JP2001284513A - Power semiconductor device - Google Patents

Power semiconductor device

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JP2001284513A
JP2001284513A JP2000090921A JP2000090921A JP2001284513A JP 2001284513 A JP2001284513 A JP 2001284513A JP 2000090921 A JP2000090921 A JP 2000090921A JP 2000090921 A JP2000090921 A JP 2000090921A JP 2001284513 A JP2001284513 A JP 2001284513A
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power semiconductor
base plate
semiconductor device
metal base
heat
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JP2000090921A
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Japanese (ja)
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Kenji Sawatani
賢二 澤谷
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To contrive the enhancement of the cooling performance of a power semiconductor device due to a reduction in a thermal resistance in heat conducting paths in the power semiconductor device and the enhancement of the long-period reliability of the device due to a reduction in a thermal stress between members which are used as the heat conducting paths. SOLUTION: A power semiconductor device is provided with insulative substrates 3, which are respectively bonded with a power semiconductor element 2 and are the order of the same linear expansion coefficient as that of the element 2, and a metal base plate 41 for heat dissipation, which is bonded with the substrates 3 and is the order of the same linear expansion coefficient as that of the element 2 and the substrates 3. Cooling flow paths 51, which are circulated a cooling liquid, are provided in the base plate 41.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電力変換装置など
に用いられるパワー半導体装置に関し、特にパワー半導
体素子1個当たりの発生熱量がおよそ0.1〜1キロワ
ットまたはそれ以上、放熱用金属ベース板1個当たりの
発生熱量がおよそ1〜10キロワットまたはそれ以上と
いうような大容量のパワー半導体装置の冷却機構に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor device used for a power converter or the like, and more particularly to a heat dissipating metal base plate in which the amount of heat generated per power semiconductor element is about 0.1 to 1 kW or more. The present invention relates to a cooling mechanism for a large-capacity power semiconductor device in which the amount of generated heat per unit is about 1 to 10 kW or more.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来技術1.図21に汎用のIGBT
(Insulated Gate Bipolar Transistor)モジュールと
冷却装置から構成される従来のパワー半導体装置の一例
を示す。図21において、1はIGBTモジュール、2
はIGBT素子、3は両面に銅やアルミニウム等の金属
の箔が接着された、アルミナや窒化アルミ等からなる絶
縁性基板、4はモリブデンやタングステン等からなる放
熱用金属ベース板、5はヒートシンク等の冷却装置、
6、7ははんだ、8はグリース等のコンパウンドであ
る。放熱用金属ベース板4上に絶縁性基板3およびIG
BT素子2が順にはんだ6および7で接合されてIGB
Tモジュール1が形成されており、IGBTモジュール
1は冷却装置5にコンパウンド8で接続し圧接されてい
る。IGBTモジュール1の運転時、IGBT素子2で
発生する熱は、絶縁性基板3と放熱用金属ベース板4を
介して、冷却装置5に伝導し、冷却される。
2. Description of the Related Art FIG. 21 shows a general-purpose IGBT
1 shows an example of a conventional power semiconductor device including an (insulated gate bipolar transistor) module and a cooling device. In FIG. 21, 1 is an IGBT module, 2
Is an IGBT element, 3 is an insulating substrate made of alumina or aluminum nitride, etc., on both sides of which a metal foil such as copper or aluminum is adhered, 4 is a heat-dissipating metal base plate made of molybdenum or tungsten, 5 is a heat sink, etc. Cooling system,
Numerals 6 and 7 are solder, and numeral 8 is a compound such as grease. The insulating substrate 3 and the IG
BT element 2 is joined by solders 6 and 7 in order and IGB
A T module 1 is formed, and the IGBT module 1 is connected to a cooling device 5 by a compound 8 and pressed against the cooling device 5. During operation of the IGBT module 1, heat generated in the IGBT element 2 is conducted to the cooling device 5 via the insulating substrate 3 and the heat dissipating metal base plate 4 and is cooled.

【0003】また、パワー半導体装置の他の構造とし
て、GTO(Gate Turn-Off Thyristor)等のパワー半
導体モジュールの両面にヒートシンク等の冷却装置を取
り付け、それぞれの接続部は外部からの圧力で接続する
圧接スタック型がある。
Further, as another structure of the power semiconductor device, cooling devices such as heat sinks are mounted on both sides of a power semiconductor module such as a GTO (Gate Turn-Off Thyristor), and respective connecting portions are connected by external pressure. There is a press-stack type.

【0004】これらのパワー半導体モジュールでは、運
転時の温度変化による接合部の熱応力を低減するため
に、主要部分にはIGBT素子2の線膨張率に近い部材
を使っており、例えば、IGBTモジュール1のIGB
T素子2の線膨張率はけい素で約2.6×10-6/K、
絶縁性基板3の線膨張率は窒化アルミで約4×10-6
K、放熱用金属ベース板4の線膨張率はモリブデンで約
4.8×10-6/K、タングステンで約4.5×10-6
/Kである。それに対し、ヒートシンク等の冷却装置5
には熱伝導率の良い銅やアルミニウムが使用されてお
り、その線膨張率は銅で約16.6×10-6/K、アル
ミニウムで約23.2×10-6/KとIGBTモジュー
ル1の線膨張率に比べて1オーダー大きい。
[0004] In these power semiconductor modules, in order to reduce the thermal stress at the junction due to a temperature change during operation, a member close to the linear expansion coefficient of the IGBT element 2 is used for the main part. 1 IGB
The linear expansion coefficient of the T element 2 is about 2.6 × 10 −6 / K in silicon,
The coefficient of linear expansion of the insulating substrate 3 is about 4 × 10 -6 /
K, the coefficient of linear expansion of the metal base plate 4 for heat radiation is about 4.8 × 10 −6 / K for molybdenum, and about 4.5 × 10 −6 for tungsten.
/ K. In contrast, a cooling device 5 such as a heat sink
IGBT module 1 is made of copper or aluminum having good thermal conductivity, and has a linear expansion coefficient of about 16.6 × 10 −6 / K for copper and about 23.2 × 10 −6 / K for aluminum. Is larger by one order than the linear expansion coefficient.

【0005】従来技術2.また、図22に特開平9−9
2762号公報に記載された従来のパワー半導体装置の
別の例を示す。図22において、101は電力用トラン
ジスタまたは電力用ダイオード等の電力用半導体素子、
102はセラミック板などよりなる絶縁基板である。1
03は放熱ベースであり、銅板やアルミニウム板等の板
状体に冷却液体用流路131が穿設されている。105
は電極、106はケースである。
Prior art 2. Further, FIG.
Another example of the conventional power semiconductor device described in Japanese Patent No. 2762 is shown. In FIG. 22, 101 is a power semiconductor element such as a power transistor or a power diode,
Reference numeral 102 denotes an insulating substrate made of a ceramic plate or the like. 1
Numeral 03 denotes a heat dissipation base, in which a cooling liquid channel 131 is formed in a plate-like body such as a copper plate or an aluminum plate. 105
Is an electrode, and 106 is a case.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のパワー半導体装
置は以上のように構成されており、従来技術1において
は、パワー半導体モジュールと冷却装置とで使用されて
いる部材の線膨張率が違うため、運転時の温度変化によ
り熱伸びに差が発生する。また、大容量化に伴い半導体
素子からの発熱量は増加し、さらに長期信頼性の観点か
ら熱サイクル数も増大している。このため、図21に示
したパワー半導体装置では、運転時に生じる温度変化に
よって放熱用金属ベース板4と冷却装置5とで熱伸びに
大きな差が生じ、それが繰り返されるるため、IGBT
モジュール1と冷却装置5間は、熱伸びを逃がす構造が
採られ、熱伝導率の低いコンパウンド8で接続し圧接す
る構造となっている。このため、熱抵抗が高く冷却性能
が低いという問題があった。また、パワー半導体モジュ
ールの両面にヒートシンク等の冷却装置を取り付け、そ
れぞれの接続部は外部からの圧力で接続する圧接スタッ
ク型の場合でも、パワー半導体モジュールと冷却装置の
熱伝導は接触によって行なわれており、見かけの接触面
積に対して真の接触面積が極端に小さく、このため、熱
抵抗が高く冷却性能が低いという問題があった。
The conventional power semiconductor device is configured as described above. In the prior art 1, the members used in the power semiconductor module and the cooling device have different coefficients of linear expansion. In addition, a difference occurs in thermal elongation due to a temperature change during operation. In addition, the amount of heat generated from the semiconductor element increases with the increase in capacity, and the number of thermal cycles also increases from the viewpoint of long-term reliability. For this reason, in the power semiconductor device shown in FIG. 21, a large difference in thermal elongation occurs between the heat-dissipating metal base plate 4 and the cooling device 5 due to a temperature change occurring during operation, and this is repeated.
The module 1 and the cooling device 5 have a structure in which thermal expansion is released, and are connected and pressed by a compound 8 having low thermal conductivity. For this reason, there was a problem that the heat resistance was high and the cooling performance was low. In addition, even if a cooling device such as a heat sink is attached to both sides of the power semiconductor module, and the respective connection portions are connected by external pressure, the heat conduction between the power semiconductor module and the cooling device is performed by contact. Therefore, the true contact area is extremely small with respect to the apparent contact area, and therefore, there is a problem that the heat resistance is high and the cooling performance is low.

【0007】また、従来技術2においては、放熱ベース
103に冷却液体を流通させて放熱ベース103を冷却
しており、ヒートシンクを用いるのに比べてコンパクト
化や冷却能力の向上が図れるが、銅やアルミニウムから
なる放熱ベース103と電力用半導体素子101や絶縁
基板102とは熱伸びに大きな差が生じ、これらを熱伝
導率の高いはんだで接合した場合には接合部に亀裂が生
じたりする可能性があり、従来技術1と同様に熱伝導率
の低いコンパウンド8で接続し圧接する構造とした場合
には熱抵抗が高く冷却性能が低いという問題があった。
Further, in the prior art 2, the cooling liquid is circulated through the heat radiating base 103 to cool the heat radiating base 103, so that it is possible to reduce the size and improve the cooling capacity as compared with using a heat sink. There is a large difference in thermal elongation between the heat dissipation base 103 made of aluminum and the power semiconductor element 101 or the insulating substrate 102, and when these are joined with solder having high thermal conductivity, there is a possibility that a crack may occur at the joint. In the case of connecting and pressing with a compound 8 having low thermal conductivity as in the prior art 1, there is a problem that the thermal resistance is high and the cooling performance is low.

【0008】この発明は、上記のような従来のものの問
題点を解決するためになされたものであり、パワー半導
体装置の熱伝導路における熱抵抗の低減による冷却性能
の向上と、熱伝導路となる部材間の熱応力の低減による
長期信頼性の向上を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and has improved cooling performance by reducing thermal resistance in a heat conduction path of a power semiconductor device. It is intended to improve long-term reliability by reducing thermal stress between members.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係るパワー半導
体装置は、パワー半導体素子が接合され線膨張率が上記
パワー半導体素子と同じオーダーである絶縁性基板、お
よび上記絶縁性基板が接合され線膨張率が上記パワー半
導体素子および上記絶縁性基板と同じオーダーである放
熱用金属ベース板を備え、上記放熱用金属ベース板に冷
却液が流通する冷却液流路を設けたものである。
According to the present invention, there is provided a power semiconductor device, comprising: an insulating substrate having a power semiconductor element bonded thereto and having a coefficient of linear expansion of the same order as the power semiconductor element; A heat-dissipating metal base plate having an expansion coefficient in the same order as the power semiconductor element and the insulating substrate is provided, and a coolant flow path through which a coolant flows is provided in the heat-dissipating metal base plate.

【0010】また、冷却液流路は、放熱用金属ベース板
の反パワー半導体素子側の面に設けた溝により構成され
るものである。
[0010] The coolant flow path is formed by a groove provided on the surface of the metal base plate for heat dissipation on the side opposite to the power semiconductor element.

【0011】また、溝に蓋をするために放熱用金属ベー
ス板の反パワー半導体素子側に蓋体を配置したものであ
る。
Further, a lid is disposed on the side of the metal base plate for heat radiation opposite to the power semiconductor element in order to cover the groove.

【0012】また、溝は複数本が並行して配置されてお
り、少なくとも2本の上記溝に連通して冷却液流入用マ
ニホールドおよび冷却液流出用マニホールドを設けたも
のである。
A plurality of grooves are arranged in parallel, and a coolant inflow manifold and a coolant outflow manifold are provided in communication with at least two of the grooves.

【0013】また、マニホールドは、放熱用金属ベース
板および蓋体の少なくとも一方に形成された溝状凹部で
あるものである。
[0013] The manifold is a groove-shaped recess formed in at least one of the metal base plate for heat radiation and the lid.

【0014】また、溝は放熱用金属ベース板の一端から
他端にまで延在し、マニホールドは、上記溝が開口した
放熱用金属ベース板および蓋体の端面を覆うように設け
られた筒状体であるものである。
The groove extends from one end to the other end of the heat-dissipating metal base plate, and the manifold is a cylindrical member provided so as to cover the heat-dissipating metal base plate and the end face of the lid, the groove being opened. Is the body.

【0015】また、マニホールドには外部の冷却液配管
と結合するためのジョイント部が設けられており、上記
マニホールドの流路断面積を上記ジョイント部から遠ざ
かるにしたがって小さくしたものである。
The manifold is provided with a joint for coupling to an external coolant pipe, and the cross-sectional area of the flow passage of the manifold is reduced as the distance from the joint increases.

【0016】また、放熱用金属ベース板は、モリブデン
またはタングステンからなるものである。
Further, the metal base plate for heat radiation is made of molybdenum or tungsten.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は本発明の実
施の形態1によるパワー半導体装置の構成を示す平面
図、図2は図1のA−A線断面図、図3は図1のB−B
線断面図である。図において、2はパワー半導体素子で
あり、例えばIGBT素子である。また、その線膨張率
はけい素で約2.6×10-6/Kである。3は両面に銅
やアルミニウム等の金属の箔が接着された、窒化アルミ
等からなる絶縁性基板であり、窒化アルミの線膨張率は
約4×10-6/Kとパワー半導体素子2と同じオーダー
である。41は線膨張率がパワー半導体素子2および絶
縁性基板3と同じオーダーである放熱用金属ベース板で
あり、例えば線膨張率が約4.8×10-6/Kであるモ
リブデンや、約4.5×10-6/Kであるタングステン
からなる。51は冷却液流路を構成し冷却液が流通する
溝であり、放熱用金属ベース板41の反パワー半導体素
子2側の面に複数本が並行に設けられている。42は溝
51に蓋をするために放熱用金属ベース板41の反パワ
ー半導体素子2側に配置された蓋体であり、本実施の形
態では放熱用金属ベース板41と同じモリブデンやタン
グステン等からなる板である。52および53は複数の
溝51に連通して設けられたそれぞれ冷却液流入用マニ
ホールドおよび冷却液流出用マニホールドである。本実
施の形態では、溝51は放熱用金属ベース板41の中央
部に設けられ、マニホールド52、53は溝51の両端
部に連通して放熱用金属ベース板41および蓋体42の
両方に形成された溝状凹部である。54および55はマ
ニホールド52、53と外部の冷却液配管(図示せず)
とを結合するためのそれぞれ入口側および出口側ジョイ
ント部、6、7ははんだ、9ははんだまたは接着剤等で
ある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a power semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, and FIG.
It is a line sectional view. In the figure, reference numeral 2 denotes a power semiconductor element, for example, an IGBT element. The coefficient of linear expansion of silicon is about 2.6 × 10 −6 / K. Reference numeral 3 denotes an insulating substrate made of aluminum nitride or the like having a metal foil such as copper or aluminum bonded to both surfaces. The coefficient of linear expansion of aluminum nitride is about 4 × 10 −6 / K, which is the same as that of the power semiconductor element 2. It is an order. Reference numeral 41 denotes a heat dissipating metal base plate having the same linear expansion coefficient as that of the power semiconductor element 2 and the insulating substrate 3, such as molybdenum having a linear expansion coefficient of about 4.8 × 10 −6 / K or about 4 It is made of tungsten having a density of 0.5 × 10 −6 / K. Reference numeral 51 denotes a groove for forming a cooling liquid flow path and through which the cooling liquid flows. A plurality of grooves 51 are provided in parallel on the surface of the metal base plate 41 for heat dissipation on the side opposite to the power semiconductor element 2. Reference numeral 42 denotes a lid disposed on the anti-power semiconductor element 2 side of the heat-dissipating metal base plate 41 so as to cover the groove 51. It is a board. Numerals 52 and 53 are a coolant inflow manifold and a coolant outflow manifold provided in communication with the plurality of grooves 51, respectively. In the present embodiment, the groove 51 is provided at the center of the metal base plate 41 for heat radiation, and the manifolds 52 and 53 are formed on both the metal base plate 41 for heat radiation and the lid 42 by communicating with both ends of the groove 51. It is a groove-shaped recessed portion. 54 and 55 are manifolds 52 and 53 and an external coolant pipe (not shown)
And joints 6 and 7 are solder, and 9 is a solder or an adhesive.

【0018】パワー半導体素子2は絶縁性基板3上には
んだ6で接合され、絶縁性基板3は放熱用金属ベース板
41上にはんだ7で接合され、放熱用金属ベース板41
は蓋体42とはんだまたは接着剤等9で接合されてい
る。IGBT素子1個当たりの発生熱量はおよそ0.1
〜1キロワットまたはそれ以上であり、本実施の形態で
は放熱用金属ベース板41上に6個のIGBT素子1が
配置されている。
The power semiconductor element 2 is joined to the insulating substrate 3 with solder 6, and the insulating substrate 3 is joined to the heat radiating metal base plate 41 with solder 7,
Is joined to the lid 42 by a solder or an adhesive 9 or the like. The amount of heat generated per IGBT element is about 0.1
In this embodiment, six IGBT elements 1 are arranged on the metal base plate 41 for heat radiation.

【0019】図4はジョイント部の近傍を拡大して示す
断面図である。ジョイント部54、55は、例えば、テ
ーパネジを切った配管接続口金具で構成され、蓋体42
側のマニホールド52、53に連通して設けた貫通孔1
42にロウ付けまたは接着剤などで固定されており、テ
ーパネジを介して外部配管を接続する。
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the joint. The joints 54 and 55 are formed of, for example, a pipe connection fitting with a tapered thread, and
Hole 1 provided in communication with the manifolds 52 and 53 on the side
An external pipe is connected to the base via a taper screw.

【0020】このように構成されたものにおいて、冷却
液は溝51と蓋体42とで囲まれた流路を放熱用金属ベ
ース板41に直接接触しながら流れ、放熱用金属ベース
板41を冷却する。なお、冷却液としては、例えば水ま
たはフッ素系不活性液体であるパーフロロカーボンなど
が用いられる。
In such a configuration, the cooling liquid flows through the flow path surrounded by the groove 51 and the lid 42 while directly contacting the heat-dissipating metal base plate 41 to cool the heat-dissipating metal base plate 41. I do. As the cooling liquid, for example, water or perfluorocarbon which is a fluorine-based inert liquid is used.

【0021】次に、溝51の寸法形状の一例について説
明する。図5は図1の要部すなわち一方のマニホールド
近傍を拡大して示す平面図、図6は図5のA−A線断面
図、図7は図5のB−B線断面図である。放熱用金属ベ
ース板41および蓋体42には線膨張率の小さいモリブ
デンやタングステン等の高価な材料を使用しているた
め、厚さは経済性を考慮して3mm程度(2.75m
m)の薄い板を使用している。溝51のサイズは冷却性
を考慮して幅1.0mm×高さ1.5mmとなってお
り、溝51の間隔すなわち溝51間のフィンの厚さはフ
ィン効率と加工性および経年的な信頼性を考慮して0.
5mmとなっている。また、マニホールド53(52)
は、幅2.5mm×高さ3.5mmとなっている。
Next, an example of the dimension and shape of the groove 51 will be described. 5 is an enlarged plan view showing a main part of FIG. 1, that is, the vicinity of one of the manifolds. FIG. 6 is a sectional view taken along line AA of FIG. 5, and FIG. 7 is a sectional view taken along line BB of FIG. Since the heat-dissipating metal base plate 41 and the lid 42 are made of an expensive material such as molybdenum or tungsten having a small linear expansion coefficient, the thickness is about 3 mm (2.75 m) in consideration of economy.
m). The size of the groove 51 is 1.0 mm in width × 1.5 mm in height in consideration of cooling performance, and the interval between the grooves 51, that is, the thickness of the fin between the grooves 51 is determined by the fin efficiency, workability, and aging reliability. Considering the nature, 0.
5 mm. Also, the manifold 53 (52)
Has a width of 2.5 mm × a height of 3.5 mm.

【0022】次に、パワー半導体装置全体の寸法形状の
一例について説明する。図8はパワー半導体装置の要部
を拡大して示す断面図であり、図2のB−B先から右側
を示している。パワー半導体素子2の厚さは、0.6m
m、絶縁性基板3の厚さは1.8mmであり、放熱用金
属ベース板41および蓋体42の厚さ等の寸法形状は図
5〜図7と同じである。なお、分かりやすいため、図1
および図2では溝51が5本設けられている様子を示し
ているが、実際は、図8に示すように、幅26.5mm
の範囲にわたって9×2=18本設けられている。ま
た、絶縁性基板3の幅は25mm、IGBT2の幅は2
0mmである。このように、冷却液流路となる溝51
は、IGBT2および絶縁性基板3に対応した位置に、
これらと同じような範囲または少し大きい範囲にわたっ
て配置されている。
Next, an example of the dimensions and shape of the entire power semiconductor device will be described. FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the power semiconductor device, and shows the right side from the point BB in FIG. The thickness of the power semiconductor element 2 is 0.6 m
m, the thickness of the insulating substrate 3 is 1.8 mm, and the dimensions and shapes of the metal base plate 41 for heat radiation and the thickness of the lid 42 are the same as those in FIGS. In addition, for easy understanding, FIG.
2 and FIG. 2 show a state in which five grooves 51 are provided, but in reality, as shown in FIG.
9 × 2 = 18 over the range. The width of the insulating substrate 3 is 25 mm, and the width of the IGBT 2 is 2 mm.
0 mm. Thus, the groove 51 serving as the coolant flow path is
Is located at a position corresponding to the IGBT 2 and the insulating substrate 3,
They are arranged over a similar or slightly larger range.

【0023】パワー半導体装置の運転時、パワー半導体
素子2で発生する熱は、絶縁性基板3から放熱用金属ベ
ース板41に伝導し、冷却される。このとき、冷却液に
よって放熱用金属ベース板41を直接に冷却しているの
で、図21に示したような従来のコンパウンド8を介し
て冷却装置5を接合したものに比べて熱抵抗が低く冷却
性能を向上させることができる。また、放熱用金属ベー
ス板41の線膨張率がパワー半導体素子2や絶縁性基板
3と同じオーダーで小さいため、放熱用金属ベース板4
1と絶縁性基板3とパワー半導体素子2との間での熱伸
び差は小さく、従って、放熱用金属ベース板41には無
理な熱応力は発生せず、はんだ7および6が破損するこ
とはなく長期信頼性が高い。
During operation of the power semiconductor device, heat generated in the power semiconductor element 2 is conducted from the insulating substrate 3 to the metal base plate 41 for heat dissipation and cooled. At this time, since the heat-dissipating metal base plate 41 is directly cooled by the cooling liquid, the heat resistance is lower than that in the case where the cooling device 5 is joined via the conventional compound 8 as shown in FIG. Performance can be improved. Further, since the linear coefficient of thermal expansion of the heat-dissipating metal base plate 41 is as small as the power semiconductor element 2 and the insulating substrate 3, the heat-dissipating metal base plate 4
1, the thermal expansion difference between the insulating substrate 3 and the power semiconductor element 2 is small, so that no excessive thermal stress is generated in the heat-dissipating metal base plate 41 and the solders 7 and 6 are not damaged. And high long-term reliability.

【0024】なお、放熱用金属ベース板41に薄板を使
用しているため、マニホールド52、53における冷却
液の流通面積すなわち流路断面積を大きくとれない場合
があり、その場合はマニホールド52、53を流通する
冷却液の流速が大きくなり、流通抵抗が大きくなり過ぎ
る場合がある。そこで、本実施の形態では図1に示すよ
うに、溝51の両端部に設けたマニホールド52、53
をパワー半導体素子2の小さな単位毎に小さく分割した
構成とし、外部の配管と結合するためのジョイント部5
4、55もそれぞれのマニホールド52、53に対応し
て設け、放熱用金属ベース板41の溝51を流通する冷
却液はその分割に応じて並列に流すようにした。図1は
3分割の場合を示しており、マニホールド52、53が
3組設けられている。
Since a thin plate is used for the heat dissipating metal base plate 41, the flow area of the coolant in the manifolds 52 and 53, that is, the cross-sectional area of the flow path, may not be large. In that case, the manifolds 52 and 53 may be used. The flow rate of the cooling liquid flowing through the flow passage may increase, and the flow resistance may become too high. Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 1, manifolds 52 and 53 provided at both ends of the groove 51 are provided.
Is divided into small units for each small unit of the power semiconductor element 2, and a joint portion 5 for coupling to an external pipe is formed.
4 and 55 are also provided corresponding to the respective manifolds 52 and 53, so that the coolant flowing through the grooves 51 of the metal base plate 41 for heat radiation flows in parallel according to the division. FIG. 1 shows a case of three divisions, and three sets of manifolds 52 and 53 are provided.

【0025】実施の形態2.図9は本発明の実施の形態
2によるパワー半導体装置の構成を示す平面図、図10
は図9のA−A線断面図、図11は図9のB−B線断面
図である。上記実施の形態1ではマニホールド52、5
3を3分割した場合について示したが、本実施の形態で
は、共通のマニホールド52、53としている。上記実
施の形態1で述べたように、放熱用金属ベース板41に
薄板を使用しているが、板の幅を大きくしてマニホール
ド52、53の幅を大きくしたりしてマニホールド5
2、53における冷却液の流通面積を大きくすることに
よって、マニホールド52、53を流通する冷却液の流
速を下げ、流通抵抗が大きくならないようにすると、マ
ニホールド52、53の分割数を減らすことができ、本
実施の形態のようにマニホールド52、53を分割しな
いことも可能である。マニホールド52、53を分割し
なければ、外部の冷却液配管と結合するための入口側お
よび出口側ジョイント部54および55もそれぞれ1個
ずつにして放熱用金属ベース板41の溝51に流入、流
出する冷却液のパス数を1パスにすることができ、冷却
液の配管が複雑になることを避けることができる。
Embodiment 2 FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a power semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
9 is a sectional view taken along line AA of FIG. 9, and FIG. 11 is a sectional view taken along line BB of FIG. In the first embodiment, the manifolds 52, 5
Although the case where 3 is divided into three is shown, in the present embodiment, common manifolds 52 and 53 are used. As described in the first embodiment, a thin plate is used for the metal base plate 41 for heat dissipation. However, the width of the plate is increased to increase the width of the manifolds 52 and 53, and the thickness of the manifold 5 is increased.
By increasing the flow area of the coolant in 2 and 53, the flow rate of the coolant flowing through the manifolds 52 and 53 is reduced, and if the flow resistance is not increased, the number of divisions of the manifolds 52 and 53 can be reduced. The manifolds 52 and 53 may not be divided as in the present embodiment. If the manifolds 52 and 53 are not divided, the inlet and outlet joints 54 and 55 for coupling to the external coolant pipes are also provided one by one to flow into and out of the groove 51 of the metal base plate 41 for heat radiation. The number of passes of the cooling liquid to be performed can be reduced to one, and the piping for the cooling liquid can be prevented from becoming complicated.

【0026】なお、図9では、外部の冷却液配管と結合
するための入口側および出口側ジョイント部54、55
は、それぞれマニホールド52、53の端部に設けてい
るが、中央部に設けて両側に冷却液が流れるようにする
こともできる。
In FIG. 9, the inlet side and outlet side joints 54 and 55 for connecting to an external coolant pipe are shown.
Are provided at the ends of the manifolds 52 and 53, respectively, but may be provided at the center so that the coolant flows to both sides.

【0027】また、マニホールド52、53における冷
却液流通面積すなわち流路断面積を図9や図10では一
定にしているが、溝51を流通する冷却液の流量をでき
るだけ均一にするために、マニホールド52、53の冷
却液流通面積すなわち流路断面積をジョイント部54、
55を最大にして、ジョイント部54、55から遠ざか
るにしたがって小さくしてもよい。
Although the coolant flow area in the manifolds 52 and 53, that is, the cross-sectional area of the flow path is made constant in FIGS. 9 and 10, in order to make the flow rate of the coolant flowing through the groove 51 as uniform as possible, The coolant flow area of 52, 53, that is, the cross-sectional area of the flow path
55 may be maximized and reduced as the distance from the joints 54 and 55 increases.

【0028】実施の形態3.図12は本発明の実施の形
態3によるパワー半導体装置の要部すなわち一方のマニ
ホールド近傍を拡大してその構成を示す平面図、図13
は図12のA−A線断面図、図14は図12のB−B線
断面図である。なお、これらの図ではパワー半導体素子
および絶縁性基板は省略して示している。図において、
61はシール用のOリングであり、例えばシリコーンゴ
ムなどから形成されている。62は溝51やマニホール
ド53、52(図示せず)を囲むように蓋体42に形成
されたOリング用溝である。63は蓋部材である。
Embodiment 3 FIG. 12 is an enlarged plan view showing a main part of a power semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, that is, the vicinity of one of the manifolds.
12 is a sectional view taken along line AA of FIG. 12, and FIG. 14 is a sectional view taken along line BB of FIG. In these figures, the power semiconductor element and the insulating substrate are omitted. In the figure,
Reference numeral 61 denotes an O-ring for sealing, which is formed of, for example, silicone rubber. Reference numeral 62 denotes an O-ring groove formed on the lid 42 so as to surround the groove 51 and the manifolds 53 and 52 (not shown). 63 is a lid member.

【0029】上記各実施の形態では蓋体42は放熱用金
属ベース板41と同じモリブデンやタングステンからな
り、両者がはんだや接着剤で接合されている場合につい
て説明したが、本実施の形態では蓋体42は熱伝導率が
良くしかも安価な例えば銅やアルミニウムからなり、O
リング用溝62が形成されており、この溝62にOリン
グ61を配置することによってシールをし、ボルト締結
などによって放熱用金属ベース板41と結合されてい
る。
In each of the above embodiments, the case where the lid 42 is made of the same molybdenum or tungsten as the metal base plate 41 for heat radiation and the two are joined by solder or adhesive has been described. The body 42 is made of, for example, copper or aluminum which has good thermal conductivity and is inexpensive.
A groove 62 for a ring is formed. The O-ring 61 is disposed in the groove 62 for sealing, and the groove 62 is connected to the metal base plate 41 for heat dissipation by bolting or the like.

【0030】また、蓋体42の厚みを利用して蓋体42
に十分な大きさのマニホールド53を形成している。本
実施の形態では冷却流体用流路となる溝51を短くした
り、放熱用金属ベース板41や蓋体42の幅を広げたり
することなく、蓋体42に十分な大きさのマニホールド
53を形成するために、蓋体42側に形成されたマニホ
ールド53は、図14に断面図で示すような形状であ
り、反放熱用金属ベース板41側に開口しており、この
開口を蓋部材63で覆って塞いでいる。蓋部材63には
例えば蓋体42と同じ材料が用いられ、蓋部材63はマ
ニホールド53の開口を塞ぐように例えばはんだや接着
剤または溶接などにより蓋体42に接合されている。な
お、他方のマニホールド52は図示していないが、マニ
ホールド53と同様に構成されている。
Further, the thickness of the lid 42 is utilized by utilizing the thickness of the lid 42.
The size of the manifold 53 is large enough. In the present embodiment, a manifold 53 having a sufficient size is formed on the lid 42 without shortening the groove 51 serving as the cooling fluid flow path or increasing the width of the metal base plate 41 for heat radiation and the lid 42. To be formed, the manifold 53 formed on the lid 42 side has a shape as shown in a cross-sectional view in FIG. 14 and is opened on the anti-radiation metal base plate 41 side. It is covered with and covered. For example, the same material as the lid 42 is used for the lid member 63, and the lid member 63 is joined to the lid 42 by, for example, solder, adhesive, welding, or the like so as to close the opening of the manifold 53. The other manifold 52 is not shown, but has the same configuration as the manifold 53.

【0031】このように構成することにより、蓋体42
に安価な材料を用いることができ経済的である。また、
安価な材料を用いることができるので、蓋体42の厚さ
を厚くすることも可能であり、蓋体42に十分な深さを
有し従って十分な流路断面積を有するマニホールド5
2、53を形成することも可能となる。
With this configuration, the cover 42
Inexpensive materials can be used, and it is economical. Also,
Since an inexpensive material can be used, the thickness of the lid 42 can be increased, and the manifold 5 having a sufficient depth in the lid 42 and therefore having a sufficient flow path cross-sectional area can be used.
2, 53 can also be formed.

【0032】なお、シールド材としてOリング61の代
りに、ガスケットを用いてもよく、ガスケットを用いた
場合を図15〜図17に示す。図15は本発明の実施の
形態4によるパワー半導体装置の要部の別の構成を示す
平面図、図16は図15のA−A線断面図、図17は図
15のB−B線断面図である。なお、これらの図ではパ
ワー半導体素子および絶縁性基板は省略して示してい
る。図において、64はガスケットであり、例えばシリ
コーンゴムなどから形成されている。なお、図では溝6
2にガスケットを挿入した場合を示しているが、溝62
は設けなくてもよい。
Note that a gasket may be used instead of the O-ring 61 as a shielding material. FIGS. 15 to 17 show a case where a gasket is used. 15 is a plan view showing another configuration of the main part of the power semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, FIG. 16 is a sectional view taken along line AA of FIG. 15, and FIG. 17 is a sectional view taken along line BB of FIG. FIG. In these figures, the power semiconductor element and the insulating substrate are omitted. In the figure, reference numeral 64 denotes a gasket, which is made of, for example, silicone rubber. In the figure, the groove 6
2 shows a case where a gasket is inserted,
May not be provided.

【0033】なお、上記実施の形態1、2ではマニホー
ルド52、53が放熱用金属ベース板41および蓋体4
2の両方に形成されている場合、実施の形態3では主に
蓋体42の方に形成されている場合について示したが、
放熱用金属ベース板41のみに形成されていてもよい。
In the first and second embodiments, the manifolds 52 and 53 correspond to the metal base plate 41 for heat radiation and the lid 4.
In the third embodiment, the case in which both are formed on both sides of the cover body 42 has been described.
The heat radiation metal base plate 41 may be formed only.

【0034】実施の形態4.図18は本発明の実施の形
態3によるパワー半導体装置の要部の構成を示す平面
図、図19は図18のA−A線断面図、図20は図18
のB−B線断面図である。本実施の形態では、溝51は
放熱用金属ベース板41の一端から他端にまで延在し、
マニホールド52、53は溝51が開口した放熱用金属
ベース板41および蓋体42の端面を覆うように設けら
れた筒状体である。すなわち、マニホールド52、53
は、放熱用金属ベース板41および蓋体42の対向する
2辺に取り付けられており、放熱用金属ベース板41お
よび蓋体42と同じモリブデンやタングステン等の線膨
張率の小さい材料を使用した金属パイプを合わせ面加工
したものであり、これを放熱用金属ベース板41および
蓋体42にはんだや接着剤または溶接などで接合したも
のである。
Embodiment 4 18 is a plan view showing a configuration of a main part of a power semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, FIG. 19 is a sectional view taken along line AA of FIG. 18, and FIG.
FIG. 7 is a sectional view taken along line BB of FIG. In the present embodiment, the groove 51 extends from one end to the other end of the heat-dissipating metal base plate 41,
The manifolds 52 and 53 are cylindrical bodies provided so as to cover the end surfaces of the metal base plate 41 for heat radiation and the lid 42 in which the groove 51 is opened. That is, the manifolds 52 and 53
Are attached to two opposing sides of the metal base plate 41 for heat dissipation and the lid 42, and are made of the same material as the metal base plate 41 for heat dissipation 41 and the lid 42, such as molybdenum or tungsten, having a small linear expansion coefficient. The pipe is formed by processing the mating surface, and the pipe is joined to the metal base plate 41 for heat radiation and the lid body 42 by solder, adhesive, welding or the like.

【0035】マニホールド52、53にこのような金属
パイプを使用することによって流路断面積すなわち冷却
液の流通面積を大きくすることができ、マニホールド5
2、53を流通する冷却液の流速を下げ、流通抵抗が大
きくならないようにすることができるため、マニホール
ド52、53を分割しないですみ、冷却液の配管が複雑
になることを避けることができる。
By using such metal pipes for the manifolds 52 and 53, it is possible to increase the cross-sectional area of the flow path, that is, the flow area of the cooling liquid.
Since the flow rate of the coolant flowing through the fluids 2 and 53 can be reduced to prevent the flow resistance from increasing, the manifolds 52 and 53 do not have to be divided, and the coolant piping can be prevented from becoming complicated. .

【0036】なお、外部の冷却液配管と結合するための
入口側および出口側のジョイント部は図示していない
が、マニホールド52、53の端部または中央部の何れ
に設けてもよい。
Although not shown, the inlet and outlet joints for connecting to the external coolant pipe may be provided at either the end or the center of the manifolds 52, 53.

【0037】また、マニホールド52、53の流路断面
積すなわち冷却液流通面積は一定でもよいが、溝51を
流通する冷却液の流量をできるだけ均一にするために、
マニホールド52、53の流路断面積をジョイント部5
4、55を最大にして、ジョイント部54、55から遠
ざかるにしたがって小さくしてもよい。
The cross-sectional area of the flow passage of the manifolds 52 and 53, that is, the area of the coolant flowing therethrough may be constant, but in order to make the flow rate of the coolant flowing through the groove 51 as uniform as possible.
The flow path cross-sectional area of the manifolds 52 and 53 is
4 and 55 may be maximized and reduced as the distance from the joints 54 and 55 increases.

【0038】また、マニホールド52、53となる金属
パイプの断面は一般に円形が用いられるが、これに限ら
ずに角管など筒状体であればよい。
The cross section of the metal pipes serving as the manifolds 52 and 53 is generally circular. However, the present invention is not limited to this.

【0039】なお、上記各実施の形態では、蓋体42に
は溝が設けられない場合について示したが、蓋体42に
おける放熱用金属ベース板41の溝51と対応した位置
に溝を設けてもよく、冷却液の流通面積すなわち流路断
面積を大きくすることができる。
In each of the above-described embodiments, the case where no groove is provided in the lid 42 has been described. However, a groove is provided in the lid 42 at a position corresponding to the groove 51 of the metal base plate 41 for heat radiation. Alternatively, the flow area of the cooling liquid, that is, the flow path cross-sectional area can be increased.

【0040】[0040]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、パワー
半導体素子が接合され線膨張率が上記パワー半導体素子
と同じオーダーである絶縁性基板、および上記絶縁性基
板が接合され線膨張率が上記パワー半導体素子および上
記絶縁性基板と同じオーダーである放熱用金属ベース板
を備え、上記放熱用金属ベース板に冷却液が流通する冷
却液流路を設けたので、パワー半導体装置の熱伝導路に
おける熱抵抗の低減による冷却性能の向上と、熱伝導路
となる部材間の熱応力の低減による長期信頼性の向上が
図れる。
As described above, according to the present invention, an insulated substrate having a power semiconductor element bonded thereto and having a linear expansion coefficient of the same order as the power semiconductor element, and an insulated substrate having the insulating substrate bonded and having a linear expansion coefficient Is provided with a heat-dissipating metal base plate of the same order as the power semiconductor element and the insulating substrate, and the heat-dissipating metal base plate is provided with a coolant flow path through which a coolant flows. The cooling performance can be improved by reducing the thermal resistance in the path, and the long-term reliability can be improved by reducing the thermal stress between the members forming the heat conduction path.

【0041】また、冷却液流路は、放熱用金属ベース板
の反パワー半導体素子側の面に設けた溝により構成され
るので、製造が容易で、しかもフィン効果による冷却性
能の向上も図れる。
Further, since the cooling liquid flow path is formed by a groove provided on the surface of the heat radiating metal base plate on the side opposite to the power semiconductor element, the manufacturing is easy and the cooling performance can be improved by the fin effect.

【0042】また、溝に蓋をするために放熱用金属ベー
ス板の反パワー半導体素子側に蓋体を配置したので、製
造が容易である。
Further, since the lid is arranged on the side of the metal base plate for heat dissipation opposite to the power semiconductor element in order to cover the groove, manufacturing is easy.

【0043】また、溝は複数本が並行して配置されてお
り、少なくとも2本の上記溝に連通して冷却液流入用マ
ニホールドおよび冷却液流出用マニホールドを設けたの
で、冷却液を並行して流すことができ、圧力損失を低く
抑えることができ、また流路を単純化することができ
る。
Also, a plurality of grooves are arranged in parallel, and a coolant inflow manifold and a coolant outflow manifold are provided so as to communicate with at least two of the grooves. Flow can be performed, pressure loss can be kept low, and the flow path can be simplified.

【0044】また、マニホールドは、放熱用金属ベース
板および蓋体の少なくとも一方に形成された溝状凹部で
あるので、部品点数が少なく製造が容易である。
Further, since the manifold is a groove-shaped recess formed in at least one of the metal base plate for heat radiation and the lid, the number of parts is small and the manufacture is easy.

【0045】また、溝は放熱用金属ベース板の一端から
他端にまで延在し、マニホールドは、上記溝が開口した
放熱用金属ベース板および蓋体の端面を覆うように設け
られた筒状体であるので、マニホールドの流通断面積を
大きくとることができ、冷却液を多くの溝に並列に流す
ことができ、圧力損失を低く抑えることができ、また流
路を単純化することができる。
The groove extends from one end to the other end of the metal base plate for heat radiation, and the manifold has a cylindrical shape provided to cover the end surfaces of the metal base plate for heat radiation with the groove opened and the lid. Since it is a body, the flow cross-sectional area of the manifold can be increased, the coolant can flow in parallel through many grooves, the pressure loss can be reduced, and the flow path can be simplified. .

【0046】また、マニホールドには外部の冷却液配管
と結合するためのジョイント部が設けられており、上記
マニホールドの流路断面積を上記ジョイント部から遠ざ
かるにしたがって小さくしたので、溝を流通する冷却液
の流量を均一化できる。
Further, the manifold is provided with a joint portion for connecting to an external coolant pipe. The cross-sectional area of the manifold is reduced as the distance from the joint portion increases, so that the cooling flow through the groove is reduced. The flow rate of the liquid can be made uniform.

【0047】また、放熱用金属ベース板は、モリブデン
またはタングステンからなるので、その線膨張率が、接
合されている絶縁性基板およびパワー半導体素子の線膨
張率と同じオーダーになり、発生する熱応力が小さく、
接合部の長期信頼性の向上が図れる。
Further, since the metal base plate for heat radiation is made of molybdenum or tungsten, its coefficient of linear expansion is in the same order as the coefficient of linear expansion of the insulated substrate and the power semiconductor element to be joined, and the generated thermal stress Is small,
The long-term reliability of the joint can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施の形態1によるパワー半導体装
置の構成を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a power semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施の形態1によるパワー半導体装
置の構成を示し、図1のA−A線断面図である。
FIG. 2 shows a configuration of the power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】 本発明の実施の形態1によるパワー半導体装
置の構成を示し、図1のB−B線断面図である。
FIG. 3 shows a configuration of the power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line BB of FIG.

【図4】 本発明の実施の形態1に係り、ジョイント部
を拡大して示す断面図である。
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing a joint according to the first embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施の形態1に係り、マニホールド
近傍を拡大して示す平面図である。
FIG. 5 is an enlarged plan view showing the vicinity of a manifold according to the first embodiment of the present invention.

【図6】 本発明の実施の形態1に係り、図5のA−A
線断面図である。
FIG. 6 relates to the first embodiment of the present invention,
It is a line sectional view.

【図7】 本発明の実施の形態1に係り、図5のB−B
線断面図である。
FIG. 7 relates to the first embodiment of the present invention,
It is a line sectional view.

【図8】 本発明の実施の形態1に係り、パワー半導体
装置の要部を拡大して示す断面図である。
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing a main part of the power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention;

【図9】 本発明の実施の形態2によるパワー半導体装
置の構成を示す平面図である。
FIG. 9 is a plan view showing a configuration of a power semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図10】 本発明の実施の形態2によるパワー半導体
装置の構成を示し、図9のA−A線断面図である。
10 shows a configuration of a power semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図11】 本発明の実施の形態2によるパワー半導体
装置の構成を示し、図9のB−B線断面図である。
11 shows a configuration of a power semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.

【図12】 本発明の実施の形態3によるパワー半導体
装置の要部の構成を示す平面図である。
FIG. 12 is a plan view showing a configuration of a main part of a power semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図13】 本発明の実施の形態3によるパワー半導体
装置の要部の構成を示し、図12のA−A線断面図であ
る。
13 shows a configuration of a main part of a power semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図14】 本発明の実施の形態3によるパワー半導体
装置の要部の構成を示し、図12のB−B線断面図であ
る。
14 shows a configuration of a main part of a power semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line BB of FIG.

【図15】 本発明の実施の形態3によるパワー半導体
装置の要部の別の構成を示す平面図である。
FIG. 15 is a plan view showing another configuration of the main part of the power semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.

【図16】 本発明の実施の形態3によるパワー半導体
装置の要部の構成を示し、図15のA−A線断面図であ
る。
16 shows a configuration of a main part of a power semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.

【図17】 本発明の実施の形態3によるパワー半導体
装置の要部の構成を示し、図15のB−B線断面図であ
る。
17 shows a configuration of a main part of a power semiconductor device according to a third embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line BB of FIG.

【図18】 本発明の実施の形態4によるパワー半導体
装置の要部の構成を示す平面図である。
FIG. 18 is a plan view showing a configuration of a main part of a power semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図19】 本発明の実施の形態4によるパワー半導体
装置の要部の構成を示し、図18のA−A線断面図であ
る。
FIG. 19 shows a configuration of a main part of a power semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 18;

【図20】 本発明の実施の形態4によるパワー半導体
装置の要部の構成を示し、図18のB−B線断面図であ
る。
20 shows a configuration of a main part of a power semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 18;

【図21】 従来技術1によるパワー半導体装置の構成
を示す正面図である。
FIG. 21 is a front view showing a configuration of a power semiconductor device according to Conventional Technique 1.

【図22】 従来技術2によるパワー半導体装置の構成
を示す正面図である。
FIG. 22 is a front view showing a configuration of a power semiconductor device according to Conventional Technique 2.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 IGBTモジュール、2 パワー半導体素子、3
絶縁性基板、4、41放熱用金属ベース板、42 蓋
体、5 冷却装置、51 溝、52 冷却液流入用マニ
ホールド、53 冷却液流出用マニホールド、54 入
口側ジョイント部、55 出口側ジョイント部、6、
7、9 はんだ、8 コンパウンド、61Oリング、6
2 溝、63 蓋部材、64 ガスケット、101 電
力用半導体素子、102 絶縁基板、103 放熱ベー
ス、105 電極、106ケース、131 冷却液体用
流路、142 貫通孔。
1 IGBT module, 2 power semiconductor device, 3
Insulating substrate, 4, 41 metal base plate for heat dissipation, 42 lid, 5 cooling device, 51 groove, 52 manifold for cooling liquid inflow, 53 manifold for cooling liquid outflow, 54 inlet side joint part, 55 outlet side joint part, 6,
7, 9 solder, 8 compound, 61 O-ring, 6
2 groove, 63 lid member, 64 gasket, 101 power semiconductor element, 102 insulating substrate, 103 heat dissipation base, 105 electrode, 106 case, 131 cooling liquid flow path, 142 through hole.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 パワー半導体素子が接合され線膨張率が
上記パワー半導体素子と同じオーダーである絶縁性基
板、および上記絶縁性基板が接合され線膨張率が上記パ
ワー半導体素子および上記絶縁性基板と同じオーダーで
ある放熱用金属ベース板を備え、上記放熱用金属ベース
板に冷却液が流通する冷却液流路を設けたことを特徴と
するパワー半導体装置。
An insulating substrate to which a power semiconductor element is bonded and having a linear expansion coefficient of the same order as the power semiconductor element; and an insulating substrate to which the insulating substrate is bonded and having a linear expansion coefficient of the power semiconductor element and the insulating substrate. A power semiconductor device comprising: a heat-dissipating metal base plate of the same order; and a cooling-fluid flow path through which a coolant flows in the heat-dissipating metal base plate.
【請求項2】 冷却液流路は、放熱用金属ベース板の反
パワー半導体素子側の面に設けた溝により構成されるこ
とを特徴とする請求項1記載のパワー半導体装置。
2. The power semiconductor device according to claim 1, wherein the cooling liquid flow path is formed by a groove provided on a surface of the metal base plate for heat dissipation on a side opposite to the power semiconductor element.
【請求項3】 溝に蓋をするために放熱用金属ベース板
の反パワー半導体素子側に蓋体を配置したことを特徴と
する請求項2記載のパワー半導体装置。
3. The power semiconductor device according to claim 2, wherein a lid is disposed on a side of the metal base plate for heat dissipation opposite to the power semiconductor element to cover the groove.
【請求項4】 溝は複数本が並行して配置されており、
少なくとも2本の上記溝に連通して冷却液流入用マニホ
ールドおよび冷却液流出用マニホールドを設けたことを
特徴とする請求項2または3に記載のパワー半導体装
置。
4. A plurality of grooves are arranged in parallel,
4. The power semiconductor device according to claim 2, wherein a coolant inflow manifold and a coolant outflow manifold are provided in communication with at least two of the grooves.
【請求項5】 マニホールドは、放熱用金属ベース板お
よび蓋体の少なくとも一方に形成された溝状凹部である
ことを特徴とする請求項4記載のパワー半導体装置。
5. The power semiconductor device according to claim 4, wherein the manifold is a groove-shaped recess formed in at least one of the metal base plate for heat radiation and the lid.
【請求項6】 溝は放熱用金属ベース板の一端から他端
にまで延在し、マニホールドは、上記溝が開口した放熱
用金属ベース板および蓋体の端面を覆うように設けられ
た筒状体であることを特徴とする請求項4記載のパワー
半導体装置。
6. The groove extends from one end to the other end of the metal base plate for heat radiation, and the manifold has a cylindrical shape provided to cover the end surfaces of the metal base plate for heat radiation with the groove opening and the lid. The power semiconductor device according to claim 4, wherein the power semiconductor device is a body.
【請求項7】 マニホールドには外部の冷却液配管と結
合するためのジョイント部が設けられており、上記マニ
ホールドの流路断面積を上記ジョイント部から遠ざかる
にしたがって小さくしたことを特徴とする請求項4ない
し6の何れかに記載のパワー半導体装置。
7. A manifold, wherein the manifold is provided with a joint portion for connecting to an external coolant pipe, and a flow passage cross-sectional area of the manifold is reduced as the distance from the joint portion increases. 7. The power semiconductor device according to any one of 4 to 6.
【請求項8】 放熱用金属ベース板は、モリブデンまた
はタングステンからなることを特徴とする請求項1ない
し7の何れかに記載のパワー半導体装置。
8. The power semiconductor device according to claim 1, wherein the heat dissipating metal base plate is made of molybdenum or tungsten.
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