JP2006100356A - 半導体装置の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な組み付け性のもとで、小型かつ高い冷却性能を備えた半導体装置の冷却装置を提供する。
【解決手段】 半導体装置１０は、封止部材１３の電極板１２側の端部において、半導体装置１０の長手方向に対して垂直方向に突起した鍔部１４を有する。ケース２０は、筒状体であり、側面の一部に、長手方向に延在するスリット部２２を含む。スリット部２２は、半導体装置１０を図中の矢印で示す方向にケース２０の一方開口端面からスライドさせた状態において、封止部材１３の鍔部１４の根元部分１４０と当接される。これにより、半導体装置１０とケース２０とは嵌合され、半導体装置１０の外方側面とケース２０の内方側面との間に冷却媒体流路を形成する。半導体装置１０に生じた熱は、フィン部１６を介して冷却媒体流路を通流する冷却媒体に放熱される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、半導体装置の冷却装置に関し、より特定的には、浸漬型の冷却構造を採用する半導体装置の冷却装置に関する。

最近、環境に配慮した自動車として、ハイブリッド自動車（Hybrid Vehicle）および電気自動車（Electric Vehicle）が注目されている。ハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。

また、電気自動車は、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。

このようなハイブリッド自動車または電気自動車においては、インバータに加えて、直流電源からの直流電圧を昇圧してインバータに供給し、または、インバータからの直流電圧を降圧して直流電源に供給する昇降圧コンバータが一般に備えられる。

このようなインバータおよび昇降圧コンバータとしては、上アームおよび下アームの各々に半導体スイッチング素子を接続して構成したパワーモジュールを複数個組み込んだ構成が知られている。パワーモジュールにおいては、高密度実装の要求が高まっており、これを実現するためには、パワーモジュールが動作時に発生した熱を素早く放熱することによって、温度上昇を抑えることが重要となる。そこで、従来より、冷却効率に優れた半導体装置の冷却構造が多数提案されている（たとえば特許文献１，２参照）。

図１１は、たとえば特許文献１に記載される従来の半導体装置の冷却装置の構成図である。

図１１を参照して、容器３１０には、冷却液体としての水が収容されており、被冷却体３１３を出し入れするための開口部３１７ａ，３１７ｂと、容器３１０の内部を減圧するための排気装置（図示せず）に接続されている排気口３１５ａと、冷却液体を入れるための導入口３１６とが設けられる。

容器３１０の内部には、樹脂フィルムからなる袋３１１ａ，３１１ｂが、袋３１１ａ，３１１ｂの口が開口部３１７ａ，３１７ｂとそれぞれ共通するように取り付けられる。この袋３１１ａ，３１１ｂの中に、回路基板３１２ａ，３１２ｂに搭載された半導体チップ（被冷却体）３１３が収納される。袋３１１ａ，３１１ｂは、柔軟で自在に変形可能であり、周囲に冷却液体を満たした場合や袋の内部を減圧した場合において、外部圧力により収縮・変形し、半導体チップ３１３と良く密着する。

容器３１０の開口部３１７ａおよび袋３１１ａの口には、容器３１０および袋３１１ａの内部を密閉するための蓋３１４ａが設けられる。蓋３１４ａは、開口部３１７ａを閉じるとともに、回路基板３１２ａを吊るして袋３１１ａの内部に保持することができる。さらに、蓋３１４ａには、袋３１１ａの内部を減圧するための排気装置に接続される排気口３１５ａと、回路基板３１２ａと電気的に接続される外部リード（図示せず）とが形成される。この外部リードを介して、回路基板３１２ａに搭載された半導体チップ３１３に電気信号等が送られる。

以上の構成において、被冷却体である半導体チップ３１３は、袋３１１ａを介して間接的に冷却液体と接触されることから、半導体チップ３１３上の電極等の腐食を防止することができる。また、袋３１１ａが水圧によって半導体チップ３１３の形状に従って変形するため、半導体チップ３１３への密着性が増し、水と半導体チップ３１３との間に介在する熱伝導率の小さい大気を排除することができることから、優れた冷却能力が実現される。さらに、被冷却体を直接浸漬する冷却装置に対して、メンテナンス等による取り外しが容易となる。
特許第２８０４６４０号公報 特開２００１−１５６２２５号公報

しかしながら、図１１に示す半導体装置の冷却装置においては、被冷却体である半導体チップ３１３は、容器３１０の開口部３１７ａおよび袋３１１ａの口に対して垂直に挿入して収納されることから、当該冷却装置で冷却できる半導体チップ３１３の大きさには、開口部３１７ａの大きさによる制約が生じることになる。

このことは、被冷却体の大きさに合わせて開口部３１７ａと袋３１１ａの口の大きさを設計する必要を生じることから、組み付け工程が複雑化し、製造コストがかさむ要因となる。

さらに、半導体チップ３１３に放熱部材であるフィンを設置して、冷却性能を高めようとすると、被冷却体自体の体格が大きくなることに伴なって、開口部３１７ａおよび袋３１１ａの口を大きくしなければならず、ひいては冷却装置自体を大型化することになってしまう。このため、設置できるフィンの大きさに限界が生じることとなり、冷却性能を向上させることが困難であった。

また、フィンの形状によっては、袋３１１ａと半導体チップ３１３との密着性が損なわれ、半導体チップ３１３と冷却液体との接触熱抵抗が増加してしまうことから、フィンの設計自由度にも限界が生じていた。

それゆえ、この発明の目的は、良好な組み付け性のもとで、小型かつ高い冷却性能を備えた半導体装置の冷却装置を提供することである。

この発明のある局面によれば、半導体装置の冷却装置は、被冷却部材と、内部を通流する冷却媒体中に被冷却部材を浸漬させて冷却する冷却部材とを備える。被冷却部材は、冷却媒体の通流方向の一方端面から冷却部材に挿入されて、冷却部材と嵌合され、冷却部材は、被冷却部材との間に冷却媒体が通流する冷却媒体流路を形成する。

好ましくは、冷却部材は、通流方向に延在する側面の一部に、通流方向に貫通するスリット部を含む。被冷却部材は、スリット部に沿って冷却部材に挿入される。

好ましくは、スリット部は、通流方向の中央部分が閉じた形状を有する。被冷却部材は、通流方向の一方端面および他方端面の各々から、スリット部に沿って冷却部材に挿入される。

好ましくは、被冷却部材は、通流方向に延在する鍔部を含み、冷却部材への挿入時において、鍔部の根元部分とスリット部とが嵌合される。

好ましくは、冷却部材は、通流方向の一方端面および他方端面を封止する蓋部材を含む。蓋部材は、冷却部材の外部と冷却媒体流路とを連結する貫通孔を含む。

好ましくは、冷却部材は、被冷却部材を収容する筐体部材と、筐体部材の開口端面を封止し、筐体部材と一体化して冷却媒体が通流する冷却媒体流路を形成する天板部材とをさらに含む。

好ましくは、筐体部材は、通流方向に対して並列に配され、各々が被冷却部材を収容する複数の溝部を含む。

好ましくは、天板部材は、複数の溝部とそれぞれ対向するように配された複数のスリット部を含む。

好ましくは、冷却部材は、筐体部材の内部に設けられ、各々が、通流方向に延在する一対の板状体と、一対の板状体の主表面上に、通流方向に沿って所定の間隔で配された複数の噴孔とをさらに含む。被冷却部材は、一対の板状体の間に収容され、冷却部材は、冷却媒体を、筐体部材と一対の板状体との間隙を通流させ、噴孔を通じて被冷却部材に噴射する冷却媒体流路を形成する。

好ましくは、被冷却部材は、冷却媒体流路に当接するフィン部をさらに含む。

好ましくは、フィン部は、被冷却部材の外方側面と冷却部材の内方側面とにそれぞれ密着する波型形状を有する。

この発明によれば、高い冷却性能を備えた半導体装置の冷却装置を、小型でかつ良好な組み付け性で実現することができる。

さらに、半導体装置に設置されるフィン部の設計自由度が高いことから、冷却性能とともに半導体装置の信頼性をも向上することができる。

また、被冷却部材である半導体装置が複数に及ぶときであっても、冷却装置の組み付け性を損なうことなく、小型でかつ高い冷却効率を実現することができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う半導体装置の冷却装置を示す分解斜視図である。

図１を参照して、半導体装置の冷却装置は、冷却媒体で充填された冷却部材のケース２０の内部に被冷却部材である半導体装置１０を浸漬させ、ケース２０の内部を通流する冷却媒体によって半導体装置１０を冷却する浸漬型冷却構造を採用する。

半導体装置１０は、半導体素子（図示省略）と、電極板１２と、封止部材１３とを備える。

図２は、図１における半導体装置１０の一構成例を示す断面図である。

図２を参照して、半導体素子１１は、たとえば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor；ＩＧＢＴ）などのパワー半導体素子であり、電極板１２に固設されて、電極板１２と電気的に接続される。半導体素子１１と電極板１２との接合は、はんだ層４０により成される。

電極板１２は、半導体装置１０の一方端面から同一方向に引き出されて、電極を構成する。たとえば半導体装置１０がインバータであるときには、図１に示すように、３つの電極板１２で構成される。詳細には、３つの電極板１２のうちの１つは、図示しない電源ラインに接続されるハイサイド電極を構成し、１つは図示しない接地ラインに接続されるローサイド電極を構成し、残りの１つは図示しない出力ラインに接続される出力電極を構成する。

半導体素子１１および電極板１２は、図示しないモールド樹脂によってモールドされる。このとき、電極板１２の一部は、モールド樹脂の一方端面から面方向外方に突出しており、図示しない電源ライン等と接続可能となる。

続いて、モールドされた半導体素子１１および電極板１２は、封止部材１３の内部に収容される。詳細には、半導体素子１１および電極板１２は、熱伝導度の高いグリースなどを潤滑材として用いて、封止部材１３の内部に圧入されることにより収容される。このとき、電極板１２の外方側面と封止部材１３の内方側面との間には、面圧力による摩擦力が生じる。この摩擦力によって、半導体素子１１および電極板１２が封止部材１３に固設される。

封止部材１３は、図２に示すように、半導体装置１０の電極板１２側の端部において、半導体装置１０の長手方向（紙面の垂直方向に相当）に対して垂直方向に突起した鍔部１４を有する。鍔部１４は、後述するように、半導体装置１０をケース２０に挿入したときにおいて、ケース２０に設けられたスリット部２２と鍔部１４の根元部１４０とが当接されて、半導体装置１０とケース２０とを嵌合させる働きをする。

封止部材１３は、さらに、半導体装置１０の長手方向に延在する２つの側面の各々に設けられたフィン部１６を有する。フィン部１６は、たとえば図２に示すように、複数個の板状体が半導体装置１０の長手方向に互いに平行となるように設置されて構成される。

以上の構成からなる半導体装置１０がケース２０の内部の冷却媒体中に浸漬されると、半導体素子１１にて生じた熱は、電極板１２の外方側面から封止部材１３へ伝導する。さらに、この熱は、フィン部１６を介して図示しない冷却媒体へと放熱される。

再び図１を参照して、ケース２０は、筒状体であり、その側面の一部において、長手方向に延在するスリット部２２を有する。スリット部２２の開口隔は、封止部材１３に設けられた鍔部１４の根元部１４０の幅と略同一となるように形成される。スリット部２２は、半導体装置１０を図中の矢印で示す方向にケース２０の一方開口端面からスライドさせた状態において、封止部材１３の鍔部１４の根元部１４０と当接される。これにより、半導体装置１０とケース２０とは、図３で示すような嵌合構造を形成する。

ケース２０は、さらに、スリット部２２の周囲において、長手方向に沿って所定の間隔で配された複数の貫通孔２４を有する。なお、半導体装置１０においても、封止部材１３の鍔部１４に、上述した嵌合構造においてケース２０の貫通孔２４と各々が対向する位置に配された複数の貫通孔１８を有する。対向する貫通孔１８，２４において、半導体装置１０とケース２０とがボルト締結されることにより、半導体装置１０はケース２０に固定される。

図３は、この発明の実施の形態１に従う半導体装置の冷却装置を示す分解斜視図である。

上述したように、半導体装置１０がケース２０の開口端面の一方からスライドされて、ケース２０と嵌合されると、図３に示すように、半導体装置１０の封止部材１３とケース２０との間には、半導体装置１０の長手方向に延在する間隙部４０が形成される。この間隙部４０は、後述するように、ケース２０の内部に導入された冷却媒体を通流する冷却媒体流路を構成する。すなわち、冷却媒体は、間隙部４０を半導体装置１０の長手方向に通流することによって、半導体装置１０から熱を除去する。

ケース２０は、スリット部２２において半導体装置１０の鍔部１４と嵌合されると、続いて、長手方向の開口端面の各々に、蓋部材２６が組み付けられる。蓋部材２６は、図３に示すように、ケース２０の開口端面と略同一の形状を有する平板からなり、各々が、その主平面上において２つの貫通孔２８を有する。

詳細には、貫通孔２８は、蓋部材２６の主平面上において、蓋部材２６がケース２０に組み付けられた際に、封止部材１０の両脇に形成された冷却媒体流通路とそれぞれ対峙する位置に設けられる。一方の蓋部材２６に設けられた、これら２つの貫通孔２８は、ケース２０の外部からケース２０の内部に冷却媒体を導入する冷媒導入空間を構成する。また、他方の蓋部材２６に設けられた２つの貫通孔２８は、ケース２０の内部からケース２０の外部に冷却媒体を導出する冷媒導出空間を構成する。

このような構成において、冷媒導入空間からケース２０の内部に導入された冷却媒体は、冷却媒体流路を通流して半導体装置１０を冷却する。さらに、半導体装置１０を冷却した後の冷却媒体は、冷媒導出空間からケース２０の外部へ導出される。

図４は、図２に示す半導体装置の冷却装置の断面構造を示す図である。

図１および図２で述べたように、半導体装置１０は、ケース２０の一方の開口端面からスライドされ、鍔部１４の根元部１４０とケース２０のスリット部２２とが当接することによって、ケース２０と嵌合される。さらに、半導体装置１０は、対向する貫通孔１８，２４の各々において、ボルト３０によって締結されてケース２０に固設される。

本構造において、半導体装置１０の主表面の両脇の間隙部４０は、上述した冷却媒体流路を構成する。冷却媒体は、図示しない冷媒導入空間から導入されると、この冷却媒体流路を半導体装置１０の長手方向に通流する。このとき、図４に示すように、冷却媒体流路には、封止部材１３に設けられたフィン部１６が存在する。したがって、半導体装置１０が発生した熱は、フィン部１６を介して冷却媒体に吸収される。

このように、本実施の形態による半導体装置の冷却装置は、封止部材１３にフィン部１６を設けたことによって、半導体装置１０の放熱面積が増大し、半導体装置１０で発生した熱を効率良く逃すことができる。

さらに、本実施の形態によれば、半導体装置１０をケース２０の開口端面からスライドさせてケース２０の内部に収容することから、図１１に示すように、被冷却体３１３を容器３１０の上面に設けられた開口部３１７ａから垂直方向に挿入する従来の冷却構造に対して、フィン部１６をより大きな形状にすることができる。

すなわち、従来の冷却構造では、フィン部の形状は、被冷却体３１３の組み付けを考慮して、容器３１０の開口部３１７ａの開口面積の範囲内に制約されたものとなる。また、フィン部を大きくしようとすれば、冷却構造自体が大規模でかつ複雑になってしまい、製造コストを増加させる要因となる。

これに対して、本実施の形態によれば、半導体装置１０の両脇に形成される間隙部４０の大きさの範囲内であれば、フィン部１６の形状を自在に設計することができる。したがって、冷却装置の体格を抑えながら、高い冷却効率を実現することができる。さらに、半導体装置１０をケース２０の側面からスライドさせて収容する構成であることから、フィン部１６の形状によらず、容易に組み付けることができる。

このように、本実施の形態による冷却構造は、フィン部１６の設計自由度が高く、組み付け性に優れることから、小型で、かつ高い冷却性能を容易に実現することができる。以下に、半導体装置１０におけるフィン部１６の形状の変更例を示す。

図５は、本実施の形態における半導体装置の第１の変更例を示す斜視図である。

図５を参照して、半導体装置１０Ａは、半導体素子１１（図示せず）と、電極板１２と、封止部材１３Ａとを備える。半導体装置１０Ａは、図２に示す半導体装置１０の封止部材１３を封止部材１３Ａに変更したものであり、その他は半導体装置１０と同じである。

封止部材１３Ａは、電極板１２側の一方端面に配された鍔部１４と、半導体装置１０Ａの長手方向に延在する主表面上に形成されたフィン部１６Ａとを含む。

フィン部１６Ａは、封止部材１３Ａの主表面に、複数の矩形状の突起体が配置されて構成される。複数の突起体は、例えば図５に示すように、半導体装置１０Ａの長手方向に沿って隣接する突起体が互いに重なり合わないように配列される。

図５に示す半導体装置１０Ａは、図１および図３に示す半導体装置１０と同様に、ケース２０（図示せず）の一方開口端面からスライドされて、ケース２０の内部に収容される。さらに、ケース２０の開口端面に蓋部材２６（図示せず）が組み付けられて、半導体装置１０Ａの冷却装置が完成する。

当該冷却装置において、蓋部材２６に配された貫通孔２８（ともに図示せず）からケース２０の内部に導入された冷却媒体は、封止部材１３Ａの外方側面とケース２０の内方側面との間に形成された冷却媒体流路を通流する。このとき、半導体装置１０Ａで生じた熱は、フィン部１６Ａの各突起体を介して冷却媒体に放熱される。フィン部１６Ａは、上述した半導体装置１０のフィン部１６に対して、冷却媒体との接触面積がより広いことから、半導体装置１０Ａは、半導体装置１０よりもさらに高い冷却効率で冷却されることになる。

なお、フィン部１６Ａの形状は、図５に示す形状以外にも、ケース２０と半導体装置１０Ａとの間の間隙部４０の大きさの範囲内でより複雑な形状とすることもでき、さらに高い冷却効率が実現可能となる。このように、本実施の形態によれば、フィン部１６の設計自由度が高いことから、高い冷却性能を容易に実現することができる。さらに、フィン部１６を図６に示す形状とすることによって、半導体装置１０の長寿命化を図ることも可能となる。

図６は、本実施の形態における半導体装置の第２の変更例を示す断面図である。

図６を参照して、半導体装置１０Ｂは、半導体素子１１（図示せず）と、電極板１２と、封止部材１３Ｂとを備える。半導体装置１０Ｂは、図２に示す半導体装置１０の封止部材１３を封止部材１３Ｂに変更したものであり、その他は半導体装置１０と同じである。

封止部材１３Ｂは、電極板１２側の一方端面に配された鍔部１４と、半導体装置１０Ｂの長手方向の側面に形成されたフィン部１６Ｂとを含む。

フィン部１６Ｂは、波型形状を有し、封止部材１３Ｂの側面とケース２０の内面とにそれぞれ密着するように構成される。このとき、フィン部１６Ｂと封止部材１３Ｂとの間、およびフィン部１６Ｂとケース２０の内面との間には、フィン部１６Ｂの形状に起因して、弾性力が働く。これにより、封止部材１３Ｂとフィン部１６Ｂとの接触熱抵抗、およびフィン部１６Ｂとケース２０の内面との接触熱抵抗は、それぞれ小さくなり、高い冷却効率を実現できる。

さらに、半導体装置１０Ｂが発熱し、その発熱により封止部材１３Ｂに熱変形が生じた場合であっても、フィン部１６Ｂの弾性力の範囲内で応力を吸収することができ、半導体装置１０Ｂに加わる応力を抑制することができる。したがって、半導体装置１０Ｂの熱膨張時の応力による破損や劣化を防止することができ、長寿命化を図ることができる。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、高い冷却性能を備えた半導体装置の冷却装置を、小型でかつ良好な組み付け性で実現することができる。

さらに、半導体装置に設置されるフィン部の設計自由度が高いことから、冷却性能とともに半導体装置の信頼性をも向上することができる。

［実施の形態２］
図７は、この発明の実施の形態２に従う半導体装置の冷却装置を示す分解斜視図である。

最初に、本実施の形態による半導体装置の冷却装置は、先の実施の形態１による半導体装置の冷却装置に対して、冷却部材であるケース２０をケース２０Ａに変更したものであり、基本的な構造を同じとする。したがって、ケース２０Ａに収容される半導体装置１０は、上述した半導体装置１０と同一であることから、その詳細な説明は省略する。

図７を参照して、ケース２０Ａは、筒状体であって、２個の半導体装置１０を開口端面からそれぞれスライドさせて収容することが可能な形状を有する。

詳細には、ケース２０Ａは、筒状体の側面に、各々が長手方向に延在する２つのスリット部２２ａ，２２ｂを有する。スリット部２２ａとスリット部２２ｂとは、図７に示すように、長手方向の一方端が閉じた形状を有し、長手方向に沿って一直線上に配置される。

ケース２０Ａは、さらに、スリット部２２ａ，２２ｂの周囲に、長手方向に沿って所定の間隔で配された複数の貫通孔２４を有する。各半導体装置１０とケース２０Ａとが嵌合されると、対向する貫通孔１８，２４において、半導体装置１０とケース２０Ａとがボルト締結される。これによって、２個の半導体装置１０はそれぞれ、ケース２０Ａに固定される。

なお、ケース２０Ａにおいて、スリット部２２ａ，２２ｂのそれぞれの開口隔は、ケース２０と同様に、封止部材１３に設けられた鍔部１４の根元部１４０の幅と略同一となるように形成される。スリット部２２ａ，２２ｂは、２個の半導体装置１０を、図中の矢印で示す方向にケース２０Ａの開口端面からそれぞれスライドさせた状態において、封止部材１３の鍔部１４と当接される。これにより、２個の半導体装置１０とケース２０Ａとは、嵌合構造を形成する。

以上のように、本実施の形態に係るケース２０Ａは、実施の形態１に係るケース２０に対して、２個の半導体装置１０を収容可能である点と、スリット部の一部（中央部）が閉じている点とにおいて異なる。

このような構成とすることにより、複数個の半導体装置１０が搭載される場合であっても、２個の半導体装置１０を一単位として一体化して冷却できることから、冷却装置の装置規模の増大を抑えることができる。さらに、ケース２０Ａのスリット部２２ａ，２２ｂの一部を閉じた構造とすることによって、ケース２０Ａの長手方向の長さが倍増したことに起因してケース２０Ａの強度が損なわれるのを防ぐことができる。

さらに、ケース２０Ａを以下の変更例に掲げる形状とすることによって、装置規模の増加を抑えながら、より多数の半導体装置１０を同時に冷却することが可能となる。

［変更例１］
図８は、図７に示すケース２０Ａの第１の変更例を示す分解斜視図である。

図８を参照して、ケース２０Ｂは、筐体部材２００と、これを覆うための天板部材２１０とから構成される。本変更例に係るケース２０Ｂは、以下に述べるように、天板部分が別部材で構成されることを特徴とする。

筐体部材２００は、各々が長手方向に延在する複数の溝部２０２を有する。複数の溝部２０２は、筐体部材２００の長手方向に対して並列に配置される。

天板部材２１０は、筐体部材２００の上方開口端面に組み付けられて一体化されることにより、単一のケース２０Ｂを構成する。さらに、ケース２０Ｂの開口端面に図示しない蓋部材がそれぞれ組み付けられて、一体の冷却装置が形成される。

天板部材２１０は、複数のスリット部２１２ａ，２１２ｂと、各スリット部の周囲に長手方向に所定の間隔で配置された複数の貫通孔２４とを含む。

スリット部２１２ａとスリット部２１２ｂとは、各々が長手方向に沿って一直線上に配置される。各スリット部２１２ａ，２１２ｂは、図７に示すスリット部２２ａ，２２ｂと同一の形状であり、ケース２０Ｂの開口端面から半導体装置１０（図示せず）をスライドさせた状態において、対応する半導体装置１０の鍔部１４と嵌合される。

図８から明らかなように、ケース２０Ｂは、筐体部材２００と天板部材２１０とが一体化された形態において、図７に示すケース２０Ａを複数個並列に結合した形態と等価となる。すなわち、ケース２０Ｂは、２個の半導体装置１０を一単位として、複数単位の半導体装置１０を同時に冷却することができる。

本変更例によれば、ケース２０Ｂの天板部分と筐体部分とを別部材とすることで、複数の冷却媒体流路を含み、複雑化された冷却装置を、簡易な組み付け作業によって形成することができる。

さらに、冷却対象となる半導体装置１０の単位数が増加した場合の設計変更が容易となることから、簡易に冷却媒体流路を増やすことができる。

［変更例２］
図９は、図７に示すケース２０Ａの第２の変更例を示す分解斜視図である。

図９を参照して、ケース２０Ｃは、筐体部材２２０と、図示しない天板部材と、一対の蓋部材２３０ａ，２３０ｂとから構成される。

筐体部材２２０は、長手方向に延在する一対の板状体２２２を含む。一対の板状体２２２の各々には、図９に示すように、長手方向に沿って所定の間隔で複数の噴孔２２４が配される。この一対の板状体２２２によって、筐体部材２２０の内部には、筐体部材２２０と板状体２２２との間、および対向する板状体２２２の間にそれぞれ長手方向に延在する空間が形成される。

蓋部材２３０ａ，２３０ｂは、それぞれ筐体部材２２０の開口端面に組み付けられる。蓋部材２３０ａは、図９に示すように、ケース２０Ｃの開口端面と略同一の形状からなる平板であり、その主表面に２つの貫通孔２３２を有する。蓋部材２３０ｂも同様に、ケース２０Ｃの開口端面と略同一の形状からなる平板であり、その主表面に単一の貫通孔２３４を有する。

貫通孔２３２は、蓋部材２３０ａの主表面上において、蓋部材２３０ａがケース２０Ｃに組み付けられた際に、筐体部材２２０と板状体２２２との間に形成された空間とそれぞれ対峙する位置に設けられる。これら２つの貫通孔２３２は、ケース２０Ｃの外部からケース２０Ｃの内部に冷却媒体を導入する冷媒導入空間を構成する。

一方、貫通孔２３４は、蓋部材２３０ｂの主表面上において、蓋部材２３０ｂがケース２０Ｃに組み付けられた際に、対向する板状体２２２の間に形成された空間と対峙する位置に設けられる。この貫通孔２３４は、ケース２０Ｃの内部からケース２０Ｃの外部に冷却媒体を導出する冷媒導出空間を構成する。

筐体部材２２０には、さらに、上方開口端面において、図示しない天板部材が組み付けられて封止される。これにより、ケース２０Ｃが形成される。

図１０は、図９に示すケース２０ＣのＸ−Ｘ断面を示す図である。

図１０を参照して、筐体部材２２０の一対の板状体２２２の間に形成された空間には、図示しない半導体装置１０が収容される。半導体装置１０は、蓋部材２３０ａに配された貫通孔２３２を通じてケース２０Ｃの内部に冷却媒体が導入されると、以下に示す冷却媒体流路を通流する冷却媒体によって冷却される。

詳細には、貫通孔２３２から導入された冷却媒体は、図１０の矢印で示すように、筐体部材２２０と板状体２２２との間の空間を長手方向に通流する。さらに、冷却媒体は、板状体２２２に設けられた噴孔２２４を通じて、一対の板状体２２２の間の空間に噴出される。半導体装置１０は、噴孔２２４からの冷却媒体の噴流が衝突されることによって冷却される。さらに、半導体装置１０を冷却した後の冷却媒体は、蓋部材２３０ｂに配された貫通孔２３４を通じてケース２０Ｃの外部に導出される。

このように、本変更例によれば、半導体装置１０に冷却媒体を噴射して衝突させることによって冷却することから、その衝突力によってより高い冷却効率を得ることができる。

さらに、本変更例において、このような噴流式の冷却構造は、筐体部材２２０の上方開口端面から噴孔２２４を有する板状体２２２を差し込むことによって簡易に形成することができることから、冷却性能に優れた冷却装置を容易に実現することができる。

以上のように、この発明の実施の形態２によれば、複数個の半導体装置を同時に冷却可能な冷却装置を、小型かつ良好な組み付け性で実現することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、半導体装置を冷却する冷却装置に適用することができる。

この発明の実施の形態１に従う半導体装置の冷却装置を示す分解斜視図である。 図１における半導体装置の一構成例を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に従う半導体装置の冷却装置を示す分解斜視図である。 図２に示す半導体装置の冷却装置の断面構造を示す図である。 本実施の形態における半導体装置の第１の変更例を示す斜視図である。 本実施の形態における半導体装置の第２の変更例を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に従う半導体装置の冷却装置を示す分解斜視図である。 図７に示すケースの第１の変更例を示す分解斜視図である。 図７に示すケースの第２の変更例を示す分解斜視図である。 図９に示すケースのＸ−Ｘ断面を示す図である。 たとえば特許文献１に記載される従来の半導体装置の冷却装置の構成図である。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ 半導体装置、１１ 半導体素子、１２ 電極板、１３，１３Ａ，１３Ｂ 封止部材、１４ 鍔部、１６，１６Ａ，１６Ｂ フィン部、１８，２４，２８，２３２ 貫通孔、２０，２０Ａ〜２０Ｃ ケース、２２，２２ａ，２２ｂ，２１２ａ，２１２ｂ スリット部、２６，２３０ａ，２３０ｂ 蓋部材、３０ ボルト、４０ 間隙部、１４０ 根元部、２００ 筐体部材、２０２ 溝部、２１０ 天板部材、２２２ 板状体、２２４ 噴孔、３１０ 容器、３１１ａ，３１１ｂ 袋、３１２ａ，３１２ｂ 回路基板、３１３ 被冷却体（半導体チップ）、３１４ａ 蓋、３１５ａ 排気口、３１６ 導入口、３１７ａ，３１７ｂ 開口部。

Claims (11)

1. 被冷却部材と、
   内部を通流する冷却媒体中に前記被冷却部材を浸漬させて冷却する冷却部材とを備え、
   前記被冷却部材は、前記冷却媒体の通流方向の一方端面から前記冷却部材に挿入されて、前記冷却部材と嵌合され、
   前記冷却部材は、前記被冷却部材との間に前記冷却媒体が通流する冷却媒体流路を形成する、半導体装置の冷却装置。
2. 前記冷却部材は、前記通流方向に延在する側面の一部に、前記通流方向に貫通するスリット部を含み、
   前記被冷却部材は、前記スリット部に沿って前記冷却部材に挿入される、請求項１に記載の半導体装置の冷却装置。
3. 前記スリット部は、前記通流方向の中央部分が閉じた形状を有し、
   前記被冷却部材は、前記通流方向の一方端面および他方端面の各々から、前記スリット部に沿って前記冷却部材に挿入される、請求項２に記載の半導体装置の冷却装置。
4. 前記被冷却部材は、前記通流方向に延在する鍔部を含み、前記冷却部材への挿入時において、前記鍔部の根元部分と前記スリット部とが嵌合される、請求項２または請求項３に記載の半導体装置の冷却装置。
5. 前記冷却部材は、前記通流方向の一方端面および他方端面を封止する蓋部材を含み、
   前記蓋部材は、前記冷却部材の外部と前記冷却媒体流路とを連結する貫通孔を含む、請求項４に記載の半導体装置の冷却装置。
6. 前記冷却部材は、
   前記被冷却部材を収容する筐体部材と、
   前記筐体部材の開口端面を封止し、前記筐体部材と一体化して前記冷却媒体が通流する冷却媒体流路を形成する天板部材とをさらに含む、請求項５に記載の半導体装置の冷却装置。
7. 前記筐体部材は、前記通流方向に対して並列に配され、各々が前記被冷却部材を収容する複数の溝部を含む、請求項６に記載の半導体装置の冷却装置。
8. 前記天板部材は、前記複数の溝部とそれぞれ対向するように配された複数の前記スリット部を含む、請求項７に記載の半導体装置の冷却装置。
9. 前記冷却部材は、
   前記筐体部材の内部に設けられ、各々が、前記通流方向に延在する一対の板状体と、
   前記一対の板状体の主表面上に、前記通流方向に沿って所定の間隔で配された複数の噴孔とをさらに含み、
   前記被冷却部材は、前記一対の板状体の間に収容され、
   前記冷却部材は、前記冷却媒体を、前記筐体部材と前記一対の板状体との間隙を通流させ、前記噴孔を通じて前記被冷却部材に噴射する冷却媒体流路を形成する、請求項６に記載の半導体装置の冷却装置。
10. 前記被冷却部材は、前記冷却媒体流路に当接するフィン部をさらに含む、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置の冷却装置。
11. 前記フィン部は、前記被冷却部材の外方側面と前記冷却部材の内方側面とにそれぞれ密着する波型形状を有する、請求項１０に記載の半導体装置の冷却装置。

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