WO2014128868A1 - 冷却装置及びこれを用いた冷却装置付きパワーモジュール - Google Patents

冷却装置及びこれを用いた冷却装置付きパワーモジュール Download PDF

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chip
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high thermal
cooling device
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雄一 永田
加藤　健次
利貴 田中
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a cooling device and a power module with a cooling device using the same, and more particularly to a cooling device for a power module on which a power semiconductor chip is mounted.
  • the heat radiating plate is composed of two graphite layers, and the heat radiation characteristics are enhanced by obtaining high thermal conductivity in the horizontal direction in the first layer and in the vertical direction in the second layer.
  • Patent Document 1 since the thermal conductivity in the vertical direction of the first graphite layer is low, the thickness in the vertical direction of the first layer has to be reduced. Therefore, the heat conduction characteristics in the horizontal direction are also deteriorated, and it is difficult to immediately and uniformly diffuse the heat to the end of the heat sink. As described above, since the direction of high thermal conductivity is limited to two directions, there is a problem that it is difficult to diffuse heat to the entire heat sink.
  • the present invention has been made in view of the above, and obtains a cooling device capable of instantaneously diffusing heat to the entire heat sink without causing thermal interference between the chips that generate heat, and a power module using the same. For the purpose.
  • the present invention provides a cooling device for cooling a power module including first and second chips that generate heat, wherein the power module is closely attached.
  • a heat sink having a base surface, the heat sink comprising: a main body having the base surface; and first and second high thermal conductors having higher thermal conductivity than the main body; The first and second chips respectively contact one end of the first and second high heat conductors and are connected to independent heat distribution paths via the first and second high heat conductors, respectively. It is characterized by that.
  • the cooling device even when the heat generation amount locally increases with a specific number of chips, the first chip with the largest heat generation amount is affected by the second chip with the second largest heat generation amount. Cooling is possible with almost no effect, and the effect is that heat can be immediately and uniformly diffused throughout the heat sink.
  • FIG. 1-1 is a perspective view showing a power module with a cooling device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1-2 is an enlarged perspective view of a main part of the power module with a cooling device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2-1 is an enlarged perspective view showing another example of the power module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2-2 is an enlarged perspective view showing another example of the power module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2-3 is an enlarged perspective view showing another example of the power module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2-4 is an enlarged perspective view showing another example of the power module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2-5 is an enlarged perspective view showing another example of the power module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a power module with a cooling device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a power module with a cooling device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a power module with a cooling device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a power module with a cooling device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a power module with a cooling device according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view showing a flat plate-like heat pipe according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 1-1 is a perspective view of a power module with a cooling device according to the first embodiment.
  • FIG. 1-2 is an enlarged perspective view of a main part of a power module used in the present embodiment.
  • the power module 100 with a cooling device according to the first embodiment includes a power module 20 and a cooling device 10 for cooling the power module 20.
  • the cooling device 10 includes a heat sink 2 having a base surface 1A to which the power module 20 is attached in close contact.
  • the heat sink 2 includes a main body 1 having a base surface 1A, and first and second high thermal conductors (first and second anisotropic high thermal conductors 2a 1 , 2a) having higher thermal conductivity than the main body 1.
  • the first and second chips are in contact with one ends of the first and second high heat conductors, respectively, and are independent as indicated by arrows through the first and second anisotropic high heat conductors, respectively. It is characterized by being connected to the two groups of heat distribution paths.
  • the cooling device 10 includes a heat sink 2 including a plurality of flat plate fins 3 made of, for example, aluminum and a main body 1.
  • a power module 20 is provided on the base surface 1A, which is the surface opposite to the flat fin 3 formation surface 1B of the base body 1.
  • the power module 20 constitutes, for example, an inverter circuit, switches DC power, converts it into AC power, and controls motor driving.
  • six chips made of a power semiconductor serving as a heating element are mounted on the wiring board 21.
  • the power module 20 includes the first chip 22a that generates the largest amount of heat when the heat generation is locally concentrated, the second chips 22b 1 and 22b 2 that generate the second largest amount of heat, and the amount of generated heat. It is composed of six chips, the third chips 22c 1 , 22c 2 and 22c 3 which are the smallest.
  • the first chip 22a and the second chip 22b 1 and second chip 22b 2 does not become adjacent to each other, and the first chip 22a and the third chip 22c 1 and the third chip 22c 3 Are arranged next to each other. Further, the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 are not arranged in the column in the y direction including the first chip 22a.
  • a first anisotropic high thermal conductor 2a 1 and a first anisotropic high thermal conductor 2b 1 include a second chip 22b 1 and a second chip 22b 2 immediately below the region including the first chip 22a.
  • a second anisotropic high thermal conductor 2a 2 and a second anisotropic high thermal conductor 2b 2 are provided immediately below the region.
  • a first anisotropic high thermal conductor 2a 1 and a second anisotropic high thermal conductor 2a 2 having a high thermal conductivity in the y direction and the z direction and a small value in the x direction are disposed immediately below the power module 20.
  • a first anisotropic high thermal conductor 2b 1 and a second anisotropic high thermal conductor 2b 2 that have high thermal conductivity in the x and z directions and small in the y direction are disposed below the heat sink 2.
  • the anisotropic heat conductor for example, a graphite-based material having a heat conductivity of 1000 W / mK or more in the direction of higher heat conductivity can be used.
  • the first chip 22a instantaneously and locally generates the maximum amount of heat, and the second chip 22b 1
  • the amount of heat generated by the second chip 22b 2 is the second largest, and the third chip 22c 1 , the third chip 22c 2 , and the third chip 22c 3 hardly generate heat. Accordingly, the heat generated by the first chip 22a is transmitted to the first anisotropic high thermal conductor 2a 1 through the wiring substrate 21 of the power module 20, diffused in the y direction and the z direction, and further, the first anisotropic thermal conductor 2b.
  • high thermal conductor is divided directly under the right under the second chip 22b 1 and second chip 22b 2 of the first chip 22a, constituting the heat dispersion path of two independent groups. Therefore, when the amount of heat generated instantaneously increases in the switching operation, the heat of the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 is mainly the second anisotropic high thermal conductor 2a 2 and the second anisotropy. It is diffused inside the high thermal conductor 2b 2. If the high thermal conductor is not divided, the two chips, the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 generate heat, so the heat generation area is wide, and the heat diffuses to the region immediately below the first chip 22a. This will affect the cooling of the first chip 22a.
  • the heat of the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 is less likely to flow into the region immediately below the first chip 22a. Therefore, instantaneous temperature rise of the first heat generating chip 22a is diffused inside of efficiently first anisotropic high thermal conductor 2a 1 and the first anisotropic high thermal conductor 2b 1 first chip 22a Can be suppressed.
  • the amount of heat transmitted to the divided high thermal conductor becomes equal, and the heat sink 2 Heat diffusion can be performed uniformly throughout, and cooling can be performed efficiently.
  • FIGS. 2-1 to 2-5 are perspective views showing modifications of the power module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the configuration when the chip generates heat by the switching operation is not limited to the layout configuration shown in FIGS. 1-1 and 1-2, and the first chip 22a and the second chip as shown in FIGS.
  • the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 are not adjacent to each other, and the first chip 22a is adjacent to the third chip 22c 1 , the third chip 22c 2 , and the third chip 22c 3. What is necessary is just to be arrange
  • FIG. FIG. 3 is a perspective view of a power module with a cooling device according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in FIG. 3, in the second embodiment, the order of the high thermal conductors to be stacked is reversed.
  • a first anisotropic high thermal conductor 2b 1 and a second anisotropic high thermal conductor 2b 2 having a high thermal conductivity in the x and z directions and a small value in the y direction are disposed immediately below the power module 20,
  • a first anisotropic high thermal conductor 2a 1 and a second anisotropic high thermal conductor 2a 2 having a high thermal conductivity in the y direction and the z direction and a small value in the x direction are disposed below and closely adhered to the heat sink 2. ing.
  • the heat generated by the first chip 22 a is transmitted to the first anisotropic high thermal conductor 2 b 1 through the wiring substrate 21 of the power module 20, diffused in the x direction and the z direction, and further the first difference. Since the isotropic heat conductor 2a 1 diffuses in the y-direction and the z-direction and is transmitted to the heat sink 2, an instantaneous temperature rise of the first chip 22a can be suppressed. Further, the heat generated by the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 is transmitted to the second anisotropic high thermal conductor 2b 2 through the wiring substrate 21 of the power module 20, and is diffused in the x direction and the z direction.
  • the second anisotropic thermal conductor 2a 2 on the side diffuses in the y direction and the z direction and is transmitted to the heat sink 2, thereby suppressing an instantaneous temperature rise of the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2. Is possible.
  • the high thermal conductor is divided immediately below the first chip 22a and directly below the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 , so that the second chip 22b 1 and It becomes difficult for the heat of the second chip 22b 2 to flow into the region immediately below the first chip 22a, and the heat generation of the first chip 22a is efficiently performed with the first anisotropic high thermal conductor 2b 1 and the first anisotropy. instantaneous temperature rise of the first chip 22a is diffused inside the high thermal conductor 2a 1 it is possible to suppress.
  • the layout arrangement of the chips that generate heat is not limited to the configuration shown in FIG. 3, but may be the configurations shown in FIGS. 2-1 to 2-5.
  • FIG. 4 is a perspective view of a power module with a cooling device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • anisotropic high thermal conductors of the same size are stacked, but in this embodiment, the size of the anisotropic high thermal conductor arranged on the power module 20 side is set. In the y direction where the thermal conductivity is small, it is characterized by being made as small as the power module. That is, the sizes of the first anisotropic high thermal conductor 2b 1 and the second anisotropic high thermal conductor 2b 2 that are arranged on the power module side and have high thermal conductivity in the x and z directions and small in the y direction.
  • the first anisotropic high thermal conductor 2a 1 and the second anisotropic high thermal conductor 2a 2 which have high thermal conductivity in the y direction and z direction and are small in the x direction match the size of the heat sink 2. It is placed in close contact.
  • the heat generation of the first chip 22a 1 is transmitted to the first anisotropic high thermal conductor 2b 1 through the wiring board 21 of the power module 20, Since it is diffused in the x and z directions and further diffused in the y and z directions by the first anisotropic heat conductor 2a 1 and transmitted to the heat sink 2, the instantaneous temperature rise of the first chip 22a 1 is suppressed. It becomes possible to do. Further, the heat generated by the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 is transmitted to the second anisotropic high thermal conductor 2b 2 through the power module 20, diffused in the x direction and the z direction, and further the second anisotropy. Since the heat conductor 2a 2 diffuses in the y direction and the z direction and is transmitted to the heat sink 2, an instantaneous temperature rise of the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 can be suppressed.
  • high heat conductive body and the second embodiment because it is separated directly under just below the second chip 22b 1 and second chip 22b 2 of the first chip 22a, 1 and the second chip 22b It becomes difficult for the heat of the second chip 22b 2 to flow into the region immediately below the first chip 22a, and the heat generation of the first chip 22a is efficiently performed with the first anisotropic high thermal conductor 2b 1 and the first anisotropy. instantaneous temperature rise of the first chip 22a is diffused inside the high thermal conductor 2a 1 it is possible to suppress.
  • the length in the y direction is adjusted to the size of the power module 20. There is no hindrance to the ability to spread heat in the x direction even in the size, and the amount of high thermal conductor used is reduced, thereby reducing the cost.
  • the layout of the chips that generate heat in the power module 20 is not limited to the configuration shown in FIG. 4, but may be the configurations shown in FIGS. 2-1 to 2-5.
  • FIG. FIG. 5 is a perspective view of a power module with a cooling device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the size of the anisotropic high heat conductor having a small heat conductivity in the y direction on the power module 20 side is reduced in the y direction.
  • the anisotropic high thermal conductor disposed on the power module 20 side has a low thermal conductivity in the x direction.
  • the size of the anisotropic high thermal conductor is small enough to match the outer edge of the wiring board 21 of the power module in the x direction where the thermal conductivity is small. That is, as shown in FIG.
  • the heat conductivity that is disposed on the power module 20 side of the stacked high thermal conductor is high in the y direction and the z direction, and is small in the x direction.
  • the anisotropic high heat conductor 2a 1 and the second anisotropic high heat conductor 2a 2 are arranged to be smaller in size in accordance with the size of the wiring board of the power module 20 in the x direction.
  • the first anisotropic high thermal conductor 2b 1 and the second anisotropic high thermal conductor 2b 2 which have high thermal conductivity in the x and z directions and small in the y direction match the size of the heat sink 2. It is placed in close contact.
  • the heat generated by the first chip 22 a is transmitted to the first anisotropic high thermal conductor 2 a 1 through the wiring substrate 21 of the power module 20, and y Diffusing in the z-direction and z-direction, and further diffusing in the x-direction and z-direction by the first anisotropic heat conductor 2b 1 to be transmitted to the heat sink 2, thereby suppressing an instantaneous temperature rise of the first chip 22a. Is possible.
  • the heat generated by the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 is transmitted to the second anisotropic high thermal conductor 2a 2 through the power module 20, diffused in the y direction and the z direction, and further the second anisotropy. Since the heat conductor 2b 2 diffuses in the x-direction and the z-direction and is transmitted to the heat sink 2, an instantaneous temperature rise of the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 can be suppressed.
  • the high thermal conductor is divided immediately below the first chip 22a and directly below the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 , so that the second chip 22b 1 and It becomes difficult for the heat of the second chip 22b 2 to flow into the region immediately below the first chip 22a, and the heat generation of the first chip 22a is efficiently performed with the first anisotropic high thermal conductor 2a 1 and the first anisotropy. It is possible to suppress an instantaneous temperature rise of the first chip 22a that is diffused inside the high thermal conductor 2b 1 .
  • the length in the x direction is the length of the wiring board 21 of the power module 20.
  • the layout of the chips generating heat in the power module 20 is not limited to the configuration shown in FIG. 5, but may be the configurations shown in FIGS. 2-1 to 2-5.
  • the anisotropic high thermal conductor has a two-layer structure, but it goes without saying that it may have a multilayer structure of three or more layers. Can be obtained.
  • FIG. 6 is a perspective view of a power module with a cooling device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the cooling device 10 includes a heat sink 2 composed of a main body 1 having a plurality of flat plate fins 3 made of, for example, aluminum and a base surface 1A.
  • the power module 20 is provided on the base surface 1A, and the flat fins 3 are provided on the flat fin forming surface 1B which is the surface opposite to the base surface 1A.
  • the power module 20 is equipped with six power semiconductor chips serving as heating elements, and the first chip 22a that generates the largest amount of heat when heat generation is locally concentrated.
  • the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 have the second largest amount, and the third chips 22c 1 , 22c 2 and 22c 3 have the smallest amount of heat generation.
  • the first chip 22a and the second chip 22b 1 and second chip 22b 2 does not become adjacent to each other, and the first chip 22a is and the next to each other third chip 22c 1, 22c 3 It is arranged to become. Further, the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 are not arranged in the column in the y direction including the first chip 22a.
  • a first flat plate heat pipe 31 having a size equivalent to the size in the y direction of the wiring substrate 21 of the power module 20 is provided in the region including the second chips 22b 1 and 22b 2 .
  • a second flat plate-like heat pipe 32 having a size equivalent to the size of the power module 20 in the y direction is provided immediately below and is in close contact with the heat sink 2.
  • the first chip 22a instantaneously and locally generates the maximum amount of heat by the switching operation, and the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 generate heat.
  • the amount becomes the second largest, and the third chips 22c 1 , 22c 2 , 22c 3 hardly generate heat. Accordingly, the heat generated in the first chip 22a is transmitted to the first flat plate heat pipe 31 through the wiring substrate 21 of the power module 20, and is diffused in all directions of x, y, z and transmitted to the heat sink 2, so that the first chip It becomes possible to suppress the instantaneous temperature rise of 22a.
  • the heat generated by the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 is transmitted to the second flat plate heat pipe 32 through the power module 20, and is diffused in all directions of x, y, and z and transmitted to the heat sink 2, so that the first heat is generated. It is possible to suppress an instantaneous temperature rise of the two chips 22b 1 and 22b 2 .
  • the switching operation is instantaneous.
  • the heat of the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 is mainly diffused inside the second flat plate heat pipe 32. If not divided, the two chips, the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 generate heat, so that the heat generation area is wide, and heat easily diffuses to the region immediately below the first chip 22a. Although this affects the cooling of the first chip 22a, the heat of the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 is unlikely to flow into the region immediately below the first chip because the flat plate heat pipe is divided. Thus, the heat generated by the first chip 22a is efficiently diffused inside the first flat plate heat pipe 31, and an instantaneous temperature rise of the first chip 22a can be suppressed.
  • the amount of heat transmitted to the divided flat plate heat pipes 31 and 32 is large.
  • the heat sink 2 can be uniformly diffused in the heat sink 2 and can be efficiently cooled.
  • the layout of the chips that generate heat in the power module 20 is not limited to the configuration shown in FIG. 6, but may be the configurations shown in FIGS. 2-1 to 2-5.
  • FIG. 7 is a perspective view of a cooling device according to Embodiment 6 of the present invention.
  • the first flat plate heat pipe 31 and the second flat plate heat pipe 32 having the same size as the size of the heat sink in the y direction are arranged and are in close contact with the heat sink 2.
  • the mounting holes 34 are provided avoiding the steam flow paths 33 of the first flat plate heat pipe 31 and the second flat plate heat pipe 32.
  • the first flat plate-like heat pipe 31 and the second flat plate-like heat pipe 32 that are larger than the wiring substrate 21 of the power module 20 as shown in FIG.
  • a screw 35 is inserted into the mounting hole 34 from the wiring board 21 side, and the first flat plate heat pipe 31 and the second flat plate heat pipe 32 are fixed to the power module 20. For this reason, while being assembled easily, adhesiveness improves and heat dissipation improves.
  • the heat generated by the first chip 22 a is transmitted to the first flat plate heat pipe 31 through the wiring substrate 21 of the power module 20, diffused in all directions of x, y, and z and transmitted to the heat sink 2. For this reason, it is possible to suppress an instantaneous temperature rise of the first chip 22a. Further, the heat generated by the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 is transmitted to the second flat plate heat pipe 32 through the wiring substrate 21 of the power module 20, and is diffused in all directions of x, y, and z to be absorbed by the heat sink 2. Therefore, an instantaneous temperature rise of the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 can be suppressed.
  • the flat heat pipe is divided immediately below the first chip 22a and directly below the second chip 22b 1 and the second chip 22b 2 , so the second chip 22b 1
  • the heat of the second chip 22b 2 is less likely to flow into the region immediately below the first chip 22a, and the heat generated by the first chip 22a is efficiently diffused inside the first flat plate-like heat pipe 31. It is possible to suppress an instantaneous temperature rise of the chip 22a.
  • first flat plate heat pipe 31 and the second flat plate heat pipe 32 are substantially equal in size in the y direction to the size of the heat sink 2, heat diffusion can be performed throughout the heat sink 2 and cooling can be efficiently performed. Become.
  • the layout of the chips that generate heat in the power module 20 is not limited to the configuration of FIG. 7, but may be the configurations of FIGS. 2-1 to 2-5.
  • the first to sixth embodiments have a configuration in which the power module 20 of the power module 20 is six, but the chip that generates the maximum heat even when the number of power semiconductor chips is four or eight or more.
  • the chip with the second largest heat generation is not adjacent to each other, the chip with the largest heat generation and the chip with the smallest heat generation are arranged next to each other, and the chip with the largest heat generation is included.
  • the chip layout may be any chip layout in which the second largest heat generation chip is not arranged in the y-direction column.
  • the flat fins are mounted on the heat sink.
  • the shape or presence of the radiation fins can be selected as appropriate.
  • the composition of the high heat conductor in the heat sink can be changed by making it an integrated structure using a graphite embedded structure or adjusting the layout of the heat conductive region by changing the structure partly. Needless to say.
  • instantaneous heat generation can be cooled by the entire heat sink, and an increase in the temperature of the chip can be suppressed. Further, since local heat generation can be distributed along the heat dissipation path such as the left and right, it is possible to suppress interference between chips. Furthermore, since local heat generation does not occur between adjacent chips, an instantaneous temperature rise can be suppressed. From these characteristics, it is useful for mounting on a power module that may increase the calorific value instantaneously.

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Abstract

　発熱するチップを複数内蔵し、発熱量が最大となる第１のチップ２２ａと発熱量が２番目に大きい第２のチップ２２ｂ1,２２ｂ2とが隣同士にならず、かつ第１のチップ２２ａは発熱量が最小となる第３のチップ２２ｃ1,２２ｃ2,２２ｃ3のいずれか２つと隣同士となるチップ配置のパワーモジュール２０と、パワーモジュール２０がベース面１Ａに密着して取り付けられるヒートシンク２と、ヒートシンク２の表面に配置される本体１より熱伝導率が高い平板状の第１及び第２の異方性高熱伝導体２ａ1,２ａ2,２ｂ1,２ｂ2とを備えた冷却装置１０において、第１及び第２の異方性高熱伝導体２ａ1,２ａ2,２ｂ1,２ｂ2を第１のチップ２２ａの直下と第２のチップ２２ｂ1,２２ｂ2の直下の２つに分離して配置する。

Description

冷却装置及びこれを用いた冷却装置付きパワーモジュール
　本発明は、冷却装置及びこれを用いた冷却装置付きパワーモジュールに係り、特にパワー半導体チップを搭載したパワーモジュールの冷却装置に関する。
　従来、モータ駆動においては主に、パワー半導体チップを搭載したパワーモジュールでインバータ回路を構成し、直流電力をスイッチングして交流電力に変換することで制御を行う技術が開示されている(特許文献１)。瞬間的にはパワーモジュール内の特定の数チップにのみ電流が流れ発熱するが、発熱するチップが瞬時に切り替わり、通常は各チップが均等に発熱している。一方、特にサーボモータの駆動では重量物の保持など、モータの回転を伴わずにモータに電力を供給するケースが多い。このようなケースではモジュール内の特定の数チップに集中して電流が流れ、局所的に発熱量が増大する。このようなケースでも熱を効率よく急速に拡散し放熱できる、高い放熱特性を持った冷却装置が求められる。
　こうした冷却装置として、従来、熱伝導率の高い材料を使用し、放熱特性の高い構造にしたものがある。例えば特許文献１では放熱板を２層のグラファイト層で構成し、１層目で水平方向、２層目で垂直方向に高い熱伝導率を得て放熱特性を高めている。
特開２０１２-０６９６７０号公報
　しかしながら、上記従来の技術によれば、ワイドバンドギャップ半導体の使用などによりモジュールが小型化し、発熱量の大きい数チップが近くに配置されるようになると、チップ間の熱干渉が発生し互いに高温になるという問題があった。
　また特許文献１では、１層目のグラファイト層の垂直方向の熱伝導率が低いため、１層目の垂直方向の厚さは薄くせざるを得ない。そのため、水平方向への熱伝導特性も悪化し、ヒートシンクの端まで即時に均一に熱を拡散することは困難であった。このように、熱伝導率の高い方向が２方向に限られるため、ヒートシンク全体に熱を拡散しにくいという問題があった。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発熱するチップ間で熱干渉を生じることなく、即時にヒートシンク全体に熱拡散を行うことができる冷却装置及びこれを用いたパワーモジュールを得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発熱する第１及び第２のチップを備えたパワーモジュールを冷却するための冷却装置であって、前記パワーモジュールが密着して装着される、ベース面を有するヒートシンクを備え、前記ヒートシンクは、前記ベース面を備えた本体と、前記本体よりも熱伝導率の高い、第１及び第２の高熱伝導体とを備え、前記第１及び第２のチップが、それぞれ、前記第１及び第２の高熱伝導体の一端に当接し、前記第１及び第２の高熱伝導体を介して、それぞれ独立した熱分散経路に接続されることを特徴とする。
　本発明にかかる冷却装置は、特定の数チップで局所的に発熱量が増大した場合でも、発熱量が最大となる第１のチップは、発熱量が２番目に大きい第２のチップの影響をほとんど受けることなく冷却可能となり、即時にヒートシンク全体に均一に熱を拡散することが可能であるという効果を奏する。
図１－１は、本発明の実施の形態１による冷却装置付きパワーモジュールを示す斜視図である。 図１－２は、本発明の実施の形態１による冷却装置付きパワーモジュールの要部拡大斜視図である。 図２－１は、本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの他の例を示す拡大斜視図である。 図２－２は、本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの他の例を示す拡大斜視図である。 図２－３は、本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの他の例を示す拡大斜視図である。 図２－４は、本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの他の例を示す拡大斜視図である。 図２－５は、本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの他の例を示す拡大斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態２による冷却装置付きパワーモジュールを示す斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態３による冷却装置付きパワーモジュールを示す斜視図である。 図５は、本発明の実施の形態４による冷却装置付きパワーモジュールを示す斜視図である。 図６は、本発明の実施の形態５による冷却装置付きパワーモジュールを示す斜視図である。 図７は、本発明の実施の形態６による冷却装置付きパワーモジュールを示す斜視図である。 図８は、本発明の実施の形態６による平板状ヒートパイプを示す平面図である。
　以下に、本発明にかかる冷却装置及びこれを用いた冷却装置付きパワーモジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。
実施の形態１．
　図１－１は、本実施の形態１の冷却装置付きパワーモジュールの斜視図である。図１－２は本実施の形態で用いられるパワーモジュールの要部拡大斜視図である。図１－１に示すように、本実施の形態１の冷却装置付きパワーモジュール１００は、パワーモジュール２０とこれを冷却するための冷却装置１０とで構成される。冷却装置１０は、パワーモジュール２０が密着して装着される、ベース面１Ａを有するヒートシンク２を備える。ヒートシンク２は、ベース面１Ａを備えた本体１と、本体１よりも熱伝導率の高い、第１及び第２の高熱伝導体（第１及び第２の異方性高熱伝導体２ａ1、２ａ2、２ｂ1、２ｂ2）とを備える。第１及び第２のチップが、それぞれ、第１及び第２の高熱伝導体の一端に当接し、第１及び第２の異方性高熱伝導体を介して、それぞれ矢印で示すように、独立した２グループの熱分散経路に接続されるようにしたことを特徴とする。
　この冷却装置１０は、例えばアルミニウムからなる複数の平板フィン３と本体１とから構成されるヒートシンク２を有する。また、ベース本体１の平板フィン３形成面１Ｂと反対の面であるベース面１Ａにはパワーモジュール２０が設けられている。パワーモジュール２０は、例えばインバータ回路を構成し直流電力をスイッチングして交流電力に変換しモータ駆動を制御するものである。このパワーモジュール２０は、配線基板２１に発熱体となるパワー半導体からなるチップが６個搭載されている。通常、瞬間的にはパワーモジュール２０内の特定の数チップにのみ電流が流れ発熱するが、発熱するチップが瞬時に切り替わり、各チップが均等に発熱している。一方、例えばサーボモータの駆動では重量物の保持など、モータの回転を伴わずにモータに電力を供給するケースがある。このようなケースではモジュール内の特定の数チップに集中して電流が流れ、局所的に発熱量が増大する。このように、パワーモジュール２０は、局所的に発熱が集中した場合に発熱量が最大となる第１のチップ２２ａ、発熱量が２番目に大きい第２のチップ２２ｂ1,２２ｂ2、発熱量が最小となる第３のチップ２２ｃ1,２２ｃ2,２２ｃ3の６個のチップから構成される。
　チップレイアウトは、第１のチップ２２ａと第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2が隣同士とならず、かつ第１のチップ２２ａは第３のチップ２２ｃ１と第３のチップ２２ｃ3と隣同士となるように配置される。また、第１のチップ２２ａが含まれるｙ方向の列には第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2が配置されない。
　第１のチップ２２ａを含む領域の直下には第１異方性高熱伝導体２ａ1及び第１異方性高熱伝導体２ｂ1が、第２のチップ２２ｂ1と第２のチップ２２ｂ2を含む領域の直下には第２異方性高熱伝導体２ａ2及び第２異方性高熱伝導体２ｂ2が設けられる。なお、パワーモジュール２０の直下には熱伝導率がｙ方向とｚ方向に高く、ｘ方向には小さい第１異方性高熱伝導体２ａ1及び第２異方性高熱伝導体２ａ2が配置され、その下に熱伝導率がｘ方向とｚ方向に高く、ｙ方向には小さい第１異方性高熱伝導体２ｂ1と第２異方性高熱伝導体２ｂ2が配置され、ヒートシンク２と密着されている。異方性熱伝導体としては熱伝導率が高い方向の熱伝導率が１０００Ｗ／ｍＫ以上の例えばグラファイト系材料を用いることができる。
　このような冷却装置１０では、上述のように特定の数チップに集中して電流が流れた場合に第１のチップ２２ａが瞬間的・局所的に発熱量最大となり、第２のチップ２２ｂ1と第２のチップ２２ｂ2の発熱量が２番目に大きくなり、第３のチップ２２ｃ１、第３のチップ２２ｃ2、第３のチップ２２ｃ3はほとんど発熱しない。したがって、第１のチップ２２ａの発熱はパワーモジュール２０の配線基板２１を通して第１異方性高熱伝導体２ａ1に伝わり、ｙ方向とｚ方向に拡散され、更に第１異方性熱伝導体２ｂ1によりｘ方向とｚ方向に拡散されてヒートシンク２に伝わるため、第１のチップ２２ａの瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。また、第２のチップ２２ｂ1と第２のチップ２２ｂ2の発熱はパワーモジュール２０の配線基板２１を通して第２異方性高熱伝導体２ａ2に伝わり、ｙ方向とｚ方向に拡散され、更に第２異方性熱伝導体２ｂ2によりｘ方向とｚ方向に拡散されてヒートシンク２に伝わるため第２のチップｂ1と第２のチップ２２ｂ2の瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。
　また、高熱伝導体は第１のチップ２２ａの直下と第２のチップ２２ｂ1と第２のチップ２２ｂ2の直下で分断され、独立した２グループの熱分散経路を構成する。このため、スイッチング動作で瞬間的に発熱量が増大したときに第２のチップ２２ｂ1と第２のチップ２２ｂ2の熱は主に第２異方性高熱伝導体２ａ2と第２異方性高熱伝導体２ｂ2の内部で拡散される。高熱伝導体が分断されていなければ、第２のチップ２２ｂ1と第２のチップ２２ｂ2の２つのチップが発熱するため発熱面積が広く、第１のチップ２２ａ直下の領域にまで熱が拡散しやすくなり、第１のチップ２２ａの冷却に影響を及ぼす。これに対し本実施の形態では、高熱伝導体が分断されているため、第２のチップ２２ｂ1と第２のチップ２２ｂ2の熱が第１のチップ２２ａ直下の領域に流入し難くなる。従って、第１のチップ２２ａの発熱が効率的に第１異方性高熱伝導体２ａ1と第１異方性高熱伝導体２ｂ1の内部で拡散され第１のチップ２２ａの瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。
　なお、第２のチップ２２ｂ1と第２のチップ２２ｂ2の発熱量の合計と第１のチップ２２ａの発熱量はほぼ同じであるため、分断された高熱伝導体に伝わる熱量が同等となりヒートシンク２全体に均一に熱拡散が可能となり効率よく冷却が可能となる。
　図２－１～図２－５は本発明の実施の形態１によるパワーモジュールの変形例を示す斜視図である。チップがスイッチング動作で発熱したときの構成は、図１－１及び図１－２に示したレイアウト構成に限らず、図２－１～図２－５のように、第１のチップ２２ａと第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2が隣同士とならず、かつ第１のチップ２２ａは第３のチップ２２ｃ1、第３のチップ２２ｃ2、第３のチップ２２ｃ3と隣同士となるように配置されていればよい。
実施の形態２．
　図３は本発明の実施の形態２による冷却装置付きパワーモジュールの斜視図である。図３に示すように、実施の形態２では積層される高熱伝導体の順を逆にしている。パワーモジュール２０の直下には熱伝導率がｘ方向とｚ方向に高く、ｙ方向には小さい第１異方性高熱伝導体２ｂ1及び第２異方性高熱伝導体２ｂ2が配置され、その下に熱伝導率がｙ方向とｚ方向に高く、ｘ方向には小さい第１異方性高熱伝導体２ａ1と第２異方性高熱伝導体２ａ2が配置され、ヒートシンク２と密着せしめられている。
　このような冷却装置１０では、第１のチップ２２ａの発熱はパワーモジュール２０の配線基板２１を通して第１異方性高熱伝導体２ｂ1に伝わり、ｘ方向とｚ方向に拡散され、更に第１異方性熱伝導体２ａ1によりｙ方向とｚ方向に拡散されてヒートシンク２に伝わるため、第１のチップ２２ａの瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。また、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の発熱はパワーモジュール２０の配線基板２１を通して第２異方性高熱伝導体２ｂ2に伝わり、ｘ方向とｚ方向に拡散され、更に下層側の第２異方性熱伝導体２ａ2によりｙ方向とｚ方向に拡散されてヒートシンク２に伝わるため第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。
　また、実施の形態１と同様に高熱伝導体は第１のチップ２２ａの直下と第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の直下で分断されているので、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の熱が第１のチップ２２ａ直下の領域に流入し難くなり、第１のチップ２２ａの発熱が効率的に第１異方性高熱伝導体２ｂ1と第１異方性高熱伝導体２ａ1の内部で拡散され第１のチップ２２ａの瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。
　なお、発熱するチップのレイアウト配置は図３の構成に限らず、図２－１～図２－５の構成であってもよい。
実施の形態３．
　図４は本発明の実施の形態３による冷却装置付きパワーモジュールの斜視図である。図４に示すように、実施の形態１，２では同一サイズの異方性高熱伝導体を積層したが本実施の形態では、パワーモジュール２０側に配置される異方性高熱伝導体のサイズを、熱伝導率が小さいｙ方向ではパワーモジュールと同程度に小さくしたことを特徴とする。すなわち、パワーモジュール側に配置される、熱伝導率がｘ方向とｚ方向に高く、ｙ方向には小さい第１異方性高熱伝導体２ｂ1と第２異方性高熱伝導体２ｂ2のサイズをパワーモジュール２０のｙ方向のサイズに合わせて配置している。その下に、熱伝導率がｙ方向とｚ方向に高く、ｘ方向には小さい第１異方性高熱伝導体２ａ1と第２異方性高熱伝導体２ａ2がヒートシンク２のサイズに合わせて密着して配置されている。
　このような冷却装置１０では、実施の形態２の冷却装置１０と同様に、第１のチップ２２ａ1の発熱はパワーモジュール２０の配線基板２１を通して第１異方性高熱伝導体２ｂ1に伝わり、ｘ方向とｚ方向に拡散され、更に第１異方性熱伝導体２ａ1によりｙ方向とｚ方向に拡散されてヒートシンク２に伝わるため、第１のチップ２２ａ1の瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。また、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の発熱はパワーモジュール２０を通して第２異方性高熱伝導体２ｂ2に伝わり、ｘ方向とｚ方向に拡散され、更に第２異方性熱伝導体２ａ2によりｙ方向とｚ方向に拡散されてヒートシンク２に伝わるため、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。
　また、実施の形態２と同様に高熱伝導体は第１のチップ２２ａの直下と第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の直下で分断されているので、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の熱が第１のチップ２２ａ直下の領域に流入し難くなり、第１のチップ２２ａの発熱が効率的に第１異方性高熱伝導体２ｂ1と第１異方性高熱伝導体２ａ1の内部で拡散され第１のチップ２２ａの瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。
　このとき、第１異方性高熱伝導体２ｂ1と第２異方性高熱伝導体２ｂ2はｘ方向に熱を広げる役割を持つので、ｙ方向の長さはパワーモジュール２０のサイズに合わせた大きさでもｘ方向に熱を広げる能力に支障はなく、高熱伝導体の使用量が減りコスト低減が可能となる。
　なお、本実施の形態においても、パワーモジュール２０における発熱するチップのレイアウト配置は図４の構成に限らず、図２－１～図２－５の構成であってもよい。
実施の形態４．
　図５は本発明の実施の形態４による冷却装置付きパワーモジュールの斜視図である。実施の形態３では積層構造の異方性高熱伝導体のうち、パワーモジュール２０側にｙ方向の熱伝導率の小さい異方性高熱伝導体のサイズをｙ方向で小さくしたが、本実施の形態では、図５に示すように、パワーモジュール２０側に配置される異方性高熱伝導体をｘ方向で熱伝導率が小さいものとした。そしてこの異方性高熱伝導体のサイズを、熱伝導率が小さいｘ方向ではパワーモジュールの配線基板２１の外縁と一致する程度に小さくしたことを特徴とする。すなわち、図５に示すように、本実施の形態４では積層される高熱伝導体のパワーモジュール２０側に配置される、熱伝導率がｙ方向とｚ方向に高く、ｘ方向には小さい第１異方性高熱伝導体２ａ1と第２異方性高熱伝導体２ａ2のサイズをパワーモジュール２０の配線基板のｘ方向のサイズに合わせて小さくして配置している。その下に、熱伝導率がｘ方向とｚ方向に高く、ｙ方向には小さい第１異方性高熱伝導体２ｂ1と第２異方性高熱伝導体２ｂ2がヒートシンク２のサイズに合わせて密着して配置されている。
　このような冷却装置１０では、実施の形態１の冷却装置１０と同様に、第１のチップ２２ａの発熱はパワーモジュール２０の配線基板２１を通して第１異方性高熱伝導体２ａ1に伝わり、ｙ方向とｚ方向に拡散され、更に第１異方性熱伝導体２ｂ1によりｘ方向とｚ方向に拡散されてヒートシンク２に伝わるため、第１のチップ２２ａの瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。また、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の発熱はパワーモジュール２０を通して第２異方性高熱伝導体２ａ2に伝わり、ｙ方向とｚ方向に拡散され、更に第２異方性熱伝導体２ｂ2によりｘ方向とｚ方向に拡散されてヒートシンク２に伝わるため第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。
　また、実施の形態１と同様に高熱伝導体は第１のチップ２２ａの直下と第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の直下で分断されているので、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の熱が第１のチップ２２ａ直下の領域に流入し難くなり、第１のチップ２２ａの発熱が効率的に第１異方性高熱伝導体２ａ1と第１異方性高熱伝導体２ｂ1の内部で拡散され第１のチップ２２ａの瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。
　このとき、第１異方性高熱伝導体２ａ1と第２異方性高熱伝導体２ａ2はｙ方向に熱を広げる役割を持つので、ｘ方向の長さはパワーモジュール２０の配線基板２１のサイズに合わせた大きさでもｙ方向に熱を広げる能力に支障はなく、高熱伝導体の使用量が減りコスト低減が可能となる。
　なお、本実施の形態においても、パワーモジュール２０における発熱するチップのレイアウト配置は図５の構成に限らず、図２－１～図２－５の構成であってもよい。
　また、以上の実施の形態においては、異方性高熱伝導体は２層構造で構成したが、３層以上の多層構造としてもよいことはいうまでもなく、これにより、より高効率の放熱特性を得ることが可能となる。
実施の形態５．
　図６は本発明の実施の形態５による冷却装置付きパワーモジュールの斜視図である。図６に示すように、冷却装置１０は、例えばアルミニウムからなる複数の平板フィン３とベース面１Ａを有する本体１から構成されるヒートシンク２を有する。また、ベース面１Ａにはパワーモジュール２０が設けられ、ベース面１Ａと反対側の面である平板フィン形成面１Ｂには平板フィン３が設けられている。
　実施の形態１と同様に、パワーモジュール２０には発熱体となるパワー半導体チップが６個搭載されており、局所的に発熱が集中した場合に発熱量が最大となる第１のチップ２２ａ、発熱量が２番目に大きい第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2、発熱量が最小となる第３のチップ２２ｃ1,２２ｃ2,２２ｃ3から構成される。
　チップレイアウトは、第１のチップ２２ａと第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2が隣同士とならず、かつ第１のチップ２２ａは第３のチップ２２ｃ1,２２ｃ3と隣同士となるように配置される。また、第１のチップ２２ａが含まれるｙ方向の列には第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2が配置されない。
　第１のチップ２２ａを含む領域の直下にはパワーモジュール２０の配線基板２１のｙ方向のサイズと同等サイズの第１平板状ヒートパイプ３１が、第２のチップ２２ｂ1,２２ｂ2を含む領域の直下にはパワーモジュール２０のｙ方向のサイズと同等サイズの第２平板状ヒートパイプ３２が設けられ、ヒートシンク２と密着されている。
　このような冷却装置１０では、実施の形態１と同様にスイッチング動作により第１のチップ２２ａが瞬間的・局所的に発熱量最大となり、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の発熱量が２番目に大きくなり、第３のチップ２２ｃ1,２２ｃ2,２２ｃ3はほとんど発熱しない。したがって、第１のチップ２２ａの発熱はパワーモジュール２０の配線基板２１を通して第１平板状ヒートパイプ３１に伝わり、ｘ、ｙ、ｚの全方向に拡散されてヒートシンク２に伝わるため、第１のチップ２２ａの瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。また、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の発熱はパワーモジュール２０を通して第２平板状ヒートパイプ３２に伝わり、ｘ、ｙ、ｚの全方向に拡散されてヒートシンク２に伝わるため第２のチップ２２ｂ1,２２ｂ2の瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。
　また、第１及び第２平板状ヒートパイプ３１、３２は第１のチップ２２ａの直下と第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の直下で分断されているので、スイッチング動作で瞬間的に発熱量が増大したときに第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の熱は主に第２平板状ヒートパイプ３２の内部で拡散される。分断されていなければ、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の２つのチップが発熱するため発熱面積が広く、第１のチップ２２ａ直下の領域にまで熱が拡散しやすくなり、第１のチップ２２ａの冷却に影響を及ぼすが、平板状ヒートパイプが分断されているため、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の熱が第１のチップ直下の領域に流入し難くなり、第１のチップ２２ａの発熱が効率的に第１平板状ヒートパイプ３１の内部で拡散され第１のチップ２２ａの瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。
　なお、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の発熱量の合計と第１のチップ２２ａの発熱量はほぼ同じであるため、分断された平板状ヒートパイプ３１，３２に伝わる熱量が同等となりヒートシンク２全体に均一に熱拡散が可能となり効率よく冷却が可能となる。
　なお、本実施の形態においても、パワーモジュール２０における発熱するチップのレイアウト配置は図６の構成に限らず、図２－１～図２－５の構成であってもよい。
実施の形態６．
　図７は本発明の実施の形態６による冷却装置の斜視図である。図７に示すように、実施の形態６ではヒートシンクのｙ方向のサイズと同等サイズの第１平板状ヒートパイプ３１及び第２平板状ヒートパイプ３２が配置され、ヒートシンク２と密着されている。
　このとき、パワーモジュール２０をネジでヒートシンク２に固定する場合、図８に示すように第１平板状ヒートパイプ３１及び第２平板状ヒートパイプ３２の蒸気流路３３を避けて取付穴３４を設けることで、図７のようにパワーモジュール２０の配線基板２１より大きい第１平板状ヒートパイプ３１及び第２平板状ヒートパイプ３２を用いることが可能となる。この取付穴３４にむけて、配線基板２１側からネジ３５を挿通し、第１平板状ヒートパイプ３１及び第２平板状ヒートパイプ３２をパワーモジュール２０に固定している。このため、組み立てが容易であるとともに、密着性が向上し、放熱性が向上する。
　このような冷却装置１では、第１のチップ２２ａの発熱はパワーモジュール２０の配線基板２１を通して第１平板状ヒートパイプ３１に伝わり、ｘ、ｙ、ｚの全方向に拡散されてヒートシンク２に伝わるため、第１のチップ２２ａの瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。また、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の発熱はパワーモジュール２０の配線基板２１を通して第２平板状ヒートパイプ３２に伝わり、ｘ、ｙ、ｚの全方向に拡散されてヒートシンク２に伝わるため第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。
　また、実施の形態５と同様に平板状ヒートパイプは第１のチップ２２ａの直下と第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の直下で分断されているので、第２のチップ２２ｂ1及び第２のチップ２２ｂ2の熱が第１のチップ２２ａ直下の領域に流入し難くなり、第１のチップ２２ａの発熱が効率的に第１平板状ヒートパイプ３１の内部で拡散され第１のチップ２２ａの瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。
　また、第１平板状ヒートパイプ３１及び第２平板状ヒートパイプ３２はｙ方向のサイズがヒートシンク２のサイズとほぼ同等であるため、ヒートシンク２全体に熱拡散が可能となり、効率よく冷却が可能となる。
　なお、本実施の形態においても、パワーモジュール２０における発熱するチップのレイアウト配置は図７の構成に限らず、図２－１～図２－５の構成であってもよい。
　また、実施の形態１～６は、パワーモジュール２０のパワー半導体チップが６個の場合の構成であるが、パワー半導体チップが４個の場合や８個以上の場合でも、発熱が最大となるチップと発熱が２番目に大きいチップが隣同士とならず、かつ、発熱が最大となるチップと発熱が最小となるチップが隣同士となるように配置され、さらに、発熱が最大となるチップが含まれるｙ方向の列には発熱が２番目に大きいチップが配置されないチップレイアウトであればよい。
　さらにまた、発熱量の多い半導体チップ毎にグループ分けを行い、発熱量の多いグループは、互いに独立して熱拡散経路を持つように設計すればよい。
　また、前記実施の形態では、ヒートシンクに平板フィンを装着した例について説明したが、放熱フィンの形状あるいは有無については適宜選択可能である。また、ヒートシンクにおける高熱伝導体の構成ついても、グラファイトの埋め込み構造を用いて集積構造としたり、一部を変質構造として、熱伝導性領域のレイアウトを調整したりすることも可能であり、変更可能であることはいうまでもない。
　以上説明してきたように、本実施の形態によれば、瞬時の発熱をヒートシンク全体で冷却することが可能となり、チップの温度上昇を抑制することができる。また、局所的な発熱を左右などの放熱経路に沿って分散させることができるため、チップ間の干渉を抑制することが可能となる。さらにまた、局所的な発熱が隣接チップ同士で発生しないため、瞬間的な温度上昇を抑制することが可能となる。これらの特徴から、瞬時に発熱量が大きくなる可能性のあるパワーモジュールへの搭載に有用である。
　１　本体、１Ａ　ベース面、１Ｂ　平板フィン形成面、２　ヒートシンク、３　平板フィン、１０　冷却装置、２０　パワーモジュール、２１　配線基板、２２ａ　第１のチップ、２２ｂ1,２２ｂ2　第２のチップ、２２ｃ1,２２ｃ2,２２ｃ3　第３のチップ、２ａ1,２ｂ1　第１異方性高熱伝導体、２ａ2,２ｂ2　第２異方性高熱伝導体、３１　第１平板状ヒートパイプ、３２　第２平板状ヒートパイプ、３３　蒸気流路、３４　取付穴、３５　ネジ。

Claims (9)

  1. 　発熱する第１及び第２のチップを備えたパワーモジュールを冷却するための冷却装置であって、
    　前記パワーモジュールが密着して装着される、ベース面を有するヒートシンクを備え、
    　前記ヒートシンクは、
    　前記ベース面を備えた本体と、
    　前記本体よりも熱伝導率の高い、第１及び第２の高熱伝導体とを備え、
    　前記第１及び第２のチップが、それぞれ、前記第１及び第２の高熱伝導体の一端に当接し、前記第１及び第２の高熱伝導体を介して、それぞれ独立した熱分散経路に接続されることを特徴とする冷却装置。
  2. 　前記第１及び第２の高熱伝導体は縦、横、奥行方向の内の２方向の熱伝導率が高く１方向の熱伝導率が低い平板状の異方性高熱伝導体で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
  3. 　前記第１及び第２の高熱伝導体は、
    　前記ヒートシンクのベース面に沿って配された２層構造の積層異方性高熱伝導体で構成され、
    　第１層目は熱伝導率の低い方向が前記ヒートシンクの表面と水平であり、
    　第２層目は熱伝導率の低い方向が前記ヒートシンクの表面と水平でかつ１層目の熱伝導率が低い方向とは垂直になるように積層されたことを特徴とする請求項２に記載の冷却装置。
  4. 　前記２層構造の積層異方性高熱伝導体は、
    　それぞれ、１層目と２層目で、ヒートシンク面と水平な面の面積が異なることを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
  5. 　前記積層異方性高熱伝導体は、モジュールに近い側の１層目が２層目よりもヒートシンク面と水平な面の面積が小さいことを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
  6. 　前記第１及び第２の高熱伝導体は、平板状ヒートパイプであることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。　
  7. 　前記平板状ヒートパイプは、蒸気流路を避けた位置に取付穴を有し、
    　前記パワーモジュールと、前記平板状ヒートパイプと、前記ヒートシンクは、ネジ止めで密着させたことを特徴とする請求項６に記載の冷却装置。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の冷却装置と、
    　前記冷却装置の前記ヒートシンクの前記ベース面に密着された第１及び第２のチップとを備えたことを特徴とする、冷却装置付きパワーモジュール。
  9. 　前記第１及び第２のチップに加え、１個以上の第３のチップを具備し、
    　発熱量が最大となる前記第１のチップと発熱量が２番目に大きい第２のチップとが隣同士にならないように配された、請求項８に記載の冷却装置付きパワーモジュール。
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