JP2003258176A - 半導体パワーモジュール及び半導体パワーモジュールの冷却方法 - Google Patents
半導体パワーモジュール及び半導体パワーモジュールの冷却方法Info
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- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
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- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
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- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
- H01L2924/1304—Transistor
- H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
- H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体チップに対する冷却能力や熱の拡散能
力が高く、したがって接合材等の疲労破壊を防止する半
導体パワーモジュールを提供する。 【解決手段】 本発明に係る半導体パワーモジュールに
おいて、放熱板４上に絶縁基板１４が配置されている。
絶縁基板１４上には複数の半導体チップ１８ａ，１８ｂ
が配置されている。放熱板４は冷却器９の支持台７上に
配置される。支持台７内には、半導体チップ１８ａ，１
８ｂに対して個別の冷媒流路８ａ，８ｂが設けてある。
各冷媒流路８ａ，８ｂは、半導体チップ１８ａ，１８ｂ
の配列方向とは異なる、例えば半導体チップの厚み方向
に略平行に冷媒が流れ、その結果各半導体チップの直下
又はその近傍の領域に到達するように形成されている。
力が高く、したがって接合材等の疲労破壊を防止する半
導体パワーモジュールを提供する。 【解決手段】 本発明に係る半導体パワーモジュールに
おいて、放熱板４上に絶縁基板１４が配置されている。
絶縁基板１４上には複数の半導体チップ１８ａ，１８ｂ
が配置されている。放熱板４は冷却器９の支持台７上に
配置される。支持台７内には、半導体チップ１８ａ，１
８ｂに対して個別の冷媒流路８ａ，８ｂが設けてある。
各冷媒流路８ａ，８ｂは、半導体チップ１８ａ，１８ｂ
の配列方向とは異なる、例えば半導体チップの厚み方向
に略平行に冷媒が流れ、その結果各半導体チップの直下
又はその近傍の領域に到達するように形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、インバータ装置な
どに用いる半導体パワーモジュールに関する。本発明は
特に、放熱板上に設けた絶縁基板上に半導体チップが搭
載され、半導体チップで発生した熱を放散するために放
熱板に冷却器を接続した半導体パワーモジュールに関す
る。
どに用いる半導体パワーモジュールに関する。本発明は
特に、放熱板上に設けた絶縁基板上に半導体チップが搭
載され、半導体チップで発生した熱を放散するために放
熱板に冷却器を接続した半導体パワーモジュールに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の半導体パワーモジュールとして、
銅、アルミニウムなどの放熱板を備え、放熱板上に設け
た絶縁基板上にダイオードやＩＧＢＴ等のパワー半導体
チップが接合されたものが知られている。半導体パワー
モジュールの動作時には、半導体チップから熱が発生
し、非動作時には熱が発生しない。このような熱サイク
ルにより半導体チップと絶縁基板を接合する接合材等が
熱ストレスを受け疲労破壊するのを防止する目的で、
水、フロン等の冷媒を流すための冷媒流路を内蔵した支
持台上に放熱板を配置し、発生した熱の放散を行ってい
る。
銅、アルミニウムなどの放熱板を備え、放熱板上に設け
た絶縁基板上にダイオードやＩＧＢＴ等のパワー半導体
チップが接合されたものが知られている。半導体パワー
モジュールの動作時には、半導体チップから熱が発生
し、非動作時には熱が発生しない。このような熱サイク
ルにより半導体チップと絶縁基板を接合する接合材等が
熱ストレスを受け疲労破壊するのを防止する目的で、
水、フロン等の冷媒を流すための冷媒流路を内蔵した支
持台上に放熱板を配置し、発生した熱の放散を行ってい
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷媒に
よる放熱効果が十分でない場合に、接合材等の疲労破壊
が生じ、半導体パワーモジュールの故障を招くことがあ
った。
よる放熱効果が十分でない場合に、接合材等の疲労破壊
が生じ、半導体パワーモジュールの故障を招くことがあ
った。
【０００４】そこで、本発明の目的は、半導体チップに
対する冷却能力や熱の拡散能力が高く、したがって接合
材等の疲労破壊を防止する半導体パワーモジュールを提
供することを目的とする。
対する冷却能力や熱の拡散能力が高く、したがって接合
材等の疲労破壊を防止する半導体パワーモジュールを提
供することを目的とする。
【０００５】本発明はまた、半導体チップに対する冷却
能力が高い、半導体パワーモジュール冷却方法を提供す
ることを目的とする。
能力が高い、半導体パワーモジュール冷却方法を提供す
ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る半導体パワーモジュールは、放熱板
上に絶縁基板を有し、該絶縁基板上に複数の半導体チッ
プが配置された半導体パワーモジュールにおいて、冷媒
を通すための流路を有し且つ前記放熱板を支持する支持
台を備え、冷媒流路は、冷媒の流れる方向に関して各半
導体チップの直下又はその近傍の領域の少なくとも上流
側では、各半導体チップに対し個別に設けてあり、冷媒
流路は、半導体チップの配列方向とは異なる方向に沿っ
て冷媒が流れ、その結果前記領域に到達するように形成
されていることを特徴とするものである。
に、請求項１に係る半導体パワーモジュールは、放熱板
上に絶縁基板を有し、該絶縁基板上に複数の半導体チッ
プが配置された半導体パワーモジュールにおいて、冷媒
を通すための流路を有し且つ前記放熱板を支持する支持
台を備え、冷媒流路は、冷媒の流れる方向に関して各半
導体チップの直下又はその近傍の領域の少なくとも上流
側では、各半導体チップに対し個別に設けてあり、冷媒
流路は、半導体チップの配列方向とは異なる方向に沿っ
て冷媒が流れ、その結果前記領域に到達するように形成
されていることを特徴とするものである。
【０００７】請求項２に係る半導体パワーモジュール
は、請求項１に記載の半導体パワーモジュールにおい
て、冷媒流路が、前記領域の上流側において半導体チッ
プの厚み方向に略平行に形成されていることを特徴とす
るものである。
は、請求項１に記載の半導体パワーモジュールにおい
て、冷媒流路が、前記領域の上流側において半導体チッ
プの厚み方向に略平行に形成されていることを特徴とす
るものである。
【０００８】請求項３に係る半導体パワーモジュール
は、請求項２に記載の半導体パワーモジュールにおい
て、冷媒流路が、前記領域の下流側において記半導体チ
ップの厚み方向に略平行に形成されていることを特徴と
するものである。
は、請求項２に記載の半導体パワーモジュールにおい
て、冷媒流路が、前記領域の下流側において記半導体チ
ップの厚み方向に略平行に形成されていることを特徴と
するものである。
【０００９】請求項４に係る半導体パワーモジュール
は、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体パワーモジ
ュールにおいて、冷媒流路が、冷媒が前記半導体チップ
の厚み方向から見て各半導体チップの中心部に到達し、
その後周辺部に向けて流れるように形成されていること
を特徴とするものである。
は、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体パワーモジ
ュールにおいて、冷媒流路が、冷媒が前記半導体チップ
の厚み方向から見て各半導体チップの中心部に到達し、
その後周辺部に向けて流れるように形成されていること
を特徴とするものである。
【００１０】請求項５に係る半導体パワーモジュール
は、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体パワーモジ
ュールにおいて、冷媒流路が、冷媒が前記放熱板に接触
するように形成されていることを特徴とするものであ
る。
は、請求項１〜４のいずれかに記載の半導体パワーモジ
ュールにおいて、冷媒流路が、冷媒が前記放熱板に接触
するように形成されていることを特徴とするものであ
る。
【００１１】請求項６に係る半導体パワーモジュール
は、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体パワーモジ
ュールにおいて、支持台の冷媒流路は、放熱板との境界
面において開放され、放熱板は、支持台の冷媒流路と接
続された冷媒流路を備え、これにより冷媒が前記領域に
到達するようにしたことを特徴とするものである。
は、請求項１〜５のいずれかに記載の半導体パワーモジ
ュールにおいて、支持台の冷媒流路は、放熱板との境界
面において開放され、放熱板は、支持台の冷媒流路と接
続された冷媒流路を備え、これにより冷媒が前記領域に
到達するようにしたことを特徴とするものである。
【００１２】請求項７に係る半導体パワーモジュール
は、放熱板上に絶縁基板を有し、該絶縁基板上に半導体
チップが配置された半導体パワーモジュールにおいて、
放熱板は、冷媒を通すための流路を備えた支持台上に配
置され、冷媒流路は、冷媒が半導体チップの厚み方向か
ら見て各半導体チップの中心部に到達し、その後周辺部
に向けて流れるように形成されていることを特徴とする
ものである。
は、放熱板上に絶縁基板を有し、該絶縁基板上に半導体
チップが配置された半導体パワーモジュールにおいて、
放熱板は、冷媒を通すための流路を備えた支持台上に配
置され、冷媒流路は、冷媒が半導体チップの厚み方向か
ら見て各半導体チップの中心部に到達し、その後周辺部
に向けて流れるように形成されていることを特徴とする
ものである。
【００１３】請求項８に係る半導体パワーモジュール冷
却方法は、放熱板上に絶縁基板を有し、該絶縁基板上に
複数の半導体チップが配置された半導体パワーモジュー
ルを冷却するための方法において、放熱板を、冷媒を通
すための流路を備えた支持台上に配置し、冷媒流路は、
冷媒の流れる方向に関して各半導体チップの直下又はそ
の近傍の領域の少なくとも上流側では、各半導体チップ
に対し個別に設けてあり、冷媒流路は、半導体チップの
配列方向とは異なる方向に沿って冷媒が流れ、その結果
前記領域に到達するように形成されていることを特徴と
するものである。
却方法は、放熱板上に絶縁基板を有し、該絶縁基板上に
複数の半導体チップが配置された半導体パワーモジュー
ルを冷却するための方法において、放熱板を、冷媒を通
すための流路を備えた支持台上に配置し、冷媒流路は、
冷媒の流れる方向に関して各半導体チップの直下又はそ
の近傍の領域の少なくとも上流側では、各半導体チップ
に対し個別に設けてあり、冷媒流路は、半導体チップの
配列方向とは異なる方向に沿って冷媒が流れ、その結果
前記領域に到達するように形成されていることを特徴と
するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の実施の形態を説明する。
明の実施の形態を説明する。
【００１５】実施の形態１．図１は、本発明の実施の形
態１に係る半導体パワーモジュールの外観図であり、図
２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図である。
半導体パワーモジュール２は、銅、アルミニウムなどの
金属からなる放熱板４を有し、以下に示す各種部品が放
熱板４上に積み重ねられ、放熱板４を囲むように樹脂ケ
ース６が設けてある。半導体パワーモジュール２は、支
持台７、及び支持台７内に設けた配管８（８ａ，８ｂ）
を備えた冷却器９を有し、支持台７上に放熱板４が配置
されている（図１では、配管８が透視して示されてい
る。）。配管８には冷媒として冷却水が流れるようにし
てある。放熱板４と支持台７は、ボルト（図示せず）な
どの固定手段を介して互いに連結されている。
態１に係る半導体パワーモジュールの外観図であり、図
２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図である。
半導体パワーモジュール２は、銅、アルミニウムなどの
金属からなる放熱板４を有し、以下に示す各種部品が放
熱板４上に積み重ねられ、放熱板４を囲むように樹脂ケ
ース６が設けてある。半導体パワーモジュール２は、支
持台７、及び支持台７内に設けた配管８（８ａ，８ｂ）
を備えた冷却器９を有し、支持台７上に放熱板４が配置
されている（図１では、配管８が透視して示されてい
る。）。配管８には冷媒として冷却水が流れるようにし
てある。放熱板４と支持台７は、ボルト（図示せず）な
どの固定手段を介して互いに連結されている。
【００１６】放熱板４の表面には、表面と裏面に銅など
の回路パターン１０、１２がそれぞれ形成された絶縁基
板１４が、半田などのろう材１６を介して接合されてい
る。表面回路パターン１０には、半導体パワーモジュー
ル２の用途、目的に応じて設けられた例えばＩＧＢＴ、
ダイオードなどの複数の半導体チップ１８（図の例では
２つの半導体チップ１８ａ，１８ｂ）が、ろう材２０
（２０ａ，２０ｂ）で接合され、実装されている。ケー
ス６内の半導体チップ１８等はシリコンゲル２２で封入
されている。
の回路パターン１０、１２がそれぞれ形成された絶縁基
板１４が、半田などのろう材１６を介して接合されてい
る。表面回路パターン１０には、半導体パワーモジュー
ル２の用途、目的に応じて設けられた例えばＩＧＢＴ、
ダイオードなどの複数の半導体チップ１８（図の例では
２つの半導体チップ１８ａ，１８ｂ）が、ろう材２０
（２０ａ，２０ｂ）で接合され、実装されている。ケー
ス６内の半導体チップ１８等はシリコンゲル２２で封入
されている。
【００１７】冷却器９は、各半導体チップ１８ａ，１８
ｂに対し個別の冷媒流路８ａ，８ｂを備えている。支持
台７は、その下面（裏面）において、各流路８ａ，８ｂ
に対応して半導体チップ１８ａ，１８ｂの下方に冷媒入
口２８ａ，２８ｂが形成されている。各冷媒流路８は、
対応する冷媒入口２８を介して支持台７内に案内された
冷媒が、支持台７の厚み方向に沿って上向きに流れ、放
熱板４との境界面近傍（半導体チップ１８ａ，１８ｂの
直下又はその近傍の領域）で２手に分岐し、その後上記
厚み方向に垂直な方向に沿って流れ、支持台７側面に形
成された冷媒出口３０（３０ａ，３０ｂ）、３２（３２
ａ，３２ｂ）を介して支持台７外に流れるように形成さ
れている。図示は省略するが、配管８を流れる冷却水
は、支持台７を通過した後、熱交換器を経由して再び支
持台７内に案内されるようにしてあり、支持台７に供給
される冷却水の温度は、略一定に保たれるようになって
いる。なお、冷媒として、冷却水の代わりに冷風、フロ
ンを配管８内に通してもよい。
ｂに対し個別の冷媒流路８ａ，８ｂを備えている。支持
台７は、その下面（裏面）において、各流路８ａ，８ｂ
に対応して半導体チップ１８ａ，１８ｂの下方に冷媒入
口２８ａ，２８ｂが形成されている。各冷媒流路８は、
対応する冷媒入口２８を介して支持台７内に案内された
冷媒が、支持台７の厚み方向に沿って上向きに流れ、放
熱板４との境界面近傍（半導体チップ１８ａ，１８ｂの
直下又はその近傍の領域）で２手に分岐し、その後上記
厚み方向に垂直な方向に沿って流れ、支持台７側面に形
成された冷媒出口３０（３０ａ，３０ｂ）、３２（３２
ａ，３２ｂ）を介して支持台７外に流れるように形成さ
れている。図示は省略するが、配管８を流れる冷却水
は、支持台７を通過した後、熱交換器を経由して再び支
持台７内に案内されるようにしてあり、支持台７に供給
される冷却水の温度は、略一定に保たれるようになって
いる。なお、冷媒として、冷却水の代わりに冷風、フロ
ンを配管８内に通してもよい。
【００１８】半導体パワーモジュール２の動作時におい
て半導体チップ１８で発生し、絶縁基板１４を介して放
熱板４に伝達した熱を効率よく逃がすために、少なくと
も配管８と放熱板４の間の支持台７上部部分は、例えば
アルミニウム、銅、銀など熱伝導率の高い金属で形成さ
れるのが好ましい。但し、これらの金属に比べて熱伝導
率の低い金属（例えばステンレス）であっても、放熱板
４に到達した熱を配管８内を流れる冷却水に伝えること
ができるものであれば、支持台７上部部分の材料として
選択可能である。
て半導体チップ１８で発生し、絶縁基板１４を介して放
熱板４に伝達した熱を効率よく逃がすために、少なくと
も配管８と放熱板４の間の支持台７上部部分は、例えば
アルミニウム、銅、銀など熱伝導率の高い金属で形成さ
れるのが好ましい。但し、これらの金属に比べて熱伝導
率の低い金属（例えばステンレス）であっても、放熱板
４に到達した熱を配管８内を流れる冷却水に伝えること
ができるものであれば、支持台７上部部分の材料として
選択可能である。
【００１９】ところで、従来の半導体パワーモジュール
では、図３に示すように、冷媒流路である配管８’が半
導体チップ１８ａ，１８ｂの配列方向に沿って設けてあ
ることが多い。この場合、冷媒流路８’は半導体チップ
１８ａ，１８ｂに共通して利用されるために、冷媒の流
れる方向に関して上流側に位置する（冷媒入口に近い位
置にある）半導体チップ１８ａは、比較的低い冷媒温度
により十分冷却されるのに対し、下流側に位置する（冷
媒出口に近い位置にある）半導体チップ１８ｂは、冷媒
温度が比較的高いために冷却が不十分となり、この半導
体チップ１８ｂに対応する接合材２０ｂ等が熱による疲
労破壊を起こすことがあった。
では、図３に示すように、冷媒流路である配管８’が半
導体チップ１８ａ，１８ｂの配列方向に沿って設けてあ
ることが多い。この場合、冷媒流路８’は半導体チップ
１８ａ，１８ｂに共通して利用されるために、冷媒の流
れる方向に関して上流側に位置する（冷媒入口に近い位
置にある）半導体チップ１８ａは、比較的低い冷媒温度
により十分冷却されるのに対し、下流側に位置する（冷
媒出口に近い位置にある）半導体チップ１８ｂは、冷媒
温度が比較的高いために冷却が不十分となり、この半導
体チップ１８ｂに対応する接合材２０ｂ等が熱による疲
労破壊を起こすことがあった。
【００２０】これに対し、本実施形態では、冷媒流路８
ａ，８ｂが半導体チップ１８ａ，１８ｂに対し個別に設
けてあるため、特定の位置にある半導体チップに対する
冷却能力が悪くなることで疲労破壊が生じるのを防止で
きる。なお、配管８ａ，８ｂの断面形状は、半導体チッ
プ１８ａ，１８ｂ全体がほぼ均一に冷却できるように、
半導体チップ１８ａ，１８ｂの大きさに応じて適宜設定
される。
ａ，８ｂが半導体チップ１８ａ，１８ｂに対し個別に設
けてあるため、特定の位置にある半導体チップに対する
冷却能力が悪くなることで疲労破壊が生じるのを防止で
きる。なお、配管８ａ，８ｂの断面形状は、半導体チッ
プ１８ａ，１８ｂ全体がほぼ均一に冷却できるように、
半導体チップ１８ａ，１８ｂの大きさに応じて適宜設定
される。
【００２１】実施の形態２．図４は、本発明の実施の形
態２に係る半導体パワーモジュールの概略部分上面図で
ある。以下、実施の形態１と同一の構成要素に対しては
同一の符号又は同一の符号に適当な添字を付したものを
用いる。本実施形態に係る半導体パワーモジュールにお
いて、冷媒流路８Ａは、半導体チップ１８の下方に設け
た冷媒入口（図示せず）を介して支持台７内部に案内さ
れた冷媒が、支持台７の厚み方向に沿って上向き（紙面
裏側から表側に向かう向き）に流れ、放熱板４との境界
面近傍で４手に分岐し、その後上記厚み方向に垂直な方
向に沿って流れ、冷媒出口（図４では一部省略）を介し
て支持台７外に流れるように形成されている（図４及び
後述する図５、６では、流路が透視して示されてい
る。）。さらに詳しくは、冷媒入口から放熱板４との境
界面近傍までの冷媒流路部分３６は、（薄板状の半導体
チップの厚み方向から見て）半導体チップ１８の中心部
に位置し、したがって、冷媒入口から支持台７の厚み方
向に沿って上向きに流れた冷媒は、まず（上記厚み方向
から見て）半導体チップ１８の中心部に到達し、その後
（上記厚み方向から見て）半導体チップ１８の周辺部に
流れるようになっている。
態２に係る半導体パワーモジュールの概略部分上面図で
ある。以下、実施の形態１と同一の構成要素に対しては
同一の符号又は同一の符号に適当な添字を付したものを
用いる。本実施形態に係る半導体パワーモジュールにお
いて、冷媒流路８Ａは、半導体チップ１８の下方に設け
た冷媒入口（図示せず）を介して支持台７内部に案内さ
れた冷媒が、支持台７の厚み方向に沿って上向き（紙面
裏側から表側に向かう向き）に流れ、放熱板４との境界
面近傍で４手に分岐し、その後上記厚み方向に垂直な方
向に沿って流れ、冷媒出口（図４では一部省略）を介し
て支持台７外に流れるように形成されている（図４及び
後述する図５、６では、流路が透視して示されてい
る。）。さらに詳しくは、冷媒入口から放熱板４との境
界面近傍までの冷媒流路部分３６は、（薄板状の半導体
チップの厚み方向から見て）半導体チップ１８の中心部
に位置し、したがって、冷媒入口から支持台７の厚み方
向に沿って上向きに流れた冷媒は、まず（上記厚み方向
から見て）半導体チップ１８の中心部に到達し、その後
（上記厚み方向から見て）半導体チップ１８の周辺部に
流れるようになっている。
【００２２】従来の半導体パワーモジュールでは、図５
に示すように、半導体チップ１８の直下又はその近傍を
ある方向（図では左から右に向かう方向）に沿って冷媒
が流れるように、流路８Ａ’が形成されていることが多
い。一般に、半導体チップ１８が発熱した場合、中心部
が最も温度が高くなり、熱は中心部から周辺部に向けて
伝達する。冷媒の流れる方向に関して（半導体チップの
厚み方向から見て）半導体チップ１８の上流側では、
（上記厚み方向から見て）熱の伝達方向とは逆方向に冷
媒が流れているために、冷媒は周辺部から中心部に向け
て熱を運搬する。このため、熱の拡散が十分でなくなっ
たり、熱の拡散に時間がかかる場合がある。
に示すように、半導体チップ１８の直下又はその近傍を
ある方向（図では左から右に向かう方向）に沿って冷媒
が流れるように、流路８Ａ’が形成されていることが多
い。一般に、半導体チップ１８が発熱した場合、中心部
が最も温度が高くなり、熱は中心部から周辺部に向けて
伝達する。冷媒の流れる方向に関して（半導体チップの
厚み方向から見て）半導体チップ１８の上流側では、
（上記厚み方向から見て）熱の伝達方向とは逆方向に冷
媒が流れているために、冷媒は周辺部から中心部に向け
て熱を運搬する。このため、熱の拡散が十分でなくなっ
たり、熱の拡散に時間がかかる場合がある。
【００２３】これに対し、本実施形態では、（半導体チ
ップの厚み方向から見て）半導体チップ１８の中心部か
ら周辺部に向けて冷媒が流れるように流路８Ａを設けて
あるので、中心部で発生した熱を周辺部にすばやく拡散
することができる。
ップの厚み方向から見て）半導体チップ１８の中心部か
ら周辺部に向けて冷媒が流れるように流路８Ａを設けて
あるので、中心部で発生した熱を周辺部にすばやく拡散
することができる。
【００２４】図６は、本実施形態に係る半導体パワーモ
ジュールにおいて、複数の半導体チップ１８ａ，１８ｂ
を冷却するための機構を示す。冷媒流路８Ｂは、（半導
体チップの厚み方向から見て）各半導体チップ１８ａ，
１８ｂの中心部から周辺部に向けて冷媒が流れるととも
に、（上記厚み方向から見て）各半導体チップ１８ａ，
１８ｂの中心部を通過した冷媒の一部が共通の流路部分
を介して支持台７外に案内されるように形成されてい
る。図の例では、左側に位置する半導体チップ１８ａの
中心部から右側に向かう冷媒と、右側に位置する半導体
チップ１８ｂの中心部から左側に向かう冷媒とが、共通
の流路部分３８内を紙面の表側から裏側に向けて流れる
ようにしてある。
ジュールにおいて、複数の半導体チップ１８ａ，１８ｂ
を冷却するための機構を示す。冷媒流路８Ｂは、（半導
体チップの厚み方向から見て）各半導体チップ１８ａ，
１８ｂの中心部から周辺部に向けて冷媒が流れるととも
に、（上記厚み方向から見て）各半導体チップ１８ａ，
１８ｂの中心部を通過した冷媒の一部が共通の流路部分
を介して支持台７外に案内されるように形成されてい
る。図の例では、左側に位置する半導体チップ１８ａの
中心部から右側に向かう冷媒と、右側に位置する半導体
チップ１８ｂの中心部から左側に向かう冷媒とが、共通
の流路部分３８内を紙面の表側から裏側に向けて流れる
ようにしてある。
【００２５】この形態によれば、冷媒の流れる方向に関
して各半導体チップの直下又はその近傍の領域の下流側
では、半導体チップ１８ａ，１８ｂの流路を共通にして
あるので、支持台７内に配置する配管８Ｂの数・スペー
スを減らすことができる。
して各半導体チップの直下又はその近傍の領域の下流側
では、半導体チップ１８ａ，１８ｂの流路を共通にして
あるので、支持台７内に配置する配管８Ｂの数・スペー
スを減らすことができる。
【００２６】実施の形態３．図７は、本発明の実施の形
態３に係る半導体パワーモジュールの概略部分断面図で
ある。本実施形態では、半導体チップ１８ａ，１８ｂに
対応して設けられた各冷媒流路８ａＣ，８ｂＣは、支持
台７Ｃの裏面に冷媒入口及び冷媒出口を備え、冷媒入口
を介して支持台７Ｃ内に案内された冷媒が、支持台７Ｃ
の厚み方向に沿って放熱板４との境界面近傍まで流れ、
その後向きを反転し冷媒出口を介して支持台７Ｃ外に流
れるように形成されている。
態３に係る半導体パワーモジュールの概略部分断面図で
ある。本実施形態では、半導体チップ１８ａ，１８ｂに
対応して設けられた各冷媒流路８ａＣ，８ｂＣは、支持
台７Ｃの裏面に冷媒入口及び冷媒出口を備え、冷媒入口
を介して支持台７Ｃ内に案内された冷媒が、支持台７Ｃ
の厚み方向に沿って放熱板４との境界面近傍まで流れ、
その後向きを反転し冷媒出口を介して支持台７Ｃ外に流
れるように形成されている。
【００２７】本実施形態では、支持台７Ｃの一面のみに
冷媒の出入口を設置しており、冷媒流路を短くできる。
冷媒の出入口を設置しており、冷媒流路を短くできる。
【００２８】なお、図の例では、配管８ａＣ，８ｂＣ
は、円管である流入用流路部分と該流入用流路部分を囲
むように設けたリング状の流出用流路部分とを、放熱板
４との境界面近傍で接続してなり、支持台７Ｃ内部に案
内された冷媒が（半導体チップの厚み方向から見て）半
導体チップ１８ａ，１８ｂの中心部に到達し、その後
（上記厚み方向から見て）半導体チップ１８ａ，１８ｂ
の周辺部から支持台７Ｃ外に流れるようになっている。
したがって、実施の形態２と同様に、半導体チップ１８
ａ，１８ｂの中心部で発生した熱を周辺部にすばやく拡
散することができる。
は、円管である流入用流路部分と該流入用流路部分を囲
むように設けたリング状の流出用流路部分とを、放熱板
４との境界面近傍で接続してなり、支持台７Ｃ内部に案
内された冷媒が（半導体チップの厚み方向から見て）半
導体チップ１８ａ，１８ｂの中心部に到達し、その後
（上記厚み方向から見て）半導体チップ１８ａ，１８ｂ
の周辺部から支持台７Ｃ外に流れるようになっている。
したがって、実施の形態２と同様に、半導体チップ１８
ａ，１８ｂの中心部で発生した熱を周辺部にすばやく拡
散することができる。
【００２９】実施の形態４．図８は、本発明の実施の形
態４に係る半導体パワーモジュールの概略部分断面図で
ある。本実施形態では、冷却器９Ｄの冷却効率を高める
ために、冷媒流路である配管８ａＤ，８ｂＤとして支持
台７Ｄを厚み方向に貫通するように設け、これにより、
配管８ａＤ，８ｂＤを流れる冷媒が冷却器本体部分であ
る支持台７Ｄを介さずに放熱板４を直接冷却できるよう
になっている。詳しくは、図に示すように、各配管８ａ
Ｄ，８ｂＤの上端と放熱板４下面との間にシール部材５
０を配置し、放熱板４と支持台７Ｄとを図示しない固定
手段により締め付けることで、配管内の冷媒がモジュー
ル外に漏れないようにしてある。シール部材５０は、放
熱板４と支持台７Ｄとの間隙に、例えば紙面表裏方向に
沿ったレール状に設けてあり、配管８ａＤ，８ｂＤを通
過した冷媒がレール間を通るようにしてある。なお、レ
ール５０の幅及び配管８ａＤ，８ｂＤの断面形状は、半
導体チップ１８ａ，１８ｂ全体がほぼ均一に冷却できる
ように、半導体チップ１８ａ，１８ｂの大きさに応じて
適宜設定される。
態４に係る半導体パワーモジュールの概略部分断面図で
ある。本実施形態では、冷却器９Ｄの冷却効率を高める
ために、冷媒流路である配管８ａＤ，８ｂＤとして支持
台７Ｄを厚み方向に貫通するように設け、これにより、
配管８ａＤ，８ｂＤを流れる冷媒が冷却器本体部分であ
る支持台７Ｄを介さずに放熱板４を直接冷却できるよう
になっている。詳しくは、図に示すように、各配管８ａ
Ｄ，８ｂＤの上端と放熱板４下面との間にシール部材５
０を配置し、放熱板４と支持台７Ｄとを図示しない固定
手段により締め付けることで、配管内の冷媒がモジュー
ル外に漏れないようにしてある。シール部材５０は、放
熱板４と支持台７Ｄとの間隙に、例えば紙面表裏方向に
沿ったレール状に設けてあり、配管８ａＤ，８ｂＤを通
過した冷媒がレール間を通るようにしてある。なお、レ
ール５０の幅及び配管８ａＤ，８ｂＤの断面形状は、半
導体チップ１８ａ，１８ｂ全体がほぼ均一に冷却できる
ように、半導体チップ１８ａ，１８ｂの大きさに応じて
適宜設定される。
【００３０】実施の形態５．上記実施の形態では、冷媒
を流す配管を冷却器の支持台にのみ設けたが、配管を放
熱板まで延設し、これにより冷却効率を高めるようにし
てもよい。例えば、図９の形態は、冷却器の支持台（図
示せず）を貫通する配管と接続するように放熱板４Ｅ内
に配管５２を設けたものである。放熱板４Ｅ上面近傍ま
で到達した冷媒は、その後、紙面表裏方向に伸びた配管
内を通って放熱板４Ｅ外に流れるようになっている。ま
た、図１０の形態は、冷却器の支持台（図示せず）を貫
通する配管を各半導体チップ１８ａ，１８ｂに対して複
数（例えば円管部分とこれを囲むリング状の管部分）形
成し、これら配管と接続するように放熱板４Ｆ内に配管
５４を設けたものである。この場合、支持台から放熱板
４Ｆ内に案内された冷媒が、放熱板４Ｆの厚み方向に沿
って放熱板４Ｆ上面近傍まで到達し、その後向きを反転
し放熱板４Ｆから再度支持台内に流れ出るように形成さ
れている。
を流す配管を冷却器の支持台にのみ設けたが、配管を放
熱板まで延設し、これにより冷却効率を高めるようにし
てもよい。例えば、図９の形態は、冷却器の支持台（図
示せず）を貫通する配管と接続するように放熱板４Ｅ内
に配管５２を設けたものである。放熱板４Ｅ上面近傍ま
で到達した冷媒は、その後、紙面表裏方向に伸びた配管
内を通って放熱板４Ｅ外に流れるようになっている。ま
た、図１０の形態は、冷却器の支持台（図示せず）を貫
通する配管を各半導体チップ１８ａ，１８ｂに対して複
数（例えば円管部分とこれを囲むリング状の管部分）形
成し、これら配管と接続するように放熱板４Ｆ内に配管
５４を設けたものである。この場合、支持台から放熱板
４Ｆ内に案内された冷媒が、放熱板４Ｆの厚み方向に沿
って放熱板４Ｆ上面近傍まで到達し、その後向きを反転
し放熱板４Ｆから再度支持台内に流れ出るように形成さ
れている。
【００３１】
【発明の効果】請求項１または８に記載の本発明によれ
ば、半導体チップを個別に冷却するので、半導体チップ
に対する冷却能力が向上し、したがって接合材等の疲労
破壊を防止又は低減することができる。
ば、半導体チップを個別に冷却するので、半導体チップ
に対する冷却能力が向上し、したがって接合材等の疲労
破壊を防止又は低減することができる。
【００３２】請求項２に記載の本発明によれば、支持台
下面に位置する冷媒入口から半導体チップの直下又はそ
の近傍の領域に向けて冷媒を通すことで、上記領域の上
流側の冷媒流路を短くでき、したがって所定の温度の冷
媒を安定して上記領域に供給できる。
下面に位置する冷媒入口から半導体チップの直下又はそ
の近傍の領域に向けて冷媒を通すことで、上記領域の上
流側の冷媒流路を短くでき、したがって所定の温度の冷
媒を安定して上記領域に供給できる。
【００３３】請求項３に記載の本発明によれば、支持台
の下面のみに冷媒の出入口を設置することで、冷媒流路
をさらに短くできる。
の下面のみに冷媒の出入口を設置することで、冷媒流路
をさらに短くできる。
【００３４】請求項４または６に記載の本発明によれ
ば、半導体チップの厚み方向から見て半導体チップの中
心部から周辺部に向けて冷媒が流れるように冷媒流路を
設けてあるので、素子で発生した熱の拡散能力を高める
ことができる。
ば、半導体チップの厚み方向から見て半導体チップの中
心部から周辺部に向けて冷媒が流れるように冷媒流路を
設けてあるので、素子で発生した熱の拡散能力を高める
ことができる。
【００３５】請求項５に記載の本発明によれば、冷媒を
支持台本体部分を介さず直接放熱板に接触させて冷却を
行っているので、熱伝導部材を減らし冷却効率を向上さ
せることができる。
支持台本体部分を介さず直接放熱板に接触させて冷却を
行っているので、熱伝導部材を減らし冷却効率を向上さ
せることができる。
【００３６】請求項７に記載の本発明によれば、冷媒流
路を放熱板内まで延設させてあるので、半導体チップに
対する冷却能力を高めることができる。
路を放熱板内まで延設させてあるので、半導体チップに
対する冷却能力を高めることができる。
【図１】 本発明の実施の形態１に係る半導体パワーモ
ジュールの外観図。
ジュールの外観図。
【図２】 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図。
【図３】 従来の半導体パワーモジュールを示す概略部
分断面図。
分断面図。
【図４】 本発明の実施の形態２に係る半導体パワーモ
ジュールを示す概略部分上面図。
ジュールを示す概略部分上面図。
【図５】 従来の半導体パワーモジュールの概略部分上
面図。
面図。
【図６】 本発明の実施の形態２に係る半導体パワーモ
ジュールの別の例を示す概略部分上面図。
ジュールの別の例を示す概略部分上面図。
【図７】 本発明の実施の形態３に係る半導体パワーモ
ジュールを示す概略部分断面図。
ジュールを示す概略部分断面図。
【図８】 本発明の実施の形態４に係る半導体パワーモ
ジュールを示す概略部分断面図。
ジュールを示す概略部分断面図。
【図９】 本発明の実施の形態５に係る半導体パワーモ
ジュールを示す概略部分断面図。
ジュールを示す概略部分断面図。
【図１０】 本発明の実施の形態５に係る半導体パワー
モジュールの別の例を示す概略部分断面図。
モジュールの別の例を示す概略部分断面図。
２：半導体パワーモジュール、４：放熱板、７：支持
台、８：配管（冷媒流路）、９：冷却器、１４：絶縁基
板、１８：半導体チップ。
台、８：配管（冷媒流路）、９：冷却器、１４：絶縁基
板、１８：半導体チップ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 林田 幸昌
福岡県福岡市西区今宿東一丁目１番１号
福菱セミコンエンジニアリング株式会社内
Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA05 BB01 BB43
Claims (8)
- 【請求項１】 放熱板上に絶縁基板を有し、該絶縁基板
上に複数の半導体チップが配置された半導体パワーモジ
ュールにおいて、 冷媒を通すための流路を有し且つ前記放熱板を支持する
支持台を備え、 前記冷媒流路は、冷媒の流れる方向に関して各半導体チ
ップの直下又はその近傍の領域の少なくとも上流側で
は、各半導体チップに対し個別に設けてあり、 前記冷媒流路は、前記半導体チップの配列方向とは異な
る方向に沿って冷媒が流れ、その結果前記領域に到達す
るように形成されていることを特徴とする半導体パワー
モジュール。 - 【請求項２】 前記冷媒流路は、前記領域の上流側にお
いて、前記半導体チップの厚み方向に略平行に形成され
ていることを特徴とする請求項１記載の半導体パワーモ
ジュール。 - 【請求項３】 前記冷媒流路は、前記領域の下流側にお
いて、前記半導体チップの厚み方向に略平行に形成され
ていることを特徴とする請求項２記載の半導体パワーモ
ジュール。 - 【請求項４】 前記冷媒流路は、冷媒が前記半導体チッ
プの厚み方向から見て各半導体チップの中心部に到達
し、その後周辺部に向けて流れるように形成されている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導
体パワーモジュール。 - 【請求項５】 前記冷媒流路は、冷媒が前記放熱板に接
触するように形成されていることを特徴とする請求項１
〜４のいずれかに記載の半導体パワーモジュール。 - 【請求項６】 前記支持台の前記冷媒流路は、前記放熱
板との境界面において開放され、 前記放熱板は、前記支持台の前記冷媒流路と接続された
冷媒流路を備え、これにより冷媒が前記領域に到達する
ようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに
記載の半導体パワーモジュール。 - 【請求項７】 放熱板上に絶縁基板を有し、該絶縁基板
上に半導体チップが配置された半導体パワーモジュール
において、 前記放熱板は、冷媒を通すための流路を備えた支持台上
に配置され、 前記冷媒流路は、冷媒が前記半導体チップの厚み方向か
ら見て各半導体チップの中心部に到達し、その後周辺部
に向けて流れるように形成されていることを特徴とする
半導体パワーモジュール。 - 【請求項８】 放熱板上に絶縁基板を有し、該絶縁基板
上に複数の半導体チップが配置された半導体パワーモジ
ュールを冷却するための方法において、 前記放熱板を、冷媒を通すための流路を備えた支持台上
に配置し、 前記冷媒流路は、冷媒の流れる方向に関して各半導体チ
ップの直下又はその近傍の領域の少なくとも上流側で
は、各半導体チップに対し個別に設けてあり、 前記冷媒流路は、前記半導体チップの配列方向とは異な
る方向に沿って冷媒が流れ、その結果前記領域に到達す
るように形成されていることを特徴とする冷却方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002053761A JP2003258176A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 半導体パワーモジュール及び半導体パワーモジュールの冷却方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002053761A JP2003258176A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 半導体パワーモジュール及び半導体パワーモジュールの冷却方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003258176A true JP2003258176A (ja) | 2003-09-12 |
Family
ID=28665099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002053761A Pending JP2003258176A (ja) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | 半導体パワーモジュール及び半導体パワーモジュールの冷却方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003258176A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7529091B2 (en) * | 2004-05-25 | 2009-05-05 | Danfoss Silicon Power Gmbh | Power semiconductor module and method for cooling a power semiconductor module |
-
2002
- 2002-02-28 JP JP2002053761A patent/JP2003258176A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7529091B2 (en) * | 2004-05-25 | 2009-05-05 | Danfoss Silicon Power Gmbh | Power semiconductor module and method for cooling a power semiconductor module |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040630 |
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| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20050419 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20061121 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Effective date: 20070118 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20070306 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |