CN106997872A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是使具有多个功率模块和其冷却构造的半导体装置的占有面积减小。本发明的半导体装置具有：功率模块(31)，其搭载于冷媒护套的顶板(41)；功率模块(32)，其搭载于冷媒护套的与顶板(41)相对的顶板(42)。冷媒护套具有：鳍片(21)，其在流路中与顶板(41)接触；鳍片(22)，其在流路中与顶板(42)接触；流入口(1A)，其从外部导入冷媒；流入侧集管(7A)，其将从流入口流入的冷媒输送至鳍片(21)及鳍片(22)；排出口(1B)，其将冷媒向外部排出；排出侧集管(7B)，其将经过了鳍片(21)及鳍片(22)的冷媒向排出口输送。功率模块(31)及功率模块(32)隔着顶板(41)、顶板(42)以及鳍片(21)、鳍片(22)相向。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及一种具有多个功率模块和其冷却机构的半导体装置。
背景技术
作为功率模块的冷却构造，存在下述直冷式冷却构造，即，在搭载有功率模块的基座板的下表面具有鳍片。在直冷式冷却构造中，将基座板经由密封构造与冷媒护套的侧面部件接合而将该基座板作为护套的上表面部件，将鳍片密封在冷媒护套的内部(例如专利文献1)。
专利文献1：日本特开2015-53318号公报
就专利文献1的半导体装置而言，仅在功率模块的单侧设置有冷却构造。因此，对于汽车用途等需要多个功率模块的半导体装置，由于是以每个功率模块为单位来配置半导体装置、或者将功率模块并排搭载于平面，所以存在无法减小占用面积这样的问题。
发明内容
本发明就是鉴于上述的问题而提出的，其目的在于使具有多个功率模块和其冷却构造的半导体装置的占有面积减小。
本发明的半导体装置具有：冷媒护套，其在内部具有冷媒流动的流路；第1功率模块，其搭载于冷媒护套的第1面部件；以及第2功率模块，其搭载于冷媒护套的与第1面部件相对的第2面部件，冷媒护套具有：第1鳍片，其在流路中与第1面部件接触；第2鳍片，其在流路中与第2面部件接触；流入口，其从外部导入冷媒；流入侧集管，其将从流入口流入的冷媒输送至第1鳍片及第2鳍片；排出口，其将冷媒向外部排出；以及排出侧集管，其将经过了第1鳍片及第2鳍片的冷媒向排出口输送，第1功率模块及第2功率模块隔着第1面部件、第2面部件以及第1鳍片、第2鳍片相向。
发明的效果
本发明的半导体装置具有：冷媒护套，其在内部具有冷媒流动的流路；第1功率模块，其搭载于冷媒护套的第1面部件；以及第2功率模块，其搭载于冷媒护套的与第1面部件相对的第2面部件，冷媒护套具有：第1鳍片，其在流路中与第1面部件接触；第2鳍片，其在流路中与第2面部件接触；流入口，其从外部导入冷媒；流入侧集管，其将从流入口流入的冷媒输送至第1鳍片及第2鳍片；排出口，其将冷媒向外部排出；以及排出侧集管，其将经过了第1鳍片及第2鳍片的冷媒向排出口输送，第1功率模块及第2功率模块隔着第1面部件、第2面部件以及第1鳍片、第2鳍片相向。这样，通过将第1功率模块和第2功率模块相向地配置，能够使半导体装置的占用面积减小。
附图说明
图1是本发明的实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。
图2是本发明的实施方式1涉及的半导体装置的俯视图。
图3是本发明的对比例涉及的半导体装置的俯视图。
图4是本发明的实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。
图5是本发明的实施方式2涉及的半导体装置的俯视图。
图6是本发明的实施方式3涉及的半导体装置的剖视图。
图7是本发明的实施方式4涉及的半导体装置的结构图。
图8是本发明的实施方式4涉及的半导体装置的俯视图。
图9是本发明的实施方式4的变形例涉及的半导体装置的俯视图。
具体实施方式
<A.实施方式1>
图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置101的结构的剖视图，图2是半导体装置101的俯视图。图1是图2的A-A剖视图。
半导体装置101具有直冷式的冷却构造，具有：2个功率模块31、32；鳍片21、22，它们用于对功率模块31、32的热进行散热；以及冷媒护套4，其对鳍片21、22进行冷却。
功率模块31搭载于基座板，在该基座板的背面接合用于对功率模块31进行散热的鳍片21。并且，搭载功率模块31的基座板经由密封件51与冷媒护套4的侧面部件(第3面部件)40密接，该基座板成为冷媒护套4的上表面部件(第1面部件)即顶板41。顶板41和侧面部件40通过紧固螺栓61在4个角部进行紧固。
另外，功率模块32搭载于基座板，在该基座板的背面接合用于对功率模块32进行散热的鳍片22。并且，搭载功率模块32的基座板经由密封件52与冷媒护套4的侧面部件40密接，该基座板成为冷媒护套4的底面部件(第2面部件)即顶板42。顶板41和顶板42相对，因此功率模块31、32是隔着顶板41、42以及鳍片21、22而相向地配置的。顶板42和侧面部件40通过紧固螺栓62在4个角部进行紧固。
密封件51、52使用例如O型环、液状密封垫、UV硬化性橡胶等。这样，通过将侧面部件40和顶板41、42进行密接，从而使鳍片21、22被密封在冷媒护套4的内部。此外，也可以将鳍片21、22和冷媒护套4的侧面部件40直接钎焊或者焊接。
另外，如图2所示，冷媒护套4具有冷媒的流入口1A及排出口1B。在冷媒护套4的内部，形成流入侧集管7A和排出侧集管7B，该流入侧集管7A是用于将从流入口1A流入的冷媒输送至鳍片21、22的空间，该排出侧集管7B是用于将经过了鳍片21、22的冷媒输送至排出口1B的空间。另外，在鳍片21、22之间，横跨整个面而设置有分隔板81，流过流入侧集管7A的低温的冷媒被分隔板81分为经过鳍片21的冷媒和经过鳍片22的冷媒，分别经过鳍片21、22而进行热交换。经过鳍片21、22而成为高温后的冷媒经由排出侧集管7B而从排出口1B排出。
在这里，作为对比例而在图3示出现有的半导体装置100的俯视图。就现有的半导体装置100而言，在冷媒护套4的顶板41(上表面部件)搭载2个功率模块31、32，因此需要与2个功率模块对应量的占用面积(底面积)。
但是，根据本发明的实施方式1的半导体装置101，在冷媒护套4的上表面部件即顶板41搭载功率模块31，在底面部件即顶板42搭载功率模块32，功率模块31、32以相向的方式配置。即，半导体装置101具有：冷媒护套4，其在内部具有冷媒流动的流路；功率模块31(第1功率模块)，其搭载于冷媒护套4的顶板41(第1面部件)；以及功率模块32(第2功率模块)，其搭载于冷媒护套4的与第1面部件相对的第2面部件，冷媒护套4具有：鳍片21(第1鳍片)，其在流路中与顶板41接触；鳍片22(第2鳍片)，其在流路中与顶板42接触；流入口1A，其从外部导入冷媒；流入侧集管7A，其将从流入口1A流入的冷媒输送至鳍片21、22；排出口1B，其将冷媒向外部排出；以及排出侧集管7B，其将经过了鳍片21、22的冷媒向排出口1B输送，功率模块31、32隔着顶板41、42以及鳍片21、22而相向。因此，与半导体装置100相比，能够大幅地削减占用面积。
另外，冷媒护套4具有分隔板81，该分隔板81在该流路中将鳍片21、22进行分隔，因此能够使冷媒流过鳍片21、22双方。
在图1中，对搭载2个功率模块的半导体装置进行了说明，但本发明在搭载更多数量的功率模块的情况下也能够适用。例如，在搭载4个功率模块的半导体装置的情况下，在顶板41搭载2个功率模块，以与上述功率模块相向的方式在顶板42搭载2个功率模块，从而能够实现占用面积的削减。
<B.实施方式2>
图4是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置102的结构的剖视图，图5是半导体装置102的俯视图。图4是图5的A-A剖视图。在实施方式1中，横跨鳍片21、22的整个面而设置有分隔板81，因此流入侧集管7A及排出侧集管7B设置于鳍片21、22的外侧。因此，顶板41、42的尺寸由鳍片21、22的尺寸、流入侧集管7A及排出侧集管7B的尺寸规定。
与此相对，半导体装置102的分隔板82仅设置于鳍片21、22的中央部，在端部(图4中的左端和右端)未设置。由此，能够将鳍片21、22之间的区域中的没有设置分隔板82的端部区域设为流入侧集管7A及排出侧集管7B。
另外，如图4所示，也可以将分隔板82中的鳍片21、22侧的端部的宽度设为比其以外的部分的宽度大，换言之，在分隔板82设置凹陷部，该凹陷部作为流入侧集管7A及排出侧集管7B而起作用。
就实施方式2涉及的半导体装置102而言，流入侧集管7A及排出侧集管7B设置于鳍片21、22之间，因此与将流入侧集管7A及排出侧集管7B设置于鳍片21、22的外侧的半导体装置101相比，能够使顶板41、42的尺寸减小与流入侧集管7A及排出侧集管7B的占用面积对应的量。因此，半导体装置102的占用面积变小。
<C.实施方式3>
图6是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置103的结构的剖视图。半导体装置103在冷媒护套4的侧面方向搭载有功率模块33。
具体地说，冷媒护套4的搭载功率模块33的侧面部件400由下述部件构成，即：侧面部件401，其通过密封件51、52而与顶板41、42密接；以及侧面部件402(基座板)，其通过密封件53而与侧面部件401密接。即，利用侧面部件401及侧面部件402，将相向的顶板41、42的端部连接。
在侧面部件402的一个面搭载功率模块33，在另一个面接合鳍片23。侧面部件402的接合有鳍片23的面通过密封件53而与侧面部件401密接，因此鳍片23被密封在冷媒护套4的内部。另外，侧面部件402和侧面部件401通过紧固螺栓63进行紧固。
即，实施方式3涉及的半导体装置103具有功率模块33(第3功率模块)，该功率模块33(第3功率模块)搭载于冷媒护套4的将顶板41(第1面部件)的端部和顶板42(第2面部件)的端部连接的侧面部件400(第3面部件)，冷媒护套4具有在流路中与侧面部件400接触的鳍片23(第3鳍片)。这样，通过在冷媒护套4的3个面分别搭载功率模块，能够使具有对3个功率模块进行搭载的冷却构造的半导体装置的占用面积减小。
另外，如图6所示，分隔板83的一部分从鳍片21、22向鳍片23凸出。由此，经过鳍片21、22后的冷媒会经过鳍片23，然后流动至排出侧集管7B。即，排出侧集管7B将经过鳍片21、22之后经过了鳍片23的冷媒向排出口1B进行输送。由此，能够对全部鳍片21、22、23进行冷却。
对于半导体装置103，除了上面说明的结构以外的结构与实施方式2的半导体装置102相同。冷媒护套4的未搭载功率模块33的侧面部件40的结构也与半导体装置102相同。
此外，也可以通过将冷媒的流向设为与上述说明相反，从而形成经过鳍片23后的冷媒经过鳍片21、22的结构。
<D.实施方式4>
图7是表示本发明的实施方式4涉及的半导体装置104的结构的剖视图，图8是半导体装置104的俯视图。图7(a)表示将冷媒护套4的侧面部件40和顶板41、42密接之前的状态，图7(b)表示将两者密接而完成半导体装置104后的状态。另外，图7(a)是图8的A-A剖视图。
半导体装置104是在实施方式1的半导体装置101的基础上，将分隔板81移除，沿冷媒护套4的流路将鳍片21、22交替地配置。通过将鳍片21、22交替地配置，从而即使不设置分隔板81，冷媒也会经过鳍片21、22双方。另外，由于鳍片21、22不干涉，因此能够减小半导体装置104的厚度。
另外，在半导体装置104中，使鳍片22与在顶板41设置的孔91嵌合，使鳍片21与在顶板42设置的孔92嵌合。由此，能够在功率模块31、32之间共享鳍片21、22。另外，也可以在孔91内部对鳍片22进行铆接或者钎焊，在孔92内部对鳍片21进行铆接或者钎焊。由此，能够进一步地提高散热性。
但是，也可以如图9所示的半导体装置104B那样，将鳍片21设为不与顶板42接触的长度，将鳍片22设为不与顶板41接触的长度。
另外，在实施方式1－4的构造中，功率模块31、32、33的半导体元件也可以为宽带隙功率半导体元件。搭载有碳化硅等宽带隙功率半导体的功率模块的特征在于能够进行高温下的动作，因此通过应用本发明而得到散热性高且小型的半导体装置。
此外，本发明可以在其发明的范围内，将各实施方式自由地组合，或对各实施方式进行适当变形、省略。

Claims (8)

1.一种半导体装置，其具有：
冷媒护套，其在内部具有冷媒流动的流路；
第1功率模块，其搭载于所述冷媒护套的第1面部件；以及
第2功率模块，其搭载于所述冷媒护套的与所述第1面部件相对的第2面部件，
所述冷媒护套具有：
第1鳍片，其在所述流路中与所述第1面部件接触；
第2鳍片，其在所述流路中与所述第2面部件接触；
流入口，其从外部导入冷媒；
流入侧集管，其将从所述流入口流入的冷媒输送至所述第1鳍片及所述第2鳍片；
排出口，其将冷媒向所述外部排出；以及
排出侧集管，其将经过了所述第1鳍片及所述第2鳍片的所述冷媒向所述排出口输送，
所述第1功率模块及所述第2功率模块隔着所述第1面部件、所述第2面部件以及所述第1鳍片、所述第2鳍片相向。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述冷媒护套还具有分隔板，该分隔板在所述流路中将所述第1鳍片及所述第2鳍片进行分隔。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
所述流入侧集管及所述排出侧集管设置于所述第1鳍片和所述第2鳍片之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其中，
还具有第3功率模块，该第3功率模块搭载于所述冷媒护套的将所述第1面部件的端部和所述第2面部件的端部连接的第3面部件，
所述冷媒护套具有第3鳍片，该第3鳍片在所述流路中与所述第3面部件接触。
5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，
所述排出侧集管将经过所述第1鳍片及所述第2鳍片之后经过了所述第3鳍片的所述冷媒向所述排出口进行输送。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第1鳍片及所述第2鳍片沿所述流路交替地配置。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中，
所述第1鳍片与所述第2面部件嵌合，
所述第2鳍片与所述第1面部件嵌合。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的半导体装置，其中，
所述第1功率模块及所述第2功率模块的半导体元件为宽带隙功率半导体元件。
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