JP2015159149A - Cooling device and semiconductor device - Google Patents

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JP2015159149A JP2014032044A JP2014032044A JP2015159149A JP 2015159149 A JP2015159149 A JP 2015159149A JP 2014032044 A JP2014032044 A JP 2014032044A JP 2014032044 A JP2014032044 A JP 2014032044A JP 2015159149 A JP2015159149 A JP 2015159149A
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誠二 安井
Seiji Yasui
誠二 安井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cooling device and a semiconductor device that can increase the flow rate of refrigerant passing through fins while implementing the function of positioning refrigerant flow path forming members.SOLUTION: A cooling device has: a first refrigerant flow path forming member having a recess portion; a second refrigerant flow path forming member which has plural pin fins arranged in a staggered arrangement, is formed to confront the first refrigerant flow path forming member so that the plural pin fins are disposed in the recess portion, and forms a refrigerant flow path portion in cooperation with the first refrigerant flow path forming member; a refrigerant inlet provided at one end side in a first direction of the first refrigerant path forming member; a refrigerant outlet provided at the other end side in the first direction of the first refrigerant flow path forming member; and a projecting portion formed on a side wall which extends in the first direction and defines the recess portion of the first refrigerant flow path forming member, the projecting portion projecting in a second direction intersecting to the first direction and coming into contact with the outer peripheral surfaces of the predetermined fin pins.

Description

本開示は、冷却装置及び半導体装置に関する。   The present disclosure relates to a cooling device and a semiconductor device.

従来から、ヒートシンクのフィン間を通るように冷媒を流す冷却構造が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, a cooling structure in which a refrigerant flows so as to pass between fins of a heat sink is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開2012‐222327号公報JP 2012-222327 A 特開2013‐99214号公報JP 2013-99214 A

ところで、この種の冷却構造では、最も外側のフィンとケースとの間には隙間があり、この隙間は、抵抗が少ない。従って、この隙間を通る冷媒は、各フィンの間を通る冷媒よりも、流量が大きくなる傾向がある。   By the way, in this kind of cooling structure, there is a gap between the outermost fin and the case, and this gap has little resistance. Therefore, the refrigerant passing through the gap tends to have a larger flow rate than the refrigerant passing between the fins.

また、上記の特許文献1や特許文献2においては、ヒートシンク(ベースプレート)とケース(冷却路構成部材)との間の位置決め機能については考慮されていない。   In Patent Document 1 and Patent Document 2, the positioning function between the heat sink (base plate) and the case (cooling path constituent member) is not considered.

そこで、本開示は、冷媒流路形成部材同士の位置決め機能を実現しつつ、フィン間を通る冷媒の流量を増加することができる冷却装置及び半導体装置の提供を目的とする。   Therefore, an object of the present disclosure is to provide a cooling device and a semiconductor device capable of increasing the flow rate of the refrigerant passing between the fins while realizing the positioning function between the refrigerant flow path forming members.

本開示の一局面によれば、凹部を備える第1冷媒流路形成部材と、
千鳥配置された複数のピンフィンを備え、前記複数のピンフィンが前記凹部内に配置されるように前記第1冷媒流路形成部材に対向して設けられ、前記第1冷媒流路形成部材と協動して冷媒流路部を形成する第2冷媒流路形成部材と、
前記第1冷媒流路形成部材における第1方向の一端側に設けられる冷媒入口と、
前記第1冷媒流路形成部材における前記第1方向の他端側に設けられる冷媒出口と、
前記第1冷媒流路形成部材の凹部の側壁であって、前記第1方向に延在する側壁に形成され、前記第1方向に交差する第2方向に突出して前記所定のピンフィンの外周面に当接する突出部とを含む、冷却装置が提供される。
According to one aspect of the present disclosure, a first refrigerant flow path forming member including a recess;
A plurality of pin fins arranged in a zigzag manner are provided, and the plurality of pin fins are provided facing the first refrigerant flow path forming member so as to be arranged in the recess, and cooperate with the first refrigerant flow path forming member A second refrigerant flow path forming member that forms a refrigerant flow path section,
A refrigerant inlet provided on one end side in the first direction of the first refrigerant flow path forming member;
A refrigerant outlet provided on the other end side in the first direction of the first refrigerant flow path forming member;
A side wall of the recess of the first refrigerant flow path forming member, formed on the side wall extending in the first direction, protruding in a second direction intersecting the first direction, and on an outer peripheral surface of the predetermined pin fin A cooling device is provided that includes an abutting protrusion.

本開示によれば、冷媒流路形成部材同士の位置決め機能を実現しつつ、フィン間を通る冷媒の流量を増加することができる冷却装置等が得られる。   According to the present disclosure, it is possible to obtain a cooling device or the like that can increase the flow rate of the refrigerant passing between the fins while realizing the positioning function between the refrigerant flow path forming members.

一実施例による半導体装置1を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view showing roughly semiconductor device 1 by one example. ケースのない状態である半導体装置1を概略的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a semiconductor device 1 in a state without a case. ケース70を上側から視た斜視図である。It is the perspective view which looked at the case 70 from the upper side. 半導体装置1を上面視で概略的に示す平面図である。1 is a plan view schematically showing a semiconductor device 1 in a top view. 突出部740による冷媒の流れ規制機能の説明図である。It is explanatory drawing of the flow control function of the refrigerant | coolant by the protrusion part 740. FIG. 各変形例を示す図である。It is a figure which shows each modification.

以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1は、一実施例による半導体装置1を概略的に示す斜視図である。図2は、ケースのない状態である半導体装置1を概略的に示す斜視図であり、(A)は、上側を示し、(B)は、下側を示す。   FIG. 1 is a perspective view schematically showing a semiconductor device 1 according to an embodiment. 2A and 2B are perspective views schematically showing the semiconductor device 1 in a state without a case, where FIG. 2A shows the upper side and FIG. 2B shows the lower side.

尚、半導体装置1の上下方向は、半導体装置1の搭載状態に応じて上下方向が異なるが、以下では、便宜上、図1のZ方向における半導体チップ10A,10Bが存在する側を“上側”とする。   The vertical direction of the semiconductor device 1 differs depending on the mounting state of the semiconductor device 1, but in the following, for convenience, the side where the semiconductor chips 10A and 10B in the Z direction in FIG. To do.

半導体装置1は、例えば、ハイブリッド車又は電気自動車で使用されるモータ駆動用のインバータを構成するものであってよい。以下では、半導体装置1は、モータ駆動用のインバータであるとして説明する。   The semiconductor device 1 may constitute an inverter for driving a motor used in, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle. Hereinafter, the semiconductor device 1 will be described as an inverter for driving a motor.

半導体装置1は、図1に示すように、半導体チップ10A,10Bと、ヒートスプレッダ20と、絶縁層30と、ヒートシンク40と、ケース70とを含む。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 includes semiconductor chips 10 </ b> A and 10 </ b> B, a heat spreader 20, an insulating layer 30, a heat sink 40, and a case 70.

半導体チップ10A,10Bは、例えば、インバータの各アームを形成し、図1に示すように、3相に対応して、6組設けられる。半導体チップ10Aは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)からなる半導体チップであり、半導体チップ10Bは、FWD(Free Wheeling Diode)からなる半導体チップである。半導体チップ10Aは、IGBTに代えて、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field‐Effect Transistor)のような他のスイッチング素子を含んでもよい。半導体チップ10A,10Bは、それぞれヒートスプレッダ20上に半田(図示せず)により接合される。   For example, each of the semiconductor chips 10A and 10B forms each arm of an inverter, and as shown in FIG. 1, six sets are provided corresponding to three phases. The semiconductor chip 10A is a semiconductor chip made of IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and the semiconductor chip 10B is a semiconductor chip made of FWD (Free Wheeling Diode). The semiconductor chip 10A may include another switching element such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) instead of the IGBT. The semiconductor chips 10A and 10B are joined to the heat spreader 20 by solder (not shown).

ヒートスプレッダ20は、半導体チップ10A,10Bのそれぞれの組に対応して設けられる。ヒートスプレッダ20は、それぞれ半導体チップ10A,10Bで発生する熱を吸収し拡散する部材である。ヒートスプレッダ20は、例えば銅、アルミなどの熱拡散性の優れた金属から形成される。   The heat spreader 20 is provided corresponding to each set of the semiconductor chips 10A and 10B. The heat spreader 20 is a member that absorbs and diffuses heat generated in the semiconductor chips 10A and 10B, respectively. The heat spreader 20 is formed from a metal having excellent thermal diffusibility, such as copper or aluminum.

絶縁層30は、樹脂接着剤や樹脂シートから構成されてよい。絶縁層30は、例えばアルミナをフィラーとした樹脂で形成されてもよい。絶縁層30は、図1に示すように、ヒートスプレッダ20とヒートシンク40の間に設けられ、ヒートスプレッダ20とヒートシンク40に接合する。絶縁層30は、ヒートスプレッダ20とヒートシンク40との間の電気的な絶縁性を確保しつつ、ヒートスプレッダ20からヒートシンク40への高い熱伝導性を確保する。   The insulating layer 30 may be composed of a resin adhesive or a resin sheet. The insulating layer 30 may be formed of a resin using alumina as a filler, for example. As shown in FIG. 1, the insulating layer 30 is provided between the heat spreader 20 and the heat sink 40 and is bonded to the heat spreader 20 and the heat sink 40. The insulating layer 30 ensures high thermal conductivity from the heat spreader 20 to the heat sink 40 while ensuring electrical insulation between the heat spreader 20 and the heat sink 40.

ヒートシンク40は、熱伝導性の良い材料から形成され、例えば、アルミなどの金属により形成される。ヒートシンク40は、上述の如く、上面がヒートスプレッダ20に接合される。ヒートシンク40は、図2に示すように、下面側にフィン42を備える。フィン42は、図2(B)に示すように、ピンフィンである。フィン42は、千鳥配置される。即ち、各フィン42は、3つの隣接するフィン42の中心を結ぶと正三角形(又は二等辺三角形)になるように配置される。尚、ヒートシンク40は、2つ以上の部材で構成されてもよい。例えば、ヒートシンク40は、第1の金属板と、フィン42を備えた第2の金属板とを結合して構成されてもよい。   The heat sink 40 is formed of a material having good thermal conductivity, and is formed of a metal such as aluminum, for example. As described above, the upper surface of the heat sink 40 is bonded to the heat spreader 20. As shown in FIG. 2, the heat sink 40 includes fins 42 on the lower surface side. The fins 42 are pin fins as shown in FIG. The fins 42 are staggered. That is, each fin 42 is disposed so as to form an equilateral triangle (or an isosceles triangle) when the centers of three adjacent fins 42 are connected. The heat sink 40 may be composed of two or more members. For example, the heat sink 40 may be configured by combining a first metal plate and a second metal plate including the fins 42.

ケース70は、ヒートシンク40と協動して冷媒流路を形成する。尚、ケース70及びヒートシンク40は、半導体チップ10A,10Bを冷却するための冷却装置の一例である。冷却装置の構成の詳細は後述する。   The case 70 cooperates with the heat sink 40 to form a coolant channel. The case 70 and the heat sink 40 are an example of a cooling device for cooling the semiconductor chips 10A and 10B. Details of the configuration of the cooling device will be described later.

図3は、ケース70を上側から視た斜視図である。   FIG. 3 is a perspective view of the case 70 as viewed from above.

ケース70は、インバータ専用のケースであってもよいし、駆動ユニット(例えば遊星歯車機構やモータ等)のケースであってもよい。ケース70は、例えばアルミの鋳造により形成される。   The case 70 may be a case dedicated to an inverter or a case of a drive unit (for example, a planetary gear mechanism or a motor). The case 70 is formed by casting aluminum, for example.

ケース70は、図3に示すように、上側が開口する凹部72を含む。凹部72は、図3に示すように、略矩形断面の空間を形成する。凹部72は、図3に示すように、略平らな底面を有する。但し、凹部72は、底面に段差等を有してもよい。   As shown in FIG. 3, the case 70 includes a recess 72 whose upper side is open. As shown in FIG. 3, the recess 72 forms a space having a substantially rectangular cross section. As shown in FIG. 3, the recess 72 has a substantially flat bottom surface. However, the recess 72 may have a step or the like on the bottom surface.

ケース70は、ヒートシンク40と協動して、冷媒流路部720を形成する。即ち、ヒートシンク40が図1に示すようにケース70に取り付けられた状態では、ケース70の凹部72とヒートシンク40の下面との間に冷媒流路部720が形成される。冷媒流路部720には、フィン42が配置されることになる。即ち、ヒートシンク40が図1に示すようにケース70に取り付けられた状態では、凹部72内にはフィン42が配置されることになる。フィン42の先端は、凹部72の底面から離間される。尚、ヒートシンク40の下面とケース70の外周部74の上面との間には、シール部材(図示せず)が設けられてよい。尚、以下では、“内側”及び“外側”は、冷媒流路部720の中心C(図1参照)を基準として、中心Cに近い側を“内側”とし、遠い側を“外側”とする。   The case 70 cooperates with the heat sink 40 to form the coolant channel portion 720. That is, in the state where the heat sink 40 is attached to the case 70 as shown in FIG. 1, the coolant channel portion 720 is formed between the recess 72 of the case 70 and the lower surface of the heat sink 40. The fins 42 are disposed in the refrigerant flow path portion 720. That is, in the state where the heat sink 40 is attached to the case 70 as shown in FIG. The tips of the fins 42 are separated from the bottom surface of the recess 72. A seal member (not shown) may be provided between the lower surface of the heat sink 40 and the upper surface of the outer peripheral portion 74 of the case 70. In the following, “inner side” and “outer side” are defined as “inner side” on the side closer to the center C and “outer side” on the far side with respect to the center C (see FIG. 1) of the refrigerant flow path 720. .

ケース70には、冷媒流路部720におけるフィン42が存在する範囲において冷媒が実質的にX方向に流れるように冷媒入口730及び冷媒出口732が形成される。尚、実際には、冷媒流路部720における冷媒の流れは、全体の概略的流れとしてX方向となる。しかしながら、冷媒流路部720における冷媒は、ヒートシンク40のフィン42の間や、ヒートシンク40のフィン42とケース70の側壁726,728との隙間を通りながら、多様な方向で流れる。また、冷媒流路部720における冷媒の流れは、全体として斜め方向(例えば、対角位置に設けられる冷媒入口から冷媒出口に向かう斜め方向)となる場合もある。   The case 70 is formed with a refrigerant inlet 730 and a refrigerant outlet 732 so that the refrigerant substantially flows in the X direction in a range where the fins 42 in the refrigerant flow path portion 720 exist. In practice, the flow of the refrigerant in the refrigerant flow path portion 720 is in the X direction as the overall schematic flow. However, the refrigerant in the refrigerant flow path portion 720 flows in various directions while passing between the fins 42 of the heat sink 40 or through the gaps between the fins 42 of the heat sink 40 and the side walls 726 and 728 of the case 70. Moreover, the flow of the refrigerant in the refrigerant flow path part 720 may be in an oblique direction as a whole (for example, an oblique direction from the refrigerant inlet provided at the diagonal position toward the refrigerant outlet).

具体的には、ケース70におけるX方向の一端側には、冷媒入口730が形成される。冷媒入口730は、冷媒流路部720に通じる開口であり、ケース70におけるX方向の一端側における任意の個所に設けられてもよい。例えば、図3に示す例では、冷媒入口730は、凹部72におけるX方向の一端側の側壁724に形成される横長の開口であるが、凹部72におけるX方向の一端側の底面に形成される開口であってもよいし、凹部72におけるX方向の一端側の、Y方向の側壁726又は728に形成される開口であってもよい。また、冷媒入口730の開口の形状等についても任意である。   Specifically, a refrigerant inlet 730 is formed on one end side in the X direction of the case 70. The refrigerant inlet 730 is an opening that communicates with the refrigerant flow path portion 720 and may be provided at an arbitrary position on one end side in the X direction of the case 70. For example, in the example shown in FIG. 3, the refrigerant inlet 730 is a horizontally long opening formed in the side wall 724 on one end side in the X direction in the recess 72, but is formed on the bottom surface on one end side in the X direction in the recess 72. It may be an opening, or may be an opening formed in the side wall 726 or 728 in the Y direction on one end side in the X direction in the recess 72. Further, the shape of the opening of the refrigerant inlet 730 is also arbitrary.

ケース70におけるX方向の他端側には、冷媒出口732が形成される。冷媒出口732は、冷媒流路部720に通じる開口であり、ケース70におけるX方向の他端側における任意の個所に設けられてもよい。例えば、図3に示す例では、冷媒出口732は、凹部72におけるX方向の他端側の側壁723に形成される横長の開口であるが、凹部72におけるX方向の他端側の底面に形成される開口であってもよいし、凹部72におけるX方向の他端側の、Y方向の側壁726又は728に形成される開口であってもよい。また、冷媒出口732の開口の形状等についても任意である。   A refrigerant outlet 732 is formed on the other end side of the case 70 in the X direction. The refrigerant outlet 732 is an opening that communicates with the refrigerant flow path portion 720 and may be provided at an arbitrary position on the other end side in the X direction of the case 70. For example, in the example shown in FIG. 3, the coolant outlet 732 is a horizontally long opening formed in the side wall 723 on the other end side in the X direction in the recess 72, but is formed on the bottom surface on the other end side in the X direction in the recess 72. The opening formed in the side wall 726 or 728 of the Y direction on the other end side of the X direction in the recessed part 72 may be sufficient. Further, the shape of the opening of the refrigerant outlet 732 is also arbitrary.

ケース70における凹部のY方向の側壁726及び728には、突出部740が形成される。突出部740は、X方向に交差する方向、即ちY方向内側に向かって突出する。尚、凹部のY方向の側壁726及び728は、図3に示すように、突出部740以外の部位は平面状に形成されてよい。突出部740は、好ましくは、冷媒流路部720の高さ方向(Z方向)の全体にわたって延在する。即ち、突出部740は、好ましくは、凹部の底面から、ケース70の外周部74の上面まで延在する。突出部740は、典型的には、等断面であるが、Z方向の異なる位置で異なる断面を有してもよい。突出部740は、図3に示すように、中心CよりもX方向で冷媒出口732に近い側(即ち中心Cよりも下流側)に設けられてよい。尚、側壁726及び728のそれぞれの突出部740は、中心Cを通るX方向に平行な線を含む面に関して対称な構成であってよい。   Projections 740 are formed on the side walls 726 and 728 in the Y direction of the recesses in the case 70. The protrusion 740 protrudes in the direction intersecting the X direction, that is, inward in the Y direction. In addition, as shown in FIG. 3, the side walls 726 and 728 in the Y direction of the concave portion may be formed in a planar shape except for the protruding portion 740. The protruding portion 740 preferably extends over the entire height direction (Z direction) of the refrigerant flow path portion 720. That is, the protrusion 740 preferably extends from the bottom surface of the recess to the top surface of the outer peripheral portion 74 of the case 70. The protrusion 740 is typically an equal cross section, but may have different cross sections at different positions in the Z direction. As shown in FIG. 3, the protrusion 740 may be provided on the side closer to the refrigerant outlet 732 in the X direction than the center C (that is, on the downstream side of the center C). In addition, each protrusion part 740 of the side walls 726 and 728 may have a symmetric configuration with respect to a plane including a line passing through the center C and parallel to the X direction.

図4は、半導体装置1を上面視で概略的に示す平面図であり、(A)は、全体図であり、(B)は、P部の拡大図である。図4においては、フィン42と突出部740との関係を示す目的のため、内部が透視で示されている。また、図4(B)における点線は、説明用の点線であり、構成を表す点線ではない。また、図4(B)においては、見易さのための都合上、突出部740の領域が斜線にてハッチングされている。また、図4においては、半導体チップ10A、10Bは、これらの設置領域をわかり易く示す目的のため、なし地にてハッチングされている。   FIG. 4 is a plan view schematically showing the semiconductor device 1 in a top view, (A) is an overall view, and (B) is an enlarged view of a P portion. In FIG. 4, the inside is shown in perspective for the purpose of showing the relationship between the fins 42 and the protruding portions 740. Further, the dotted line in FIG. 4B is an explanatory dotted line and is not a dotted line representing a configuration. In FIG. 4B, the region of the projecting portion 740 is hatched with diagonal lines for convenience of viewing. In FIG. 4, the semiconductor chips 10 </ b> A and 10 </ b> B are hatched at the base for the purpose of easily showing these installation areas.

突出部740は、図4(B)に示すように、複数のフィン42のうちの特定のフィンの外周面に当接する。図4(B)に示す例では、突出部740は、フィン42A及び42Bの各外周面に当接する。この際、突出部740は、フィン42A及び42Bを介してヒートシンク40のX方向及びY方向の変位を規制する態様でフィン42A及び42Bの各外周面に当接する。即ち、突出部740は、フィン42A及び42Bと協動して、ヒートシンク40とケース70との間の位置決め機能を果たす。   As shown in FIG. 4B, the protruding portion 740 contacts the outer peripheral surface of a specific fin among the plurality of fins 42. In the example shown in FIG. 4B, the projecting portion 740 contacts the outer peripheral surfaces of the fins 42A and 42B. At this time, the protrusion 740 contacts the outer peripheral surfaces of the fins 42A and 42B in such a manner that the displacement of the heat sink 40 in the X direction and the Y direction is regulated via the fins 42A and 42B. That is, the protrusion 740 performs a positioning function between the heat sink 40 and the case 70 in cooperation with the fins 42A and 42B.

図4に示す例では、突出部740におけるフィン42A及び42Bとの当接面は、フィン42A及び42Bの各外周面に対応した湾曲形状を有する。図4に示す例では、突出部740におけるフィン42Aとの当接面は、フィン42Aの外周面のY方向外側全体(180度以上)に当接し、突出部740におけるフィン42Bとの当接面は、フィン42Bの外周面のY方向外側一部に当接する。図4に示す例では、突出部740は、フィン42A及び42B以外の近傍のフィン42C,42D及び42Eに対しては、フィン42C,42D及び42Eの各径方向で距離L1だけ離間するように形成される。尚、図4(B)には、フィン42C,42D及び42Eの各径方向で距離L1だけ離れた位置が、点線にて示されている。   In the example illustrated in FIG. 4, the contact surface of the protrusion 740 with the fins 42 </ b> A and 42 </ b> B has a curved shape corresponding to each outer peripheral surface of the fins 42 </ b> A and 42 </ b> B. In the example illustrated in FIG. 4, the contact surface of the protrusion 740 with the fin 42 </ b> A contacts the entire outer periphery of the fin 42 </ b> A in the Y direction (180 degrees or more), and the contact surface of the protrusion 740 with the fin 42 </ b> B. Is in contact with a part of the outer peripheral surface of the fin 42B on the outer side in the Y direction. In the example shown in FIG. 4, the protrusion 740 is formed so as to be separated from the nearby fins 42C, 42D, and 42E other than the fins 42A and 42B by a distance L1 in each radial direction of the fins 42C, 42D, and 42E. Is done. In FIG. 4B, the positions separated by the distance L1 in the radial directions of the fins 42C, 42D, and 42E are indicated by dotted lines.

突出部740は、図4(B)に示すように、上面視で半導体チップ10Aの設置領域と重ならない範囲に延在する。即ち、突出部740は、図4(B)に示すように、上面視で半導体チップ10Aの下方の範囲までは突出しない。尚、図4に示す例では、突出部740は、上面視で半導体チップ10Aの設置領域の縁部まで延在するが、半導体チップ10Aの設置領域の縁部の手前で終端してもよい。   As shown in FIG. 4B, the protrusion 740 extends in a range that does not overlap with the installation region of the semiconductor chip 10A in a top view. That is, as shown in FIG. 4B, the protruding portion 740 does not protrude up to a range below the semiconductor chip 10A in top view. In the example shown in FIG. 4, the protrusion 740 extends to the edge of the installation area of the semiconductor chip 10 </ b> A in a top view, but may end before the edge of the installation area of the semiconductor chip 10 </ b> A.

尚、図4に示すように、凹部のY方向の側壁726及び728は、突出部740以外の部位においては、フィン42から離間される。即ち、凹部のY方向の側壁726及び728は、突出部740以外の部位においては、フィン42の外周面と接触しない。凹部のY方向の側壁726及び728は、突出部740以外の部位においては、最も近いフィン42に対してY方向で所定距離L以上離される。所定距離Lは、製造公差や組み付け公差等を考慮して決定されてよい。尚、図4に示す例では、所定距離Lは、フィン42間の距離L1に一致するが、典型的には、フィン42間の距離L1よりも長く設定される。   As shown in FIG. 4, the side walls 726 and 728 in the Y direction of the recess are separated from the fins 42 at portions other than the protrusions 740. That is, the side walls 726 and 728 of the concave portion in the Y direction do not contact the outer peripheral surface of the fin 42 at a portion other than the protruding portion 740. The side walls 726 and 728 in the Y direction of the recess are separated by a predetermined distance L or more in the Y direction with respect to the nearest fin 42 at a portion other than the protrusion 740. The predetermined distance L may be determined in consideration of manufacturing tolerances, assembly tolerances, and the like. In the example shown in FIG. 4, the predetermined distance L matches the distance L1 between the fins 42, but is typically set longer than the distance L1 between the fins 42.

図5は、突出部740による冷媒の流れ規制機能の説明図であり、(A)は、突出部740の無い比較構成を示し、(B)は、図4(B)に示した構成(本実施例)を示す。   5A and 5B are explanatory views of the refrigerant flow restriction function by the protruding portion 740. FIG. 5A shows a comparative configuration without the protruding portion 740, and FIG. 5B shows the configuration shown in FIG. Example).

突出部740の無い比較構成では、図5(A)にて矢印Q1で模式的に示すように、ケース70’の側壁とY方向で最も外側のフィン42との間の隙間を冷媒が流れてしまい、半導体チップ10A、10Bの下方のフィン42間を通る冷媒の流量が低下するという問題がある。   In the comparative configuration without the projecting portion 740, the refrigerant flows through the gap between the side wall of the case 70 ′ and the outermost fin 42 in the Y direction, as schematically shown by the arrow Q 1 in FIG. Therefore, there is a problem that the flow rate of the refrigerant passing between the fins 42 below the semiconductor chips 10A and 10B decreases.

これに対して、本実施例によれば、図5(B)にて矢印Q1及びQ2で模式的に示すように、ケース70の側壁726とY方向で最も外側のフィン42との間の隙間を流れる冷媒は、突出部740により流れが規制され、Y方向内側へと向かう。これにより、図5(B)にて矢印Q2で模式的に示すように、冷媒は、フィン42間を流れることになり、半導体チップ10A、10Bの下方のフィン42間を通る冷媒の流量が比較例に比べて増加する。これにより、半導体チップ10A、10Bの冷却を効率を高めることができる。   On the other hand, according to the present embodiment, as schematically shown by arrows Q1 and Q2 in FIG. 5B, the gap between the side wall 726 of the case 70 and the outermost fin 42 in the Y direction. The refrigerant flowing through is regulated by the protrusions 740 and is directed inward in the Y direction. Thereby, as schematically shown by the arrow Q2 in FIG. 5B, the refrigerant flows between the fins 42, and the flow rate of the refrigerant passing between the fins 42 below the semiconductor chips 10A and 10B is compared. Increase compared to the example. Thereby, the cooling efficiency of the semiconductor chips 10A and 10B can be increased.

以上説明した本実施例の半導体装置1の冷却装置によれば、とりわけ、以下のような効果が奏される。   According to the cooling device for the semiconductor device 1 of the present embodiment described above, the following effects can be obtained.

本実施例によれば、ケース70の側壁726に突出部740を形成することで、ケース70の側壁726とY方向で最も外側のフィン42との間の隙間を流れる冷媒の流量を低減し、フィン42間を通る冷媒の流量を増加することができる。これにより、半導体チップ10A、10Bの冷却を効率を高めることができる。   According to this embodiment, by forming the protrusion 740 on the side wall 726 of the case 70, the flow rate of the refrigerant flowing through the gap between the side wall 726 of the case 70 and the outermost fin 42 in the Y direction is reduced. The flow rate of the refrigerant passing between the fins 42 can be increased. Thereby, the cooling efficiency of the semiconductor chips 10A and 10B can be increased.

また、本実施例によれば、上述の如く、突出部740は、フィン42A及び42Bと協動して、ヒートシンク40とケース70との間の位置決め機能を果たすことができる。このように、本実施例によれば、突出部740に、冷媒の流れを規制する機能と共に位置決め機能を持たせることができる。これにより、別途、位置決め用の構成を設ける必要性を低減することができる。   Further, according to the present embodiment, as described above, the projecting portion 740 can perform the positioning function between the heat sink 40 and the case 70 in cooperation with the fins 42A and 42B. Thus, according to the present embodiment, the protruding portion 740 can have a positioning function as well as a function of regulating the flow of the refrigerant. Thereby, the necessity for providing the structure for positioning separately can be reduced.

また、本実施例によれば、突出部740は、フィン42A及び42B以外の近傍のフィン42C,42D及び42Eに対しては、フィン42C,42D及び42Eの各径方向で距離L1だけ離間するように形成される。これにより、これらのフィン42C,42D及び42Eを介した放熱能力を低減することなく、位置決め機能及び冷媒流れを規制する機能を実現することができる。但し、後述の如く、突出部740の構成は多種多様に変更可能である。   Further, according to the present embodiment, the protruding portion 740 is separated from the neighboring fins 42C, 42D, and 42E other than the fins 42A and 42B by the distance L1 in the radial directions of the fins 42C, 42D, and 42E. Formed. Thereby, the positioning function and the function of regulating the refrigerant flow can be realized without reducing the heat dissipation capability through these fins 42C, 42D and 42E. However, as will be described later, the configuration of the protruding portion 740 can be variously changed.

また、本実施例によれば、突出部740は、フィン42A及び42Bの外周面の全周には当接せず、フィン42A及び42Bの外周面の一部のみに当接するので、フィン42A及び42Bを介した放熱機能を部分的に確保することができる。但し、変形例では、突出部740は、フィン42A及び/又はフィン42Bの外周面の全周に亘って当接してもよい(即ち、円筒状の穴を突出部740に形成してもよい)。   Further, according to the present embodiment, the protruding portion 740 does not contact the entire circumference of the outer peripheral surfaces of the fins 42A and 42B, but contacts only a part of the outer peripheral surfaces of the fins 42A and 42B. The heat dissipation function via 42B can be partially ensured. However, in a modified example, the protrusion 740 may abut over the entire outer periphery of the fin 42A and / or the fin 42B (that is, a cylindrical hole may be formed in the protrusion 740). .

また、本実施例によれば、突出部740は、上面視で半導体チップ10Aの設置領域まで突出するので、半導体チップ10Aの下方のフィン42間を通る冷媒の流量を効率的に増加することができる。また、突出部740は、上面視で半導体チップ10Aの設置領域と重ならない範囲に延在するので、半導体チップ10Aの直下のフィン42を介した放熱機能を阻害してしまうことを低減することができる。但し、変形例では、突出部740は、上面視で半導体チップ10Aの設置領域と重なる範囲に延在してもよい。   Further, according to the present embodiment, since the protruding portion 740 protrudes to the installation area of the semiconductor chip 10A in a top view, the flow rate of the refrigerant passing between the fins 42 below the semiconductor chip 10A can be efficiently increased. it can. Further, since the protruding portion 740 extends in a range that does not overlap with the installation area of the semiconductor chip 10A in a top view, it is possible to reduce the obstruction of the heat dissipation function via the fins 42 immediately below the semiconductor chip 10A. it can. However, in the modified example, the protruding portion 740 may extend in a range overlapping the installation area of the semiconductor chip 10A in a top view.

尚、本実施例において、突出部740は、図4に示した構成に限られず、上述したように位置決め機能と共に冷媒流れを規制する機能を備える限り、他の構成であってもよい。例えば、図4に示す例において、突出部740は、フィン42Bの中心よりもフィン42E側の部位は省略されてもよい。また、図6(A)に示すケース70Aのように、突出部742は、フィン42A,42C及び42Dに当接する円筒状(側壁726側が切除)の形態であってもよい。この場合も、突出部742は、フィン42A,42C及び42Dと協動して、ヒートシンク40のX方向及びY方向の変位を規制することができる。また、突出部742は、ケース70の側壁726とY方向で最も外側のフィン42との間の隙間を流れる冷媒の流量を低減し、フィン42間を通る冷媒の流量を増加することができる。また、図6(B)に示すケース70Bのように、突出部744は、フィン42A,42C及び42Dに当接する円筒状(側壁726側が切除)と、フィン42A,42B及び42Eに当接する円筒状(側壁726側が切除)との組合せの形態であってもよい。このとき、突出部744は、フィン42Aの外周面に対しては比較的大きい周範囲で当接する。この場合も、突出部744は、フィン42A乃至42Eと協動して、ヒートシンク40のX方向及びY方向の変位を規制することができる。また、突出部744は、ケース70の側壁726とY方向で最も外側のフィン42との間の隙間を流れる冷媒の流量を低減し、フィン42間を通る冷媒の流量を増加することができる。   In the present embodiment, the projecting portion 740 is not limited to the configuration shown in FIG. 4, and may have other configurations as long as it has a positioning function and a function of regulating the refrigerant flow as described above. For example, in the example illustrated in FIG. 4, the protrusion 740 may be omitted from the fin 42 </ b> E side of the fin 42 </ b> B. Further, like the case 70A shown in FIG. 6A, the projecting portion 742 may have a cylindrical shape (the side wall 726 side is cut away) that contacts the fins 42A, 42C, and 42D. Also in this case, the protrusion 742 can regulate the displacement of the heat sink 40 in the X direction and the Y direction in cooperation with the fins 42A, 42C, and 42D. Further, the protrusion 742 can reduce the flow rate of the refrigerant flowing through the gap between the side wall 726 of the case 70 and the outermost fin 42 in the Y direction, and can increase the flow rate of the refrigerant passing between the fins 42. Further, as in the case 70B shown in FIG. 6B, the projecting portion 744 has a cylindrical shape that contacts the fins 42A, 42C, and 42D (the side wall 726 side is cut away) and a cylindrical shape that contacts the fins 42A, 42B, and 42E. (The side wall 726 side may be cut off). At this time, the protrusion 744 contacts the outer peripheral surface of the fin 42A within a relatively large peripheral range. Also in this case, the protrusion 744 can regulate the displacement of the heat sink 40 in the X direction and the Y direction in cooperation with the fins 42A to 42E. Further, the protrusion 744 can reduce the flow rate of the refrigerant flowing through the gap between the side wall 726 of the case 70 and the outermost fin 42 in the Y direction, and can increase the flow rate of the refrigerant passing between the fins 42.

以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。   Although each embodiment has been described in detail above, it is not limited to a specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims. It is also possible to combine all or a plurality of the components of the above-described embodiments.

例えば、上述した実施例では、突出部740(突出部742,744についても同様)は、図4に示すように、X方向で半導体チップ10Aが配置される領域に形成されているが、X方向で半導体チップ10Bが配置される領域に形成されてもよいし、X方向で半導体チップ10A及び半導体チップ10Bが配置される領域に形成されてもよいし、X方向で半導体チップ10A及び半導体チップ10B間の領域に形成されてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the protrusion 740 (the same applies to the protrusions 742 and 744) is formed in the region where the semiconductor chip 10A is disposed in the X direction as shown in FIG. May be formed in a region where the semiconductor chip 10B is disposed, or may be formed in a region where the semiconductor chip 10A and the semiconductor chip 10B are disposed in the X direction, or may be formed in the region where the semiconductor chip 10A and the semiconductor chip 10B are disposed in the X direction. You may form in the area | region between.

また、上述した実施例では、突出部740(突出部742,744についても同様)は、Y方向の側壁726及び728のそれぞれに1か所ずつ形成されているが、側壁726及び728のそれぞれに2か所以上ずつ形成されてもよい。   Further, in the above-described embodiment, the protruding portion 740 (the same applies to the protruding portions 742 and 744) is formed at one place on each of the side walls 726 and 728 in the Y direction, but on each of the side walls 726 and 728. Two or more places may be formed.

また、上述した実施例では、冷媒流路部720を形成するケース70は、ケースとしての機能を有さない部材により置換されてもよい。   In the above-described embodiment, the case 70 that forms the refrigerant flow path portion 720 may be replaced with a member that does not have a function as a case.

また、上述の実施例では、半導体装置1は、車両用のインバータに適用されるものであったが、半導体装置1は、他の用途(鉄道、エアコン、エレベータ、冷蔵庫等)で使用されるインバータに使用されてもよい。更に、半導体装置1は、インバータ以外の装置、例えば、コンバータや、無線通信機の送信部の電力増幅回路に使用される高周波パワーモジュールに使用されてもよい。   In the above-described embodiment, the semiconductor device 1 is applied to a vehicle inverter. However, the semiconductor device 1 is an inverter used for other purposes (railway, air conditioner, elevator, refrigerator, etc.). May be used. Furthermore, the semiconductor device 1 may be used in a device other than an inverter, for example, a converter or a high-frequency power module used in a power amplification circuit of a transmission unit of a wireless communication device.

1 半導体装置
10A,10B 半導体チップ
20 ヒートスプレッダ
30 絶縁層
40 ヒートシンク
42 フィン
70,70A,70B ケース
72 凹部
720 冷媒流路部
726,728 側壁
730 冷媒入口
732 冷媒出口
740,742,744 突出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 10A, 10B Semiconductor chip 20 Heat spreader 30 Insulating layer 40 Heat sink 42 Fin 70, 70A, 70B Case 72 Recess 720 Refrigerant channel part 726, 728 Side wall 730 Refrigerant inlet 732 Refrigerant outlet 740, 742, 744 Protrusion part

Claims (4)

凹部を備える第1冷媒流路形成部材と、
千鳥配置された複数のピンフィンを備え、前記複数のピンフィンが前記凹部内に配置されるように前記第1冷媒流路形成部材に対向して設けられ、前記第1冷媒流路形成部材と協動して冷媒流路部を形成する第2冷媒流路形成部材と、
前記第1冷媒流路形成部材における第1方向の一端側に設けられる冷媒入口と、
前記第1冷媒流路形成部材における前記第1方向の他端側に設けられる冷媒出口と、
前記第1冷媒流路形成部材の凹部の側壁であって、前記第1方向に延在する側壁に形成され、前記第1方向に交差する第2方向に突出して前記所定のピンフィンの外周面に当接する突出部とを含む、冷却装置。
A first refrigerant flow path forming member comprising a recess;
A plurality of pin fins arranged in a zigzag manner are provided, and the plurality of pin fins are provided facing the first refrigerant flow path forming member so as to be arranged in the recess, and cooperate with the first refrigerant flow path forming member A second refrigerant flow path forming member that forms a refrigerant flow path section,
A refrigerant inlet provided on one end side in the first direction of the first refrigerant flow path forming member;
A refrigerant outlet provided on the other end side in the first direction of the first refrigerant flow path forming member;
A side wall of the recess of the first refrigerant flow path forming member, formed on the side wall extending in the first direction, protruding in a second direction intersecting the first direction, and on an outer peripheral surface of the predetermined pin fin A cooling device including a projecting portion that abuts.
前記突出部は、前記所定のピンフィンと協動して、前記第1冷媒流路形成部材に対する前記第2冷媒流路形成部材の前記第1方向及び前記第2方向における相対移動を規制する、請求項1に記載の冷却装置。   The projecting portion regulates relative movement of the second refrigerant flow path forming member in the first direction and the second direction with respect to the first refrigerant flow path forming member in cooperation with the predetermined pin fin. Item 2. The cooling device according to Item 1. 前記凹部の前記第1方向に延在する側壁は、前記突出部を除いて、平面状であり、該平面状の部分は、面直方向で、前記複数のピンフィンに対して所定距離以上離れている、請求項1又は2に記載の冷却装置。   The side wall of the recess extending in the first direction is planar except for the protruding portion, and the planar portion is separated from the plurality of pin fins by a predetermined distance or more in the perpendicular direction. The cooling device according to claim 1 or 2. 請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の冷却装置と、
前記第2冷媒流路形成部材における前記複数のピンフィンが形成される側とは逆側に設けられる半導体素子とを備え、
前記突出部は、前記凹部の底面に対する面直視で前記半導体素子の設置領域と重ならない範囲に延在する、半導体装置。
The cooling device according to any one of claims 1 to 3,
A semiconductor element provided on the opposite side to the side on which the plurality of pin fins are formed in the second refrigerant flow path forming member,
The projecting portion extends in a range that does not overlap with an installation region of the semiconductor element when the surface is viewed directly from the bottom surface of the recess.
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