JP6384609B2 - パワー半導体モジュール及び冷却器 - Google Patents
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Description
特に自動車に搭載されるパワー半導体モジュールは、小型化、薄型化、軽量化の要請が強いため、冷却ケースの大型化は好ましくない。
パワー半導体モジュールは、積層基板と、積層基板のおもて面に接合された半導体素子と、積層基板の裏面に接合されたベース板と、冷却ケースと、冷却ケース内に収容されたヒートシンクとを備える。冷却ケースは、底壁及び当該底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、底壁及び側壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、側壁の一端がベース板の裏面に接合され、ベース板、底壁及び側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能になっている。パワー半導体モジュールは、冷却ケースの入口部及び出口部の間に、前記ヒートシンクと前記側壁との間を埋めるスペーサを更に備えている。
冷却器は、ベース板と、冷却ケースと、冷却ケース内に収容されたヒートシンクとを備える。冷却器は、底壁及び当該底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、底壁及び側壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、側壁の一端がベース板の裏面に接合され、ベース板、底壁及び側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能になっている。冷却器は、冷却ケースの入口部及び出口部の間に、前記ヒートシンクと前記側壁との間を埋めるスペーサを更に備えている。
図1は本発明のパワー半導体モジュールの一実施形態の分解斜視図である。図1に示すパワー半導体モジュール1は、積層基板の具体例としての絶縁基板11と、絶縁基板11のおもて面に接合された半導体チップ12と、枠形状を有し、絶縁基板11及び半導体チップ12を囲む樹脂ケース13と、絶縁基板11の裏面に接合された、ベース板の具体例としての金属ベース板14と、金属ベース板14の裏面に接合された冷却ケース15とを備えている。
図8を用いて、本発明の実施形態2の冷却器を説明する。なお、図8の冷却器を用いたパワー半導体モジュールは、絶縁基板、半導体チップ、樹脂ケース等については実施形態1のパワー半導体モジュールと同様とすることができる。
図8(a)の斜視図に示す冷却器21は、冷却ケース25の外形が、実施形態1に示した冷却器10とは異なっている。具体的に、冷却ケース25は、底壁25a及び当該底壁25aの周りに形成された側壁25bを有し、上端が開口となっている。底壁25a及び側壁25bにより囲まれた空間に、フィン17が収容されている。入口部25c及び出口部25dが、冷却ケース25の略対角線上の角部に形成されている。入口部25cの底面に導入口25eを有し、出口部25dの底面に排出口25fを有している。冷却ケース25は、絞り加工により成形される。
また、冷却器の入口部及び出口部の位置は、実施形態1〜実施形態2に示した冷却器に限られず、例えば冷却ケースの対向する長手方向の一辺の中央部に、該入口部及び該出口部を有する冷却器とすることができる。
比較例として従来の冷却器を図9〜12を用いて説明する。図9に分解斜視図で示す冷却器100は、金属ベース板14と、金属ベース板14の裏面に接合された冷却ケース115とヒートシンクとしてのフィン17を備えているが、スペーサを備えていない。金属ベース板14及びフィン17は、先に実施形態1で説明したものと同じであり、詳細な説明は省略する。冷却ケース115は、底壁115a及び側壁115bを備え、実施形態1の冷却ケース15とほぼ同じ形状及び構造を有している。
図12に、入口部115cと出口部115dとの間の側壁115bを、低加工度の絞り加工で作成した冷却器の入口部115c及び出口部115d近傍の部分平面図を示す。図12に示す冷却器は、入口部115cと出口部115dとの間の側壁115bを、低加工度の絞り加工で作成したためにフィン17と側壁115bとの間の隙間gが大きく、この隙間gを通して冷却液が直接的に入口部115cから出口部115dへ流れ、冷却器100内の冷却液の圧力分布が乱れる結果、冷却性能が低下していた。
10、21 冷却器
11 絶縁基板
12 半導体チップ(半導体素子)
13 樹脂ケース
14 金属ベース板
15、25 冷却ケース
15a、25a 底壁
15b、25b 側壁
15c、25c 入口部
15d、25d 出口部
15e、25e 導入口
15f、25f 排出口
17 フィン(ヒートシンク)
20、22 スペーサ
Claims (15)
- 積層基板と、
前記積層基板のおもて面に接合された半導体素子と、
前記積層基板の裏面に接合されたベース板と、
底壁及び前記底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、前記底壁及び前記側壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、前記側壁の一端が前記ベース板の裏面に接合され、前記ベース板、前記底壁及び前記側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能な冷却ケースと、
前記冷却ケース内に収容されたヒートシンクと、
を備え、
前記冷却ケースの前記入口部及び前記出口部の間に、前記ヒートシンクと前記側壁との間を埋めるスペーサを更に備えたパワー半導体モジュール。 - 積層基板と、
前記積層基板のおもて面に接合された半導体素子と、
前記積層基板の裏面に接合されたベース板と、
底壁及び前記底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、前記底壁及び前記側壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、前記側壁の一端が前記ベース板の裏面に接合され、前記ベース板、前記底壁及び前記側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能な冷却ケースと、
前記冷却ケース内に収容されたヒートシンクと、
を備え、
前記冷却ケースの略対角線上の角部に、前記入口部及び前記出口部を有し、前記入口部及び前記出口部の間に、スペーサを更に備えたパワー半導体モジュール。 - 前記スペーサが、前記入口部及び前記出口部のうち少なくとも一方の近傍の側壁とヒートシンクとの間に配置された請求項1又は2記載のパワー半導体モジュール。
- 前記スペーサが、前記入口部及び前記出口部のうち少なくとも一方から前記ヒートシンクの角部までにわたって、前記ヒートシンクに隣接して配置された請求項3記載のパワー半導体モジュール。
- 前記スペーサが、前記ベース板及び前記冷却ケースに、ろう付けされた請求項1又は2記載のパワー半導体モジュール。
- 前記スペーサが、前記ベース板及び前記冷却ケースと同じ材料からなる請求項1又は2記載のパワー半導体モジュール。
- 前記冷却ケースが、絞り加工により作製された請求項1又は2記載のパワー半導体モジュール。
- 前記ヒートシンクが、波形又は直線形の薄板よりなる請求項1又は2記載のパワー半導体モジュール。
- 前記入口部の底面に導入口を有し、前記出口部の底面に排出口を有する請求項1又は2記載のパワー半導体モジュール。
- 前記冷却ケースの短手方向の一辺の両端に、前記入口部及び前記出口部を有する請求項1記載のパワー半導体モジュール。
- 前記冷却ケースの側壁において、前記入口部及び前記出口部は内側にそれぞれ半円筒の側面を備えている請求項10記載のパワー半導体モジュール。
- 前記スペーサは、前記半円筒の側面から前記ヒートシンクの角部に連なる弧状の側面を備えている請求項11記載のパワー半導体モジュール。
- 前記冷却ケースの対向する長手方向の一辺の中央部に、前記入口部及び前記出口部を有する請求項1記載のパワー半導体モジュール。
- ベース板と、
底壁及び前記底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、前記底壁及び前記側壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、前記側壁の一端が前記ベース板の裏面に接合され、前記ベース板、前記底壁及び前記側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能な冷却ケースと、
前記冷却ケース内に収容されたヒートシンクと、
を備え、
前記冷却ケースの前記入口部及び前記出口部の間に、前記ヒートシンクと前記側壁との間を埋めるスペーサを更に備えた冷却器。 - ベース板と、
底壁及び前記底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、前記底壁及び前記側壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、前記側壁の一端が前記ベース板の裏面に接合され、前記ベース板、前記底壁及び前記側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能な冷却ケースと、
前記冷却ケース内に収容されたヒートシンクと、
を備え、
前記冷却ケースの略対角線上の角部に、前記入口部及び前記出口部を有し、前記入口部及び前記出口部の間に、スペーサを更に備えた冷却器。
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