WO2015037047A1 - 半導体装置、半導体モジュール - Google Patents

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semiconductor module
semiconductor device
semiconductor
cooling jacket
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光一 牛嶋
ハリッド ハッサン フッセイン
省二 斉藤
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to, for example, a semiconductor device used as a power control device, and a semiconductor module.
  • Patent Document 1 discloses a semiconductor device in which a cooling jacket is fixed to a semiconductor module.
  • the cooling jacket is fixed to the semiconductor module by inserting a screw through an opening formed in the cooling jacket and inserting the screw into a screw hole formed in the heat dissipation substrate of the semiconductor module.
  • Patent Document 1 It is preferable to miniaturize the semiconductor device as much as possible.
  • the semiconductor device disclosed in Patent Document 1 has a structure disadvantageous for miniaturization because it is necessary to secure a space for providing a screw hole in the heat dissipation substrate.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a semiconductor module which can be miniaturized.
  • a semiconductor device includes: a semiconductor module having a plurality of cooling fins and a fixing cooling fin which is longer than the plurality of cooling fins and in which a screw hole is provided at a tip end portion; A cooling jacket having a coolant flow passage for containing the stationary cooling fin, and an opening formed to allow insertion of a screw into the screw hole; and the cooling jacket being inserted into the screw hole through the opening; And a screw fixed to the semiconductor module.
  • Another semiconductor device includes a semiconductor module having a plurality of cooling fins, and a cooling jacket having a refrigerant flow path for accommodating the plurality of cooling fins, and the semiconductor module and the cooling jacket A snap fit mechanism is formed to fix the semiconductor module to the cooling jacket.
  • a semiconductor module according to the invention of the present application is characterized by comprising a plurality of cooling fins and a fixing cooling fin which is longer than the plurality of cooling fins and in which a screw hole is provided at a tip end.
  • Another semiconductor module according to the present invention is characterized by comprising a plurality of cooling fins and a hook extending in the same direction as the plurality of cooling fins.
  • the semiconductor device and the semiconductor module can be miniaturized.
  • FIG. 1 is an exploded view of a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. It is the perspective view which looked at the semiconductor module from the bottom side. It is a perspective view of a semiconductor device. It is sectional drawing of an opening and its periphery. It is sectional drawing of the opening after screwing and its periphery.
  • FIG. 7 is a perspective view of a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view of a semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 10 is an exploded view of a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention. It is a perspective view of a hook. It is a perspective view of the completed semiconductor device.
  • FIG. 10 is a perspective view of a semiconductor device according to Embodiment 3 of the present invention. It is an exploded view of a semiconductor device according to Embodiment 4 of the present invention. It is a perspective view of a hook. It is
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a portion including an O-ring of the semiconductor device. It is an exploded view of the semiconductor device concerning Embodiment 5 of the present invention. It is a perspective view of the completed semiconductor device. It is sectional drawing of the part containing the O ring of a semiconductor device. It is an exploded view of the semiconductor device concerning Embodiment 6 of this invention. It is a perspective view of the completed semiconductor device.
  • a semiconductor device according to an embodiment of the present invention and a semiconductor module which is a part of the semiconductor device will be described with reference to the drawings.
  • the same or corresponding components may be assigned the same reference numerals and repetition of the description may be omitted.
  • FIG. 1 is an exploded view of a semiconductor device 10 according to a first embodiment of the present invention.
  • the semiconductor device 10 includes a semiconductor module 12 and a cooling jacket 14 fixed to the semiconductor module 12. First, the semiconductor module 12 will be described.
  • the semiconductor module 12 includes a mold resin 20 for sealing a semiconductor element such as, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • FIG. 2 is a perspective view of the semiconductor module 12 as viewed from the bottom side.
  • a plurality of cooling fins 30 and a fixing cooling fin 32 are provided in contact with the base plate 24.
  • the plurality of cooling fins 30 and the fixing cooling fins 32 are integrally formed with the base plate 24 using the same material as the base plate 24.
  • the cooling fins 30 are formed, for example, of pin fins, but may be formed of other types of fins.
  • the stationary cooling fins 32 are longer than the cooling fins 30. Therefore, the fixing cooling fins 32 project to the outside of the semiconductor module 12 more than the plurality of cooling fins 30.
  • a screw hole is provided at the tip of the fixing cooling fin 32.
  • Such a fixing cooling fin 32 is formed of, for example, a boss with a screw hole.
  • the plurality of cooling fins 30 and the fixing cooling fins 32 are provided at the central portion of the base plate 24. Therefore, the plurality of cooling fins 30 and the fixing cooling fins 32 are not provided on the outer peripheral portion of the base plate 24.
  • the stationary cooling fins 32 are provided substantially at the center of the base plate 24.
  • An O-ring 40 and an O-ring 42 are provided between the semiconductor module 12 and the cooling jacket 14.
  • the cooling jacket 14 will be described.
  • a coolant channel 44 is formed in the cooling jacket 14.
  • the flow direction of the refrigerant is indicated by an arrow.
  • flow path openings 46, 48 are formed on the two opposite sides of the cooling jacket 14.
  • An introduction opening 49 for introducing the plurality of cooling fins 30 and the fixing cooling fins 32 into the coolant channel 44 is formed on the upper surface side of the cooling jacket 14.
  • the plurality of cooling fins 30 and the fixing cooling fins 32 are accommodated in the coolant channel 44 through the introduction openings 49.
  • An annular groove 50 is formed on the surface (upper surface) of the cooling jacket 14 facing the semiconductor module 12.
  • the grooves 50 surround the plurality of cooling fins 30 and the fixing cooling fins 32 when the semiconductor device 10 is completed.
  • the O-ring 40 described above is accommodated in the groove 50.
  • An opening 52 is formed in the cooling jacket 14 so that the screw 60 can be inserted into the screw hole of the fixing cooling fin 32 accommodated in the refrigerant flow path 44. Then, the cooling jacket 14 is fixed to the semiconductor module 12 by inserting the shaft of the screw 60 into the screw hole of the fixed cooling fin 32 through the opening 52 and screwing the head of the screw 60 to the outer wall of the cooling jacket 14. Ru.
  • FIG. 3 is a perspective view of the semiconductor device 10. Only one half of the cooling jacket 14 is shown for convenience of explanation.
  • the O-ring 42 is sandwiched between the cooling jacket 14 and the fixing cooling fins 32 to be elastically deformed. This will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the opening 52 and the periphery thereof.
  • the width (X2) on the inner wall 14a side is larger than the width (X1) on the outer wall 14b side.
  • a counterbore 70 is formed on the inner wall of the cooling jacket 14. The width of the counterbore 70 matches the width of the stationary cooling fin 32.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the opening after screwing and the periphery thereof.
  • the tip of the fixing cooling fin 32 is accommodated in the counterbore 70.
  • the O-ring 42 is installed between the tip and the bottom surface of the counterbore 70.
  • the screw 60 is inserted into the screw hole. Tightening the screw 60 can generate a force that presses the cooling jacket 14 against the semiconductor module 12.
  • the O-ring 40 provided in the groove 50 is elastically deformed by this force to fill the gap between the cooling jacket 14 and the semiconductor module 12, and the O-ring 42 is elastically deformed to form the tip portion and the counterbore of the cooling fin 32 for fixation. Fill the gap between the bottom of 70. Therefore, the refrigerant flowing in the refrigerant flow path 44 can be sealed in the refrigerant flow path 44 by the O-rings 40 and 42.
  • the outer diameter of the O-rings 40 and 42, the shape of the groove 50, the depth of the counterbore 70, and the cooling for fixing are set in order to make the amount of elastic deformation of the O-rings 40 and 42 optimal for refrigerant sealing.
  • the length of the fins 32 is appropriately changed.
  • the fixing cooling fins 32 used for fixing the semiconductor module 12 and the cooling jacket 14 are provided side by side with the plurality of cooling fins 30. That is, since the fixing cooling fins 32 are provided in the place where the cooling fins were provided conventionally, the semiconductor device can be prevented from increasing in size.
  • the fixing cooling fins 32 contribute to the cooling of the semiconductor module 12 in the same manner as the plurality of cooling fins 30. Therefore, the semiconductor module 12 can be efficiently cooled, and furthermore, the semiconductor device 10 can be miniaturized.
  • the O-ring 40 is provided in the groove 50 and the O-ring 42 is provided in the counterbore 70, the whole of the O-ring 40 does not touch the refrigerant or the whole of the O-ring 42 does not touch the refrigerant. . Therefore, the durability of the O-rings 40, 42 can be enhanced as compared with the case where the entire O-rings 40, 42 are in contact with the refrigerant. In particular, as can be seen from FIG. 5, the O-ring 42 provided in the counterbore 70 hardly contacts the refrigerant, and therefore the reliability of the semiconductor device 10 can be improved.
  • the semiconductor device 10 and the semiconductor module 12 according to the first embodiment of the present invention can be variously modified.
  • the mold resin 20 may be replaced by a case.
  • the counterbore portion 70 may be omitted to simplify the configuration of the cooling jacket 14.
  • FIG. 6 is a perspective view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. Only one half of the cooling jacket 80 is shown for convenience of explanation.
  • the semiconductor module 90 includes an additional fixing cooling fin 92 having a screw hole at its tip.
  • the additional fixing cooling fins 92 have the same shape as the fixing cooling fins 32 and are connected to the base plate 24.
  • the additional fixing cooling fins 92 are accommodated in the refrigerant channel.
  • the cooling jacket 80 is provided with an additional opening 82 so that a screw can be inserted into the screw hole of the additional fixing cooling fin 92.
  • the additional opening 82 has the same shape as the opening 52 and forms a counterbore.
  • the additional screw 94 is inserted into the screw hole of the additional fixing cooling fin 92 through the additional opening 82.
  • An O-ring 96 is provided between the bottom surface of the counterbore and the tip of the additional fixing cooling fin 92.
  • the cooling jacket 80 is inserted by inserting the screw 60 into the screw hole of the fixing cooling fin 32 and inserting the additional screw 94 into the screw hole of the additional fixing cooling fin 92. Is fixed to the semiconductor module 90.
  • the bonding strength between the semiconductor module and the cooling jacket can be improved as compared with the semiconductor device of the first embodiment. it can.
  • the number of fixing cooling fins is not limited to two, and may be three or more.
  • FIG. 7 is a perspective view of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
  • the plurality of cooling jackets 14 are connected to form a series of refrigerant flow paths.
  • the cooling jackets 14 are fixed (connected) by a fitting structure capable of sealing the refrigerant.
  • a plurality of semiconductor modules 12 constituting a three-phase inverter can be integrated in a small space.
  • the number of connected semiconductor devices 10 is not particularly limited. Further, a plurality of semiconductor devices according to the second embodiment may be connected.
  • FIG. 8 is an exploded view of a semiconductor device 100 according to the fourth embodiment of the present invention.
  • a hook 104 is formed in the semiconductor module 102.
  • the hooks 104 extend in the same direction as the plurality of cooling fins 30.
  • the hooks 104 are formed of the same material as the mold resin 20 so as to be connected to the four corners of the mold resin 20.
  • the hook 104 may be formed of the same material as the base plate so as to be connected to the base plate.
  • FIG. 9 is a perspective view of the hook.
  • the hooks 104 are tapered at the root portion 104a. Therefore, the hook 104 is thick at the root. It returns to the explanation of FIG.
  • the cooling jacket 110 is formed with a hook groove 112 which is shaped so as to be snap fit with the hook 104 described above.
  • the hook grooves 112 are formed at four corners of the cooling jacket 110.
  • the hook groove 112 and the hook 104 described above form a snap fit mechanism.
  • FIG. 10 is a perspective view of the completed semiconductor device 100.
  • the cooling jacket 110 is fixed (snap-fit fixed) to the semiconductor module 102 by elastically deforming the hook 104 and fitting it into the hook groove 112.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a portion including the O-ring 40 of the semiconductor device 100. As shown in FIG. The snap fit fixing described above elastically deforms the O-ring 40 and fills the gap between the cooling jacket 110 and the semiconductor module 102. Thereby, the refrigerant can be sealed in the refrigerant channel.
  • the hooks 104 formed in part of the semiconductor module 102 and the hook grooves 112 formed in part of the cooling jacket 110 do not increase the size of the semiconductor device 100. That is, there is no increase in size due to the provision of the hooks 104 and the hook grooves 112. Furthermore, since the cooling jacket 110 is fixed to the semiconductor module 102 by snap fitting, assembly is very easy. Further, the number of parts can be reduced as compared with the first embodiment. Furthermore, by making the root portion of the hook 104 tapered, the strength of the hook 104 can be increased.
  • a snap fit mechanism may be formed on the semiconductor module and the cooling jacket to fix the semiconductor module to the cooling jacket. Therefore, for example, hook grooves may be formed in the semiconductor module and hooks may be formed in the cooling jacket.
  • the position, size, shape, and number of hooks and hook grooves can be changed as appropriate. For example, when using a large semiconductor module, the number of hooks and hook grooves may be increased.
  • FIG. 12 is an exploded view of a semiconductor device 120 according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the semiconductor device 120 includes a first semiconductor module 122 and a second semiconductor module 124 as semiconductor modules.
  • the first semiconductor module 122 and the second semiconductor module 124 are the same as the semiconductor module 102 of the fourth embodiment.
  • the cooling jacket 130 has an introduction opening 132 on the upper surface side and an introduction opening 134 on the lower surface side.
  • the introduction opening 132 is formed to introduce the plurality of cooling fins 30 of the first semiconductor module 122 into the coolant channel 44.
  • the introduction openings 134 are formed to introduce the plurality of cooling fins 30 of the second semiconductor module 124 into the coolant channel 44.
  • Four hook grooves 140 that snap fit with the hooks 104 of the first semiconductor module 122 are formed on the side surface on the upper surface side of the cooling jacket 130.
  • Four hook grooves 142 that snap fit with the hooks 104 of the second semiconductor module 124 are formed on the side surface on the lower surface side of the cooling jacket 130.
  • FIG. 13 is a perspective view of the completed semiconductor device 120. As shown in FIG. The hooks 104 of the first semiconductor module 122 fit in the hook grooves 140, whereby the first semiconductor module 122 is fixed to the upper surface side of the cooling jacket 130. The hooks 104 of the second semiconductor module 124 fit in the hook grooves 142, whereby the second semiconductor module 124 is fixed to the lower surface side of the cooling jacket 130.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a portion including the O-ring 40 of the semiconductor device 120.
  • the O-ring 40 on the upper surface side of the cooling jacket 130 is elastically deformed, and the gap between the cooling jacket 130 and the first semiconductor module 122 is filled. Further, the O-ring 40 on the lower surface side of the cooling jacket 130 is elastically deformed to fill the gap between the cooling jacket 130 and the second semiconductor module 124.
  • the semiconductor modules can be fixed to both the upper surface and the lower surface of the cooling jacket 130. Therefore, two semiconductor modules (the first semiconductor module 122 and the second The semiconductor module 124) can be cooled.
  • the distance between the plurality of cooling fins 30 of the first semiconductor module 122 and the plurality of cooling fins 30 of the second semiconductor module 124 is reduced, it is possible to suppress the variation of the flow velocity distribution in the refrigerant flow path and enhance the cooling efficiency.
  • the plurality of cooling fins 30 of the first semiconductor module 122 and the plurality of cooling fins 30 of the second semiconductor module 124 are brought into contact with each other, variation in flow velocity distribution in the refrigerant flow path is suppressed. can do.
  • FIG. 15 is an exploded view of a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • the plurality of cooling jackets 130 are connected to form a series of coolant channels.
  • the cooling jackets 130 are fixed (connected) by a fitting structure capable of sealing the refrigerant.
  • FIG. 16 is a perspective view of the completed semiconductor device 150.
  • a plurality of semiconductor modules (three first semiconductor modules and three semiconductor modules) can be cooled by one cooling jacket 130. Thereby, for example, a plurality of semiconductor modules constituting a three-phase inverter can be integrated in a small space.
  • the number of connected semiconductor devices 120 is not particularly limited. The effects of the present invention may be enhanced by appropriately combining the features of the semiconductor devices according to the above embodiments.

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Abstract

　複数の冷却フィンと、該複数の冷却フィンより長く、先端部にねじ穴が設けられた固定用冷却フィンと、を有する半導体モジュールと、該複数の冷却フィンと該固定用冷却フィンとを収容する冷媒流路と、該ねじ穴にねじを挿入できるように形成された開口と、を有する冷却ジャケットと、該開口を通じて該ねじ穴に挿入され、該冷却ジャケットを該半導体モジュールに固定するねじと、を備えたことを特徴とする。

Description

半導体装置、半導体モジュール
　この発明は、例えば電力制御機器として用いられる半導体装置、及び半導体モジュールに関する。
　特許文献１には、冷却ジャケットを半導体モジュールに固定した半導体装置が開示されている。この半導体装置は、冷却ジャケットに形成された開口にねじを通し、このねじを半導体モジュールの放熱基板に形成されたねじ穴に挿入することで、冷却ジャケットを半導体モジュールに固定するものである。
日本特開２００７－１１００２５号公報
　半導体装置は可能な限り小型化することが好ましい。しかしながら、特許文献１に開示される半導体装置は、放熱基板にねじ穴を設けるスペースを確保する必要がある分、小型化に不利な構造であった。
　本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、小型化できる半導体装置と半導体モジュールを提供することを目的とする。
　本願の発明に係る半導体装置は、複数の冷却フィンと、該複数の冷却フィンより長く、先端部にねじ穴が設けられた固定用冷却フィンと、を有する半導体モジュールと、該複数の冷却フィンと該固定用冷却フィンとを収容する冷媒流路と、該ねじ穴にねじを挿入できるように形成された開口と、を有する冷却ジャケットと、該開口を通じて該ねじ穴に挿入され、該冷却ジャケットを該半導体モジュールに固定するねじと、を備えたことを特徴とする。
　本願の発明に係る他の半導体装置は、複数の冷却フィンを有する半導体モジュールと、該複数の冷却フィンを収容する冷媒流路を有する冷却ジャケットと、を備え、該半導体モジュールと該冷却ジャケットには、該半導体モジュールを該冷却ジャケットに固定するスナップフィット機構が形成されたことを特徴とする。
　本願の発明に係る半導体モジュールは、複数の冷却フィンと、該複数の冷却フィンより長く、先端部にねじ穴が設けられた固定用冷却フィンと、を備えたことを特徴とする。
　本願の発明に係る他の半導体モジュールは、複数の冷却フィンと、該複数の冷却フィンと同じ方向に伸びるフックと、を備えたことを特徴とする。
　本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
　この発明によれば、半導体装置と半導体モジュールを小型化できる。
本発明の実施の形態１に係る半導体装置の分解図である。 半導体モジュールを底面側から見た斜視図である。 半導体装置の斜視図である。 開口とその周辺の断面図である。 ねじ締め後の開口とその周辺の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の斜視図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置の斜視図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置の分解図である。 フックの斜視図である。 完成した半導体装置の斜視図である。 半導体装置のＯリングを含む部分における断面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体装置の分解図である。 完成した半導体装置の斜視図である。 半導体装置のＯリングを含む部分の断面図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体装置の分解図である。 完成した半導体装置の斜視図である。
　本発明の実施の形態に係る半導体装置と、その半導体装置の一部である半導体モジュールについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０の分解図である。半導体装置１０は、半導体モジュール１２と、半導体モジュール１２に固定された冷却ジャケット１４とを備えている。まず半導体モジュール１２について説明する。半導体モジュール１２は、例えばＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体素子を封止するモールド樹脂２０を備えている。
　モールド樹脂２０の側面から制御端子２１と主電極２２が外部へ露出している。モールド樹脂２０の底面には金属で形成されたベースプレート２４が固定されている。図２は、半導体モジュール１２を底面側から見た斜視図である。ベースプレート２４に接するように、複数の冷却フィン３０と、固定用冷却フィン３２が設けられている。複数の冷却フィン３０と固定用冷却フィン３２は、ベースプレート２４と同じ材料で、ベースプレート２４と一体的に形成されている。
　冷却フィン３０は、例えばピンフィンで形成されるが他のタイプのフィンで形成してもよい。固定用冷却フィン３２は冷却フィン３０より長い。そのため、固定用冷却フィン３２は複数の冷却フィン３０よりも半導体モジュール１２の外側へ突出している。固定用冷却フィン３２の先端部にはねじ穴が設けられている。このような固定用冷却フィン３２は例えばねじ穴付のボスで形成される。複数の冷却フィン３０と固定用冷却フィン３２はベースプレート２４の中央部に設けられている。そのため、複数の冷却フィン３０と固定用冷却フィン３２はベースプレート２４の外周部分には設けられていない。固定用冷却フィン３２はベースプレート２４のほぼ中央に設けられている。
　図１の説明に戻る。半導体モジュール１２と冷却ジャケット１４の間にはＯリング４０とＯリング４２が設けられる。次いで、冷却ジャケット１４について説明する。冷却ジャケット１４には冷媒流路４４が形成されている。冷媒の流れる方向は矢印で示されている。この冷媒の流れを可能とするために、冷却ジャケット１４の対向する２つの側面には流路開口４６、４８が形成されている。
　冷却ジャケット１４の上面側には、複数の冷却フィン３０と固定用冷却フィン３２とを冷媒流路４４に導入するための導入用開口４９が形成されている。複数の冷却フィン３０と固定用冷却フィン３２は、この導入用開口４９を通って、冷媒流路４４に収容される。
　冷却ジャケット１４の半導体モジュール１２に対向する面（上面）には、環状の溝５０が形成されている。この溝５０は、半導体装置１０の完成時には複数の冷却フィン３０と固定用冷却フィン３２を囲む。この溝５０には前述のＯリング４０が収容される。
　冷却ジャケット１４には、冷媒流路４４に収容された固定用冷却フィン３２のねじ穴にねじ６０を挿入できるように開口５２が形成されている。そして、ねじ６０の軸を開口５２を通じて固定用冷却フィン３２のねじ穴に挿入し、ねじ６０の頭が冷却ジャケット１４の外壁に当たるまでねじ締めすることで、冷却ジャケット１４が半導体モジュール１２に固定される。
　図３は、半導体装置１０の斜視図である。説明の便宜上、冷却ジャケット１４は半分だけ示す。Ｏリング４２は、冷却ジャケット１４と固定用冷却フィン３２に挟まれて弾性変形する。このことについて、図４、５を参照して説明する。
　図４は、開口５２とその周辺の断面図である。冷却ジャケット１４の開口５２は、内壁１４ａ側の幅（Ｘ２）が、外壁１４ｂ側の幅（Ｘ１）より大きい。これにより冷却ジャケット１４の内壁に座ぐり部７０が形成されている。座ぐり部７０の幅は固定用冷却フィン３２の幅と一致している。
　図５は、ねじ締め後の開口とその周辺の断面図である。まず、固定用冷却フィン３２の先端部を座ぐり部７０に収容する。このとき、当該先端部と座ぐり部７０の底面の間にＯリング４２を設置する。この状態で、ねじ６０をねじ穴に挿入する。ねじ６０を締めることによって冷却ジャケット１４を半導体モジュール１２に押し付ける力を生じさせることができる。
　この力により溝５０に設けられたＯリング４０を弾性変形させて冷却ジャケット１４と半導体モジュール１２の隙間を埋めつつ、Ｏリング４２を弾性変形させて固定用冷却フィン３２の先端部と座ぐり部７０の底面の間の隙間を埋める。従って、Ｏリング４０、４２により冷媒流路４４を流れる冷媒を冷媒流路４４内に封止することができる。なお、Ｏリング４０、４２の弾性変形量を冷媒封止に最適な値とするために、Ｏリング４０、４２の外径、溝５０の形状、座ぐり部７０の深さ、及び固定用冷却フィン３２の長さを適宜変更する。
　本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０は、半導体モジュール１２と冷却ジャケット１４の固定に用いる固定用冷却フィン３２を、複数の冷却フィン３０と並べて設けたものである。つまり、従来であれば冷却フィンが設けられていた場所に固定用冷却フィン３２を設けたので、半導体装置のサイズが大きくなることを防止できる。しかも、この固定用冷却フィン３２は、複数の冷却フィン３０と同様に半導体モジュール１２の冷却に寄与するものである。従って、効率的に半導体モジュール１２を冷却でき、その上、半導体装置１０を小型化できる。
　Ｏリング４０は溝５０に設けられ、Ｏリング４２は座ぐり部７０に設けられているので、Ｏリング４０の全体が冷媒に触れたり、Ｏリング４２の全体が冷媒に触れたりすることはない。従って、Ｏリング４０、４２全体が冷媒に接する場合と比較して、Ｏリング４０、４２の耐久性を高めることができる。特に、図５から分かるように、座ぐり部７０に設けられたＯリング４２は殆ど冷媒に接することがない、よって、半導体装置１０の信頼性を向上させることができる。
　本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０と半導体モジュール１２は、様々な変形が可能である。例えば、モールド樹脂２０はケースに置き換えても良い。また、座ぐり部７０を省略して冷却ジャケット１４の構成を簡素化してもよい。なおこれらの変形は以下の実施の形態に係る半導体装置及び半導体モジュールにも応用できる。
実施の形態２．
　本発明の実施の形態２に係る半導体装置は、固定用冷却フィンを複数設けた点等において、実施の形態１に係る半導体装置と相違する。図６は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の斜視図である。説明の便宜上、冷却ジャケット８０は半分だけ示す。
　半導体モジュール９０は、先端部にねじ穴が設けられた追加固定用冷却フィン９２を備えている。追加固定用冷却フィン９２は、固定用冷却フィン３２と同じ形状であり、ベースプレート２４につながっている。この追加固定用冷却フィン９２は冷媒流路に収容されている。
　冷却ジャケット８０には、追加固定用冷却フィン９２のねじ穴にねじを挿入できるように追加開口８２が形成されている。追加開口８２は、開口５２と同じ形状であり、座ぐり部を形成するものである。ねじ６０と同じ要領で、追加ねじ９４が追加開口８２を通じて追加固定用冷却フィン９２のねじ穴に挿入されている。なお、座ぐり部の底面と追加固定用冷却フィン９２の先端との間にＯリング９６が設けられている。
　本発明の実施の形態２に係る半導体装置は、固定用冷却フィン３２のねじ穴にねじ６０を挿入し、追加固定用冷却フィン９２のねじ穴に追加ねじ９４を挿入することで、冷却ジャケット８０を半導体モジュール９０に固定する。２本の固定用冷却フィン（固定用冷却フィン３２と追加固定用冷却フィン９２）を利用するため、実施の形態１の半導体装置と比較して半導体モジュールと冷却ジャケットの結合強度を向上させることができる。
　さらに、２本の固定用冷却フィンを利用することで、半導体モジュール９０に冷却ジャケット８０を取り付ける際の位置決めが可能となる。つまり、２本の固定用冷却フィンを冷却ジャケットの開口に挿入し冷却ジャケットの半導体モジュールに対する位置を確定することで、両者の位置ずれを防止できる。
　本発明の実施の形態２では２本の固定用冷却フィンを用いたが、固定用冷却フィンは２本に限らず、３本以上としてもよい。
実施の形態３．
　本発明の実施の形態３に係る半導体装置は、実施の形態１に係る半導体装置１０を複数（３つ）連結させたものである。図７は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置の斜視図である。複数の冷却ジャケット１４は、一続きの冷媒流路を形成するように接続されている。冷却ジャケット１４間は冷媒を封止できる嵌合構造で固定(連結)する。これにより、例えば３相インバータを構成する複数の半導体モジュール１２を小さいスペースで集積することができる。
　半導体装置１０の連結数は特に限定されない。また、実施の形態２に係る半導体装置を複数連結させても良い。
実施の形態４．
　実施の形態４に係る半導体装置と半導体モジュールは実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。図８は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置１００の分解図である。半導体モジュール１０２にはフック１０４が形成されている。フック１０４は、複数の冷却フィン３０と同じ方向に伸びている。フック１０４は、モールド樹脂２０と同じ材料でモールド樹脂２０の４つの角部につながるように形成されている。なお、フック１０４は、ベースプレートと同じ材料で、ベースプレートにつながるように形成してもよい。
　図９は、フックの斜視図である。フック１０４は付け根部分１０４ａでテーパ形状に形成されている。従って、フック１０４は付け根部分で太くなっている。図８の説明に戻る。冷却ジャケット１１０には、前述のフック１０４とスナップフィット固定される形状のフック溝１１２が形成されている。フック溝１１２は、冷却ジャケット１１０の４つの角部に形成されている。このフック溝１１２と前述のフック１０４とで、スナップフィット機構を形成している。
　図１０は、完成した半導体装置１００の斜視図である。フック１０４を弾性変形させてフック溝１１２にはめ込むことで、半導体モジュール１０２に冷却ジャケット１１０を固定（スナップフィット固定）する。図１１は、半導体装置１００のＯリング４０を含む部分における断面図である。前述のスナップフィット固定により、Ｏリング４０が弾性変形し、冷却ジャケット１１０と半導体モジュール１０２の隙間を埋める。これにより冷媒を冷媒流路に封止できる。
　半導体モジュール１０２の一部に形成したフック１０４と冷却ジャケット１１０の一部に形成したフック溝１１２は、半導体装置１００のサイズを大きくするものではない。つまり、フック１０４とフック溝１１２を設けたことによるサイズの増加はない。さらに、スナップフィット固定により半導体モジュール１０２に冷却ジャケット１１０を固定するため、組み立てが非常に容易である。また、実施の形態１と比較して部品点数を削減できる。さらに、フック１０４の付け根部分をテーパ形状にすることでフック１０４の強度を高めることができる。
　上記の効果を得るためには、半導体モジュールと冷却ジャケットに、半導体モジュールを冷却ジャケットに固定するスナップフィット機構を形成すればよい。従って、例えば半導体モジュールにフック溝を形成し、冷却ジャケットにフックを形成しても良い。また、フックとフック溝の位置、大きさ、形状、及び数は適宜変更することができる。例えば大型の半導体モジュールを用いる場合は、フックとフック溝の数を増やすとよい。
実施の形態５．
　実施の形態５に係る半導体装置については、実施の形態４の半導体装置１００との相違点を中心に説明する。図１２は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置１２０の分解図である。半導体装置１２０は、半導体モジュールとして第１半導体モジュール１２２と第２半導体モジュール１２４を備えている。第１半導体モジュール１２２と第２半導体モジュール１２４は、実施の形態４の半導体モジュール１０２と同じものである。
　冷却ジャケット１３０は、上面側に導入用開口１３２を有し、下面側に導入用開口１３４を有している。導入用開口１３２は、第１半導体モジュール１２２の複数の冷却フィン３０を冷媒流路４４に導入するために形成されている。導入用開口１３４は、第２半導体モジュール１２４の複数の冷却フィン３０を冷媒流路４４に導入するために形成されている。
　冷却ジャケット１３０の上面側の側面には第１半導体モジュール１２２のフック１０４とスナップフィットする４つのフック溝１４０が形成されている。冷却ジャケット１３０の下面側の側面には第２半導体モジュール１２４のフック１０４とスナップフィットする４つのフック溝１４２が形成されている。
　図１３は、完成した半導体装置１２０の斜視図である。第１半導体モジュール１２２のフック１０４がフック溝１４０にはまることで、第１半導体モジュール１２２は冷却ジャケット１３０の上面側に固定されている。第２半導体モジュール１２４のフック１０４がフック溝１４２にはまることで、第２半導体モジュール１２４は冷却ジャケット１３０の下面側に固定されている。
　図１４は、半導体装置１２０のＯリング４０を含む部分の断面図である。前述のスナップフィット固定により、冷却ジャケット１３０の上面側のＯリング４０が弾性変形し、冷却ジャケット１３０と第１半導体モジュール１２２の隙間を埋める。また、冷却ジャケット１３０の下面側のＯリング４０が弾性変形し、冷却ジャケット１３０と第２半導体モジュール１２４の隙間を埋める。
　本発明の実施の形態５に係る半導体装置は、冷却ジャケット１３０の上面と下面の両方に半導体モジュールを固定できるので、１つの冷媒流路４４で２つの半導体モジュール（第１半導体モジュール１２２と第２半導体モジュール１２４）を冷却することができる。
　第１半導体モジュール１２２の複数の冷却フィン３０と、第２半導体モジュール１２４の複数の冷却フィン３０との距離を小さくすると、冷媒流路内の流速分布のばらつきを抑え冷却効率を高めることができる。本発明の実施の形態５では、第１半導体モジュール１２２の複数の冷却フィン３０と、第２半導体モジュール１２４の複数の冷却フィン３０を接触させたので、冷媒流路内の流速分布のばらつきを抑制することができる。
実施の形態６．
　本発明の実施の形態６に係る半導体装置は、実施の形態５に係る半導体装置１２０を複数（３つ）連結させたものである。図１５は、本発明の実施の形態６に係る半導体装置の分解図である。複数の冷却ジャケット１３０は、一続きの冷媒流路を形成するように接続されている。冷却ジャケット１３０間は冷媒を封止できる嵌合構造で固定(連結)する。
　図１６は、完成した半導体装置１５０の斜視図である。複数の半導体モジュール（３つの第１半導体モジュールと３つの半導体モジュール）を１つの冷却ジャケット１３０で冷却することができる。これにより、例えば３相インバータを構成する複数の半導体モジュールを小さいスペースで集積することができる。
　半導体装置１２０の連結数は特に限定されない。なお、上記の各実施の形態に係る半導体装置の特徴を適宜に組み合わせて、本発明の効果を高めても良い。
　１０　半導体装置、　１２　半導体モジュール、　１４　冷却ジャケット、　２０　モールド樹脂、　２１　制御端子、　２２　主電極、　２４　ベースプレート、　３０　冷却フィン、　３２　固定用冷却フィン、　４０,４２　Ｏリング、　４４　冷媒流路、　４６,４８　流路開口、　４９　導入用開口、　５０　溝、　５２　開口、　６０　ねじ、　７０　座ぐり部、　８０　冷却ジャケット、　８２　追加開口、　９０　半導体モジュール、　９２　追加固定用冷却フィン、　９６　Ｏリング、　１０４　フック、　１０４ａ　付け根部分、　１１２　フック溝、　１２２　第１半導体モジュール、　１２４　第２半導体モジュール

Claims (13)

  1. 　複数の冷却フィンと、前記複数の冷却フィンより長く、先端部にねじ穴が設けられた固定用冷却フィンと、を有する半導体モジュールと、
    　前記複数の冷却フィンと前記固定用冷却フィンとを収容する冷媒流路と、前記ねじ穴にねじを挿入できるように形成された開口と、を有する冷却ジャケットと、
    　前記開口を通じて前記ねじ穴に挿入され、前記冷却ジャケットを前記半導体モジュールに固定するねじと、を備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 　前記複数の冷却フィンは複数のピンフィンで形成され、前記固定用冷却フィンはボスで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記先端部は前記冷却ジャケットの内壁に形成された座ぐり部に収容され、
    　前記先端部と前記座ぐり部の底面の間に設けられたＯリングを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
  4. 　前記冷却ジャケットの前記半導体モジュールに対向する面には、前記複数の冷却フィンと前記固定用冷却フィンを囲む環状の溝が形成され、
    　前記溝内に設けられ、前記冷却ジャケットと前記半導体モジュールの隙間を埋めるＯリングを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 　前記半導体モジュールは、前記複数の冷却フィンより長く、先端部にねじ穴が設けられた追加固定用冷却フィンを備え、
    　前記冷却ジャケットには、前記追加固定用冷却フィンのねじ穴にねじを挿入できるように追加開口が形成され、
    　前記冷媒流路には前記追加固定用冷却フィンが収容され、
    　前記追加開口を通じて前記追加固定用冷却フィンのねじ穴に挿入された追加ねじを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置。
  6. 　前記半導体モジュールと前記冷却ジャケットを複数備え、
    　複数の前記冷却ジャケットは、一続きの冷媒流路を形成するように接続されたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置。
  7. 　複数の冷却フィンと、
    　前記複数の冷却フィンより長く、先端部にねじ穴が設けられた固定用冷却フィンと、を備えたことを特徴とする半導体モジュール。
  8. 　複数の冷却フィンを有する半導体モジュールと、
    　前記複数の冷却フィンを収容する冷媒流路を有する冷却ジャケットと、を備え、
    　前記半導体モジュールと前記冷却ジャケットには、前記半導体モジュールを前記冷却ジャケットに固定するスナップフィット機構が形成されたことを特徴とする半導体装置。
  9. 　前記スナップフィット機構は、
    　前記半導体モジュールに前記複数の冷却フィンと同じ方向に伸びるように形成されたフックと、
    　前記冷却ジャケットに前記フックとスナップフィット固定される形状で形成されたフック溝と、を備えたことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
  10. 　前記フックは付け根部分でテーパ形状に形成されたことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
  11. 　前記半導体モジュールは、
    　前記スナップフィット機構により前記冷却ジャケットの上面側に固定された第１半導体モジュールと、
    　前記スナップフィット機構により前記冷却ジャケットの下面側に固定された第２半導体モジュールと、を備えたことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
  12. 　前記半導体モジュールと前記冷却ジャケットを複数備え、
    　複数の前記冷却ジャケットは、一続きの冷媒流路を形成するように接続されたことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
  13. 　複数の冷却フィンと、
    　前記複数の冷却フィンと同じ方向に伸びるフックと、を備えたことを特徴とする半導体モジュール。
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