JP2003324173A

JP2003324173A - 半導体素子の冷却装置

Info

Publication number: JP2003324173A
Application number: JP2002130273A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Okamoto; 裕介岡本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2003-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】冷媒ジャケットと半導体素子を設けた基板と
の間を、電熱グリースを介さずに接合した構造の半導体
素子の冷却装置において、冷媒流路の圧力損失を抑えつ
つ効率的に放熱を行う。【解決手段】冷媒流通用の流路７を形成し且つ外面に
半導体素子１を接合する冷媒ジャケット３を備え、半導
体素子１の裏側となる流路内面に、複数の放熱用突出体
４を所定間隔で設け、半導体素子１の略中心に対応する
領域で突出体４の突出長さを最大とし、その外側に向か
うにつれて突出体４の突出長さを漸次減少させたことに
より、流路抵抗や冷媒供給用ポンプの圧力損失を抑制し
つつ素子と冷媒の間の熱抵抗を低減して放熱効率を高め
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パワーエレクトロ
ニクスの分野で用いられる半導体素子の冷却装置に関
し、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などの電
動系車両の半導体パワーモジュールに用いられる半導体
素子の冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポ
ーラトランジスタ）、サイリスタ、およびパワーＭＯＳ
ＦＥＴなどのパワーエレクトロニクスで用いられる半導
体素子には、さらなる小型化や大容量化が要望されてい
る。この際、小型化や大容量化に伴い、素子の単位面積
で発生する熱量は当然大きくなるので、これらを効率良
く放散することが必須となる。また、パワーエレクトロ
ニクスと対極の電子計算機の分野でも、素子の超高集積
化や高速動作化によって単位面積の発熱量が益々増大す
る傾向にあり、効率の良い素子の冷却手段が求められて
いる。

【０００３】従来の半導体素子の冷却装置としては、例
えば、図１４に示すようなものがあった。図示の冷却装
置は、冷媒流通用の流路を形成する断面矩形の冷媒ジャ
ケット１０１を備え、この冷媒ジャケット１０１の上部
外面に、絶縁基板１０２を介して半導体素子１００を設
けている。また、絶縁基板１０２は、両面に金属箔１０
３，１０４が設けてあり、冷媒ジャケット１０１の上部
外面と下側の金属箔１０４の間には、熱伝導性の高いグ
リース１０５が塗布してある。

【０００４】さらに、冷媒ジャケット１０１は、上部内
面に、放熱用のフィン１０６が複数形成してある。各フ
ィン１０６は、冷媒の流れに交差する方向に所定間隔で
設けてあり、いずれも同じ突出長さを有している。そし
て、当該冷却装置は、冷媒ジャケット１０１内に水等の
冷媒を流通させ、半導体素子１００で発生した熱をフィ
ン１０６から冷媒中に放散させるようにしていた。

【０００５】なお、この種の半導体素子の冷却装置とし
ては、例えば、特開平７−１３０９２５号公報や、特開
２０００−３３６４３８号公報に記載されたものがあ
る。また、冷媒中に放熱を行う場合には、冷媒ジャケッ
トの壁面に境界層が発生し、この境界層が伝熱上の障害
になることがある。これに対して、従来では、放熱の効
率を高めるために、上記したようにフィンを設けて冷媒
との接触面積を大きくするほか、冷媒の流速を増して流
れを層流から乱流に変化させ、これにより境界層を剥ぎ
取る方法や、半導体素子の直下の部分に冷媒の噴流を当
て、これにより境界層を剥ぎ取る方法などが用いられて
いた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うな従来の半導体素子の冷却装置では、絶縁基板１０２
の金属箔１０４と冷媒ジャケット１０１の間に高熱伝導
性のグリース１０５を塗布している。しかし、このよう
な構造では、グリース１０５部分の熱抵抗が大きいた
め、放熱効率を高めるうえでグリース１０５の廃止が望
まれていた。

【０００７】また、従来の半導体素子の冷却装置では、
半導体素子１００で発生した熱がフィン１０６まで伝わ
る際、図１４中に点線で示すように、等温度線Ｔがグリ
ース１０５の層とほぼ平行になる。つまり、高熱伝導性
のグリース１０５を用いているので、グリース１０５の
全体からほぼ均等に熱伝達が行われる。これに対して、
従来の半導体素子の冷却装置では、等温度線Ｔに対応し
て各フィン１０６の突出長さに特に差異を設けていなか
った。このようなフィン１０６あるいは乱流や噴流のい
ずれを用いる方法でも、冷媒ジャケット１０１の内部で
流路抵抗が発生し、これにより冷媒を供給するポンプに
圧力損失が発生する。

【０００８】このため、従来にあっては、半導体素子と
冷媒の間の熱抵抗を下げる代償として、ポンプの圧力損
失が生じるのは不可避であるにしても、圧力損失をなる
べく小さくしたいという要望があり、とくに、自動車な
どのように搭載するポンプの動力に制約がある場合、上
記の要請は切実なものであった。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、上記従来の状況に鑑みて成さ
れたもので、従来の高熱伝導性のグリースを用いずに、
半導体素子を直接あるいは絶縁基板を介して冷媒ジャケ
ットに接合する構成を採用した場合に、流路抵抗や冷媒
供給用ポンプの圧力損失を抑制しつつ素子と冷媒の間の
熱抵抗を低減して放熱効率を高めることができる半導体
素子の冷却装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる半導体素
子の冷却装置は、請求項１に記載しているように、冷媒
流通用の流路を形成するとともに流路外面に直接または
絶縁基板を介して半導体素子を接合する冷媒ジャケット
を備え、半導体素子の接合面の裏側となる流路内面に、
複数の放熱用突出体を冷媒の流れに交差する方向に所定
間隔で設け、各突出体は、半導体素子の略中心に対応す
る領域で突出長さを最大とし、その外側に向かうにつれ
て突出長さを漸次減少させてあることを特徴とし、上記
構成をもって従来の課題を解決するための手段としてい
る。

【００１１】上記構成において、半導体素子は、冷媒ジ
ャケットに直接または絶縁基板を介して接合されるが、
この際、絶縁基板は金属箔や熱膨張緩和用の放熱板を含
む構成とすることができ、これらの接合には、はんだや
ろう材が用いられる。絶縁基板を冷媒ジャケットに接合
する具体的な一例としては、冷媒ジャケットの表面にニ
ッケルめっきなどを施したうえで、絶縁基板に設けた金
属箔との間をはんだ付けやろう付けで接合する方法があ
る。

【００１２】絶縁基板の材料としては、アルミナ、窒化
アルミニウム、炭化ケイ素よび窒化ケイ素などを用いる
ことができ、とくに、機械的強度と熱伝導率のバランス
を考慮した場合には窒化ケイ素を用いることがより好ま
しい。機械的強度が不要であれば、窒化アルミニウムや
炭化ケイ素を用いることもできる。

【００１３】冷媒ジャケットは、様々な方法で成形する
ことが可能であるが、例えば、半導体素子を接合し且つ
突出体を有する蓋部分と本体部分を別々に成形し、蓋部
分と本体部分を連結する方法が簡便である。この場合、
蓋部分と本体部分の間にはシール材やＯリングなどを介
装して、冷媒の漏出を防止する。

【００１４】冷媒ジャケットの素材としては、アルミニ
ウム系合金や銅系合金などを用いることができるが、絶
縁基板との熱膨張差があるので、少なくとも絶縁基板と
接合する部分を熱膨張の小さいＰＣＭ（Ｐｒｅｓｓｕｒ
ｅｄＣｏｐｐｅｒＭｏｌｙｂｄｅｎｕｍ）やＡｌＳ
ｉＣ（ＳｉＣプリフォームにＡｌ合金含浸）などで形成
することが望ましい。

【００１５】なお、冷媒ジャケットを蓋部分と本体部分
で形成した場合、本体部分に関しては材料の面で蓋部分
よりも若干の自由度がある。つまり、本体部分は蓋部分
と同じ材料を用いても良いが、冷媒の種類や温度を勘案
したうえで樹脂なども用いることができる。

【００１６】突出体は、根元部と先端部の厚みまたは太
さを同一にしても良いが、例えば鋳造で成形する場合に
は、根本部や先端部に面取りや適宜の抜き勾配を設ける
ことが望ましい。また、隣接する突出体は、互いに平行
に形成しても良いが、これに限らず、例えば先端部方向
に向けて互いの間隔が漸次増大するように形成しても良
い。

【００１７】突出体は、フィン状やピン状にすることが
できる。フィン状の場合には、突出方向に交差する方向
の断面において、紡錘形や略翼断面形等の流線形にする
ことができ、ピン状の場合には、同断面において、円形
や楕円形等にすることができる。なお、突出体は、上記
のＰＣＭやＡｌＳｉＣで形成することができるが、この
部分の熱膨張はとくに問題にならないのでアルミニウム
系合金や銅系合金の適宜の材料で形成することもでき
る。

【００１８】冷媒は、とくに限定されないが、例えば水
や、水にエチレングリコール等を加えたいわゆる自動車
用クーラントを使用することができる。

【００１９】なお、突出体の突出長さに関して、突出体
の各先端部を結ぶ包絡線や突出体の先端稜線などを設定
する際には、半導体素子の略中心を基準としており、そ
の略中心に対応する領域で突出体の突出長さを最大とし
ているが、これは、通常では半導体素子の中心の温度が
最も高くなるからである。もし、半導体素子の特定箇所
で発熱するような場合には、その特定箇所に対応する領
域の中心を基準にして、突出体の突出長さを決めること
もできる。また、半導体素子は、不規則な形状を有する
場合もあるので、この場合には、基準となる略中心は重
心を以って考えることができる。

【００２０】さらに、突出体の先端部を結ぶ包絡線や先
端稜線は、例えば、半導体素子の略中心として上面中央
を中心とする円弧（または楕円弧）と、この円弧と同心
であり且つ半径（または長径・短径）が３０％大きい円
弧（または楕円弧）との間に収まるものであれば良く、
より望ましくは、内側の円弧（または楕円弧）とこの円
弧と同心であり且つ半径（または長径・短径）が１０％
大きい円弧（または楕円弧）との間に収まるものとす
る。

【００２１】

【発明の作用】本発明に係わる半導体素子の冷却装置で
は、冷媒ジャケットの流路外面に、半導体素子を直接ま
たは絶縁基板を介して接合し、従来用いていた高熱伝導
性グリースを廃止する。そして、当該冷却装置では、冷
媒ジャケットの流路に冷媒を流通させると共に、半導体
素子で発生した熱を直接または絶縁基板を介して冷媒ジ
ャケットに伝達し、この冷媒ジャケットに設けた複数の
突出体から冷媒中に放熱を行う。

【００２２】ここで、上記の如く冷媒ジャケットに直接
または絶縁基板を介して半導体素子を接合した場合、半
導体素子で発生した熱は、同素子を中心にして同心円状
に広がり、その等温度線は次第に円弧状となる。このと
き、当該冷却装置では、冷媒ジャケットに設ける複数の
突出体として、半導体素子の略中心に対応する領域で突
出長さを最大とし、その外側に向かうにつれて突出長さ
を漸次減少させているので、各突出体の突出長さが円弧
状の等温度線に対応したものとなり、これにより効率良
く放熱が行われると共に、各突出体の突出長さを必要最
小限にして流路抵抗を低減する。

【００２３】

【発明の効果】本発明の請求項１に係わる半導体素子の
冷却装置によれば、高熱伝導性のグリースを用いずに半
導体素子を冷媒ジャケットに接合した構造において、流
路抵抗や冷媒供給用ポンプの圧力損失を低減することが
できる。また、当該冷却装置は、とくに、冷媒供給用の
ポンプ動力に制限がある自動車などの半導体モジュール
において、ポンプの圧力損失を抑制しつつ半導体素子を
効率的に冷却することが可能となり、さらに、自動車以
外の半導体モジュールにおける半導体素子の冷却にも当
然適用可能であり、工業的有用性の極めて高いものとな
る。

【００２４】本発明の請求項２に係わる半導体素子の冷
却装置によれば、少なくとも冷媒の流れに交差する断面
における突出体の突出長さを必要最小限にして、請求項
１により得られる効果をより一層高めることができる。

【００２５】本発明の請求項３に係わる半導体素子の冷
却装置によれば、請求項１および２と同様の効果を得る
ことができるうえに、フィン状突出体により、冷媒の流
れに沿った充分な放熱面積を確保することができる。

【００２６】本発明の請求項４に係わる半導体素子の冷
却装置によれば、請求項３と同様の効果を得ることがで
きるうえに、断面形状が流線形のフィン状突出体によ
り、流路抵抗のさならる低減を実現することができ、ポ
ンプの圧力損失のさらなる低減に貢献することができ
る。

【００２７】本発明の請求項５に係わる半導体素子の冷
却装置によれば、請求項１または２と同様の効果を得る
ことができるうえに、ピン状突出体により、より大きな
放熱面積を確保することが可能になる。

【００２８】本発明の請求項６に係わる半導体素子の冷
却装置によれば、請求項３〜５と同様の効果を得ること
ができるうえに、少なくとも冷媒の流れに沿った断面に
おける突出体の突出長さを必要最小限にして、請求項１
により得られる効果をより高めることができ、請求項２
の構成と組合わせれば、全ての突出体の突出長さを必要
最小限にして、流路抵抗やポンプの圧力損失のさらなる
低減、および素子と冷媒の間の熱抵抗のさらなる低減を
実現して、放熱効率を著しく高めることができる。

【００２９】本発明の請求項７に係わる半導体素子の冷
却装置によれば、請求項３〜５と同様の効果を得ること
ができるうえに、冷媒の流れ方向に突出体の突出長さを
漸次変化させたことにより、半導体素子の温度を均一に
近付けることができる。つまり、冷媒は突出体の上流側
で低温であり、且つ突出体から熱を吸収した下流側で高
温となるので、突出体の突出長さを上流側で短くし、且
つ下流側で長くすることにより、冷媒の流れ方向におい
て放熱を均一に行うことができ、これにより下流側の半
導体素子の温度が高くなるのを防ぐことができる。

【００３０】本発明の請求項８に係わる半導体素子の冷
却装置によれば、請求項７と同様の効果を得ることがで
きるうえに、とくに、冷媒の流れ方向に配置した複数の
半導体素子を均一に冷却することができる。

【００３１】本発明の請求項９に係わる半導体素子の冷
却装置によれば、請求項１〜７と同様の効果を得ること
ができるうえに、とくに、冷媒の流れ方向に配置した複
数の半導体素子を均一に冷却することができる。

【００３２】本発明の請求項１０に係わる半導体素子の
冷却装置によれば、請求項１〜９と同様の効果を得るこ
とができるうえに、突出体とその先端部に対向する流路
内面との距離を詰めることで、局所的に冷媒が流通し易
い部分が生じるのを解消することができ、冷媒が各突出
体間を良好に流通するようにして、冷却効率の低下を防
止することができる。

【００３３】

【実施例】以下、図面に基づいて、本発明に係わる半導
体素子の冷却装置の実施例を説明する。なお、本発明に
係わる冷却装置は、その詳細な構成が以下の各実施例に
限定されるものではなく、各構成部位の形態や個数ある
いは材料などを変更することができると共に、各実施例
の構成を組合わせることも可能である。また、実施例１
以外の実施例においては、実施例１と同一の構成部位は
同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００３４】（実施例１）図１〜図３に示す実施例１の
半導体素子の冷却装置は、流路７を形成する断面矩形の
冷媒ジャケット３を備え、各図において上側となる流路
外面の中央に、絶縁基板２を介して半導体素子１が設け
てある。冷媒ジャケット３は、各図中の線Ａで示す部分
で蓋部分３Ａと本体部分３Ｂに分割してあり、これらを
個別に成形した後、適宜のシール構造を介して双方を連
結したものとなっている。なお、蓋部分３ＡにはＡｌＳ
ｉＣ材を用い、本体部分３ＢにはＡｌ合金を用いた。

【００３５】絶縁基板２は、窒化ケイ素製であって、上
下面にはタフピッチ銅を材料とする金属箔５，６が設け
てある。そして、半導体素子１と上側の金属箔５はんだ
付けにより接合し、下側の金属箔６と冷媒ジャケット３
を同じくはんだ付けにより接合してある。このとき、半
導体素子１と上側の金属箔５の間の接合には、下側の金
属箔６と冷媒ジャケット３の接合に用いるはんだよりも
融点の高いはんだを用いると良い。

【００３６】冷媒ジャケット３は、半導体素子１の接合
面の裏側となる流路内面に、複数の放熱用突出体４が冷
媒の流れに交差する方向において所定間隔で設けてあ
る。各突出体４は、冷媒の流れに沿うフィン状を成すと
共に、蓋部分３Ａに一体的に成形してあり、図１に示す
冷媒の流れに交差する断面において、半導体素子１の略
中心に対応する領域で突出長さを最大とし、その外側に
向かうにつれて突出長さを漸次減少させてある。

【００３７】また、個々の突出体４は、図３に示す冷媒
の流れ方向の断面においては、長手方向に同じ突出長さ
を有している。なお、各図では、突出体４の断面を矩形
状に示しているが、突出体４の根元や先端には面取りや
湾曲面あるいは傾斜面を設けることができ、とくに突出
体４を蓋部分３Ａとともに一体成形する場合には、突出
体４に抜け勾配や上記面取り等を設けるようにし、さら
には、突出体４の側面をテーパ状にすることも良い。

【００３８】上記構成を備えた半導体素子の冷却装置で
は、冷媒ジャケット３の流路７に冷媒を流通させると共
に、半導体素子１で発生した熱を絶縁基板２を介して冷
媒ジャケット３に伝達し、この冷媒ジャケット３に設け
た複数の突出体４から冷媒中に放熱を行う。

【００３９】このとき、当該冷却装置では、従来用いて
いた高熱伝導性グリース（図１４参照）を廃止し、冷媒
ジャケット３に絶縁基板２を介して半導体素子１を接合
しているので、半導体素子１で発生した熱は、通常では
中央が最も高くなると共に、図１に示すように同素子１
を中心にして同心円状に広がり、その等温度線Ｔは円弧
状となる。これに対して、当該冷却装置では、上記した
如く設定した各突出体４の突出長さが、円弧状の等温度
線Ｔに対応したものとなっている。

【００４０】したがって、当該冷却装置によれば、各突
出体の突出長さを同一にした従来の冷却装置に比べて、
各突出体４の突出長さを無駄の無いものにして流路抵抗
を低減し、これにより冷媒を供給するポンプの圧力損失
も低減したうえで、素子１と冷媒の間の熱抵抗を低減し
て放熱効率が高められることとなる。

【００４１】（実施例２）図４に示す実施例２の半導体
素子の冷却装置は、冷媒の流れに交差する断面におい
て、半導体素子１の直下でフィン状突出体４の突出長さ
を最大とし、その外側で突出長さを漸次小さくした点で
は実施例１と同じであるが、各突出体４の先端部を結ぶ
包絡線が、半導体素子１の上面中央部を中心Ｃとする円
弧Ｂに沿うように各突出体４の突出長さを設定してい
る。この実施例２によれば、少なくとも冷媒の流れに交
差する断面における突出体４の突出長さが必要最小限と
なり、先の実施例１により得られる効果が一層高められ
る。

【００４２】（実施例３）図５に示す実施例３の半導体
素子の冷却装置は、冷媒の流れに交差する断面におい
て、半導体素子１の上面中央を中心Ｃとする内側円Ｒ１
と、内側円Ｒ１と同心であり且つ半径が内側円Ｒ１より
も３０％大きい外側円Ｒ２を設定し、各突出体４の先端
部を結ぶ包絡線が、内側円Ｒ１と外側円Ｒ２の間に収ま
るように各突出体４の突出長さを設定したものである。
この実施例３によっても先の各実施例と同様の効果を得
ることができる。

【００４３】（実施例４）図６に示す実施例４の半導体
素子の冷却装置は、冷媒の流れに交差する断面におい
て、２つの半導体素子１，１を夫々の絶縁基板２，２と
ともに並列に設け、個々の半導体素子１に対して複数の
フィン状突出体４から成る突出体群を設けたものであ
る。この実施例４によっても先の各実施例と同様の効果
を得ることができる。また、上記構成の場合、２つの半
導体素子１，１に対して共通の絶縁基板を設けることも
可能であるが、絶縁基板の反りや歩留まりの観点から、
上記構成のように個別の絶縁基板２，２を設ける方がよ
り好ましい。

【００４４】（実施例５）図７に示す実施例５の半導体
素子の冷却装置は、冷媒の流れに交差する断面におい
て、各突出体４の突出長さを先の各実施例のように設定
すると共に、図中矢印Ｆで示す冷媒の流れに沿う断面に
おいて、各突出体４の先端稜線が、半導体素子１の上面
中央部を中心とし且つ冷媒の流れ方向Ｆを長径とする楕
円弧に沿ったものとなっている。これにより、各突出体
４の先端部全体を結ぶ包絡面は、半導体素子１の上面中
央線を中心線とする回転楕円体の面の一部を成してい
る。この実施例５によれば、冷媒の流れに交差する断面
および流れに沿う断面のいずれにおいても突出体４の突
出長さが必要最小限となり、先の各実施例により得られ
る効果が一層高められる。

【００４５】（実施例６）図８に示す実施例６の半導体
素子の冷却装置は、冷媒ジャケット３の蓋部分３Ａは実
施例１で説明したものと同様であるが、冷媒の流れに交
差する断面において、突出体４の先端部に対向する流路
内面すなわち本体部分３Ｂの流路底面が、各突出体４の
先端部を結ぶ包絡線に沿った形状になっている。この実
施例６によれば、各突出体４と流路底面との間隙がほぼ
一定になると共に、流路７の空隙が少なくなり、主に空
隙部分だけに冷媒が流れてしまうような事態を防ぐこと
ができ、これにより冷却効率が高められる。

【００４６】なお、図示の本体部分３Ｂは、断面が四角
形状の部材にＵ字型の溝を設けたものであるが、例えば
金属板をＵ字形に曲げて形成しても良い。また、突出体
４の冷媒の流れ方向の形状は、この実施例６の場合には
図３に示すようなストレート形状（流れ方向に一定の突
出長さを有する形状）にするのが好ましいが、図７のよ
うな回転楕円面形状にすることも勿論可能である。

【００４７】（実施例７）図９に示す実施例７の半導体
素子の冷却装置は、断面矩形状を成す冷媒ジャケット３
の上下の流路外面に、半導体素子１を絶縁基板２ととも
に設け、個々の半導体素子１に対して複数のフィン状突
出体４から成る突出体群を設けたものである。この実施
例７によっても先の各実施例と同様の効果を得ることが
できる。また、この実施例７では、流路断面の面積に対
する流路内面の面積の割合が小さくなるので１素子あた
りの冷媒圧損を実施例４よりも小さくすることができ
る。さらに、空隙部分を実施例６に倣って埋めても良
い。

【００４８】（実施例８）図１０に示す実施例８の半導
体素子の冷却装置は、断面矩形状を成す冷媒ジャケット
３の４つの流路外面に、半導体素子１を絶縁基板２とと
もに設け、個々の半導体素子１に対して複数のフィン状
突出体４から成る突出体群を設けたものである。この実
施例８によれば、先の各実施例と同様の効果を得ること
ができるうえに、素子の冷却に直接関与しない流路内面
の割合が小さいので、全体の流路抵抗の面では有利にな
る。ただし、冷媒が単位長さの冷媒ジャケット３を通過
する間に吸収する熱量が４倍になるので、冷媒ジャケッ
ト３の上流と下流での温度差に注意を払う必要がある。

【００４９】また、必要に応じて、４面のうち３面のみ
に、半導体素子１および絶縁基板２とその他付属する部
品を設置し、残る１面を他の部品との取付け面に使用し
てもよい。さらに、冷媒ジャケットの断面形状は、矩形
状に限定されることはなく、三角形やその他の多角形状
にすることができる。

【００５０】（実施例９）図１１に示す実施例９の半導
体素子の冷却装置は、フィン状を成す突出体４におい
て、その突出方向に交差する横断面形状に工夫を凝らし
たものである。図１１（ａ）に示すフィン状突出体４
は、横断面形状が流線形になっている。また、図１１
（ｂ）に示すフィン状突出体４は、横断面形状が、両端
を尖頭状にした紡錘形になっており、図１１（ｃ）に示
すフィン状突出体４は、横断面形状が、上流側端部に丸
みを有する概略翼断面形状になっている。いずれの突出
体４を採用した場合においても、冷媒の流れＦに対する
流路抵抗を低減することができ、これにより冷媒を供給
するポンプの圧力損失の低減も実現し得るものとなる。

【００５１】（実施例１０）図１２に示す実施例１０の
半導体素子の冷却装置は、冷媒ジャケット３の流路外面
に、冷媒の流れ方向に所定間隔で複数の半導体素子１お
よび絶縁基板２を直列に設けたものである。

【００５２】図１２（ａ）に示す冷却装置は、各半導体
素子１に対して、複数のフィン状突出体４から成る個々
の突出体群が設けてある。このとき、各突出体群は、流
れＦの上流側から下流側に向けて全体的な突出長さを段
階的に増大させている。

【００５３】また、図１２（ｂ）に示す冷却装置は、各
半導体素子１に対して、複数のフィン状突出体４から成
る共通の突出体群が設けてある。このとき、各突出体４
は、流れＦの上流側から下流側に向けて突出長さを漸次
増させている。

【００５４】この実施例９によれば、各半導体素子１の
温度をほぼ均一にし得る。つまり、冷媒は突出体４の上
流側で低温であり、且つ突出体４から熱を吸収した下流
側で高温となるので、突出体４の突出長さを上流側で短
くし、且つ下流側で長くすることにより、下流側の半導
体素子１の過熱を防止すると共に、冷媒の流れ方向にお
ける放熱を均一なものにする。

【００５５】なお、上記実施例の場合にあっても、例え
ばフィン状突出体４の形状に、先の各実施例のものを適
用することが可能である。また、先の実施例４で説明し
たように、複数の半導体素子１に対して共通の絶縁基板
を設けることも可能ではあるが、絶縁基板の反りや歩留
まりの観点から、上記構成のように個別の絶縁基板２を
設ける方がより好ましい。

【００５６】（実施例１１）図１３に示す実施例１１の
半導体素子の冷却装置は、断面円形のピン状突出体４を
設けたものである。この場合、ピン状突出体１４は、冷
媒の流れに交差する方向に所定間隔で配置してあると共
に、冷媒の流れ方向にも所定間隔で配置してある。ま
た、図の例では、冷媒ジャケット３の本体部分３Ｂにピ
ン状突出体１４が設けてあり、この本体部分３Ｂに図示
しない蓋部分を接合することで閉塞された流路を形成す
る。

【００５７】この実施例１１にあっても、冷媒の流れに
交差する断面において、ピン状突出体１４の各先端部を
結ぶ包絡線が、図示しない半導体素子の略中心を中心と
する円弧に沿うように突出体１４の突出長さを設定する
ことができ、また、冷媒の流れに沿う断面において、ピ
ン状突出体１４の各先端部を結ぶ包絡線が、半導体素子
の略中心を中心とする楕円弧に沿うように突出体１４の
突出長さを設定することができ、先の各実施例と同様の
効果を得ることができる。

【００５８】なお、上記実施例のようにピン状の突出体
１４を設けた場合には、冷媒との接触面積が増して放熱
効率が上がるが、フィン状突出体に比べて流路抵抗が増
すので、放熱効率と流路抵抗のバランスを考慮して形状
を適宜選択すればよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる半導体素子の冷却装置の実施例
１を説明する断面図である。

【図２】図に示す冷却装置の斜視断面図である。

【図３】図１に示す冷却装置の冷媒流れ方向に沿った断
面図である。

【図４】本発明に係わる半導体素子の冷却装置の実施例
２を説明する断面図である。

【図５】本発明に係わる半導体素子の冷却装置の実施例
３を説明する断面図である。

【図６】本発明に係わる半導体素子の冷却装置の実施例
４を説明する断面図である。

【図７】本発明に係わる半導体素子の冷却装置の実施例
５を説明する冷媒流れ方向に沿った断面図である。

【図８】本発明に係わる半導体素子の冷却装置の実施例
６を説明する断面図である。

【図９】本発明に係わる半導体素子の冷却装置の実施例
７を説明する断面図である。

【図１０】本発明に係わる半導体素子の冷却装置の実施
例８を説明する断面図である。

【図１１】本発明に係わる半導体素子の冷却装置の実施
例９を説明する水平断面図（ａ）、突出体の断面形状の
一例を示す図（ｂ）および突出体の断面形状の他の例を
示す図（ｃ）である。

【図１２】本発明に係わる半導体素子の冷却装置の実施
例９を説明する図であって、個別の突出体群を備えた例
を示す冷媒流れ方向に沿った断面図（ａ）、および共通
の突出体群を備えた例を示す冷媒流れ方向に沿った断面
図（ｂ）である。

【図１３】本発明に係わる半導体素子の冷却装置の実施
例１０を説明する斜視断面図である。

【図１４】従来の冷却装置を説明する断面図である。

【符号の説明】

１半導体素子２絶縁基板３冷媒ジャケット４フィン状突出体７流路１４ピン状突出体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒流通用の流路を形成するとともに流
路外面に直接または絶縁基板を介して半導体素子を接合
する冷媒ジャケットを備え、半導体素子の接合面の裏側
となる流路内面に、複数の放熱用突出体を冷媒の流れに
交差する方向に所定間隔で設け、各突出体は、半導体素
子の略中心に対応する領域で突出長さを最大とし、その
外側に向かうにつれて突出長さを漸次減少させてあるこ
とを特徴とする半導体素子の冷却装置。
【請求項２】冷媒の流れに交差する断面において、各
突出体の先端部を結ぶ包絡線が、半導体素子の略中心を
中心とする円弧に沿っていることを特徴とする請求項１
に記載の半導体素子の冷却装置。
【請求項３】各突出体が、冷媒の流れに沿うフィン状
を成していることを特徴とする請求項１または２に記載
の半導体素子の冷却装置。
【請求項４】各突出体が、突出方向に交差する断面に
おいて、流線形を成していることを特徴とする請求項３
に記載の半導体素子の冷却装置。
【請求項５】各突出体が、ピン状を成しており、冷媒
の流れに交差する方向および流れ方向に所定間隔で配置
してあることを特徴とする請求項１または２に記載の半
導体素子の冷却装置。
【請求項６】冷媒の流れに沿った断面において、フィ
ン状突出体の先端稜線またはピン状突出体の各先端部を
結ぶ包絡線が、半導体素子の略中心を中心とする円弧ま
たは楕円弧に沿っていることを特徴とする請求項３〜５
のいずれかに記載の半導体素子の冷却装置。
【請求項７】各突出体が、冷媒の流れの上流側で突出
長さを最小とし、下流側に向かうにつれて突出長さを漸
次増大させてあることを特徴とする請求項３〜５のいず
れかに記載の半導体素子の冷却装置。
【請求項８】冷媒の流れ方向に複数の半導体素子を所
定間隔で設けると共に、各半導体素子に対して共通の突
出体群を設けたことを特徴とする請求項７に記載の半導
体素子の冷却装置。
【請求項９】冷媒の流れ方向に複数の半導体素子を所
定間隔で設けると共に、各半導体素子に対して個別の突
出体群を設け、流れの上流側から下流側に向けて各突出
体群の全体的な突出長さを漸次増大させたことを特徴と
する請求項１〜７のいずれかに記載の半導体素子の冷却
装置。
【請求項１０】冷媒の流れに交差する断面において、
突出体の先端部に対向する流路内面が、各突出体の先端
部を結ぶ包絡線に沿った形状であることを特徴とする請
求項１〜９のいずれかに記載の半導体素子の冷却装置。