JP2005175163A - Cooling structure of semiconductor module - Google Patents

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崇人 勝浦
Hideki Ando
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor module where heat dissipation is improved by increasing the adhesiveness between the semiconductor module and a cooler by constitution simpler and more inexpensive than that of a conventional semiconductor module. <P>SOLUTION: In the cooling structure of the semiconductor module 10, the semiconductor module 10 is inserted to a hole 3 for module insertion formed at the cooler 1 to dissipate heat from the abutting surface of the hole 3 of the module 10. At least one of the abutting surface of the module 10 with the hole 3 and the abutting surface of the hole 3 with the module 10 is coated with a soft metal layer 16 to dissipate heating from the module 10 to the cooler through the metal layer 16. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、冷却器に形成したモジュール挿入用穴に半導体モジュールを挿入して、半導体モジュールのモジュール挿入用穴との当接面から放熱を行う半導体モジュールの冷却構造であって、簡単・安価な構成で、半導体モジュールのモジュール挿入用穴の壁面との密着性を増し、放熱性を向上させた半導体モジュールの冷却構造に関する。   The present invention is a semiconductor module cooling structure in which a semiconductor module is inserted into a module insertion hole formed in a cooler and radiates heat from a contact surface with the module insertion hole of the semiconductor module. The present invention relates to a cooling structure for a semiconductor module, which increases the adhesion with a wall surface of a module insertion hole of the semiconductor module and improves heat dissipation.

一般的に、パワーモジュール素子等の半導体素子を備えた半導体モジュールは、動作時に発生する熱を放熱するために、半導体モジュールに冷却体を接触させる等の放熱構造を備えている。
例えば、図１２に示すように、半導体モジュール１１０の両面を冷却器１００に接触させて冷却を行うように構成し、半導体モジュール１１０の片面のみを冷却した場合に比べて冷却効果を高めた冷却構造がある。 In general, a semiconductor module including a semiconductor element such as a power module element has a heat dissipation structure such as a cooling body in contact with the semiconductor module in order to dissipate heat generated during operation.
For example, as shown in FIG. 12, the cooling structure is configured such that both sides of the semiconductor module 110 are brought into contact with the cooler 100 to perform cooling, and the cooling effect is enhanced as compared with the case where only one side of the semiconductor module 110 is cooled. There is.

具体的には、冷却器１００は、アルミの押し出し成形等により形成されるチューブ１０２と、該チューブ１０２がろう付けにより接合されるヘッダ部１０１とで構成され、チューブ１０２とチューブ１０２とで半導体モジュール１１０を挟み込む構成となっている。
ヘッダ部１０１とチューブ１０２との接合部は、断面視Ｕ字状に凹んだ変形可能な変形部１０３となっており、チューブ１０２がヘッダ部１０１に対して図１２における上下方向へ容易に移動できるように形成されている。
そして、冷却器１００の上方および下方からバネ等の付勢部材により加圧して、半導体モジュール１１０の上下面に冷却器１００のチューブ１０２を密着させて、良好な放熱特性を得るようにしている。
この場合、変形部１０３によりチューブ１０２を移動可能な構成としているため、チューブ１０２とチューブ１０２との間に位置する半導体モジュール１１０の厚みばらつきを吸収して、半導体モジュール１１０にチューブ１０２を密着させることが可能となっている。（特許文献１参照）。 Specifically, the cooler 100 includes a tube 102 formed by extrusion molding of aluminum and the like, and a header portion 101 to which the tube 102 is joined by brazing, and the tube 102 and the tube 102 constitute a semiconductor module. 110 is sandwiched.
A joint portion between the header portion 101 and the tube 102 is a deformable deformable portion 103 that is recessed in a U shape in a sectional view, and the tube 102 can easily move in the vertical direction in FIG. 12 with respect to the header portion 101. It is formed as follows.
Then, pressure is applied from above and below the cooler 100 by a biasing member such as a spring, and the tubes 102 of the cooler 100 are brought into close contact with the upper and lower surfaces of the semiconductor module 110 to obtain good heat dissipation characteristics.
In this case, since the tube 102 can be moved by the deformable portion 103, the thickness variation of the semiconductor module 110 positioned between the tubes 102 is absorbed, and the tube 102 is adhered to the semiconductor module 110. Is possible. (See Patent Document 1).

特開２００２−２６２１５号公報JP 2002-26215 A

前述のごとく、特許文献１に記載の技術では、半導体モジュール１１０の両面に冷却器１００を密着させることにより良好な放熱特性を得ているが、半導体モジュール１１０の厚みばらつきを吸収するために、厚み方向に変形可能な変形部１０３を冷却器１００に形成する等、冷却器１００に余分な機能を付与していたため構造が複雑になっていた。
また、半導体モジュール１１０に冷却器１００を密着させるためにバネ等の余分な部材が必要となっており、部品点数が増加してコスト高となっていた。 As described above, in the technique described in Patent Document 1, good heat dissipation characteristics are obtained by bringing the cooler 100 into close contact with both surfaces of the semiconductor module 110. However, in order to absorb the thickness variation of the semiconductor module 110, the thickness is reduced. Since an extra function is added to the cooler 100, such as forming the deformable portion 103 that can be deformed in the direction in the cooler 100, the structure is complicated.
Further, an extra member such as a spring is required to bring the cooler 100 into close contact with the semiconductor module 110, which increases the number of parts and increases the cost.

そこで、本発明においては、簡単・安価な構成で、半導体モジュールと冷却器の密着性密着性を増し、放熱性を向上させることができる半導体モジュールを提供するものである。   Therefore, the present invention provides a semiconductor module that can improve heat dissipation by increasing the adhesion between the semiconductor module and the cooler with a simple and inexpensive configuration.

上記課題を解決する半導体モジュールの冷却構造は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載の如く、冷却器に形成したモジュール挿入用穴に半導体モジュールを挿入して、半導体モジュールのモジュール挿入用穴との当接面から放熱を行う半導体モジュールの冷却構造であって、半導体モジュールのモジュール挿入用穴との当接面、およびモジュール挿入用穴の半導体モジュールとの当接面の、少なくとも一方に軟質性金属層をコーティングし、半導体モジュールからの発熱を、軟質性金属層を通じて冷却器へ放熱する。
これにより、半導体モジュールとモジュール挿入用穴の内壁面とをコーティングされた軟質性金属層を介して密着させることができ、半導体モジュールからの熱を効率よく冷却器へ伝達して放熱性を高めることができる。
また、この冷却構造は、半導体モジュールおよびモジュール挿入用穴の少なくとも一方に軟質性金属層をコーティングするとともに、冷却器にモジュール挿入用穴を形成して、このモジュール挿入用穴に半導体モジュールを挿入するだけの簡単な構成であるので、部品点数が増加することもなく、低コストで構成することができる。 The semiconductor module cooling structure for solving the above-described problems has the following characteristics.
That is, the semiconductor module cooling structure according to claim 1, wherein the semiconductor module is inserted into the module insertion hole formed in the cooler, and heat is radiated from the contact surface with the module insertion hole of the semiconductor module. The soft metal layer is coated on at least one of the contact surface of the semiconductor module with the module insertion hole and the contact surface of the module insertion hole with the semiconductor module to generate heat from the semiconductor module. Dissipate heat to the cooler through the layer.
As a result, the semiconductor module and the inner wall surface of the module insertion hole can be brought into close contact with each other through the coated soft metal layer, and heat from the semiconductor module is efficiently transmitted to the cooler to improve heat dissipation. Can do.
Further, this cooling structure coats at least one of the semiconductor module and the module insertion hole with a soft metal layer, forms a module insertion hole in the cooler, and inserts the semiconductor module into the module insertion hole. Therefore, the number of components is not increased and the configuration can be made at low cost.

また、請求項２記載の如く、前記軟質性金属層の総厚み寸法が、軟質性金属層形成面における半導体モジュールとモジュール挿入用穴との間の総隙間寸法よりも大きい。
これにより、軟質性金属層により、半導体モジュールの厚み寸法やモジュール挿入用穴の幅寸法等の、寸法のばらつきを吸収して、全ての半導体モジュールおよび冷却器に対して、半導体モジュールとモジュール挿入用穴との密着性を確保することができ、確実に良好な放熱特性を得ることが可能となる。 According to a second aspect of the present invention, the total thickness dimension of the soft metal layer is larger than the total gap dimension between the semiconductor module and the module insertion hole on the soft metal layer forming surface.
As a result, the soft metal layer absorbs the dimensional variations such as the thickness dimension of the semiconductor module and the width dimension of the module insertion hole, and the semiconductor module and the module insertion module are inserted into all the semiconductor modules and coolers. Adhesion with the hole can be ensured, and good heat dissipation characteristics can be obtained with certainty.

また、請求項３記載の如く、前記半導体モジュールを、モジュール挿入用穴へ挿入する際に、軟質性金属が塑性変形する。
これにより、半導体モジュールとモジュール挿入用穴との間に生じる残留応力を緩和することができ、半導体モジュールの半導体素子が受けるダメージを低減することができる。 According to a third aspect of the present invention, when the semiconductor module is inserted into the module insertion hole, the soft metal is plastically deformed.
Thereby, the residual stress which arises between a semiconductor module and a module insertion hole can be relieved, and the damage which the semiconductor element of a semiconductor module receives can be reduced.

本発明によれば、半導体モジュールからの熱を効率よく冷却器へ伝達して放熱性を高めることができるとともに、部品点数が増加することもなく、低コストで冷却構造を構成することができる。
また、半導体モジュールとモジュール挿入用穴との間に生じる残留応力を緩和することができ、半導体モジュールの半導体素子が受けるダメージを低減することができる。 According to the present invention, heat from the semiconductor module can be efficiently transmitted to the cooler to improve heat dissipation, and the cooling structure can be configured at low cost without increasing the number of components.
Further, residual stress generated between the semiconductor module and the module insertion hole can be relaxed, and damage to the semiconductor element of the semiconductor module can be reduced.

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。
まず、半導体モジュール１０の構成について説明する。
図１に示す半導体モジュール１０は、パワー素子等の半導体素子１１と、半導体素子１１の下面とはんだ１８により接続されるコレクタ電極１２ａと、半導体素子１１の上面とはんだ１８により接続されるゲート電極１２ｂと、同じく半導体素子１１の上面とはんだ１８により接続されるエミッタ電極１２ｃと、コレクタ電極１２ａの下面、およびエミッタ電極１２ｃの上面に、それぞれはんだ１８で接続される絶縁板１５と、絶縁板１５と絶縁板１５との間に介装される複数のスペーサ１７・１７・・・とを備えている。 Next, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, the configuration of the semiconductor module 10 will be described.
A semiconductor module 10 shown in FIG. 1 includes a semiconductor element 11 such as a power element, a collector electrode 12 a connected to the lower surface of the semiconductor element 11 by solder 18, and a gate electrode 12 b connected to the upper surface of the semiconductor element 11 by solder 18. Similarly, an emitter electrode 12c connected to the upper surface of the semiconductor element 11 by the solder 18, an insulating plate 15 connected to the lower surface of the collector electrode 12a, and an upper surface of the emitter electrode 12c by the solder 18, respectively, A plurality of spacers 17, 17... Interposed between the insulating plate 15 and the insulating plate 15.

上下の絶縁板１５・１５の外側面（つまり、図１における上側の絶縁板１５の上面および下側の絶縁板１５の下面）には、それぞれ軟質性金属層１６がコーティングされている。
軟質性金属層１６には、錫や金等といった軟質性の金属が用いられており、後述するように、半導体モジュール１０を冷却器１のモジュール挿入用穴３（図２参照）へ挿入する際には、その挿入する力により軟質性金属層１６が容易に変形可能となっている。 The outer surfaces of the upper and lower insulating plates 15 and 15 (that is, the upper surface of the upper insulating plate 15 and the lower surface of the lower insulating plate 15 in FIG. 1) are respectively coated with a soft metal layer 16.
A soft metal such as tin or gold is used for the soft metal layer 16, and when the semiconductor module 10 is inserted into the module insertion hole 3 (see FIG. 2) of the cooler 1 as described later. The soft metal layer 16 can be easily deformed by the insertion force.

次に、半導体モジュール１０の冷却構造について説明する。
図２、図３に示すように、冷却器１は、下方を開放した箱状の本体２と、開放された本体２の下面を塞ぐ蓋体４とを備えている。蓋体４はボルト等により本体２に取り付けられており、本体２と蓋体４との接合面は、ＦＩＰＧ（Ｆｏｒｍｅｄ Ｉｎ Ｐｌａｃｅ Ｇａｓｋｅｔ：現場成形ガスケット）等のシール部材７により全周にわたってシールされている。
なお、本体２は、例えばアルミダイキャストにより成形され、蓋体４は、例えばアルミダイキャストまたはプレスにより成形される。 Next, the cooling structure of the semiconductor module 10 will be described.
As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the cooler 1 includes a box-shaped main body 2 whose lower side is opened and a lid body 4 that closes the lower surface of the opened main body 2. The lid 4 is attached to the main body 2 with bolts or the like, and the joint surface between the main body 2 and the lid 4 is sealed over the entire circumference by a seal member 7 such as FIPG (Formed In Place Gasket). Yes.
The main body 2 is formed by, for example, aluminum die casting, and the lid body 4 is formed by, for example, aluminum die casting or pressing.

冷却器１の本体２にはモジュール挿入用穴３が形成されており、このモジュール挿入用穴３に半導体モジュール１０が挿入される。
モジュール挿入用穴３は、必要な半導体モジュール１０の数に応じた数だけ形成されており、本実施形態では６箇所に形成されている。
また、本体２内部の空間５には冷却水が充満している。冷却水は、本体２に形成される冷却水入口２ａから空間５内部に浸入し、冷却水出口２ｂから排出され、空間５内を循環している。 A module insertion hole 3 is formed in the main body 2 of the cooler 1, and the semiconductor module 10 is inserted into the module insertion hole 3.
The number of module insertion holes 3 is formed according to the number of necessary semiconductor modules 10, and is formed at six locations in the present embodiment.
The space 5 inside the main body 2 is filled with cooling water. The cooling water enters the space 5 from the cooling water inlet 2 a formed in the main body 2, is discharged from the cooling water outlet 2 b, and circulates in the space 5.

ここで、図４に示すように、半導体モジュール１０における、絶縁板１５・１５の外側面間の厚み寸法をＤ１とし、両絶縁板１５・１５の外側面にコーティングされた軟質性金属層１６・１６の外側面間の厚み寸法をＤ２とし、モジュール挿入用穴３における、半導体モジュール１０を挿入した際に半導体モジュール１０の外側面と対向する内壁面３ａ・３ａ間の寸法をＷとすると、寸法Ｄ１、寸法Ｄ２、および寸法Ｗは、寸法Ｄ２＞寸法Ｗ＞寸法Ｄ１の関係を満足するように設定されている。   Here, as shown in FIG. 4, in the semiconductor module 10, the thickness dimension between the outer surfaces of the insulating plates 15 and 15 is D1, and the soft metal layers 16 and 16 coated on the outer surfaces of the both insulating plates 15 and 15 are used. When the thickness dimension between the outer side surfaces of 16 is D2, and the dimension between the inner wall surfaces 3a and 3a facing the outer side surface of the semiconductor module 10 when the semiconductor module 10 is inserted in the module insertion hole 3, the dimension is The dimension D1, the dimension D2, and the dimension W are set so as to satisfy the relationship of dimension D2> dimension W> dimension D1.

軟質性金属層１６・１６を含んだ半導体モジュール１０全体の厚み寸法Ｄ２は、モジュール挿入用穴３の幅寸法Ｗよりも大きく形成されているが、半導体モジュール１０をモジュール挿入用穴３に圧力を加えながら挿入（圧入）していくと、半導体モジュール１０を挿入する力により、該軟質性金属層１６の厚み寸法が半導体モジュール１０の絶縁板１５とモジュール挿入用穴３の内壁面３ａとの間の隙間寸法と同じ寸法となるように、軟質性金属層１６が容易に塑性変形する。   The overall thickness D2 of the semiconductor module 10 including the soft metal layers 16 and 16 is formed to be larger than the width W of the module insertion hole 3, but the semiconductor module 10 is pressed against the module insertion hole 3. When inserted (press-fitted) while applying, the thickness of the flexible metal layer 16 is between the insulating plate 15 of the semiconductor module 10 and the inner wall surface 3a of the module insertion hole 3 by the force of inserting the semiconductor module 10. The flexible metal layer 16 is easily plastically deformed so as to have the same size as the gap size.

従って、図５に示すように、半導体モジュール１０をモジュール挿入用穴３へ挿入し終えた状態では、両側の絶縁板１５と内壁面３ａとの間に、軟質性金属層１６が隙間なく充填された状態となる。
このように、軟質性金属層１６・１６をコーティングした半導体モジュール１０をモジュール挿入用穴３へ圧入することで、両側の絶縁板１５と内壁面３ａとを、軟質性金属層１６を介して密着させることができる。 Therefore, as shown in FIG. 5, when the semiconductor module 10 is completely inserted into the module insertion hole 3, the soft metal layer 16 is filled between the insulating plates 15 and the inner wall surface 3a on both sides without any gap. It becomes a state.
In this way, by pressing the semiconductor module 10 coated with the soft metal layers 16 and 16 into the module insertion hole 3, the insulating plates 15 on both sides and the inner wall surface 3 a are brought into close contact with each other via the soft metal layer 16. Can be made.

そして、半導体モジュール１０の半導体素子１１から発生した熱を、半導体モジュール１０の両面から軟質性金属層１６を通じて冷却器１の本体２へ伝達し、空間５内の冷却水へ放熱する冷却構造を構成している。
この冷却構造においては、半導体モジュール１０の絶縁板１５と本体２側の内壁面３ａとが軟質性金属層１６を介して密着しているので、半導体モジュール１０からの熱を効率よく本体２へ伝達して放熱性を高めることができる。
また、この冷却構造は、半導体モジュール１０の両面に軟質性金属層１６をコーティングするとともに、冷却器１にモジュール挿入用穴３を形成して、このモジュール挿入用穴３に半導体モジュール１０を挿入するだけの簡単な構成であるので、部品点数が増加することもなく、低コストで構成することができる。 And the heat which generate | occur | produced from the semiconductor element 11 of the semiconductor module 10 is transmitted to the main body 2 of the cooler 1 through the soft metal layer 16 from both surfaces of the semiconductor module 10, and the cooling structure which thermally radiates to the cooling water in the space 5 is comprised. doing.
In this cooling structure, since the insulating plate 15 of the semiconductor module 10 and the inner wall surface 3a on the main body 2 side are in close contact with each other through the soft metal layer 16, heat from the semiconductor module 10 is efficiently transmitted to the main body 2. And heat dissipation can be improved.
Further, in this cooling structure, the soft metal layer 16 is coated on both surfaces of the semiconductor module 10, the module insertion hole 3 is formed in the cooler 1, and the semiconductor module 10 is inserted into the module insertion hole 3. Therefore, the number of components is not increased and the configuration can be made at low cost.

さらに、例えば、半導体モジュール１０に軟質性金属層１６をコーティングせずに、半導体モジュール１０の厚み寸法Ｄ１とモジュール挿入用穴３の幅寸法Ｗとを同じ寸法に形成して、半導体モジュール１０をモジュール挿入用穴３へ挿入した場合には、絶縁板１５および冷却器１の本体２は容易に塑性変形しないため、半導体モジュール１０とモジュール挿入用穴３との間には残留応力が発生する。
しかし、前述のように軟質性金属層１６をコーティングした半導体モジュール１０をモジュール挿入用穴３へ挿入した場合は、挿入時に軟質性金属層１６が塑性容易に変形するため、半導体モジュール１０とモジュール挿入用穴３との間の残留応力を緩和することができ、半導体モジュール１０の半導体素子１１が受けるダメージを低減することができる。 Further, for example, without coating the semiconductor module 10 with the soft metal layer 16, the thickness dimension D1 of the semiconductor module 10 and the width dimension W of the module insertion hole 3 are formed to be the same dimension. When inserted into the insertion hole 3, the insulating plate 15 and the main body 2 of the cooler 1 are not easily plastically deformed, so that residual stress is generated between the semiconductor module 10 and the module insertion hole 3.
However, when the semiconductor module 10 coated with the soft metal layer 16 is inserted into the module insertion hole 3 as described above, the soft metal layer 16 is easily plastically deformed at the time of insertion. Residual stress between the working hole 3 and the semiconductor element 11 of the semiconductor module 10 can be reduced.

また、半導体モジュール１０に軟質性金属層１６をコーティングせずに、半導体モジュール１０の厚み寸法Ｄ１とモジュール挿入用穴３の幅寸法Ｗとを同じ寸法に形成した場合には、半導体モジュール１０の組立精度やモジュール挿入用穴３の加工精度等により、厚み寸法Ｄ１よりも幅寸法Ｗの方が大きくなって、半導体モジュール１０とモジュール挿入用穴３との間に隙間が生じて、良好な放熱性能が得られない場合がある。
しかし、軟質性金属層１６をコーティングした半導体モジュール１０の厚み寸法Ｄ２（軟質性金属層１６の厚みを含む厚み寸法）が公差により最小寸法となるとともに、モジュール挿入用穴３の幅寸法Ｗが公差により最大寸法となったときでも、寸法Ｄ２＞寸法Ｗ（且つ寸法Ｗ＞寸法Ｄ１）となるように設定しておけば、軟質性金属層１６により寸法のばらつきを吸収して、全ての半導体モジュール１０および冷却器１に対しても、半導体モジュール１０とモジュール挿入用穴３との密着性を確保することができ、確実に良好な放熱特性を得ることが可能となる。 Further, when the semiconductor module 10 is not coated with the soft metal layer 16 and the thickness dimension D1 of the semiconductor module 10 and the width dimension W of the module insertion hole 3 are formed to the same dimension, the assembly of the semiconductor module 10 is performed. Due to the accuracy and the processing accuracy of the module insertion hole 3, the width dimension W is larger than the thickness dimension D1, and a gap is formed between the semiconductor module 10 and the module insertion hole 3, thereby providing good heat dissipation performance. May not be obtained.
However, the thickness dimension D2 of the semiconductor module 10 coated with the soft metal layer 16 (thickness dimension including the thickness of the soft metal layer 16) is the minimum dimension due to tolerance, and the width dimension W of the module insertion hole 3 is tolerance. Even when the maximum dimension is reached, if the dimension D2> dimension W (and dimension W> dimension D1) is set, the flexible metal layer 16 absorbs the variation in dimension, and all the semiconductor modules Also for the cooler 10 and the cooler 1, the adhesion between the semiconductor module 10 and the module insertion hole 3 can be ensured, and good heat dissipation characteristics can be obtained with certainty.

なお、図６に示すように、軟質性金属層１６は、半導体モジュール１０に形成するだけでなく、モジュール挿入用穴３の内壁面３ａ・３ａにも加えて形成することができる。
この場合は、半導体モジュール１０の前記厚み寸法Ｄ１よりも、モジュール挿入用穴３の内壁面３ａ・３ａ間の幅寸法Ｗが大きくなるように形成するとともに、半導体モジュール１０の前記厚み寸法Ｄ２よりも、モジュール挿入用穴３に形成した軟質性金属層１６・１６間の幅寸法Ｗ１が小さくなるように形成する。 As shown in FIG. 6, the soft metal layer 16 can be formed not only on the semiconductor module 10 but also on the inner wall surfaces 3 a and 3 a of the module insertion hole 3.
In this case, the width W between the inner wall surfaces 3a and 3a of the module insertion hole 3 is formed to be larger than the thickness D1 of the semiconductor module 10, and the thickness D2 of the semiconductor module 10 is larger than the thickness D2. The width dimension W1 between the soft metal layers 16 and 16 formed in the module insertion hole 3 is formed to be small.

さらに、図７に示すように、半導体モジュール１０には軟質性金属層１６を形成せず、モジュール挿入用穴３の内壁面３ａ・３ａのみに軟質性金属層１６を形成することもできる。
この場合は、半導体モジュール１０の前記厚み寸法Ｄ１よりも、モジュール挿入用穴３の内壁面３ａ・３ａ間の幅寸法Ｗが大きくなるように形成するとともに、半導体モジュール１０の前記厚み寸法Ｄ１よりも、モジュール挿入用穴３に形成した軟質性金属層１６・１６間の幅寸法Ｗ１が小さくなるように形成する。 Further, as shown in FIG. 7, the soft metal layer 16 may be formed only on the inner wall surfaces 3 a and 3 a of the module insertion hole 3 without forming the soft metal layer 16 in the semiconductor module 10.
In this case, the width dimension W between the inner wall surfaces 3a and 3a of the module insertion hole 3 is larger than the thickness dimension D1 of the semiconductor module 10, and the thickness dimension D1 of the semiconductor module 10 is larger than the thickness dimension D1 of the semiconductor module 10. The width dimension W1 between the soft metal layers 16 and 16 formed in the module insertion hole 3 is formed to be small.

このように、軟質性金属層１６は、半導体モジュール１０側のみ、モジュール挿入用穴３側のみ、または半導体モジュール１０側とモジュール挿入用穴３側との両方に形成することができるが、
いずれの場合においても、軟質性金属層１６の総厚み寸法が、軟質性金属層１６形成面における半導体モジュール１０とモジュール挿入用穴３との間の総隙間寸法よりも大きくなっている。 Thus, the soft metal layer 16 can be formed only on the semiconductor module 10 side, only on the module insertion hole 3 side, or on both the semiconductor module 10 side and the module insertion hole 3 side.
In any case, the total thickness dimension of the flexible metal layer 16 is larger than the total gap dimension between the semiconductor module 10 and the module insertion hole 3 on the surface where the flexible metal layer 16 is formed.

例えば、図４のように、半導体モジュール１０側のみに軟質性金属層１６をコーティングした場合は、軟質性金属層１６の総厚み寸法である（Ｄ２−Ｄ１）が、絶縁板１５と内壁面３ａとの隙間寸法である（Ｗ−Ｄ１）よりも大きくなっている。
また、図６のように、半導体モジュール１０側とモジュール挿入用穴３側との両方に軟質性金属層１６をコーティングした場合は、軟質性金属層１６の総厚み寸法である（（Ｄ２−Ｄ１）+（Ｗ−Ｗ１））が、絶縁板１５と内壁面３ａとの隙間寸法である（Ｗ−Ｄ１）よりも大きくなっている。
さらに、図７のように、モジュール挿入用穴３側のみに軟質性金属層１６をコーティングした場合は、軟質性金属層１６の総厚み寸法である（Ｗ−Ｗ１）が、絶縁板１５と内壁面３ａとの隙間寸法である（Ｗ−Ｄ１）よりも大きくなっている。 For example, as shown in FIG. 4, when the soft metal layer 16 is coated only on the semiconductor module 10 side, the total thickness dimension of the soft metal layer 16 (D2-D1) is the insulating plate 15 and the inner wall surface 3a. It is larger than (W-D1) which is the gap dimension.
In addition, as shown in FIG. 6, when the soft metal layer 16 is coated on both the semiconductor module 10 side and the module insertion hole 3 side, the total thickness dimension of the soft metal layer 16 ((D2-D1 ) + (W−W1)) is larger than (W−D1), which is a gap dimension between the insulating plate 15 and the inner wall surface 3a.
Furthermore, as shown in FIG. 7, when the soft metal layer 16 is coated only on the module insertion hole 3 side, the total thickness dimension of the soft metal layer 16 (W-W1) It is larger than (W-D1) which is a gap dimension with the wall surface 3a.

次に、半導体モジュールの冷却構造の第二の実施形態について説明する。
本実施形態では、図８、図９に示すように、まず、両外側面にそれぞれ軟質性金属層１６をコーティングした半導体モジュール１０が、上方を開放した箱形状に形成される放熱ケース２５に挿入される。
放熱ケース２５は、アルミダイキャスト等により成形され、その両外側面には複数の放熱フィン２５ａ・２５ａ・・・が形成されている。
また、放熱ケース２５の上端縁部には、外側方向に突出するフランジ部２５ｂが形成されている。 Next, a second embodiment of the semiconductor module cooling structure will be described.
In this embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, first, the semiconductor module 10 whose outer side surfaces are respectively coated with the soft metal layer 16 is inserted into a heat radiating case 25 formed in a box shape with an open top. Is done.
The heat radiating case 25 is formed by aluminum die casting or the like, and a plurality of heat radiating fins 25a, 25a,.
Further, a flange portion 25 b that protrudes outward is formed at the upper edge of the heat radiating case 25.

半導体モジュール１０における、絶縁板１５・１５の外側面間の厚み寸法Ｄ１、軟質性金属層１６・１６の外側面間の厚み寸法Ｄ２、および放熱ケース２５における、挿入した半導体モジュール１０の外側面と対向する内壁面２５ｃ・２５ｃ間の寸法Ｗは、前述の第一の実施形態の場合と同様に、寸法Ｄ２＞寸法Ｗ＞寸法Ｄ１の関係を満足するように設定されている。
そして、放熱ケース２５に挿入された半導体モジュール１０の絶縁板１５・１５は、放熱ケース２５における放熱フィン２５ａ・２５ａ・・・の形成面と、軟質性金属層１６・１６を介して密着している。 The thickness dimension D1 between the outer surfaces of the insulating plates 15 and 15 in the semiconductor module 10, the thickness dimension D2 between the outer surfaces of the soft metal layers 16 and 16, and the outer surface of the inserted semiconductor module 10 in the heat dissipation case 25 The dimension W between the opposing inner wall surfaces 25c and 25c is set so as to satisfy the relationship of dimension D2> dimension W> dimension D1, as in the case of the first embodiment described above.
The insulating plates 15 and 15 of the semiconductor module 10 inserted into the heat radiating case 25 are in close contact with the formation surfaces of the heat radiating fins 25a and 25a in the heat radiating case 25 through the soft metal layers 16 and 16. Yes.

図１０、図１１に示すように、半導体モジュール１０が挿入された放熱ケース２５は、冷却器２０の本体２１に形成された挿入孔２１ｃに上方から挿入されて組み付けられる。
放熱ケース２５の本体２１への組み付けは、放熱ケース２５のフランジ部２５ｂをボルトで本体２１の上面に締結する等して行われており、フランジ部２５ｂと本体２１の上面との間は、ＦＩＰＧ等のシール部材７により全周にわたってシールされている。 As shown in FIGS. 10 and 11, the heat radiating case 25 in which the semiconductor module 10 is inserted is inserted and assembled from above into an insertion hole 21 c formed in the main body 21 of the cooler 20.
The heat radiating case 25 is assembled to the main body 21 by fastening the flange portion 25b of the heat radiating case 25 to the upper surface of the main body 21 with bolts, and the gap between the flange portion 25b and the upper surface of the main body 21 is FIPG. The whole circumference is sealed by a sealing member 7 such as.

なお、シール部材７を、シール性を有する接着剤として、接着剤により放熱ケース２５の固定とシールとの両方を行うようにすることで、フランジ部２５ｂを締結するボルトを省くことができる。
また、本体２１はアルミダイキャスト等により成形され、本体２１内部の空間２３には冷却水が充満している。冷却水は、本体２１に形成される冷却水入口２１ａから空間２３内部に浸入し、冷却水出口２１ｂから排出され、空間５内を循環している。 In addition, the bolt which fastens the flange part 25b can be omitted by using the sealing member 7 as an adhesive having a sealing property so that the heat radiation case 25 is both fixed and sealed with the adhesive.
The main body 21 is formed by aluminum die casting or the like, and the space 23 inside the main body 21 is filled with cooling water. The cooling water enters the space 23 from the cooling water inlet 21 a formed in the main body 21, is discharged from the cooling water outlet 21 b, and circulates in the space 5.

このように、冷却器２０の本体２１とは別体に形成した放熱ケース２５に半導体モジュール１０を挿入して、半導体モジュール１０を挿入した放熱ケース２５を本体２１の挿入孔２１ｃに挿入することで、半導体モジュール１０の半導体素子１１から発生した熱を、半導体モジュール１０の両面から軟質性金属層１６を通じて放熱ケース２５へ伝達し、放熱ケース２５が浸漬されている空間２３内の冷却水への放熱を行う冷却構造を構成している。   In this way, by inserting the semiconductor module 10 into the heat radiating case 25 formed separately from the main body 21 of the cooler 20 and inserting the heat radiating case 25 into which the semiconductor module 10 is inserted into the insertion hole 21 c of the main body 21. The heat generated from the semiconductor element 11 of the semiconductor module 10 is transferred from both sides of the semiconductor module 10 to the heat radiating case 25 through the soft metal layer 16 and radiated to the cooling water in the space 23 in which the heat radiating case 25 is immersed. The cooling structure which performs is comprised.

この冷却構造においては、第一の実施形態の場合と同様に、半導体モジュール１０の絶縁板１５と放熱ケース２５の内壁面２５ｃとが軟質性金属層１６を介して密着しているので、半導体モジュール１０からの熱を効率よく放熱ケース２５へ伝達して放熱性を高めることができる。
さらに、放熱ケース２５と本体２１とが別体に形成されているので、冷却器２０の冷却水との熱交換部位である放熱ケース２５の両外側面に放熱フィン２５ａ・２５ａ・・・を形成することが可能となっている。このように放熱フィン２５ａ・２５ａ・・・を形成することで、半導体モジュール１０からの冷却水への放熱性能を大幅に向上させることができる。 In this cooling structure, as in the case of the first embodiment, the insulating plate 15 of the semiconductor module 10 and the inner wall surface 25c of the heat radiating case 25 are in close contact with each other via the soft metal layer 16, so that the semiconductor module The heat from 10 can be efficiently transmitted to the heat radiating case 25 to improve the heat dissipation.
Further, since the heat radiating case 25 and the main body 21 are formed separately, the heat radiating fins 25a, 25a,... Are formed on both outer side surfaces of the heat radiating case 25 which is a heat exchange part with the cooling water of the cooler 20. It is possible to do. Thus, by forming the radiation fins 25a, 25a..., The heat radiation performance from the semiconductor module 10 to the cooling water can be greatly improved.

本発明の冷却構造に用いられる半導体モジュールを示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the semiconductor module used for the cooling structure of this invention. 本発明の冷却構造を構成する冷却器および冷却器にセットされる半導体モジュールを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the semiconductor module set to the cooler which comprises the cooling structure of this invention, and a cooler. 図２におけるＣ−Ｃ側面断面図である。It is CC side surface sectional drawing in FIG. 半導体モジュールの厚み寸法とモジュール挿入用穴の幅寸法との関係を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the relationship between the thickness dimension of a semiconductor module, and the width dimension of the hole for module insertion. 半導体モジュールがモジュール挿入用穴に挿入された状態を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the state by which the semiconductor module was inserted in the hole for module insertion. 半導体モジュール側とモジュール挿入用穴側との両方に軟質性金属層をコーティングした場合の、半導体モジュールの厚み寸法とモジュール挿入用穴の幅寸法との関係を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the relationship between the thickness dimension of a semiconductor module, and the width dimension of a module insertion hole at the time of coating a soft metal layer on both the semiconductor module side and the module insertion hole side. モジュール挿入用穴側のみに軟質性金属層をコーティングした場合の、半導体モジュールの厚み寸法とモジュール挿入用穴の幅寸法との関係を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the relationship between the thickness dimension of a semiconductor module, and the width dimension of a module insertion hole at the time of coating a soft metal layer only on the module insertion hole side. 冷却構造の第二の実施形態を示す図であって、半導体モジュールが挿入される放熱ケースを示す斜視図である。It is a figure which shows 2nd embodiment of a cooling structure, Comprising: It is a perspective view which shows the thermal radiation case where a semiconductor module is inserted. 第二の実施形態における、半導体モジュールの厚み寸法と放熱ケースの幅寸法との関係を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the relationship between the thickness dimension of a semiconductor module in 2nd embodiment, and the width dimension of a thermal radiation case. 第二の実施形態における、冷却構造を構成する冷却器および冷却器にセットされる半導体モジュールを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the semiconductor module set to the cooler which comprises the cooling structure in 2nd embodiment, and a cooler. 図１０におけるＥ−Ｅ側面断面図である。It is EE side surface sectional drawing in FIG. 従来の半導体モジュールの冷却構造を示す側面断面図である。It is side surface sectional drawing which shows the cooling structure of the conventional semiconductor module.

符号の説明Explanation of symbols

１ 冷却器
２ 本体
３ モジュール挿入用穴
１０ 半導体モジュール
１５ 絶縁板
１６ 軟質性金属層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cooler 2 Main body 3 Module insertion hole 10 Semiconductor module 15 Insulation plate 16 Soft metal layer

Claims (3)

冷却器に形成したモジュール挿入用穴に半導体モジュールを挿入して、半導体モジュールのモジュール挿入用穴との当接面から放熱を行う半導体モジュールの冷却構造であって、
半導体モジュールのモジュール挿入用穴との当接面、およびモジュール挿入用穴の半導体モジュールとの当接面の、少なくとも一方に軟質性金属層をコーティングし、
半導体モジュールからの発熱を、軟質性金属層を通じて冷却器へ放熱することを特徴とする半導体モジュールの冷却構造。 A semiconductor module cooling structure for inserting a semiconductor module into a module insertion hole formed in a cooler and radiating heat from a contact surface with the module insertion hole of the semiconductor module,
A soft metal layer is coated on at least one of the contact surface of the semiconductor module with the module insertion hole and the contact surface of the module insertion hole with the semiconductor module,
A cooling structure for a semiconductor module, wherein heat generated from the semiconductor module is radiated to a cooler through a soft metal layer. 前記軟質性金属層の総厚み寸法が、軟質性金属層形成面における半導体モジュールとモジュール挿入用穴との間の総隙間寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュールの冷却構造。   2. The cooling of a semiconductor module according to claim 1, wherein a total thickness dimension of the soft metal layer is larger than a total gap dimension between the semiconductor module and the module insertion hole on the soft metal layer forming surface. Construction. 前記半導体モジュールを、モジュール挿入用穴へ挿入する際に、軟質性金属が塑性変形することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体モジュールの冷却構造。


3. The semiconductor module cooling structure according to claim 1, wherein the soft metal is plastically deformed when the semiconductor module is inserted into the module insertion hole.


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