JP2006140390A

JP2006140390A - Power semiconductor equipment

Info

Publication number: JP2006140390A
Application number: JP2004330477A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Nakajima; 泰中島; Naoki Yoshimatsu; 直樹吉松
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-06-01

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide small power semiconductor equipment capable of highly efficient heat dissipation. <P>SOLUTION: This power semiconductor equipment comprises a power semiconductor module wherein a power semiconductor device is sealed with resin, a coolant circuit block on which the semiconductor module is placed, a first plate and a second plate which are counterposed by sandwiching the power semiconductor module and the coolant circuit block. The first plate is contiguous to the power semiconductor module and the second plate is contiguous to the coolant circuit block, and a heat pipe is connected to both of the first plate and the second plate. The heat generated in the power semiconductor module is transferred to the coolant circuit block via the heat pipe. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、インバータやコンバータ等のパワー半導体装置に関し、特に冷却性能を向上させたパワー半導体装置に関する。 The present invention relates to power semiconductor devices such as inverters and converters, and more particularly to power semiconductor devices with improved cooling performance.

従来のパワー半導体装置では、パワー半導体モジュールがアルミブロックに取り付けられる、更に、ヒートパイプ介して放熱フィンがアルミニウムブロックに取り付けられていた（例えば、特許文献１参照）。また、他のパワー半導体装置では、半導体モジュールが冷却板に固着され、更に、ヒートパイプ介して放熱フィンが冷却板に取り付けられていた（例えば、特許文献２参照）。 In the conventional power semiconductor device, the power semiconductor module is attached to the aluminum block, and further, the heat radiating fins are attached to the aluminum block via a heat pipe (see, for example, Patent Document 1). In other power semiconductor devices, the semiconductor module is fixed to the cooling plate, and further, the heat radiating fins are attached to the cooling plate via heat pipes (see, for example, Patent Document 2).

かかるパワー半導体装置では、パワー半導体モジュールで発生した熱が、アルミニウムブロックや冷却板からヒートパイプを経由して外部に設けられた大型の放熱フィンに運ばれ放出されることにより、高効率の放熱が可能であった。
特開２００１−６１２８２号公報特開平６−１３７７７５号公報 In such a power semiconductor device, heat generated in the power semiconductor module is transported from an aluminum block or a cooling plate to a large radiating fin provided outside via a heat pipe, and is released. It was possible.
JP 2001-61282 A JP-A-6-137775

かかるパワー半導体装置では、パワー半導体モジュールからヒートパイプを略直線状に延ばすとともに、その端部に大型の放熱フィンを設けていたため、パワー半導体装置が大型になるという問題があった。 In such a power semiconductor device, the heat pipe is extended substantially linearly from the power semiconductor module, and a large heat radiating fin is provided at the end thereof.

そこで、本発明は、小型で、かつ高効率の放熱が可能なパワー半導体装置の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power semiconductor device that is small in size and capable of radiating heat with high efficiency.

本発明は、パワー半導体装置では、パワー半導体素子が樹脂封止されたパワー半導体モジュールと、半導体モジュールが載置された冷媒回路ブロックと、パワー半導体モジュールと冷媒回路ブロックとを挟んで対向配置された第１プレートと第２プレートであって、パワー半導体モジュールに接した第１プレートと、冷媒回路ブロックに接した第２プレートと、第１プレートと第２プレートとの双方に接続されたヒートパイプとを含み、パワー半導体モジュールで発生した熱を、ヒートパイプを介して冷媒回路ブロックに伝達することを特徴とするパワー半導体装置である。 The present invention provides a power semiconductor device in which a power semiconductor module in which a power semiconductor element is sealed with a resin, a refrigerant circuit block on which the semiconductor module is mounted, and a power semiconductor module and a refrigerant circuit block that are opposed to each other. A first plate that is in contact with the power semiconductor module; a second plate that is in contact with the refrigerant circuit block; and a heat pipe that is connected to both the first plate and the second plate. The power semiconductor device is characterized in that heat generated in the power semiconductor module is transmitted to the refrigerant circuit block via a heat pipe.

このように、本発明にかかるパワー半導体装置では、小型の構造で、高い冷却効率を得ることができる。 Thus, in the power semiconductor device according to the present invention, a high cooling efficiency can be obtained with a small structure.

実施の形態１．
図１は、全体が１００で表される、本実施の形態にかかるパワー半導体装置の斜視図である。また、図２は、図１のパワー半導体装置１００をＩ−Ｉ方向に見た断面図である。
パワー半導体装置１００は、パワー半導体素子１１が樹脂封止されたパワー半導体モジュール１０を含む。パワー半導体モジュール１０は、ＩＧＢＴやパワーＦＥＴのようなパワー半導体素子１１を含む。パワー半導体素子１１は、半田１２により、厚さ０．５〜５．０ｍｍの金属板１３の上に取り付けられている。金属板１３等は、熱伝導率が３Ｗ／ｍＫ以上の絶縁性樹脂１４により封止されている（図１では、絶縁性樹脂１４を透明に記載している）。
パワー半導体モジュール１０の体積のおよそ半分は絶縁性樹脂１４で構成されており、またパワー半導体モジュール１０は、複数のパワー半導体素子１１を含んでいる。複数のパワー半導体素子１１としては、例えば、ＩＧＢＴ素子とダイオード素子の組み合わせであり、かかる組み合わせを２セット以上含む場合もある。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view of the power semiconductor device according to the present embodiment, the whole being represented by 100. FIG. 2 is a cross-sectional view of the power semiconductor device 100 of FIG. 1 as viewed in the II direction.
The power semiconductor device 100 includes a power semiconductor module 10 in which a power semiconductor element 11 is sealed with resin. The power semiconductor module 10 includes a power semiconductor element 11 such as an IGBT or a power FET. The power semiconductor element 11 is mounted on a metal plate 13 having a thickness of 0.5 to 5.0 mm by solder 12. The metal plate 13 and the like are sealed with an insulating resin 14 having a thermal conductivity of 3 W / mK or higher (in FIG. 1, the insulating resin 14 is described as transparent).
Approximately half of the volume of the power semiconductor module 10 is made of an insulating resin 14, and the power semiconductor module 10 includes a plurality of power semiconductor elements 11. The plurality of power semiconductor elements 11 are, for example, combinations of IGBT elements and diode elements, and may include two or more sets of such combinations.

半導体モジュール１０は、放冷フィンのような冷媒回路ブロック２０上に載置されている。パワー半導体モジュール１０と冷媒回路ブロック２０とを挟んで対向配置するように、第１プレート３０と第２プレート４０が配置されている。第１プレート３０、第２プレート４０は、アルミニウムや銅のような熱伝導性の高い金属から形成される。第１プレート３０は、パワー半導体モジュール１０の上面に接している。一方、第２プレート４０は、冷媒回路ブロック２０の裏面に接している。 The semiconductor module 10 is placed on a refrigerant circuit block 20 such as a cooling fin. The first plate 30 and the second plate 40 are disposed so as to face each other across the power semiconductor module 10 and the refrigerant circuit block 20. The first plate 30 and the second plate 40 are made of a metal having high thermal conductivity such as aluminum or copper. The first plate 30 is in contact with the upper surface of the power semiconductor module 10. On the other hand, the second plate 40 is in contact with the back surface of the refrigerant circuit block 20.

更に、第１プレート３０と第２プレート４０との双方に、ヒートパイプ５０がロウ付けされている。ヒートパイプ５０は、例えば銅の引き抜き加工で内部にウィックを内包して形成され、内部には水などの冷媒が封入されている。冷媒としては、例えば、自動車で用いられるようなクーラントの混ざった冷却水や油等でも構わない。 Further, the heat pipe 50 is brazed to both the first plate 30 and the second plate 40. The heat pipe 50 is formed by, for example, drawing copper and enclosing a wick therein, and a coolant such as water is sealed inside. As the refrigerant, for example, cooling water or oil mixed with a coolant used in an automobile may be used.

ここで、パワー半導体モジュール１０において、フレームや金属板１３のヤング率は、絶縁性樹脂１４のヤング率に比べて一桁から二桁大きい。また、フレームや金属板１３の材料と、絶縁性樹脂１４で、線膨張係数の略等しい材料を用いた場合でも、温度変化による反りが発生する。
このような反りの発生は、金属板１３を用いた場合に大きい。例えばパワー半導体モジュール１０の動作範囲では、パワー半導体モジュール１０の温度は室温から１００℃以上であるが、このような温度範囲ではパワー半導体モジュール１０に数十μｍ程度の反りが発生する。従って、従来のパワー半導体モジュール１０を放熱フィンに固着して用いる構造では、パワー半導体モジュール１０を放熱フィンに向かって加圧するように固定する。 Here, in the power semiconductor module 10, the Young's modulus of the frame and the metal plate 13 is larger by one to two digits than the Young's modulus of the insulating resin 14. Further, even when a material having substantially the same linear expansion coefficient is used as the material of the frame or the metal plate 13 and the insulating resin 14, warping due to a temperature change occurs.
Such warpage is large when the metal plate 13 is used. For example, in the operating range of the power semiconductor module 10, the temperature of the power semiconductor module 10 is from room temperature to 100 ° C. or more. In such a temperature range, the power semiconductor module 10 is warped by several tens of μm. Therefore, in the structure in which the conventional power semiconductor module 10 is fixed to the heat radiating fin, the power semiconductor module 10 is fixed so as to be pressurized toward the heat radiating fin.

特開２００１−６１２８２号公報のパワー半導体モジュールでは、金属ベース板に穴が設けられ、パワー半導体モジュールがネジで固定されている。しかし、パワー半導体モジュールが本実施の形態のような樹脂封止型の場合、樹脂の破壊耐量が金属よりも低いために、ネジ固定時の接触状態によっては樹脂割れが発生する。このため、ネジ穴の数を増加させたり、大きなＲ形状を設ける必要があり、パワー半導体モジュールが大型化するという問題があった。 In the power semiconductor module disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-61282, a hole is provided in the metal base plate, and the power semiconductor module is fixed with screws. However, when the power semiconductor module is a resin-encapsulated type as in this embodiment, the resin has a fracture resistance lower than that of the metal, and therefore a resin crack occurs depending on the contact state when the screw is fixed. For this reason, it is necessary to increase the number of screw holes or to provide a large R shape, and there is a problem that the power semiconductor module is increased in size.

そこで、本実施の形態にかかるパワー半導体装置１００では、パワー半導体モジュール１０にはネジ穴を設けず、パワー半導体モジュール１０を、放熱板を兼ねた第２プレート４０で冷媒回路ブロック２０に押しつけている。
具体的には、冷媒回路ブロック２０が、パワー半導体モジュール１０の厚みに略等しい凹部２１を有し、かかる凹部２１に載置したパワー半導体モジュール１０を、冷媒回路ブロック２０と第１プレート３０とでネジ止めしている。 Therefore, in the power semiconductor device 100 according to the present embodiment, the power semiconductor module 10 is not provided with a screw hole, and the power semiconductor module 10 is pressed against the refrigerant circuit block 20 by the second plate 40 that also serves as a heat sink. .
Specifically, the refrigerant circuit block 20 has a recess 21 that is substantially equal to the thickness of the power semiconductor module 10, and the power semiconductor module 10 placed in the recess 21 is connected to the refrigerant circuit block 20 and the first plate 30. Screwed.

かかる構造により、パワー半導体モジュール１０にはネジ穴を設けることなく、冷媒回路ブロック２０に反りの無い状態で固定できる。これにより、温度変化によるパワー半導体モジュール１０の反りの発生を防止できる。 With this structure, the power semiconductor module 10 can be fixed to the refrigerant circuit block 20 without warping without providing a screw hole. Thereby, generation | occurrence | production of the curvature of the power semiconductor module 10 by a temperature change can be prevented.

なお、パワー半導体モジュール１０の反りは、そのサイズが小型化されるほど小さくなり、押さえつけるのに必要な力も小さくなる。従って、パワー半導体モジュール１０の小型化により、第１プレート３０の固定強度を緩和できる。 The warpage of the power semiconductor module 10 is reduced as the size thereof is reduced, and the force required for pressing down is also reduced. Therefore, the fixing strength of the first plate 30 can be relaxed by reducing the size of the power semiconductor module 10.

また、パワー半導体素子１１を内包するパワー半導体モジュール１０の製造コストが高いため、パワー半導体モジュール１０を小型化することで、パワー半導体装置の製造コストを抑えることが可能となる。 Moreover, since the manufacturing cost of the power semiconductor module 10 including the power semiconductor element 11 is high, the manufacturing cost of the power semiconductor device can be suppressed by downsizing the power semiconductor module 10.

図３に、本実施の形態にかかるパワー半導体装置１００の組立図を示す。図３中、図１、２と同一符号は、同一または相当箇所を示す。 FIG. 3 shows an assembly diagram of the power semiconductor device 100 according to the present embodiment. 3, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 indicate the same or corresponding portions.

図３に示すように、パワー半導体装置１００の組立工程では、パワー半導体素子を内包した樹脂封止型パワー半導体モジュール１０を、例えば熱伝導グリスを介して、冷媒回路ブロック２０上に載置する。この時パワー半導体モジュール１０の上面にはあらかじめ熱伝導グリスを塗布しておく。 As shown in FIG. 3, in the assembly process of the power semiconductor device 100, the resin-encapsulated power semiconductor module 10 including the power semiconductor element is placed on the refrigerant circuit block 20 via, for example, heat conduction grease. At this time, heat conductive grease is applied to the upper surface of the power semiconductor module 10 in advance.

次に、ヒートパイプ５０に接続された一対の放熱板（第１、第２プレート３０、４０）を、冷媒回路ブロック２０の裏面とパワー半導体モジュール１０の上面に接するように配置する。一対の放熱板３０、４０とヒートパイプ５０が一体となっていることで取り扱い性に優れる。 Next, a pair of heat sinks (first and second plates 30, 40) connected to the heat pipe 50 are disposed so as to contact the back surface of the refrigerant circuit block 20 and the top surface of the power semiconductor module 10. Since the pair of heat sinks 30 and 40 and the heat pipe 50 are integrated, the handleability is excellent.

ヒートパイプ５０は、湾曲した中央部と、中央部を挟んで略平行に配置され、第１プレート３０と第２プレート３０とに接続された接続部とを含む。また、ヒートパイプ５０は、接続部の間隔（第１プレート３０と第２プレート３０との距離）が変化するように撓む。このため、ヒートパイプ５０の弾性により、パワー半導体モジュール１０が冷媒回路ブロック２０に押さえつけられた状態にできる。 The heat pipe 50 includes a curved central portion and a connection portion that is disposed substantially parallel to the central portion and connected to the first plate 30 and the second plate 30. Further, the heat pipe 50 bends so that the interval between the connection portions (the distance between the first plate 30 and the second plate 30) changes. For this reason, the power semiconductor module 10 can be pressed against the refrigerant circuit block 20 by the elasticity of the heat pipe 50.

以上で述べたように、本実施の形態にかかるパワー半導体装置１００では、パワー半導体モジュール１０で発生した熱の一部が、上面の第１プレート３０からヒートパイプ５０に伝えられる。更に、ヒートパイプ５０は、第２プレート４０に熱を伝え、冷媒回路ブロック２０で放熱される。特に、冷媒回路ブロック２０の裏面（パワー半導体モジュール１０の載置面と反対の面）は、十分な冷却能力を有する。
従って、ヒートパイプ５０を用いて、パワー半導体モジュール１０の上面から冷媒回路ブロック２０の裏面に熱を伝えることにより、パワー半導体素子１００の放熱効率を大幅に向上させることができる。
特に、湾曲させたヒートパイプ５０を用いるため、従来構造のようにサイズを大きくすることなく、冷却効率を向上させることができる。また、冷媒回路ブロック２０の数を増やす必要もない。
なお、図１では、冷媒回路ブロック２０として冷却フィンを用いたが、冷却フィンに空気を送って冷却しても構わない。 As described above, in the power semiconductor device 100 according to the present embodiment, part of the heat generated in the power semiconductor module 10 is transmitted from the first plate 30 on the upper surface to the heat pipe 50. Further, the heat pipe 50 transmits heat to the second plate 40 and is radiated by the refrigerant circuit block 20. In particular, the back surface of the refrigerant circuit block 20 (the surface opposite to the mounting surface of the power semiconductor module 10) has a sufficient cooling capacity.
Therefore, by using the heat pipe 50 to transfer heat from the upper surface of the power semiconductor module 10 to the rear surface of the refrigerant circuit block 20, the heat radiation efficiency of the power semiconductor element 100 can be greatly improved.
In particular, since the curved heat pipe 50 is used, the cooling efficiency can be improved without increasing the size as in the conventional structure. Further, it is not necessary to increase the number of refrigerant circuit blocks 20.
In FIG. 1, the cooling fin is used as the refrigerant circuit block 20. However, air may be sent to the cooling fin for cooling.

また、ここでは、ヒートパイプ５０が１本の場合について説明したが、複数のヒートパイプ５０を設けても構わない。この場合、ヒートパイプ５０の湾曲部がパワー半導体装置１００の一方に並んで配置されるようにする。かかる構造とすることで、ヒートパイプ５０を撓ませて、パワー半導体モジュール１０を冷媒回路ブロック２０に押さえつけることができる。 In addition, here, the case where there is one heat pipe 50 has been described, but a plurality of heat pipes 50 may be provided. In this case, the curved portion of the heat pipe 50 is arranged side by side on one side of the power semiconductor device 100. With such a structure, the heat pipe 50 can be bent and the power semiconductor module 10 can be pressed against the refrigerant circuit block 20.

また、本実施の形態では、冷媒回路ブロック２０が、パワー半導体モジュール１０の厚みに略等しい凹部を有する構造としたが、パワー半導体モジュール１０の厚みに略等しいスペーサを挟んで冷媒回路ブロック２０と第１プレート３０とを固定しても構わない。 In the present embodiment, the refrigerant circuit block 20 has a recess having a thickness substantially equal to the thickness of the power semiconductor module 10, but the refrigerant circuit block 20 and the second shape are sandwiched by a spacer substantially equal to the thickness of the power semiconductor module 10. One plate 30 may be fixed.

実施の形態２．
図４は、全体が２００で表される、本実施の形態にかかるパワー半導体装置の断面図である。図４中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
パワー半導体装置２００では、パワー半導体モジュール７０が冷媒回路ブロック８０上に配置され、その上に第１プレート（放熱板）３０が配置されている。上述のパワー半導体装置１００と同様に、冷媒回路ブロック８０はパワー半導体モジュール７０の厚みに略等しい凹部８５を有し、かかる凹部８５にパワー半導体モジュール７０が載置されている。また、第２プレート（放熱板）４０は冷媒回路ブロック８０の裏面に取り付けられている。第１プレート３０と第２プレート４０とを固定具６０によって締め付けることにより、第１プレート３０と第２プレート４０との間に、パワー半導体モジュール７０と冷媒回路ブロック８０とが挟まれて固定される。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the power semiconductor device according to the present embodiment, indicated as a whole by 200. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts.
In the power semiconductor device 200, the power semiconductor module 70 is disposed on the refrigerant circuit block 80, and the first plate (heat radiating plate) 30 is disposed thereon. Similar to the power semiconductor device 100 described above, the refrigerant circuit block 80 has a recess 85 substantially equal to the thickness of the power semiconductor module 70, and the power semiconductor module 70 is placed in the recess 85. The second plate (heat radiating plate) 40 is attached to the back surface of the refrigerant circuit block 80. By tightening the first plate 30 and the second plate 40 with the fixture 60, the power semiconductor module 70 and the refrigerant circuit block 80 are sandwiched and fixed between the first plate 30 and the second plate 40. .

パワー半導体モジュール７０の上面と第１プレート３０との間には熱伝導グリスが塗られ、両者の間の熱抵抗を下げている。 Thermal conductive grease is applied between the upper surface of the power semiconductor module 70 and the first plate 30 to reduce the thermal resistance between them.

パワー半導体モジュール７０は、放熱板７３を含む。放熱板７３の上には、半田７２を介してＩＧＢＴ等のパワー半導体素子７１が取り付けられている。また、パワー半導体素子７１の表面電極には、内部電極７６が半田により取り付けられている。放熱板７３、パワー半導体素子７１等は、内部電極７６と共に絶縁性樹脂７７により封止されている。 The power semiconductor module 70 includes a heat sink 73. On the heat radiating plate 73, a power semiconductor element 71 such as an IGBT is attached via a solder 72. An internal electrode 76 is attached to the surface electrode of the power semiconductor element 71 with solder. The heat radiating plate 73, the power semiconductor element 71, and the like are sealed with an insulating resin 77 together with the internal electrode 76.

内部電極７６は、パワー半導体素子７１表面の応力を下げ、剛性を小さくするために、薄い部分を設けてその部分をパワー半導体素子７１にはんだ付けしている。このような薄い部分は例えば複数あり、厚い部分に結合されることにより、パワー半導体素子７１に大電流を流しても発熱の問題がないように構成されている。内部電極７６の厚い部分は、パワー半導体モジュール７０の上面に近接して配置され、上面への放熱性を高めている。
また、放熱板７３の下には絶縁層７４および保護層７５が設けられている。 The internal electrode 76 is provided with a thin portion and soldered to the power semiconductor element 71 in order to reduce the stress on the surface of the power semiconductor element 71 and reduce the rigidity. There are a plurality of such thin portions, for example, and they are coupled to the thick portion so that no problem of heat generation occurs even when a large current is passed through the power semiconductor element 71. The thick part of the internal electrode 76 is disposed close to the upper surface of the power semiconductor module 70 to enhance the heat dissipation to the upper surface.
An insulating layer 74 and a protective layer 75 are provided below the heat sink 73.

冷媒回路ブロック８０では、冷却水が、しきり部８１により形成された第１の空間８２に導入される。かかる冷却水は、更に、しきり部８１により形成された第２の空間８４を経て第３の空間８３に入り、外部に排出される。第２の空間８４では、パワー半導体モジュール７０の裏面を冷却する。
例えば第２の空間８４に形成される流路の断面積を５０ｍｍ^２、第１、３の空間８２、８３に形成される流路の断面積をその２倍の１００ｍｍ^２とすると、第２の空間８４での流速が速くなり冷却効率を大きくできる。 In the refrigerant circuit block 80, the cooling water is introduced into the first space 82 formed by the threshold portion 81. The cooling water further enters the third space 83 through the second space 84 formed by the squeezing portion 81 and is discharged to the outside. In the second space 84, the back surface of the power semiconductor module 70 is cooled.
For example, if the cross-sectional area of the flow path formed in the second space 84 is 50 mm ² , and the cross-sectional area of the flow path formed in the first and third spaces 82 and 83 is 100 mm ² , which is twice that, The flow velocity in the space 84 is increased and the cooling efficiency can be increased.

また、パワー半導体モジュール７０の底面に保護層７５が配置されていることで、冷却水による侵食や腐食を防止できる。例えば、絶縁層７４が、熱伝導率５〜１０Ｗ／ｍＫ程度のエポキシ樹脂の場合、樹脂に冷却水の水分が浸透すると絶縁性に低下する。このため、例えば厚さ１００μｍ以上の銅箔からなる保護層７５で絶縁層７４を覆うことにより、絶縁層７４への水分の浸透を防止している。第２の空間８４には、保護層７５のみが露出し、絶縁層７４への水分の浸透も防止している。 Further, since the protective layer 75 is disposed on the bottom surface of the power semiconductor module 70, erosion and corrosion due to cooling water can be prevented. For example, in the case where the insulating layer 74 is an epoxy resin having a thermal conductivity of about 5 to 10 W / mK, when the moisture of the cooling water penetrates into the resin, the insulating layer 74 is lowered to an insulating property. For this reason, the penetration of moisture into the insulating layer 74 is prevented by covering the insulating layer 74 with a protective layer 75 made of, for example, a copper foil having a thickness of 100 μm or more. Only the protective layer 75 is exposed in the second space 84, and moisture penetration into the insulating layer 74 is also prevented.

冷媒回路ブロック８０と保護層７５との間は、Ｏリングやガスケットのようなシール手段（図示せず）で、加圧密着されている。また、両者の間に予め水密性のある接着剤を塗布し、固定具６０の締め付けで接着面につねに加圧力を働かせるようにしても良い。 The refrigerant circuit block 80 and the protective layer 75 are pressure-contacted by a sealing means (not shown) such as an O-ring or a gasket. Alternatively, a water-tight adhesive may be applied in advance between the two, and a pressing force may always be applied to the adhesive surface by tightening the fixture 60.

第１プレート３０、第２プレート４０、および冷媒回路ブロック８０の所定の位置には貫通穴が設けられており、ボルトのような固定具６０を通してこれらを固定している。かかる構造では、冷媒回路ブロック８０にはネジ穴は不要であり、貫通穴を設けるために、組み立てが簡便となる。 Through holes are provided at predetermined positions of the first plate 30, the second plate 40, and the refrigerant circuit block 80, and these are fixed through a fixture 60 such as a bolt. In such a structure, the refrigerant circuit block 80 does not need a screw hole, and the assembly is simple because the through hole is provided.

また、ネジ穴を設けず貫通穴としたことで、冷媒回路ブロック８０の材料選択の幅が広がり、より低コストの材料を適用できる。例えば、冷媒回路ブロック８０の材料に射出成形で用いられる樹脂を用いると、複雑な流路の設計が可能となる。特に、冷媒回路ブロック８０とパワー半導体モジュール７０との間の空間、即ち第２の空間８４は、パワー半導体モジュール７０の底面を直接冷却するが、冷却水が層流となると冷却水に温度分布が形成され、底面近傍の冷却水の温度が上昇してしまう。このため、冷却水の温度分布が発生しにくいように冷却水を掻き乱し、乱流とするのが好ましい。例えば、冷却ブロック回路８０に、直径数ｍｍの多数の円筒や、直方体、円錐、円錐台、その他、流れを掻き乱すような形状の突起部を設けることで、冷却水の流れを乱し、冷却性能を高めることができる。
なお、機械加工でかかる突起部を形成するよりも、射出成型で形成した方が容易に形成できるとともに、生産性も向上する。 Further, since the through holes are provided without providing the screw holes, the material selection range of the refrigerant circuit block 80 is widened, and a lower cost material can be applied. For example, when a resin used in injection molding is used as the material of the refrigerant circuit block 80, a complicated flow path can be designed. In particular, the space between the refrigerant circuit block 80 and the power semiconductor module 70, that is, the second space 84 directly cools the bottom surface of the power semiconductor module 70, but when the cooling water becomes a laminar flow, the cooling water has a temperature distribution. As a result, the temperature of the cooling water near the bottom increases. For this reason, it is preferable to disturb the cooling water so that the temperature distribution of the cooling water does not easily occur, thereby forming a turbulent flow. For example, the cooling block circuit 80 is provided with a large number of cylinders having a diameter of several millimeters, a rectangular parallelepiped, a cone, a truncated cone, and other protrusions having a shape that disturbs the flow, thereby disturbing the flow of the cooling water and cooling the cooling circuit. Performance can be increased.
In addition, it is easier to form by injection molding than to form such protrusions by machining, and productivity is also improved.

このように、本実施の形態にかかるパワー半導体装置２００では、パワー半導体モジュール７０で発生した熱の一部が、上面の第１プレート３０からヒートパイプ５０を介して第２プレート４０に伝えられ、冷媒回路ブロック８０で放熱される。特に、冷媒回路ブロック８０が水冷方式のため、パワー半導体素子２００の放熱効率を大幅に向上させることができる。 Thus, in the power semiconductor device 200 according to the present embodiment, part of the heat generated in the power semiconductor module 70 is transmitted from the first plate 30 on the upper surface to the second plate 40 via the heat pipe 50, The refrigerant circuit block 80 dissipates heat. In particular, since the refrigerant circuit block 80 is a water cooling system, the heat dissipation efficiency of the power semiconductor element 200 can be significantly improved.

ここでは、ヒートパイプ５０を１本としたが、実施の形態１と同様に複数のヒートパイプを設けても構わない。 Although one heat pipe 50 is used here, a plurality of heat pipes may be provided as in the first embodiment.

本発明の実施の形態１にかかるパワー半導体装置の斜視図である。1 is a perspective view of a power semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態１にかかるパワー半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the power semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態１にかかるパワー半導体装置の組立図である。1 is an assembly diagram of a power semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態２にかかるパワー半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the power semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention.

Explanation of symbols

１０パワー半導体モジュール、２０冷媒回路ブロック、３０第１プレート、４０第２プレート、５０ヒートパイプ、６０固定具、１００パワー半導体装置。

10 power semiconductor module, 20 refrigerant circuit block, 30 first plate, 40 second plate, 50 heat pipe, 60 fixture, 100 power semiconductor device.

Claims

A power semiconductor module in which a power semiconductor element is resin-sealed;
A refrigerant circuit block on which the semiconductor module is mounted;
A first plate and a second plate disposed opposite to each other with the power semiconductor module and the refrigerant circuit block sandwiched between the first plate in contact with the power semiconductor module and the second plate in contact with the refrigerant circuit block; Plates,
A heat pipe connected to both the first plate and the second plate;
A power semiconductor device, wherein heat generated in the power semiconductor module is transmitted to the refrigerant circuit block through the heat pipe.

The heat pipe includes a curved central portion and a connection portion that is disposed substantially in parallel with the central portion interposed therebetween and connected to the first plate and the second plate, and the interval between the connection portions changes. The power semiconductor device according to claim 1, wherein the heat pipe is bent.

3. The power semiconductor device according to claim 2, wherein a plurality of the heat pipes are arranged between the first plate and the second plate so that the central portions thereof are aligned. 4.