DE102014213084A1

DE102014213084A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102014213084A1
Application number: DE102014213084.0A
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electric Corporatio Nagai Miho; c/o Mitsubishi Electic Corporation Imoto Yuji; c/o Mitsubishi Electric Corporati Usui Osamu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2015-03-05
Anticipated expiration: 2034-07-05
Also published as: CN104425409B; US20150061111A1; JP2015053318A; JP6124742B2; CN104425409A; US9064846B2; DE102014213084B4

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung umfasst ein Halbleiterelement (1), eine Basisplatte (2) mit einer oberen Oberfläche, an der das Halbleiterelement (1) angebracht ist, eine Kühlrippe (3), die an einer unteren Oberfläche der Basisplatte (2) angeordnet ist, einen Mantel (4), der in einer abdichtenden Weise an der unteren Oberfläche der Basisplatte (2) angeordnet ist, wobei der Mantel (4) die Kühlrippe (3) umgibt, und eine Verteilertrennwand (7), die separat vom Mantel (4) ausgebildet ist und am Mantel (4) an der Unterseite der Kühlrippe (3) im Mantel (4) befestigt ist, wobei die Verteilertrennwand (7) einen Verteiler (5) und einen Strömungspfad (6) bildet, um eine Kühlmittelströmung zur Kühlrippe (3) zu bewirken.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kühlstruktur für eine Halbleitervorrichtung, die für einen Inverter und einen regenerativen Umsetzer verwendet wird, die beispielsweise Motoren von Elektrofahrzeugen und elektrischen Zügen steuern.
In einer Halbleitervorrichtung ist eine direkt gekühlte Kühlstruktur, in der Kühlrippen an einer unteren Oberfläche einer Basisplatte vorgesehen sind, auf der Halbleiterelemente angebracht sind, eine Struktur, in der eine Abdichtung an einem Mantel durch eine Dichtungsstruktur durchgeführt ist. Um die Strömungsgeschwindigkeit eines Kühlmittels auszugleichen, das durch die Kühlrippen strömt, ist eine Struktur üblich, in der ein Verteiler, der die Kühlmittelströmung in den Kühlrippen bewirkt, an einer Einströmungsseite und einer Ausströmungsseite des Kühlmittels in den Kühlrippen, mit anderen Worten, horizontal zu den Kühlrippen, vorgesehen ist.
Wenn die Halbleiterelemente an dem Mantel durch die Basisplatte angebracht sind, muss nicht nur der Bereich der Basisplatte, in dem die Kühlrippen ausgebildet sind, sondern auch der Bereich, in dem der Verteiler angeordnet ist, abgedichtet werden. Folglich wird eine Basisplatte mit größerer Größe als der Bereich, in dem die Kühlrippen ausgebildet sind, verwendet.
Halbleitervorrichtungen sind üblicherweise konfiguriert, wie vorstehend beschrieben, so dass, obwohl Halbleiterelemente minimiert sind, die Verringerung der Größe der Basisplatten schwierig ist. Folglich ist die Miniaturisierung der Halbleitervorrichtungen schwierig.
In einem Fall, in dem Halbleitervorrichtungen an einem Fahrzeug angebracht sind, bestehen überdies Einschränkungen für den Druckverlust in einem Kühlsystem jeder Vorrichtung und beispielsweise muss eine Kühlstruktur in einer Halbleitervorrichtung einen Druckverlust von 10 kPa oder weniger aufweisen, wenn die Strömungsmenge eines Kühlmittels 10 l/min ist. Um die Größe der Halbleitervorrichtung zu verringern, während die Einschränkungen erfüllt werden, muss die Größe eines Verteilers verringert werden oder er muss entfernt werden. Folglich nimmt der Druckverlust zu, wodurch die Strömungsmenge des Kühlmittels nicht zunimmt.
Ferner fehlt dem Verteiler Kapazität, so dass das Ausgleichen der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das durch die Kühlrippen strömt, unzureichend ist, was zu einer Verschlechterung der Kühlleistungen führen kann. Aus den vorstehend erwähnten Gründen war eine Verringerung der Größe von Halbleitervorrichtungen schwierig.
JP 2008-172024-A offenbart beispielsweise eine Struktur, die einen Verteiler an einer Unterseite der Kühlrippen vorsieht. In dieser Struktur ist der Verteiler an der Unterseite der Kühlrippen vorgesehen, so dass die Größe einer Basisplatte verringert werden kann, was zur Miniaturisierung einer Halbleitervorrichtung führt.
Die in JP 2008-172024-A offenbarte Struktur schafft eine Trennwand, die den Verteiler und einen Strömungspfad in einem Mantel bildet. Hinterschnittene Abschnitte werden jedoch an einem Umfang der Trennwand in einem Prozess für den Mantel gebildet, wodurch sich die Bearbeitbarkeit des Mantels verschlechtert.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik zu schaffen, die eine Halbleitervorrichtung minimieren und die Bearbeitbarkeit eines Mantels verbessern kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterelement, eine Basisplatte mit einer oberen Oberfläche, an der das Halbleiterelement angebracht ist, eine Kühlrippe, die an einer unteren Oberfläche der Basisplatte angeordnet ist, und einen Mantel der in einer abdichtenden Weise an der unteren Oberfläche der Basisplatte angeordnet ist, wobei der Mantel die Kühlrippe umgibt. Die Halbleitervorrichtung umfasst ferner eine Verteilertrennwand, die separat vom Mantel ausgebildet ist und am Mantel an der Unterseite der Kühlrippe im Mantel befestigt ist, wobei die Verteilertrennwand einen Verteiler und einen Strömungspfad bildet, um eine Kühlmittelströmung zur Kühlrippe zu bewirken.
Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Halbleiterelement, eine Basisplatte mit einer oberen Oberfläche, an der das Halbleiterelement angebracht ist, eine Kühlrippe, die an einer unteren Oberfläche der Basisplatte angeordnet ist, einen Mantel, der in einer abdichtenden Weise an der unteren Oberfläche der Basisplatte angeordnet ist, wobei der Mantel die Kühlrippe umgibt, und eine Verteilertrennwand, die separat vom Mantel ausgebildet ist und am Mantel an der Unterseite der Kühlrippe im Mantel befestigt ist, wobei die Verteilertrennwand einen Verteiler und einen Strömungspfad bildet, um eine Kühlmittelströmung zur Kühlrippe zu bewirken.
Wenn die Kühlrippe und der Verteiler in einer vertikalen Richtung angeordnet sind, muss daher nur der Bereich der Basisplatte, in dem die Kühlrippe ausgebildet ist, abgedichtet werden, wodurch die Größe der Basisplatte verringert werden kann und folglich die Halbleitervorrichtung minimiert werden kann. Die Verteilertrennwand ist separat vom Mantel ausgebildet, so dass die Erzeugung von hinterschnittenen Abschnitten in einem Prozess für den Mantel verhindert werden kann, wodurch die Bearbeitbarkeit des Mantels verbessert werden kann.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
2 eine schematische Querschnittsansicht, die einen Zustand während des Austauschs gegen die andere Verteilertrennwand in der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
3 eine schematische Querschnittsansicht, die einen Zustand nach dem Austausch gegen die andere Verteilertrennwand in der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
4 eine schematische Querschnittsansicht, die einen Zustand während der Montage in einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
5 eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Modifikation einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
6 eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform;
7 eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform;
8 eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform;
9 eine schematische Draufsicht eines Mantels einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform;
10 eine schematische Unteransicht einer Basisplatte der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform;
11A eine schematische Draufsicht eines Mantels einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform und 11B eine schematische Unteransicht einer Basisplatte der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform;
12A eine schematische Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Position eines Unterteilungsabschnitts im Mantel der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform geändert wurde, und 12B eine schematische Unteransicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Position des Unterteilungsabschnitts in der Basisplatte der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform geändert wurde;
13A eine schematische Draufsicht eines Mantels einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation der fünften bevorzugten Ausführungsform, 13B eine schematische Unteransicht einer Basisplatte einer Halbleitervorrichtung gemäß der Modifikation der fünften bevorzugten Ausführungsform und 13C eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 13A; und
14 eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zugrundeliegenden Technologie.
<Erste bevorzugte Ausführungsform>
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform. Die Halbleitervorrichtung umfasst ein Halbleiterelement 1, eine Basisplatte 2, Kühlrippen 3, einen Mantel 4 und eine Verteilertrennwand 7. Das Halbleiterelement 1 ist beispielsweise ein Halbleiterelement mit breiter Bandlücke und ist an einer oberen Oberfläche der Basisplatte 2 angebracht.
Die mehreren Kühlrippen 3 sind an der unteren Oberfläche der Basisplatte 2 angeordnet. Insbesondere sind die mehreren Kühlrippen 3 an der unteren Oberfläche der Basisplatte 2 in einem Bereich angeordnet, der einem Bereich entspricht, in dem das Halbleiterelement 1, das an der oberen Oberfläche der Basisplatte 2 angebracht ist, angeordnet ist. Die Kühlrippen 3 sind mit einem vorbestimmten Raum dazwischen derart angeordnet, dass sie von der unteren Oberfläche der Basisplatte 2 nach unten vorstehen. Die Kühlrippen 3 bestehen beispielsweise aus Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, das die Wärmeableitungseffekte verstärken kann.
Der Mantel 4 ist eine Strukturkomponente zum Bewirken einer Kühlmittelströmung zu den Kühlrippen 3 und ist mit einer konkaven Form ausgebildet. Der Mantel 4 ist in einer abdichtenden Weise an der unteren Oberfläche der Basisplatte 2 angeordnet, wobei der Mantel 4 die Kühlrippen 3 umgibt. Insbesondere ist der Mantel 4 an einem äußeren Umfang des Bereichs, in dem die Kühlrippen 3 ausgebildet sind, mit Befestigungsschrauben 9 durch einen O-Ring 8 befestigt, so dass er eng an der unteren Oberfläche der Basisplatte 2 anhaftet.
Die Verteilertrennwand 7 ist separat vom Mantel 4 ausgebildet und mit einer T-Form mit einer vertikalen Trennwand 7a und einer horizontalen Trennwand 7b ausgebildet. Ein unterer Endabschnitt der vertikalen Trennwand 7a ist an einer Bodenwand des Mantels 4 mit einer Schraube oder dergleichen befestigt, um die Verteilertrennwand 7 innerhalb des Mantels 4 zu befestigen. Die Verteilertrennwand 7 bildet einen Verteiler 5 und einen Strömungspfad 6 zum Bewirken der Kühlmittelströmung zu den Kühlrippen 3 mit einer Innenwand und der Bodenwand des Mantels 4.
Der Verteiler 5 ist in einem unteren Abschnitt innerhalb des Mantels 4 ausgebildet, um vorübergehend das Kühlmittel zu halten. Der Strömungspfad 6 ist in einem oberen Abschnitt innerhalb des Mantels 4 ausgebildet. Der Strömungspfad 6 umfasst eine Einströmungsseitenöffnung 6a, die bewirkt, dass das Kühlmittel in die Kühlrippen 3 strömt, und eine Ausströmungsseitenöffnung 6b, die bewirkt, dass das Kühlmittel aus den Kühlrippen 3 ausströmt.
Hinsichtlich der Einströmungsseitenöffnung 6a und der Ausströmungsseitenöffnung 6b kontaktiert ein unteres Ende der Kühlrippen 3 eine obere Oberfläche der horizontalen Trennwand 7b und die Einströmungsseitenöffnung 6a ist zwischen der Innenwand des Verteilers 5 (Innenwand auf der linken Seite von 1) und einer der Seitenoberflächen der horizontalen Trennwand 7b (linke Seitenoberfläche in 1) ausgebildet. Die Ausströmungsseitenöffnung 6b ist zwischen der Innenwand des Verteilers 5 (Innenwand auf der rechten Seite von 1) und der anderen Seitenoberfläche der horizontalen Trennwand 7b (rechte Seitenoberfläche in 1) ausgebildet.
Als nächstes wird die Strömung des Kühlmittels innerhalb des Mantels 4 beschrieben. Das Kühlmittel mit niedriger Temperatur strömt vom Verteiler 5 in die Kühlrippen 3 durch die Einströmungsseitenöffnung 6a. Wenn das Kühlmittel mit niedriger Temperatur durch die Kühlrippen 3 strömt, findet ein Wärmeaustausch statt. Nachdem das Kühlmittel mit hoher Temperatur infolge des Wärmaustauschs von der Ausströmungsseitenöffnung 6b zum Verteiler 5 ausströmt, wird es nach außen ausgelassen. Das Kühlmittel strömt aus dem Verteiler 5 und in diesen durch einen Einströmungsabschnitt 14 (siehe 9) und einen Ausströmungsabschnitt 15 (siehe 9), die an einem äußeren Umfang des Mantels 4 vorgesehen sind, was in einer vierten bevorzugten Ausführungsform beschrieben wird.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Verteilertrennwand 7 separat vom Mantel 4 ausgebildet, was einen Austausch ermöglicht. Mit anderen Worten, die Verteilertrennwand 7 ist in Reaktion beispielsweise auf eine Änderung der Formen (Änderung der Spezifikationen) der Kühlrippen 3 austauschbar. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Zustand während des Austauschs gegen die andere Verteilertrennwand 7 in der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Zustand nach dem Austausch gegen die andere Verteilertrennwand 7 zeigt. Wie in 2 und 3 gezeigt, ist die Verteilertrennwand 7 mit einer Form ausgebildet, in der die vertikale Trennwand 7a in Richtung der Seite der Ausströmungsseitenöffnung 6b angeordnet ist.
Die Verteilertrennwand 7 bildet den Verteiler 5 und den Strömungspfad 6 mit der Innenwand und der Bodenwand des Mantels 4, so dass der Austausch der Verteilertrennwand 7 eine Kapazität des Verteilers 5 oder der Öffnungsflächen der Einströmungsseitenöffnung 6a und der Ausströmungsseitenöffnung 6b ändern kann.
Als nächstes werden Effekte der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform im Vergleich zu einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zugrundeliegenden Technologie beschrieben. 14 ist eine schematische Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der zugrundeliegenden Technologie. Wie in 14 gezeigt, ist in der Halbleitervorrichtung gemäß der zugrundeliegenden Technologie ein Paar von Verteilern 25 jeweils auf der Einströmungsseite (linke Seite in 14) und der Ausströmungsseite (rechte Seite in 14) des Kühlmittels in den Kühlrippen 3 angeordnet, mit anderen Worten, sie sind jeweils benachbart horizontal zu den Kühlrippen 3 angeordnet, so dass das Kühlmittel strukturell in einer horizontalen geraden Linie strömt.
Die Struktur der Halbleitervorrichtung gemäß der zugrundeliegenden Technologie weist eine einfache Form auf, aber um die Basisplatte 2 und den Mantel 4 abzudichten, muss der O-Ring 8 die Außenseite der Verteiler 25 umgeben, wodurch die Größe der Basisplatte 2 vergrößert wird. Mit anderen Worten, die Größe der Basisplatte 2 muss größer als oder gleich einer Wärmeableitungsfläche sein, und folglich ist die Verringerung der Größe der Halbleitervorrichtung schwierig.
Folglich umfasst die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform das Halbleiterelement 1, die Basisplatte 2 mit der oberen Oberfläche, an der das Halbleiterelement 1 angebracht ist, die Kühlrippen 3, die an der unteren Oberfläche der Basisplatte 2 angeordnet sind, den Mantel 4, der in der abdichtenden Weise an der unteren Oberfläche der Basisplatte 2 angeordnet ist, wobei der Mantel 4 die Kühlrippen 3 umgibt, und die Verteilertrennwand 7, die am Mantel 4 an der Unterseite der Kühlrippen 3 innerhalb des Mantels 4 befestigt ist, wobei die Verteilertrennwand 7 den Verteiler 5 und den Strömungspfad 6 zum Bewirken der Kühlmittelströmung zu den Kühlrippen 3 bildet.
Wie in 1 gezeigt, sind daher die Kühlrippen 3 und der Strömungspfad 6 des Verteilers 6 in der vertikalen Richtung anstelle der horizontalen Richtung angeordnet, was den Bedarf beseitigt, einen Bereich abzudichten, der größer ist als der Bereich in der Basisplatte 2, in dem die Kühlrippen 3 ausgebildet sind. Mit anderen Worten, nur der Bereich in der Basisplatte 2, in dem die Kühlrippen 3 ausgebildet sind, muss abgedichtet werden, so dass die Größe der Basisplatte 2 verkleinert werden kann und folglich die Halbleitervorrichtung minimiert werden kann. Folglich können Kapselungsprodukte auch minimiert werden.
Die Verteilertrennwand 7 ist mit einer T-Form ausgebildet, so dass, während die Verteilertrennwand 7 die vorgebestimmte Festigkeit sicherstellt, die Kapazität des Verteilers 5 zunehmen kann.
Die Verteilertrennwand 7 ist separat vom Mantel 4 ausgebildet, so dass in einem Prozess für den Mantel 4 die Erzeugung von hinterschnittenen Abschnitten verhindert werden kann, wodurch die Bearbeitbarkeit des Mantels 4 verbessert werden kann. Folglich können die Ausbeuten der Halbleitervorrichtung verbessert werden.
Die Verteilertrennwand 7 ist austauschbar ausgebildet, so dass der Austausch nur der Verteilertrennwand 7 den Bedarf beseitigt, in Reaktion auf eine Änderung der Spezifikationen den ganzen Mantel 4 auszutauschen. Wenn die Kapazität des Verteilers 5 oder die Öffnungsflächen der Einströmungsseitenöffnung 6a und der Ausströmungsseitenöffnung 6b geändert werden müssen, reicht ferner der Austausch nur der Verteilertrennwand 7 aus.
Das Halbleiterelement 1 ist ein Halbleiter mit breiter Bandlücke, so dass eine optimale Kühlung für das Halbleiterelement 1 in der Halbleitervorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform durchgeführt werden kann und eine hohe Wärmeableitung im Betrieb bei hohen Temperaturen erreicht werden kann, wodurch die Zuverlässigkeit im Betrieb des Produkts verbessert wird.
Die Verteilertrennwand 7 ist mit der T-Form ausgebildet, und selbst wenn die vertikale Trennwand 7a und die horizontale Trennwand 7b, die die Verteilertrennwand 7 bilden, keine vollständig vertikale Form und vollständig horizontale Form aufweisen, kann der Effekt ähnlich zum vorstehend erwähnten erhalten werden. Außerdem wird der O-Ring 8 für die Dichtungsstruktur des Halbleiterelements 1 und des Mantels 4 verwendet und der ähnliche Effekt der Abdichtung kann erhalten werden, wenn eine Flüssigkeitsdichtung, ein UV-härtender Kautschuk oder dergleichen verwendet wird.
<Zweite bevorzugte Ausführungsform>
Als nächstes wird eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform beschrieben. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen Zustand während der Montage in der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt. In der zweiten bevorzugten Ausführungsform sind dieselben Komponenten wie die in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschriebenen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, die hier nicht beschrieben werden.
In der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Verteilertrennwand 7 so ausgebildet, dass sie in mehrere Stücke unterteilbar ist. Wie in 4 gezeigt, weist die Verteilertrennwand 7 beispielsweise eine Struktur auf, die Stücke vertikal zweiteilt. Insbesondere sind in der Verteilertrennwand 7 die vertikale Trennwand 7a und die horizontale Trennwand 7b so ausgebildet, dass sie unterteilbar sind. Die vertikale Trennwand 7a und die horizontale Trennwand 7b werden beispielsweise durch Schrauben zusammengefügt.
Als nächstes wird eine Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform beschrieben. 5 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform und sie ist eine schematische Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung in einem Fall, in dem ein Ausmaß des Abwärtsvorstehens der Kühlrippen 3 geändert ist (insbesondere in einem Fall, in dem das Ausmaß des Abwärtsvorstehens der Kühlrippen 3 verringert ist). In diesem Fall wird nur die vertikale Trennwand 7a ausgetauscht und das untere Ende eines mittleren Abschnitts in einer Breitenrichtung der Kühlrippen 3 kontaktiert eine obere Oberfläche der horizontalen Trennwand 7b. Nur die vertikale Trennwand 7a kann ohne Austauschen der horizontalen Trennwand 7b ausgetauscht werden, was eine Änderung der Formen (Änderung der Spezifikationen) der Kühlrippen 3 flexibler handhaben kann. Die Breitenrichtung der Kühlrippen 3 bezieht sich auf eine seitliche Richtung der Kühlrippen 3 in 5.
Anstelle des Austauschs nur der vertikalen Trennwand 7a kann auch nur die horizontale Trennwand 7b ausgetauscht werden. 6 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform und sie ist eine schematische Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung in einem Fall, in dem das Ausmaß des Abwärtsvorstehens des mittleren Abschnitts in der Breitenrichtung der Kühlrippen 3 verringert ist. In diesem Fall wird nur die horizontale Trennwand 7b ausgetauscht und das untere Ende des mittleren Abschnitts in der Breitenrichtung der Kühlrippen 3 kontaktiert die obere Oberfläche der horizontalen Trennwand 7b.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Modifikation der zweiten bevorzugten Ausführungsform und sie ist eine schematische Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung in einem Fall, in dem das Ausmaß des Abwärtsvorstehens im mittleren Abschnitt in der Breitenrichtung der Kühlrippen 3 zunimmt. In diesem Fall wird nur die horizontale Trennwand 7b ausgetauscht und das untere Ende des mittleren Abschnitts in der Breitenrichtung der Kühlrippen 3 kontaktiert die obere Oberfläche der horizontalen Trennwand 7b.
Wie vorstehend beschrieben, ist in der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform die Verteilertrennwand 7 so ausgebildet, dass sie in mehrere Stücke unterteilbar ist, was eine Änderung der Formen (Änderung der Spezifikationen) der Kühlrippen 3 exakter handhaben kann. In einem Fall, in dem beispielsweise die vertikale Trennwand 7a und die horizontale Trennwand 7b in der Verteilertrennwand 7 so ausgebildet sind, dass sie unterteilbar sind, wird die vertikale Trennwand 7a gemeinsam genutzt, um einen Austausch nur der horizontalen Trennwand 7b zu ermöglichen. Außerdem wird die horizontale Trennwand 7b gemeinsam genutzt, um einen Austausch nur der vertikalen Trennwand 7a zu ermöglichen.
Die Verteilertrennwand 7 weist eine Struktur auf, die Stücke zweiteilt, und sie kann eine Struktur aufweisen, die Stücke dreiteilt oder mehrfach unterteilt. Die Verteilertrennwand 7 mit der Struktur, die Stücke dreiteilt oder mehrfach unterteilt, kann feiner eingestellt werden als die Struktur, die Stücke zweiteilt.
<Dritte bevorzugte Ausführungsform>
Als nächstes wird eine Halbleitervorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform beschrieben. 8 ist eine schematische Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform. In der dritten bevorzugten Ausführungsform sind dieselben Komponenten wie die in der ersten und der zweiten bevorzugten Ausführungsform beschriebenen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, die hier nicht beschrieben werden.
In der dritten bevorzugten Ausführungsform, wie in 8 gezeigt, ist die Ausströmungsseitenöffnung 6b so ausgebildet, dass sie kleiner ist als die Einströmungsseitenöffnung 6a. Insbesondere, wie vorstehend beschrieben, sind die Einströmungsseitenöffnung 6a und die Ausströmungsseitenöffnung 6b mit der Innenwand des Mantels 4 und der Verteilertrennwand 7 ausgebildet. Ein Abstand zwischen der Innenwand des Verteilers 5 (Innenwand auf der linken Seite in 8) und einer der Seitenoberflächen der horizontalen Trennwand 7b (linke Seitenoberfläche in 8) ist länger als ein Abstand zwischen der Innenwand des Verteilers 5 (Innenwand auf der rechten Seite in 8) und der anderen Seitenoberfläche der horizontalen Trennwand 7b (rechte Seitenoberfläche in 8).
Wie vorstehend beschrieben, umfasst in der dritten bevorzugten Ausführungsform der Strömungspfad 6 die Einströmungsseitenöffnung 6a und die Ausströmungsseitenöffnung 6b und die Ausströmungsseitenöffnung 6b ist so ausgebildet, dass sie kleiner ist als die Einströmungsseitenöffnung 6a, so dass die Menge des Kühlmittels, das aus den Kühlrippen 3 strömt, kleiner sein kann als die Menge des Kühlmittels, das in die Kühlrippen 3 strömt, wodurch das Kühlmittel vorübergehend zwischen den mehreren Kühlrippen 3 gehalten werden kann. Folglich kann die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, das durch die Kühlrippen 3 strömt, ausgeglichen werden.
Die Formen der Einströmungsseitenöffnung 6a und der Ausströmungsseitenöffnung 6b sind nicht auf einen Fall begrenzt, in dem die Seitenoberfläche der horizontalen Trennwand 7b und die Innenwand des Mantels 4 parallel sind. Es kann sich beispielsweise um eine Form handeln, bei der die Seitenoberfläche der horizontalen Trennwand 7b mit dem Verlauf nach unten nach innen geneigt ist, nämlich eine Form, bei der die Einströmungsseitenöffnung 6a und die Ausströmungsseitenöffnung 6b mit dem Verlauf nach unten größere Öffnungsflächen aufweisen. Überdies kann es sich um eine Form handeln, bei der die Seitenoberfläche der horizontalen Trennwand 7b mit dem Verlauf nach unten nach außen geneigt ist, nämlich eine Form, bei der die Einströmungsseitenöffnung 6a und die Ausströmungsseitenöffnung 6b mit dem Verlauf nach unten kleinere Öffnungsflächen aufweisen. Diese Fälle können auch den ähnlichen Effekt wie im vorstehend beschriebenen Fall erhalten.
<Vierte bevorzugte Ausführungsform>
Als nächstes wird eine Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform beschrieben. 9 ist eine schematische Draufsicht des Mantels 4 der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform. 10 ist eine schematische Unteransicht der Basisplatte 2 der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform. In der vierten bevorzugten Ausführungsform sind dieselben Komponenten wie die in der ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsform beschriebenen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, die hier nicht beschrieben werden.
In der vierten bevorzugten Ausführungsform weist die Verteilertrennwand 7 eine Form auf, die von jener in der ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsform verschieden ist. Wie in 9 gezeigt, umfasst die Verteilertrennwand 7 einen Blockierungsabschnitt 11, der einen Teil der Einströmungsseitenöffnung 6a und der Ausströmungsseitenöffnung 6b blockiert. Der Blockierungsabschnitt 11 weist eine Form auf, in der ein Teil eines Endabschnitts in einer Breitenrichtung der horizontalen Trennwand 7b in einer Breitenrichtung verlängert ist. Der Blockierungsabschnitt 11 blockiert den Teil der Einströmungsseitenöffnung 6a und der Ausströmungsseitenöffnung 6b, so dass die Änderung der Größe und der Position des Blockierungsabschnitts 11 die Größen und die Positionen der Einströmungsseitenöffnung 6a und der Ausströmungsseitenöffnung 6b ändern kann. Die Breitenrichtung der horizontalen Trennwand 7b bezieht sich auf eine seitliche Richtung der horizontalen Trennwand 7b in 9.
Die Einströmungsseitenöffnung 6a und die Ausströmungsseitenöffnung 6b sind in der Draufsicht in Rechtecken ausgebildet. Ein Einströmungsabschnitt 14, der bewirkt, dass das Kühlmittel in den Strömungspfad 6 strömt, und ein Ausströmungsabschnitt 15, der bewirkt, dass das Kühlmittel aus dem Strömungspfad 6 ausströmt, sind an einem äußeren Umfang des Mantels 4 angeordnet.
Pfeile in 9 geben Richtungen an, in denen das Kühlmittel strömt. Das Kühlmittel, das vom Einströmungsabschnitt 14 durch die Einströmungsseitenöffnung 6a strömt, strömt durch die Kühlrippen 3 und strömt aus dem Ausströmungsabschnitt 15 durch die Ausströmungsseitenöffnung 6b. Folglich kann das Ändern der Positionen der Einströmungsseitenöffnung 6a und der Ausströmungsseitenöffnung 6b die Richtung ändern, in der das Kühlmittel strömt. 10 zeigt, dass die mehreren Kühlrippen 3 angeordnet sind. Die folgenden Diagramme sind ähnlich.
Wie in 10 gezeigt, weist die Basisplatte 2 einen Heizbereich 13 wie z. B. das auf der Basisplatte 2 angebrachte Halbleiterelement 1 auf. Der Heizbereich 13 weist einen Abschnitt 13a mit hoher Temperatur und einen Abschnitt 13b mit niedriger Temperatur auf. Um die Kühlmittelströmung leicht zum Abschnitt 13a mit hoher Temperatur zu bewirken, sind die Positionen der Einströmungsseitenöffnung 6a und der Ausströmungsseitenöffnung 6b, nämlich die Position des Blockierungsabschnitts 11, in Anbetracht der Position des Abschnitts 13a mit hoher Temperatur und der Richtung, in der das Kühlmittel strömt, bestimmt.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst in der Halbleitervorrichtung gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform der Strömungspfad 6 die Einströmungsseitenöffnung 6a und die Ausströmungsseitenöffnung 6b, die Verteilertrennwand 7 umfasst den Blockierungsabschnitt 11, der den Teil der Einströmungsseitenöffnung 6a und der Ausströmungsseitenöffnung 6b blockiert, und der Blockierungsabschnitt 11 blockiert den Teil der Einströmungsseitenöffnung 6a und der Ausströmungsseitenöffnung 6b, um die Richtung zu ändern, in der das Kühlmittel strömt. Daher strömt das Kühlmittel leicht zu einer spezifischen Stelle der Kühlrippen 3, so dass das Kühlmittel zum Abschnitt 13a mit hoher Temperatur des Heizbereichs 13 strömen kann, in dem eine Kühlung besonders erforderlich ist. Folglich kann der Abschnitt 13a mit hoher Temperatur effektiv gekühlt werden.
Die Einströmungsseitenöffnung 6a und die Ausströmungsseitenöffnung 6b weisen eine rechteckige Form in der Draufsicht auf, die als Beispiel gezeigt ist, aber die Form ist nicht darauf begrenzt. Eine runde Form oder eine polygonale Form in der Draufsicht kann den ähnlichen Effekt erhalten.
<Fünfte bevorzugte Ausführungsform>
Als nächstes wird eine Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform beschrieben. 11A ist eine schematische Draufsicht des Mantels 4 der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform. 11B ist eine schematische Unteransicht der Basisplatte 2 der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform. In der fünften bevorzugten Ausführungsform sind dieselben Komponenten wie die in der ersten bis vierten bevorzugten Ausführungsform beschriebenen mit denselben Bezugszeichen bezeichneten, die hier nicht beschrieben werden.
Wie in 11A gezeigt, umfasst die fünfte bevorzugte Ausführungsform ferner einen Verteilerteiler 16, der separat vom Mantel 4 ausgebildet ist und im Mantel 4 in einer Position angeordnet ist, die einem Unterteilungsabschnitt 17 entspricht. Der Verteilerteiler 16 ist mit einer Stangenform mit derselben Länge wie jene der Breitenrichtung des Mantels 4 ausgebildet und er ist auch so ausgebildet, dass er dieselben Abmessungen wie der Unterteilungsabschnitt 17 aufweist. Die Breitenrichtung des Mantels 4 bezieht sich auf eine seitliche Richtung des Mantels 4 in 11A.
Wie in 11B gezeigt, sind die Kühlrippen 3 in einem Bereich der Basisplatte 2 angeordnet, der zweigeteilt ist, wobei sich der Unterteilungsabschnitt 17 dazwischen befindet. Wie in 11A gezeigt, ist der Verteilerteiler 16 im Mantel 4 in der Position angeordnet, die dem Unterteilungsabschnitt 17 entspricht, und am Mantel 4 montiert. Der Unterteilungsabschnitt 17 bezieht sich auf einen Bereich der Basisplatte 2, in dem die Kühlrippen 3 nicht angeordnet sind, und einen Bereich, der den Bereich, in dem die Kühlrippen 3 angeordnet sind, in mehrere Bereiche unterteilt.
In einem Zustand, in dem der Verteilerteiler 16 an der Innenseite des Mantels 4 montiert ist, haftet eine obere Oberfläche des Verteilerteilers 16 eng am Unterteilungsabschnitt 17, so dass das Kühlmittel nicht von einer der Kühlrippen 3 zu den anderen Kühlrippen 3 durch den Unterteilungsabschnitt 17 strömt.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst die Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform ferner den Verteilerteiler 16, der separat vom Mantel 4 ausgebildet ist und im Mantel 4 in der Position angeordnet ist, die dem Unterteilungsabschnitt 17 entspricht, der den Bereich der Basisplatte 2, in dem die Kühlrippen 3 angeordnet sind, in mehrere Bereiche unterteilt. Dies verhindert, dass das Kühlmittel in den Unterteilungsabschnitt 17 strömt und den Bereich umgeht, in dem eine der Kühlrippen 3 angeordnet ist, um in den Bereich zu strömen, in dem die anderen Kühlrippen 3 angeordnet sind. Folglich strömt das Kühlmittel normal durch die Kühlrippen 3 und folglich kann eine effektive Wärmeableitung erreicht werden.
Überdies ist der Verteilerteiler 16 so ausgebildet, dass er hinsichtlich seiner Position im Mantel 4 veränderbar ist. 12A ist eine schematische Draufsicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Position des Unterteilungsabschnitts 17 im Mantel 4 der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform geändert wurde. 12B ist eine schematische Unteransicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Position des Unterteilungsabschnitts 17 in der Basisplatte 2 der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform geändert wurde. Wie in 12A und 12B gezeigt, wenn eine Änderung der Spezifikationen des Halbleiterelements 1 stattfindet und beispielsweise der Bereich der Basisplatte 2, in dem die Kühlrippen 3 angeordnet sind, geändert wird, muss nicht der ganze Mantel 4 ausgetauscht werde. Ein Austausch der Verteilertrennwand 7 und eine Änderung der Position des Verteilerteilers 16 reichen aus und folglich ist ein funktionaler Zusatznutzen hoch.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Verteilerteiler 16 so ausgebildet, dass er in seiner Position im Mantel 4 veränderbar ist. Selbst in einem Fall, in dem eine Änderung der Spezifikationen des Halbleiterelements 1 stattfindet und die Position des Unterteilungsabschnitts 17 geändert wird, kann folglich die Änderung der Position des Verteilerteilers 16 die Umgehung verhindern, wie vorstehend erwähnt.
Als nächstes wird eine Modifikation der fünften bevorzugten Ausführungsform beschrieben. 13A ist eine schematische Draufsicht des Mantels 4 der Halbleitervorrichtung gemäß der Modifikation der fünften bevorzugten Ausführungsform. 13B ist eine schematische Unteransicht der Basisplatte 2 der Halbleitervorrichtung gemäß der Modifikation der fünften bevorzugten Ausführungsform. 13C ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie A-A in 13A.
Die Modifikation der fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt, dass mehrere Halbleiterelemente 1 (beispielsweise zwei) vorhanden sind. Wie in 13A und 13B gezeigt, sind in der Halbleitervorrichtung gemäß der Modifikation der fünften bevorzugten Ausführungsform die Halbleiterelemente 1 jeweils auf den oberen Oberflächen der zwei Basisplatten 2 angebracht und die zwei Basisplatten 2 sind an einem Mantel 4 montiert. Die Unterteilungsabschnitte 17 sind an Endabschnitten benachbart zueinander in den zwei Basisplatten 2 angeordnet.
Wie in 13C gezeigt, umfasst der Verteilerteiler 16 einen Hauptkörperabschnitt 16a in einer Stangenform und einen vorstehenden Abschnitt 16b, der nach unten innerhalb beider Endabschnitte in einer Längsrichtung des Hauptkörperabschnitts 16a vorsteht. Die obere Oberfläche des Verteilerteilers 16 ist mit Nuten (nicht dargestellt) versehen, an denen der O-Ring 8 entlang der Längsrichtung montiert werden kann. Mit den Nuten, die im Verteilerteiler 16 vorgesehen sind, kann der Mantel 4 für jedes Halbleiterelement 1 (jede Basisplatte 2) unterteilt werden.
Wie in 13C gezeigt, ist der Verteilerteiler 16 am Mantel 4 mit einer Flüssigkeitsdichtung 18 befestigt, die an beiden Endabschnitten in der Längsrichtung des Hauptkörperabschnitts 16a angeordnet ist, um den Austritt von Kühlmittel zu verhindern. Die Flüssigkeitsdichtung 18 wird verwendet, um eine Wassersperrfunktion im Verteilerteiler 16 sicherzustellen, und eine Gummidichtung wie z. B. ein O-Ring, ein Epoxidklebstoff, ein Metallkitt oder dergleichen kann verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Modifikation der fünften bevorzugten Ausführungsform verhindern, dass das Kühlmittel den Bereich umgeht, in dem eine der Kühlrippen 3 angeordnet ist, um in den Bereich, in dem die anderen Kühlrippen 3 angeordnet sind, durch den Unterteilungsabschnitt 17 zu strömen.
Obwohl die fünfte bevorzugte Ausführungsform und die Modifikation, die einen Unterteilungsabschnitt 17 und einen Verteilerteiler 16 vorsehen, beschrieben wurden, ist dies nicht einschränkend. Wenn der Unterteilungsabschnitt 17 zweifach oder mehrfach vorgesehen ist, kann dieselbe Anzahl der Verteilerteiler 16 verwendet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können außerdem innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung die obigen bevorzugten Ausführungsformen beliebig kombiniert werden oder jede bevorzugte Ausführungsform kann geeignet verändert oder weggelassen werden.
Obwohl die Erfindung im Einzelnen gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorangehende Beschreibung in allen Aspekten erläuternd und nicht einschränkend. Daher können selbstverständlich zahlreiche Modifikationen und Veränderungen entwickelt werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008-172024- A [0007, 0008]

Claims

Halbleitervorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Halbleiterelement (1); eine Basisplatte (2) mit einer oberen Oberfläche, auf der das Halbleiterelement (1) angebracht ist; eine Kühlrippe (3), die an einer unteren Oberfläche der Basisplatte (2) angeordnet ist; einen Mantel (4), der in einer abdichtenden Weise an der unteren Oberfläche der Basisplatte (2) angeordnet ist, wobei der Mantel (4) die Kühlrippe (3) umgibt; und eine Verteilertrennwand (7), die separat vom Mantel (4) ausgebildet ist und am Mantel (4) an der Unterseite der Kühlrippe (3) im Mantel (4) befestigt ist, wobei die Verteilertrennwand (7) einen Verteiler (5) und einen Strömungspfad (6) bildet, um eine Kühlmittelströmung zur Kühlrippe (3) zu bewirken.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verteilertrennwand (7) mit einer T-Form ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verteilertrennwand (7) austauschbar ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verteilertrennwand (7) so ausgebildet ist, dass sie in mehrere Stücke unterteilbar ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Strömungspfad (6) eine Einströmungsseitenöffnung (6a) und eine Ausströmungsseitenöffnung (6b) umfasst, und die Ausströmungsseitenöffnung (6b) so ausgebildet ist, dass sie kleiner ist als die Einströmungsseitenöffnung (6a).
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Strömungspfad (6) eine Einströmungsseitenöffnung (6a) und eine Ausströmungsseitenöffnung (6b) umfasst, die Verteilertrennwand (7) einen Blockierungsabschnitt (11) umfasst, der einen Teil der Einströmungsseitenöffnung (6a) und der Ausströmungsseitenöffnung (6b) blockiert, und der Blockierungsabschnitt (11) den Teil der Einströmungsseitenöffnung (6a) und der Ausströmungsseitenöffnung (6b) blockiert, um eine Richtung zu ändern, in der ein Kühlmittel strömt.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner einen Verteilerteiler (16) umfasst, der separat vom Mantel (4) ausgebildet ist und in dem Mantel (4) in einer Position angeordnet ist, die einem Unterteilungsabschnitt (17) entspricht, der einen Bereich in der Basisplatte (2), in dem die Kühlrippe (3) angeordnet ist, in mehrere Bereiche unterteilt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Verteilerteiler (16) so ausgebildet ist, dass er hinsichtlich seiner Position im Mantel (4) veränderbar ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Halbleiterelement (1) ein Halbleiterelement mit breiter Bandlücke ist.