ｋ線とＬ−Ｌ線との間の部位であり、（ｅ）はＬ−Ｌ線より下の部位である。   Next, the path of the fluid in the cooling plate 10 of the present embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing an example of a portion cut along the lines shown in FIG. 1 (b) in the cooling plate of the present embodiment, where (a) is between the H-H line and the I-I line. Part (b) is a part between the I-I line and the J-J line, (c) is a part between the J-J line and the K-K line, (d) is the K-K line and (E) is a portion between the L-L line, and (e) is a portion below the L-L line.

供給された流体の経路は、まず、図２（ｃ）に示す入口２から入り、図２（ｂ）および図２（ｄ）に示す、それぞれ上下方向に向かう流路に分岐される。そして、図２（ｂ）に示す流路を介して、上部の図２（ａ）に示す入側流路Ａに進んだ流体は、入側流路Ａを通り、図２（ｂ）に示す流路を介して図２（ｃ）に示す第１流路Ｅに進む。次に、第１連通路Ｅを通って、第２列側へ進んだ流体は、図２（ｄ）に示す流路を介して、下部の図２（ｅ）に示す出側流路Ｄに進む。そして、出側流路Ｄを通り、図２（ｄ）に示す流路を介して図２（ｃ）に示す出口３へと進む。一方、図２（ｄ）に示す流路を介して、下部の図２（ｅ）に示す入側流路Ｂに進んだ流体は、入側流路Ｂを通り、図２（ｄ）に示す流路を介して図２（ｃ）に示す第２連通路Ｆに進む。次に、第２連通路Ｆを通って、第１列側へ進んだ流体は、図２（ｂ）に示す流路を介して、上部の図２（ａ）に進む。そして、出側流路Ｃを通り、図２（ｂ）に示す流路を介して図２（ｃ）に示す出口３へと進み、上述した経路を進んだ流体と合流して排出される。   The path of the supplied fluid first enters from the inlet 2 shown in FIG. 2 (c), and is branched into flow paths directed in the vertical direction shown in FIG. 2 (b) and FIG. 2 (d). Then, the fluid having advanced to the inlet-side channel A shown in FIG. 2 (a) in the upper part through the channel shown in FIG. 2 (b) passes through the inlet-side channel A and is shown in FIG. 2 (b) It progresses to the 1st flow path E shown in FIG.2 (c) via a flow path. Next, the fluid that has progressed to the second row side through the first communication passage E passes through the flow passage shown in FIG. 2D to the outlet flow passage D shown in FIG. move on. Then, it passes through the outlet channel D, and proceeds to the outlet 3 shown in FIG. 2 (c) via the channel shown in FIG. 2 (d). On the other hand, the fluid that has progressed to the inlet-side channel B shown in FIG. 2 (e) at the bottom through the channel shown in FIG. 2 (d) passes through the inlet-side channel B and is shown in FIG. 2 (d) It progresses to the 2nd communicating passage F shown in Drawing 2 (c) via a channel. Next, the fluid that has progressed to the first row side through the second communication passage F proceeds to the upper portion of FIG. 2A via the flow path shown in FIG. 2B. Then, it passes through the outlet side channel C, proceeds to the outlet 3 shown in FIG. 2 (c) via the channel shown in FIG. 2 (b), and merges with the fluid having traveled the above-mentioned route and is discharged.

そして、第１列側の冷却対象物は、入側流路Ａを通る流体によって冷却され、第２列側の冷却対象物は、出側流路Ｃを通る流体によって冷却される。このように、入口２から出口３までの経路が、２本独立していることにより、冷却対象物の載置下に到達するまでに流体が温められることが少ないため、複数の冷却対象物における流体による冷却効果の差が小さくなる。   The object to be cooled on the first row side is cooled by the fluid passing through the inlet channel A, and the object to be cooled on the second row side is cooled by the fluid passing through the outlet channel C. As described above, since two paths from the inlet 2 to the outlet 3 are independent, the fluid is less likely to be warmed before reaching the placement of the object to be cooled. The difference in the cooling effect by the fluid is reduced.

また、本実施形態の冷却プレート１０は、一つの側面に流体の入口および出口を備えるとともに、上記側面を正面視したとき、流体の入口を右側、出口を左側といったように、流体の入口および出口をそれぞれ片側に寄せる構成としていることから、流体の供給管や排出管の引き回しがシンプルであるため、コンパクト化に対応することができ、複数の冷却対象物における流体による冷却効果の差が小さいものである。   In addition, the cooling plate 10 of the present embodiment has a fluid inlet and outlet on one side, and when the side is viewed from the front, the fluid inlet and outlet are on the right side and the outlet is on the left side. Are arranged on one side, so the arrangement of the fluid supply and discharge pipes is simple, so it can be made compact and the difference in the cooling effect of the plurality of objects to be cooled is small. It is.

次に、図３は、本実施形態の半導体モジュールの他の例を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＭ−Ｍ線での断面図である。   Next, FIG. 3 shows another example of the semiconductor module of the present embodiment, (a) is a top view, and (b) is a cross-sectional view taken along the line M-M in (a).

本実施形態の半導体モジュール２００は、図２（ａ）に示すように、本実施形態の冷却プレート２０の上面１ａに、金属層４を介して半導体素子５が、２列×３個で６個搭載されているものである。そして、図２（ｂ）の断面図において、上下に位置する入側流路Ａの中心と入側流路Ｂの中心とが鉛直方向においてずれているとともに、上下に位置する出側流路Ｃの中心と出側流路Ｄの中心とが鉛直方向においてずれている例を示している。   In the semiconductor module 200 of this embodiment, as shown in FIG. 2A, six semiconductor elements 5 are arranged in two rows × three on the upper surface 1a of the cooling plate 20 of this embodiment with the metal layer 4 interposed therebetween. It is installed. Then, in the cross-sectional view of FIG. 2B, the centers of the inlet channel A located at the top and bottom and the centers of the inlet channel B are offset in the vertical direction, and the outlet channel C located at the top and the bottom. An example is shown in which the center of and the center of the outlet flow path D deviate in the vertical direction.

なお、図３（ｂ）においては、各流路の中心を黒丸点で示し、入側流路Ａの中心および出側流路Ｃの中心からの鉛直線を矢印で示している。   In FIG. 3B, the centers of the flow paths are indicated by black dots, and the vertical lines from the centers of the entrance side flow path A and the exit side flow path C are indicated by arrows.

この図３（ｂ）に示すような、流体の流れる方向に垂直な断面において、上下に位置する入側流路Ａの中心と入側流路Ｂの中心とが鉛直方向においてずれているときには、図１に示す構成の冷却プレート１０に比べて、冷却対象物の載置下に位置する入側流路Ａと、入側流路Ｂとの距離が長くなることから、入側流路Ｂを流れる流体を温まりにくくすることができる。   In the cross section perpendicular to the fluid flow direction as shown in FIG. 3 (b), when the centers of the inlet channel A and the inlet channel B located at the upper and lower positions are shifted in the vertical direction, The distance between the inlet channel A located under the placement of the object to be cooled and the inlet channel B is longer than the cooling plate 10 having the configuration shown in FIG. The flowing fluid can be made difficult to warm.

また、流体の流れる方向に垂直な断面において、上下に位置する出側流路Ｃの中心と出側流路Ｄの中心とが鉛直方向においてずれているときには、入側流路Ａを流れて冷却対象物との熱交換が行われ、供給時よりも温まった流体が流れる出側流路Ｄと、出側流路Ｃとの距離が長くなることから、出側流路Ｃを流れる流体を温まりにくくすることができる。   Also, in the cross section perpendicular to the fluid flow direction, when the centers of the outlet channel C located at the top and bottom and the center of the outlet channel D are deviated in the vertical direction, the inlet channel A flows for cooling Since the heat exchange with the object is performed, and the distance between the outlet channel D through which the warm fluid flows and the outlet channel C becomes longer than during the supply, the fluid flowing through the outlet channel C is warmed. It can be difficult.

なお、上下に位置する入側流路Ａの中心と入側流路Ｂの中心とが鉛直方向においてずれているとともに、上下に位置する出側流路Ｃの中心と出側流路Ｄの中心とが鉛直方向においてずれている構成とするときには、入側流路Ｂと出側流路Ｄとは、可能な限り距離をとることが好適である。   The center of the inlet channel A positioned vertically and the center of the inlet channel B are offset in the vertical direction, and the center of the outlet channel C positioned vertically and the center of the outlet channel D It is preferable that the inlet-side flow passage B and the outlet-side flow passage D be as far as possible from each other in the configuration in which the.

次に、図４は、本実施形態の半導体モジュールのさらに他の例を示す、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は（ａ）におけるＮ−Ｎ線での断面図である。   Next, FIG. 4 shows still another example of the semiconductor module of this embodiment, (a) is a top view, (b) is a side view, and (c) is an N-N in (a). It is sectional drawing in a line.

本実施形態の半導体モジュール３００は、図４（ａ）に示すように、本実施形態の冷却プレート３０の上面１ａに、金属層４を介して半導体素子５が、２列×２個で４個搭載されている。   In the semiconductor module 300 of the present embodiment, as shown in FIG. 4A, four semiconductor elements 5 are provided in two rows and two on the upper surface 1 a of the cooling plate 30 of the present embodiment via the metal layer 4. It is mounted.

そして、冷却プレート３０は、図４（ｂ）に示すように、入側流路Ａに繋がる入口２ａおよび入側流路Ｂに繋がる入口２ｂと、出側流路Ｃに繋がる出口３ａおよび出側流路Ｄに繋がる出口３ｂとを備えている。   Then, as shown in FIG. 4B, the cooling plate 30 has an inlet 2a connected to the inlet channel A and an inlet 2b connected to the inlet channel B, and an outlet 3a connected to the outlet channel C and an outlet side. And an outlet 3 b connected to the flow path D.

そして、図５は、本実施形態の冷却プレートにおける、図４（ｂ）において示す各線で切断した部位の一例を示す断面斜視図であり、（ａ）はＯ−Ｏ線とＰ−Ｐ線の間の部位、（ｂ）はＰ−Ｐ線とＱ−Ｑ線との間の部位、（ｃ）はＱ−Ｑ線と、Ｒ−Ｒ線との間の部位、（ｄ）はＲ−Ｒ線とＳ−Ｓ線との間の部位であり、（ｅ）はＳ−Ｓ線より下の部位である。   And FIG. 5 is a cross-sectional perspective view which shows an example of the site | part cut | disconnected by each line shown in FIG.4 (b) in the cooling plate of this embodiment, and (a) is an OO line and a PP line. Part between (b) is part between PP and QQ lines, (c) is part between QQ and R-R lines, (d) is R-R. (E) is a portion between the line and the S-S line, and (e) is a portion below the S-S line.

ここで、本実施形態の冷却プレート３０の流体の経路について説明する。まず、図５（ａ）に示す入口２ａから入った流体は、入側流路Ａを通って、図５（ｂ）に示す流路を介して図５（ｃ）に示す第１流路Ｅに進む。次に、第１連通路Ｅを通って第２列側へ進んだ流体は、図５（ｄ）に示す流路を介して、下部の図５（ｅ）に示す出側流路Ｄに進む。そして、出側流路Ｄを通って出口３ｄへと進んで排出される。一方、図５（ｅ）に示す入口２ｂから入った流体は、入側流路Ｂを通って、図５（ｄ）示す流路を介して図５（ｃ）に示す第２連通路Ｆに進む。次に、第２連通路Ｆを通って第１列側へ進んだ流体は、図５（ｂ）に示す流路を介して、上部の図５（ａ）に示す出側流路Ｃに進む。そして、出側流路Ｃを通って出口３ａへと進んで排出される。   Here, the path of the fluid of the cooling plate 30 of the present embodiment will be described. First, the fluid entering from the inlet 2a shown in FIG. 5 (a) passes through the inlet channel A, and the first channel E shown in FIG. 5 (c) via the channel shown in FIG. 5 (b). Go to Next, the fluid that has progressed to the second row side through the first communication passage E proceeds to the outlet-side flow passage D shown in FIG. 5 (e) in the lower part through the flow passage shown in FIG. 5 (d) . Then, it travels to the outlet 3d through the outlet channel D and is discharged. On the other hand, the fluid entering from the inlet 2b shown in FIG. 5 (e) passes through the inlet channel B, and passes through the channel shown in FIG. 5 (d) to the second communication passage F shown in FIG. 5 (c). move on. Next, the fluid that has progressed to the first row side through the second communication passage F proceeds to the outlet-side flow passage C shown in FIG. 5A at the top through the flow passage shown in FIG. 5B. . Then, it travels to the outlet 3a through the outlet channel C and is discharged.

なお、本実施形態の冷却プレート１０、２０、３０は、セラミック焼結体からなり、セラミック焼結体としては、酸化アルミニウム質焼結体、酸化ジルコニウム質焼結体、酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムの複合焼結体、窒化珪素質焼結体、窒化アルミニウ
ム質焼結体等を用いることができる。 The cooling plates 10, 20, and 30 of the present embodiment are made of ceramic sintered bodies, and as the ceramic sintered bodies, a composite of aluminum oxide sintered body, zirconium oxide sintered body, aluminum oxide and zirconium oxide A sintered body, a silicon nitride sintered body, an aluminum nitride sintered body or the like can be used.

そして、本実施形態の半導体モジュール１００、２００、３００は、それぞれ本実施形態の冷却プレート１０、２０、３０の上面１ａに、側面１ｂから見て、複数の半導体素子５が２列に配置されて搭載されていることにより、複数の半導体素子５のそれぞれが、大電力かつ高速のスイッチングが可能であるため、性能および信頼性に優れている。   In the semiconductor modules 100, 200, and 300 of the present embodiment, the plurality of semiconductor elements 5 are arranged in two rows on the upper surface 1a of the cooling plates 10, 20, and 30 of the present embodiment as viewed from the side surface 1b. By being mounted, each of the plurality of semiconductor elements 5 can perform high-power and high-speed switching, and thus is excellent in performance and reliability.

次に、本実施形態の冷却プレートの作製方法を説明する。   Next, a method of manufacturing the cooling plate of the present embodiment will be described.

まず、主成分となる原料粉末、焼結助剤、バインダ、溶媒等を用いて所定量秤量し、スラリーを作製する。次に、このスラリーを用いてドクターブレード法によりグリーンシートを作製する。そして、得られたグリーンシートを金型で打ち抜く若しくはレーザー加工により、所定形状の複数のシートを得る。例えば、図２（ａ）〜（ｅ）や図５（ａ）〜（ｅ）に示すような構成のシートと、最上部となる孔の開いていないシートを得る。次に、最上部シートと、図２（ａ）〜（ｅ）または図５（ａ）〜（ｅ）に示すような構成のシートとを積層して加圧することにより、シート積層体である成形体を得て、これを使用した原料粉末に応じた焼成温度で焼成することにより、冷却プレートを得ることができる。   First, a predetermined amount is measured using raw material powder as a main component, a sintering aid, a binder, a solvent and the like to prepare a slurry. Next, a green sheet is produced by a doctor blade method using this slurry. Then, the obtained green sheet is punched out with a mold or laser processing to obtain a plurality of sheets having a predetermined shape. For example, a sheet having a configuration as shown in FIGS. 2 (a) to 2 (e) and 5 (a) to 5 (e) and a sheet having no hole at the top are obtained. Next, by laminating and pressing the uppermost sheet and the sheet having the configuration as shown in FIGS. 2A to 2E or 5A to 5E, the sheet laminate is formed. A cooling plate can be obtained by obtaining a body and baking it at a baking temperature according to the raw material powder using it.

また、他のシート状の成形体の作製方法としては、原料粉末、焼結助剤、バインダ、溶媒等を用いて坏土を作製し、押出成形法により得てもよいまた、スラリーを噴霧乾燥することによって造粒した顆粒を用いて、粉末圧延法や粉末プレス法で成形したり、冷間静水圧加圧成形（ＣＩＰ）法で成形した後に切断することによってシート状の成形体を得てもよい。   Moreover, as another method of producing a sheet-like formed body, a clay may be produced using a raw material powder, a sintering aid, a binder, a solvent and the like, and may be obtained by an extrusion method. A sheet-like formed body is obtained by using the granules obtained by granulation to form by a powder rolling method or a powder press method, or by forming after forming by a cold isostatic pressing (CIP) method It is also good.

次に、本実施形態の半導体モジュールの作製方法について説明する。   Next, a method of manufacturing the semiconductor module of the present embodiment will be described.

まず、金属層については、例えば、銅または銀などの導電性粉末と、ガラス粉末と、有機ビヒクルとを用いてペーストを作製する。そして、公知のスクリーン印刷法により、冷却プレートの上面にペーストを印刷し、乾燥の後、導電性粉末に合わせた雰囲気で焼成することにより金属層を形成することができる。また、他の金属層の作製方法としては、活性金属法やＤＣＢ（Direct Copper Bonding）法による金属板の接合や、電解めっき法ま
たは無電解めっき法を用いて銅または銀などの金属層を形成してもよい。そして、この金属層の上に、半導体素子を搭載することにより、本実施形態の半導体モジュールを得ることができる。 First, for the metal layer, a paste is produced using, for example, a conductive powder such as copper or silver, a glass powder, and an organic vehicle. And a paste can be printed on the upper surface of a cooling plate with the well-known screen-printing method, and a metal layer can be formed by baking in the atmosphere according to electroconductive powder after drying. In addition, as a method of manufacturing other metal layers, bonding of metal plates by an active metal method or DCB (Direct Copper Bonding) method, or a metal layer such as copper or silver is formed using an electrolytic plating method or an electroless plating method You may And by mounting a semiconductor element on this metal layer, the semiconductor module of this embodiment can be obtained.

以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更、改良等が可能である。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, a various change, improvement, etc. are possible.

１０，２０，３０：冷却プレート
１ａ：上面
１ｂ：側面
２：入口
３：出口
４：金属層
５：半導体素子
１００，２００，３００：半導体モジュール
Ａ：入側流路（上部）
Ｂ：入側流路（下部）
Ｃ：出側流路（上部）
Ｄ：出側流路（下部） 10, 20, 30: Cooling plate 1a: upper surface 1b: side surface 2: inlet 3: outlet 4: metal layer 5: semiconductor element 100, 200, 300: semiconductor module A: inlet side flow path (upper part)
B: Inlet flow path (lower part)
C: Outgoing flow path (upper part)
D: Outgoing flow path (lower part)

Claims (4)

セラミック焼結体からなり、一つの側面に流体の入口および出口、内部に流路を備え、前記セラミック焼結体の上面に、冷却対象物が前記側面から見て２列配置される冷却プレートであって、前記流路は、一方の列である第１列側における上部に前記入口と連通する入側流路Ａ、下部に前記入口と連通する入側流路Ｂを有し、他方の列である第２列側における上部に前記入側流路Ｂおよび前記出口と連通する出側流路Ｃ、下部に前記入側流路Ａおよび前記出口と連通する出側流路Ｄを有し、
前記入側流路Ａから前記出側流路Ｄまでを第１流路、前記入側流路Ｂから前記出側流路Ｃまでを第２流路としたとき、前記第１流路と前記第２流路とは独立していることを特徴とする冷却プレート。 A cooling plate comprising a ceramic sintered body, having an inlet and an outlet for fluid on one side, and a flow passage inside, and on the upper surface of the ceramic sintered body, two rows of cooling objects are arranged when viewed from the side The flow channel has an inlet channel A communicating with the inlet at the top on the first row side which is one row, and an inlet channel B communicating with the inlet at the bottom, and the other row have a pre-filled side channel B and the outlet and exit-side flow path communicates C, outlet side passage D that communicates with the entering-side channel a and the outlet at the bottom to the top in the second column side is,
The first channel and the first channel are defined as the first channel from the inlet channel A to the outlet channel D, and the second channel from the inlet channel B to the outlet channel C. A cooling plate characterized in that it is independent of the second flow path . 流体の流れる方向に垂直な断面において、上下に位置する前記入側流路Ａの中心と前記入側流路Ｂの中心とが鉛直方向においてずれていることを特徴とする請求項１に記載の冷却プレート。   The cross section perpendicular to the flow direction of the fluid is characterized in that the center of the inlet channel A and the center of the inlet channel B located vertically are offset in the vertical direction. Cooling plate. 流体の流れる方向に垂直な断面において、上下に位置する前記出側流路Ｃの中心と前記出側流路Ｄの中心とが鉛直方向においてずれていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷却プレート。   The cross section perpendicular to the flow direction of the fluid is characterized in that the center of the outlet channel C and the center of the outlet channel D located vertically are offset in the vertical direction. The cooling plate as described in 2. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の冷却プレートの上面に、該冷却プレートの前記入口および前記出口を備える前記側面から見て、複数の半導体素子が２列に配置されて搭載されていることを特徴とする半導体モジュール。   A plurality of semiconductor devices are arranged and mounted in two rows on the upper surface of the cooling plate according to any one of claims 1 to 3 as viewed from the side surface including the inlet and the outlet of the cooling plate. Semiconductor module characterized in that
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