JP4496040B2 - 電気素子冷却モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、電気素子、特に高出力のパワーＦＥＴなどの電気素子を搭載するための電気素子冷却モジュールに関し、より詳しくは放熱性および信頼性に優れた電気素子冷却モジュールに関する。
従来、高出力のパワーＦＥＴなどの電気素子を収容する電気素子収納用パッケージは、例えば図６に示すように、作動時に発熱する電気素子（半導体素子）５１の放熱性を向上させるため、電気素子５１と、熱伝導率の高い金属板５３、セラミック基板５５などから構成されている。すなわち、セラミック基板５５の一方の表面に、金属板５３が設置され、この金属板５３の表面に電気素子５１が搭載されている。
電気素子５１は、例えばＳｉ単結晶の原子の一部をＶ族またはIII族の原子で置き換えた、いわゆる不純物半導体からなり、自由電子と正孔の二つのキャリヤ数により区別されるｎ型、ｐ型半導体の組合せにより構成される。その役割は、ＩＣなどの電子回路のベース電圧信号でパワー回路の電流のスイッチングを行い、電力の制御を行うことにある。
金属板５３は、パワー回路上のエミッタ電極を構成し、大電流を通電するとともに、電気素子５１で発生した熱を外部に伝達し放出する際、熱を広範囲に伝導し熱放散性を高める働きをする。セラミック基板５５は、絶縁性を有しており、金属板５３間の電気的絶縁を確保するために設けられるとともに、金属板５３と同様に熱を外部に伝達する役目を有する。
また、セラミック基板５５の金属板５３が設置された面の反対側の面に高熱伝導の放熱板を設けて、放熱性を向上させるなどの試みが行われている（特許文献１〜３参照）。
また、図７に示すように、セラミック基板５５の金属回路板５３が形成された面の逆に流路５９を設け、この流路５９に液体の冷媒を流通させて、さらに放熱性を高めるなどの試みが行われている（特許文献４，５参照）。
さらに、特許文献６には、冷却用液体内に電気素子の発熱部（ペレット）を直接浸漬した半導体素子冷却装置が開示されている。これによれば、冷却効率のよい半導体冷却装置を提供できるとされている。
しかしながら、近年、パワーＦＥＴなどの発熱量は増加する傾向にあり、図６に示すような放熱方法では十分に電気素子から発生する熱を放熱することが困難になっている。また、特許文献１〜３に記載されているような放熱板と気体の熱交換により放熱する方法では、放熱性が十分とは言えない。また、特許文献４，５に記載のように液体の冷媒を用いる場合には、放熱性は比較的向上するものの、高速で冷媒を循環させる必要があるため、冷媒の循環系に高い圧力がかかることから、信頼性が低下するなどの問題があった。さらに、特許文献６に記載の冷却装置では、電気素子の短絡を防止するという点で、安価であるが導電性を有する水などの液体を冷却用液体として使用することができないので、コストアップにつながるという問題がある。
特開昭６３−７３６５１号公報 特開平２−１４６７４８号公報 特開２００３−１７６２７号公報 特開平９−２６０５８５号公報 特開２００１−３０８２３７号公報 特開昭５６−１３０９５５号公報
本発明の課題は、高い放熱性と信頼性を有し、しかも導電性を有する水を冷却用液体として使用することができる電気素子冷却モジュールを提供することである。
上記課題を解決するための本発明の電気素子冷却モジュールは、以下の構成からなる。
(1) 内部に冷却用液体が収容されたモジュール容器と、該モジュール容器に固定された電気素子ユニットと、を備えた電気素子冷却モジュールであって、前記冷却用液体が、水であり、前記電気素子ユニットが、電気素子と、略直方体形状でかつ一面部を除く部分が水密構造である、前記電気素子を収容するための電気素子収納容器および該電気素子収納容器の内面に配置されており、表面に前記電気素子が接合されている金属板を備え、前記冷却用液体に前記電気素子収納容器の前記一面部を除く部分を浸漬することにより前記電気素子を冷却するための電子素子収納用パッケージと、を備えるとともに、前記冷却用液体に浸漬した状態で前記モジュール容器に固定され、前記冷却用液体と接触する前記電気素子収納容器の外面を構成する部材の少なくとも一部が、絶縁耐圧１０ｋＶ／ｍｍ以上のセラミック基板からなることを特徴とする電気素子冷却モジュール。
(2) 内部に冷却用液体が収容されたモジュール容器と、該モジュール容器に固定された電気素子ユニットと、を備えた電気素子冷却モジュールであって、前記冷却用液体が、水であり、前記電気素子ユニットが、電気素子と、略直方体形状でかつ一面部を除く部分が水密構造である、前記電気素子を収容するための電気素子収納容器および該電気素子収納容器の内面に配置されており、表面に前記電気素子が接合されている金属板を備え、前記冷却用液体に前記電気素子収納容器の前記一面部を除く部分を浸漬することにより前記電気素子を冷却するための電子素子収納用パッケージと、を備えるとともに、前記冷却用液体に浸漬した状態で前記モジュール容器に固定され、前記冷却用液体と接触する前記電気素子収納容器の外面を構成する部材の少なくとも一部が、体積固有抵抗１×１０12Ω・ｃｍ以上のセラミック基板からなることを特徴とする電気素子冷却モジュール。
(3) 前記電気素子が、前記金属板を介して前記セラミック基板と接合されている(1)または(2)に記載の電気素子冷却モジュール。
(4) 前記金属板が、前記電気素子と電気的に接続するための電極である(1)〜(3)のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
(5) ２枚の前記金属板が、前記電気素子収納容器の相対する内面に、互いに電気的に絶縁された状態でそれぞれ配置されている(1)〜(4)のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
(6) 前記セラミック基板が、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4及びＡｌ2Ｏ3より選ばれる材料からなる(1)〜(5)のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
(7) 前記セラミック基板の相対密度が９０％以上である(1)〜(6)のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
(8) 前記セラミック基板の厚みが１．５ｍｍ以下である(1)〜(7)のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
(9) 前記電気素子収納容器が一体物からなる(1)〜(8)のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
(10) 前記電気素子収納容器が２点以上の部品の接合体からなる(1)〜(8)のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
(11) 前記金属板には、該金属板と外部配線とを電気的に接続するための引出電極部が、前記電気素子収納容器の前記一面部に形成された開口を通じて前記電気素子収納容器の外部に延設されている(1)〜(10)のいずれかに記載の電子素子冷却モジュール。
(12) 前記冷却用液体と接触する前記電気素子収納容器の外面には放熱板が設置されている(1)〜(11)のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
(13) 前記電気素子収納容器の前記一面部が冷却用液体の液面よりも高くなるように、前記電気素子ユニットが前記モジュール容器に固定されている(1)〜(12)のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
(14) 前記電気素子収納容器の前記一面部にフランジが形成されており、前記電気素子ユニットが前記モジュール容器の表面に形成された貫通孔から前記モジュール容器内に挿入され、前記電気素子収納容器の前記フランジが前記モジュール容器の表面に固定されている(1)〜(13)のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
(15) 前記モジュール容器の表面には前記貫通孔が複数形成され、複数の前記電気素子ユニットが各貫通孔から前記モジュール容器内にそれぞれ挿入され、固定されている(14)に記載の電気素子冷却モジュール。
前記(1)記載の電気素子冷却モジュールによれば、電気素子収納容器を冷却用液体に浸漬して電気素子を冷却するので、従来のようにセラミック基板の表面に形成された流路に冷却用液体を流通させる方法と比較して、電気素子収納容器と冷却用液体との接触面積を増加させることができる。また、冷却用液体と接触する電気素子収納容器の外面を構成する部材として、絶縁耐圧が１０ｋＶ／ｍｍ以上のセラミック基板を用いている。これにより、電気素子の冷却効率を格段に高くすることができるとともに、高電圧が印加された場合においても、絶縁破壊による短絡などの問題が発生することを防止できる。
また、前記(2)記載の電気素子冷却モジュールによれば、電気素子収納容器を冷却用液体に浸漬して電気素子を冷却するので、従来のようにセラミック基板の表面に形成された流路に冷却用液体を流通させる方法と比較して、電気素子収納容器と冷却用液体との接触面積を増加させることができる。また、冷却用液体と接触する電気素子収納容器の外面を構成する部材として、体積固有抵抗が１×１０12Ω・ｃｍ以上のセラミック基板を用いている。これにより、使用時にリーク電流の発生を防止することが出来、電子機器作動時の誤動作、及び電流のロスを低減することができる。
さらに、電気素子収納容器の一面部を除く部分が水密構造であり、かつこの一面部を除く部分を冷却用液体に浸漬するので、冷却用液体が電気素子収納容器内に浸入することがない。これにより、液体の導電性の有無にかかわらず種々の冷却用液体を選定することができるので、安価な水を冷却用液体として使用することによりコストアップを抑制することができる。
また、前記(1)記載のように、本発明の電気素子ユニットは、上記した電気素子収納用パッケージの金属板表面に電気素子を接合したものである。したがって、この電気素子ユニットは、高い放熱性と信頼性を備え、しかも冷却用液体として安価な水を使用してコストアップを抑制することができる。
さらに、前記(1)記載のように、本発明の電気素子冷却モジュールは、上記した電気素子ユニットを、モジュール容器内の冷却用液体に浸漬し、モジュール容器に固定したものである。このような構造にすることで、電気素子収納容器の外面の大部分をモジュール容器内に収容された冷却用液体と接触させることができるので、冷却効率が格段に高い電気素子冷却モジュールを提供することができる。
上記のように前記(1)，(2)記載の電気素子冷却モジュールは、内部に電気素子を収容してこれを冷却するためのものであるが、電気素子を収容する際には、前記(3)記載のように、電気素子が金属板を介してセラミック基板と接合されるのが好ましい。これにより、電気素子で発生した熱を金属板およびセラミック基板を通じて効率的に放熱させることができる。
本発明の電気素子冷却モジュールは、例えば発熱性素子、ＩＧＢＴ、パワー系素子などのように電流を制御する機能を有した電気素子を搭載するのに好適である。この場合、前記(4)記載のように、前記金属板は、電気素子で発生した熱を広範囲に伝導し熱放散性を高める役割の他、電極としての役割をも果たす。
前記(5)記載の電気素子冷却モジュールでは、２枚の金属板が、電気素子収納容器の相対する内面に互いに電気的に絶縁された状態でそれぞれ設置されている。すなわち、２枚の金属板が電気素子を挟持するようにして配置されているので、電気素子から発生する熱を電気素子の両面から２枚の金属板を通じて効率的に放熱させることができるとともに、これらの金属板を電極として使用することができる。
前記(6)記載のように、電気素子収納用パッケージにおけるセラミック基板としては、高熱伝導性であることから冷却効率を高くできる点でＡｌＮが望ましく、高強度である点でＳｉ3Ｎ4が望ましく、高強度で安価である点でＡｌ2Ｏ3が望ましい。
前記(7)記載の電気素子冷却モジュールによれば、セラミック基板の相対密度が９０％以上、すなわちセラミック基板の密度が理論密度の９０％以上であるので、セラミック基板の気孔を少なくすることができる。これにより、セラミック基板の熱伝導率を高くすることができるので、冷却効率をより向上させることができるとともに、セラミック基板の絶縁性を維持できるので、短絡（ショート）による電気素子の破壊（焼損）を防止することができる。
一般に、セラミック基板は、金属板などと比較すると熱伝導率が低い。したがって、前記(8)記載の電気素子冷却モジュールのように、セラミック基板の厚みを薄くするのが好ましい。これにより、電気素子収納用パッケージ全体の熱伝導性が過度に低下するのを抑制することができる。
前記(9)または(10)記載のように、本発明の電気素子冷却モジュールでは、電気素子収納容器が一体物であってもよく、２点以上の部品の接合体からなるものであってもよい。電気素子収納容器を一体構造とすることで、接合部などの容器の構造的に脆弱な部分をなくすことができるため、電気素子冷却モジュールの信頼性をより向上させることができる。また、電気素子収納容器を２点以上の部品の接合体により構成することで、比較的簡単な構造の部品から電気素子冷却モジュールの容器を作製することができ、製造コストを下げることができる。
前記(11)記載の電気素子冷却モジュールによれば、引出電極部が電気素子収納容器の外部にまで延設されているので、電極である金属板を外部配線に容易に接続することができる。
前記(12)記載の電気素子冷却モジュールによれば、電気素子収納容器の外面に放熱板が設置されているので、金属板およびセラミック基板を伝わる電気素子から発生する熱を、放熱板から冷却用液体中にさらに効率的に放熱させることができる。これにより、冷却効率をさらに向上させることができる。
前記(13)記載の電気素子冷却モジュールによれば、電気素子収納容器の前記一面部が、冷却用液体の液面よりも高くなるように構成されているので、仮にモジュール容器に亀裂等が生じてモジュール容器内の冷却用液体の一部が外部に漏れるようなことがあっても、漏れた冷却用液体が電気素子収納容器内に浸入するのを防止することができる。これにより、冷却用液体により電気素子収納容器内の電気素子等が短絡するなどの不具合が発生するのを防止することができるので、安全性および信頼性の高い電気素子冷却モジュールを提供することができる。
前記(14)に記載のような構造にすることで、電気素子ユニットとモジュール容器とを容易にかつ強固に固定することができる。また、前記(15)に記載のように、モジュール容器に複数の電気素子ユニットを固定することで、容易に装置を小型化することができる。
以下、電気素子がＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である場合を例に挙げて、図面に基づいて本発明の一実施形態を詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本実施形態にかかる電気素子ユニット１３を示す断面図であり、図２は電気素子ユニット１３を示す一部破断斜視図である。なお、図１は、図２のＡ−Ａ線における断面図に相当する。
図１および図２に示すように、電気素子ユニット１３は、電気素子収納容器１６および２枚の電極（金属板）１７を備えた電気素子収納用パッケージ１４と、電極１７の表面に接合された電気素子（ＩＧＢＴ）１５と、この電気素子１５の表面に設置された高さ調節用のスペーサ１８と、フリーホイールダイオード１９と、電気素子１５を制御する信号を伝達する外部配線が接続される配線導体４２および金属細線４３と、から構成されている。
電気素子収納容器１６は、図１に示すように、上面部１６ａが開口した略直方体形状の箱体であり、上面部１６ａを除く部分が水密構造になっている。また、電気素子収納容器１６の上面縁部にはフランジ１６ｂが形成されている。
電極１７は、電気素子収納容器１６の相対する内側面に互いに電気的に絶縁された状態で配置された一対の電極である。一方の電極１７の表面には電気素子１５が接合されており、これらの電極１７と電気素子１５は電気的に接続されている。また、他方の電極１７と電気素子１５は、スペーサ１８を介して電気的に接続されている。電極１７には、該電極１７と外部配線（図示せず）とを電気的に接続するための引出電極部１７ａが、電気素子収納容器１６の上面部１６ａに形成された開口を通じて電気素子収納容器１６の外部に突出するように延設されている。
電気素子１５には、金属細線４３を介して配線導体４２が電気的に接続されている。配線導体４２は、電気素子収納容器１６の上面部１６ａに形成された開口を通じて電気素子収納容器１６の外部に延設されている。この配線導体４２には、電気素子１５を制御する信号を電気素子１５に伝達するための外部配線（図示せず）が接続される。
電気素子１５は、上記信号に応じて電流の流れを制御する機能を備えている。これにより、電気素子１５を介して一方の電極１７から他方の電極１７へ電流を流したり、電流の流れを遮断することができる。また、電気素子１５において電流の流れを遮断し、フリーホイールダイオード１９を通じて電流を逆方向に流すことも可能である。
スペーサ１８は、電気素子１５の表面に配置してフリーホイールダイオード１９と同じ高さに調節する役割の他、電気素子１５で発生した熱を電極１７に伝導する役割をも担っている。
電気素子収納容器１６の内側面、電極１７、電気素子１５、スペーサ１８およびフリーホイールダイオード１９は、それぞれの間に配されたロウ材などの接合材（図示せず）を介して接合されている。上記のように、電気素子１５が電極１７を介して電気素子収納容器１６の側面部と接合された構成にすることにより、電気素子１５で発生した熱を電極１７および電気素子収納容器１６の側面部を通じて効率的に放熱することができる。
図３は、電気素子ユニット１３を備えた電気素子冷却モジュールを示す断面図である。図３に示すように、この電気素子冷却モジュールは、内部に冷却用液体１１が充填されたモジュール容器１２と、電気素子ユニット１３とから構成されている。モジュール容器１２を構成する材料としては、例えばアルミニウム、ステンレス鋼等の金属等の熱伝導性に優れた材料で切削加工やダイカスト加工等により形成したものを用いることができる。また、プラスチックを用いてもよい。
電気素子ユニット１３は、モジュール容器１２の上面に形成された複数の貫通孔からモジュール容器１２内にそれぞれ挿入され、上面部１６ａに形成された開口が冷却用液体１１の液面よりも高くなるように、電気素子収納容器１６の上端縁部に形成されたフランジ１６ｂにおいてモジュール容器１２の上面と固定されている。このように電気素子収納容器１６を冷却用液体１１に浸漬した状態でモジュール容器１２に固定することで、電気素子収納容器１６の上面を除く外面、すなわち底面および側面を冷却用液体と接触させることができる。
したがって、電気素子１５で発生した熱は、電極１７を通じて、あるいはスペーサ１８および電極１７を通じて電気素子収納容器１６に伝熱する。一方で、冷却用液体１１はモジュール容器１２の中を循環して電気素子収納容器１６を冷却する。これにより、電気素子収納容器１６の熱が冷却用液体１１に伝熱し、さらに、この冷却用液体１１をモジュール容器１２から外部の熱交換器等へ導出し、外部へ放出される。また、この熱の一部はモジュール容器１２に伝わり外部へと放出される。このような熱の移動により、電気素子１５から発生する熱を効率的に外部に放熱することができるので、電気素子１５を高温環境に晒すのを防止し電気素子１５を保護することができる。
電気素子収納容器１６を構成する部材のうち、特に電極１７が配置された側面部にはセラミック基板を用いるのがよい。このようなセラミック基板の材質としては、例えば高熱伝導性で冷却効率を高くできる点でＡｌＮを用いるのが好ましく、高強度である点でＳｉ3Ｎ4を用いるのが好ましく、高強度で安価である点でＡｌ2Ｏ3を用いるのが好ましい。
特に、Ａｌ2Ｏ3を用いる場合には、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4よりも熱伝導率が低くなる傾向にあるが、焼結助剤の量を１０質量％以下、特に７．５質量％以下とすることで熱伝導率を向上させることができる。また、上記のセラミックス材料では、熱伝導率を低下させる非晶質相の含有率が低いのが好ましく、７質量％以下、さらに５質量％以下とするのが好ましい。
また、電気素子ユニット１３の放熱性を高めるため、上記セラミック基板の熱伝導率は５Ｗ／（ｍ・ｋ）以上、好ましくは１５Ｗ／（ｍ・ｋ）以上、より好ましくは３０Ｗ／（ｍ・ｋ）以上であるのがよい。
セラミック基板の強度は、３点曲げ強度（ＪＩＳ Ｒ１６０１）が３００ＭＰａ以上、好ましくは４００ＭＰａ以上、より好ましくは６００〜８５０ＭＰａであるのがよい。特に、電極１７が配置されたセラミック基板は、電極１７との熱膨張率の差に起因してクラックの発生や破壊が生じやすいため、強度を上記範囲にするのが好ましい。
セラミック基板のヤング率は、３４０ＧＰａ以下、好ましくは３２０ＧＰａ以下、より好ましくは２６０〜３００ＧＰａであるのがよい。特に、電極１７が配置されたセラミック基板は、電極１７との熱膨張率の差に起因してクラックの発生や破壊が生じやすいため、ヤング率を上記範囲にするのが好ましい。
セラミック基板の熱膨張率は、８．０×１０-6／Ｋ以下、好ましくは７．０×１０-6／Ｋ以下、より好ましくは２．０×１０-6／Ｋ〜５．０×１０-6／Ｋであるのがよい。これにより、電気素子１５が発熱し電気素子収納容器１６が高温になった場合であっても、容器１６の熱膨張による寸法変化を小さく抑えることができるので、電気素子収納容器１６と電極１７との接合部分、フランジ１６ｂとモジュール容器１２との固定部分、電気素子収納容器１６を構成する部材間の接合部分などにおける接合信頼性を向上させることができる。
セラミック基板の絶縁耐圧は、１０ｋＶ／ｍｍ以上、好ましくは１２ｋＶ／ｍｍ以上、より好ましくは１５〜２５ｋＶ／ｍｍであるのがよい。これにより、電気素子の冷却効率を格段に高くすることができるとともに、高電圧が印加された場合においても、絶縁破壊による短絡などの問題が発生するのを防止できる。
セラミック基板の体積固有抵抗は、１×１０12Ω・ｃｍ以上、好ましくは１×１０13Ω・ｃｍ以上、より好ましくは１×１０13〜１×１０14Ω・ｃｍであるのがよい。これにより、使用時にリーク電流の発生を防止することができ、電子機器作動時の誤動作、及び電流のロスを低減することができる。
セラミック基板の密度は、相対密度が９０％以上（密度が理論密度の９０％以上）、特に９３％以上であるのが好ましい。セラミック基板の密度を前記の範囲とすることで、セラミック基板に電極１７を拘束するために十分な強度と剛性を付与することができる。また、セラミック基板の相対密度を９０％以上とすることで、強度を容易に３００ＭＰａ以上とすることが可能となる。しかも、セラミック基板に十分な絶縁性を付与することができるため、短絡（ショート）による電気素子１５の破壊（焼損）を防止することができる。さらに、セラミック基板の相対密度は９８％以下であるのがよい。これにより、セラミック基板のヤング率の低減が可能となり、容易にヤング率３４０ＧＰａ以下のセラミック基板を得ることができる。
セラミック基板の厚みは、０．３ｍｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上であるのがよい。これにより、セラミック基板に十分な強度と剛性を付与できるため、電極１７の熱サイクルに伴う膨張と収縮を十分に拘束することが可能となり、セラミック基板の反り、割れ、クラックなどを防止することができる。また、セラミック基板の厚みは、放熱性の低下を防止するため、１．５mm以下、好ましくは０．３〜１．０ｍｍであるのがよい。
電気素子収納容器１６を構成する部材のうち、底面部などのように電極１７と直接接していない部分に用いる材質は、特に限定されないが、絶縁性に対する信頼性の点でセラミック基板を用いるのがよく、特に、上記した電極１７が配置された側面部と同じセラミックス材料を用いるのがよい。
電極１７の材質は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏおよびこれらの合金の少なくとも１種を主成分とするのが好ましく、熱伝導性、原料コストおよび導電性の点から、Ｃｕを主成分とするのがより好ましい。また、Ｃｕと他の金属や金属酸化物との合金又は混合体を用いてもよいが、熱伝導率の点からＣｕの量は９０モル％以上であるのがよい。スペーサ１８の材質は、電極１７と同様のものが使用可能であり、特にＣｕ、その合金又は混合体であるのが好ましい。冷却用液体としては、導電性の有無にかかわらず種々の液体を選定することができ、特に安価であるという点で水を用いるのがよい。
また、電極１７には空隙が存在しているのが好ましく、その空隙率は２体積％以上、特に３〜４体積％の範囲であるのが好ましい。空隙率を前記範囲にすることで、電極１７のヤング率が下がり、熱サイクルに伴ってセラミック基板と電極１７との間に働く応力を小さくすることができるとともに、発生した応力を十分に緩和することができ、接合信頼性を向上させることができる。
電極１７の厚みは、０．１ｍｍ以上とし、セラミック基板の厚みの５倍以下とするのが好ましい。例えばセラミック基板の厚みが０．５ｍｍの場合、電極１７の厚みを０．１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲にするのがよい。電極１７の厚みを０．１ｍｍ以上にすることで、セラミック基板の放熱性を高くすることができるとともに、電極１７の電気的抵抗を下げることができるため、電流を流した際の電極１７の発熱をも抑制することができる。また、電極１７の厚みをセラミック基板の５倍以下にすることで、電極１７とセラミック基板との熱膨張係数の差に起因するセラミック基板の反り、割れ、クラックなどの発生を抑制することができる。
上記のようなセラミック基板、電極１７、電気素子１５等の各部材は、直接接合法、活性金属接合法およびアルミニウム系ロウ材接合法のいずれかによって接合されることが好ましい。直接接合法を用いる場合で、電極１７が銅板である場合は、酸素を含むＣｕ−Ｏとの共晶化合物によりセラミック基板に接合される（銅直接接合法：ＤＢＣ法）。さらに、電極１７がアルミニウム板である場合は、けい素を含むＡｌ−Ｓｉ共晶化合物によりセラミック基板に接合される（アルミニウム直接接合法：ＤＢＡ法）。また、活性金属法は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆなどの活性金属を含有するロウ材を介して電極１７をセラミック基板に接合する方法であり、Ａｌロウ材接合法は、Ａｌを含有するロウ材を介して電極１７をセラミック基板に接合する方法である。
以下、電気素子ユニット１３の製造方法の一例について具体的に説明する。図４(a)〜(f)は、電気素子ユニット１３の製造方法を示す工程図である。
まず、図４(a)に示すように、電気素子収納容器１６を構成するセラミック基板３１〜３７のうち、セラミック基板３１を作製する。セラミック基板３１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体で形成されている場合には、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤を添加混合して泥漿状にするとともに、該泥漿物を従来から周知のドクターブレード法やカレンダーロール法を用いてセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、次にセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、所定形状となすとともに必要に応じて複数枚を積層して成形体とした後に、これを約１３００〜１６００℃の温度で焼成することにより得られる。
また、酸化アルミニウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して原料粉末を調整するとともに該原料粉末をプレス成形技術によって所定形状に成形した後に、この成形体を約１３００〜１６００℃の温度で焼成することによって作製することも可能である。
ここで、セラミック基板３１には、焼成前にその表面にメタライズ金属層４１が被着されており、このメタライズ金属層４１は焼成後に電極１７をセラミック基板３１にロウ付けする際の下地金属層として作用するものである。このメタライズ金属層４１は、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点金属材料からなり、例えばタングステン粉末に適当な有機バインダー、可塑材、溶剤を添加混合した金属ペーストを焼成によってセラミック基板３１となるセラミックグリーンシートの表面に予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、セラミック基板３１の表面に所定のパターンで、所定の厚み（１０〜５０μｍ）に被着される。
なお、メタライズ金属層４１はその表面にニッケル、金等の良導電性で、耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくと、メタライズ金属層４１の酸化腐食を有効に防止することができるとともに、ロウ付けなどにより、メタライズ金属層４１と電極１７とを極めて強固に接合することができる。このような被着金属層は１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくのが好ましい。
次に、セラミック基板３１上に形成されたメタライズ金属層４１または被着金属層の表面にロウ材を塗布し、その上に電極１７を固定する。具体的には、メタライズ金属層４１上に、例えば銀ロウ材（銀：７２質量％、銅：２８質量％）やアルミニウムロウ材（アルミニウム：８８質量％、シリコン：１２質量％）等からなるロウ材を塗布し、その上に金属板である電極１７を載置した後に、これを真空中もしくは中性、還元雰囲気中において、所定温度（銀ロウ材の場合は約８００〜９００℃、アルミニウムロウ材の場合は約５００〜６００℃）で加熱処理し、ロウ材を溶融させるとともにメタライズ金属層４１の表面と電極１７の表面とを接合させることによって、セラミック基板３１と金属層１７とが接合される（図４(b)）。
銅やアルミニウム等からなる電極１７は、銅やアルミニウム等のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来から周知の金属加工法を用いることによって、例えば厚さが５００μｍ程度で、メタライズ金属層４１のパターン形状に対応する所定パターン形状に作製される。
さらに、電極１７が銅からなる場合、電極１７を無酸素銅で形成しておくと、該無酸素銅はロウ付けの際に銅の表面が銅中に存在する酸素により酸化されることなくロウ材との濡れ性が良好となり、メタライズ金属層４１または被着金属層へのロウ材を介しての接合が強固となる。従って、電極１７は無酸素銅で形成するのが好ましい。
上記の実施形態では、焼成前にセラミック基板３１の表面に予めメタライズ金属層４１を被着させておき、焼成後に該メタライズ金属層４１に電極１７をロウ付けする場合について説明したが、セラミック基板３１の表面に予めメタライズ金属層４１を被着させることなく、焼成後のセラミック基板３１に直接ロウ付けを行うこともできる。
具体的には、例えば銀−銅共晶合金にチタンもしくは水素化チタンを２〜５質量％添加した活性金属ロウ材をセラミック基板３１上に、スクリーン印刷法により所定パターンに所定厚み（２０〜５０μｍ）だけ印刷するなどして形成し、メタライズ金属層を介することなく、電極１７を直接接合してもよい。
また、電極１７の表面に、ニッケルからなる良導電性でかつ耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属を、例えばメッキ法により被着させておくと、電極１７と外部電気回路とを電気的に接続する際、その電気的接続を良好にできるとともに、電極１７に半田を介して電気素子１５を接合させる際、その接合を強固にすることができる。従って、電極１７の表面には、ニッケルからなる良導電性でかつ耐蝕性及びロウ材との濡れ性が良好な金属をメッキ法により被着させておくのが好ましい。
なお、ニッケルからなるメッキ層の表面酸化を良好に防止することができ、ロウ材との濡れ性等を長く維持することができる点から、電極１７はその表面にニッケルからなるメッキ層を被着させる場合、内部に燐を８〜１５質量％含有させてニッケル−燐のアモルファス合金としておくことが望ましい。
電極１７の表面にニッケル−燐のアモルファス合金からなるメッキ層を被着させる場合、ニッケルに対する燐の含有量が８質量％未満、あるいは１５質量％を超えたときニッケル−燐のアモルファス合金を形成するのが困難となってメッキ層に半田を強固に接着させることができなくなるおそれがある。従って、前記電極１７の表面にニッケル−燐のアモルファス合金からなるメッキ層を被着させる場合にはニッケルに対する燐の含有量を８〜１５質量％の範囲としておくことが好ましく、好適には１０〜１５質量％の範囲がよい。
また、電極１７の表面に被着されるニッケルからなるメッキ層は、その厚みが１．０μｍ未満の場合、電極１７の表面をニッケルからなるメッキ層で完全に被覆することができず、電極１７の酸化腐蝕を有効に防止することができなくなるおそれがあり、また３μｍを超えるとニッケルからなるメッキ層の内部に内在する内在応力が大きくなってセラミック基板３１に反りや割れ等が発生するおそれがある。特に、セラミック基板３１の厚さが７００μｍ以下の薄いものになった場合にはこのセラミック基板３１の反りや割れ等が顕著となってしまう。従って、電極１７の表面に被着されるニッケルからなるメッキ層はその厚みを１．５μｍ〜３μｍの範囲としておくことが好ましい。
次に、表面にメッキ層が被着された電極１７の表面には、電気素子１５およびフリーホイールダイオード１９が半田を介して接合される。また、電気素子１５の表面にはスペーサ１８が半田を介して接合される。さらに、セラミック基板３１の表面には、電気素子１５と外部配線とを接続するための配線導体４２が半田等により接合される（図４(c)）。この際、半田としては、錫−鉛共晶合金、錫−鉛合金、金−錫合金、金−ゲルマニウム合金等の金属材料が好適に使用される。ここで、半田を介した電気素子１５の接合は、半田が、例えば錫−鉛共晶合金（錫：１０質量％、鉛：９０質量％）からなる場合には、錫−鉛共晶合金の粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して半田ペーストを作製して、これをスクリーン印刷等の印刷技法を用いて電極１７の上面に所定パターン、所定厚みで被着させ、次に被着させた半田ペースト上に電気素子１５を載置させるとともに、リフロー炉等を用いて約３００〜４００℃の温度で約５〜６０分間加熱し、半田を溶融させることによって行なわれる。
次に、電極１７上にはんだ実装された電気素子１５と、セラミック基板３１上に形成された制御信号用の配線導体４２とを、ワイヤーボンディング法などを用いて、約０．１〜０．３ｍｍのアルミニウム金属細線などの金属細線４３により電気的に接続する（図４(d)）。
次に、電気素子収納容器１６を構成するセラミック基板部材３２〜３７を、上記したセラミック基板３１と同様にして作製する（図４(e)）。各セラミック基板３３〜３７は、セラミック基板３１に半田などの接合材を介して接合される。ここで、セラミック基板３１上の半田が被着される面には、前記と同様のメタライズ金属層やメッキ層が形成されていることは言うまでもない。セラミック基板３２の表面には、前記したセラミック基板３１と同様にして、セラミック基板３１と対称形状の電極１７を接合しておく。また、電気素子収納容器１６の上面部１６ａは、セラミック基板を配置せずに全面を開口させておくか、あるいは引出電極部１７ａおよび配線導体４２の形状に対応した孔を設けたセラミック基板（図示せず）を配置する。
なお、セラミック基板３２〜３７を接合する半田としては、前記と同様に、錫−鉛共晶合金、錫−鉛合金、金−錫合金、金−ゲルマニウム合金等の金属材料が好適に使用できるが、既に電気素子１５を接合した半田の再溶融による位置ずれなどを考えると、使用する半田の溶融温度を低下させておく方が好ましい。例えば、錫−鉛共晶合金（錫：５０質量％、鉛：５０質量％）からなる場合には、同様にして半田ペーストを作製し、これを周知のスクリーン印刷等の印刷技法を用いて側壁のメッキ上、及び半導体素子の上面に所定パターン、所定厚みに被着させ、次に被着させた半田ペースト上に対向するセラミック基板を載置させるとともに、リフロー炉等を用いて約２００〜３００℃の温度で、約５〜６０分間加熱し、半田を溶融させることによって行うことができる。
以上のようにして、電気素子１５、配線導体４２等を内蔵する電気素子ユニット１３を作製することができる（図４(f)）。なお、電気素子収納容器１６内には、仮に冷却用液体１１が浸入したとしても、冷却用液体１１が電気素子１５や電極１７と接触しないように、熱硬化性樹脂やシリコーンゲルなどを充填しておくことが望ましい。樹脂材としては、耐熱性、柔軟性、密着性、及び耐水性を有していればよく、特に限定されるものではない。また、シリコーンゲルの他に、シリコーン系樹脂やポリエステル系樹脂、あるいは耐熱性ゴム等を用いることもできる。さらに、熱伝導性を高めるために電気的絶縁性のある無機粉末などの配合剤（フィラー）を熱硬化性樹脂やシリコーンゲルなどに配合するのが望ましい。
＜他の実施形態＞
図５は、本発明の他の実施形態にかかる電気素子冷却モジュールを示す断面図である。図５に示すように、この電気素子冷却モジュールでは、電気素子ユニット１３の外側面（電気素子収納容器１６の外面）には放熱板７１が設置されている。これにより、電気素子１５から発生し、電極１７および電気素子収納容器１６に伝導してくる熱を、放熱板７１を通じて冷却用液体１１中により効率的に放熱させることができる。図５に示す電気素子冷却モジュールの他の部位については、図３と同じ符号を付して説明を省略する。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、セラミック基板としては酸化アルミニウム質焼結体の他、熱伝導率の高い窒化アルミニウム質焼結体や窒化珪素質焼結体で形成してもよい。窒化アルミニウム質焼結体や窒化珪素質焼結体は、電気素子１５が多量の熱を発し、この熱を効率良く除去したい場合には好適である。
また、上記実施形態では、電気素子収納容器１６が、セラミック基板３１〜３７からなる接合体で形成する場合を示したが、予め電気素子１５を挟み込むように搭載した２枚の電極１７を、一体物として形成された箱状の電気素子収納容器に、圧入、焼き嵌め、冷し嵌めなどの挿入法、あるいは半田やロウ材などの接合法により設置してもよい。
上記実施形態では、電気素子冷却モジュールを図３に示すような配置状態で使用する場合について説明したが、モジュール容器１２内の冷却用液体１１が外部に漏れないように密閉してあれば、電気素子ユニット１３をモジュール容器１２の側面や底面から挿入して冷却用液体に浸漬することもできる。
上記実施形態では、金属板が電気素子で発生した熱を広範囲に伝導し熱放散性を高める役割と電極としての役割とを兼ね備えた場合について説明したが、電気素子に接続する電極は別途設けるようにして、金属板が熱放散性を高める役割のみを担うようにしてもよい。
さらに、上記実施形態では、電気素子１５がＩＧＢＴである場合について説明したが、本発明は、使用時に熱が発生する各種電気素子に対して同様に適用可能である。
以下、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
＜セラミック基板の作製＞
Ａｌ2Ｏ3製セラミック基板用のグリーンシートの原料として、酸化アルミニウム粉末（平均粒径１．８μｍ）を９１．５質量％と、５質量％のＭｎＯ2と、３質量％のＳｉＯ2と、０．５質量％のＭｇＯとを混合した後、さらに、成形用有機樹脂（バインダ）としてアクリル系バインダを、溶媒としてトルエンを添加し、ボールミルで２４時間混合してスラリーを調製した。
ＡｌＮ製セラミック基板用のグリーンシートの原料として、窒化アルミニウムを９０．０質量％と、８．０質量％の酸化エルビウム（Ｅｒ2Ｏ3）と、２．０質量％の酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）とを混合した後、さらに、成形用有機樹脂（バインダ）としてアクリル系バインダを、溶媒としてトルエンを添加し、ボールミルで２４時間混合してスラリーを調製した。
Ｓｉ3Ｎ4製セラミック基板用のグリーンシートの原料として、平均粒径が１．２μｍ、酸素量が１．３質量％、α率９３％の直接窒化法により製造された窒化ケイ素原料粉末を８４．９モル％、７．５モル％のＥｒ2Ｏ3、７．５モル％のＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3を０．０１モル％以下となる量で配合して、成形用バインダとしてアクリル樹脂バインダを、溶媒としてトルエンを添加し、ボールミルで２４時間混合してスラリーを調製した。
ＺｒＯ2製セラミック基板用のグリーンシートの原料として、平均粒径が０．５μｍのＺｒＯ2粉末９７モル％に、３モル％のＹ2Ｏ3粉末を混合した後、さらに、成形用有機樹脂（バインダ）としてアクリル系バインダを、溶媒としてトルエンを添加し、ボールミルで２４時間混合してスラリーを調製した。
次に、これらのスラリーを用いて、ドクターブレード法により４種のグリーンシートを作製した。なお、これらのグリーンシートは焼成後に表１に示す厚みになるように調整した。ついで、各グリーンシートを１３００〜１６００℃の温度で１〜６時間保持して焼成し、試料No.１〜１７のセラミック基板を得た。
＜電極の作製＞
電極は、厚み３００μｍの銅板を所定の形状に打ち抜いて作製した。
＜電気素子ユニットの作製＞
上記で得られた各セラミック基板および電極を用いて、図４(a)〜(f)に示す製造工程と同様にして、電気素子１５、フリーホイールダイオード１９およびスペーサ１８を搭載した電気素子ユニット１３を作製した。なお、スペーサ１８は、電極と同じ材料を用いて作製した。セラミック基板３１と電極との接合には銀ロウ材（銀：７２質量％、銅：２８質量％）を用い、電極と電気素子１５、フリーホイールダイオード１９およびスペーサ１８との接合には錫１０質量％、鉛９０質量％からなる半田を用い、セラミック基板３１〜３７の接合には錫５０質量％、鉛５０質量％からなる半田を用いた。
＜評価＞
試料No.１〜１７のセラミック基板の相対密度、熱伝導率、熱抵抗および絶縁性について、以下の方法で評価した。これらの各評価方法を以下に示し、評価結果を表１に示す。なお、表１中、＊印は、本発明の範囲外の試料を示す。
相対密度：アルキメデス法により比重を測定し、理論密度に対する相対密度を算出した。
熱伝導率：レーザーフラッシュ法により熱伝導率を測定した（ＪＩＳ Ｒ１６１１）。
熱抵抗：電気素子に電流を流して発熱させ、電気素子の温度に敏感なパラメータの温度依存データから動作時の電気素子の温度を算出して熱抵抗を計算するＴＳＰ法（Temperature Sensitive Parameter Method）を用いた。
絶縁耐圧：ＪＩＳ Ｃ２１４１に基づき、セラミック基板を挟む一対の電極に電圧を印加し、破壊に至るときの電圧を測定し、絶縁耐圧（試験片の厚みに対する絶縁破壊電圧）を算出した。試料サイズはφ５０ｍｍ×厚さ２ｍｍｔとした。
絶縁性：ＪＩＳ Ｃ２１４１に基づき、体積抵抗率を測定した。試料サイズはφ５０ｍｍ×厚さ２ｍｍｔとした。表１中の「○」は、体積抵抗率が１×１０12Ω・ｃｍ以上であり、電流リークが少なかったことを示す。
Figure 0004496040
表１から、セラミック基板の絶縁耐圧が１０ｋＶ／ｍｍ未満である試料Ｎｏ．１は、体積抵抗率が小さく絶縁性が低いものであったが、絶縁耐圧が１０ｋＶ／ｍｍ以上である試料Ｎｏ．２〜１７は、体積抵抗率が大きく絶縁性に優れていた。これらの結果から、試料Ｎｏ．２〜１７のセラミック基板を電気素子ユニットの電気素子収納容器１６を構成する部材として用いれば、導電性を有する冷却用液体中での絶縁信頼性が高く、電子素子をより効率的に冷却できることがわかった。
本発明の一実施形態にかかる電気素子冷却モジュールの電気素子ユニットを示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる電気素子冷却モジュールの電気素子ユニットを示す一部破断斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる電気素子冷却モジュールを示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる電気素子冷却モジュールの電気素子ユニットの製造工程を示す工程図である。 本発明の他の実施形態にかかる電気素子冷却モジュールを示す断面図である。 従来の電気素子冷却モジュールを示す断面図である。 従来の電気素子冷却モジュールを示す断面図である。
符号の説明
１１ 冷却用液体
１２ モジュール容器
１３ 電気素子ユニット
１４ 電気素子収納用パッケージ
１５ 電気素子
１６ 電気素子収納容器
１６ａ 上面部
１６ｂ フランジ
１７ 電極（金属板）
１７ａ 引出電極部
１８ スペーサ
１９ フリーホイールダイオード

Claims (15)

  1. 内部に冷却用液体が収容されたモジュール容器と、該モジュール容器に固定された電気素子ユニットと、を備えた電気素子冷却モジュールであって、
    前記冷却用液体が、水であり、
    前記電気素子ユニットが、
    電気素子と、
    略直方体形状でかつ一面部を除く部分が水密構造である、前記電気素子を収容するための電気素子収納容器および該電気素子収納容器の内面に配置されており、表面に前記電気素子が接合されている金属板を備え、前記冷却用液体に前記電気素子収納容器の前記一面部を除く部分を浸漬することにより前記電気素子を冷却するための電子素子収納用パッケージと、を備えるとともに、
    前記冷却用液体に浸漬した状態で前記モジュール容器に固定され、
    前記冷却用液体と接触する前記電気素子収納容器の外面を構成する部材の少なくとも一部が、絶縁耐圧１０ｋＶ／ｍｍ以上のセラミック基板からなることを特徴とする電気素子冷却モジュール。
  2. 内部に冷却用液体が収容されたモジュール容器と、該モジュール容器に固定された電気素子ユニットと、を備えた電気素子冷却モジュールであって、
    前記冷却用液体が、水であり、
    前記電気素子ユニットが、
    電気素子と、
    略直方体形状でかつ一面部を除く部分が水密構造である、前記電気素子を収容するための電気素子収納容器および該電気素子収納容器の内面に配置されており、表面に前記電気素子が接合されている金属板を備え、前記冷却用液体に前記電気素子収納容器の前記一面部を除く部分を浸漬することにより前記電気素子を冷却するための電子素子収納用パッケージと、を備えるとともに、
    前記冷却用液体に浸漬した状態で前記モジュール容器に固定され、
    前記冷却用液体と接触する前記電気素子収納容器の外面を構成する部材の少なくとも一部が、体積固有抵抗１×１０12Ω・ｃｍ以上のセラミック基板からなることを特徴とする電気素子冷却モジュール。
  3. 前記電気素子が、前記金属板を介して前記セラミック基板と接合されている請求項１または２に記載の電気素子冷却モジュール。
  4. 前記金属板が、前記電気素子と電気的に接続するための電極である請求項１〜３のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
  5. ２枚の前記金属板が、前記電気素子収納容器の相対する内面に、互いに電気的に絶縁された状態でそれぞれ配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
  6. 前記セラミック基板が、ＡｌＮ、Ｓｉ3Ｎ4及びＡｌ2Ｏ3より選ばれる材料からなる請求項１〜５のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
  7. 前記セラミック基板の相対密度が９０％以上である請求項１〜６のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
  8. 前記セラミック基板の厚みが１．５ｍｍ以下である請求項１〜７のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
  9. 前記電気素子収納容器が一体物からなる請求項１〜８のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
  10. 前記電気素子収納容器が２点以上の部品の接合体からなる請求項１〜８のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
  11. 前記金属板には、該金属板と外部配線とを電気的に接続するための引出電極部が、前記電気素子収納容器の前記一面部に形成された開口を通じて前記電気素子収納容器の外部に延設されている請求項１〜１０のいずれかに記載の電子素子冷却モジュール。
  12. 前記冷却用液体と接触する前記電気素子収納容器の外面には放熱板が設置されている請求項１〜１１のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
  13. 前記電気素子収納容器の前記一面部が前記冷却用液体の液面よりも高くなるように、前記電気素子ユニットが前記モジュール容器に固定されている請求項１〜１２のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
  14. 前記電気素子収納容器の前記一面部にフランジが形成されており、前記電気素子ユニットが前記モジュール容器の表面に形成された貫通孔から前記モジュール容器内に挿入され、前記電気素子収納容器の前記フランジが前記モジュール容器の表面に固定されている請求項１〜１３のいずれかに記載の電気素子冷却モジュール。
  15. 前記モジュール容器の表面には前記貫通孔が複数形成され、複数の前記電気素子ユニットが各貫通孔から前記モジュール容器内にそれぞれ挿入され、固定されている請求項１４に記載の電気素子冷却モジュール。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01155647A (ja) * 1987-12-14 1989-06-19 Hitachi Ltd 半導体パッケージ
JPH02114597A (ja) * 1988-10-24 1990-04-26 Fujikura Ltd 電子素子の冷却方法
JPH04168755A (ja) * 1990-11-01 1992-06-16 Nec Yamagata Ltd 半導体装置
JPH1056131A (ja) * 1996-08-12 1998-02-24 Denso Corp 半導体装置
JPH1095672A (ja) * 1996-07-31 1998-04-14 Tokuyama Corp 窒化アルミニウム焼結体と水との接触方法
JPH10128333A (ja) * 1996-10-28 1998-05-19 Techno Excel Co Ltd 水処理器の半導体素子冷却装置
JPH10251067A (ja) * 1997-03-14 1998-09-22 Denki Kagaku Kogyo Kk 窒化アルミニウム焼結体
JPH11177006A (ja) * 1997-12-08 1999-07-02 Toshiba Corp 半導体装置
JP2002164484A (ja) * 2000-11-29 2002-06-07 Hitachi Ltd パワー回路
JP2004119667A (ja) * 2002-09-26 2004-04-15 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置
JP2006073663A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Kyocera Corp 電気素子収納用パッケージ、電気素子ユニットおよび電気素子冷却モジュール
JP2006073659A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Kyocera Corp 電気素子収納用パッケージ、電気素子ユニットおよび電気素子冷却モジュール
JP2006073661A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Kyocera Corp 電気素子収納用パッケージ、電気素子ユニットおよび電気素子冷却モジュール
JP2006073662A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Kyocera Corp 電気素子収納用パッケージ、電気素子ユニットおよび電気素子冷却モジュール
JP2006073660A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Kyocera Corp 電気素子収納用パッケージ、電気素子ユニットおよび電気素子冷却モジュール

Patent Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01155647A (ja) * 1987-12-14 1989-06-19 Hitachi Ltd 半導体パッケージ
JPH02114597A (ja) * 1988-10-24 1990-04-26 Fujikura Ltd 電子素子の冷却方法
JPH04168755A (ja) * 1990-11-01 1992-06-16 Nec Yamagata Ltd 半導体装置
JPH1095672A (ja) * 1996-07-31 1998-04-14 Tokuyama Corp 窒化アルミニウム焼結体と水との接触方法
JPH1056131A (ja) * 1996-08-12 1998-02-24 Denso Corp 半導体装置
JPH10128333A (ja) * 1996-10-28 1998-05-19 Techno Excel Co Ltd 水処理器の半導体素子冷却装置
JPH10251067A (ja) * 1997-03-14 1998-09-22 Denki Kagaku Kogyo Kk 窒化アルミニウム焼結体
JPH11177006A (ja) * 1997-12-08 1999-07-02 Toshiba Corp 半導体装置
JP2002164484A (ja) * 2000-11-29 2002-06-07 Hitachi Ltd パワー回路
JP2004119667A (ja) * 2002-09-26 2004-04-15 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置
JP2006073663A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Kyocera Corp 電気素子収納用パッケージ、電気素子ユニットおよび電気素子冷却モジュール
JP2006073659A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Kyocera Corp 電気素子収納用パッケージ、電気素子ユニットおよび電気素子冷却モジュール
JP2006073661A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Kyocera Corp 電気素子収納用パッケージ、電気素子ユニットおよび電気素子冷却モジュール
JP2006073662A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Kyocera Corp 電気素子収納用パッケージ、電気素子ユニットおよび電気素子冷却モジュール
JP2006073660A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Kyocera Corp 電気素子収納用パッケージ、電気素子ユニットおよび電気素子冷却モジュール

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