JP4453230B2 - 半導体素子用冷却構造体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を基板側から冷却する半導体素子用冷却構造体の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電力用半導体装置等の発熱量の多い半導体素子では、水等の冷却液により半導体素子を冷却する構成がとられている。
【０００３】
たとえば、特開平９−２４６４４３号公報にも、電力半導体チップを搭載した絶縁板をアルミニウム又は銅のような熱伝導率の高い材料で形成した金属板に接合し、この金属板を冷却水によって冷却して電力半導体チップで発生する熱を除去する構成が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の電力半導体装置の冷却構造においては、冷却水が流れる水路と電力半導体チップが絶縁板を介して接合された金属板との間をオーリングによりシールして液漏れを防ぐ構成となっているが、シール材であるオーリングのシール性能が低下して液漏れが発生した場合に、電力半導体チップ等の半導体素子が浸水し、ショートが生じて素子が破損する可能性があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、冷却液の液漏れが生じた場合にも半導体素子の浸水を防止することができる半導体素子用冷却構造体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、冷却液が収容される冷却液空間を備える半導体素子用冷却構造体であって、冷却液空間はシール材を介して半導体モジュール基板により封止されており、漏出冷却液排出機構が半導体モジュール基板より低い位置に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また、上記半導体素子用冷却構造体において、半導体モジュール基板が絶縁基板であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【０００９】
図１には、本発明に係る半導体素子用冷却構造体の実施形態の断面図が示される。図１において、半導体素子用冷却構造体１０には、冷却液が収容される冷却液空間１２が備えられており、この冷却液空間１２に収容された冷却液に接するように絶縁基板１４が取付けられている。絶縁基板１４は、本発明に係る半導体モジュール基板に相当し、その上に発熱体である半導体素子１６を含む半導体モジュール１８が接合されている。このような構成により、半導体モジュール１８が冷却され、半導体素子１６で発生した熱は冷却液空間１２を流れる冷却液によって除去される。
【００１０】
半導体素子用冷却構造体１０と絶縁基板１４との間には、オーリング等のシール材２０が配置され、冷却液空間１２に収容された冷却液が漏出しないように液シールが構成されている。すなわち、上記冷却液空間１２は、シール材２０を介して半導体モジュール基板である絶縁基板１４により封止された構造となっている。
【００１１】
しかしながら、シール材２０のシール性能が絶対に低下しないという保証は無いので、万一シール材２０の劣化等によりシール性能が低下すると、冷却液空間１２から冷却液が漏れ出すことも考えられる。そこで、本実施形態においては、絶縁基板１４よりも低い位置に、漏出冷却液２２を収集するための漏出冷却液収集溝２４及びここに集められた漏出冷却液２２を外部に排出するための漏出冷却液排出管２６が形成されている。また、漏出冷却液排出管２６の液出口側には、外部から水等の冷却液が逆流することを防止するための逆流防止機構２８が形成されている。以上に述べた漏出冷却液収集溝２４、漏出冷却液排出管２６、逆流防止機構２８により、本発明に係る漏出冷却液排出機構が構成されている。
【００１２】
以上のような構成により、シール材２０が劣化する等の原因により冷却液空間１２から冷却液が漏れ出した場合にも、半導体モジュール１８側への冷却液の進入を防止することができる。このため、発熱体である半導体素子１６を絶縁基板１４一枚を隔てて冷却液により冷却するという構成としても冷却液漏れによるショート等の不具合を防止することができる。このため、半導体素子１６の放熱効率を高めることが可能となる。
【００１３】
図２には、絶縁基板１４上への半導体素子１６の接合例が示される。図２において、半導体素子１６は、はんだ３０を介してアルミニウム等の導体板３２に接着され、導体板３２が絶縁基板１４に蝋付等により接着されている。これは、絶縁基板１４にははんだ付を行なうことができないためである。
【００１４】
従来、半導体素子１６を冷却しようとする場合には、絶縁基板１４の下側に更に導体板を接着し、この導体板を冷却液空間１２の壁にはんだ付する等の方法が行われていた。これに対して、図２に示されたような構造にすれば、冷却液空間１２中を流れる冷却液により絶縁基板１４が直接冷却されるので、半導体素子１６との間の伝熱抵抗が小さくなり、半導体素子１６をより効率良く冷却することが可能となる。
【００１５】
図３には、本発明に係る半導体素子用冷却構造体の他の実施形態の部分断面図が示される。図３において特徴的な点は、シール材２０の冷却液空間１２の反対側にもう一つのシール材３４が設けられており、二重シールの構造となっている点にある。この二つのシール材２０，３４の間には、漏出冷却液収集溝２４が形成されており、冷却液空間１２から冷却液が漏れ出した場合には、漏出冷却液収集溝２４に集められ、漏出冷却液は更に漏出冷却液排出管２６から外部に排出される構造となっている。このように、シール材２０，３４により二重シールの構造とすることにより、冷却液空間１２からの冷却液の漏出をより完全に防止することができるとともに、万一冷却液が漏れ出したとしても漏出冷却液排出管２６により外部に排出され、半導体素子１６を含んだ半導体モジュール１８が浸水してショート等の不具合が生じることをより完全に防止することができる。
【００１６】
図３に示された実施形態においては、半導体素子１６が導体板３２を介して絶縁基板１４に接合されており、絶縁基板１４は他の導体板３２を介して放熱板３６に接合されている。この場合、放熱板の材質としては、例えばＡｌＳｉＣ，Ｃｕ，ＣｕＭｏ等を使用することができる。また、絶縁基板１４の材質としては、例えばＡｌＮ，Ｓｉ3Ｎ4，Ａｌ2Ｏ3等を使用することができる。
【００１７】
なお、半導体素子１６の接着構造としては、必ずしも図３に示されるものに限られず、例えば図１，図２に示されるような接着構造とすることも好適である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体素子を冷却するための冷却液がシール材から漏出した場合にも、半導体モジュール基板より低い位置に設けられた漏出冷却液排出機構によって漏れ出た冷却液を外部に排出できるので、半導体素子が浸水することを防止することができる。
【００１９】
また、半導体素子が接合された絶縁基板を冷却液により直接冷却する構成とすることにより、半導体素子と冷却液空間との間の伝熱抵抗を小さくでき、半導体素子をより効率的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る半導体素子用冷却構造体の実施形態の断面図である。
【図２】 図１に示された半導体素子の絶縁基板への接着構造の例を示した図である。
【図３】 本発明に係る半導体素子用冷却構造体の他の実施形態の部分断面図である。
【符号の説明】
１０ 半導体素子用冷却構造体、１２ 冷却液空間、１４ 絶縁基板、１６ 半導体素子、１８ 半導体モジュール、２０ シール材、２２ 漏出冷却液、２４ 漏出冷却液収集溝、２６ 漏出冷却液配出管、２８ 逆流防止機構、３０ はんだ、３２ 導体板、３４ シール材、３６ 放熱板。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を基板側から冷却する半導体素子用冷却構造体の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電力用半導体装置等の発熱量の多い半導体素子では、水等の冷却液により半導体素子を冷却する構成がとられている。
【０００３】
たとえば、特開平９−２４６４４３号公報にも、電力半導体チップを搭載した絶縁板をアルミニウム又は銅のような熱伝導率の高い材料で形成した金属板に接合し、この金属板を冷却水によって冷却して電力半導体チップで発生する熱を除去する構成が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の電力半導体装置の冷却構造においては、冷却水が流れる水路と電力半導体チップが絶縁板を介して接合された金属板との間をオーリングによりシールして液漏れを防ぐ構成となっているが、シール材であるオーリングのシール性能が低下して液漏れが発生した場合に、電力半導体チップ等の半導体素子が浸水し、ショートが生じて素子が破損する可能性があるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、冷却液の液漏れが生じた場合にも半導体素子の浸水を防止することができる半導体素子用冷却構造体を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、冷却液が収容される冷却液空間を備える半導体素子用冷却構造体であって、冷却液空間はシール材を介して半導体モジュール基板により封止されており、漏出冷却液排出機構が半導体モジュール基板より低い位置に設けられていることを特徴とする。
【０００７】
また、上記半導体素子用冷却構造体において、半導体モジュール基板が絶縁基板であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【０００９】
図１には、本発明に係る半導体素子用冷却構造体の実施形態の断面図が示される。図１において、半導体素子用冷却構造体１０には、冷却液が収容される冷却液空間１２が備えられており、この冷却液空間１２に収容された冷却液に接するように絶縁基板１４が取付けられている。絶縁基板１４は、本発明に係る半導体モジュール基板に相当し、その上に発熱体である半導体素子１６を含む半導体モジュール１８が接合されている。このような構成により、半導体モジュール１８が冷却され、半導体素子１６で発生した熱は冷却液空間１２を流れる冷却液によって除去される。
【００１０】
半導体素子用冷却構造体１０と絶縁基板１４との間には、オーリング等のシール材２０が配置され、冷却液空間１２に収容された冷却液が漏出しないように液シールが構成されている。すなわち、上記冷却液空間１２は、シール材２０を介して半導体モジュール基板である絶縁基板１４により封止された構造となっている。
【００１１】
しかしながら、シール材２０のシール性能が絶対に低下しないという保証は無いので、万一シール材２０の劣化等によりシール性能が低下すると、冷却液空間１２から冷却液が漏れ出すことも考えられる。そこで、本実施形態においては、絶縁基板１４よりも低い位置に、漏出冷却液２２を収集するための漏出冷却液収集溝２４及びここに集められた漏出冷却液２２を外部に排出するための漏出冷却液排出管２６が形成されている。また、漏出冷却液排出管２６の液出口側には、外部から水等の冷却液が逆流することを防止するための逆流防止機構２８が形成されている。以上に述べた漏出冷却液収集溝２４、漏出冷却液排出管２６、逆流防止機構２８により、本発明に係る漏出冷却液排出機構が構成されている。
【００１２】
以上のような構成により、シール材２０が劣化する等の原因により冷却液空間１２から冷却液が漏れ出した場合にも、半導体モジュール１８側への冷却液の進入を防止することができる。このため、発熱体である半導体素子１６を絶縁基板１４一枚を隔てて冷却液により冷却するという構成としても冷却液漏れによるショート等の不具合を防止することができる。このため、半導体素子１６の放熱効率を高めることが可能となる。
【００１３】
図２には、絶縁基板１４上への半導体素子１６の接合例が示される。図２において、半導体素子１６は、はんだ３０を介してアルミニウム等の導体板３２に接着され、導体板３２が絶縁基板１４に蝋付等により接着されている。これは、絶縁基板１４にははんだ付を行なうことができないためである。
【００１４】
従来、半導体素子１６を冷却しようとする場合には、絶縁基板１４の下側に更に導体板を接着し、この導体板を冷却液空間１２の壁にはんだ付する等の方法が行われていた。これに対して、図２に示されたような構造にすれば、冷却液空間１２中を流れる冷却液により絶縁基板１４が直接冷却されるので、半導体素子１６との間の伝熱抵抗が小さくなり、半導体素子１６をより効率良く冷却することが可能となる。
【００１５】
図３には、本発明に係る半導体素子用冷却構造体の他の実施形態の部分断面図が示される。図３において特徴的な点は、シール材２０の冷却液空間１２の反対側にもう一つのシール材３４が設けられており、二重シールの構造となっている点にある。この二つのシール材２０，３４の間には、漏出冷却液収集溝２４が形成されており、冷却液空間１２から冷却液が漏れ出した場合には、漏出冷却液収集溝２４に集められ、漏出冷却液は更に漏出冷却液排出管２６から外部に排出される構造となっている。このように、シール材２０，３４により二重シールの構造とすることにより、冷却液空間１２からの冷却液の漏出をより完全に防止することができるとともに、万一冷却液が漏れ出したとしても漏出冷却液排出管２６により外部に排出され、半導体素子１６を含んだ半導体モジュール１８が浸水してショート等の不具合が生じることをより完全に防止することができる。
【００１６】
図３に示された実施形態においては、半導体素子１６が導体板３２を介して絶縁基板１４に接合されており、絶縁基板１４は他の導体板３２を介して放熱板３６に接合されている。この場合、放熱板の材質としては、例えばＡｌＳｉＣ，Ｃｕ，ＣｕＭｏ等を使用することができる。また、絶縁基板１４の材質としては、例えばＡｌＮ，Ｓｉ3Ｎ4，Ａｌ2Ｏ3等を使用することができる。
【００１７】
なお、半導体素子１６の接着構造としては、必ずしも図３に示されるものに限られず、例えば図１，図２に示されるような接着構造とすることも好適である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、半導体素子を冷却するための冷却液がシール材から漏出した場合にも、半導体モジュール基板より低い位置に設けられた漏出冷却液排出機構によって漏れ出た冷却液を外部に排出できるので、半導体素子が浸水することを防止することができる。
【００１９】
また、半導体素子が接合された絶縁基板を冷却液により直接冷却する構成とすることにより、半導体素子と冷却液空間との間の伝熱抵抗を小さくでき、半導体素子をより効率的に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る半導体素子用冷却構造体の実施形態の断面図である。
【図２】 図１に示された半導体素子の絶縁基板への接着構造の例を示した図である。
【図３】 本発明に係る半導体素子用冷却構造体の他の実施形態の部分断面図である。
【符号の説明】
１０ 半導体素子用冷却構造体、１２ 冷却液空間、１４ 絶縁基板、１６ 半導体素子、１８ 半導体モジュール、２０ シール材、２２ 漏出冷却液、２４ 漏出冷却液収集溝、２６ 漏出冷却液配出管、２８ 逆流防止機構、３０ はんだ、３２ 導体板、３４ シール材、３６ 放熱板。
Claims (2)
- 冷却液が収容される冷却液空間を備える半導体素子用冷却構造体であって、
前記冷却液空間はシール材を介して半導体モジュール基板により封止されており、
漏出冷却液排出機構が前記半導体モジュール基板より低い位置に設けられていることを特徴とする半導体素子用冷却構造体。 - 請求項１記載の半導体素子用冷却構造体において、前記半導体モジュール基板が絶縁基板であることを特徴とする半導体素子用冷却構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001215216A JP4453230B2 (ja) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | 半導体素子用冷却構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001215216A JP4453230B2 (ja) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | 半導体素子用冷却構造体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003031745A JP2003031745A (ja) | 2003-01-31 |
| JP4453230B2 true JP4453230B2 (ja) | 2010-04-21 |
Family
ID=19049896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001215216A Expired - Fee Related JP4453230B2 (ja) | 2001-07-16 | 2001-07-16 | 半導体素子用冷却構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4453230B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014512103A (ja) * | 2011-04-13 | 2014-05-19 | ティーエム４・インコーポレーテッド | バイパスチャンネルを有する冷却装置 |
| JP6457678B1 (ja) * | 2018-03-19 | 2019-01-23 | 株式会社ケーヒン | 電力変換装置 |
-
2001
- 2001-07-16 JP JP2001215216A patent/JP4453230B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003031745A (ja) | 2003-01-31 |
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