JP4506692B2 - Double-sided cooling type semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体モジュールを両面から冷却する両面冷却型半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a double-sided cooling type semiconductor device that cools a semiconductor module from both sides.
冷却性能を向上するために、半導体モジュールを両面から冷却する両面冷却型半導体装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この両面冷却型半導体装置は、半導体モジュールの両面側に一対の絶縁部材を配置し、当該一対の絶縁部材を冷却チューブで挟持するように配置する構成からなる。
ここで、両面冷却型半導体装置では、絶縁部材と冷却チューブとを確実に当接させるため、且つ、半導体モジュールと絶縁部材とを確実に当接させるために、冷却チューブを絶縁部材及び半導体モジュール側へ押圧している。 Here, in the double-sided cooling type semiconductor device, in order to securely contact the insulating member and the cooling tube, and to securely contact the semiconductor module and the insulating member, the cooling tube is connected to the insulating member and the semiconductor module side. Is pressed.
また、半導体モジュールの両側面には、半導体素子が発生した熱を放熱するための放熱板を備えている。そして、この放熱板は、半導体モジュールにおいて凸状部を形成している。つまり、絶縁部材は、半導体モジュールの凸状部と冷却チューブとにより挟圧されることになる。 In addition, a heat radiating plate for radiating heat generated by the semiconductor element is provided on both side surfaces of the semiconductor module. And this heat sink forms the convex part in the semiconductor module. That is, the insulating member is sandwiched between the convex portion of the semiconductor module and the cooling tube.
このように、絶縁部材を半導体モジュールの凸状部と冷却チューブとにより挟圧することで、冷却チューブの一部が変形する。具体的には、冷却チューブのうち半導体モジュールの凸状部に対応する部分が、凹状に変形する。つまり、絶縁部材のうち半導体モジュールの凸状部に当接する部分は、冷却チューブに埋設されることになる。一方、絶縁部材のうち半導体モジュールの凸状部に当接する部分の外側部分は、冷却チューブに埋設されない。従って、絶縁部材のうち半導体モジュールの凸状部の輪郭部分に相当する位置において、応力が集中し、結果としてクラックが発生するおそれがある。 Thus, a part of the cooling tube is deformed by sandwiching the insulating member between the convex portion of the semiconductor module and the cooling tube. Specifically, a portion of the cooling tube corresponding to the convex portion of the semiconductor module is deformed into a concave shape. That is, the portion of the insulating member that contacts the convex portion of the semiconductor module is embedded in the cooling tube. On the other hand, the outer portion of the insulating member that is in contact with the convex portion of the semiconductor module is not embedded in the cooling tube. Therefore, stress concentrates at a position corresponding to the contour portion of the convex portion of the semiconductor module in the insulating member, and as a result, there is a possibility that a crack may occur.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、絶縁部材に応力が集中することを回避することによりクラックの発生を防止することができる両面冷却型半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a double-sided cooling type semiconductor device capable of preventing the occurrence of cracks by avoiding stress concentration on an insulating member. And
本発明の第１の両面冷却型半導体装置は、半導体素子を有する半導体モジュールと、半導体モジュールを挟持するように配置される一対の絶縁部材と、一対の絶縁部材を挟持するように配置され、内部で第１方向に向かって冷却媒体を流通させる一対の冷却チューブとを備える。そして、半導体モジュールは、矩形状の凸面からなる第１凸状部を有する。絶縁部材は、第１凸状部に当接する第１面の反対面側であって矩形状の凸面からなる第２凸状部を有する。冷却チューブは、第２凸状部に当接するチューブ当接面を有する。 A first double-sided cooling type semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor module having a semiconductor element, a pair of insulating members arranged to sandwich the semiconductor module, and a pair of insulating members, And a pair of cooling tubes for circulating the cooling medium in the first direction. And a semiconductor module has the 1st convex-shaped part which consists of a rectangular-shaped convex surface. An insulating member has the 2nd convex part which is a surface opposite to the 1st surface which contact | abuts to a 1st convex part, and consists of a rectangular convex surface. The cooling tube has a tube contact surface that contacts the second convex portion.
さらに、第１凸状部の矩形状凸面の第１方向幅をＨａ１とし、該第１凸状部の矩形状凸面の第１方向に直交する第２方向幅をＨａ２とし、第２凸状部の矩形状凸面の第１方向幅をＨｂ１とし、該第２凸状部の矩形状凸面の第２方向幅をＨｂ２とし、冷却チューブのチューブ当接面の第２方向幅をＨｃ２とした場合に、下記の式１の関係を有する。さらに加えて、第１方向において、絶縁部材のうち冷却チューブに当接する部分は、半導体モジュールの第１凸状部の外側に位置しない。 Further, the first direction width of the rectangular convex surface of the first convex portion is Ha1, the second direction width perpendicular to the first direction of the rectangular convex surface of the first convex portion is Ha2, and the second convex portion. When the first direction width of the rectangular convex surface is Hb1, the second direction width of the rectangular convex surface of the second convex portion is Hb2, and the second direction width of the tube contact surface of the cooling tube is Hc2. The following formula 1 is satisfied. In addition, in the first direction, the portion of the insulating member that contacts the cooling tube is not located outside the first convex portion of the semiconductor module .
ここで、第１方向とは、冷却チューブの内部を冷却媒体が流通する方向である。すなわち、第１方向は、冷却チューブが延在する方向である。そして、本発明の両面冷却型半導体装置によれば、第１方向において、絶縁部材のうち冷却チューブに当接する部分は、半導体モジュールの第１凸状部の外側に位置しない。従って、冷却チューブにより半導体モジュール及び絶縁部材を挟圧したとしても、第１方向において、絶縁部材のうち半導体モジュールの第１凸状部の輪郭部分に相当する位置で、応力が集中することを回避できる。つまり、第１方向において、絶縁部材にクラックが発生することを確実に防止できる。 Here, the first direction is a direction in which the cooling medium flows through the inside of the cooling tube. That is, the first direction is a direction in which the cooling tube extends. And according to the double-sided cooling type semiconductor device of this invention , the part which contact | abuts a cooling tube among insulating members in a 1st direction is not located in the outer side of the 1st convex part of a semiconductor module. Therefore, even if the semiconductor module and the insulating member are clamped by the cooling tube, stress is prevented from concentrating at the position corresponding to the contour portion of the first convex portion of the semiconductor module in the insulating member in the first direction. it can. That is, it is possible to reliably prevent the insulating member from cracking in the first direction.
また、上述した本発明の第１の両面冷却型半導体装置は、さらに、下記の式２の関係を有し、第２方向において、絶縁部材のうち冷却チューブに当接する部分は、半導体モジュールの第１凸状部の外側に位置しないようにするとよい。 In addition, the above-described first double-sided cooling type semiconductor device of the present invention further has a relationship expressed by the following equation (2), and the portion of the insulating member that contacts the cooling tube in the second direction is It is good not to be located outside one convex part .
ここで、第２方向とは、冷却チューブの内部を冷却媒体が流通する方向に直交する方向である。すなわち、第２方向は、冷却チューブが延在する方向に直交する方向、いわゆる冷却チューブの幅方向である。そして、第２方向において、上述したクラックの発生の問題が生じる場合とは、特に、冷却チューブの第２方向幅Ｈｃ２が、半導体モジュールの第１凸状部の矩形状凸面の第２方向幅Ｈａ２以上の場合である。この場合とは、第２方向において、冷却チューブが、半導体モジュールの第１凸状部の外側に位置している。このときに、絶縁部材のうち冷却チューブに当接する部分が、半導体モジュールの第１凸状部の外側に位置していると、上述したクラックが発生するおそれがある。 Here, the second direction is a direction orthogonal to the direction in which the cooling medium flows through the inside of the cooling tube. That is, the second direction is a direction orthogonal to the direction in which the cooling tube extends, that is, the width direction of the cooling tube. In the second direction, when the above-described problem of occurrence of cracks occurs, in particular, the second direction width Hc2 of the cooling tube is the second direction width Ha2 of the rectangular convex surface of the first convex portion of the semiconductor module. This is the case. In this case, the cooling tube is located outside the first convex portion of the semiconductor module in the second direction. At this time, if the portion of the insulating member that contacts the cooling tube is located outside the first convex portion of the semiconductor module, the above-described cracks may occur.
しかし、本発明の両面冷却型半導体装置によれば、冷却チューブにより半導体モジュール及び絶縁部材を挟圧したとしても、第１方向に加えて第２方向においても、絶縁部材のうち半導体モジュールの第１凸状部の輪郭部分に相当する位置で、応力が集中することを回避できる。つまり、第１方向に加えて第２方向においても、絶縁部材にクラックが発生することを確実に防止できる。 However, according to the double-sided cooling type semiconductor device of the present invention, even if the semiconductor module and the insulating member are clamped by the cooling tube, the first of the semiconductor modules among the insulating members in the second direction in addition to the first direction. It is possible to avoid stress concentration at a position corresponding to the contour portion of the convex portion. That is, it is possible to reliably prevent the insulating member from cracking in the second direction in addition to the first direction.
また、本発明の第２の両面冷却型半導体装置は、半導体素子を有する半導体モジュールと、半導体モジュールを挟持するように配置される一対の絶縁部材と、一対の絶縁部材を挟持するように配置され、内部で第１方向に向かって冷却媒体を流通させる一対の冷却チューブとを備える。そして、半導体モジュールは、矩形状の凸面からなる第１凸状部を有する。絶縁部材は、第１凸状部に当接する第１面の反対面側であって矩形状の凸面からなる第２凸状部を有する。冷却チューブは、第２凸状部に当接するチューブ当接面を有する。 The second double-sided cooling type semiconductor device of the present invention is disposed so as to sandwich a semiconductor module having a semiconductor element, a pair of insulating members disposed so as to sandwich the semiconductor module, and a pair of insulating members. And a pair of cooling tubes that circulate the cooling medium in the first direction inside. And a semiconductor module has the 1st convex-shaped part which consists of a rectangular-shaped convex surface. An insulating member has the 2nd convex part which is a surface opposite to the 1st surface which contact | abuts to a 1st convex part, and consists of a rectangular convex surface. The cooling tube has a tube contact surface that contacts the second convex portion.
さらに、第１凸状部の矩形状凸面の第１方向幅をＨａ１とし、該第１凸状部の矩形状凸面の第１方向に直交する第２方向幅をＨａ２とし、第２凸状部の矩形状凸面の第１方向幅をＨｂ１とし、該第２凸状部の矩形状凸面の第２方向幅をＨｂ２とし、冷却チューブのチューブ当接面の第２方向幅をＨｃ２とした場合に、下記の式３の関係を有する。さらに加えて、第２方向において、絶縁部材のうち冷却チューブに当接する部分は、半導体モジュールの第１凸状部の外側に位置しない。 Further, the first direction width of the rectangular convex surface of the first convex portion is Ha1, the second direction width perpendicular to the first direction of the rectangular convex surface of the first convex portion is Ha2, and the second convex portion. When the first direction width of the rectangular convex surface is Hb1, the second direction width of the rectangular convex surface of the second convex portion is Hb2, and the second direction width of the tube contact surface of the cooling tube is Hc2. , Having the relationship of the following formula 3. In addition, in the second direction, the portion of the insulating member that contacts the cooling tube is not located outside the first convex portion of the semiconductor module .
本発明の第２の両面冷却型半導体装置によれば、冷却チューブにより半導体モジュール及び絶縁部材を挟圧したとしても、第２方向においても、絶縁部材のうち半導体モジュールの第１凸状部の輪郭部分に相当する位置で、応力が集中することを回避できる。つまり、第２方向においても、絶縁部材にクラックが発生することを確実に防止できる。 According to the second double-sided cooling type semiconductor device of the present invention, even if the semiconductor module and the insulating member are clamped by the cooling tube, the contour of the first convex portion of the semiconductor module in the insulating member is also in the second direction. It is possible to avoid stress concentration at a position corresponding to the portion. That is, it is possible to reliably prevent the insulating member from cracking in the second direction.
また、本発明の第１、第２の両面冷却型半導体装置は、冷却チューブは、第２凸状部を嵌め入れる凹状部を有し、第２凸状部の凸面の高さをＴｂとし、凹状部の深さをＴｃとした場合に、下記の式４の関係を有するようにするとよい。 In the first and second double-sided cooling type semiconductor devices of the present invention, the cooling tube has a concave portion into which the second convex portion is fitted, and the height of the convex surface of the second convex portion is Tb, When the depth of the concave portion is Tc, it is preferable to have the relationship of the following formula 4.
これにより、冷却チューブが半導体モジュール及び絶縁部材を挟圧した場合に、確実に、絶縁部材のうちの第２凸状部の外側部分が冷却チューブに当接することを回避できる。従って、絶縁部材に応力が集中することを確実に回避できる。 Thereby, when the cooling tube clamps the semiconductor module and the insulating member, it is possible to reliably prevent the outer portion of the second convex portion of the insulating member from coming into contact with the cooling tube. Accordingly, it is possible to reliably avoid stress concentration on the insulating member.
また、このように、冷却チューブに凹状部を有する場合には、当該凹状部を以下のように成形するとよい。すなわち、凹状部は、冷却チューブに第２凸状部に応じた基礎凹状部を予め形成する基礎凹状部形成工程と、第２凸状部を基礎凹状部に加圧して、基礎凹状部の深さよりも深い加圧凹状部を形成する加圧工程とにより形成するとよい。 In addition, when the cooling tube has a concave portion as described above, the concave portion may be formed as follows. That is, the concave portion includes a basic concave portion forming step for previously forming a basic concave portion corresponding to the second convex portion on the cooling tube, and pressurizing the second convex portion to the basic concave portion, thereby deepening the basic concave portion. It is good to form by the pressurization process which forms the pressurization concave part deeper than this.
つまり、絶縁部材の第２凸状部を冷却チューブの基礎凹状部に嵌め合わせるように配置しておき、その後、絶縁部材を冷却チューブに押圧することで、より深い加圧凹状部を形成する。これにより、絶縁部材と冷却チューブとの当接面の位置決めを非常に容易に且つ正確に行うことができる。その結果、半導体モジュールの第１凸状部と絶縁部材の第２凸状部との相対位置を、確実に上述した関係となるようにすることができる。すなわち、確実に、絶縁部材にクラックが発生することを防止できる。 That is, it arrange | positions so that the 2nd convex part of an insulating member may be fitted to the basic | foundation concave part of a cooling tube, and a deeper pressurization concave part is formed by pressing an insulating member against a cooling tube after that. Thereby, positioning of the contact surface of an insulating member and a cooling tube can be performed very easily and correctly. As a result, the relative position between the first convex portion of the semiconductor module and the second convex portion of the insulating member can surely be in the relationship described above. That is, it is possible to reliably prevent the insulating member from cracking.
ここで、冷却性能を確保するためには、半導体素子が発生した熱が冷却チューブへ伝達されることが必要である。そして、半導体素子が発熱した熱は、半導体素子から半導体モジュールの第１凸状面を介して絶縁部材へ伝達される。さらに、絶縁部材へ伝達した熱は、絶縁部材の第２凸状面を介して冷却チューブへ伝達される。 Here, in order to ensure the cooling performance, it is necessary to transfer the heat generated by the semiconductor element to the cooling tube. The heat generated by the semiconductor element is transmitted from the semiconductor element to the insulating member via the first convex surface of the semiconductor module. Furthermore, the heat transmitted to the insulating member is transmitted to the cooling tube via the second convex surface of the insulating member.
そこで、半導体モジュールの第１凸状部及び絶縁部材の第２凸状部が、半導体素子と冷却チューブとの対向空間に配置されるようにするとよい。つまり、半導体モジュール、絶縁部材、及び冷却チューブが上下方向に積層されているとした場合に、半導体素子の直下又は直上に、半導体モジュールの第１凸状部及び絶縁部材の第２凸状部が配置していることになる。これにより、半導体素子が発生した熱を確実に冷却チューブへ伝達することができる。つまり、十分な冷却性能を確保することができる。 Therefore, it is preferable that the first convex portion of the semiconductor module and the second convex portion of the insulating member are arranged in the facing space between the semiconductor element and the cooling tube. That is, when the semiconductor module, the insulating member, and the cooling tube are stacked in the vertical direction, the first convex portion of the semiconductor module and the second convex portion of the insulating member are directly below or directly above the semiconductor element. Will be placed. Thereby, the heat generated by the semiconductor element can be reliably transmitted to the cooling tube. That is, sufficient cooling performance can be ensured.
本発明の両面冷却型半導体装置によれば、絶縁部材に応力が集中することを回避することができる。その結果、絶縁部材にクラックの発生を防止することができる。 According to the double-sided cooling type semiconductor device of the present invention, it is possible to avoid stress concentration on the insulating member. As a result, generation of cracks in the insulating member can be prevented.
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態の両面冷却型半導体装置１について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、両面冷却型半導体装置１の正面図を示す。図２は、両面冷却型半導体装置１の右側面図を示す。以下、特に説明しない限り、上下方向とは図１及び図２の上下方向を意味し、水平方向とは図１及び図２の水平方向（横方向）を意味する。そして、冷媒流通方向（本発明における第１方向）とは図１の左右方向（図２の前後方向）を意味し、チューブ幅方向（本発明における第２方向）とは図１の前後方向（図２の左右方向）を意味する。 Next, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments. A double-sided cooling type semiconductor device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a front view of a double-sided cooling type semiconductor device 1. FIG. 2 is a right side view of the double-sided cooling type semiconductor device 1. Hereinafter, unless otherwise specified, the vertical direction means the vertical direction in FIGS. 1 and 2, and the horizontal direction means the horizontal direction (lateral direction) in FIGS. 1 and 2. The refrigerant distribution direction (first direction in the present invention) means the left-right direction in FIG. 1 (front-rear direction in FIG. 2), and the tube width direction (second direction in the present invention) refers to the front-rear direction in FIG. Meaning the horizontal direction in FIG.
図１及び図２に示すように、両面冷却型半導体装置１は、半導体モジュール１０と、一対の絶縁部材２０、３０と、一対の冷却チューブ４０、５０と、放熱グリス６１〜６４とから構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the double-sided cooling type semiconductor device 1 includes a
半導体モジュール１０は、扁平矩形状の樹脂ケース１１と、半導体素子１２と、複数の端子１３・・１３と、一対の放熱板１４、１５とを備える。半導体素子１２は、扁平矩形状からなり、例えば、電力変換回路を構成するＩＧＢＴ素子などである。この半導体素子１２は、樹脂ケース１１の内部に配置されている。複数の端子１３・・１３は、半導体素子１２に電気的に接続されている。そして、これら複数の端子１３・・１３は、樹脂ケース１２の図２の左右側面から外側へ水平方向に延在する。これらの端子１３・・１３は、他の電気部品に接続される。
The
一対の放熱板１４、１５（第１の放熱板１４及び第２の放熱板１５）は、それぞれ、金属からなり、樹脂ケース１１よりも小さな扁平矩形状からなる。具体的には、それぞれの放熱板１４、１５の冷媒流通方向の幅（本発明における第１方向幅）はＨａ１であり、それぞれの放熱板１４、１５のチューブ幅方向の幅（本発明における第２方向幅）はＨａ２である。
The pair of
そして、一対の放熱板１４、１５は、半導体素子１２の上下側の両面を挟持するように配置されている。つまり、第１の放熱板１４は、半導体素子１２の上面に当接して配置されている。さらに、第１の放熱板１４の上面側は、樹脂ケース１１の上面よりも上側へ突出している。そして、第２の放熱板１５は、半導体素子１２の下面に当接して配置されている。さらに、第２の放熱板１５の下面側は、樹脂ケース１１の下面よりも下側に突出している。つまり、半導体モジュール１０全体として見た場合には、上側及び下側に凸状部（本発明における第１凸状部）を有する形状をなしている。この上側の凸状部は、第１の放熱板１４により形成され、下側の凸状部は、第２の放熱板１５により形成される。そして、これらの凸状部の矩形状凸面のそれぞれの輪郭辺長がＨａ１、Ｈａ２となる。
The pair of
一対の絶縁部材２０、３０（第１の絶縁部材２０及び第２の絶縁部材３０）は、板状からなり、電気絶縁性及び良熱伝導性を備えた材料、例えば、セラミックス、エポキシ等の樹脂材料、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等からなる。この一対の絶縁部材２０、３０は、半導体素子１２及び一対の放熱板１４、１５を上下側から挟持するように配置されている。そして、この一対の絶縁部材２０、３０のそれぞれは、基板部２１と、絶縁凸部２２とを有している。
The pair of insulating members 20 and 30 (the first insulating member 20 and the second insulating member 30) are made of a plate and have a material having electrical insulation and good thermal conductivity, for example, a resin such as ceramics or epoxy. The material is diamond-like carbon (DLC). The pair of insulating
基板部２１は、矩形の平板状からなる。この基板部２１は、樹脂ケース１１の上面とほぼ同等の大きさからなる。そして、第１の絶縁部材２０の基板部２１の下面側は、第１の放熱板１４の上面側に当接している。ただし、当該基板部２１の下面と第１の放熱板１４の上面との間には、僅かな放熱グリス６１が介在している。また、第２の絶縁部材３０の基板部２１の上面側は、第２の放熱板１５の下面側に当接している。ただし、当該基板部２１の上面と第２の放熱板１５の下面との間には、僅かな放熱グリス６２が介在している。
The board |
絶縁凸部２２の冷媒流通方向の幅（本発明における第１方向幅）はＨｂ１であり、絶縁凸部２２のチューブ幅方向の幅（本発明における第２方向幅）はＨｂ２である。また、絶縁凸部２２の突出高さは、Ｔｂである。そして、絶縁凸部２２の冷媒流通方向の幅Ｈｂ１は、一対の放熱板１４、１５の冷媒流通方向の幅Ｈａ１以下である。すなわち、下記の式５の関係を有する。また、絶縁凸部２２のチューブ幅方向の幅Ｈｂ２は、一対の放熱板１４、１５のチューブ幅方向の幅Ｈａ２以下である。すなわち、下記の式６の関係を有する。
The width of the insulating
そして、第１の絶縁部材２０において、絶縁凸部２２は、基板部２１の上面側に配置されている。すなわち、第１の絶縁部材２０全体として見た場合には、上側に凸状部（本発明における第２凸状部）を有する形状をなしている。そして、この上側の凸状部は、絶縁凸部２２により形成され、当該凸状部の矩形状凸面のそれぞれの輪郭辺長がＨｂ１、Ｈｂ２である。さらに、この第１の絶縁部材２０の絶縁凸部２２の矩形状凸面の冷媒流通方向の端部は、第１の放熱板１４の矩形状凸面の冷媒流通方向の両端部よりも外側に位置しないように配置している。また、第１の絶縁部材２０の絶縁凸部２２の矩形状凸面のチューブ幅方向の端部は、第１の放熱板１４の矩形状凸面のチューブ幅方向の両端部よりも外側に位置しないように配置している。そして、第１の絶縁部材２０の絶縁凸部２２は、半導体素子１２の直上に位置するように配置している。
In the first insulating member 20, the insulating
また、第２の絶縁部材３０において、絶縁凸部２２は、基板部２１の下面側に配置されている。すなわち、第２の絶縁部材３０全体として見た場合には、下側に凸状部（本発明における第２凸状部）を有する形状をなしている。そして、この下側の凸状部は、絶縁部凸部２２により形成され、当該凸状部の矩形状凸面のそれぞれの輪郭辺長がＨｂ１、Ｈｂ２である。さらに、この第２の絶縁部材３０の絶縁凸部２２の矩形状凸面の冷媒流通方向の端部は、第２の放熱板１５の矩形状凸面の冷媒流通方向の両端部よりも外側に位置しないように配置している。また、第２の絶縁部材３０の絶縁凸部２２の矩形状凸面のチューブ幅方向の端部は、第２の放熱板１５の矩形状凸面のチューブ幅方向の両端部よりも外側に位置しないように配置している。そして、第２の絶縁部材３０の絶縁凸部２２は、半導体素子１２の直下に位置するように配置している。
In the second insulating
一対の冷却チューブ４０、５０（第１の冷却チューブ４０及び第２の冷却チューブ５０）は、アルミニウムからなる扁平状の長尺体である。この一対の冷却チューブ４０、５０は、半導体素子１２、一対の放熱板１４、１５、及び、一対の絶縁部材２０、３０を上下側から挟持するように配置されている。そして、冷却チューブ４０、５０の冷媒流通方向の幅は、Ｈｃ１である。冷却チューブ４０、５０のチューブ幅方向の幅は、Ｈｃ２である。そして、冷却チューブ４０、５０の冷媒流通方向の幅Ｈｃ１は、一対の放熱板１４、１５及び一対の絶縁部材２０、３０の冷媒流通方向の幅Ｈａ１、Ｈｂ１以上である。すなわち、下記の式７の関係を有する。また、冷却チューブ４０、５０のチューブ幅方向の幅Ｈｃ２は、一対の放熱板１４、１５及び一対の絶縁部材２０、３０のチューブ幅方向の幅Ｈａ２、Ｈｂ２以上である。すなわち、下記の式８の関係を有する。
The pair of
そして、冷却チューブ４０、５０の内部には、長手方向（図１の左右方向）に向かって冷却媒体を流通させる流路４１、５１が、チューブ幅方向に複数本並列して形成されている。つまり、冷却チューブ４０、５０は、非常に薄肉な板状部材から形成されている。さらに、これらの冷却チューブ４０、５０には、絶縁部材２０、３０の絶縁凸部２２に対応する凹状部４２、５２が形成されている。
In the
具体的には、第１の冷却チューブ４０の下面側には、第１の絶縁部材２０の絶縁凸部２２に対応する第１の凹状部４２が形成されている。そして、この第１の凹状部４２に、第１の絶縁部材２０の絶縁凸部２２が嵌め入れられた状態となっている。さらに、第１の凹状部４２の凹面には、第１の絶縁部材２０の絶縁凸部２２の凸面が当接している。ただし、第１の凹状部４２の凹面と第１の絶縁部材２０の絶縁凸部２２の凸面との間には、僅かな放熱グリス６３が介在している。
Specifically, a first
また、第２の冷却チューブ５０の下面側には、第２の絶縁部材３０の絶縁凸部２２に対応する第２の凹状部５２が形成されている。そして、この第２の凹状部５２に、第２の絶縁部材３０の絶縁凸部２２が嵌め入れられた状態となっている。さらに、第２の凹状部５２の凹面には、第２の絶縁部材３０の絶縁凸部２２の凸面が当接している。ただし、第２の凹状部５２の凹面と第２の絶縁部材３０の絶縁凸部２２の凸面との間には、僅かな放熱グリス６４が介在している。
A second
そして、この冷却チューブ４０、５０の凹状部４２、５２の深さは、Ｔｃである。この凹状部４２、５２の深さＴｃは、絶縁凸部２２の突出高さＴｂより小さい。すなわち、下記の式９の関係を有する。従って、冷却チューブ４０、５０は、絶縁部材２０、３０の基板部２１に当接しない。
The depths of the
ここで、上述した構成からなる両面冷却型半導体装置１の製造方法について、図３及び図４を参照して説明する。ここで説明する製造方法とは、半導体モジュール１０及び一対の絶縁部材２０、３０が予め一体的に接合されたものと、一対の冷却チューブ４０、５０との接合に関する製造方法である。ここで、図３は、第１の製造方法を説明する図である。図３（ａ）は、前記接合前の状態を示し、図３（ｂ）は、前記接合後の状態を示す。また、図４は、第２の製造方法を説明する図である。図４（ａ）は、前記接合前の状態を示し、図４（ｂ）は、前記接合後の状態を示す。なお、図３及び図４において、第１の絶縁部材２０及び第１の冷却チューブ４０は、図示しない。
Here, a method of manufacturing the double-sided cooling type semiconductor device 1 having the above-described configuration will be described with reference to FIGS. The manufacturing method described here is a manufacturing method related to joining of the
図３（ａ）に示すように、第１の冷却チューブ４０の下面、及び、第２の冷却チューブ５０の上面は、何れも平坦面をなしている。すなわち、この段階では、冷却チューブ４０、５０には、上述した第１の凹状部４２及び第２の凹状部５２は形成されていない。
As shown in FIG. 3A, the lower surface of the
そして、第２の絶縁部材３０を第２の冷却チューブ５０の上面に押圧する（本発明における加圧工程）。また、図示しないが、第１の絶縁部材２０を第１の冷却チューブ４０の下面に押圧する（本発明における加圧工程）。ここで、冷却チューブ４０、５０は、非常に薄肉の板状部材により形成されており、且つ、内部に流路５１を形成しているため、絶縁部材２０、３０よりも剛性が低い。従って、第２の絶縁部材３０を第２の冷却チューブ５０の上面に押圧することにより、図３（ｂ）に示すように、第２の冷却チューブ５０の上面に第２の凹状部５２が形成される。また、図示しないが、第１の絶縁部材２０を第１の冷却チューブ４０の下面に押圧することにより、第１の冷却チューブ４０の下面に第１の凹状部４２が形成される。
And the 2nd insulating
そして、第１の絶縁部材２０を第１の冷却チューブ４０の下面に押圧することにより、第１の絶縁部材２０と第１の冷却チューブ４０との密着性が高くなる。また、第２の絶縁部材３０を第２の冷却チューブ５０の下面に押圧することにより、第２の絶縁部材３０と第２の冷却チューブ５０との密着性が高くなる。この結果、冷却性能を向上することができる。
Then, by pressing the first insulating member 20 against the lower surface of the
次に、図４（ａ）（ｂ）を参照して第２の製造方法について説明する。図４（ａ）に示すように、第２の冷却チューブ５０の上面には、予め第１の基礎凹状部５３が形成されている（本発明における基礎凹状部形成工程）。この第１の基礎凹状部５３の深さは、Ｔｃ２である。そして、この第１の基礎凹状部５３の深さＴｃ２は、上述した第２の凹状部５２の深さＴｃより浅くされている。また、図示しないが、第１の冷却チューブ４０の下面には、予め第２の基礎凹状部が形成されている（本発明における基礎凹状部形成工程）。この第２の基礎凹状部の深さは、上述した第１の凹状部４２より浅くされている。さらに、第１、第２の基礎凹状部５３は、第１、第２の絶縁部材２０、３０の絶縁凸部２２に対応する形状からなる。すなわち、それぞれの冷媒流通方向の幅及びチューブ幅方向の幅は、Ｈｂ１、Ｈｂ２とほぼ同等である。
Next, the second manufacturing method will be described with reference to FIGS. As shown to Fig.4 (a), the 1st basic | foundation recessed
そして、第２の絶縁部材３０の絶縁凸部２２を第２の基礎凹状部５３へ嵌め合わせるように位置決めする。また、第１の絶縁部材２０の絶縁凸部２２を第１の基礎凹状部へ嵌め合わせるように位置決めする。
And it positions so that the insulation
続いて、第２の絶縁部材３０を第２の冷却チューブ５０の上面に押圧する（本発明における加圧工程）。また、図示しないが、第１の絶縁部材２０を第１の冷却チューブ４０の下面に押圧する（本発明における加圧工程）。このように、第２の絶縁部材３０を第２の冷却チューブ５０の上面に押圧することにより、図４（ｂ）に示すように、第２の冷却チューブ５０の上面に第２の基礎凹状部５３よりも深さの深い第２の凹状部５２が形成される。また、図示しないが、第１の絶縁部材２０を第１の冷却チューブ４０の下面に押圧することにより、第１の冷却チューブ４０の下面に第１の基礎凹状部より深さの深い第１の凹状部４２が形成される。
Then, the 2nd insulating
このように、冷却チューブ４０、５０に予め第１、第２の基礎凹状部５３を形成することで、絶縁部材２０、３０を冷却チューブ４０、５０へ押圧する際に、両者の位置決めをすることができる。従って、押圧することによる位置ずれなどが生じることを防止できる。
Thus, by forming the 1st, 2nd basic | foundation recessed
以上説明したような両面冷却型半導体装置１によれば、絶縁部材２０、３０のうち放熱板１２、１３の輪郭部分に当接する位置に、応力が集中することなく、クラックが発生することを防止できる。
According to the double-sided cooling type semiconductor device 1 as described above, stress is not concentrated on the insulating
以下に、このことについて説明する。まず、図５及び図６を参照して、従来の両面冷却型半導体装置２について説明する。ここで、図５は、図１に対応する図であって、従来の両面冷却型半導体装置２の正面図を示す。図６は、従来の両面冷却型半導体装置２の右側面図を示す。なお、上述した本実施形態の両面冷却型半導体装置１と同一構成については、同一符号を付して説明を省略する。 This will be described below. First, a conventional double-sided cooling type semiconductor device 2 will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 1 and showing a front view of a conventional double-sided cooling type semiconductor device 2. FIG. 6 is a right side view of the conventional double-sided cooling type semiconductor device 2. In addition, about the same structure as the double-sided cooling type semiconductor device 1 of this embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図５及び図６に示すように、両面冷却型半導体装置２の一対の絶縁部材７０、８０は、平板状からなる場合である。従って、一対の絶縁部材７０、８０は、上述した基板部２１のみからなり、絶縁凸部２２を有しない形状である。具体的には、絶縁部材７０、８０の冷媒流通方向の幅Ｈｘ１は、放熱板１２、１３の冷媒流通方向の幅Ｈａ１よりも大きい。また、絶縁部材７０、８０のチューブ幅方向の幅Ｈｘ２は、放熱板１２、１３のチューブ幅方向の幅Ｈａ２よりも大きい。
As shown in FIGS. 5 and 6, the pair of insulating
ここで、従来の両面冷却型半導体装置２においても、本実施形態の両面冷却型半導体装置１と同様に、図３及び図４に示したように、まず、半導体モジュール１０及び一対の絶縁部材７０、８０を予め一体的に接合しておき、当該接合されたものと一対の冷却チューブ４０、５０との接合を行う。
Here, also in the conventional double-sided cooling type semiconductor device 2, as shown in FIGS. 3 and 4, first, as with the double-sided cooling type semiconductor device 1 of this embodiment, first, the
このとき、第１の絶縁部材７０と第１の冷却チューブ４０との間において、第１の絶縁部材７０のうち第１の放熱板１２の直上に位置する範囲が、第１の冷却チューブ４０の下面にめり込むようになる。そして、第１の絶縁部材７０のうち第１の放熱板１２の直上に位置する範囲の周囲は、第１の冷却チューブ４０の下面にはほとんどめり込まない。従って、第１の絶縁部材７０の下面側のうち第１の放熱板１２の輪郭部分に当接する位置（図５及び図６のＡ部）に、応力が集中する。
At this time, between the first insulating
また、第２の絶縁部材８０と第２の冷却チューブ５０との間において、第２の絶縁部材８０のうち第２の放熱板１３の直下に位置する範囲が、第２の冷却チューブ５０の上面にめり込むようになる。そして、第２の絶縁部材８０のうち第２の放熱板１３の直下に位置する範囲の周囲は、第２の冷却チューブ５０の上面にはほとんどめり込まない。従って、第２の絶縁部材８０の下面側のうち第２の放熱板１３の輪郭部分に当接する位置（図５及び図６のＢ部）に、応力が集中する。
Further, the range of the second insulating
その結果、絶縁部材７０、８０の図５及び図６のＡ部及びＢ部において、クラックが発生するおそれがある。
As a result, cracks may occur in the portions A and B in FIGS. 5 and 6 of the insulating
これに対して、本実施形態の両面冷却型半導体装置１は、以下のようになる。まず、上述した式９により、絶縁部材２０、３０のうち冷却チューブ４０、５０に当接する部分は、絶縁部材２０、３０の絶縁凸部２２の凸面のみである。
In contrast, the double-sided cooling type semiconductor device 1 of the present embodiment is as follows. First, according to Equation 9 described above, the portions of the insulating
そして、冷媒流通方向及びチューブ幅方向において、第１の絶縁部材２０の絶縁凸部の矩形状凸面の端部は、第１の放熱板１４の矩形状凸面の両端部よりも外側に位置していない。すなわち、第１の絶縁部材２０のうち冷却チューブ４０に当接する部分は、第１の放熱板１２の直上に位置する範囲の周囲には存在しない。また、冷媒流通方向及びチューブ幅方向において、第２の絶縁部材３０の絶縁凸部の矩形状凸面の端部は、第２の放熱板１５の矩形状凸面の両端部よりも外側に位置していない。すなわち、第２の絶縁部材３０のうち冷却チューブ５０に当接する部分は、冷媒流通方向において、第２の放熱板１３の直下に位置する範囲の周囲には存在しない。
And in the refrigerant | coolant distribution direction and the tube width direction, the edge part of the rectangular convex surface of the insulation convex part of the 1st insulating member 20 is located outside the both ends of the rectangular convex surface of the
従って、半導体モジュール１０及び一対の絶縁部材１２、１３を一対の冷却チューブ４０、５０に押圧するとしても、絶縁部材２０、３０に応力が集中することはない。つまり、絶縁部材２０、３０にクラックが発生することを確実に防止できる。
Therefore, even if the
また、上述した第２の製造方法を採用した場合には、絶縁部材２０、３０を冷却チューブ４０、５０へ押圧する際に、両者の位置決めをすることができる。これにより、絶縁部材２０、３０のうち冷却チューブ４０に当接する部分が、放熱板１２、１３の直上又は直下に位置する範囲の周囲に確実に存在しないようにすることができる。すなわち、絶縁部材２０、３０にクラックが発生することをより確実に防止できる。
In addition, when the above-described second manufacturing method is employed, when the insulating
１：両面冷却型半導体装置、 ２：従来の両面冷却型半導体装置、
１０：半導体モジュール、 １１：樹脂ケース、 １２：半導体素子、
１３：端子、 １４、１５：放熱板、
２０、３０：絶縁部材、 ２１：基板部、 ２２：絶縁凸部、
４０、５０：冷却チューブ、 ４１、５１：流路、 ４２、５２：凹状部、
５３：基礎凹状部、 ６１〜６４：放熱グリス、 ７０、８０：従来の絶縁部材
1: Double-sided cooling type semiconductor device, 2: Conventional double-sided cooling type semiconductor device,
10: Semiconductor module, 11: Resin case, 12: Semiconductor element,
13: terminal, 14, 15: heat sink,
20, 30: insulating member, 21: substrate part, 22: insulating convex part,
40, 50: cooling tube, 41, 51: flow path, 42, 52: concave portion,
53: Basic concave part 61-64:
Claims (5)
前記半導体モジュールを挟持するように配置される一対の絶縁部材と、
前記一対の絶縁部材を挟持するように配置され、内部で第１方向に向かって冷却媒体を流通させる一対の冷却チューブと、
を備える両面冷却型半導体装置であって、
前記半導体モジュールは、矩形状の凸面からなる第１凸状部を有し、
前記絶縁部材は、前記半導体モジュールの前記第１凸状部に当接する第１面の反対面側であって矩形状の凸面からなる第２凸状部を有し、
前記冷却チューブは、前記絶縁部材の前記第２凸状部に当接するチューブ当接面を有し、
前記半導体モジュールの前記第１凸状部の矩形状凸面の前記第１方向幅をＨａ１とし、該第１凸状部の矩形状凸面の前記第１方向に直交する第２方向幅をＨａ２とし、
前記絶縁部材の前記第２凸状部の矩形状凸面の前記第１方向幅をＨｂ１とし、該第２凸状部の矩形状凸面の前記第２方向幅をＨｂ２とし、
前記冷却チューブの前記チューブ当接面の前記第２方向幅をＨｃ２とした場合に、
下記の式１の関係を有し、
前記第１方向において、前記絶縁部材のうち前記冷却チューブに当接する部分は、前記半導体モジュールの前記第１凸状部の外側に位置しないことを特徴とする両面冷却型半導体装置。
A pair of insulating members arranged to sandwich the semiconductor module;
A pair of cooling tubes that are arranged so as to sandwich the pair of insulating members and allow the cooling medium to flow in the first direction inside;
A double-sided cooling type semiconductor device comprising:
The semiconductor module has a first convex portion made of a rectangular convex surface,
The insulating member has a second convex portion formed of a rectangular convex surface on the opposite surface side of the first surface contacting the first convex portion of the semiconductor module ,
The cooling tube has a tube abutting surface that abuts on the second convex portion of the insulating member ,
The first direction width of the rectangular convex surface of the first convex portion of the semiconductor module is Ha1, and the second direction width orthogonal to the first direction of the rectangular convex surface of the first convex portion is Ha2.
The first direction width of the rectangular convex surface of the second convex portion of the insulating member is Hb1, the second direction width of the rectangular convex surface of the second convex portion is Hb2,
When the second direction width of the tube contact surface of the cooling tube is Hc2,
It has the relationship of the following formula 1,
In the first direction, a portion of the insulating member that contacts the cooling tube is not located outside the first convex portion of the semiconductor module .
前記第２方向において、前記絶縁部材のうち前記冷却チューブに当接する部分は、前記半導体モジュールの前記第１凸状部の外側に位置しない請求項１記載の両面冷却型半導体装置。
2. The double-sided cooling type semiconductor device according to claim 1 , wherein a portion of the insulating member that contacts the cooling tube in the second direction is not located outside the first convex portion of the semiconductor module .
前記半導体モジュールを挟持するように配置される一対の絶縁部材と、
前記一対の絶縁部材を挟持するように配置され、内部で第１方向に向かって冷却媒体を流通させる一対の冷却チューブと、
を備える両面冷却型半導体装置であって、
前記半導体モジュールは、矩形状の凸面からなる第１凸状部を有し、
前記絶縁部材は、前記半導体モジュールの前記第１凸状部に当接する第１面の反対面側であって矩形状の凸面からなる第２凸状部を有し、
前記冷却チューブは、前記絶縁部材の前記第２凸状部に当接するチューブ当接面を有し、
前記半導体モジュールの前記第１凸状部の矩形状凸面の前記第１方向幅をＨａ１とし、該第１凸状部の矩形状凸面の前記第１方向に直交する第２方向幅をＨａ２とし、
前記絶縁部材の前記第２凸状部の矩形状凸面の前記第１方向幅をＨｂ１とし、該第２凸状部の矩形状凸面の前記第２方向幅をＨｂ２とし、
前記冷却チューブの前記チューブ当接面の前記第２方向幅をＨｃ２とした場合に、
下記の式３の関係を有し、
前記第２凸状部の矩形状凸面の前記第２方向幅のそれぞれの端部は、前記第１凸状部の矩形状凸面の前記第２方向幅の両端部よりも外側に位置せず、
前記第２方向において、前記絶縁部材のうち前記冷却チューブに当接する部分は、前記半導体モジュールの前記第１凸状部の外側に位置しない請求項１記載の両面冷却型半導体装置。
A pair of insulating members arranged to sandwich the semiconductor module;
A pair of cooling tubes that are arranged so as to sandwich the pair of insulating members and allow the cooling medium to flow in the first direction inside;
A double-sided cooling type semiconductor device comprising:
The semiconductor module has a first convex portion made of a rectangular convex surface,
The insulating member has a second convex portion formed of a rectangular convex surface on the opposite surface side of the first surface contacting the first convex portion of the semiconductor module ,
The cooling tube has a tube abutting surface that abuts on the second convex portion of the insulating member ,
The first direction width of the rectangular convex surface of the first convex portion of the semiconductor module is Ha1, and the second direction width of the rectangular convex surface of the first convex portion orthogonal to the first direction is Ha2.
The first direction width of the rectangular convex surface of the second convex portion of the insulating member is Hb1, the second direction width of the rectangular convex surface of the second convex portion is Hb2,
When the second direction width of the tube contact surface of the cooling tube is Hc2,
It has the relationship of the following formula 3,
Each end of the second direction width of the rectangular convex surface of the second convex portion is not located outside of both ends of the second convex width of the rectangular convex surface of the first convex portion,
2. The double-sided cooling type semiconductor device according to claim 1 , wherein a portion of the insulating member that contacts the cooling tube in the second direction is not located outside the first convex portion of the semiconductor module .
前記第２凸状部の凸面の高さをＴｂとし、前記凹状部の深さをＴｃとした場合に、
下記の式４の関係を有する請求項１〜３の何れか一項に記載の両面冷却型半導体装置。
When the height of the convex surface of the second convex portion is Tb and the depth of the concave portion is Tc,
The double-sided cooling type semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, which has a relationship of the following formula 4.
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