WO2019111755A1 - 半導体装置 - Google Patents

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WO2019111755A1
WO2019111755A1 PCT/JP2018/043527 JP2018043527W WO2019111755A1 WO 2019111755 A1 WO2019111755 A1 WO 2019111755A1 JP 2018043527 W JP2018043527 W JP 2018043527W WO 2019111755 A1 WO2019111755 A1 WO 2019111755A1
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WO
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vent
housing
semiconductor device
electronic component
cooling air
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PCT/JP2018/043527
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正基 佐藤
雄二 白形
規央 鈴木
信二 村田
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三菱電機株式会社
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Publication date
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
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    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20136—Forced ventilation, e.g. by fans
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    • H05K7/20163—Heat dissipaters coupled to components the components being isolated from air flow, e.g. hollow heat sinks, wind tunnels or funnels
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    • H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20909—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components
    • H05K7/20918—Forced ventilation, e.g. on heat dissipaters coupled to components the components being isolated from air flow, e.g. hollow heat sinks, wind tunnels or funnels

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a technique for cooling a heat generating component covered by a housing.
  • Heat dissipation of the power semiconductor device which is a heat generating component is designed by a heat sink, a fan, and the like.
  • the power semiconductor device has a configuration in which a heat sink including a base portion and a fin is screwed to one surface of the power semiconductor element.
  • the heat generated by the power semiconductor element is dissipated by the cooling air generated by a fan or the like being ventilated to the fins of the heat sink.
  • the cooling effect of the parts not attached to the heat sink is smaller than the cooling effect of the power semiconductor element attached to the heat sink.
  • there is a problem that those parts receive heat generated by the power semiconductor element and are overheated.
  • Patent Document 1 discloses an electronic device provided with a through hole penetrating a base portion on which a heat generating component is mounted. By means of the through holes, air accumulation due to the part that blocks ventilation is eliminated, and the cooling effect is improved.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is desirable to form an air passage in a housing and to cool not only semiconductor modules attached to a heat sink but also electronic components provided in the housing. To provide a semiconductor device capable of
  • a semiconductor device includes a fin forming a first air path through which the first cooling air flows from one end to the other end, and a base portion having a plate shape, and the semiconductor module is formed on one surface of the base portion.
  • a heat sink provided on the other surface, a fin provided on the other surface, one surface of the base portion, the semiconductor module, an electronic component operating in conjunction with the semiconductor module, and a circuit board on which the electronic component is mounted
  • a housing which covers and is attached to the base portion of the heat sink and which accommodates the semiconductor module in a space formed between the heat sink and the first surface; a fan which blows the first cooling air into the first air passage and cools the fins;
  • the inside of the case communicates with the outside of the case, and the first vent for taking in the second cooling air in the case communicates with the inside of the case and the outside of the case, and the second cooling air taken in the case is exhausted outside the case Including a second vent toThe first vent is provided above the height of half of the highest part of the electronic component mounted on
  • the second vent passes through one surface and the other surface of the base in the housing.
  • the second cooling air flows from the first vent by the pressure difference between the inside and the outside of the casing formed in the second vent due to the flow of the first cooling air between the first vent and the second vent.
  • a second air passage is formed in the housing, which is taken in from the housing and exhausted to the outside of the housing from the second vent.
  • the wind speed of the second cooling air on one surface of the circuit board is smaller than the wind speed of the second cooling air on the electronic component.
  • the present invention it is possible to provide a semiconductor device in which an air passage is formed in the housing, and not only the semiconductor module attached to the heat sink but also the electronic components provided in the housing are cooled.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor device in a first embodiment.
  • FIG. 1 is a cross sectional view showing a configuration of a semiconductor device in a first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a heat sink included in the semiconductor device in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a view showing pressure distribution at the time of air blowing inside and outside of the semiconductor device in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing flow velocity distributions at the time of air blowing inside and outside the semiconductor device in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a view showing temperature distribution at the time of air blowing inside and outside of the semiconductor device in the first embodiment.
  • FIG. 16 is a cross sectional view showing a configuration of a semiconductor device in a first modification of the first embodiment.
  • FIG. 18 is a cross sectional view showing a configuration of a semiconductor device in a second modification of the first embodiment.
  • FIG. 18 is a cross sectional view showing a configuration of a semiconductor device in a third modification of the first embodiment.
  • FIG. 16 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor device in a fourth modification of the first embodiment.
  • FIG. 18 is a cross sectional view showing a configuration of a semiconductor device in a fourth modification of the first embodiment.
  • FIG. 16 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor device in a second embodiment.
  • FIG. 16 is a perspective view showing a configuration of a semiconductor device in a second embodiment.
  • FIG. 16 is a cross sectional view showing a configuration of a semiconductor device in a second embodiment.
  • FIG. 18 is a perspective view showing a configuration of a heat sink included in the semiconductor device in Embodiment 2.
  • FIG. 18 is a cross sectional view showing a configuration of a semiconductor device in a third embodiment.
  • FIG. 33 is a cross sectional view showing a configuration of a semiconductor device in a fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of the semiconductor device in the first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross sectional view schematically showing a configuration of the semiconductor device in the first embodiment, and shows a cross section taken along line AA 'shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically showing the configuration of the heat sink 5 included in the semiconductor device in the first embodiment.
  • the mounting direction of the semiconductor device is such that one end 3a of the heat sink 5 is on the lower side and the other end 3b is on the upper side.
  • the semiconductor device includes a heat sink 5 to which the semiconductor module 2 is attached, a housing 6, a fan 7, a first vent 8, and a second vent 9.
  • the semiconductor device in the first embodiment includes circuit board 1 and electronic component 10 in addition to the above configuration.
  • the semiconductor module 2 is, for example, a power semiconductor module.
  • the power semiconductor module contains, for example, at least one semiconductor element (not shown).
  • the semiconductor device is, for example, a power semiconductor device including a wide band gap semiconductor such as SiC or GaN.
  • the semiconductor device is, for example, a power semiconductor device including a power semiconductor element.
  • the heat sink 5 is composed of fins 3 forming a first air passage WP1 through which the first cooling air flows from one end 3a to the other end 3b, and a base portion 4 having a plate-like shape.
  • the semiconductor module 2 is provided on one surface 4 a of the base 4, and the fins 3 are provided upright on the other surface 4 b.
  • a plurality of fins 3 are provided, and the fins 3 are provided in parallel to one another.
  • the base portion 4 is provided with a notch 4c which penetrates the one surface 4a and the other surface 4b.
  • the notch 4 c is provided on at least a part of one side of the plate 4 of the base 4.
  • the notch 4 c penetrates the base 4 and the fin 3.
  • the notch portion may have a structure that penetrates the base portion 4 and may not have a structure that penetrates the fin 3.
  • planar shape of the notch 4c is shown as a rectangle, it is not limited to the rectangle, and the shape is not limited.
  • the housing 6 is attached to the base portion 4 of the heat sink 5 so as to cover the one surface 4 a of the base portion 4, the semiconductor module 2, the electronic component 10, and the circuit board 1.
  • the housing 6 accommodates the semiconductor module 2 in a space formed between the housing 6 and the one surface 4 a of the base 4.
  • the electronic component 10 is an electronic component that operates in association with the semiconductor module.
  • the electronic component 10 is mounted on the surface 1 a of the circuit board 1.
  • the electronic component 10 is also provided on the back surface 1 b of the circuit board 1.
  • the circuit board 1 mounts the semiconductor module 2 provided in the housing 6.
  • the fan 7 blows the first cooling air to the fins 3, that is, the first air passage WP ⁇ b> 1 to cool the fins 3.
  • the fan 7 is provided on one end 3 a side of the fin 3. That is, the fan 7 is provided on the opposite side to the notch 4c.
  • the fan 7 blows the first cooling air by sending the air from the one end 3a side to the other end 3b side. Thereby, the fan 7 forcibly air-cools the heat sink 5.
  • the first vent 8 communicates the inside of the housing 6 with the outside of the housing 6, and takes in the second cooling air into the housing 6.
  • the first vent 8 is provided above the half height of the highest portion of the electronic component 10 from the surface 1 a of the circuit board 1.
  • the height from the circuit board 1 of the capacitor 10a, which will be described later, of the electronic component 10 is the highest. Therefore, the first vent 8 is provided above the half height 15 of the top 110a of the capacitor 10a.
  • the direction in which the other end 3 b of the fin 3 is located that is, the right side in the drawing) is the upper side.
  • the first vent 8 is provided such that the center 8a of the first vent 8 is located above the half height 15, and the entirety thereof is located above the half height 15 It is provided as.
  • the first vent 8 is provided in the housing 6.
  • the first vent 8 is provided on the other end 3 b side of the fin 3 on the upper surface 6 a of the housing 6, that is, above the notch 4 c of the base 4.
  • the shape of the 1st vent 8 is shown with a rectangle, it is not restricted to a rectangle and a shape does not ask
  • the first vent 8 may be a hole or may be a mesh formed of a plurality of holes.
  • the second vent 9 penetrates the one surface 4 a and the other surface 4 b of the base 4 in the housing 6.
  • the second vent 9 comprises the notch 4 c of the base 4.
  • the second vent 9 may be configured to include at least a part of the notch 4 c of the base 4.
  • the second vent 9 is preferably provided above the height 15 of the half of the top 110 a of the capacitor 10 a which is the highest electronic component 10.
  • the second vent 9 communicates the inside of the housing 6 with the outside of the housing 6, and exhausts the second cooling air taken into the housing 6 to the outside of the housing 6.
  • the first ventilation port 8 and the second ventilation port 9 are secondly separated by the pressure difference between the inside and the outside of the housing 6 formed in the second ventilation port 9 due to the flow of the first cooling air.
  • a second air passage WP ⁇ b> 2 is formed in which the cooling air is taken in from the first vent 8 and exhausted from the second vent 9 to the outside of the housing 6.
  • the cross-sectional area of the first vent 8 and the cross-sectional area of the second vent 9 are substantially the same.
  • the electronic component 10 is provided in the housing 6 along the second air passage WP2.
  • the electronic component 10 includes an electrical and electronic component, and is, for example, a capacitor 10a.
  • the electronic component 10 is, for example, another semiconductor module 10b.
  • the capacitor 10a is, for example, a large capacitor 10a larger than the semiconductor module 2 or another semiconductor module 10b.
  • the electronic component 10 is not limited to the capacitor 10a, and may be, for example, a transformer or a coil.
  • the housing 6 is attached to the base portion 4 of the heat sink 5 so as to cover the circuit board 1 and the electronic component 10 as well.
  • the housing 6 may be provided with the external connection terminal 11.
  • the external connection terminal 11 is connected to the semiconductor module 2 and the electronic component 10 via the circuit board 1.
  • FIG. 4 is a view showing pressure distribution at the time of air blowing inside and outside of the semiconductor device in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram showing the flow velocity distribution at the time of air blowing inside and outside the semiconductor device in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing a temperature distribution at the time of air blowing inside and outside of the semiconductor device in the first embodiment.
  • FIGS. 4 to 6 shows the analysis result by the finite element method.
  • the analytical model is as follows.
  • the size of the housing 6 is depth 90 mm ⁇ width 150 mm ⁇ height 150 mm.
  • the direction perpendicular to the sheet is the depth direction
  • the lateral direction is the width direction
  • the vertical direction is the height direction.
  • the size of the heat sink 5 is depth 90 mm ⁇ width 150 mm ⁇ height 100 mm.
  • the size of the first vent 8 is depth 50 mm ⁇ width 20 mm.
  • the size of the notch 4 c, that is, the second vent 9 is 50 mm in depth ⁇ 20 mm in width.
  • the calorific value of the semiconductor module is 20 W. Other components do not generate heat.
  • the fan 7 blows the first cooling air having a wind speed of 5 m / s. The wind speed is not set around the housing 6.
  • the outside air temperature of the housing 6 is 20.degree.
  • the first cooling air flows from one end 3 a of the fin 3 to the other end 3 b.
  • the pressure outside the housing 6 is reduced at the second vent 9, that is, the notch 4 c of the base 4 in the first embodiment. Since the air in the housing 6 is surrounded by the housing 6 and the base 4, the pressure in the housing 6 is higher than the pressure of the air flowing through the fins 3 directly below the base 4. Since the gas flows from the high pressure position to the low pressure position, as shown in FIG. 5, the air in the high pressure housing 6 is exhausted out of the low pressure housing 6 through the second vent 9. Be done. The air in the housing 6 is exhausted through the second vent 9 so that the pressure in the housing 6 tends to decrease.
  • the outside air enters the housing 6 from the outside of the housing 6 through the first vent 8. To flow. As a result, an air passage in which the second cooling air flows from the first vent 8 to the second vent 9 is formed.
  • the air passage through which the second cooling air flows is the second air passage WP2 shown in FIG. 2, and the second air passage WP2 is formed to connect the first vent 8 and the second vent 9 Ru.
  • the wind speed of the second cooling air on the surface 1 a of the circuit board 1 is smaller than the wind speed of the second cooling air on the condenser 10 a.
  • the wind speed of the second cooling air on the surface 1a of the circuit board 1 is smaller than the wind speed of the second cooling air on the top 110a of the capacitor 10a which is the electronic component 10 having the highest height from the surface 1a.
  • the semiconductor device cools the semiconductor module 2 and the electronic component 10 such as the capacitor 10a disposed in the vicinity of the second air passage WP2 through which the second cooling air flows, by the second cooling air.
  • the upper portion of the capacitor 10a is cooled.
  • the heat sink 5 is also cooled by the first cooling air, and as a result, the semiconductor module 2 is cooled.
  • the semiconductor device in the first embodiment includes the fins 3 forming the first air passage WP1 through which the first cooling air flows from the one end 3a to the other end 3b, and the base portion 4 having a plate shape.
  • the semiconductor module 2 is provided on one surface 4a of the base 4 and the fins 3 are provided upright on the other surface 4b, the heat sink 5, the one surface 4a of the base 4, the semiconductor module 2, and the semiconductor module 2
  • the semiconductor module is attached to the base portion 4 of the heat sink 5 covering the electronic component 10 operating in association with the circuit board 1 on which the electronic component 10 is mounted, and in the space formed between the one surface 4a and the semiconductor module
  • the housing 6 housing 2 and the fan 7 for blowing the first cooling air to the first air passage WP1 to cool the fins 3 and communicating the inside of the housing 6 with the outside of the housing 6 Take in the second cooling air Includes a vent 8, communicates the outer the housing 6 and the housing 6, and the second vent 9 for exhausting the second cooling air taken into the housing 6 to the outside of the housing
  • the first vent 8 is half the height of the portion (the top 110 a) where the height of the electronic component 10 mounted on one surface (surface 1 a) of the circuit substrate 1 in the housing 6 from the circuit substrate 1 is the highest. It is provided above 15
  • the second vent 9 penetrates the one surface 4 a and the other surface 4 b of the base 4 in the housing 6.
  • the first ventilation port 8 and the second ventilation port 9 are configured by the pressure difference between the inside of the housing 6 and the outside of the housing 6 formed in the second ventilation port 9 due to the flow of the first cooling air.
  • a second air passage WP2 is formed in the housing 6 in which the cooling air is taken in from the first air vent 8 and exhausted from the second air vent 9 to the outside of the housing 6.
  • the wind speed of the second cooling air on one surface (surface 1 a) of the circuit board 1 is smaller than the wind speed of the second cooling air on the electronic component 10.
  • the semiconductor device can form the second air passage WP ⁇ b> 2 in which the second cooling air flows between the first vent 8 and the second vent 9.
  • the semiconductor device can flow the second cooling air into the housing 6 without degrading the performance of the heat sink 5.
  • the air pool generated near the semiconductor module 2 in the housing 6 can be eliminated, and the heat accumulated in the periphery of the semiconductor module 2 can be discharged.
  • the semiconductor device also cools the electronic component 10 mounted in the vicinity of the second air passage WP2. For example, even if a large electronic component 10 such as a capacitor 10a is mounted, the semiconductor device is efficiently cooled. As a result, the life of the capacitor 10a is extended, and the reliability of the semiconductor device is increased.
  • the first vent 8 is located above the height 15 of the half of the top 110 a of the capacitor 10 a having the highest height among the electronic components 10 mounted on the surface 1 a of the circuit board 1. Therefore, the semiconductor device enables efficient exhaust of the high temperature air in the housing 6 without increasing the wind speed in the vicinity of the surface 1 a of the circuit board 1. Further, since foreign substances such as dust are less likely to adhere to the circuit board 1, it is not necessary to take measures against the foreign substances such as coating on the surface 1 a of the circuit board 1. For example, when the wind speed near the surface 1a of the circuit board 1 is 0.3 m / s, foreign matter such as dust and dirt is hard to adhere, and thus no countermeasure against foreign matter is required.
  • the semiconductor device can be reduced in size, weight and cost. Is possible.
  • the above-described wind speed is an example, and may be any speed that does not cause the semiconductor device to break down with dust or dirt.
  • the positions of the first vent 8 and the second vent 9 or the arrangement of the electronic component 10 shown in the first embodiment are merely examples, and the present invention is not limited to the above.
  • the arrangement of the first vent 8 and the second vent 9 may be determined according to the arrangement of the electronic component 10 mounted on the circuit board 1, for example.
  • the first vent 8 and the second vent 9 may be provided such that the second air passage WP2 is formed. Further, in the semiconductor device according to the first embodiment, since the circuit board 1, the semiconductor module 2 and the electronic component 10 are surrounded by the case 6 and the heat sink 5, noise conducted from outside the case 6 into the case 6 is Decrease.
  • the second vent 9 of the semiconductor device of the first embodiment is provided above the half height 15 of the portion (the top 110 a) which is the highest from the circuit board 1.
  • Such a semiconductor device can make the speed of the second cooling air on the surface 1 a of the circuit board 1 smaller than the speed of the second cooling air on the electronic component. Therefore, the semiconductor device enables exhausting high temperature air in the housing 6 while reducing foreign matter adhesion to the surface 1 a of the circuit board 1.
  • the first vent 8 is provided in the housing 6.
  • the base portion 4 includes a notch 4c which penetrates the one surface 4a and the other surface 4b in at least a part of one side of the plate-like shape.
  • One side where the notch 4 c is provided is located on the other end 3 b side of the fin 3.
  • the second vent 9 includes at least a part of the notch 4 c.
  • the semiconductor device does not require the addition of a cooling member such as the fan 7 and the like, but only by adding the processing cost for forming the first vent 8 and the second vent 9. Cooling performance can be improved.
  • the first vent 8 is a mesh, it is possible to prevent dust from entering the housing 6.
  • the notch 4c may be configured to penetrate the inside of the case 6 and the outside of the case 6 and may not penetrate the fin 3 as long as it penetrates the base 4 as described above.
  • the notch part 4c as the 2nd ventilation port 9 should just be the structure which can flow 2nd cooling air in the orthogonal
  • the notch 4c which is the second vent 9 is provided on the windward side of the first cooling air, that is, on the side of the end 3a of the fin 3, Cooling air flows.
  • the notch 4 c be provided on the other end 3 b side of the fins 3.
  • the fan 7 is provided on one end 3a side of the fin 3 and sends the wind from the one end 3a side to the other end 3b side to blow the first cooling air.
  • the semiconductor device can form the second air passage WP ⁇ b> 2 of the second cooling air in the housing 6 without reducing the volume of the first cooling air. That is, the electronic components 10 and the like in the housing 6 can be cooled without impairing the cooling effect of the heat sink 5.
  • the semiconductor device further includes an electronic component 10 provided in the housing 6 along the second air passage WP2 and operating in association with the semiconductor module 2.
  • the electronic component 10 is efficiently cooled by the second cooling air flowing through the second air passage WP2 formed in accordance with each position of the first vent 8 and the second vent 9.
  • the semiconductor device in the first embodiment has a greater effect when the power semiconductor module that controls larger power than the semiconductor module that controls small power is mounted as the semiconductor module 2.
  • the calorific value of the power semiconductor module is larger than the calorific value of the semiconductor module that controls the small electric power. Therefore, the heat sink 5 is attached to the power semiconductor module to improve the heat radiation performance.
  • the power semiconductor device including the power semiconductor module has a configuration covered by the housing 6 in order to prevent contact with the outside.
  • electronic components 10 and the like that operate in association with the circuit board 1 and the semiconductor module 2 are also provided in the housing 6. Since the circulation of air in the housing 6 is hindered by the housing 6, the electronic components 10 and the like not attached to the heat sink 5 require an independent heat radiation design.
  • the second air path WP2 for the second cooling air is formed in the housing 6, so that the housing is effective even if the semiconductor device is a power semiconductor device. Cooling of the circuit board 1 and the electronic component 10 etc. in 6 is possible.
  • the second air passage WP2 of the second cooling air is formed above the large-sized electronic component 10 such as another semiconductor module 10b and the capacitor 10a mounted on the circuit board 1 It had been.
  • the second cooling air was cooling the components mounted on the circuit board 1.
  • the configuration and operation of the semiconductor device are not limited thereto.
  • the second air path of the second cooling air formed in the housing 6 by changing the position of the first vent 8, the position of the second vent 9, or the arrangement of the electronic component 10 mounted on the circuit board 1
  • the change of WP2 is possible, and the change of electronic component 10 for cooling is also possible.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device in the first modification of the first embodiment.
  • the circuit board 1 of the semiconductor device in the first modification of the first embodiment is attached at a position inverted by 180 degrees with respect to the attachment position of the circuit board 1 of the semiconductor device shown in FIG.
  • the first vent 8 is provided above the height of half of the highest portion of the electronic component 10 from the back surface 1 b of the circuit board 1.
  • the height from the circuit board 1 of another semiconductor module 10b is the highest.
  • the first vent 8 is provided above the half height 15 of the top 110 b of the other semiconductor module 10 b.
  • the direction in which the other end 3b of the fin 3 is located ie, the right side of the drawing
  • the first vent 8 is provided such that the center 8 a of the first vent 8 is located above the half height 15.
  • the whole of the first vent 8 may be provided above the half height 15 described above.
  • a second air passage WP ⁇ b> 2 of the second cooling air formed by the first vent 8 and the second vent 9 is formed on the back surface 1 b side of the circuit board 1.
  • the back surface 1b of the circuit board 1 is the surface on the opposite side to the surface 1a on which the capacitor 10a is mounted.
  • the semiconductor device can cool the circuit board 1 and the electronic components 10 and the like attached to the back surface 1 b of the circuit board 1.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device in the second modification of the first embodiment.
  • the circuit board 1 in the second modification is mounted at a position rotated by 90 degrees with respect to the mounting position of the circuit board 1 of the semiconductor device in the first embodiment shown in FIG.
  • the first vent 8 is provided on the side surface 6 b of the housing 6.
  • the side surface 6 b is located on the end 3 a side of the fin 3. That is, the first vent 8 and the second vent 9 are respectively provided at diagonal positions of the circuit board 1.
  • the first vent 8 is provided above the half height of the highest portion (the top 110 a) of the electronic component 10 from the surface 1 a of the circuit board 1.
  • the front side in the drawing is the upper side.
  • the second vent 9 is also preferably provided above the half height of the top portion 110a.
  • the large-sized electronic component 10 such as the capacitor 10 a mounted on the circuit board 1 is disposed so as not to completely block the second air passage WP ⁇ b> 2 of the second cooling air.
  • the electronic component 10 that needs to be cooled is disposed in the vicinity of the second air passage WP2 of the second cooling air.
  • the second air passage WP ⁇ b> 2 of the second cooling air is formed between the first vent 8 and the second vent 9 provided diagonally.
  • the semiconductor device can cool the electronic component 10 that needs to be cooled by the second cooling air.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device in the third modification of the first embodiment.
  • the circuit board 1 in the third modification is mounted at a position rotated by 90 degrees with respect to the mounting position of the circuit board 1 of the semiconductor device in the first embodiment shown in FIG.
  • the position of the first vent 8 and the position of the second vent 9 are the same as in the first embodiment. That is, the first vent 8 is provided above the half height of the portion (the top 110 a) at which the height of the electronic component from the surface 1 a of the circuit board 1 is the highest.
  • the front side of the drawing is the upper side.
  • the second vent 9 is also preferably provided above the half height of the top portion 110a.
  • An electronic component heat sink 12 for cooling the electronic component 10 and the electronic component 10 is further provided in the housing 6.
  • the mounting position of the electronic component 10 to which the heat sink 12 for electronic components is attached is a position overlapping the second air passage WP ⁇ b> 2 of the second cooling air flowing from the first vent 8 to the second vent 9.
  • the electronic component 10 is another semiconductor module 10 b different from the semiconductor module 2 attached to the heat sink 5.
  • the electronic component heat sink 12 is, for example, a heat sink smaller than the heat sink 5 to which the semiconductor module 2 is attached.
  • the semiconductor device enables forced cooling of the electronic component heat sink 12, and in turn can cool the electronic component 10 (another semiconductor module 10 b). Therefore, the characteristic change due to the temperature change is small in the electronic component 10, and the reliability of the semiconductor device on which the electronic component 10 is mounted is enhanced. Further, the heat sink 5 to which the semiconductor module 2 is attached and the electronic component heat sink 12 are separately disposed. Therefore, the semiconductor device can simultaneously cool the semiconductor module 2 and the electronic component 10 having different temperature rise rates.
  • FIG. 10 is a perspective view showing the configuration of the semiconductor device in the fourth modification of the first embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device in the fourth modification of the first embodiment, and shows the cross section taken along line BB ′ shown in FIG.
  • the fan 7 is provided on the side of the notch 4 c, that is, on the side of the other end 3 b of the fin 3.
  • the fan 7 blows the first cooling air by sucking the air from the one end 3 a side of the fin 3 to the other end 3 b side. Even with a semiconductor device having such a configuration, the same effects as in the first embodiment can be obtained.
  • the upper end 7a of the fan 7 is preferably provided at a position higher than the position of the notch 4c. That is, it is preferable that the fan 7 be provided above the surface whose upper end 7 a is defined by the other surface 4 b of the base 4.
  • the upper side is the direction in which the upper surface 6 a of the housing 6 is located. With such a configuration, the fan 7 also sucks in the second cooling air exhausted from the second vent 9 and exhausts it outside the housing 6.
  • the fan 7 may be a fan 7 having a variable air flow speed, that is, a rotational speed.
  • the pressure difference between the inside of the housing 6 and the outside of the housing 6 becomes large.
  • the volume of the second cooling air flowing between the first vent 8 and the second vent 9 is increased as compared with the case where the ventilation speed of the fan 7 is slow.
  • the flow rate of the second cooling air depends on the ventilation speed of the fan 7.
  • the semiconductor device in which the ventilation speed of the fan 7 is variable can variably control the cooling effect in the housing 6.
  • the semiconductor device may be provided with a temperature sensor (not shown) and a fan controller (not shown).
  • the temperature sensor is provided in the housing 6 to measure the temperature in the semiconductor module 2 or the housing 6.
  • the fan controller changes the rotational speed of the fan 7 according to the temperature measurement result by the temperature sensor.
  • the semiconductor module 2 is screwed, for example, to one surface 4 a of the base 4 of the heat sink 5 via a heat dissipating grease.
  • the semiconductor module 2 may be attached to the heat sink 5 via another heat dissipation member such as a heat dissipation sheet.
  • polishing the one surface 4 a of the base 4 to which the semiconductor module 2 is attached the thermal resistance interposed between the semiconductor module 2 and the heat sink 5 can be reduced. Furthermore, the radiant heat radiated from the heat sink 5 can be reduced, and the temperature rise of the components in the housing 6 can be prevented.
  • the semiconductor module 2 is mounted on the circuit board 1 by, for example, soldering the plurality of terminals 2 a protruding from the outer surface of the semiconductor module 2 to the circuit board 1.
  • the semiconductor module 2 may be mounted on the circuit board 1 by press-fit terminals. The mounting with the press-fit terminal improves the assemblability of the semiconductor device.
  • the number of semiconductor modules 2 attached to the heat sink 5 does not matter. However, when a plurality of semiconductor modules are attached to the heat sink 5, each semiconductor module is attached to the heat sink 5 via a heat dissipating member having an insulating property.
  • the base 4 and the fins 3 of the heat sink 5 may be separate parts or may be an integral part. When they are separate parts, they are connected by, for example, caulking or brazing. In the case of an integral part, both are integrally molded, for example, by extrusion molding or aluminum die casting.
  • the notch part 4c which the heat sink 5 has is cut and formed in a part of base part 4 before crimping and brazing.
  • the notches 4c may be formed by extrusion molding or aluminum die casting using a mold having a shape corresponding to the notches 4c.
  • Embodiment 2 A semiconductor device in Embodiment 2 will be described. Descriptions of configurations and operations similar to those of the first embodiment will be omitted.
  • FIG. 12 and 13 are perspective views schematically showing the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment.
  • FIG. 13 shows the semiconductor device viewed from the opposite side to FIG.
  • FIG. 14 is a cross sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device in the second embodiment, and shows a cross section taken along line C-C 'shown in FIGS.
  • FIG. 15 is a perspective view schematically showing a configuration of the heat sink 5 included in the semiconductor device in the second embodiment.
  • circuit board 1 in the second embodiment is mounted at a position rotated 90 degrees with respect to the mounting position of circuit board 1 of the semiconductor device in the first embodiment shown in FIG. ing.
  • the mounting direction of the semiconductor device is such that the back side in the drawing of FIG. 14 is the lower side, and the front side in the drawing is the upper side.
  • the base 4 is provided with a step 4 d and a notch 4 c.
  • the stepped portion 4 d is provided on the one surface 4 a including at least a part of the first side 41 having a plate-like shape of the base portion 4.
  • the first side 41 on which the stepped portion 4 d is provided is located on one end 3 a side of the fin 3. That is, the step 4 d is formed on the side where the fan 7 is attached. Further, the step 4 d does not penetrate the base 4.
  • the notch 4c is formed by penetrating the one surface 4a and the other surface 4b in at least a part of the second side 42 having a plate shape.
  • the second side 42 in which the notch 4 c is provided is located on the other end 3 b side of the fin 3. That is, the configuration of the notch 4c is the same as that of the first embodiment.
  • the fan 7 is provided on one end 3 a side of the fin 3, and sends the air from the one end 3 a side to the other end 3 b side to blow the first cooling air.
  • the fan 7 is provided such that the upper end portion 7a is located below the surface defined by the bottom surface 4e of the stepped portion 4d.
  • the upper end portion 7a of the fan 7 is positioned approximately the same as the height of the fins 3 and is positioned lower than the bottom surface 4e of the step 4d. That is, the fan 7 is provided such that the upper end portion 7 a is located at the same level as or lower than the surface defined by the other surface 4 b of the base 4.
  • the lower side is the direction in which the fins 3 are positioned with respect to the base 4.
  • the first vent 8 includes at least a part of the stepped portion 4 d.
  • the first vent 8 comprises the step 4 d.
  • the first vent 8 is provided above the height of half of the portion (the top 110 a) at which the height from the surface 1 a of the circuit board 1 of the electronic component 10 is the highest.
  • the front side in the drawing is the upper side.
  • the first vent 8 is provided such that the center of the first vent 8 is located above the half height thereof.
  • the second vent 9 includes at least a part of the notch 4 c.
  • the second vent 9 is composed of the notch 4c.
  • the second vent 9 is also preferably provided, for example, above the half height of the top 110a.
  • the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment is substantially the same as that according to the first embodiment, but the first vent 8 is not provided in the housing 6 and provided in the step 4 d of the heat sink 5. It differs in that it is
  • the step 4 d since the step 4 d is located above the fan 7, part of the first cooling air does not flow into the housing 6 through the step 4 d. Therefore, the outside air, that is, the second cooling air is taken in from the outside of the housing 6 through the step 4 d and exhausted through the notch 4 c. Then, a second air passage WP ⁇ b> 2 through which the second cooling air flows is formed between the stepped portion 4 d which is the first vent 8 and the notch 4 c which is the second vent 9.
  • the semiconductor device can improve the cooling effect of the components mounted in the vicinity of the second air passage WP ⁇ b> 2 of the second cooling air.
  • the semiconductor module 2 is cooled by the second cooling air in addition to the cooling by the heat sink 5. Therefore, the cooling performance of the semiconductor module 2 is improved without improving the performance of the fan 7.
  • the semiconductor device can suppress the characteristic change due to the temperature change of the semiconductor module 2 and can improve the reliability of the semiconductor device itself.
  • the semiconductor device improves the cooling effect of not only the semiconductor module 2 but also other electronic components 10 such as the capacitor 10 a mounted near the second air passage WP ⁇ b> 2 of the second cooling air. As a result, the life of the electronic component 10 is increased, and the reliability of the semiconductor device is increased.
  • the semiconductor device according to the first embodiment in order to form the second air path WP2 in the housing 6, it is necessary to process both the housing 6 and the heat sink 5.
  • the second air passage WP2 can be formed only by the processing of the heat sink 5. It is possible to manufacture a semiconductor device at low cost by suppressing an increase in processing steps.
  • the configuration of the first vent 8 is not limited to the above configuration.
  • the first vent 8 is formed only of the stepped portion 4 d, it is impossible for the first vent 8 to have an opening larger than the thickness of the base 4.
  • a hole may be further provided in the housing 6 as another first vent in the housing 6 near the stepped portion 4 d.
  • the semiconductor device can secure an inlet of the second cooling air larger than the thickness of the base 4 as the first vent, and the cooling effect is improved.
  • a plurality of second air passages are also formed by providing another first vent at a place different from the stepped portion 4d.
  • the shapes of the notch 4c and the step 4d do not matter.
  • the shape of the step 4 d may have a slope corresponding to the direction in which air flows. Thereby, the cooling effect is improved without interrupting the flow of air.
  • the fan 7 may be provided on the side of the notch 4c, that is, on the side of the other end 3b of the fin 3 (not shown).
  • the fan 7 included in the semiconductor device according to the modification of the second embodiment blows the first cooling air by sucking the air from the one end 3 a side to the other end 3 b side of the fin 3. Even with the semiconductor device having such a configuration, the same effects as in the second embodiment can be obtained.
  • the upper end 7a of the fan 7 is preferably provided at a position higher than the position of the notch 4c. That is, it is preferable that the fan 7 be provided above the surface whose upper end 7 a is defined by the other surface 4 b of the base 4.
  • the upper side is the direction in which the upper surface 6 a of the housing 6 is located.
  • FIG. 16 is a cross sectional view schematically showing a configuration of the semiconductor device in the third embodiment.
  • the semiconductor device according to the third embodiment differs from the second embodiment in the configuration of the fan 7. Descriptions of configurations and operations similar to those of the second embodiment will be omitted.
  • the mounting direction of the semiconductor device is such that the back in the drawing of FIG. 16 is the lower side, and the front in the drawing is the upper side.
  • the fan 7 not only blows the first cooling air to the first air passage WP1, but also blows the second cooling air toward the first vent 8.
  • the fan 7 is provided on one end 3 a side of the fin 3. Further, the upper end portion 7a of the fan 7 is positioned higher than the bottom surface 4e of the stepped portion 4d. That is, the fan 7 is provided such that the upper end portion 7 a is positioned above the surface defined by the bottom surface 4 e of the stepped portion 4 d of the base portion 4.
  • the step 4 d is located above the fan 7, part of the cooling air blown by the fan 7 does not flow into the housing 6 through the step 4 d.
  • the step 4 d is located below the upper end 7 a of the fan 7, the second cooling air blown by the fan 7 is introduced into the housing 6 through the step 4 d. It is captured.
  • the fan 7 blows the second cooling air toward the first air vent 8
  • the second air is taken from the first air vent 8 and the second air vent 8 and the second air vent 9
  • a second air passage WP2 exhausted from the air vent 9 to the outside of the housing 6 is formed.
  • the semiconductor module 2 not only radiates heat at the surface in contact with the heat sink 5, but also forcibly from the surface on the opposite side to the surface in contact with the heat sink 5 by the second cooling air. It is air cooled.
  • the semiconductor device can improve the cooling effect without improving the size of the heat sink 5 or the performance of the fins 3.
  • the semiconductor device can suppress the characteristic change of the semiconductor module 2 due to the temperature change, and can enhance the reliability of the semiconductor device itself.
  • the first vent 8 is constituted by the stepped portion 4d
  • the second vent 9 is constituted by the notch 4c, but the configuration of the first vent 8 and the second vent 9 is Not limited to these.
  • the first vent 8 is configured such that the fan 7 can blow the second cooling air to the first vent 8 and can blow the first cooling air to the fins 3, and between the second vent 9 and the first air vent 8.
  • Other configurations may be employed as long as the second air passage can be formed.
  • first vent 8 and the second vent 9 in the third embodiment are formed only by processing the heat sink 5 as in the second embodiment. An increase in the number of processing steps can be suppressed, and a semiconductor device can be manufactured at low cost.
  • the semiconductor device can cope with both the case of enhancing the effect of natural air cooling in the housing 6 and the case of enhancing the effect of forced air cooling.
  • the stepped portion 4 d may penetrate through the base portion 4. Since the area into which the cooling air blown from the fan 7 enters is increased, the cooling effect in the housing 6 is improved.
  • the first vent 8 is provided above the half height of the portion (the top 110 a) where the height of the electronic component 10 from the surface 1 a of the circuit board 1 is the highest.
  • the front side in the drawing is the upper side.
  • the first vent 8 is provided such that the center of the first vent 8 is located above the half height thereof.
  • the second vent 9 is also preferably provided, for example, above the half height of the top 110a.
  • Such a semiconductor device can make the speed of the second cooling air on the surface 1 a of the circuit board 1 smaller than the speed of the second cooling air on the electronic component 10. Therefore, the semiconductor device enables exhausting high temperature air in the housing 6 while reducing foreign matter adhesion to the surface 1 a of the circuit board 1.
  • FIG. 17 is a cross sectional view schematically showing a configuration of the semiconductor device in the fourth embodiment.
  • the semiconductor device in the fourth embodiment differs from the semiconductor devices shown in the first to third embodiments in that a plate 20 is provided between the second air path WP2 in the housing 6 and the circuit board 1. Descriptions of configurations and operations similar to those in Embodiments 1 to 3 will be omitted.
  • the height of the capacitor 10 a from the circuit board 1 is the highest.
  • the plate 20 is disposed above the height 15 of the half (uppermost portion 110 a) of the highest portion of the capacitor 10 a from the surface 1 a of the circuit board 1.
  • the plate 20 is fixed to the housing 6 by screws, adhesion, welding, rivets or the like.
  • Plate 20 has one or more openings 21.
  • the opening 21 exhausts the air warmed by the heat generated during operation of the circuit board 1 or the electronic component 10 to the second air passage WP2. Then, the air exhausted to the second air path WP2 is dissipated to the outside of the semiconductor device by the second cooling air. Further, the opening 21 may be provided corresponding to the position of the electronic component 10 in order to facilitate attachment of the plate 20. Such a plate 20 can be attached by aligning the opening 21 with the electronic component 10 mounted on the circuit board 1 and inserting it.
  • the plate 20 prevents foreign matter such as dust and insects flowing into the housing 6 from the outside by the second cooling air from being deposited on the circuit board 1. Therefore, it is not necessary to coat the circuit board 1 for preventing the adhesion of foreign matter. Further, it is not necessary to provide the first vent 8 with a filter or a labyrinth structure. As a result, miniaturization and cost reduction of the semiconductor device become possible.
  • the material of the plate 20 is, for example, a resin such as ABS (Acrylonitrile Butadiene Strene), PBT (Polybutylene terephtalate), PPS (Polyphenylene Sulfide) or the like.
  • the material of the plate 20 is a metal such as iron or aluminum.
  • the material of the plate 20 is not limited to them.
  • the plate 20 when the plate 20 is made of metal, the plate 20 reduces electrical noise.
  • the plate 20 may be a mesh-like member or a filter. The plate 20 need not be provided to cover the entire second air passage WP2.
  • the same configuration as that of the first to third embodiments provides the same effect as that of the first to third embodiments described above.
  • each embodiment can be freely combined, or each embodiment can be appropriately modified or omitted.
  • the present invention has been described in detail, the above description is an exemplification in all aspects, and the present invention is not limited thereto. It is understood that countless variations not illustrated are conceivable without departing from the scope of the present invention.
  • SYMBOLS 1 circuit board 2 semiconductor modules, 3 fins, 3a one end, 3b other end, 4 base parts, 41 1st side, 42 2nd side, 4a one side, 4b other side, 4c notch part, 4d level difference part, 4e Bottom surface, 5 heat sinks, 6 housings, 7 fans, 7a upper end, 8 first vents, 9 second vents, 10 electronic components, 12 heat sinks for electronic components, WP1 first air path, WP2 second air path.

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Abstract

筐体内の半導体モジュールおよび電子部品を冷却する半導体装置の提供を目的とする。半導体装置は、フィンと板状のベース部とを含み、ベース部の一方面には半導体モジュールが設けられ、他方面にはフィンが設けられるヒートシンクと、ベース部の一方面と半導体モジュールと電子部品と回路基板とを覆ってベース部に取り付けられ、一方面との間に半導体モジュールを収容する筐体と、フィンを冷却するファンと、それぞれが筐体内外を連通する第１通気口と第２通気口とを備える。第１通気口は、筐体内の回路基板の一面に実装された電子部品の回路基板からの高さが最も高い部分の半分の高さよりも上部に設けられる。第２通気口は、筐体内におけるベース部の一方面と他方面とを貫通してなる。第１通気口と第２通気口とは、風路を筐体内に形成する。回路基板の一面における冷却風の風速は、電子部品上における冷却風の風速よりも小さい。

Description

半導体装置
　本発明は、半導体装置に関するものであり、特に、筺体に覆われた発熱部品の冷却技術に関する。
　発熱部品である電力半導体装置の放熱は、ヒートシンクおよびファン等によって設計される。例えば、電力半導体装置は、電力半導体素子の一方の面に、ベース部とフィンからなるヒートシンクがネジ留めされた構成を有する。電力半導体素子にて発生する熱は、ヒートシンクのフィンに、ファン等によって生成される冷却風が通風されることで放熱される。しかし、ヒートシンクに取り付けられていない部品の冷却効果は、ヒートシンクに取り付けられた電力半導体素子の冷却効果よりも小さい。また、それらの部品が電力半導体素子にて発生した熱を受熱し、過熱される課題がある。
　特許文献１には、発熱部品を搭載したベース部を貫通する貫通孔が設けられた電子機器装置が開示されている。貫通孔によって、通風を滞らせる部品による空気溜まりが解消し、冷却効果が向上している。
特開２０１４－１６５４０９号公報
　特許文献１に記載の電子機器装置においては、冷却風が流れる風路が形成されておらず、ベース部に取り付けられた発熱部品以外の発熱部品が冷却されない。
　本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、筐体内に風路を形成し、ヒートシンクに取り付けられた半導体モジュールだけでなく、筐体内に設けられる電子部品も冷却することが可能な半導体装置の提供を目的とする。
　本発明に係る半導体装置は、一端から他端に第１冷却風が流れる第１風路を形成するフィンと板状の形状を有するベース部とを含み、ベース部の一方面には半導体モジュールが設けられ、他方面にはフィンが立てて設けられるヒートシンクと、ベース部の一方面と、半導体モジュールと、半導体モジュールと関連して動作する電子部品と、電子部品が実装された回路基板と、を覆ってヒートシンクのベース部に取り付けられ、一方面との間に形成される空間に半導体モジュールを収容する筐体と、第１風路に第１冷却風を送風し、フィンを冷却するファンと、筐体内と筐体外とを連通し、筐体内に第２冷却風を取り込む第１通気口と、筐体内と筐体外とを連通し、筐体内に取り込まれた第２冷却風を筐体外に排気する第２通気口と、を含む。第１通気口は、筐体内の回路基板の一面に実装された電子部品の回路基板からの高さが最も高い部分の半分の高さよりも上部に設けられる。第２通気口は、筐体内におけるベース部の一方面と他方面とを貫通してなる。第１通気口と第２通気口とは、第１冷却風の流れに起因して第２通気口に形成される筐体内と筐体外との圧力差によって、第２冷却風が第１通気口から取り込まれ第２通気口から筐体外に排気される第２風路を筐体内に形成する。回路基板の一面における第２冷却風の風速は、電子部品上における第２冷却風の風速よりも小さい。
　本発明によれば、筐体内に風路を形成し、ヒートシンクに取り付けられた半導体モジュールだけでなく、筐体内に設けられる電子部品も冷却する半導体装置の提供が可能である。
　本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白になる。
実施の形態１における半導体装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態１における半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１における半導体装置が含むヒートシンクの構成を示す斜視図である。 実施の形態１における半導体装置の内部および外部の送風時の圧力分布を示す図である。 実施の形態１における半導体装置の内部および外部の送風時の流速分布を示す図である。 実施の形態１における半導体装置の内部および外部の送風時の温度分布を示す図である。 実施の形態１の変形例１における半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１の変形例２における半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１の変形例３における半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態１の変形例４における半導体装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態１の変形例４における半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態２における半導体装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態２における半導体装置の構成を示す斜視図である。 実施の形態２における半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態２における半導体装置が含むヒートシンクの構成を示す斜視図である。 実施の形態３における半導体装置の構成を示す断面図である。 実施の形態４における半導体装置の構成を示す断面図である。
　＜実施の形態１＞
　（半導体装置の構成）
　実施の形態１における半導体装置を説明する。図１は、実施の形態１における半導体装置の構成を概略的に示す斜視図である。図２は、実施の形態１における半導体装置の構成を概略的に示す断面図であり、図１に示されるＡ－Ａ’における断面を示す。図３は、実施の形態１における半導体装置が含むヒートシンク５の構成を概略的に示す斜視図である。実施の形態１において、半導体装置の取り付け方向は、ヒートシンク５の一端３ａが下側であり、他端３ｂが上側である。
　半導体装置は、図２に示されるように、半導体モジュール２が取り付けられたヒートシンク５、筐体６、ファン７、第１通気口８および第２通気口９で構成される。実施の形態１における半導体装置は、上記の構成に加え、回路基板１および電子部品１０を含む。半導体モジュール２は、例えば、電力半導体モジュールである。電力半導体モジュールは、例えば、少なくとも１つの半導体素子（図示せず）を内包する。その半導体素子は、例えば、ＳｉＣまたはＧａＮ等のワイドバンドギャップ半導体を含む電力半導体素子である。半導体装置は、例えば、電力半導体素子を含む電力半導体装置である。
　ヒートシンク５は、一端３ａから他端３ｂに第１冷却風が流れる第１風路ＷＰ１を形成するフィン３と板状の形状を有するベース部４とで構成される。ベース部４の一方面４ａには半導体モジュール２が設けられ、他方面４ｂにはフィン３が立てて設けられている。図３に示されるように、実施の形態１において、複数のフィン３が設けられ、各フィン３は互いに平行に設けられている。また、ベース部４には、一方面４ａと他方面４ｂとを貫通する切欠き部４ｃが設けられている。切欠き部４ｃは、ベース部４の板状の形状をなす一辺の少なくとも一部に設けられている。その切欠き部４ｃが設けられる一辺は、フィン３の他端３ｂ側に位置する。その切欠き部４ｃは、ベース部４およびフィン３を貫通している。ただし、切欠き部４ｃの形態はこれに限られるものではない。切欠き部はベース部４を貫通した構造であればよく、フィン３を貫通しない構造であってもよい。また、切欠き部４ｃは、平面形状が、長方形で示されているが、長方形に限られるものではなく、形状は問わない。
　筐体６は、ベース部４の一方面４ａと半導体モジュール２と電子部品１０と回路基板１とを覆ってヒートシンク５のベース部４に取り付けられている。筐体６は、ベース部４の一方面４ａとの間に形成される空間に半導体モジュール２を収容する。電子部品１０は半導体モジュールと関連して動作する電子部品である。電子部品１０は、回路基板１の表面１ａに実装されている。また、実施の形態１においては、回路基板１の裏面１ｂにも電子部品１０が設けられている。また、回路基板１は、筐体６内に設けられた半導体モジュール２を実装する。
　ファン７は、フィン３につまり第１風路ＷＰ１に第１冷却風を送風し、フィン３を冷却する。実施の形態１において、ファン７は、フィン３の一端３ａ側に設けられる。つまり、ファン７は、切欠き部４ｃとは反対側に設けられている。ファン７は、一端３ａ側から他端３ｂ側に風を送り出すことにより第１冷却風を送風する。それにより、ファン７は、ヒートシンク５を強制的に空冷する。
　第１通気口８は、筐体６内と筐体６外とを連通し、筐体６内に第２冷却風を取り込む。第１通気口８は、電子部品１０の回路基板１の表面１ａからの高さが最も高い部分の半分の高さよりも上方に設けられる。ここでは、電子部品１０のうち後述するコンデンサ１０ａの回路基板１からの高さが最も高い。そのため、第１通気口８は、コンデンサ１０ａの最上部１１０ａの半分の高さ１５よりも上方に設けられる。図２に示される半導体装置おいてフィン３の他端３ｂが位置する方向（すなわち図面の右側）が上方である。第１通気口８は、第１通気口８の中心８ａが半分の高さ１５よりも上方に位置するように設けられており、また、その全体が半分の高さ１５よりも上方に位置するように設けられている。実施の形態１において、第１通気口８は、筐体６に設けられている。ここでは、第１通気口８は、筐体６の上面６ａにおいてフィン３の他端３ｂ側、つまり、ベース部４の切欠き部４ｃの上方に設けられている。また、図１においては、第１通気口８の形状は長方形で示されているが、長方形に限られるものではなく、形状は問わない。また、第１通気口８は、穴隙であってもよいし、複数の穴からなる網目であってもよい。
　第２通気口９は、筐体６内におけるベース部４の一方面４ａと他方面４ｂとを貫通してなる。実施の形態１において、第２通気口９は、ベース部４の切欠き部４ｃからなる。第２通気口９は、ベース部４の切欠き部４ｃの少なくとも一部を含む構成であってもよい。第２通気口９は、例えば、図２に示されるように、最も高い電子部品１０であるコンデンサ１０ａの最上部１１０ａの半分の高さ１５よりも上方に設けられることが好ましい。第２通気口９は、筐体６内と筐体６外とを連通し、筐体６内に取り込まれた第２冷却風を筐体６外に排気する。
　第１通気口８と第２通気口９とは、第１冷却風の流れに起因して第２通気口９に形成される筐体６内と筐体６外との圧力差により、第２冷却風が第１通気口８から取り込まれ第２通気口９から筐体６外に排気される第２風路ＷＰ２を形成する。実施の形態１において、第１通気口８の断面積と第２通気口９の断面積とは、同程度である。
　電子部品１０は、第２風路ＷＰ２に沿って筐体６内に設けられる。電子部品１０は電気電子部品を含み、例えば、コンデンサ１０ａである。または、電子部品１０は、例えば、別の半導体モジュール１０ｂである。コンデンサ１０ａは、例えば、半導体モジュール２または別の半導体モジュール１０ｂよりも大きい大型のコンデンサ１０ａである。電子部品１０は、コンデンサ１０ａに限定されるものではなく、例えばトランスまたはコイルであってもよい。筐体６は、回路基板１および電子部品１０も覆って、ヒートシンク５のベース部４に取り付けられている。また、筐体６には、外部接続端子１１が設けられていてもよい。外部接続端子１１は、回路基板１を介して、半導体モジュール２および電子部品１０に接続される。
　（半導体装置の冷却動作）
　次に、半導体装置の動作を説明する。図４は、実施の形態１における半導体装置の内部および外部の送風時の圧力分布を示す図である。図５は、実施の形態１における半導体装置の内部および外部の送風時の流速分布を示す図である。図６は、実施の形態１における半導体装置の内部および外部の送風時の温度分布を示す図である。図４から図６のいずれも、有限要素法による解析結果を示す。
　解析モデルは以下の通りである。筐体６のサイズは、奥行き９０ｍｍ×幅１５０ｍｍ×高さ１５０ｍｍである。図４において、紙面垂直方向が奥行き方向であり、左右方向が幅方向であり、上下方向が高さ方向である。ヒートシンク５のサイズは、奥行き９０ｍｍ×幅１５０ｍｍ×高さ１００ｍｍである。第１通気口８のサイズは、奥行き５０ｍｍ×幅２０ｍｍである。切欠き部４ｃつまり第２通気口９のサイズは、奥行き５０ｍｍ×幅２０ｍｍである。半導体モジュールの発熱量は、２０Ｗである。なお、その他の構成部品は、発熱しない。また、ファン７は、風速５ｍ／ｓの第１冷却風を送風する。なお、筐体６の周囲において風速は設定されていない。筐体６の外気温度は、２０℃である。
　ファン７が駆動することで、フィン３の一端３ａから他端３ｂに第１冷却風が流れる。第１冷却風が流れることにより、図４に示されるように、第２通気口９つまり実施の形態１においてはベース部４の切欠き部４ｃにおいて、筐体６外の圧力が低下する。筐体６内の空気は筐体６およびベース部４によって囲まれているため、筐体６内の圧力はベース部４の直下のフィン３を流れる空気の圧力と比較して高い。気体は圧力の高いところから低いところへ向かって流れるため、図５に示されるように、圧力の高い筐体６内の空気は、第２通気口９を通じて、圧力の低い筐体６外に排気される。筐体６内の空気が第２通気口９を通じて排気されることにより、筐体６内の圧力が低下しようとするため、筐体６外から第１通気口８を通じて筐体６内に外気が流入する。結果、第１通気口８から第２通気口９に第２冷却風が流れる風路が形成される。第２冷却風が流れる風路は、図２に示された第２風路ＷＰ２であり、その第２風路ＷＰ２は第１通気口８と第２通気口９とを接続するように形成される。また、図５には解像度が十分でないため図示されていないが、回路基板１の表面１ａにおける第２冷却風の風速は、コンデンサ１０ａ上における第２冷却風の風速よりも小さい。例えば、回路基板１の表面１ａにおける第２冷却風の風速は、表面１ａからの高さが最も高い電子部品１０であるコンデンサ１０ａの最上部１１０ａにおける第２冷却風の風速よりも小さい。
　図６に示されるように、半導体装置は、第２冷却風が流れる第２風路ＷＰ２付近に配置された半導体モジュール２およびコンデンサ１０ａ等の電子部品１０を、第２冷却風によって冷却する。特に、コンデンサ１０ａの上部が冷却されている。また、半導体装置は、第１冷却風によりヒートシンク５も冷却し、その結果、半導体モジュール２が冷却されている。
　（効果）
　以上をまとめると、実施の形態１における半導体装置は、一端３ａから他端３ｂに第１冷却風が流れる第１風路ＷＰ１を形成するフィン３と板状の形状を有するベース部４とを含み、ベース部４の一方面４ａには半導体モジュール２が設けられ、他方面４ｂにはフィン３が立てて設けられるヒートシンク５と、ベース部４の一方面４ａと、半導体モジュール２と、半導体モジュール２と関連して動作する電子部品１０と、電子部品１０が実装された回路基板１と、を覆ってヒートシンク５のベース部４に取り付けられ、一方面４ａとの間に形成される空間に半導体モジュール２を収容する筐体６と、第１風路ＷＰ１に第１冷却風を送風し、フィン３を冷却するファン７と、筐体６内と筐体６外とを連通し、筐体６内に第２冷却風を取り込む第１通気口８と、筐体６内と筐体６外とを連通し、筐体６内に取り込まれた第２冷却風を筐体６外に排気する第２通気口９と、を含む。第１通気口８は、筐体６内の回路基板１の一面（表面１ａ）に実装された電子部品１０の回路基板１からの高さが最も高い部分（最上部１１０ａ）の半分の高さ１５よりも上部に設けられる。第２通気口９は、筐体６内におけるベース部４の一方面４ａと他方面４ｂとを貫通してなる。第１通気口８と第２通気口９とは、第１冷却風の流れに起因して第２通気口９に形成される筐体６内と筐体６外との圧力差によって、第２冷却風が第１通気口８から取り込まれ第２通気口９から筐体６外に排気される第２風路ＷＰ２を筐体６内に形成する。回路基板１の一面（表面１ａ）における第２冷却風の風速は、電子部品１０上における第２冷却風の風速よりも小さい。
　以上の構成により、半導体装置は、第１通気口８と第２通気口９との間に第２冷却風が流れる第２風路ＷＰ２を形成することができる。半導体装置は、ヒートシンク５の性能を低下させることなく、筐体６内に第２冷却風を流すことができる。筐体６内の半導体モジュール２付近に発生する空気だまりを解消し、半導体モジュール２の周囲に溜まった熱気を排出することができる。さらに半導体装置は、第２風路ＷＰ２近傍に実装されている電子部品１０も冷却する。例えばコンデンサ１０ａのような大型の電子部品１０が実装されていても、半導体装置は効率よく冷却する。その結果、コンデンサ１０ａが長寿命化し、ひいては半導体装置の信頼性が高まる。第１通気口８は、回路基板１の表面１ａに実装される電子部品１０のうち、最も高さが高いコンデンサ１０ａの最上部１１０ａの半分の高さ１５よりも上方に位置する。そのため、半導体装置は、回路基板１の表面１ａ付近の風速を上昇させずに、筐体６内の温度の高い空気を効率よく排気することを可能にする。また、回路基板１に埃などの異物が付着しづらくなるため、回路基板１の表面１ａにおけるコーティング等の異物付着対策が不要となる。例えば、回路基板１の表面１ａ付近の風速が０．３ｍ／ｓである場合、ゴミや埃などの異物が付着しづらくなるため、異物付着対策が不要となる。したがって、「第２風路ＷＰ２の風速」≧０．３ｍ／ｓ≧「回路基板１の表面１ａ付近の風速」の関係を満たすことにより、半導体装置の小型化、軽量化、低コスト化の実現が可能となる。上記の風速は一例であり、ゴミや埃で半導体装置が故障しない程度の風速であればよい。実施の形態１において示された、第１通気口８および第２通気口９の各位置、または、電子部品１０の配置は、一例であり、上記に限られるものではない。第１通気口８および第２通気口９の配置は、例えば、回路基板１に実装される電子部品１０の配置に応じてそれぞれ決定されてもよい。つまり、電子部品１０の配置に応じて、第２風路ＷＰ２が形成されるよう、第１通気口８と第２通気口９とが設けられてもよい。また、実施の形態１における半導体装置は、回路基板１、半導体モジュール２および電子部品１０を、筐体６およびヒートシンク５で囲っているため、筐体６外から筐体６内に伝導するノイズが減少する。
　また、実施の形態１の半導体装置の第２通気口９は、回路基板１からの高さが最も高い部分（最上部１１０ａ）の半分の高さ１５よりも上部に設けられる。
　このような半導体装置は、回路基板１の表面１ａにおける第２冷却風の風速を、電子部品上における第２冷却風の風速よりも小さくすることができる。そのため、半導体装置は、回路基板１の表面１ａへの異物付着を低減しながら、筐体６内における温度の高い空気を排気することを可能にする。
　また、実施の形態１の半導体装置において、第１通気口８は筐体６に設けられる。ベース部４は、板状の形状をなす一辺の少なくとも一部に、一方面４ａと他方面４ｂとを貫通する切欠き部４ｃを含む。切欠き部４ｃが設けられる一辺は、フィン３の他端３ｂ側に位置する。第２通気口９は、切欠き部４ｃの少なくとも一部を含む。
　このような構成により、半導体装置は、ファン７等の冷却用部材の追加を必要とすることなく、第１通気口８および第２通気口９を形成する加工費の追加のみで筐体６内の冷却性能を向上させることができる。また、第１通気口８が、網目である場合、筐体６内に侵入する塵埃を防ぐことができる。切欠き部４ｃは、筐体６内と筐体６外とを貫通する構成であればよく、上述したようにベース部４を貫通するものであれば、フィン３は貫通しなくても良い。また、第２通気口９としての切欠き部４ｃは、第１冷却風が流れる方向に対して垂直方向に第２冷却風を流すことが可能な構成であればよい。また、第２通気口９である切欠き部４ｃが、第１冷却風の風上側、つまりフィン３の一端３ａ側に設けられる場合であっても、第２通気口９から筐体６内に冷却風が流れる。しかし、フィン３を流れる第１冷却風の風量が減少し、ヒートシンク５の冷却効率が低下することを考慮すると、切欠き部４ｃはフィン３の他端３ｂ側に設けられることが好ましい。
　また、実施の形態１の半導体装置において、ファン７は、フィン３の一端３ａ側に設けられ、一端３ａ側から他端３ｂ側に風を送り出すことにより第１冷却風を送風する。
　このような構成により、半導体装置は、第１冷却風の風量を減少させることなく、筐体６内に第２冷却風の第２風路ＷＰ２が形成できる。つまり、ヒートシンク５の冷却効果を損なうことなく、筐体６内の電子部品１０等の冷却が可能である。
　また、実施の形態１の半導体装置は、第２風路ＷＰ２に沿って筐体６内に設けられ半導体モジュール２と関連して動作する電子部品１０をさらに含む。
　このような構成により、第１通気口８および第２通気口９の各位置に応じて形成される第２風路ＷＰ２を流れる第２冷却風によって、電子部品１０は効率的に冷却される。
　また、実施の形態１における半導体装置は、小電力を制御する半導体モジュールよりも大きな電力を制御する電力半導体モジュールを半導体モジュール２として搭載する場合に、より大きな効果を奏する。電力半導体モジュールの発熱量は、小電力を制御する半導体モジュールの発熱量よりも大きい。そのため、電力半導体モジュールにはヒートシンク５が取り付けられ、放熱性能の向上が図られる。一方で、電力半導体モジュールを含む電力半導体装置は、上記のように、外部との接触を防ぐため筐体６に覆われた構成を有する。また、回路基板１および半導体モジュール２に関連して動作する電子部品１０等も筐体６内に設けられる。筐体６によって、筐体６内の空気の循環が妨げられるため、ヒートシンク５に取り付けられていない電子部品１０等には、独立した放熱設計が必要である。実施の形態１における半導体装置の構成によれば、筐体６内に第２冷却風の第２風路ＷＰ２が形成されるため、半導体装置が電力半導体装置であっても、効果的に筐体６内の回路基板１および電子部品１０等の冷却が可能である。
　（実施の形態１の変形例１）
　実施の形態１に示された半導体装置においては、回路基板１に実装された別の半導体モジュール１０ｂおよびコンデンサ１０ａ等の大型の電子部品１０の上方に第２冷却風の第２風路ＷＰ２が形成されていた。そして第２冷却風が回路基板１に実装された部品を冷却していた。半導体装置の構成および動作はそれに限られるものではない。第１通気口８の位置、第２通気口９の位置、もしくは回路基板１に実装される電子部品１０の配置の変更により、筐体６内に形成される第２冷却風の第２風路ＷＰ２の変更が可能であり、また、冷却対象の電子部品１０の変更も可能である。
　図７は、実施の形態１の変形例１における半導体装置の構成を示す断面図である。第１通気口８の位置および第２通気口９の位置は、実施の形態１と同様であるものの、回路基板１の配置が実施の形態１とは異なる。実施の形態１の変形例１における半導体装置の回路基板１は、図２に示された半導体装置の回路基板１の取り付け位置に対して、１８０度反転した位置に取り付けられている。第１通気口８は、電子部品１０の回路基板１の裏面１ｂからの高さが最も高い部分の半分の高さよりも上方に設けられる。ここでは、別の半導体モジュール１０ｂの回路基板１からの高さが最も高い。そのため、第１通気口８は、別の半導体モジュール１０ｂの最上部１１０ｂの半分の高さ１５よりも上方に設けられる。図７に示される半導体装置おいてフィン３の他端３ｂが位置する方向（すなわち図面の右側）が上方である。ここでは、第１通気口８は、第１通気口８の中心８ａが半分の高さ１５よりも上方に位置するように設けられている。図示は省略するが、実施の形態１と同様に、第１通気口８の全体が上記の半分の高さ１５よりも上方に位置するように設けられていてもよい。第１通気口８および第２通気口９によって形成される第２冷却風の第２風路ＷＰ２は、回路基板１の裏面１ｂ側に形成される。ここでは、回路基板１の裏面１ｂとは、コンデンサ１０ａが実装されている表面１ａとは反対側の面のことである。
　このような構成により、半導体装置は、回路基板１および回路基板１の裏面１ｂに取り付けられた電子部品１０等を冷却することが可能である。
　（実施の形態１の変形例２）
　図８は、実施の形態１の変形例２における半導体装置の構成を示す断面図である。変形例２における回路基板１は、図２に示された実施の形態１における半導体装置の回路基板１の取り付け位置に対して、９０度回転した位置に取り付けられている。第１通気口８は、筐体６の側面６ｂに設けられている。その側面６ｂは、フィン３の一端３ａ側に位置する。つまり、第１通気口８と第２通気口９とは、回路基板１の対角をなす位置にそれぞれ設けられている。第１通気口８は、電子部品１０の回路基板１の表面１ａからの高さが最も高い部分（最上部１１０ａ）の半分の高さよりも上方に設けられる。図８に示される半導体装置おいて、図面手前側が上方である。また、第２通気口９も、最上部１１０ａの半分の高さよりも上方に設けられることが好ましい。また、回路基板１に実装されるコンデンサ１０ａ等の大型の電子部品１０は、第２冷却風の第２風路ＷＰ２を完全には遮らないよう配置される。また、冷却が必要な電子部品１０は第２冷却風の第２風路ＷＰ２付近に配置される。
　このような構成により、対角に設けられた第１通気口８と第２通気口９との間に第２冷却風の第２風路ＷＰ２が形成される。半導体装置は、第２冷却風により冷却が必要な電子部品１０を冷却することができる。
　（実施の形態１の変形例３）
　図９は、実施の形態１の変形例３における半導体装置の構成を示す断面図である。変形例３における回路基板１は、図２に示された実施の形態１における半導体装置の回路基板１の取り付け位置に対して、９０度回転した位置に取り付けられている。第１通気口８の位置および第２通気口９の位置は、実施の形態１と同様である。すなわち、第１通気口８は、電子部品の回路基板１の表面１ａからの高さが最も高い部分（最上部１１０ａ）の半分の高さよりも上方に設けられる。図９に示される半導体装置おいて、図面手前側が上方である。また、第２通気口９も、最上部１１０ａの半分の高さよりも上方に設けられることが好ましい。筐体６内には、電子部品１０および電子部品１０を冷却する電子部品用ヒートシンク１２がさらに設けられている。電子部品用ヒートシンク１２が取り付けられた電子部品１０の実装位置は、第１通気口８から第２通気口９に流れる第２冷却風の第２風路ＷＰ２に重なる位置である。ここでは、電子部品１０は、ヒートシンク５に取り付けられた半導体モジュール２とは異なる別の半導体モジュール１０ｂである。電子部品用ヒートシンク１２は、例えば、半導体モジュール２が取り付けられているヒートシンク５よりも小型のヒートシンクである。
　このような構成により、半導体装置は、電子部品用ヒートシンク１２の強制冷却を可能とし、ひいては電子部品１０（別の半導体モジュール１０ｂ）を冷却することができる。そのため、電子部品１０は温度変化による特性変化が小さくなり、電子部品１０を実装する半導体装置の信頼性が高まる。また、半導体モジュール２が取り付けられているヒートシンク５と電子部品用ヒートシンク１２とは分離して配置されている。そのため、半導体装置は、それぞれ温度上昇率が異なる半導体モジュール２および電子部品１０を同時に冷却することができる。
　（実施の形態１の変形例４）
　実施の形態１における半導体装置は、切欠き部４ｃとは反対側つまりフィン３の一端３ａ側に設けられるファン７を有していたが、ファン７の配置はこれに限られるものではない。図１０は、実施の形態１の変形例４における半導体装置の構成を示す斜視図である。図１１は、実施の形態１の変形例４における半導体装置の構成を示す断面図であり、図１０に示されるＢ－Ｂ’における断面を示す。
　ファン７は、切欠き部４ｃ側つまりフィン３の他端３ｂ側に設けられる。ファン７は、フィン３の一端３ａ側から他端３ｂ側に風を吸い込むことにより第１冷却風を送風する。このような構成を有する半導体装置であっても、実施の形態１と同様の効果を奏する。
　また、ファン７の上端部７ａは、切欠き部４ｃの位置よりも高い位置に設けられることが好ましい。すなわち、ファン７は、上端部７ａがベース部４の他方面４ｂにより規定される面よりも上方に設けられることが好ましい。上方とは、筐体６の上面６ａが位置する方向である。このような構成により、ファン７は第２通気口９から排気される第２冷却風も吸い込んで筐体６外に排気する。
　（実施の形態１の変形例５）
　ファン７は、通風速度、すなわち回転速度が可変のファン７であってもよい。ファン７の通風速度が速くなるほど、フィン３を流れる空気の圧力は低下する。その結果、筐体６内と筐体６外との圧力差は大きくなる。これにより、ファン７の通風速度が遅い場合と比較し、第１通気口８と第２通気口９との間に流れる第２冷却風の風量は増加する。このように第２冷却風の風量は、ファン７の通風速度に依存する。ファン７の通風速度が可変な半導体装置は、筐体６内の冷却効果を可変に制御することができる。
　半導体装置には、温度センサ（図示せず）およびファンコントローラ（図示せず）が設けられてもよい。温度センサは筐体６内に設けられ、半導体モジュール２または筐体６内の温度を測定する。ファンコントローラは温度センサによる温度測定結果に応じて、ファン７の回転速度を変更する。このような構成により、半導体装置は、筐体６内の発熱量が大きい場合は、第２冷却風の風量を増加させて冷却効果を向上させ、また筐体６内の発熱量が小さい場合は、ファン７の回転速度を遅くして、消費電力を低減させることができる。
　半導体モジュール２は、例えば、ヒートシンク５のベース部４の一方面４ａに放熱グリースを介してネジ留めされる。または、例えば、半導体モジュール２は、放熱シート等の他の放熱部材を介してヒートシンク５に取り付けられてもよい。また、半導体モジュール２が取り付けられるベース部４の一方面４ａを研磨することにより、半導体モジュール２とヒートシンク５との間に介在する熱抵抗を下げることができる。さらに、ヒートシンク５から放射される輻射熱を低減することができ、筐体６内の部品の温度上昇を防止する効果を奏する。
　半導体モジュール２は、例えば、半導体モジュール２の外面から突出する複数の端子２ａが回路基板１にはんだ付けされることにより、回路基板１に実装される。または、例えば、半導体モジュール２は、プレスフィット端子によって回路基板１に実装されてもよい。プレスフィット端子による実装により、半導体装置の組立性が向上する。
　ヒートシンク５に取り付けられる半導体モジュール２の数量は問わない。ただし、複数の半導体モジュールがヒートシンク５に取り付けられる場合、各半導体モジュールは、絶縁性を有する放熱部材を介してヒートシンク５に取り付けられる。
　ヒートシンク５のベース部４およびフィン３は、別々の部品であってもよいし、一体の部品であってもよい。別々の部品である場合、両者は、例えば、カシメやろう付けによって接続される。一体の部品である場合、両者は、例えば、押し出し成型またはアルミダイキャストによって一体に成形される。
　また、ヒートシンク５が有する切欠き部４ｃは、カシメやろう付けの前に、ベース部４の一部を切断して形成される。または、切欠き部４ｃは、切欠き部４ｃに対応する形状を有する金型によって押し出し成型またはアルミダイキャストによって成形されてもよい。
　＜実施の形態２＞
　実施の形態２における半導体装置を説明する。なお、実施の形態１と同様の構成および動作については説明を省略する。
　図１２および図１３は、いずれも実施の形態２における半導体装置の構成を概略的に示す斜視図である。ただし、図１３は図１２とは反対側から見た半導体装置を示している。図１４は、実施の形態２における半導体装置の構成を概略的に示す断面図であり、図１２および図１３に示されるＣ－Ｃ’における断面を示す。図１５は、実施の形態２における半導体装置が含むヒートシンク５の構成を概略的に示す斜視図である。図１４に示されるように、実施の形態２における回路基板１は、図２に示された実施の形態１における半導体装置の回路基板１の取り付け位置に対して、９０度回転した位置に取り付けられている。実施の形態２において、半導体装置の取り付け方向は、図１４の図面奥が下側であり、図面手前が上側である。
　ベース部４には、図１５に示されるように、段差部４ｄと切欠き部４ｃとが設けられている。段差部４ｄは、ベース部４の板状の形状をなす第１辺４１の少なくとも一部を含んで一方面４ａに設けられる。段差部４ｄが設けられる第１辺４１は、フィン３の一端３ａ側に位置する。すなわち、段差部４ｄはファン７が取り付けられている側に形成されている。また、段差部４ｄはベース部４を貫通しない。
　切欠き部４ｃは、板状の形状をなす第２辺４２の少なくとも一部に一方面４ａと他方面４ｂとを貫通してなる。切欠き部４ｃが設けられる第２辺４２は、フィン３の他端３ｂ側に位置する。すなわち、切欠き部４ｃの構成は、実施の形態１と同様である。
　ファン７は、図１４に示されるように、フィン３の一端３ａ側に設けられ、一端３ａ側から他端３ｂ側に風を送り出すことにより第１冷却風を送風する。ただし、ファン７は、上端部７ａが段差部４ｄの底面４ｅにより規定される面よりも下方に位置するよう設けられる。実施の形態２において、ファン７の上端部７ａは、フィン３の高さと同程度に位置し、段差部４ｄの底面４ｅよりも低い位置に位置する。つまり、ファン７は、上端部７ａがベース部４の他方面４ｂにより規定される面と同等またはその面よりも下方に位置するよう設けられる。下方とは、ベース部４に対しフィン３が位置する方向である。
　第１通気口８は、段差部４ｄの少なくとも一部を含む。実施の形態２においては、第１通気口８は、段差部４ｄからなる。第１通気口８は、電子部品１０の回路基板１の表面１ａからの高さが最も高い部分（最上部１１０ａ）の半分の高さよりも上方に設けられる。図１４に示される半導体装置おいて、図面手前側が上方である。例えば、第１通気口８は、第１通気口８の中心がその半分の高さよりも上方に位置するように設けられる。
　第２通気口９は、切欠き部４ｃの少なくとも一部を含む。実施の形態２においては、第２通気口９は、切欠き部４ｃからなる。第２通気口９も、例えば、最上部１１０ａの半分の高さよりも上方に設けられることが好ましい。
　このように、実施の形態２における半導体装置の構成は、実施の形態１とおおむね一致するが、第１通気口８は、筐体６に設けられておらず、ヒートシンク５の段差部４ｄに設けられている点で異なる。
　実施の形態２の半導体装置では、段差部４ｄがファン７よりも上方に位置するため、段差部４ｄを通じて第１冷却風の一部が筐体６内に流入することはない。そのため、筐体６外から段差部４ｄを通じて外気つまり第２冷却風が取り込まれ、切欠き部４ｃを通じて排気される。そして、第１通気口８である段差部４ｄと第２通気口９である切欠き部４ｃとの間に、第２冷却風が流れる第２風路ＷＰ２が形成される。
　（効果）
　このような構成により、半導体装置は、第２冷却風の第２風路ＷＰ２付近に実装された部品の冷却効果を向上させることが可能である。半導体モジュール２は、ヒートシンク５による冷却に加え、第２冷却風によっても空冷される。そのため、ファン７の性能を向上させることなく、半導体モジュール２の冷却性能が向上する。その結果、半導体装置は、半導体モジュール２の温度変化による特性変化を抑制できるとともに、半導体装置自身の信頼性を高めることができる。また、半導体装置は、半導体モジュール２だけでなく、第２冷却風の第２風路ＷＰ２付近に実装されたコンデンサ１０ａ等他の電子部品１０の冷却効果を向上させる。これにより、電子部品１０が長寿化し、ひいては半導体装置の信頼性が高まる。
　実施の形態１の半導体装置においては、筐体６内に第２風路ＷＰ２を形成するために、筐体６およびヒートシンク５の両方に加工が必要であった。しかし、実施の形態２の半導体装置においては、ヒートシンク５の加工のみで第２風路ＷＰ２が形成できる。加工工程の増加を抑制し、低コスト化に半導体装置を製造可能である。
　第１通気口８の構成は、上記の構成に限られるものではない。第１通気口８が段差部４ｄのみからなる場合、第１通気口８はベース部４の厚さよりも大きな開口を有することが不可能である。しかし、段差部４ｄ付近の筐体６に、別の第１通気口として筐体６に穴隙がさらに設けられてもよい。それにより、半導体装置は、第１通気口として、ベース部４の厚さよりも大きな第２冷却風の入り口を確保することができ、冷却効果が向上する。また、段差部４ｄと異なる場所に別の第１通気口が設けられることにより、複数の第２風路も形成される。
　また、切欠き部４ｃおよび段差部４ｄの形状は問わない。例えば、段差部４ｄの形状は、空気が流入する方向に対応して傾斜を有してもよい。それにより、空気の流れが遮られることなく、冷却効果が向上する。
　（実施の形態２の変形例）
　実施の形態１の変形例４と同様に、ファン７が切欠き部４ｃ側つまりフィン３の他端３ｂ側に設けられてもよい（図示せず）。実施の形態２の変形例における半導体装置が含むファン７は、フィン３の一端３ａ側から他端３ｂ側に風を吸い込むことにより第１冷却風を送風する。このような構成を有する半導体装置であっても、実施の形態２と同様の効果を奏する。
　この場合、ファン７の上端部７ａは、切欠き部４ｃの位置よりも高い位置に設けられることが好ましい。すなわち、ファン７は、上端部７ａがベース部４の他方面４ｂにより規定される面よりも上方に設けられることが好ましい。上方とは、筐体６の上面６ａが位置する方向である。このような構成により、ファン７は第２通気口９から排気される第２冷却風も吸い込んで筐体６外に排気する。
　＜実施の形態３＞
　実施の形態３における半導体装置を説明する。図１６は、実施の形態３における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。実施の形態３における半導体装置は、ファン７の構成が実施の形態２と異なる。実施の形態２と同様の構成および動作については説明を省略する。実施の形態３において、半導体装置の取り付け方向は、図１６の図面奥が下側であり、図面手前が上側である。
　ファン７は、第１風路ＷＰ１に第１冷却風を送風するだけでなく、第２冷却風を第１通気口８に向けてさらに送風する。実施の形態３においては、ファン７は、フィン３の一端３ａ側に設けられる。また、ファン７の上端部７ａは、段差部４ｄの底面４ｅよりも高い位置に位置する。つまり、ファン７は、上端部７ａがベース部４の段差部４ｄの底面４ｅにより規定される面よりも上方に位置するよう設けられる。
　実施の形態２の半導体装置では、段差部４ｄがファン７よりも上方に位置するため、ファン７によって送風される冷却風の一部が段差部４ｄを通じて筐体６内に流入することはない。一方、実施の形態３の半導体装置では、段差部４ｄがファン７の上端部７ａよりも下方に位置するため、ファン７によって、送風される第２冷却風が段差部４ｄを通じて筐体６内に取り込まれる。第１通気口８と第２通気口９とは、ファン７が第２冷却風を第１通気口８に向けて送風することにより、第２冷却風が第１通気口８から取り込まれ第２通気口９から筐体６外に排気される第２風路ＷＰ２を形成する。
　（効果）
　このような構成により、半導体モジュール２は、ヒートシンク５に接している面にて放熱するだけでなく、ヒートシンク５に接している面とは反対側の面からも第２冷却風によっても強制的に空冷される。半導体装置は、ヒートシンク５のサイズまたはフィン３の性能を向上させることなく、冷却効果を向上させることが可能である。半導体装置は、半導体モジュール２の温度変化による特性変化を抑制し、半導体装置自身の信頼性を高めることができる。実施の形態３においては、第１通気口８は段差部４ｄによって構成され、第２通気口９は切欠き部４ｃによって構成されたが、第１通気口８および第２通気口９の構成は、これらに限られるものではない。第１通気口８は、ファン７が第１通気口８に第２冷却風を送風でき、かつ、第１冷却風をフィン３に送風できる構成であって、第２通気口９との間に第２風路を形成できる構成でれば、他の構成であってもよい。
　また、実施の形態３における第１通気口８および第２通気口９は、実施の形態２と同様に、ヒートシンク５の加工のみで形成される。加工工程の増加を抑制でき、低コストに半導体装置を製造可能である。
　段差部４ｄの深さつまり底面４ｅの位置またはファン７の上端部７ａの位置を調整することにより、筐体６内に流入する第２冷却風の風量が調節される。そのため、半導体装置は、筐体６内を自然空冷の効果を強める場合と強制空冷の効果を強める場合のいずれにも対応可能である。
　実施の形態３においては、段差部４ｄはベース部４を貫通する構成であっても良い。ファン７から送風される冷却風が入り込む面積が大きくなるため、筐体６内の冷却効果が向上する。
　また、実施の形態３の半導体装置において、実施の形態２と同様の構成は、上述した実施の形態２と同様の効果を奏する。
　（実施の形態３の変形例）
　実施の形態３の変形例において、第１通気口８は、電子部品１０の回路基板１の表面１ａからの高さが最も高い部分（最上部１１０ａ）の半分の高さよりも上方に設けられる。図１６に示される半導体装置おいて、図面手前側が上方である。例えば、第１通気口８は、第１通気口８の中心がその半分の高さよりも上方に位置するように設けられる。
　第２通気口９も、例えば、最上部１１０ａの半分の高さよりも上方に設けられることが好ましい。
　このような半導体装置は、回路基板１の表面１ａにおける第２冷却風の風速を、電子部品１０上における第２冷却風の風速よりも小さくすることができる。そのため、半導体装置は、回路基板１の表面１ａへの異物付着を低減しながら、筐体６内における温度の高い空気を排気することを可能にする。
　＜実施の形態４＞
　実施の形態４における半導体装置を説明する。図１７は、実施の形態４における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。実施の形態４における半導体装置は、筐体６内の第２風路ＷＰ２と回路基板１との間にプレート２０を有する点で実施の形態１から３に示された半導体装置と異なる。実施の形態１から３と同様の構成および動作については説明を省略する。
　回路基板１の表面１ａに実装される電子部品１０のうち、コンデンサ１０ａの回路基板１からの高さが最も高い。プレート２０は、コンデンサ１０ａの回路基板１の表面１ａからの高さが最も高い部分（最上部１１０ａ）の半分の高さ１５よりも上部に設置される。プレート２０は、筐体６にねじ、接着、溶接、リベット、などで固定される。
　プレート２０は、１つ以上の開口部２１を有する。開口部２１は、回路基板１または電子部品１０の動作中の発熱により温められた空気を、第２風路ＷＰ２に排気する。そして、第２風路ＷＰ２に排気された空気は、第２冷却風により半導体装置の外部へ放熱される。また、プレート２０の取り付けを容易にするため、開口部２１は、電子部品１０の位置に対応して設けられていても良い。そのようなプレート２０は、回路基板１に実装された電子部品１０に開口部２１の位置を合わせて挿入することで取り付けが可能である。
　（効果）
　このような半導体装置において、プレート２０は、第２冷却風により外部から筐体６内に流入する埃や虫などの異物が回路基板１に堆積するのを防止する。そのため、回路基板１に異物付着防止のためのコーティングを行う必要がなくなる。また、第１通気口８にフィルターやラビリンス構造を設ける必要がなくなる。その結果、半導体装置の小型化および低コスト化が可能となる。
　また、電子部品１０がプレート２０に接触もしくは固定することで、電子部品１０が輸送や動作中などに発生する振動で故障することを防止できる。加えて、電子部品１０からプレート２０に熱が伝わるため、電子部品１０で発生した熱の外気への放熱性能が向上する。その結果、電子部品１０の信頼性の向上や、安価な部品への置き換えが可能となる。
　プレート２０の材質は、例えば、ＡＢＳ（Acrylonitrile butadiene styrene）、ＰＢＴ（Polybutylene terephthalate）、ＰＰＳ（Polyphenylene sulfide）などの樹脂である。または例えば、プレート２０の材質は、鉄、アルミなどの金属である。ただし、プレート２０の材質は、それらに限定されるものではない。特に、プレート２０が金属で構成される場合、プレート２０は、電気的なノイズを低減する。また、プレート２０は、メッシュ状の部材またはフィルターのようなものでもよい。プレート２０は、第２風路ＷＰ２の全体を覆って設けられる必要はない。
　プレート２０の開口部２１の位置を調整することで、筐体６内の空気の流れや風速の調整が可能である。
　また、実施の形態４の半導体装置において、実施の形態１から３と同様の構成は、上述した実施の形態１から３と同様の効果を奏する。
　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
　１　回路基板、２　半導体モジュール、３　フィン、３ａ　一端、３ｂ　他端、４　ベース部、４１　第１辺、４２　第２辺、４ａ　一方面、４ｂ　他方面、４ｃ　切欠き部、４ｄ　段差部、４ｅ　底面、５　ヒートシンク、６　筐体、７　ファン、７ａ　上端部、８　第１通気口、９　第２通気口、１０　電子部品、１２　電子部品用ヒートシンク、ＷＰ１　第１風路、ＷＰ２　第２風路。

Claims (13)

  1. 　一端から他端に第１冷却風が流れる第１風路を形成するフィンと板状の形状を有するベース部とを含み、前記ベース部の一方面には半導体モジュールが設けられ、他方面には前記フィンが立てて設けられるヒートシンクと、
    　前記ベース部の前記一方面と、前記半導体モジュールと、前記半導体モジュールに関連して動作する電子部品と、前記電子部品が実装された回路基板と、を覆って前記ヒートシンクの前記ベース部に取り付けられ、前記一方面との間に形成される空間に前記半導体モジュールを収容する筐体と、
    　前記第１風路に前記第１冷却風を送風し、前記フィンを冷却するファンと、
    　前記筐体内と前記筐体外とを連通し、前記筐体内に第２冷却風を取り込む第１通気口と、
    　前記筐体内と前記筐体外とを連通し、前記筐体内に取り込まれた前記第２冷却風を前記筐体外に排気する第２通気口と、を備え、
    　前記第１通気口は、前記筐体内の前記回路基板の一面に実装された前記電子部品の前記回路基板からの高さが最も高い部分の半分の高さよりも上部に設けられ、
    　前記第２通気口は、前記筐体内における前記ベース部の前記一方面と前記他方面とを貫通してなり、
    　前記第１通気口と前記第２通気口とは、前記第１冷却風の流れに起因して前記第２通気口に形成される前記筐体内と前記筐体外との圧力差によって、前記第２冷却風が前記第１通気口から取り込まれ前記第２通気口から前記筐体外に排気される第２風路を前記筐体内に形成し、
    　前記回路基板の前記一面における前記第２冷却風の風速は、前記電子部品上における前記第２冷却風の風速よりも小さい、半導体装置。
  2. 　前記第２通気口は、前記最も高い前記電子部品の前記半分の高さよりも上部に設けられる、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記第１通気口は、前記筐体に設けられ、
    　前記ベース部は、前記板状の形状をなす一辺の少なくとも一部に、前記一方面と前記他方面とを貫通する切欠き部を含み、
    　前記切欠き部が設けられる前記一辺は、前記フィンの前記他端側に位置し、
    　前記第２通気口は、前記切欠き部の少なくとも一部を含む請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
  4. 　前記ベース部は、前記板状の形状をなす第１辺の少なくとも一部を含んで前記一方面に設けられる段差部と、前記板状の形状をなす第２辺の少なくとも一部に前記一方面と前記他方面とを貫通する切欠き部と、を含み、
    　前記段差部が設けられる前記第１辺は、前記フィンの前記一端側に位置し、
    　前記切欠き部が設けられる前記第２辺は、前記フィンの前記他端側に位置し、
    　前記第１通気口は、前記段差部の少なくとも一部を含み、
    　前記第２通気口は、前記切欠き部の少なくとも一部を含む請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
  5. 　前記ファンは、前記フィンの前記一端側に設けられ、前記一端側から前記他端側に風を送り出すことにより前記第１冷却風を送風する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 　前記ファンは、前記ファンの上端部が前記ベース部の前記他方面により規定される面よりも下方に位置するよう設けられる請求項５に記載の半導体装置。
  7. 　前記ファンは、前記フィンの前記他端側に設けられ、前記一端側から前記他端側に風を吸い込むことにより前記第１冷却風を送風する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  8. 　前記筐体内に形成される前記第２風路に設けられ、前記電子部品を冷却する電子部品用ヒートシンクをさらに備える請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の半導体装置。
  9. 　一端から他端に第１冷却風が流れる第１風路を形成するフィンと板状の形状を有するベース部とを含み、前記ベース部の一方面には半導体モジュールが設けられ、他方面には前記フィンが立てて設けられるヒートシンクと、
    　前記ベース部の前記一方面と、前記半導体モジュールと、前記半導体モジュールに関連して動作する電子部品と、前記電子部品が実装された回路基板と、を覆って前記ヒートシンクの前記ベース部に取り付けられ、前記一方面との間に形成される空間に前記半導体モジュールを収容する筐体と、
    　前記第１風路に前記第１冷却風を送風し、前記フィンを冷却するファンと、
    　前記筐体内と前記筐体外とを連通し、前記筐体内に第２冷却風を取り込む第１通気口と、
    　前記筐体内と前記筐体外とを連通し、前記筐体内に取り込まれた前記第２冷却風を前記筐体外に排気する第２通気口と、を備え、
    　前記ファンは、前記第２冷却風を前記第１通気口に向けてさらに送風し、
    　前記第１通気口と前記第２通気口とは、前記ファンが前記第２冷却風を前記第１通気口に向けて送風することにより、前記第２冷却風が前記第１通気口から取り込まれ前記第２通気口から前記筐体外に排気される第２風路を前記筐体内に形成する半導体装置。
  10. 　前記第１通気口は、前記筐体内の前記回路基板の一面に実装された前記電子部品の前記回路基板からの高さが最も高い部分の半分の高さよりも上部に設けられ、
    　前記回路基板の前記一面における前記第２冷却風の風速は、前記電子部品上における前記第２冷却風の風速よりも小さい、請求項９に記載の半導体装置。
  11. 　前記第２通気口は、前記最も高い前記電子部品の前記半分の高さよりも上部に設けられる、請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 　前記ベース部は、前記板状の形状をなす第１辺の少なくとも一部を含んで前記一方面に設けられる段差部と、前記板状の形状をなす第２辺の少なくとも一部に前記一方面と前記他方面とを貫通する切欠き部と、を含み、
    　前記段差部が設けられる前記第１辺は、前記フィンの前記一端側に位置し、
    　前記切欠き部が設けられる前記第２辺は、前記フィンの前記他端側に位置し、
    　前記第１通気口は、前記段差部の少なくとも一部を含み、
    　前記第２通気口は、前記切欠き部の少なくとも一部を含み、
    　前記ファンは、前記フィンの前記一端側に、かつ、前記ファンの上端部が前記ベース部の前記段差部の底面により規定される面よりも上方に位置するよう設けられる請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の半導体装置。
  13. 　前記筐体内に形成される前記第２風路に設けられ、前記電子部品を冷却する電子部品用ヒートシンクをさらに備える請求項９から請求項１２のいずれか一項に記載の半導体装置。
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