JP2016031983A - 半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発熱部品および冷却フィンをモールド樹脂部で一体化したユニットを、複数個積層してなる積層体であって、内部に冷媒が流れる半導体モジュールにおいて、隣り合うユニット間の発熱部品同士の絶縁構成の簡素化を図りつつ、冷却性能を向上させる。
【解決手段】個々のユニット１において、発熱部品１０と冷却フィン２０、３０とは金属接合により機械的および電気的に接合されており、隣り合うユニット１間にて、一方のユニット１における冷却フィン３０の露出面３２と他方のユニット１における冷却フィン２０の露出面２２との対向間には、電気絶縁性の絶縁板５０が設けられており、冷媒は、電気絶縁性を有するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体素子を含む発熱部品およびこれを冷却する冷却フィンをモールド樹脂部で一体化したユニットを、複数個積層してなる積層体であって、内部に冷媒が流れる半導体モジュールに関する。

従来より、この種のユニットを複数個積層した積層式の半導体モジュールとしては、特許文献１に記載のものが提案されている。このものにおいて、ユニットは、半導体素子を含む発熱部品と、発熱部品を冷却するために発熱部品に接続された冷却フィンと、冷却フィンのうち発熱部品とは反対側の面である露出面を露出させつつ、発熱部品および冷却フィンを封止するモールド樹脂部と、を有する。

ここで、複数ユニットの積層状態すなわち積層体において冷媒が流される冷媒流路が構成されるが、各ユニットにおけるモールド樹脂部は、当該冷媒流路の一部を構成している。また、当該冷媒流路においては、隣り合うユニット間に冷媒が流れるように構成されている。

また、この積層体においては、隣り合うユニット間にて一方のユニットにおける冷却フィンの露出面と、他方のユニットにおける冷却フィンの露出面とは、対向して配置されつつ、当該ユニット間を流れる冷媒に接触するようになっている。

ここで、上記従来の半導体モジュールにおいては、発熱部品は、半導体素子の両面側に放熱板を接合してなるものとされている。そして、発熱部品における放熱板と冷却フィンとは、絶縁層を介して熱的に接続しており、これによって、隣り合うユニット間の発熱部品同士の電気的絶縁を図り、冷媒を介した短絡が発生するのを防止している。

特開２０１２−４３５９号公報

しかしながら、上記従来のように、発熱部品と冷却フィンとの間に絶縁層を介在させる構成では、絶縁層の物性等によっては、発熱部品と冷却フィンとの間の熱伝導性が小さくなり、冷却性能の低下が懸念される。また、絶縁層を介した発熱部品と冷却フィンとの熱伝導性を確保するために、絶縁層の平坦度等を高くする必要がある等、絶縁層の形状に制約が生じる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、発熱部品および冷却フィンをモールド樹脂部で一体化したユニットを、複数個積層してなる積層体であって、内部に冷媒が流れる半導体モジュールにおいて、隣り合うユニット間の発熱部品同士の絶縁構成の簡素化を図りつつ、冷却性能を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体素子を含む発熱部品（１０）と、発熱部品を冷却するために発熱部品に接続された冷却フィン（２０、３０）と、冷却フィンのうち発熱部品とは反対側の面である露出面（２２、３２）を露出させつつ、発熱部品および冷却フィンを封止し、且つ、冷媒が流される冷媒流路（６１〜６３）の一部を構成するモールド樹脂部（４０）と、を有し、発熱部品および冷却フィンをモールド樹脂部にてモールド化したものを１つのユニット（１）として、当該ユニットが複数個積層されることで積層体が構成されており、当該積層体において冷媒流路が構成されるとともに、冷媒流路においては隣り合うユニット間に冷媒が流れるようになっており、隣り合うユニット間にて一方のユニットにおける冷却フィンの露出面と、他方のユニットにおける冷却フィンの露出面とは、対向して配置されつつ、冷媒に接触するようになっている半導体モジュールであって、さらに以下の構成を有するものとされている。

すなわち、請求項１の半導体モジュールにおいては、発熱部品と冷却フィンとは金属接合により機械的および電気的に接合されており、一方のユニットにおける冷却フィンの露出面と他方のユニットにおける冷却フィンの露出面との対向間には、電気絶縁性の絶縁板（５０）が設けられており、冷媒は、電気絶縁性を有するものであることを特徴としている。

まず、本発明によれば、冷媒を電気絶縁性のものとしているので、冷却フィンと発熱部品との電気的絶縁が不要となり、冷却フィンと発熱部品とを金属接合により電気的に接続できることから、絶縁層が介在する従来に比べて、冷却性能が向上する。

また、このような複数個のユニットを積層するタイプにおいては、小型化等のために隣り合うユニットの冷却フィン間の距離が小さくなり、当該冷却フィン間にて放電等による短絡が懸念される。しかし、本発明によれば、当該冷却フィン間に絶縁板を介在させているので、そのような短絡の発生を防止できる。

そして、本発明の絶縁板については、発熱部品と冷却フィンとの間の熱伝導性すなわち冷却性能とは無関係なものであり、絶縁板の平坦度は低いものであってもかまわないから、絶縁板の形状の制約は小さいものにできる。よって、本発明によれば、隣り合うユニット間の発熱部品同士の絶縁構成の簡素化を図りつつ、冷却性能を向上させることができる。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明の第１実施形態にかかる半導体モジュールを示す概略平面図である。 図１中の一点鎖線Ａ−Ａに沿った概略断面図である。 図２中の一方のユニットにおける冷却フィンの露出面と他方のユニットにおける冷却フィンの露出面との対向間の部分を拡大して示す図である。 図２中の発熱部品およびその近傍部を拡大して示す図である。 第１実施形態における冷却性能向上の効果を示すグラフである。 本発明の第２実施形態にかかる半導体モジュールの要部を示す概略断面図である。 本発明の第３実施形態にかかる半導体モジュールを示す概略平面図である。 図７中の一点鎖線Ｂ−Ｂに沿った概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる半導体モジュールＭ１について、図１〜図４を参照して述べる。本実施形態の半導体モジュールは、上記特許文献１と同様、たとえば自動車用の電力変換装置として適用されるもので、後述する冷却フィン２０、３０と発熱部品１０との接続構成、および、絶縁板５０以外の構成については、基本的に上記特許文献１のものと同様の構成とされている。

図１〜４に示されるように、半導体モジュールＭ１は、発熱部品１０および冷却フィン２０、３０をモールド樹脂部４０でモールド化したものを１つのユニット１として、ユニット１を複数個積層することによって構成されている。

発熱部品１０は、半導体素子単体もしくは半導体素子を含む構造体よりなる。半導体素子としてはＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やパワーＭＯＳＦＥＴなどのパワー素子が挙げられる。その他、半導体素子としては、たとえば電力変換装置を構成するのに適した各種の半導体素子が挙げられる。

また、半導体素子を含む構造体としての発熱部品１０としては、上記特許文献１のような半導体素子の両側に放熱板（ヒートシンク）を接合することで、半導体素子と放熱板とが一体化されたもの等が挙げられる。

冷却フィン２０、３０は、発熱部品１０を冷却するために発熱部品１０に接続されたものである。後述するように、冷却フィン２０、３０は発熱部品１０と電気的に接続されている。ここで、冷却フィン２０、３０は、発熱部品１０の電極として機能しないものであるが、当該電極として機能するものであってもよい。

本実施形態では、図２、図３に示されるように、冷却フィン２０、３０は、発熱部品１０の一面１１側（図２では発熱部品１０の左側）に接続された第１の冷却フィン２０と、発熱部品１０の他面１２側（図２では発熱部品１０の右側）に接続された第２の冷却フィン３０と、よりなる。つまり、冷却フィン２０、３０は、発熱部品１０を挟むように発熱部品１０の両面側に配置された一対のものとされている。

図３に示されるように、それぞれの冷却フィン２０、３０は、板状をなすものである。この板状の冷却フィン２０、３０において、一方の板面は発熱部品１０に接続される部品接続面２１、３１とされ、他方の板面はモールド樹脂部４０から露出して冷媒にさらされる露出面２２、３２とされている。

ここでは、一対の冷却フィン２０、３０は、図１に示されるように、矩形板状をなすものとされており、両者は実質同一形状、同一サイズのものとされている。このような冷却フィン２０、３０は、たとえばＣｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）等の熱伝導性に優れた金属等よりなる。

ここで、本実施形態では、個々のユニット１において、発熱部品１０と冷却フィン２０、３０の部品接続面２１、３１とは、金属接合により機械的および電気的に接合されている。この金属接合については、熱圧着による金属同士の直接接合、さらには、はんだを介したはんだ接合も含むものである。

たとえば、発熱部品１０が半導体素子単体の場合、図示しないが、半導体素子の表裏両面の適所にＣｕやＡｌなどの金属膜を設け、この金属膜と冷却フィン２０、３０の部品接続面２１、３１とを金属接合すればよい。また、発熱部品１０が上記した放熱板と半導体素子とが一体化されたものである場合、放熱板と冷却フィン２０、３０の部品接続面２１、３１とを金属接合すればよい。

冷却フィン２０、３０は、露出面２２、３２が凹凸面とされたものである。そして、この冷却フィン２０、３０の露出面２２、３２と絶縁板５０とが接触した状態にて、冷媒が当該凹凸面における凹部と絶縁板５０との隙間を流れるようになっている。

ここでは、冷却フィン２０、３０の露出面２２、３２における凹凸面は、図１〜図４に示されるように、島状に配置された複数の突起が凸部を構成し、当該突起間が凹部を構成するものとされている。なお、絶縁板５０の詳細は後述する。

１個のユニット１を区画形成するモールド樹脂部４０は、冷却フィン２０、３０のうち発熱部品１０とは反対側の面である露出面２２、３２を露出させつつ、発熱部品１０および冷却フィン２０、３０を封止している。また、このモールド樹脂部４０は、冷媒が流される冷媒流路６１〜６３（図２参照）の一部を構成している。

モールド樹脂部４０は、エポキシ樹脂等の通常のモールド材料よりなるもので、たとえばトランスファー成形やコンプレッション成形等より形成されたものである。ここでは、図１に示されるように、モールド樹脂部４０は、一定方向を長手方向とする楕円形板状をなすものとされている。このモールド樹脂部４０における一方の板面４１と他方の板面４２とは、表裏面の関係にある。

モールド樹脂部４０の周辺部は、楕円枠状の枠部４３とされ、この枠部４３の内周が内周部４４とされる。枠部４３は内周部４４よりも板厚が大きい部位である。これにより、図１、図２に示されるように、モールド樹脂部４０における一方の板面４１および他方の板面４２は、内周部４４が枠部４３よりも凹んだ面形状とされている。

そして、発熱部品１０および冷却フィン２０、３０は、内周部４４にて封止されている。発熱部品１０は、全体がモールド樹脂部４０内に封止されている。一方、冷却フィン２０、３０は、当該冷却フィンの板厚方向のうち部品接続面２１、３１側はモールド樹脂部４０で封止されるが、露出面２２、３２側は内周部４４にてモールド樹脂部４０の両板面４１、４２より露出している。

また、モールド樹脂部４０における枠部４３には、ユニット１の積層時に図示しないＯリングを嵌め込んでユニット１間の気密性を確保するための溝４３ａが設けられている。また、図１に示されるように、モールド樹脂部４０の側面には、発熱部品１０と電気的に接続された端子部７０が突出している。

この端子部７０は、たとえば発熱部品１０と電気的に接続された冷却フィン２０、３０を延長した部位である。この場合、発熱部品１０と端子部７０とは、冷却フィン２０、３０と発熱部品１０との金属接合部分を介して、電気的接続されている。

また、端子部７０は、冷却フィン２０、３０とは別体のものであってもよい。この場合、モールド樹脂部４０内にてワイヤボンディング等により、発熱部品１０と端子部７０とが電気的に接続されるようにすればよい。いずれにせよ、端子部７０は、上記特許文献１と同様、発熱部品１０の半導体素子における端子と接続され、電力変換装置に適したものとして機能するようになっていればよい。

また、上述したが、モールド樹脂部４０は冷媒流路６１〜６３の一部を構成する。具体的には、内周部４４における長手方向の両端には、モールド樹脂部４０の板厚方向に貫通する貫通孔４５が設けられている。この２個の貫通孔４５が、積層状態において冷媒流路６１〜６３の一部を構成する。

このように、本実施形態の半導体モジュールＭ１における各ユニット１は、発熱部品１０および冷却フィン２０、３０をモールド樹脂部４０にてモールド化したものとされている。そして、ユニット１が複数個積層されることで積層体としての半導体モジュールＭ１が構成されている。

ここで、各ユニット１は、図２に示されるように、モールド樹脂部４０の板厚方向に積層されている。さらに言えば、モールド樹脂部４０の板厚方向とは、発熱部品１０の一面１１から他面１２に向かう方向であり、一対の冷却フィン２０、３０の重なり方向でもある。ここで、ユニット１の積層数については、たとえば電力変換装置の回路形成に必要な数とされる。

このユニット１の積層は、図２に示されるように、モールド樹脂部４０の枠部４３を接触させ、この部分を図示しない締結部材で固定したり、枠部４３間を接着したりすることにより行われる。なお、このとき枠部４３における溝４３ａには、図示しないＯリングが配置される。

そして、図２に示されるように、当該積層体としての半導体モジュールＭ１において、冷媒流路６１〜６３が構成される。この冷媒流路６１〜６３は、各ユニット１に形成された２個の貫通孔４５および隣り合うユニット１間の隙間により構成される。

具体的には、冷媒流路６１〜６３は、図１に示すように各ユニット１に形成された２つの貫通孔４５のうちの一方にて一方の主流路６１が構成されると共に、各ユニット１に形成された２つの貫通孔４５のうちの他方にて構成される他方の主流路６２が構成されたものとなっている。

また、隣り合うユニット１間にて冷媒流路としての分岐流路６３が構成されている。これは、モールド樹脂部４０の内周部４４が枠部４３よりも凹むことでユニット１間の隙間が形成され、この隙間が冷媒流路とされたものである。このように、積層体としての半導体モジュールＭ１において構成された冷媒流路６１〜６３においては、隣り合うユニット１間に冷媒が流れるようになっている。

さらに、本実施形態の半導体モジュールＭ１においては、図２、図３に示されるように、隣り合うユニット１間にて一方のユニット１における冷却フィン２０、３０の露出面２２、３２と、他方のユニット１における冷却フィン２０、３０の露出面２２、３２とは、対向して配置されている。

具体的に、図３では、図中の左側に位置する一方のユニット１における第２の冷却フィン３０の露出面３２と、図中の右側に位置する他方のユニット１における第１の冷却フィン２０の露出面２２とが対向している。そして、これら対向する冷却フィン２０、３０の露出面２２、３２は、分岐流路６３を流れる冷媒に接触するようになっている。

さらに、本実施形態においては、図２、図３に示されるように、隣り合うユニット１のうちの一方のユニット１における冷却フィン２０、３０の露出面２２、３２と、他方のユニット１における冷却フィン２０、３０の露出面２２、３２との対向間には、電気絶縁性の絶縁板５０が設けられている。なお、当該対向間を、以下、単に「フィン対向間」ということにする。

この絶縁板５０は、図１〜図３に示されるように、フィン対向間の全域に設けられている板状のものである。さらに、本実施形態では、絶縁板５０は、フィン対向間よりも大きい平面形状のもので、フィン対向間の外側にはみ出したはみ出し部５１を有するものとされている。

ここでは、絶縁板５０は、矩形板状をなす（図１参照）。なお、図１では、絶縁板５０の平面外形を破線にて示してあり、図1中における絶縁板５０の左右の両辺と冷却フィン２０の左右両辺とは、識別のため、多少ずらして示してある。

また、ここでは、１個のユニット１において、発熱部品１０とこれを挟む一対の冷却フィン２０、３０とよりなる組が２組設けられており、ユニット１間には２個のフィン対向間が存在する。このとき、絶縁板５０は、これら２個のフィン対向間に共通して介在する１個のものとされている。このような絶縁板５０の材質としては、アルミナやシリカ等の絶縁セラミックなどが挙げられる。

そして、フィン対向間にて、絶縁板５０の両面側に位置する両露出面２２、３２の凸部が接触した状態とされている。これにより、分岐流路６３においては、凹凸面である両露出面２２、３２における凹部と絶縁板５０との隙間を冷媒が流れるようになっている。ここにおいて、本実施形態の冷媒は、絶縁性のオイルやフロリナート等の電気絶縁性の液体である。

本実施形態の冷媒流路６１〜６３における冷媒の流れについては、上記特許文献１と同様のものである。具体的に述べると、図２中の矢印に示されるように、冷媒は、一方の主流路６１を通じて各ユニット１に行き渡るとともに、分岐流路６３を通じて他方の主流路６２側に移動し、さらに他方の主流路６２から排出される。

このとき、一方の主流路６１の流れ終端側には、図示しない蓋等が設けられて行き止まりになっており、これによって、冷媒は、一方の主流路６１から分岐流路６３、他方の主流路６２へ流れるようになっている。そして、分岐流路６３では、各ユニット１に設けられた冷却フィン２０、３０が冷媒に接して冷却されるため、発熱部品１０で発した熱を効果的に放出することが可能とされている。

本実施形態のような半導体モジュールＭ１は、溝４３ａ内に図示しないＯリングを嵌め込み、各ユニット１間に絶縁板５０を挟みこみつつ、複数のユニット１の積層体の両側、すなわち積層された複数個の枠部４３を固定することによって製造される。

ところで、本実施形態によれば、冷媒を電気絶縁性のものとしているので、隣り合うユニット１間にて冷媒および冷却フィン２０、３０を介した発熱部品１０同士の導通が無くなる。このことから、本実施形態では、冷却フィン２０、３０と発熱部品１０との電気的絶縁が不要となる。

そのため、本実施形態では、冷却フィン２０、３０と発熱部品１０とを金属接合により電気的に接続した構成を採用している。そして、このことから、発熱部品と冷却フィンとの間に絶縁層が介在する従来のものに比べて、本実施形態の冷却性能が向上する。

また、このような複数個のユニット１を積層するタイプにおいては、小型化等のために隣り合うユニット１の冷却フィン２０、３０間の距離、つまりフィン対向間の距離が小さくなり、当該冷却フィン２０、３０間にて放電等による短絡が懸念される。しかし、本実施形態によれば、当該冷却フィン２０、３０間に絶縁板５０を介在させているので、そのような短絡の発生を防止することが可能となる。

そして、この絶縁板５０については、発熱部品１０と冷却フィン２０、３０との間の熱伝導性すなわち冷却性能とは無関係なものである。そのため、絶縁板５０の平坦度は低いものであってもかまわないから、絶縁板５０の形状の制約を小さいものにすることができる。

なお、上記従来のものでは、絶縁層を発熱部品と冷却フィンとの間に介在させ、熱伝導性と電気絶縁性との両方を確保する必要がある。そのため、絶縁層を発熱部品と冷却フィンとの両者に確実に密着させるべく、絶縁層の平坦度を高いものにする必要があった。このことから、上記従来のものでは、上述のように、絶縁層の形状の制約が大きくなり、結果として、隣り合うユニット間の発熱部品同士の絶縁構成を複雑なものにしていた。

しかし、本実施形態によれば、絶縁板５０の平坦度は低いものであってもかまわないから、従来構成のような問題は、そもそも生じない。よって、本実施形態によれば、隣り合うユニット１間の発熱部品１０同士の絶縁構成の簡素化を図りつつ、冷却性能を向上させることができる。

ここで、本実施形態において、絶縁層を介在させることなく冷却フィン２０、３０と発熱部品１０とを金属接合で接続したことによる冷却性能の向上効果について、図５を参照して具体的に述べる。

図５は、半導体モジュールＭ１における発熱部品１０と冷却フィン２０、３０と温度差の低減効果を示している。ここにおいて、当該温度差は、発熱部品１０の表面の温度と、冷却フィン２０、３０のうち板厚方向における凹部と同一平面部分の温度差との差としている。

そして、発熱部品１０の発熱は、２００Ｗ／１００ｍｍ^２とし、絶縁板５０は、典型的なアルミナ等のセラミック材料として、本実施形態の構成、すなわち「絶縁膜なし」の構成について、シミュレーションを行い、上記温度差を求めた。ここで、発熱部品と冷却フィンとの間に絶縁膜が介在する「絶縁膜あり」の従来構成を比較例とし、この比較例についても、同様にシミュレーションを行い、上記温度差を求めた。

この図５に示されるように、発熱部品１０を冷却フィン２０、３０に金属接合する本実施形態の場合、絶縁膜を介する従来構成に比べて熱が通りやすくなり、上記温度差を約８℃低減することができ、冷却性能の向上が確認された。

また、上述したが、本実施形態においては、図１〜図３に示されるように、絶縁板５０は、フィン対向間の外側にはみ出したはみ出し部５１を有するものとされている。ここで、隣り合うユニット１間に流れる冷媒の流れ方向を第１の方向とする。この第１の方向は、図２、図３中の上下方向であり、分岐流路６３における冷媒の流れ方向である。そして、はみ出し部５１は、フィン対向間の外側にはみ出した絶縁板５０の一部である。

ここで、はみ出し部５１の表面形状は、絶縁板５０のうちフィン対向間に位置する部分と同様の平坦なものであってもよい。

しかし、本実施形態では、好ましい形態として、はみ出し部５１においては、第１の方向におけるはみ出し部５１の沿面距離Ｌ１（図３中の矢印参照）が第１の方向におけるはみ出し部５１の長さＬ２（図３参照）よりも長くなるような表面形状とされたものとなっている。

具体的に、本実施形態では、そのようなはみ出し部５１の表面形状とは、第１の方向に沿って凹凸が繰り返された凹凸面とされている。このような凹凸面は、エッチング加工、プレス加工、型加工、切削加工等により形成される。

それによれば、隣り合うユニット１間におけるフィン対向間の外側にて、絶縁板５０のはみ出し部５１の沿面距離Ｌ１を大きく採ることができる。そのため、冷却フィン２０、３０の端部におけるはみ出し部５１を介した沿面放電を抑制しやすくなる。つまり、フィン対向間における冷却フィン２０、３０同士の短絡防止の点で望ましい構成を実現することが可能となる。

さらに、このような沿面距離Ｌ１を長くしたはみ出し部５１の構成を採用することにより、はみ出し部５１の長さを小さいものにでき、絶縁板５０の縮小化、ひいては、モジュール体格の小型化が期待できる。

また、このように、はみ出し部５１の表面形状を凹凸面とした場合、当該凹凸面の凸部と冷却フィン２０、３０の端部とが干渉することで、絶縁板５０の第１の方向への位置ずれが防止される。このことは、絶縁板５０を固定するための別部材が不要となり、絶縁構成の簡素化の点で望ましい。

さらに、はみ出し部５１の表面形状を凹凸面とした場合の波及効果として、冷却フィン２０、３０前において、はみ出し部５１の凹凸面により冷媒の流れを乱すことができるため、冷却フィン２０、３０の伝熱の促進が期待できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態にかかる半導体モジュールの要部について、図６を参照して、上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。

図６に示されるように、本実施形態では、隣り合うユニット１間のフィン対向間において、絶縁板５０の一部（図６中の上方側の部分）が、フィン対向間の距離よりも小さい板厚とされている。そして、この板厚の小さい絶縁板５０の一部は、一方のユニット１における冷却フィン３０の露出面３２と他方のユニット１における冷却フィン２０の露出面２２との両露出面２２、３２から離れている。

一方、当該フィン対向間において、絶縁板５０の残部（図６中の下方側の部分）は、フィン対向間の距離と同等の板厚とされており、上記の両露出面２２、３２と接触している。

つまり、上記第１実施形態では、絶縁板５０と上記の両露出面２２、３２の凸部との接触は、フィン対向間の全域にて行われていたが、本実施形態では、当該接触は、フィン対向間の一部領域のみにて行われている。

本実施形態によれば、絶縁板５０の一部を両露出面２２、３２から離れた非接触部分とすることで、当該対向する冷却フィン２０、３０間の絶縁板５０を介した沿面放電距離を長いものにできる。そのことから、当該対向する冷却フィン２０、３０同士の絶縁性向上が図れるという利点がある。

また、本実施形態では、絶縁板５０の第１の方向への位置ずれを防止するために、絶縁板５０におけるフィン対向間の両側のはみ出し部５１について、上記第１実施形態と同様、沿面距離を長くするための凹凸面とされた表面形状を採用している。なお、上記第１実施形態においても、上記図３のようなフィン対向間の片側だけでなく、両側のはみ出し部５１の表面形状を凹凸面としてもよい。

また、図６では、絶縁板５０と両露出面２２、３２との接触は、フィン対向間のうちの図中の下方部分にて行われ、図中の上方部分では非接触とされていたが、この接触および非接触の領域の配置は、図６の例に限定されるものではない。たとえば、接触の領域をフィン対向間のうちの中央部分とし、その両周辺部分を非接触の領域となるように、絶縁板５０の板厚を変更してもよい。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態にかかる半導体モジュールについて、図７、図８を参照して述べる。本実施形態は、上記第１実施形態に対して、冷却フィン２０、３０の露出面２２、３２の凹凸形状を変形したものであり、その他は同様である。

上記第１実施形態では、図１、図２等に示されるように、冷却フィン２０、３０の露出面２２、３２における凹凸面は、島状の突起が凸部を構成し当該突起間が凹部を構成するもの、いわゆるピンフィン形状とされていた。

これに対して、本実施形態における冷却フィン２０、３０の露出面２２、３２は、いわゆるストレートフィン形状の凹凸面とされている。具体的に、本実施形態の凹凸面は、分岐流路６３の冷媒流れ方向（図８の上方から下方へ向かう方向）に平行に延びる直線状の凸部が、当該流れ方向と直交する方向（図８の左右方向）に複数個配列され、各凸部間が凹部を構成したものとなっている。

このような冷却フィン２０、３０においても、露出面２２、３２に接触する絶縁板５０との間にて、当該凹凸面における凹部と絶縁板５０との隙間を冷媒が流れるようになっている。そして、本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の作用効果が発揮されることはもちろんである。

なお、本実施形態は、冷却フィン２０、３０の露出面２２、３２の凹凸形状を変更したものであるから、上記第１実施形態以外に、上記第２実施形態についても組み合わせが可能であることは言うまでも無い。

（他の実施形態）
なお、上記の各実施形態では、１個のユニット１において一対の冷却フィン２０、３０間に１個の発熱部品１０が設けられたものとされていた。これに対して、一対の冷却フィン２０、３０間に複数個の発熱部品１０が設けられていてもよい。

また、上記の各実施形態では、１個のユニット１において、発熱部品１０とこれを挟む一対の冷却フィン２０、３０とよりなる組が２組設けられており、ユニット１間には２個のフィン対向間が存在していた。ここで、ユニット１間に２個および３個以上のフィン対向間が存在する場合、個々のフィン対向間毎に、独立した別体の絶縁板５０を介在させてもよい。さらには、１個のユニット１において一対の冷却フィン２０、３０の組が１組であってもよい。

また、上記の各実施形態では、発熱部品１０の一面１１と他面１２の両面側に冷却フィン２０、３０が設けられて接続されていた。これに対して、発熱部品１０の当該両面のうちの片面側のみに冷却フィン２０、３０が設けられていてもよい。この場合でも、積層体において、隣り合うユニット１間にて冷却フィン２０、３０同士が対向する部分を有するようにユニット１の積層を行い、上記同様、フィン対向間に絶縁板５０を介在させればよい。

また、上記第１実施形態では、絶縁板５０のはみ出し部５１の表面形状を凹凸面とすることにより、第１の方向におけるはみ出し部５１の沿面距離Ｌ１が第１の方向におけるはみ出し部５１の長さＬ２よりも長くなるような表面形状とした。しかし、このような表面形状を実現するには、はみ出し部５１を曲がったものとしてもよい。たとえば、はみ出し部５１を波形に曲げられた板とすることで、当該表面形状を波形面とすればよい。

また、冷却フィン２０、３０は、露出面２２、３２と絶縁板５０との接触状態にて冷媒が露出面２２、３２と絶縁板５０との隙間を流れるように、露出面２２、３２が凹凸面とされたものであればよいが、その凹凸面形状としては、上記したピンフィンやストレートフィン以外の形状であってもよい。

また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１ ユニット
１０ 発熱部品
２０ 第１の冷却フィン
２２ 第１の冷却フィンの露出面
３０ 第２の冷却フィン
３２ 第２の冷却フィンの露出面
４０ モールド樹脂部
５０ 絶縁板
６１ 冷媒流路における一方の主流路
６２ 冷媒流路における他方の主流路
６３ 冷媒流路における分岐流路
Ｍ１ 半導体モジュール

Claims (4)

1. 半導体素子を含む発熱部品（１０）と、
   前記発熱部品を冷却するために前記発熱部品に接続された冷却フィン（２０、３０）と、
   前記冷却フィンのうち前記発熱部品とは反対側の面である露出面（２２、３２）を露出させつつ、前記発熱部品および前記冷却フィンを封止し、且つ、冷媒が流される冷媒流路（６１〜６３）の一部を構成するモールド樹脂部（４０）と、を有し、
   前記発熱部品および前記冷却フィンを前記モールド樹脂部にてモールド化したものを１つのユニット（１）として、当該ユニットが複数個積層されることで積層体が構成されており、
   当該積層体において前記冷媒流路が構成されるとともに、前記冷媒流路においては隣り合う前記ユニット間に前記冷媒が流れるようになっており、
   隣り合う前記ユニット間にて一方のユニットにおける前記冷却フィンの前記露出面と、他方のユニットにおける前記冷却フィンの前記露出面とは、対向して配置されつつ、前記冷媒に接触するようになっている半導体モジュールであって、
   前記発熱部品と前記冷却フィンとは金属接合により機械的および電気的に接合されており、
   前記一方のユニットにおける前記冷却フィンの前記露出面と前記他方のユニットにおける前記冷却フィンの前記露出面との対向間には、電気絶縁性の絶縁板（５０）が設けられており、
   前記冷媒は、電気絶縁性を有するものであることを特徴とする半導体モジュール。
2. 隣り合う前記ユニット間に流れる前記冷媒の流れ方向を第１の方向としたとき、
   前記絶縁板の一部は、前記一方のユニットにおける前記冷却フィンの前記露出面と前記他方のユニットにおける前記冷却フィンの前記露出面との対向間の外側にはみ出したはみ出し部（５１）とされており、
   前記はみ出し部においては、前記第１の方向における前記はみ出し部の沿面距離（Ｌ１）が前記第１の方向における前記はみ出し部の長さ（Ｌ２）よりも長くなるような表面形状とされたものとなっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体モジュール。
3. 前記はみ出し部の表面形状とは、前記第１の方向に沿って凹凸が繰り返された凹凸面であることを特徴とする請求項２に記載の半導体モジュール。
4. 前記一方のユニットにおける前記冷却フィンの前記露出面と前記他方のユニットにおける前記冷却フィンの前記露出面との対向間において、前記絶縁板の一部が、当該対向間の距離よりも小さい板厚とされることにより、当該両露出面から離れており、
   前記絶縁板の残部は、当該対向間の距離と同等の板厚とされて当該両露出面と接触していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体モジュール。

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