JP6696380B2 - Semiconductor device - Google Patents

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本明細書は、樹脂製の筒状の冷却器本体の内部に複数の半導体モジュールが配置されており、冷却器本体の内部空間を液体冷媒が通る半導体装置を開示する。   The present specification discloses a semiconductor device in which a plurality of semiconductor modules are arranged inside a resin-made tubular cooler body, and a liquid refrigerant passes through an internal space of the cooler body.

上記した半導体装置が特許文献1、2に開示されている。いずれの半導体装置も、半導体モジュールは、半導体素子を封止している樹脂パッケージと、樹脂パッケージの両面に露出する一対の放熱板を備えている。複数の半導体モジュールは、冷却器本体の中で、隣り合う半導体モジュールの放熱板が対向するとともに両者の間に隙間を設けて冷却器本体の筒の軸線方向に並べられている。隣接する半導体モジュールの間の空間が冷媒流路(主流路)となる。夫々の半導体モジュールは、樹脂パッケージの冷却器本体の内周面を向く面の2か所が内周面と接合している。樹脂パッケージと冷却器本体の接合箇所の両側にも、冷却器本体の筒の軸線方向に冷媒が流れる冷媒流路(連結流路)が形成される。一つの半導体モジュールの側方に2か所の連結流路が形成される。冷却器本体の筒の軸線方向の一端に冷媒供給口と冷媒排出口が設けられており、冷媒流入口から導入される液体冷媒は、一方の連結流路を通じて全ての主流路へと分配される。主流路にて放熱板に接して半導体素子の熱を吸収した液体冷媒は、他方の連結流路を通じて冷媒排出口から排出される。そのような半導体装置は、複数の半導体モジュール(半導体素子)に対する冷却効率が高く、例えば、電気自動車の走行用モータを駆動するインバータに用いられる。   The above-mentioned semiconductor device is disclosed in Patent Documents 1 and 2. In any of the semiconductor devices, the semiconductor module includes a resin package encapsulating a semiconductor element and a pair of heat dissipation plates exposed on both surfaces of the resin package. In the cooler body, the plurality of semiconductor modules are arranged in the axial direction of the cylinder of the cooler body with the heat radiation plates of the adjacent semiconductor modules facing each other and a gap provided therebetween. The space between the adjacent semiconductor modules serves as a coolant channel (main channel). In each semiconductor module, two portions of the surface of the resin package facing the inner peripheral surface of the cooler body are joined to the inner peripheral surface. Refrigerant passages (connection passages) through which the refrigerant flows are formed on both sides of the joint between the resin package and the cooler body in the axial direction of the cylinder of the cooler body. Two connection channels are formed on one side of one semiconductor module. A coolant supply port and a coolant discharge port are provided at one end in the axial direction of the cylinder of the cooler body, and the liquid coolant introduced from the coolant inlet port is distributed to all the main flow channels through one connection flow channel. . The liquid refrigerant that has contacted the heat dissipation plate in the main flow path and has absorbed the heat of the semiconductor element is discharged from the refrigerant discharge port through the other connection flow path. Such a semiconductor device has high cooling efficiency for a plurality of semiconductor modules (semiconductor elements) and is used, for example, in an inverter that drives a running motor of an electric vehicle.

特開2012−033864号公報JP 2012-033864 A 特開2012−009569号公報JP 2012-009569 A

特許文献1の半導体装置は、半導体素子を封止する樹脂パッケージと液体冷媒の流路が共に樹脂で作られている。そのような樹脂は、半導体素子の熱を良く吸収するように比熱が大きいことが望ましい。一方、液体冷媒に接しても劣化し難いように加水分解し難い物質であることも望ましい。両方の性質を兼ね備える樹脂が最も望ましいが、そのような樹脂は高価である。本明細書が開示する技術は、一部が樹脂で作られており、劣化し難く、かつ、半導体素子に対する冷却性能の高い半導体装置を安価で提供する。   In the semiconductor device of Patent Document 1, both the resin package that seals the semiconductor element and the liquid coolant flow path are made of resin. It is desirable that such a resin has a large specific heat so as to absorb the heat of the semiconductor element well. On the other hand, it is also desirable that the substance is not easily hydrolyzed so that it does not easily deteriorate even when it comes into contact with a liquid refrigerant. Resins that combine both properties are most desirable, but such resins are expensive. The technology disclosed in the present specification provides a semiconductor device, which is made of resin, is less likely to deteriorate, and has high cooling performance for semiconductor elements, at low cost.

本明細書が開示する半導体装置は、樹脂製の筒状の冷却器本体の内部に複数の半導体モジュールが配置されており、冷却器本体の内部空間を液体冷媒が通る冷却器一体型のデバイスである。夫々の半導体モジュールは、半導体素子を封止している樹脂パッケージと、樹脂パッケージの両面(平行な一対の側面)の夫々に露出している一対の放熱板を備えている。複数の半導体モジュールは、冷却器本体の中で、隣り合う半導体モジュールの放熱板が対向するとともに両者の間に隙間を設けて冷却器本体の筒の軸線方向に並べられている。夫々の半導体モジュールは、冷却器本体の筒の内周面の2か所に接合している。冷却器本体と、樹脂パッケージの流路(冷却器本体の内部空間)に露出する外周部が第1樹脂で作られている。一対の放熱板の間で半導体素子を封止しているとともに、外周部の内側で内部空間に露出していない内側部が第2樹脂で作られている。第1樹脂は第2樹脂よりも加水分解し難い樹脂材料で作られており、第2樹脂は第1樹脂よりも比熱が大きい樹脂材料で作られている。すなわち、液体冷媒に触れる部分には加水分解し難い樹脂(第1樹脂)を使い、液体冷媒に触れず、しかし半導体素子の周囲を囲む部分には比熱の大きい樹脂(第2樹脂)を使う。比熱の大きい物質は、同じ体積であれば比熱の小さい物質より多くの熱量を吸収することができる。場所に応じて適切な特性の樹脂を用いることで、液体冷媒に対する劣化耐性と、半導体素子に対する冷却性の両立を図れる半導体装置を安価に実現することができる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 A semiconductor device disclosed in the present specification is a cooler-integrated device in which a plurality of semiconductor modules are arranged inside a resin-made tubular cooler body, and a liquid refrigerant passes through an internal space of the cooler body. is there. Each semiconductor module includes a resin package encapsulating a semiconductor element and a pair of heat radiation plates exposed on both sides (a pair of parallel side surfaces) of the resin package. In the cooler main body, the plurality of semiconductor modules are arranged in the axial direction of the cylinder of the cooler main body, with the heat radiation plates of the adjacent semiconductor modules facing each other and a gap provided therebetween. Each semiconductor module is joined to two locations on the inner peripheral surface of the cylinder of the cooler body. The cooler body and the outer peripheral portion exposed in the flow path of the resin package (internal space of the cooler body) are made of the first resin. The semiconductor element is sealed between the pair of heat sinks, and the inner portion of the outer peripheral portion that is not exposed to the internal space is made of the second resin. The first resin is made of a resin material that is less likely to be hydrolyzed than the second resin, and the second resin is made of a resin material having a larger specific heat than the first resin. That is, a resin that is difficult to hydrolyze (first resin) is used for the portion that comes into contact with the liquid refrigerant, and a resin (second resin) that has a high specific heat is used for the portion that does not touch the liquid refrigerant but surrounds the periphery of the semiconductor element. A substance having a large specific heat can absorb a larger amount of heat than a substance having a small specific heat in the same volume. By using a resin having appropriate characteristics depending on the location, it is possible to inexpensively realize a semiconductor device that can achieve both deterioration resistance to a liquid refrigerant and cooling performance to a semiconductor element. Details of the technology disclosed in the present specification and further improvements will be described in the following “Description of Embodiments”.

実施例の半導体装置の斜視図である。It is a perspective view of a semiconductor device of an example. 冷却器本体を構成する樹脂枠体と、樹脂枠体に接合された半導体モジュールの斜視図である。It is a perspective view of a resin frame which constitutes a cooler body, and a semiconductor module joined to the resin frame. 図2のIII−III線に沿った断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2. 図2のIV−IV線に沿った断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 2.

図面を参照して実施例の半導体装置2を説明する。図1に、半導体装置2の斜視図を示す。半導体装置2は、冷却器と冷却対象の半導体モジュール(トランジスタチップ)が一体化したデバイスである。半導体装置2は、複数のトランジスタチップを内蔵しており、例えば直流電力を3相交流電力に変換するインバータの主要部として用いられる。   A semiconductor device 2 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a perspective view of the semiconductor device 2. The semiconductor device 2 is a device in which a cooler and a semiconductor module (transistor chip) to be cooled are integrated. The semiconductor device 2 has a plurality of built-in transistor chips and is used, for example, as a main part of an inverter that converts DC power into three-phase AC power.

半導体装置2は、筒状の冷却器本体10を備えており、その中に、トランジスタチップを封止した複数の半導体モジュールが収容されている。冷却器本体10は、複数の樹脂枠体10a−10gを連ねたものであり、全体が筒状をなしている。筒状の冷却器本体10の筒の軸線方向(図中のX方向)の端は、前端カバー5と後端カバー6で塞がれている。前端カバー5には冷媒供給口7と冷媒排出口8が設けられている。冷却器本体10の内部空間の全体が冷媒流路となる。冷媒供給口7と冷媒排出口8は、不図示の冷媒循環装置に接続されており、冷媒供給口7から液体冷媒が供給され、冷却器本体10の内部で半導体モジュールから熱を吸収し、冷媒排出口8から排出される。トランジスタチップが冷却器本体10の冷却対象である。冷媒は、水、あるいは、LLC(Long Life Coolant)などの液体である。   The semiconductor device 2 includes a tubular cooler body 10, in which a plurality of semiconductor modules having transistor chips sealed therein are housed. The cooler main body 10 is formed by connecting a plurality of resin frame bodies 10a to 10g, and has a tubular shape as a whole. The ends of the tubular cooler body 10 in the axial direction (X direction in the drawing) are closed by a front end cover 5 and a rear end cover 6. The front end cover 5 is provided with a coolant supply port 7 and a coolant discharge port 8. The entire internal space of the cooler body 10 serves as a refrigerant flow path. The coolant supply port 7 and the coolant discharge port 8 are connected to a coolant circulation device (not shown), the liquid coolant is supplied from the coolant supply port 7, absorbs heat from the semiconductor module inside the cooler body 10, and It is discharged from the discharge port 8. The transistor chip is a cooling target of the cooler body 10. The refrigerant is water or a liquid such as LLC (Long Life Coolant).

詳しくは後述するが、複数の樹脂枠体10a−10gの一つひとつの枠の内側に半導体モジュールが接合している。一つの半導体モジュールには2個のトランジスタチップが内蔵されている。各樹脂枠体10a−10gの外表面から3個のパワー端子3a、3b、3cが延びているとともに、複数の制御端子4が延びている。2個のトランジスタチップは、半導体モジュールの内部で直列に接続されており、パワー端子3aは、直列接続の高電位側と導通している。パワー端子3bは直列接続の低電位側と導通している。パワー端子3cは、直列接続の中点と導通している。複数の制御端子4は、トランジスタチップのゲートと接続しているゲート端子、トランジスタチップを流れる電流を計測するセンスエミッタと接続しているセンサ端子などである。   As will be described later in detail, the semiconductor module is bonded to the inside of each of the plurality of resin frames 10a-10g. Two transistor chips are built in one semiconductor module. Three power terminals 3a, 3b, 3c extend from the outer surface of each resin frame 10a-10g, and a plurality of control terminals 4 extend. The two transistor chips are connected in series inside the semiconductor module, and the power terminal 3a is electrically connected to the high potential side of the series connection. The power terminal 3b is electrically connected to the low potential side of the series connection. The power terminal 3c is electrically connected to the midpoint of the series connection. The plurality of control terminals 4 are a gate terminal connected to the gate of the transistor chip, a sensor terminal connected to a sense emitter for measuring a current flowing through the transistor chip, and the like.

図2に、一つの樹脂枠体10aの斜視図を示す。他の樹脂枠体10b−10gも同じ構造を有している。樹脂枠体10aの内周面12aに半導体モジュール13が接合している。半導体モジュール13は、図2の座標系におけるZ方向の2か所で内周面12aに接合している。その結果、図中の座標系のY方向の2か所に貫通孔12c、12dが形成される。樹脂枠体10aの筒の軸線方向(図中のX方向)の端面12bには2重のガスケット21が配置されている。端面12bとは反対側の端面にも同様に2重のガスケット21が配置されている。先に述べたように、複数の樹脂枠体10a−10gは、筒の軸線方向(図中のX方向)に積層される。その際、隣接する樹脂枠体同士が2重のガスケット21を挟んで当接し、筒の内部空間(冷却器本体10の内部空間)が密封される。なお、図1を参照して説明したように、冷却器本体10の筒の軸線方向の両端は、前端カバー5と後端カバー6で封止される。以下、説明の便宜上、筒の軸線方向(図中のX方向)を筒軸線方向と表記することがある。   FIG. 2 shows a perspective view of one resin frame body 10a. The other resin frames 10b-10g also have the same structure. The semiconductor module 13 is joined to the inner peripheral surface 12a of the resin frame body 10a. The semiconductor module 13 is joined to the inner peripheral surface 12a at two points in the Z direction in the coordinate system of FIG. As a result, through holes 12c and 12d are formed at two positions in the Y direction of the coordinate system in the figure. A double gasket 21 is arranged on the end face 12b of the cylinder of the resin frame body 10a in the axial direction (X direction in the drawing). A double gasket 21 is similarly arranged on the end face opposite to the end face 12b. As described above, the plurality of resin frame bodies 10a-10g are stacked in the axial direction (X direction in the drawing) of the cylinder. At that time, the adjacent resin frames contact each other with the double gasket 21 sandwiched therebetween, and the internal space of the cylinder (internal space of the cooler body 10) is sealed. As described with reference to FIG. 1, both ends in the axial direction of the cylinder of the cooler body 10 are sealed by the front end cover 5 and the rear end cover 6. Hereinafter, for convenience of explanation, the axial direction of the cylinder (X direction in the drawing) may be referred to as the cylinder axial direction.

複数の樹脂枠体10a−10gと前端カバー5と後端カバー6が組み立てられると、複数の樹脂枠体10a−10gの貫通孔12cと冷媒供給口7とが筒軸線方向に一直線に並び、貫通孔12dと冷媒排出口8が一直線に並ぶ。また、図2に示すように、樹脂枠体10aの筒軸線方向(図中のX方向)において、樹脂枠体10aの端面と半導体モジュール13の間には空間が確保されている。筒軸線方向で半導体モジュール13が面する空間が、液体冷媒が流れる主流路Paとなる。主流路Paは、半導体モジュール13の筒軸線方向の両側に形成される。貫通孔12c、12dが、隣り合う樹脂枠体10a−10gの主流路Pa同士を連結する連結流路となる。主流路Paと連結流路は、冷却器本体10の内部空間である。   When the plurality of resin frame bodies 10a-10g, the front end cover 5, and the rear end cover 6 are assembled, the through holes 12c of the plurality of resin frame bodies 10a-10g and the refrigerant supply port 7 are aligned in the cylinder axis direction and penetrate the same. The hole 12d and the refrigerant outlet 8 are aligned. Further, as shown in FIG. 2, a space is secured between the end surface of the resin frame body 10a and the semiconductor module 13 in the cylinder axis direction of the resin frame body 10a (X direction in the drawing). The space where the semiconductor module 13 faces in the cylinder axis direction becomes the main flow path Pa through which the liquid refrigerant flows. The main flow paths Pa are formed on both sides of the semiconductor module 13 in the cylinder axis direction. The through holes 12c and 12d serve as connection flow paths that connect the main flow paths Pa of the adjacent resin frame bodies 10a-10g. The main flow path Pa and the connection flow path are internal spaces of the cooler body 10.

冷媒供給口7から供給された液体冷媒は、一直線に並んだ貫通孔12c(連結流路)を通じて各樹脂枠体10a−10gの主流路Paに分配される。各樹脂枠体10a−10gの主流路Paに分配された液体冷媒は、半導体モジュール13の表面(筒軸線方向を向く面の表面)に沿って流れる。液体冷媒は半導体モジュール13の表面に沿って流れる間、半導体モジュール13から熱を吸収する。各樹脂枠体10a−10gにおいて熱を吸収した液体冷媒は、他方の貫通孔12d(連結流路)と冷媒排出口8を通じて冷却器本体10から排出される。半導体モジュール13の表面には、内部のトランジスタチップの熱を伝える放熱板19aが露出しており、その表面に複数のフィン14が設けられている。放熱板19aとフィン14が、半導体モジュール13の冷却を促進する。図2では隠れて見えないが、放熱板19aの反対側には放熱板19bが露出しており、その放熱板19bにも複数のフィン14が設けられている。   The liquid refrigerant supplied from the refrigerant supply port 7 is distributed to the main flow paths Pa of the resin frames 10a-10g through the through holes 12c (connection flow paths) aligned in a straight line. The liquid coolant distributed in the main flow paths Pa of the resin frames 10a-10g flows along the surface of the semiconductor module 13 (the surface of the surface facing the cylinder axis direction). The liquid coolant absorbs heat from the semiconductor module 13 while flowing along the surface of the semiconductor module 13. The liquid refrigerant that has absorbed heat in each of the resin frames 10a-10g is discharged from the cooler body 10 through the other through hole 12d (connection flow path) and the refrigerant discharge port 8. On the surface of the semiconductor module 13, a heat radiating plate 19a that transfers the heat of the internal transistor chip is exposed, and a plurality of fins 14 are provided on the surface. The heat dissipation plate 19a and the fins 14 promote cooling of the semiconductor module 13. Although not visible in FIG. 2, the heat dissipation plate 19b is exposed on the side opposite to the heat dissipation plate 19a, and the heat dissipation plate 19b is also provided with a plurality of fins 14.

半導体モジュール13の内部構造を説明する。図3は、図2のIII−III線に沿った断面図であり、図4は、図2のIV−IV線に沿った断面図である。半導体モジュール13は、2個のトランジスタチップ17a、17bを封止する樹脂パッケージ15と、樹脂パッケージ15の両面に露出する放熱板19a、19bを備える。図3に示すように、樹脂パッケージ15が、放熱板19a、19bの縁を両側から挟み込んでおり、放熱板19a、19bにしっかりと固着している。先に述べたように、放熱板19a、19bの表面に複数のフィン14が設けられている。放熱板19a、19bとフィン14は、熱伝導率の高い銅あるいはアルミニウムで作られている。   The internal structure of the semiconductor module 13 will be described. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. The semiconductor module 13 includes a resin package 15 that seals the two transistor chips 17a and 17b, and heat dissipation plates 19a and 19b exposed on both surfaces of the resin package 15. As shown in FIG. 3, the resin package 15 sandwiches the edges of the heat dissipation plates 19a and 19b from both sides, and is firmly fixed to the heat dissipation plates 19a and 19b. As described above, the fins 14 are provided on the surfaces of the heat dissipation plates 19a and 19b. The heat dissipation plates 19a and 19b and the fins 14 are made of copper or aluminum having high thermal conductivity.

トランジスタチップ17a、17bは、平板型であり、一方の幅広面にコレクタ電極とゲート電極が露出しており、他方の幅広面にエミッタ電極が露出している。放熱板19bの上に導電板16cが配置されており、その上に2個のトランジスタチップ17a、17bが接合している。なお、放熱板19bと導電板16cの間には不図示の絶縁シートが挟まれている。トランジスタチップ17aのエミッタ電極とトランジスタチップ17bのコレクタ電極が導電板16cに接続している。   Each of the transistor chips 17a and 17b is a flat plate type, and the collector electrode and the gate electrode are exposed on one wide surface and the emitter electrode is exposed on the other wide surface. The conductive plate 16c is arranged on the heat dissipation plate 19b, and the two transistor chips 17a and 17b are bonded thereon. An insulating sheet (not shown) is sandwiched between the heat dissipation plate 19b and the conductive plate 16c. The emitter electrode of the transistor chip 17a and the collector electrode of the transistor chip 17b are connected to the conductive plate 16c.

トランジスタチップ17aの上面にスペーサ18が接合されており、その上面に導電板16aが接合されている。スペーサ18は電気と熱を良く通す銅で作られている。トランジスタチップ17aのコレクタ電極はスペーサ18を介して導電板16aと導通している。トランジスタチップ17bの上面にスペーサ18が接合されており、その上面に導電板16bが接合されている。トランジスタチップ17bのエミッタ電極はスペーサ18を介して導電板16bと導通している。導電板16a、16bは、放熱板19aの裏側に位置している。図示を省略しているが、放熱板19aと導電板16a、16bの間にも絶縁シートが挟まれている。   The spacer 18 is bonded to the upper surface of the transistor chip 17a, and the conductive plate 16a is bonded to the upper surface thereof. The spacer 18 is made of copper that conducts electricity and heat well. The collector electrode of the transistor chip 17a is electrically connected to the conductive plate 16a via the spacer 18. The spacer 18 is bonded to the upper surface of the transistor chip 17b, and the conductive plate 16b is bonded to the upper surface thereof. The emitter electrode of the transistor chip 17b is electrically connected to the conductive plate 16b via the spacer 18. The conductive plates 16a and 16b are located on the back side of the heat dissipation plate 19a. Although not shown, an insulating sheet is also sandwiched between the heat dissipation plate 19a and the conductive plates 16a and 16b.

導電板16a、16b、16cと、トランジスタチップ17a、17bの上記連結構造により、トランジスタチップ17a、17bは、導電板16cを介して直列に接続され、その直列接続の高電位側のトランジスタチップ17aのコレクタ電極が導電板16aに接続されており、低電位側のトランジスタチップ17bのエミッタ電極が導電板16cに接続されている。導電板16aは、樹脂パッケージ15の内部で先に述べたパワー端子3aと接続している(図4参照)。導電板16bと導電板16cは、夫々、樹脂パッケージ15の内部で、先に述べたパワー端子3b、3cと接続している。また、図4に示すように、トランジスタチップ17aのゲート電極(及び、センスエミッタ端子や温度センサ端子)は、樹脂パッケージ15の内部でボンディングワイヤ22を介して制御端子4と接続されている。トランジスタチップ17bのゲート電極等も同様である。   Due to the connection structure of the conductive plates 16a, 16b, 16c and the transistor chips 17a, 17b, the transistor chips 17a, 17b are connected in series via the conductive plate 16c, and the transistor chips 17a on the high potential side of the series connection are connected. The collector electrode is connected to the conductive plate 16a, and the emitter electrode of the transistor chip 17b on the low potential side is connected to the conductive plate 16c. The conductive plate 16a is connected to the power terminal 3a described above inside the resin package 15 (see FIG. 4). The conductive plates 16b and 16c are connected to the power terminals 3b and 3c described above inside the resin package 15, respectively. Further, as shown in FIG. 4, the gate electrode (and the sense emitter terminal and the temperature sensor terminal) of the transistor chip 17a is connected to the control terminal 4 inside the resin package 15 via the bonding wire 22. The same applies to the gate electrode and the like of the transistor chip 17b.

他の樹脂枠体10b−10gの内部でも、図3、図4と同様に、半導体モジュール13が配置されている。従って、複数の半導体モジュール13は、冷却器本体10(樹脂枠体10a−10g)の中で、隣り合う半導体モジュールの放熱板19a(19b)が対向するとともに両者の間に隙間を設けて冷却器本体10(樹脂枠体10a−10g)の筒軸線方向(図中のX方向)に並べられることになる。隣り合う半導体モジュール13の間の空間が、主流路Paとなる。   The semiconductor module 13 is arranged inside the other resin frames 10b-10g as in FIGS. 3 and 4. Therefore, in the plurality of semiconductor modules 13, the radiator plates 19a (19b) of the adjacent semiconductor modules face each other in the cooler body 10 (resin frame bodies 10a to 10g), and a gap is provided between them to cool the cooler. The main bodies 10 (resin frames 10a-10g) are arranged in the cylinder axis direction (X direction in the drawing). The space between the adjacent semiconductor modules 13 becomes the main flow path Pa.

冷却器本体10(樹脂枠体10a−10g)の樹脂材料と、半導体モジュール13の樹脂パッケージ15の樹脂材料について説明する。半導体モジュール13は、2種類の樹脂で作られている。樹脂パッケージの冷媒流路(貫通孔12c、12dと主流路Paであり、冷却器本体10の内部空間を意味する)に露出する外周部15aは第1樹脂で作られている。一対の放熱板19a、19bの間でトランジスタチップ17a、17bを封止しているとともに、外周部15aの内側で冷媒流路(冷却器本体10の内部空間)に露出していない内側部15bは第2樹脂で作られている。冷却器本体10(樹脂枠体10a−10g)は、第1樹脂で作られている。   The resin material of the cooler body 10 (resin frames 10a-10g) and the resin material of the resin package 15 of the semiconductor module 13 will be described. The semiconductor module 13 is made of two kinds of resins. The outer peripheral portion 15a exposed in the coolant flow path of the resin package (the through holes 12c and 12d and the main flow path Pa, which means the internal space of the cooler body 10) is made of the first resin. While the transistor chips 17a and 17b are sealed between the pair of heat sinks 19a and 19b, the inner portion 15b which is not exposed to the refrigerant flow passage (internal space of the cooler body 10) inside the outer peripheral portion 15a is Made of second resin. The cooler body 10 (resin frames 10a-10g) is made of the first resin.

第1樹脂は、第2樹脂よりも加水分解し難い性質を有しており、第2樹脂は、第1樹脂よりも比熱が大きいという特性を有している。例えば、第1樹脂は、エポキシ、PPS樹脂(ポリフェニレンサルファイド樹脂)、PA樹脂(ポリアミド樹脂)などである。第2樹脂は、例えば、潜熱性の大きいパラフィン類を含有したエポシキ樹脂などである。半導体装置2は、上記した2種類の樹脂を用いることで、次の利点を有する。   The first resin has a property of being less likely to be hydrolyzed than the second resin, and the second resin has a property of having a larger specific heat than the first resin. For example, the first resin is epoxy, PPS resin (polyphenylene sulfide resin), PA resin (polyamide resin), or the like. The second resin is, for example, an epoxy resin containing paraffins having a high latent heat property. The semiconductor device 2 has the following advantages by using the two types of resins described above.

冷却器本体10の内部空間(貫通孔12c、12d、主流路Pa)には、液体冷媒が流れる。冷却器本体10は樹脂製であり、金属と比較すると、劣化が早く進行する。なお、樹脂の劣化とは、水分に触れて加水分解することである。一方、図3、図4に示すように、発熱体であるトランジスタチップ17a、17bの周囲にも樹脂が充填されている。トランジスタチップ17a、17bに対する冷却性の観点からは、トランジスタチップ17a、17bの周囲には熱伝導率が高い物質か、あるいは、比熱の大きい物質を配置することが好ましい。液体冷媒に対して劣化耐性が高く、しかも比熱の大きい樹脂が存在するのであれば、冷却器本体10(樹脂枠体10a−10g)と樹脂パッケージ15にそのような樹脂を採用することが望ましい。しかし、そのような樹脂は存在しないか、存在しても高価である。そこで、実施例の半導体装置2では、液体冷媒に触れる箇所には、比熱よりも劣化耐性を重視し、劣化耐性の高い特性(加水分解し難い特性)を有する樹脂材料を採用する。一方、トランジスタチップ17a、17bの周囲で液体冷媒に触れない箇所(内側部15b)には、劣化耐性よりも熱の吸収性能を重視し、比熱の大きい樹脂材料を採用する。別言すれば、第1樹脂には第2樹脂よりも加水分解し難い樹脂材料を採用し、第2樹脂には第1樹脂よりも比熱が大きい樹脂材料を採用する。このように2種類の樹脂材料を使い分けることで、劣化耐性と、トランジスタチップ17a、17bに対する冷却性能の両立を図る。   The liquid refrigerant flows in the internal space (through holes 12c, 12d, main flow path Pa) of the cooler body 10. The cooler body 10 is made of resin, and its deterioration progresses faster than metal. The deterioration of the resin means that the resin is hydrolyzed by being exposed to water. On the other hand, as shown in FIGS. 3 and 4, resin is also filled around the transistor chips 17a and 17b, which are heating elements. From the perspective of cooling the transistor chips 17a and 17b, it is preferable to dispose a substance having a high thermal conductivity or a substance having a high specific heat around the transistor chips 17a and 17b. If there is a resin having a high deterioration resistance to the liquid refrigerant and a large specific heat, it is desirable to use such a resin for the cooler body 10 (resin frame 10a-10g) and the resin package 15. However, such resins do not exist or, if they do exist, they are expensive. Therefore, in the semiconductor device 2 of the example, a resin material having a property of high deterioration resistance (a property of being hard to be hydrolyzed) is adopted in a portion that comes into contact with the liquid refrigerant, with emphasis on deterioration resistance rather than specific heat. On the other hand, in a portion (inner portion 15b) around the transistor chips 17a and 17b that does not come into contact with the liquid refrigerant, the heat absorption performance is emphasized rather than the deterioration resistance, and a resin material having a large specific heat is adopted. In other words, a resin material that is less likely to be hydrolyzed than the second resin is used for the first resin, and a resin material having a larger specific heat than the first resin is used for the second resin. By using the two types of resin materials in this manner, both deterioration resistance and cooling performance for the transistor chips 17a and 17b are achieved.

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例のトランジスタチップ17a、17bが請求項の半導体素子の一例に相当する。本明細書が開示する半導体装置は、トランジスタチップ以外の半導体素子を半導体モジュールに収容するものであってもよい。   Points to be noted regarding the technique described in the embodiment will be described. The transistor chips 17a and 17b of the embodiment correspond to an example of the claimed semiconductor device. The semiconductor device disclosed in this specification may house a semiconductor element other than a transistor chip in a semiconductor module.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical utility alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technique illustrated in the present specification or the drawings can achieve a plurality of purposes at the same time, and achieving one of the purposes has technical utility.

2:半導体装置
3a、3b、3c:パワー端子
4:制御端子
5:前端カバー
6:後端カバー
7:冷媒供給口
8:冷媒排出口
10:冷却器本体
10a−10g:樹脂枠体
12a:内周面
12b:端面
12c、12d:貫通孔
13:半導体モジュール
14:フィン
15:樹脂パッケージ
15a:外周部
15b:内側部
16a、16b、16c:導電板
17a、17b:トランジスタチップ
18:スペーサ
19a、19b:放熱板
21:ガスケット
22:ボンディングワイヤ
Pa:主流路
2: Semiconductor devices 3a, 3b, 3c: Power terminal 4: Control terminal 5: Front end cover 6: Rear end cover 7: Refrigerant supply port 8: Refrigerant discharge port 10: Cooler body 10a-10g: Resin frame 12a: Inside Peripheral surface 12b: End surfaces 12c, 12d: Through hole 13: Semiconductor module 14: Fin 15: Resin package 15a: Outer peripheral portion 15b: Inner portions 16a, 16b, 16c: Conductive plates 17a, 17b: Transistor chip 18: Spacers 19a, 19b : Heat sink 21: Gasket 22: Bonding wire Pa: Main flow path

Claims (1)

樹脂製の筒状の冷却器本体の内部に複数の半導体モジュールが配置されており、当該冷却器本体の内部空間を液体冷媒が通る半導体装置であり、
夫々の前記半導体モジュールは、半導体素子を封止している樹脂パッケージと、前記樹脂パッケージの平行な一対の側面の夫々に露出している一対の放熱板を備えており、
複数の前記半導体モジュールは、前記冷却器本体の中で、隣り合う前記半導体モジュールの放熱板が対向するとともに両者の間に隙間を設けて前記冷却器本体の筒の軸線方向に並べられており、
夫々の前記半導体モジュールは、前記冷却器本体の筒の内周面の2か所に接合しており、
前記冷却器本体と、前記樹脂パッケージの前記内部空間に露出する外周部が第1樹脂で作られており、前記一対の放熱板の間で前記半導体素子を封止しているとともに、前記外周部の内側で前記内部空間に露出していない内側部が第2樹脂で作られており、
前記第1樹脂は前記第2樹脂よりも加水分解し難い樹脂材料で作られており、前記第2樹脂は前記第1樹脂よりも比熱が大きい樹脂材料で作られている、半導体装置。
A plurality of semiconductor modules are arranged inside a resin-made tubular cooler body, which is a semiconductor device in which a liquid refrigerant passes through the internal space of the cooler body.
Each of the semiconductor modules includes a resin package encapsulating a semiconductor element, and a pair of heat sinks exposed on each of a pair of parallel side surfaces of the resin package,
The plurality of semiconductor modules are arranged in the axial direction of the cylinder of the cooler body, with the radiator plates of the adjacent semiconductor modules facing each other in the cooler body, with a gap therebetween.
Each of the semiconductor modules is bonded to two places on the inner peripheral surface of the cylinder of the cooler body,
The cooler body and an outer peripheral portion exposed to the internal space of the resin package are made of a first resin, and seal the semiconductor element between the pair of heat dissipation plates, and the inner side of the outer peripheral portion. The inner part that is not exposed to the internal space is made of a second resin,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first resin is made of a resin material that is less likely to be hydrolyzed than the second resin, and the second resin is made of a resin material having a larger specific heat than the first resin.
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