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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
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Stand der Technik
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Ein wassergekühltes Leistungsmodul weist eine Vielzahl von Halbleiterelementen und einen Kühler auf. Ein Kühlmittel fließt durch den Kühler. Die Vielzahl von Halbleiterelementen wird durch das Kühlmittel gekühlt, das durch den Kühler fließt.
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In einem wassergekühlten Leistungsmodul wurden unterschiedliche Kühlerstrukturen vorgeschlagen, um eine Vielzahl von Halbleiterelementen effektiv zu kühlen.
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Zum Beispiel ist in der Technik, die im Patentdokument 1 beschrieben ist, eine Ablenkplatte bereitgestellt, welche verhindert, dass ein Kühlmittel um eine Gruppe von Wärmeabstrahllamellen fließt (Paragraph 0070). Dies kann die Kühlleistung eines Leistungsmoduls verbessern (Paragraph 0070).
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In der im Patentdokument 2 beschriebenen Technik ist ferner ein Wasserkühlmantel an einem konvexen Abschnitt eines zentralen Abschnitts einer Leiterplatte verformt (Paragraph 0039). Infolgedessen wird ein Strömungspfad in einem Abschnitt des Wasserkühlmantels, welcher mit dem zentralen Abschnitt der Leiterplatte korrespondiert, verschmälert, und eine Strömungsgeschwindigkeit nimmt dementsprechend in dem Abschnitt zu (Paragraph 0039). Dies kann die Wärmefreisetzung eines Leistungsmoduls verbessern (Paragraph 0039).
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Stand der Technik Dokumente
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Patentdokumente
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- Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungs-Nr. 2013-13255
- Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungsoffenlegungs-Nr. 2007-266224
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Zusammenfassung
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Durch die Erfindung zu lösendes Problem
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In den herkömmlichen wassergekühlten Leistungsmodulen wird jedoch ein Kühlmittel, welches eine hohe Temperatur erreicht hat, nachdem es zum Kühlen eines Halbleiterelements verwendet wurde, das auf einer stromaufwärts gelegenen Seite der Strömung des Kühlmittels angeordnet ist, zum Kühlen eines Halbleiterelements verwendet, das auf einer stromabwärts gelegenen Seite der Strömung des Kühlmittels angeordnet ist. Dementsprechend wird die Temperatur des zuletzt genannten Halbleiterelements höher, als die Temperatur des zuvor genannten Halbleiterelements. Dies verursacht Lebensdauerabweichungen unter der Vielzahl von Halbleiterelementen. Dieses Problem ist besonders in einem Fall bemerkenswert, in dem eine Bestromung mit hoher Last ausgeführt wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieser Probleme ausgeführt. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl aktiver Elemente einheitlich zu kühlen, die in einer Halbleitervorrichtung enthalten sind.
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Mittel zur Lösung des Problems
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Eine Halbleitervorrichtung weist eine Grundplatte, welche mit Stiftlamellen (engl. „pin fins“) ausgestattet ist, eine Vielzahl erster aktiver Elemente, eine Vielzahl zweiter aktiver Elemente, ein passives Element, und einen Kühlmantel auf.
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Eine Grundplatte, welche mit Stiftlamellen ausgestattet ist, weist eine Grundplatte und Stiftlamellen auf. Die Grundplatte weist eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche auf. Die zweite Hauptfläche befindet sich auf einer Seite, welche einer Seite gegenüberliegt, auf der sich die erste Hauptfläche befindet.
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Die Vielzahl erster aktiver Elemente, die Vielzahl zweiter aktiver Elemente, und das passive Element sind auf der ersten Hauptfläche angeordnet. Die Stiftlamellen sind mit der zweiten Hauptfläche gekoppelt.
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Die erste Richtung und die zweite Richtung liegen parallel zur ersten Hauptfläche. Die zweite Richtung liegt rechtwinklig zur ersten Richtung.
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Die Vielzahl erster aktiver Elemente, die Vielzahl zweiter aktiver Elemente, und das passive Element sind jeweils in einem ersten Bereich, einem zweiten Bereich, und einem dritten Bereich in der ersten Richtung angeordnet. Der dritte Bereich liegt zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich. Die Vielzahl erster aktiver Elemente ist in der zweiten Richtung ausgerichtet. Die Vielzahl zweiter aktiver Elemente ist in der zweiten Richtung ausgerichtet.
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Der Kühlmantel weist eine Öffnung auf. Die Stiftlamellen sind in der Öffnung untergebracht.
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In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Öffnung einen ersten Auslass und einen zweiten Auslass an einem stromabwärts gelegenen Ende in der zweiten Richtung auf. Der erste Auslass und der zweite Auslass sind jeweils im ersten Bereich und im zweiten Bereich angeordnet. Der Kühlmantel weist auch eine Strömungstrennwand an einem stromabwärts gelegenen Ende in der zweiten Richtung auf. Die Strömungstrennwand ist im dritten Bereich angeordnet und ist zwischen dem ersten Auslass und dem zweiten Auslass angeordnet.
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In einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Öffnung einen Einlass an einem stromaufwärts gelegenen Ende in der zweiten Richtung auf. Darüber hinaus weist der Kühlmantel eine Bodenfläche auf. Die Bodenfläche ist der zweiten Hauptfläche zugewandt, wobei die Öffnung dazwischen eingefügt ist. Der Kühlmantel weist eine Kühlmitteleinbringungsnut an einer Bodenfläche auf. Die Kühlmitteleinbringungsnut ist im dritten Bereich angeordnet und erstreckt sich von einem stromaufwärts gelegenen Ende in der zweiten Richtung zur Mitte eines Anordnungsbereichs der Vielzahl erster aktiver Elemente und der Vielzahl zweiter aktiver Elemente in der zweiten Richtung.
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Effekte der Erfindung
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Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Kühlmittelströme, die durch einen stromabwärts gelegenen Abschnitt der Öffnung in der zweiten Richtung fließen und die Öffnung verlassen, im ersten Bereich und im zweiten Bereich in der ersten Richtung ausgebildet, und werden nicht im dritten Bereich in der ersten Richtung ausgebildet. Dies erhöht Strömungsgeschwindigkeiten der Kühlmittelströme, die durch den stromabwärts gelegenen Abschnitt der Öffnung in der zweiten Richtung fließen. Infolgedessen können aktive Elemente, die auf der stromabwärts gelegenen Seite angeordnet sind, effektiv gekühlt werden. Dadurch kann die Vielzahl aktiver Elemente, die in der Halbleitervorrichtung enthalten ist, einheitlich gekühlt werden.
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Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Kühlmittelströme, die durch einen Kühlmittelstrom ausgebildet werden, der durch die Kühlmitteleinbringungsnut fließt und auf einer geringen Temperatur verbleibt, zusammengeführt, um die Kühlmittelströme auszubilden, die durch den stromabwärts gelegenen Abschnitt der Öffnung fließen und die Öffnung verlassen. Infolgedessen können aktive Elemente, die auf der stromabwärts gelegenen Seite angeordnet sind, effektiv gekühlt werden. Dadurch kann die Vielzahl aktiver Elemente, die in der Halbleitervorrichtung enthalten ist, einheitlich gekühlt werden.
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Aufgaben, Merkmale, Aspekte, und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und der begleitenden Figuren deutlicher.
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Figurenliste
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- 1 ist eine explodierte perspektivische Ansicht, welche schematisch eine Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
- 2 ist eine Draufsicht, welcher schematisch ein Halbleitermodul veranschaulicht, das in der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 enthalten ist.
- 3 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch einen Kühlmantel und einen O-Ring veranschaulicht, welche in der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 enthalten sind.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch Teile des Kühlmantels und des O-Rings veranschaulicht, die in der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 enthalten sind.
- 5 ist eine Draufsicht, welche schematisch Teile des Kühlmantels und des O-Rings, die in der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 enthalten sind und Kühlmittelströme innerhalb der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
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Beschreibung der Ausführungsform
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1 Ausführungsform 1
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1.1 Halbleitervorrichtung
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1 ist eine explodierte perspektivische Ansicht, welche schematisch eine Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
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Eine Halbleitervorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1, die in 1 veranschaulicht ist, ist ein Halbleitermodul, das mit einem Kühlmantel ausgestattet ist.
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Die Halbleitervorrichtung 1 weist ein Halbleitermodul 11, einen Kühlmantel 12, einen O-Ring 13, und eine Schraube 14 auf.
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Das Halbleitermodul 11 weist eine Grundplatte 101, welche mit Stiftlamellen ausgestattet ist, eine Vielzahl erster aktiver Elemente 102, eine Vielzahl zweiter aktiver Elemente 103, und eine Vielzahl passiver Elemente 104 auf. Darüber hinaus weist das Halbleitermodul 11 ein Befestigungsschraubenloch 111 auf. Die Grundplatte 101, welche mit den Stiftlamellen ausgestattet ist, weist eine Grundplatte 121 und Stiftlamellen 122 auf. Die Vielzahl erster aktiver Elemente 102, die Vielzahl zweiter aktiver Elemente 103, und die Vielzahl passiver Elemente 104 sind auf einer Hauptfläche 121a der Grundplatte 121 angeordnet. Die Stiftlamellen 122 sind mit einer zweiten Hauptfläche 121b der Grundplatte 121 gekoppelt. Die zweite Hauptfläche 121b befindet sich auf einer Seite, welche einer Seite gegenüberliegt, auf der sich die erste Hauptfläche 121a befindet.
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Der Kühlmantel 12 weist ein Befestigungsschraubenloch 131, eine Öffnung 132, und eine O-Ring-Nut 133 auf. Das Befestigungsschraubenloch 131, die Öffnung 132, und die O-Ring-Nut 133 sind auf einer Befestigungsfläche 12a des Kühlmantels 12 angeordnet. Eine Schraubennut ist in einer inneren Fläche des Befestigungsschraubenlochs 131 bereitgestellt. Die O-Ring-Nut 133 ist entlang einer äußeren Peripherie der Öffnung 132 bereitgestellt. Ein Kühlmittel fließt durch die Öffnung 132.
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Der O-Ring 13 ist in der O-Ring-Nut 133 untergebracht. Die Schraube 14 ist durch das Montageschraubenloch 111 geführt und in das Montageschraubenloch 131 eingeschraubt. Folglich ist das Halbleitermodul 11 an der Befestigungsfläche 12a des Kühlmantels 12 befestigt, wobei der O-Ring 13 dazwischen eingefügt ist. Der O-Ring 13 schließt einen Pfad, welcher von der Öffnung 132 zu einer Außenseite der Halbleitervorrichtung 1 durch eine Lücke zwischen dem Halbleitermodul 11 und dem Kühlmantel 12 verläuft. Dies dichtet das in der Öffnung 132 fließende Kühlmittel ab.
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In einem Zustand, in dem das Halbleitermodul 11 an der Befestigungsfläche 12a des Kühlmantels 12 befestigt ist, sind die Stiftlamellen 122 in der Öffnung 132 untergebracht. Infolgedessen tauchen die Stiftlamellen 122 in das Kühlmittel ein, das in der Öffnung 132 fließt. Infolgedessen wird Wärme, die durch die Vielzahl erster aktiver Elemente 102, die Vielzahl zweiter aktiver Elemente 103, und die Vielzahl passiver Elemente 104 erzeugt wird, auf das Kühlmittel übertragen, welches in der Öffnung 132 nacheinander durch die Grundplatte 121 und die Stiftlamellen 122 fließt. Die übertragene Wärme wird durch einen Kühlmittelstrom, welcher die Öffnung 132 verlässt, zur Außenseite der Halbleitervorrichtung 1 befördert. Auf diese Weise werden die Vielzahl erster aktiver Elemente 102, die Vielzahl zweiter aktiver Elemente 103, und die Vielzahl passiver Elemente 104 durch das Kühlmittel gekühlt.
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1.2 Halbleitermodul
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2 ist eine Draufsicht, welche schematisch ein Halbleitermodul veranschaulicht, das in der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 enthalten ist.
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Das in 2 veranschaulichte Halbleitermodul 11 ist ein 6-in-1 Halbleitermodul. Dementsprechend weist eine Gruppe aktiver Elemente, welche die Vielzahl erster aktiver Elemente 102 und die Vielzahl zweiter aktiver Elemente 103 aufweist, sechs Halbleiterelemente zum Schalten auf. Das Halbleitermodul 11 kann ein von dem 6-in-1 Halbleitermodul abweichendes Halbleitermodul sein. Das Halbleitermodul 11 ist auf einem Leistungswandlergerät montiert. Das Leistungswandlergerät ist zum Beispiel ein Inverter. Das Halbleitermodul 11 kann auf einem Gerät montiert sein, dass von dem Leistungswandlergerät abweicht.
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Die Vielzahl erster aktiver Elemente 102, die Vielzahl zweiter aktiver Elemente 103, und die Vielzahl passiver Elemente 104 sind durch die erste Hauptfläche 121a der Grundplatte 121 verbunden. Eine Verbindungslängsstruktur zum Verbinden der Vielzahl erster aktiver Elemente 102, der Vielzahl zweiter aktiver Elemente 103, und der Vielzahl passiver Elemente 104 mit der ersten Hauptfläche 121a der Grundplatte 121, ist nicht eingeschränkt.
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Die Vielzahl erster aktiver Elemente 102 enthält aktive Elemente 102U, 102V, und 102W. Die Vielzahl zweiter aktiver Elemente 103 enthält aktive Elemente 103U, 103V, und 103W. Die Vielzahl passiver Elemente 104 enthält passive Elemente 104PU, 104PV, 104PW, 104NU, 104NV, und 104NW.
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Die aktiven Elemente 102U, 102V, und 102W sind jeweils Schaltelemente auf den Seiten eines oberen Arms einer U-Phase, einer V-Phase, und einer W-Phase. Die aktiven Elemente 103U, 103V, und 103W sind jeweils Schaltelemente auf den Seiten eines unteren Arms der U-Phase, der V-Phase, und der W-Phase. Die Schaltelemente sind Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs). Die Schaltelemente können von den IGBTs abweichende Schaltelemente sein. Zum Beispiel können die Schaltelemente MetallOxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) sein. Die passiven Elemente 104PU, 104PV, und 104PW sind jeweils Freilaufdioden auf den Seiten des oberen Arms der U-Phase, der V-Phase, und der W-Phase. Die passiven Elemente 104NU, 104NV, und 104NW sind jeweils Freilaufdioden auf den Seiten des unteren Arms der U-Phase, der V-Phase, und der W-Phase.
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Die Vielzahl passiver Elemente 104 ist in einem zentralen Abschnitt der ersten Hauptfläche 121a angeordnet. Die Vielzahl erster aktiver Elemente 102 und die Vielzahl zweiter aktiver Elemente 103 sind in einem peripheren Abschnitt der ersten Hauptfläche 121a angeordnet. Dementsprechend ist die Vielzahl erster aktiver Elemente 102 in einem ersten Bereich R1 in einer ersten Richtung X angeordnet, welche parallel zur ersten Hauptfläche 121a der Grundplatte 121 liegt. Die Vielzahl zweiter aktiver Elemente 103 ist in einem zweiten Bereich R2 in der ersten Richtung X angeordnet. Die Vielzahl passiver Elemente 104 ist in einem dritten Bereich R3 in der ersten Richtung X zwischen dem ersten Bereich R1 und dem zweiten Bereich R2 angeordnet.
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Die aktiven Elemente 102U, 102V, und 102W, welche die Vielzahl erster aktiver Elemente 102 bilden, sind geradlinig in einer zweiten Richtung Y ausgerichtet, die parallel zur ersten Hauptfläche 121a der Grundplatte 121 und rechtwinklig zur ersten Richtung X liegt. Die aktiven Elemente 103U, 103V, und 103W, welche die Vielzahl zweiter aktiver Elemente 103 bilden, sind geradlinig in der zweiten Richtung ausgerichtet. Die passiven Elemente 104PU, 104PV, und 104PW, welche die Vielzahl passiver Elemente 104 bilden, sind geradlinig in der zweiten Richtung Y ausgerichtet. Die passiven Elemente 104NU, 104NV, und 104NW, welche die Vielzahl passiver Elemente 104 bilden, sind geradlinig in der zweiten Richtung Y ausgerichtet.
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Das aktive Element 102U, das aktive Element 103U, das passive Element 104PU, und das passive Element 104NU der U-Phase sind in der ersten Richtung X geradlinig ausgerichtet. Das aktive Element 102V, das aktive Element 103V, das passive Element 104PV, und das passive Element 104NV der V-Phase sind geradlinig in der ersten Richtung X angeordnet. Das aktive Element 102W, das aktive Element 103W, das passive Element 104PW, und das passive Element 104NW der W-Phase sind geradlinig in der ersten Richtung X ausgerichtet.
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Das Kühlmittel, welches die Vielzahl erster aktiver Elemente 102, die Vielzahl zweiter aktiver Elemente 103, und die Vielzahl passiver Elemente 104 kühlt, fließt in einer Kühlmittelströmungsrichtung D von einer Position, an der das aktive Element 102U, das aktive Element 103U, das passive Element 104PU, und das aktive Element 103U der U-Phase angeordnet sind, zu einer Position, an der das aktive Element 102W, das aktive Element 103W, das passive Element 104PW, und das aktive Element 103W der W-Phase angeordnet sind, über eine Position, an der das aktive Element 102V, das aktive Element 103V, das passive Element 104PV, und das aktive Element 103V der V-Phase angeordnet sind.
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1.3 Kühlmantel
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3 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch einen Kühlmantel und einen O-Ring veranschaulicht, welche in der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 enthalten sind. 4 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch Teile des Kühlmantels und des O-Rings veranschaulicht, die in der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 enthalten sind. Die in 4 veranschaulichten Teile des Kühlmantels und des O-Rings sind solche, die durch Entfernen des in 3 veranschaulichten Abschnitts gestrichelter Linien vom Kühlmantel und O-Ring erhalten werden, die in 3 veranschaulicht sind.
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Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, weist der Kühlmantel 12 einen Einströmungspfad 141 und einen Ausströmungspfad 142 auf. Die Öffnung 132 weist einen Einlass 150, einen ersten Auslass 151, und einen zweiten Auslass 152 auf. Der Einströmungspfad 141 weist eine Einströmungsöffnung 153 auf. Der Ausströmungspfad 142 weist eine Ausströmungsöffnung 154 auf. Die Einströmungsöffnung 153 und die Ausströmungsöffnung 154 sind auf einer Fläche des Kühlmantels 12 angeordnet.
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Der Einströmungspfad 141 und der Ausströmungspfad 142 erstrecken sich in der zweiten Richtung Y. Die Öffnung 132 weist einen Einlass 150 an einem stromaufwärts gelegenen Ende in der zweiten Richtung Y auf. Die Öffnung 132 weist den ersten Auslass 151 und den zweiten Auslass 152 an einem stromabwärts gelegenen Ende in der zweiten Richtung Y auf.
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Der Einströmungspfad 141 erstreckt sich von der Einströmungsöffnung 153 bis zum Einlass 150. Der Ausströmungspfad 142 erstreckt sich vom ersten Auslass 151 und vom zweiten Auslass 152 bis zur Ausströmungsöffnung 154. Dementsprechend fließt das Kühlmittel, das durch die Einströmungsöffnung 153 in den Einströmungspfad 141 geflossen ist, durch den Einströmungspfad 141, erreicht den Einlass 150, und tritt anschließend durch den Einlass 150 in die Öffnung 132 ein. Das Kühlmittel, das in die Öffnung 132 eingetreten ist, fließt durch die Öffnung 132, erreicht den ersten Auslass 151 und den zweiten Auslass 152, und verlässt die Öffnung 132 anschließend durch den ersten Auslass 151 und den zweiten Auslass 152. Das Kühlmittel, das die Öffnung 132 verlassen hat, fließt durch den Ausströmungspfad 142, erreicht die Ausströmungsöffnung 154, und fließt anschließend durch die Ausströmungsöffnung 154 in den Ausströmungspfad 142.
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Eine Bodenfläche 12b des Kühlmantels 12 ist der zweiten Hauptfläche 121b der Grundplatte 121 zugewandt, wobei die Öffnung 132 dazwischen eingefügt ist. Die Bodenfläche 12b des Kühlmantels 12 ist von der zweiten Hauptfläche 121b der Grundplatte 121 in einer Dickenrichtung der Grundplatte 121 getrennt. Der Kühlmantel 12 weist eine Bodenerhebung 161 auf. Die Bodenerhebung 161 weist die Bodenfläche 12b auf, und erhöht die Bodenfläche 12b bis zu einer Position, an der Spitzen der Stiftlamellen 122 angeordnet sind.
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Der Kühlmantel 12 weist eine Kühlmitteleinbringungsnut 171 an der Bodenfläche 12b auf. Die Kühlmitteleinbringungsnut 171 ist im dritten Bereich R3 in der ersten Richtung X angeordnet. Die Kühlmitteleinbringungsnut 171 erstreckt sich von einem stromaufwärts gelegenen Ende der Öffnung 132 in der zweiten Richtung Y bis zur Mitte eines Anordnungsbereichs R (siehe 2) der Vielzahl erster aktiver Elemente 102 und der Vielzahl zweiter aktiver Elemente 103 in der zweiten Richtung Y.
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Der erste Auslass 151 in im ersten Bereich R1 in der ersten Richtung X angeordnet. Der zweite Auslass 152 ist im zweiten Bereich R2 in der ersten Richtung X angeordnet. Der Kühlmantel 12 weist eine Strömungstrennwand 12c an einem stromabwärts gelegenen Ende 132 in der zweiten Richtung Y auf. Die Strömungstrennwand 12c ist im dritten Bereich R3 in der ersten Richtung X angeordnet. Die Strömungstrennwand 12c schließt einen Abschnitt von der Bodenfläche 12b des Kühlmantels 12 zur zweiten Hauptfläche 121b der Grundplatte 121. Die Strömungstrennwand 12c ist zwischen dem ersten Auslass 151 und dem zweiten Auslass 152 angeordnet und trennt den ersten Auslass 151 und den zweiten Auslass 152 voneinander.
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1.4 Kühlmittelströmung
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5 ist eine Draufsicht, welche schematisch Teile des Kühlmantels und des O-Rings, die in der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 enthalten sind und Kühlmittelströme innerhalb der Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsform 1 veranschaulicht.
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Ein Kühlmittelstrom A mit niedriger Temperatur, der durch den in 5 veranschaulichten Einströmungspfad 141 fließt, bildet Kühlmittelströme B1 und B2 aus, die durch einen stromaufwärts gelegenen Abschnitt 181 und einen Abschnitt 182 in der Mitte des Stroms der Öffnung 132 fließen und bildet einen Kühlmittelstrom C1 aus, der durch die Kühlmitteleinbringungsnut 171 fließt. Der Kühlmittelstrom B1 wird im ersten Bereich R1 in der ersten Richtung X ausgebildet. Der Kühlmittelstrom B2 wird im zweiten Bereich R2 in der ersten Richtung X ausgebildet. Die Kühlmittelströme B1, B2, und C1 fließen weiter von der stromaufwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung Y zur stromabwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung Y.
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Der Kühlmittelstrom C1 bildet Kühlmittelströme C2, C3, und C4 aus, welche die Kühlmitteleinbringungsnut 171 im Abschnitt 182 in der Mitte des Stroms der Öffnung 132 verlassen und durch den Abschnitt 182 in der Mitte des Stroms der Öffnung 132 fließen. Die Kühlmittelströme C2, C3, und C4 werden im dritten Bereich R3 in der ersten Richtung X ausgebildet. Der Kühlmittelstrom C2 bewegt sich vom dritten Bereich R3 in der ersten Richtung X zum ersten Bereich R1 in der ersten Richtung X, während er von der stromaufwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung Y zur stromabwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung Y weiterfließt. Der Kühlmittelstrom C3 bewegt sich vom dritten Bereich R3 in der ersten Richtung X zum zweiten Bereich R2 in der ersten Richtung X, während er von der stromaufwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung Y zur stromabwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung weiterfließt. Der Kühlmittelstrom C4 fließt weiter von der stromaufwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung Y zur stromabwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung Y.
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Der Kühlmittelstrom C4 trifft auf die Strömungstrennwand 12c und bildet Kühlmittelströme C5 und C6 aus, welche durch den stromabwärts gelegenen Abschnitt 183 der Öffnung 132 fließen. Die Kühlmittelströme C5 und C6 werden im dritten Bereich R3 in der ersten Richtung X ausgebildet. Der Kühlmittelstrom C5 fließt weiter vom dritten Bereich R3 in der ersten Richtung X zum ersten Bereich R1 in der ersten Richtung X. Der Kühlmittelstrom C5 fließt weiter vom dritten Bereich R3 in der ersten Richtung X zum zweiten Bereich R2 in der ersten Richtung X.
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Die Kühlmittelströme B1, C2 und C5 werden zusammengeführt, um einen Kühlmittelstrom D1 auszubilden, welcher durch den stromabwärts gelegenen Abschnitt 183 der Öffnung 132 fließt und die Öffnung 132 durch den ersten Auslass 151 verlässt. Die Kühlmittelströme B2, C3, und C6 werden zusammengeführt, um einen Kühlmittelstrom D2 auszubilden, welcher durch den stromabwärts gelegenen Abschnitt 183 der Öffnung 132 fließt und die Öffnung 132 durch den ersten Auslass 152 verlässt. Der Kühlmittelstrom D1 wird im ersten Bereich R1 in der ersten Richtung X ausgebildet. Der Kühlmittelstrom D2 wird im zweiten Bereich R2 in der ersten Richtung X ausgebildet. Die Kühlmittelströme D1 und D2 fließen von der stromaufwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung Y zur stromabwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung Y weiter.
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Der Kühlmittelstrom B1 fließt unter die aktiven Elemente 102U und 102V. Der Kühlmittelstrom B1 nimmt durch die aktiven Elemente 102U und 102V erzeugte Wärme auf und nimmt eine hohe Temperatur an. Der Kühlmittelstrom B2 fließt unter die aktiven Elemente 103U und 103V. Der Kühlmittelstrom B2 nimmt durch die aktiven Elemente 103U und 103V erzeugte Wärme auf und nimmt eine hohe Temperatur an.
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Der Kühlmittelstrom C1 fließt nicht unter die aktiven Elemente 102U, 102V, 103U, und 103V, fließt aber unter die Vielzahl passiver Elemente 104 und verbleibt auf einer niedrigen Temperatur. Dementsprechend verbleiben die Kühlmittelströme C2, C3, C4, C5, und C6, welche durch den Kühlmittelstrom C1 ausgebildet werden, auf einer niedrigen Temperatur.
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Der Kühlmittelstrom D1 fließt unter das aktive Element 102W. Der Kühlmittelstrom D1 nimmt Wärme auf, die durch das aktive Element 102W erzeugt wird. Der Kühlmittelstrom D2 fließt unter das aktive Element 103W. Der Kühlmittelstrom D2 nimmt Wärme auf, die durch das aktive Element 103W erzeugt wird.
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Gemäß der Erfindung von Ausführungsform 1, werden die Kühlmittelströme D1 und D2, welche durch den stromabwärts gelegenen Abschnitt 183 der Öffnung 132 in der zweiten Richtung Y fließen und die Öffnung 132 verlassen, jeweils im ersten Bereich R1 und im zweiten Bereich R2 in der ersten Richtung X ausgebildet, und werden nicht im dritten Bereich R3 in der ersten Richtung X ausgebildet. Dementsprechend werden Strömungsgeschwindigkeiten der Kühlmittelströme D1 und D2 zum jeweiligen Kühlen der aktiven Elemente 102W und 103W, welche auf der stromabwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung Y angeordnet sind, schnell. Infolgedessen kann ein Wärmewiderstand Rth (j_w) der aktiven Elemente 102W und 103W, die auf der stromabwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung Y angeordnet sind, verringert werden, und die aktiven Elemente 102W und 103E können effektiv gekühlt werden. Das heißt, es ist möglich, einen Temperaturanstieg der aktiven Elemente 102W und 103W abzuschwächen. Dadurch kann die Vielzahl aktiver Elemente 102U, 102V, 102W, 103U, 103V, und 103W, die in der Halbleitervorrichtung 1 enthalten ist, einheitlich gekühlt werden.
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Gemäß der Erfindung von Ausführungsform 1, werden die Kühlmittelströme C2, C3, C5, und C6, welche durch den Kühlmittelstrom C1 ausgebildet werden, der durch die Kühlmitteleinbringungsnut 171 fließt und auf einer geringen Temperatur verbleibt, zusammengeführt, um die Kühlmittelströme D1 und D2 auszubilden, welche durch den stromabwärts gelegenen Abschnitt 183 der Öffnung 132 fließen, welche die aktiven Elemente 102W und 103W kühlen, und die Öffnung 132 anschließend verlassen. Dementsprechend nimmt die Temperatur der Kühlmittelströme D1 und D2 zum Kühlen der aktiven Elemente 102W und 103W, die auf der stromabwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung Y angeordnet sind, jeweils ab. Infolgedessen können das aktive Element 102W und das aktive Element 103W, welche auf der stromabwärts gelegenen Seite in der zweiten Richtung Y angeordnet sind, effektiv gekühlt werden. Dadurch kann die Vielzahl aktiver Elemente 102U, 102V, 102W, 103U, 103V, und 103W, die in der Halbleitervorrichtung 1 enthalten ist, einheitlich gekühlt werden.
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Daher kann in der Halbleitervorrichtung 1 gemäß Ausführungsform 1 die Vielzahl aktiver Elemente 102U, 102V, 102W, 103U, 103V, und 103W, die in der Halbleitervorrichtung 1 enthalten ist, einheitlich gekühlt werden durch den synergistischen Effekt der Strömungstrennwand 12c und der Kühlmitteleinbringungsnut 171. Infolgedessen ist es möglich, Temperaturabweichungen unter der Vielzahl aktiver Elemente 102U, 102V, 102W, 103U, 103V, und 103W zu unterdrücken und dadurch eine Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 1 zu verbessern.
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Die Kühlmitteleinbringungsnut 171 verringert eine Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittelstroms, welcher über die Kühlmitteleinbringungsnut 171 fließt. Da der Kühlmittelstrom, welcher über die Kühlmitteleinbringungsnut 171 fließt, unter die Vielzahl passiver Elemente 104 fließt, welche keine starke Wärme erzeugen, beeinflusst die Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels, welches über die Kühlmitteleinbringungsnut 171 fließt, die Kühlung der Vielzahl aktiver Elemente 102U, 102V, 102W, 103U, 103V, und 103W jedoch nicht signifikant.
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Die Anzahl, Position, Form, und dergleichen der Kühlmitteleinbringungsnut 171 kann verändert werden, und die Anzahl, Position, Form, und dergleichen der Auslässe 151 und 152 kann in Übereinstimmung mit der Anzahl, Position, Form und dergleichen der aktiven Elemente und passiven Elemente verändert werden.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungsform innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise modifiziert oder ausgelassen werden kann.
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Obwohl die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Es versteht sich, dass zahlreiche nicht veranschaulichte Modifikationen angenommen werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1:
- Halbleitervorrichtung
- 11:
- Halbleitermodul
- 12:
- Kühlmantel
- 12b:
- Bodenfläche
- 12c:
- Strömungstrennwand
- 101:
- mit Stiftlamellen ausgestattete Grundplatte
- 102:
- Vielzahl erster aktiver Elemente
- 103:
- Vielzahl zweiter aktiver Elemente
- 104:
- Vielzahl passiver Elemente
- 121:
- Grundplatte
- 122:
- Stiftlamelle
- 121a:
- erste Hauptfläche
- 121b:
- zweite Hauptfläche
- X:
- erste Richtung
- Y:
- zweite Richtung
- R1:
- erster Bereich
- R2:
- zweiter Bereich
- R3:
- dritter Bereich
- R:
- Anordnungsbereich
- 150:
- Einlass
- 151:
- erster Auslass
- 152:
- zweiter Auslass
- 171:
- Kühlmitteleinbringungsnut
