CN111418057A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

目的在于提供对框体内的半导体模块以及电子部件进行冷却的半导体装置。半导体装置具备：散热器，包括翅片和板状的基部，在基部的一个面设置有半导体模块，在另一个面设置有翅片；框体，覆盖基部的一个面、半导体模块、电子部件以及电路基板而安装于基部，在与一个面之间收容半导体模块；风扇，冷却翅片；以及第1通气口和第2通气口，分别连通框体内外。第1通气口与电子部件距电路基板的高度为最高的部分的一半的高度相比设置于上部，所述电子部件安装于框体内的电路基板的一面。第2通气口贯通框体内的基部的一个面和另一个面。第1通气口和第2通气口在框体内形成风路。电路基板的一面处的冷却风的风速比电子部件上的冷却风的风速小。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体装置，特别涉及被框体覆盖的发热部件的冷却技术。
背景技术
利用散热器以及风扇等来设计作为发热部件的电力半导体装置的散热。例如，电力半导体装置具有在电力半导体元件的一个面用螺钉紧固有包括基部和翅片的散热器的结构。通过使由风扇等生成的冷却风通风到散热器的翅片，由电力半导体元件产生的热被散热。但是，未安装于散热器的部件的冷却效果比安装于散热器的电力半导体元件的冷却效果小。另外，存在这些部件承受由电力半导体元件产生的热而过热的课题。
在专利文献1中，公开了一种电子设备装置，该电子设备装置设置有贯通搭载有发热部件的基部的贯通孔。利用贯通孔来消除阻碍通风的部件所致的空气滞留，冷却效果提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-165409号公报
发明内容
在专利文献1所记载的电子设备装置中，未形成冷却风流经的风路，安装于基部的发热部件以外的发热部件未被冷却。
本发明是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于提供在框体内形成风路、不仅能够冷却安装于散热器的半导体模块还能够冷却设置于框体内的电子部件的半导体装置。
本发明的半导体装置包括：散热器，包括形成第1冷却风从一端流到另一端的第1风路的翅片和具有板状的形状的基部，在基部的一个面设置有半导体模块，在另一个面竖立地设置有翅片；框体，覆盖基部的一个面、半导体模块、与半导体模块关联地动作的电子部件以及安装有电子部件的电路基板而安装于散热器的基部，在形成于框体与一个面之间的空间中收容半导体模块；风扇，将第1冷却风吹送到第1风路，并冷却翅片；第1通气口，连通框体内和框体外，将第2冷却风取入到框体内；以及第2通气口，连通框体内和框体外，将取入到框体内的第2冷却风排到框体外。第1通气口与电子部件距电路基板的高度为最高的部分的一半的高度相比设置于上部，所述电子部件安装于框体内的电路基板的一面。第2通气口贯通框体内的基部的一个面和另一个面而形成。第1通气口和第2通气口在框体内形成如下的第2风路：由于起因于第1冷却风的流动而在第2通气口形成的框体内与框体外的压力差，第2冷却风从第1通气口被取入并从第2通气口排到框体外。电路基板的一面处的第2冷却风的风速比电子部件上的第2冷却风的风速小。
根据本发明，能够提供在框体内形成风路、不仅能够冷却安装于散热器的半导体模块还能够冷却设置于框体内的电子部件的半导体装置。
本发明的目的、特征、方面以及优点通过以下的详细的说明和附图变得更清楚。
附图说明
图1是示出实施方式1中的半导体装置的结构的立体图。
图2是示出实施方式1中的半导体装置的结构的剖视图。
图3是示出实施方式1中的半导体装置所包括的散热器的结构的立体图。
图4是示出实施方式1中的半导体装置的内部以及外部的送风时的压力分布的图。
图5是示出实施方式1中的半导体装置的内部以及外部的送风时的流速分布的图。
图6是示出实施方式1中的半导体装置的内部以及外部的送风时的温度分布的图。
图7是示出实施方式1的变形例1中的半导体装置的结构的剖视图。
图8是示出实施方式1的变形例2中的半导体装置的结构的剖视图。
图9是示出实施方式1的变形例3中的半导体装置的结构的剖视图。
图10是示出实施方式1的变形例4中的半导体装置的结构的立体图。
图11是示出实施方式1的变形例4中的半导体装置的结构的剖视图。
图12是示出实施方式2中的半导体装置的结构的立体图。
图13是示出实施方式2中的半导体装置的结构的立体图。
图14是示出实施方式2中的半导体装置的结构的剖视图。
图15是示出实施方式2中的半导体装置所包括的散热器的结构的立体图。
图16是示出实施方式3中的半导体装置的结构的剖视图。
图17是示出实施方式4中的半导体装置的结构的剖视图。
(附图标记说明)
1：电路基板；2：半导体模块；3：翅片；3a：一端；3b：另一端；4：基部；41：第1边；42：第2边；4a：一个面；4b：另一个面；4c：缺口部；4d：台阶部；4e：底面；5：散热器；6：框体；7：风扇；7a：上端部；8：第1通气口；9：第2通气口；10：电子部件；12：电子部件用散热器；WP1：第1风路；WP2：第2风路。
具体实施方式
<实施方式1>
(半导体装置的结构)
说明实施方式1中的半导体装置。图1是概略地示出实施方式1中的半导体装置的结构的立体图。图2是概略地示出实施方式1中的半导体装置的结构的剖视图，示出图1所示的A－A’处的剖面。图3是概略地示出实施方式1中的半导体装置所包括的散热器5的结构的立体图。在实施方式1中，关于半导体装置的安装方向，散热器5的一端3a为下侧，另一端3b为上侧。
半导体装置如图2所示包括安装有半导体模块2的散热器5、框体6、风扇7、第1通气口8以及第2通气口9。实施方式1中的半导体装置除了包括上述结构之外，还包括电路基板1以及电子部件10。半导体模块2例如为电力半导体模块。电力半导体模块例如内含至少1个半导体元件(未图示)。该半导体元件例如为包括SiC或者GaN等宽带隙半导体的电力半导体元件。半导体装置例如为包括电力半导体元件的电力半导体装置。
散热器5包括形成第1冷却风从一端3a流到另一端3b的第1风路WP1的翅片3和具有板状的形状的基部4。在基部4的一个面4a设置有半导体模块2，在另一个面4b竖立地设置有翅片3。如图3所示，在实施方式1中，设置有多个翅片3，各翅片3相互平行地设置。另外，在基部4设置有贯通一个面4a和另一个面4b的缺口部4c。缺口部4c设置于基部4的形成板状的形状的一边的至少一部分。设置该缺口部4c的一边位于翅片3的另一端3b侧。该缺口部4c贯通基部4以及翅片3。但是，缺口部4c的形态并不限于此。缺口部只要为贯通基部4的构造即可，也可以为不贯通翅片3的构造。另外，缺口部4c的平面形状以长方形示出，但并不限于长方形，形状是任意的。
框体6覆盖基部4的一个面4a、半导体模块2、电子部件10以及电路基板1而安装于散热器5的基部4。框体6在与基部4的一个面4a之间形成的空间中收容半导体模块2。电子部件10为与半导体模块关联地动作的电子部件。电子部件10安装于电路基板1的表面1a。另外，在实施方式1中，在电路基板1的背面1b也设置有电子部件10。另外，电路基板1安装设置于框体6内的半导体模块2。
风扇7将第1冷却风吹送到翅片3即第1风路WP1来冷却翅片3。在实施方式1中，风扇7设置于翅片3的一端3a侧。即，风扇7设置于与缺口部4c相反一侧。风扇7通过将风从一端3a侧送出到另一端3b侧，从而吹送第1冷却风。由此，风扇7对散热器5强制地进行空气冷却。
第1通气口8连通框体6内和框体6外，将第2冷却风取入到框体6内。第1通气口8与电子部件10距电路基板1的表面1a的高度为最高的部分的一半的高度相比设置于上方。在此，电子部件10中的后述电容器10a距电路基板1的高度最高。因此，第1通气口8与电容器10a的最上部110a的一半的高度15相比设置于上方。在图2所示的半导体装置中，翅片3的另一端3b所处的方向(即附图的右侧)为上方。第1通气口8被设置成第1通气口8的中心8a与一半的高度15相比位于上方，另外，被设置成其整体与一半的高度15相比位于上方。在实施方式1中，第1通气口8设置于框体6。在此，第1通气口8在框体6的上表面6a设置于翅片3的另一端3b侧、即基部4的缺口部4c的上方。另外，在图1中，第1通气口8的形状以长方形示出，但并不限于长方形，形状是任意的。另外，第1通气口8既可以为孔隙，也可以为包括多个孔的网眼。
第2通气口9贯通框体6内的基部4的一个面4a和另一个面4b。在实施方式1中，第2通气口9包括基部4的缺口部4c。第2通气口9也可以为包括基部4的缺口部4c中的至少一部分的结构。第2通气口9例如优选如图2所示与作为最高的电子部件10的电容器10a的最上部110a的一半的高度15相比设置于上方。第2通气口9连通框体6内和框体6外，将取入到框体6内的第2冷却风排到框体6外。
第1通气口8和第2通气口9形成如下的第2风路WP2：由于起因于第1冷却风的流动而形成于第2通气口9的框体6内与框体6外的压力差，第2冷却风从第1通气口8被取入并从第2通气口9排到框体6外。在实施方式1中，第1通气口8的剖面面积与第2通气口9的剖面面积为相同程度。
电子部件10沿着第2风路WP2设置于框体6内。电子部件10包括电气电子部件，例如为电容器10a。或者，电子部件10例如为其它半导体模块10b。电容器10a例如为比半导体模块2或者其它半导体模块10b大的大型的电容器10a。电子部件10并不限定于电容器10a，例如也可以为变压器或者线圈。框体6还覆盖电路基板1以及电子部件10而安装于散热器5的基部4。另外，在框体6还可以设置外部连接端子11。外部连接端子11经由电路基板1连接于半导体模块2以及电子部件10。
(半导体装置的冷却动作)
接下来，说明半导体装置的动作。图4是示出实施方式1中的半导体装置的内部以及外部的送风时的压力分布的图。图5是示出实施方式1中的半导体装置的内部以及外部的送风时的流速分布的图。图6是示出实施方式1中的半导体装置的内部以及外部的送风时的温度分布的图。图4至图6都示出基于有限元法(finite element method)的解析结果。
解析模型如下。框体6的尺寸为进深90mm×宽度150mm×高度150mm。在图4中，纸面垂直方向为进深方向，左右方向为宽度方向，上下方向为高度方向。散热器5的尺寸为进深90mm×宽度150mm×高度100mm。第1通气口8的尺寸为进深50mm×宽度20mm。缺口部4c即第2通气口9的尺寸为进深50mm×宽度20mm。半导体模块的发热量为20W。此外，其它结构部件不发热。另外，风扇7吹送风速为5m/s的第1冷却风。此外，在框体6的周围未设定风速。框体6的外部气体温度为20℃。
通过驱动风扇7，第1冷却风从翅片3的一端3a流到另一端3b。通过流过第1冷却风，如图4所示，在第2通气口9即实施方式1中基部4的缺口部4c处，框体6外的压力下降。框体6内的空气被框体6以及基部4包围，所以框体6内的压力比流经基部4的正下方的翅片3的空气的压力高。气体从压力高的地方向低的地方流动，所以如图5所示，压力高的框体6内的空气经由第2通气口9而排到压力低的框体6外。框体6内的空气经由第2通气口9排气，从而框体6内的压力要下降，所以外部气体从框体6外经由第1通气口8流入到框体6内。结果是，形成第2冷却风从第1通气口8流到第2通气口9的风路。第2冷却风流经的风路为图2所示的第2风路WP2，该第2风路WP2形成为连接第1通气口8和第2通气口9。另外，在图5中，由于分辨率不足，所以未图示，但电路基板1的表面1a处的第2冷却风的风速比电容器10a上的第2冷却风的风速小。例如，电路基板1的表面1a处的第2冷却风的风速比作为距表面1a的高度为最高的电子部件10的电容器10a的最上部110a的第2冷却风的风速小。
如图6所示，半导体装置利用第2冷却风对配置于第2冷却风流经的第2风路WP2附近的半导体模块2以及电容器10a等电子部件10进行冷却。特别是，电容器10a的上部被冷却。另外，半导体装置利用第1冷却风还对散热器5进行冷却，其结果半导体模块2被冷却。
(效果)
将以上进行汇总，实施方式1中的半导体装置包括：散热器5，包括形成第1冷却风从一端3a流到另一端3b的第1风路WP1的翅片3和具有板状的形状的基部4，半导体模块2设置于基部4的一个面4a，翅片3竖立地设置于另一个面4b；框体6，覆盖基部4的一个面4a、半导体模块2、与半导体模块2关联地动作的电子部件10以及安装有电子部件10的电路基板1而安装于散热器5的基部4，在与一个面4a之间形成的空间中收容半导体模块2；风扇7，将第1冷却风吹送到第1风路WP1来冷却翅片3；第1通气口8，连通框体6内和框体6外，将第2冷却风取入到框体6内；以及第2通气口9，连通框体6内和框体6外，将取入到框体6内的第2冷却风排到框体6外。第1通气口8与安装于框体6内的电路基板1的一面(表面1a)的电子部件10距电路基板1的高度为最高的部分(最上部110a)的一半的高度15相比设置于上部。第2通气口9贯通框体6内的基部4的一个面4a和另一个面4b。第1通气口8和第2通气口9在框体6内形成如下的第2风路WP2：由于起因于第1冷却风的流动而形成于第2通气口9的框体6内与框体6外的压力差，第2冷却风从第1通气口8被取入并从第2通气口9排到框体6外。电路基板1的一面(表面1a)处的第2冷却风的风速比电子部件10上的第2冷却风的风速小。
利用以上的结构，半导体装置能够在第1通气口8与第2通气口9之间形成第2冷却风流经的第2风路WP2。半导体装置无需使散热器5的性能下降，就能够在框体6内使第2冷却风流过。能够消除在框体6内的半导体模块2附近产生的空气滞留，排出滞留于半导体模块2的周围的热气。进而，半导体装置还对安装于第2风路WP2附近的电子部件10进行冷却。例如即使安装有如电容器10a那样的大型的电子部件10，半导体装置也效率良好地冷却。其结果，电容器10a的寿命变长，进而半导体装置的可靠性增加。第1通气口8与安装于电路基板1的表面1a的电子部件10中的高度为最高的电容器10a的最上部110a的一半的高度15相比位于上方。因此，半导体装置能够不使电路基板1的表面1a附近的风速上升地对框体6内的温度高的空气效率良好地进行排气。另外，尘埃等异物不易附着于电路基板1，所以不需要电路基板1的表面1a处的涂层等的异物附着对策。例如，在电路基板1的表面1a附近的风速为0.3m/s的情况下，尘土、尘埃等异物不易附着，所以不需要异物附着对策。因而，通过满足“第2风路WP2的风速”≥0.3m/s≥“电路基板1的表面1a附近的风速”的关系，能够实现半导体装置的小型化、轻量化、低成本化。上述风速是一个例子，只要为不因尘土或尘埃而半导体装置发生故障的程度的风速即可。在实施方式1中示出的第1通气口8以及第2通气口9的各位置或者电子部件10的配置是一个例子，并不限于上述。第1通气口8以及第2通气口9的配置例如也可以根据安装于电路基板1的电子部件10的配置分别决定。即，也可以以根据电子部件10的配置形成第2风路WP2的方式设置第1通气口8和第2通气口9。另外，实施方式1中的半导体装置利用框体6以及散热器5包围电路基板1、半导体模块2以及电子部件10，所以从框体6外传导到框体6内的噪声减少。
另外，实施方式1的半导体装置的第2通气口9与距电路基板1的高度为最高的部分(最上部110a)的一半的高度15相比设置于上部。
这样的半导体装置能够使电路基板1的表面1a处的第2冷却风的风速比电子部件上的第2冷却风的风速小。因此，半导体装置能够降低向电路基板1的表面1a的异物附着，并对框体6内的温度高的空气进行排气。
另外，在实施方式1的半导体装置中，第1通气口8设置于框体6。基部4包括在形成板状的形状的一边的至少一部分处贯通一个面4a和另一个面4b的缺口部4c。设置有缺口部4c的一边位于翅片3的另一端3b侧。第2通气口9包括缺口部4c的至少一部分。
利用这样的结构，半导体装置无需追加风扇7等冷却用构件，仅凭追加形成第1通气口8以及第2通气口9的加工费就能够提高框体6内的冷却性能。另外，在第1通气口8为网眼的情况下，能够防止侵入到框体6内的尘埃。缺口部4c只要为贯通框体6内和框体6外的结构即可，只要如上所述贯通基部4，就也可以不贯通翅片3。另外，作为第2通气口9的缺口部4c只要为能够在与第1冷却风流经的方向垂直的方向上使第2冷却风流过的结构即可。另外，即使在作为第2通气口9的缺口部4c设置于第1冷却风的上风侧、即翅片3的一端3a侧的情况下，冷却风也从第2通气口9流到框体6内。但是，考虑到流经翅片3的第1冷却风的风量减少，散热器5的冷却效率下降的情况，优选缺口部4c设置于翅片3的另一端3b侧。
另外，在实施方式1的半导体装置中，风扇7设置于翅片3的一端3a侧，将风从一端3a侧送出到另一端3b侧，从而吹送第1冷却风。
利用这样的结构，半导体装置无需使第1冷却风的风量减少，就能够在框体6内形成第2冷却风的第2风路WP2。即，无需损害散热器5的冷却效果，就能够进行框体6内的电子部件10等的冷却。
另外，实施方式1的半导体装置还包括电子部件10，该电子部件10沿着第2风路WP2设置于框体6内，与半导体模块2关联地动作。
利用这样的结构，电子部件10被流经与第1通气口8以及第2通气口9的各位置相应地形成的第2风路WP2的第2冷却风高效地冷却。
另外，实施方式1中的半导体装置在相比于控制小电力的半导体模块而搭载控制大的电力的电力半导体模块作为半导体模块2的情况下，起到更大的效果。电力半导体模块的发热量比控制小电力的半导体模块的发热量大。因此，散热器5安装于电力半导体模块，实现散热性能的提高。另一方面，包括电力半导体模块的电力半导体装置如上所述具有为了防止与外部的接触而被框体6覆盖的结构。另外，与电路基板1以及半导体模块2关联地动作的电子部件10等也设置于框体6内。框体6内的空气的循环被框体6妨碍，所以对于未安装于散热器5的电子部件10等，需要独立的散热设计。根据实施方式1中的半导体装置的结构，在框体6内形成第2冷却风的第2风路WP2，所以即使半导体装置为电力半导体装置，也能够有效地进行框体6内的电路基板1以及电子部件10等的冷却。
(实施方式1的变形例1)
在实施方式1所示的半导体装置中，在安装于电路基板1的其它半导体模块10b以及电容器10a等大型的电子部件10的上方形成有第2冷却风的第2风路WP2。而且，第2冷却风对安装于电路基板1的部件进行冷却。半导体装置的结构以及动作并不限于此。能够通过第1通气口8的位置、第2通气口9的位置或安装于电路基板1的电子部件10的配置的变更来对形成于框体6内的第2冷却风的第2风路WP2进行变更，另外，还能够对冷却对象的电子部件10进行变更。
图7是示出实施方式1的变形例1中的半导体装置的结构的剖视图。第1通气口8的位置以及第2通气口9的位置与实施方式1相同，但电路基板1的配置与实施方式1不同。实施方式1的变形例1中的半导体装置的电路基板1安装于相对于图2所示的半导体装置的电路基板1的安装位置反转180度后的位置。第1通气口8与电子部件10距电路基板1的背面1b的高度为最高的部分的一半的高度相比设置于上方。在此，其它半导体模块10b距电路基板1的高度最高。因此，第1通气口8与其它半导体模块10b的最上部110b的一半的高度15相比设置于上方。在图7所示的半导体装置中，翅片3的另一端3b所处的方向(即附图的右侧)为上方。在此，第1通气口8被设置成第1通气口8的中心8a与一半的高度15相比位于上方。虽然图示省略，但也可以与实施方式1同样地设置成第1通气口8的整体与上述一半的高度15相比位于上方。由第1通气口8以及第2通气口9形成的第2冷却风的第2风路WP2形成于电路基板1的背面1b侧。在此，电路基板1的背面1b是指与安装有电容器10a的表面1a相反一侧的面。
利用这样的结构，半导体装置能够对电路基板1以及安装于电路基板1的背面1b的电子部件10等进行冷却。
(实施方式1的变形例2)
图8是示出实施方式1的变形例2中的半导体装置的结构的剖视图。变形例2中的电路基板1安装于相对于图2所示的实施方式1中的半导体装置的电路基板1的安装位置旋转90度后的位置。第1通气口8设置于框体6的侧面6b。该侧面6b位于翅片3的一端3a侧。即，第1通气口8和第2通气口9分别设置于形成电路基板1的对角的位置。第1通气口8与电子部件10距电路基板1的表面1a的高度为最高的部分(最上部110a)的一半的高度相比设置于上方。在图8所示的半导体装置中，附图跟前侧为上方。另外，第2通气口9也优选与最上部110a的一半的高度相比设置于上方。另外，安装于电路基板1的电容器10a等大型的电子部件10被配置成不完全遮蔽第2冷却风的第2风路WP2。另外，需要冷却的电子部件10配置于第2冷却风的第2风路WP2附近。
利用这样的结构，在设置于对角的第1通气口8与第2通气口9之间形成第2冷却风的第2风路WP2。半导体装置能够利用第2冷却风对需要冷却的电子部件10进行冷却。
(实施方式1的变形例3)
图9是示出实施方式1的变形例3中的半导体装置的结构的剖视图。变形例3中的电路基板1安装于相对于图2所示的实施方式1中的半导体装置的电路基板1的安装位置旋转90度后的位置。第1通气口8的位置以及第2通气口9的位置与实施方式1相同。即，第1通气口8与电子部件距电路基板1的表面1a的高度为最高的部分(最上部110a)的一半的高度相比设置于上方。在图9所示的半导体装置中，附图跟前侧为上方。另外，第2通气口9也优选与最上部110a的一半的高度相比设置于上方。在框体6内，还设置有电子部件10以及对电子部件10进行冷却的电子部件用散热器12。安装有电子部件用散热器12的电子部件10的安装位置为与从第1通气口8流到第2通气口9的第2冷却风的第2风路WP2重叠的位置。在此，电子部件10为与安装于散热器5的半导体模块2不同的其它半导体模块10b。电子部件用散热器12例如为比安装有半导体模块2的散热器5小型的散热器。
利用这样的结构，半导体装置能够进行电子部件用散热器12的强制冷却，进而能够冷却电子部件10(其它半导体模块10b)。因此，电子部件10的温度变化所致的特性变化变小，安装电子部件10的半导体装置的可靠性增加。另外，安装有半导体模块2的散热器5与电子部件用散热器12分离地配置。因此，半导体装置能够分别对温度上升率不同的半导体模块2以及电子部件10同时进行冷却。
(实施方式1的变形例4)
实施方式1中的半导体装置具有设置于与缺口部4c相反一侧即翅片3的一端3a侧的风扇7，但风扇7的配置并不限于此。图10是示出实施方式1的变形例4中的半导体装置的结构的立体图。图11是示出实施方式1的变形例4中的半导体装置的结构的剖视图，示出图10所示的B－B’处的剖面。
风扇7设置于缺口部4c侧即翅片3的另一端3b侧。风扇7通过将风从翅片3的一端3a侧吸入到另一端3b侧，从而吹送第1冷却风。即使为具有这样的结构的半导体装置，也起到与实施方式1同样的效果。
另外，风扇7的上端部7a优选设置于比缺口部4c的位置高的位置。即，风扇7优选为上端部7a与由基部4的另一个面4b规定的面相比设置于上方。上方是指框体6的上表面6a所处的方向。利用这样的结构，风扇7将从第2通气口9排气的第2冷却风也吸入并排到框体6外。
(实施方式1的变形例5)
风扇7也可以为通风速度即转速可变的风扇7。风扇7的通风速度越快，流经翅片3的空气的压力越下降。其结果，框体6内与框体6外的压力差变大。由此，与风扇7的通风速度慢的情况相比，在第1通气口8与第2通气口9之间流过的第2冷却风的风量增加。这样，第2冷却风的风量取决于风扇7的通风速度。风扇7的通风速度可变的半导体装置能够可变地控制框体6内的冷却效果。
也可以在半导体装置设置温度传感器(未图示)以及风扇控制器(未图示)。温度传感器设置于框体6内，测定半导体模块2或者框体6内的温度。风扇控制器根据基于温度传感器的温度测定结果，变更风扇7的转速。利用这样的结构，半导体装置能够在框体6内的发热量大的情况下，使第2冷却风的风量增加来提高冷却效果，另外在框体6内的发热量小的情况下，使风扇7的转速变慢来降低消耗电力。
半导体模块2例如隔着散热油脂用螺钉紧固于散热器5的基部4的一个面4a。或者，例如，半导体模块2也可以隔着散热片等其它散热构件安装于散热器5。另外，通过对安装有半导体模块2的基部4的一个面4a进行研磨，能够使介于半导体模块2与散热器5之间的热阻下降。进而，能够降低从散热器5放射的辐射热，起到防止框体6内的部件的温度上升的效果。
例如从半导体模块2的外表面突出的多个端子2a被焊接到电路基板1，从而半导体模块2安装于电路基板1。或者，例如，半导体模块2也可以利用压配(press-fit)端子安装于电路基板1。通过基于压配端子的安装，半导体装置的组装性提高。
安装于散热器5的半导体模块2的数量是任意的。但是，在多个半导体模块安装于散热器5的情况下，各半导体模块隔着具有绝缘性的散热构件安装于散热器5。
散热器5的基部4以及翅片3既可以为分开的部件，也可以为一体的部件。在为分开的部件的情况下，两者例如通过铆接或钎焊连接。在为一体的部件的情况下，两者例如通过挤压成型或者铝模铸一体地成形。
另外，散热器5所具有的缺口部4c在铆接或钎焊之前，切断基部4的一部分而形成。或者，缺口部4c也可以利用具有与缺口部4c对应的形状的模具而挤压成型或者通过铝模铸而成形。
<实施方式2>
说明实施方式2中的半导体装置。此外，关于与实施方式1同样的结构以及动作，省略说明。
图12以及图13都是概略地示出实施方式2中的半导体装置的结构的立体图。但是，图13示出了从与图12相反一侧观察时的半导体装置。图14是概略地示出实施方式2中的半导体装置的结构的剖视图，示出图12以及图13所示的C－C’处的剖面。图15是概略地示出实施方式2中的半导体装置所包括的散热器5的结构的立体图。如图14所示，实施方式2中的电路基板1安装于相对于图2所示的实施方式1中的半导体装置的电路基板1的安装位置旋转90度后的位置。在实施方式2中，关于半导体装置的安装方向，图14的附图里侧为下侧，附图跟前为上侧。
如图15所示，在基部4设置有台阶部4d和缺口部4c。台阶部4d包括基部4的形成板状的形状的第1边41的至少一部分且设置于一个面4a。设置有台阶部4d的第1边41位于翅片3的一端3a侧。即，台阶部4d形成于安装有风扇7的一侧。另外，台阶部4d不贯通基部4。
缺口部4c在形成板状的形状的第2边42的至少一部分处贯通一个面4a和另一个面4b。设置有缺口部4c的第2边42位于翅片3的另一端3b侧。即，缺口部4c的结构与实施方式1相同。
风扇7如图14所示设置于翅片3的一端3a侧，将风从一端3a侧送出到另一端3b侧，从而吹送第1冷却风。但是，风扇7被设置成上端部7a与由台阶部4d的底面4e规定的面相比位于下方。在实施方式2中，风扇7的上端部7a位于与翅片3的高度相同程度的位置，与台阶部4d的底面4e相比位于低的位置。即，风扇7被设置成上端部7a位于与由基部4的另一个面4b规定的面同等或者比该面靠下方的位置。下方是指翅片3相对于基部4所处的方向。
第1通气口8包括台阶部4d的至少一部分。在实施方式2中，第1通气口8包括台阶部4d。第1通气口8与电子部件10距电路基板1的表面1a的高度为最高的部分(最上部110a)的一半的高度相比设置于上方。在图14所示的半导体装置中，附图跟前侧为上方。例如，第1通气口8被设置成第1通气口8的中心与其一半的高度相比位于上方。
第2通气口9包括缺口部4c的至少一部分。在实施方式2中，第2通气口9包括缺口部4c。第2通气口9也优选例如与最上部110a的一半的高度相比设置于上方。
这样，实施方式2中的半导体装置的结构与实施方式1大致一致，但在第1通气口8未设置于框体6而设置于散热器5的台阶部4d这点上不同。
在实施方式2的半导体装置中，台阶部4d与风扇7相比位于上方，所以第1冷却风的一部分不会经由台阶部4d流入到框体6内。因此，从框体6外经由台阶部4d取入外部气体即第2冷却风，经由缺口部4c排气。然后，在作为第1通气口8的台阶部4d与作为第2通气口9的缺口部4c之间形成第2冷却风流经的第2风路WP2。
(效果)
利用这样的结构，半导体装置能够提高安装于第2冷却风的第2风路WP2附近的部件的冷却效果。半导体模块2除了进行基于散热器5的冷却之外，还由第2冷却风进行空气冷却。因此，无需提高风扇7的性能，半导体模块2的冷却性能提高。其结果，半导体装置能够抑制半导体模块2的温度变化所致的特性变化，并且能够提高半导体装置自身的可靠性。另外，半导体装置不仅提高半导体模块2的冷却效果，还提高安装于第2冷却风的第2风路WP2附近的电容器10a等其它电子部件10的冷却效果。由此，电子部件10的寿命变长，进而是半导体装置的可靠性增加。
在实施方式1的半导体装置中，为了在框体6内形成第2风路WP2，需要对框体6以及散热器5这两方进行加工。但是，在实施方式2的半导体装置中，仅通过散热器5的加工就能够形成第2风路WP2。能够抑制加工工序的增加，以低成本化制造半导体装置。
第1通气口8的结构并不限于上述结构。在第1通气口8仅包括台阶部4d的情况下，第1通气口8不可能具有比基部4的厚度大的开口。但是，在台阶部4d附近的框体6，也可以作为其它第1通气口而在框体6还设置有孔隙。由此，在半导体装置中，能够确保比基部4的厚度大的第2冷却风的入口作为第1通气口，冷却效果提高。另外，在与台阶部4d不同的部位设置其它第1通气口，从而还形成多个第2风路。
另外，缺口部4c以及台阶部4d的形状是任意的。例如，台阶部4d的形状也可以与空气流入的方向对应地具有倾斜。由此，空气的流动不会被遮蔽，冷却效果提高。
(实施方式2的变形例)
也可以与实施方式1的变形例4同样地风扇7设置于缺口部4c侧即翅片3的另一端3b侧(未图示)。实施方式2的变形例中的半导体装置所包括的风扇7通过将风从翅片3的一端3a侧吸入到另一端3b侧，吹送第1冷却风。即使为具有这样的结构的半导体装置，也起到与实施方式2同样的效果。
在该情况下，风扇7的上端部7a优选设置于比缺口部4c的位置高的位置。即，风扇7优选为上端部7a与由基部4的另一个面4b规定的面相比设置于上方。上方是指框体6的上表面6a所处的方向。利用这样的结构，风扇7将从第2通气口9排气的第2冷却风也吸入并排到框体6外。
<实施方式3>
说明实施方式3中的半导体装置。图16是概略地示出实施方式3中的半导体装置的结构的剖视图。关于实施方式3中的半导体装置，风扇7的结构与实施方式2不同。关于与实施方式2同样的结构以及动作，省略说明。在实施方式3中，关于半导体装置的安装方向，图16的附图里侧为下侧，附图跟前为上侧。
风扇7不仅将第1冷却风吹送到第1风路WP1，还向第1通气口8进一步吹送第2冷却风。在实施方式3中，风扇7设置于翅片3的一端3a侧。另外，风扇7的上端部7a位于比台阶部4d的底面4e高的位置。即，风扇7被设置成上端部7a与由基部4的台阶部4d的底面4e规定的面相比位于上方。
在实施方式2的半导体装置中，台阶部4d与风扇7相比位于上方，所以由风扇7吹送的冷却风的一部分不会经由台阶部4d流入到框体6内。另一方面，在实施方式3的半导体装置中，台阶部4d与风扇7的上端部7a相比位于下方，所以由风扇7吹送的第2冷却风经由台阶部4d取入到框体6内。通过由风扇7向第1通气口8吹送第2冷却风，第1通气口8和第2通气口9形成第2风路WP2，在第2风路WP2中，第2冷却风从第1通气口8被取入并从第2通气口9排到框体6外。
(效果)
利用这样的结构，半导体模块2不仅利用与散热器5相接的面散热，而且从与和散热器5相接的面相反一侧的面也由第2冷却风强制地空气冷却。半导体装置无需提高散热器5的尺寸或者翅片3的性能，就能够提高冷却效果。半导体装置能够抑制半导体模块2的温度变化所致的特性变化，提高半导体装置自身的可靠性。在实施方式3中，第1通气口8由台阶部4d构成，第2通气口9由缺口部4c构成，但第1通气口8以及第2通气口9的结构并不限于这些。第1通气口8只要是风扇7能够将第2冷却风吹送到第1通气口8、且能够将第1冷却风吹送到翅片3、并且能够在与第2通气口9之间形成第2风路的结构，就也可以为其它结构。
另外，实施方式3中的第1通气口8以及第2通气口9与实施方式2同样地，仅通过散热器5的加工而形成。能够抑制加工工序的增加，能够以低成本制造半导体装置。
通过调整台阶部4d的深度即底面4e的位置或者风扇7的上端部7a的位置，调节流入到框体6内的第2冷却风的风量。因此，半导体装置对于在框体6内强化自然空气冷却的效果的情况和强化强制空气冷却的效果的情况中的任意情况都能够应对。
在实施方式3中，台阶部4d也可以为贯通基部4的结构。从风扇7吹送的冷却风进入的面积变大，所以框体6内的冷却效果提高。
另外，在实施方式3的半导体装置中，与实施方式2同样的结构起到与上述实施方式2同样的效果。
(实施方式3的变形例)
在实施方式3的变形例中，第1通气口8与电子部件10距电路基板1的表面1a的高度为最高的部分(最上部110a)的一半的高度相比设置于上方。在图16所示的半导体装置中，附图跟前侧为上方。例如，第1通气口8被设置成第1通气口8的中心与其一半的高度相比位于上方。
第2通气口9还优选例如与最上部110a的一半的高度相比设置于上方。
这样的半导体装置能够使电路基板1的表面1a处的第2冷却风的风速比电子部件10上的第2冷却风的风速小。因此，半导体装置能够降低向电路基板1的表面1a的异物附着，并对框体6内的温度高的空气进行排气。
<实施方式4>
说明实施方式4中的半导体装置。图17是概略地示出实施方式4中的半导体装置的结构的剖视图。实施方式4中的半导体装置在框体6内的第2风路WP2与电路基板1之间具有板20这点上与实施方式1至3所示的半导体装置不同。关于与实施方式1至3同样的结构以及动作，省略说明。
安装于电路基板1的表面1a的电子部件10中的电容器10a距电路基板1的高度最高。板20与电容器10a距电路基板1的表面1a的高度为最高的部分(最上部110a)的一半的高度15相比设置于上部。板20通过螺钉、粘接、焊接、铆钉等固定于框体6。
板20具有1个以上的开口部21。开口部21将由于电路基板1或者电子部件10的动作中的发热而被加热的空气排到第2风路WP2。然后，排到第2风路WP2的空气利用第2冷却风散热到半导体装置的外部。另外，为了使板20的安装变容易，开口部21也可以与电子部件10的位置对应地设置。这样的板20能够通过使开口部21的位置与安装于电路基板1的电子部件10相匹配地插入来安装。
(效果)
在这样的半导体装置中，板20防止由于第2冷却风而从外部流入到框体6内的尘埃、虫子等异物堆积于电路基板1。因此，无需对电路基板1进行用于防止异物附着的涂层。另外，无需在第1通气口8处设置过滤器或迷宫构造。其结果，能够实现半导体装置的小型化以及低成本化。
另外，电子部件10与板20接触或固定于板20，从而能够防止电子部件10因在输送或动作中等产生的振动而发生故障。除此之外，热从电子部件10传递到板20，所以由电子部件10产生的热向外部气体的散热性能提高。其结果，能够实现电子部件10的可靠性的提高及向廉价的部件的替换。
板20的材质例如为ABS(Acrylonitrile butadiene styrene，丙烯腈丁二烯苯乙烯)、PBT(Polybutylene terephthalate，聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PPS(Polyphenylenesulfide，聚苯硫醚)等树脂。或者例如，板20的材质为铁、铝等金属。但是，板20的材质并不限定于这些。特别是在板20由金属构成的情况下，板20降低电噪声。另外，板20也可以为如网眼状的构件或者过滤器那样的结构。板20无需覆盖第2风路WP2的整体地设置。
通过调整板20的开口部21的位置，能够调整框体6内的空气的流动及风速。
另外，在实施方式4的半导体装置中，与实施方式1至3同样的结构起到与上述实施方式1至3同样的效果。
此外，本发明能够在其发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。虽然详细地说明了本发明，但上述说明在所有的方案中是例示，本发明并不限定于此。可以理解为不脱离本发明的范围而能够设想未被例示的无数的变形例。

Claims (13)

1.一种半导体装置，具备：
散热器，包括形成第1冷却风从一端流到另一端的第1风路的翅片和具有板状的形状的基部，在所述基部的一个面设置有半导体模块，在另一个面竖立地设置有所述翅片；
框体，覆盖所述基部的所述一个面、所述半导体模块、与所述半导体模块关联地动作的电子部件以及安装有所述电子部件的电路基板而安装于所述散热器的所述基部，在形成于所述框体与所述一个面之间的空间收容所述半导体模块；
风扇，将所述第1冷却风吹送到所述第1风路，冷却所述翅片；
第1通气口，连通所述框体内和所述框体外，将第2冷却风取入到所述框体内；以及
第2通气口，连通所述框体内和所述框体外，将取入到所述框体内的所述第2冷却风排到所述框体外，
所述第1通气口与所述电子部件距所述电路基板的高度为最高的部分的一半的高度相比设置于上部，所述电子部件安装于所述框体内的所述电路基板的一面，
所述第2通气口贯通所述框体内的所述基部的所述一个面和所述另一个面而形成，
所述第1通气口和所述第2通气口在所述框体内形成如下的第2风路：由于起因于所述第1冷却风的流动而在所述第2通气口形成的所述框体内与所述框体外的压力差，所述第2冷却风从所述第1通气口被取入并从所述第2通气口排到所述框体外。
所述电路基板的所述一面处的所述第2冷却风的风速比所述电子部件上的所述第2冷却风的风速小。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第2通气口与所述最高的所述电子部件的所述一半的高度相比设置于上部。
3.根据权利要求1或者2所述的半导体装置，其中，
所述第1通气口设置于所述框体，
所述基部包括缺口部，该缺口部在形成所述板状的形状的一边的至少一部分处贯通所述一个面和所述另一个面，
设置有所述缺口部的所述一边位于所述翅片的所述另一端侧，
所述第2通气口包括所述缺口部的至少一部分。
4.根据权利要求1或者2所述的半导体装置，其中，
所述基部包括：
台阶部，包括形成所述板状的形状的第1边的至少一部分而设置于所述一个面；以及
缺口部，在形成所述板状的形状的第2边的至少一部分处贯通所述一个面和所述另一个面，
设置有所述台阶部的所述第1边位于所述翅片的所述一端侧，
设置有所述缺口部的所述第2边位于所述翅片的所述另一端侧，
所述第1通气口包括所述台阶部的至少一部分，
所述第2通气口包括所述缺口部的至少一部分。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的半导体装置，其中，
所述风扇设置于所述翅片的所述一端侧，将风从所述一端侧送出到所述另一端侧，从而吹送所述第1冷却风。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，
所述风扇被设置成所述风扇的上端部与由所述基部的所述另一个面规定的面相比位于下方。
7.根据权利要求1至4中的任意一项所述的半导体装置，其中，
所述风扇设置于所述翅片的所述另一端侧，将风从所述一端侧吸入到所述另一端侧，从而吹送所述第1冷却风。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的半导体装置，其中，
所述半导体装置还具备电子部件用散热器，该电子部件用散热器设置于在所述框体内形成的所述第2风路，冷却所述电子部件。
9.一种半导体装置，具备：
散热器，包括形成第1冷却风从一端流到另一端的第1风路的翅片和具有板状的形状的基部，在所述基部的一个面设置有半导体模块，在另一个面竖立地设置有所述翅片；
框体，覆盖所述基部的所述一个面、所述半导体模块、与所述半导体模块关联地动作的电子部件以及安装有所述电子部件的电路基板而安装于所述散热器的所述基部，在形成于所述框体与所述一个面之间的空间收容所述半导体模块；
风扇，将所述第1冷却风吹送到所述第1风路，冷却所述翅片；
第1通气口，连通所述框体内和所述框体外，将第2冷却风取入到所述框体内；以及
第2通气口，连通所述框体内和所述框体外，将取入到所述框体内的所述第2冷却风排到所述框体外，
所述风扇向所述第1通气口进一步吹送所述第2冷却风，
所述第1通气口和所述第2通气口通过由所述风扇向所述第1通气口吹送所述第2冷却风，在所述框体内形成第2风路，在该第2风路中，所述第2冷却风从所述第1通气口被取入并从所述第2通气口排到所述框体外。
10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中，
所述第1通气口与所述电子部件距所述电路基板的高度为最高的部分的一半的高度相比设置于上部，所述电子部件安装于所述框体内的所述电路基板的一面，
所述电路基板的所述一面处的所述第2冷却风的风速比所述电子部件上的所述第2冷却风的风速小。
11.根据权利要求10所述的半导体装置，其中，
所述第2通气口与所述最高的所述电子部件的所述一半的高度相比设置于上部。
12.根据权利要求9至11中的任意一项所述的半导体装置，其中，
所述基部包括：
台阶部，包括形成所述板状的形状的第1边的至少一部分而设置于所述一个面；以及
缺口部，在形成所述板状的形状的第2边的至少一部分处贯通所述一个面和所述另一个面，
设置有所述台阶部的所述第1边位于所述翅片的所述一端侧，
设置有所述缺口部的所述第2边位于所述翅片的所述另一端侧，
所述第1通气口包括所述台阶部的至少一部分，
所述第2通气口包括所述缺口部的至少一部分，
所述风扇设置于所述翅片的所述一端侧，且被设置成所述风扇的上端部与由所述基部的所述台阶部的底面规定的面相比位于上方。
13.根据权利要求9至12中的任意一项所述的半导体装置，其中，
所述半导体装置还具备电子部件用散热器，该电子部件用散热器设置于在所述框体内形成的所述第2风路，冷却所述电子部件。
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