(57)【要約】      （修正有）【課題】熱抵抗を低減し、小型化を図るパワー半導体モジュールを提供する。【解決手段】パワー半導体素子１，２と、パワー半導体素子１，２の一方の面の側に設けられた第１の放熱板と、パワー半導体素子１，２の前記の反対側に設けられた第２の放熱板と、第１の放熱板および第２の放熱板にそれぞれ接するように冷媒を通流させる流路を備えたパワー半導体モジュールにおいて、放熱板と略平行に配置されて流路を仕切る流路隔壁と、流路隔壁におけるパワー半導体１，２を流路隔壁に投影した位置付近に設けた冷媒噴出孔３３，３６と、少なくとも第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに冷媒噴出孔３３，３６を中心に同心円状に配置されたピンフィン３２，３５と、同心円状に配置されたピンフィン３２，３５の周囲に千鳥配列又は碁盤目状に配置されたピンフィン３２，３５とを備える構造とした。【選択図】図１
2010010504.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の一方の面の側に設けられた第１の放熱板と、前記パワー半導体素子の前記の反対側に設けられた第２の放熱板と、前記第１の放熱板および前記第２の放熱板にそれぞれ接するように冷媒を通流させる流路を備えたパワー半導体モジュールにおいて、
前記放熱板と略平行に配置されて前記流路を仕切る流路隔壁と、
パワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた冷媒噴出孔と、
少なくとも前記第１の放熱板又は前記第２の放熱板のいずれかに前記冷媒噴出孔を中心に同心円状に配置されたピンフィンと、
放射状に配置されたピンフィンの周囲に千鳥配列又は碁盤目状に配置されたピンフィンとを備えたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項２】
請求項１記載のパワー半導体モジュールにおいて、
複数の発熱量の大きなパワー半導体と、
小さなパワー半導体を備え、その中の発熱量の大きなパワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた複数の冷媒噴出孔と、
少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記複数の冷媒噴出孔を中心に同心円状に配置されたピンフィンと、同心円状に配置されたピンフィンの周囲に千鳥配列に配置されたピンフィンとを備えたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項３】
パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の一方の面の側に設けられた第１の放熱板と、前記パワー半導体素子の前記の反対側に設けられた第２の放熱板と、前記第１の放熱板および前記第２の放熱板にそれぞれ接するように冷媒を通流させる流路を備えたパワー半導体モジュールにおいて、
前記放熱板と略平行に配置されて前記流路を仕切る流路隔壁と、
パワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた冷媒噴出孔と、
少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記冷媒噴出孔を中心に同心円状に配置されるように前記放熱板に彫られた円筒形状又は円錐形状、乃至は円錐を切断した形状の溝と、
同心円状に配置された溝の周囲に千鳥配列に配置して彫られた円筒形状，円錐形状、又は円錐を切断した形状の溝とを備えたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項４】
請求項３記載のパワー半導体モジュールにおいて、
複数の発熱量の大きなパワー半導体と、小さなパワー半導体を備え、その中の発熱量の大きなパワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた複数の冷媒噴出孔と、
少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記複数の冷媒噴出孔を中心に同心円状に配置されたピンフィンと、
同心円状に配置されたピンフィンの周囲に千鳥配列に配置されたピンフィンとを備えたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項５】
請求項３記載のパワー半導体モジュールにおいて、
複数の発熱量の大きなパワー半導体と、発熱量の小さなパワー半導体を備え、その中の発熱量の大きなパワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた複数の冷却媒体噴出孔と、少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記複数の冷却媒体噴出孔を中心に同心円状に配置されるように前記放熱板に彫られた円筒形状又は円錐形状、乃至は円錐を切断した形状の溝と、同心円状に配置された溝の周囲に千鳥配列に配置して彫られた円筒形状，円錐形状、又は円錐を切断した形状の溝とを備えたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項６】
パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の一方の面の側に設けられた第１の放熱板と、前記パワー半導体素子の前記の反対側に設けられた第２の放熱板と、前記第１の放熱板および前記第２の放熱板にそれぞれ接するように冷媒を通流させる流路を備えたパワー半導体モジュールにおいて、
前記放熱板と略平行に配置されて前記流路を仕切る流路隔壁と、パワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた冷媒噴出孔と、少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記冷媒噴出孔を中心に放射状に配置されたフィンと、その周囲に平行な向きに配置されたフィンとを備えたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項７】
パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の一方の面の側に設けられた第１の放熱板と、前記パワー半導体素子の前記の反対側に設けられた第２の放熱板と、前記第１の放熱板および前記第２の放熱板にそれぞれ接するように冷媒を通流させる流路を備えたパワー半導体モジュールにおいて、
前記放熱板と略平行に配置されて前記流路を仕切る流路隔壁と、
パワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた冷媒噴出孔と、
少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記冷媒噴出孔を中心に放射状に配置され前記放熱板に彫られた溝と、
その周囲に平行な向きに配置された溝とを備えたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項８】
請求項６又は請求項７記載のパワー半導体モジュールにおいて、
複数の発熱量の大きなパワー半導体と、発熱量の小さなパワー半導体を備え、
その中の発熱量の大きなパワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた冷媒噴出孔と、
少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記複数の冷媒噴出孔を含む領域を中心に放射状に配置されたフィン又は溝と、
その周囲に平行な向きに配置されたフィン又は溝とを備えたことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８記載のパワー半導体モジュールにおいて、
複数の冷媒噴出孔を同心円状に配置したことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１０】
請求項１乃至９記載の半導体パワーモジュールにおいて、
パワー素子のゲートがある側の流路の流路隔壁に設けられた冷媒噴出孔の断面積の合計が、反対側の流路の流路隔壁に設けられた冷媒噴出孔の断面積の合計よりも小さいことを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１１】
請求項１又は４記載のパワー半導体モジュールにおいて、
ピンフィンの直径の最大部が１mm以下であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【請求項１２】
請求項３又は５記載のパワー半導体モジュールにおいて、
ベース部に彫られた溝の直径の最大部が１mm以下であることを特徴とするパワー半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハイブリッド自動車などに使われるインバータの出力増加に対する要望は大きくなってきており、インバータを構成するパワーモジュールの高出力化が必要になってきている。一方、自動車においては部品を設置するスペースに制約があり、できるだけ小型化することも要求される。高出力化と小型化を両立させるためには、冷却性能を高めることが重要である。冷却性能を高めるための従来の技術として、〔特許文献１〕のようにパワー半導体素子の上下に電極の付いた絶縁基板，放熱板及びヒートシンクを設け、上下からパワー半導体素子の冷却を行う構造が見られる。
【０００３】
また、〔特許文献２〕には、噴出した冷媒をパワー半導体下側の放熱板に衝突させて冷却性能を高める構造が見られる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２５１０７６号公報
【特許文献２】特開２００７−２８１１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、〔特許文献１〕の構造においては、上下にヒートシンクを設けることにより、冷却性能を向上することができるが、更に冷却性能を向上させてパワー半導体の高出力化や小型化を行いたいという課題があった。
【０００６】
また、〔特許文献２〕の構造においては、噴出した冷媒を放熱板に衝突させて熱伝達率を向上させているが、やはり冷却性能を更に向上させてパワー半導体の高出力化や小型化を行いたいという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明はパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の一方の面の側に設けられた第１の放熱板と、前記パワー半導体素子の前記の反対側に設けられた第２の放熱板と、前記第１の放熱板および前記第２の放熱板にそれぞれ接するように冷媒を通流させる流路を備えたパワー半導体モジュールにおいて、前記放熱板と略平行に配置されて前記流路を仕切る流路隔壁と、パワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた冷媒噴出孔と、少なくとも前記第１の放熱板又は前記第２の放熱板のいずれかに前記冷媒噴出孔を中心に同心円状に配置されたピンフィンと、放射状に配置されたピンフィンの周囲に千鳥配列又は碁盤目状に配置されたピンフィンとを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
更に、本発明はパワー半導体モジュールにおいて、複数の発熱量の大きなパワー半導体と、小さなパワー半導体を備え、その中の発熱量の大きなパワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた複数の冷媒噴出孔と、少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記複数の冷媒噴出孔を中心に同心円状に配置されたピンフィンと、同心円状に配置されたピンフィンの周囲に千鳥配列に配置されたピンフィンとを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明はパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の一方の面の側に設けられた第１の放熱板と、前記パワー半導体素子の前記の反対側に設けられた第２の放熱板と、前記第１の放熱板および前記第２の放熱板にそれぞれ接するように冷媒を通流させる流路を備えたパワー半導体モジュールにおいて、前記放熱板と略平行に配置されて前記流路を仕切る流路隔壁と、パワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた冷媒噴出孔と、少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記冷媒噴出孔を中心に同心円状に配置されるように前記放熱板に彫られた円筒形状又は円錐形状、乃至は円錐を切断した形状の溝と、同心円状に配置された溝の周囲に千鳥配列に配置して彫られた円筒形状，円錐形状、又は円錐を切断した形状の溝とを備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
更に、本発明はパワー半導体モジュールにおいて、複数の発熱量の大きなパワー半導体と、小さなパワー半導体を備え、その中の発熱量の大きなパワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた複数の冷媒噴出孔と、少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記複数の冷媒噴出孔を中心に同心円状に配置されたピンフィンと、同心円状に配置されたピンフィンの周囲に千鳥配列に配置されたピンフィンとを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
更に、本発明はパワー半導体モジュールにおいて、複数の発熱量の大きなパワー半導体と、発熱量の小さなパワー半導体を備え、その中の発熱量の大きなパワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた複数の冷却媒体噴出孔と、少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記複数の冷却媒体噴出孔を中心に同心円状に配置されるように前記放熱板に彫られた円筒形状又は円錐形状、乃至は円錐を切断した形状の溝と、同心円状に配置された溝の周囲に千鳥配列に配置して彫られた円筒形状，円錐形状、又は円錐を切断した形状の溝とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、上記課題を解決するために、本発明はパワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の一方の面の側に設けられた第１の放熱板と、前記パワー半導体素子の前記の反対側に設けられた第２の放熱板と、前記第１の放熱板および前記第２の放熱板にそれぞれ接するように冷媒を通流させる流路を備えたパワー半導体モジュールにおいて、前記放熱板と略平行に配置されて前記流路を仕切る流路隔壁と、パワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた冷媒噴出孔と、少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記冷媒噴出孔を中心に放射状に配置されたフィンと、その周囲に平行な向きに配置されたフィンとを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、上記課題を解決するために、パワー半導体素子と、前記パワー半導体素子の一方の面の側に設けられた第１の放熱板と、前記パワー半導体素子の前記の反対側に設けられた第２の放熱板と、前記第１の放熱板および前記第２の放熱板にそれぞれ接するように冷媒を通流させる流路を備えたパワー半導体モジュールにおいて、前記放熱板と略平行に配置されて前記流路を仕切る流路隔壁と、パワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた冷媒噴出孔と、少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記冷媒噴出孔を中心に放射状に配置され前記放熱板に彫られた溝と、その周囲に平行な向きに配置された溝とを備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
更に、本発明はパワー半導体モジュールにおいて、複数の発熱量の大きなパワー半導体と、発熱量の小さなパワー半導体を備え、その中の発熱量の大きなパワー半導体の上下に位置する部分の前記隔壁に設けた冷媒噴出孔と、少なくとも前記第１の放熱板又は第２の放熱板のいずれかに前記複数の冷媒噴出孔を含む領域を中心に放射状に配置されたフィン又は溝と、その周囲に平行な向きに配置されたフィン又は溝とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
更に、本発明はパワー半導体モジュールにおいて、複数の冷媒噴出孔を同心円状に配置したことを特徴とするものである。
【００１６】
更に、本発明はパワー半導体モジュールにおいて、パワー素子のゲートがある側の流路の流路隔壁に設けられた冷媒噴出孔の断面積の合計が、反対側の流路の流路隔壁に設けられた冷媒噴出孔の断面積の合計よりも小さいことを特徴とするものである。
【００１７】
更に、本発明はパワー半導体モジュールにおいて、ピンフィンの直径の最大部が１mm以下であることを特徴とするものである。
【００１８】
更に、本発明はパワー半導体モジュールにおいて、ベース部に彫られた溝の直径の最大部が１mm以下であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のパワー半導体モジュールによれば、パワー半導体が両面から冷却されると同時に、冷却媒体と放熱板の間の熱伝達率を向上できるので、高い冷却性能が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態を以下、図面を用いて説明する。図１に本発明の一実施形態（第１の実施形態）におけるパワー半導体モジュールの断面図を示す。図１において、ＩＧＢＴやフリーホイールダイオードなどのパワー半導体素子１，２を有し、パワー半導体素子１，２の下側は、第１のハンダ等の接合手段３，４によって下側絶縁基板１４の上面に設けられた銅箔１５（回路パターン）に接続される。パワー半導体素子１，２の上側は、第２のハンダ等の接合手段８，９，１０によってそれぞれスペーサ５，６，７に接続される。例えばパワー素子１がＩＧＢＴ素子の場合、素子上側に設けられたエミッタ電極（図示せず）及びゲート電極（図示せず）がそれぞれスペーサ５、７とハンダ等の接合手段８、１０によって接続される。パワー半導体素子２がフリーホイールダイオード素子の場合、素子の上面に設けられたアノード電極（図示せず）とスペーサ６とがハンダ等の接合材９によって接続される。スペーサ５，６，７はパワー半導体素子１，２の厚みが違う場合に、高さを調整する役割を持つ。また、上下に設けられた電極２７と２８などの間の距離が近付きすぎて放電が起こるのを防いでいる。スペーサは電気抵抗，熱抵抗ともに小さいことが望ましい。スペーサの材質としては、銅の他に、銅カーボン複合材料、銅とインバーを接合した金属などを用いる。銅カーボン複合材料や銅インバー接合材などは、銅と比較して熱膨張係数が小さいので、ハンダ３，４にかかる熱変形によるひずみが低減され、信頼性が向上する。下側絶縁基板１４は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ），アルミナ（Ａｌ2Ｏ3），窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）やボロンナイトライド（ＢＮ）等の材料でできており、その両面には、銅箔又はアルミ箔１５及び１６があらかじめ直接又はろう接によって接合されている。スペーサ５、６、７の上側は、第３のハンダ等の接合手段１１，１２，１３によって、上側絶縁基板２５の下面の銅箔２１、２２（回路パターン）と接合されている。例えばＩＧＢＴ素子の場合、銅箔１５と素子１のコレクタ電極（図示せず）とは、ハンダ８を介して電気的に接続されており、銅箔１５からはリード電極２８が引き出される。下側絶縁基板１４の下面に設けられた銅箔１６と下側放熱板１８とは、第４のハンダ等の接合手段１７により接合されている。放熱板１８は銅，銅−モリブデン，ＡｌＳｉＣ等の材質でつくられる。放熱板１８の下部にはフィン３２が直接設けられている。フィン３２は、溶接、ロウ付け等により取り付けるか、放熱板と一体成形する。放熱板の下側にはケース１９が設けられており、ケースの内側には冷媒流路が形成され、冷媒流路は、仕切板（流路隔壁）３４によって、下側冷媒流路３８と上側冷媒流路３９とに分割されている。仕切板３４のパワー半導体素子１の直下にあたる部分には、冷媒噴出孔３３が開口されている。下側冷媒流路３８より入ってきた不凍液等の冷媒は、冷媒噴出孔３３を通って勢い良く放熱板１８に衝突する。このような構造を噴流冷却構造と呼んでいる。
【００２１】
図２に示すように、ケース１４にはＯリング用の溝４２が設けられ、放熱板１８とケース１９との間は、Ｏリング４３によってシールされている。放熱板１８とケース１９とは、ボルト３０およびボルトと嵌合されるベースに切られたメネジ３１によって結合されている。メネジ３１は、ヘリサート加工によって形成しても良い。上側絶縁基板２０は下側絶縁基板１４と同様の材質で、下側に銅箔又はアルミ箔２１，２２、上側に銅箔又はアルミ箔２３が直接又はろう接合によって接合されている。スペーサ５，６，７の上側は、第３のハンダ等の接続手段１１，１２，１３によりそれぞれ銅箔２１，２２，２３と接合されている。銅箔２１からはリード電極２９が、銅箔２２からは電極２７が外部に引き出される。上側絶縁基板２０の上側に接合された銅箔２３は、第５のハンダ等の接合手段２４によって上側放熱板２５と接続される。上側放熱板２５は銅，銅−モリブデン，ＡｌＳｉＣ等の材質でつくられる。上側放熱板２５の上部にはフィン３５が直接設けられている。フィン３５は、溶接，ロウ付け等により取り付けるか、放熱板と一体成形する。放熱板２５の上側にはケース２６が設けられており、ケースの内側には冷媒流路が形成され、冷媒流路は、仕切板３７によって、上側冷媒流路４０と下側冷媒流路４１とに分割されている。仕切板３７の素子１の真上にあたる部分には、冷媒噴出孔３６が開口されている。上側冷媒流路４０より入ってきた冷媒は、冷媒噴出孔３６を通って勢い良く放熱板２５に衝突する。放熱板２５とケース２６の間は、Ｏリング４３によってシールされている。パワー半導体素子１，２，絶縁基板１４，２０，絶縁基板に接合された銅箔１５，１６，２１，２２，２３及び電極２７，２８，２９の表面や側面の全部または一部にはポリイミド系やポリアミドイミド系等の柔軟な樹脂で薄く被覆し、硬化後にエポキシ系樹脂４４により封止する。各接合材の材質としては、環境問題を考慮して、すべてに鉛フリーの接合材を使用することが望ましい。パワー半導体素子１，２と銅箔１５とを接合する第１の接合材３，４，素子１，２とスペーサ５，６，７とを接合する第２の接合材８，９，１０、及びスペーサ５，６，７と銅箔２１、２２とを接合する第３の接合材には、例えば銅粒子と錫粒子とを混合した高温接合材料を用いる。下側絶縁基板１４と下側放熱板１３とを接合する第４の接合材１７および上側絶縁基板２０と上側放熱板２５とを接合する第５の接合材２４には、先の第１，第２，第３の接合材よりも融点が低い接合材、例えばＳｎ−３Ａｇ−０.５Ｃｕ鉛フリーハンダなどを使用する。
【００２２】
次に、下側放熱板１８に設けるフィン３２の配置を図３に示す。図３において、１，２はパワー素子で、損失の大きな素子１の直下部分の仕切板３４には冷媒噴出孔３３が設けられる。冷媒噴出孔の位置を中心にして、ピンフィン３２は放射状に配置される。チップから離れた周辺部のフィンは、千鳥配置に配置される。この部分は、碁盤目状に配列してもよい。放射状の配置部分とその周囲の配置部分との境界付近は流れが変化するので、スムーズな流れを確保して圧力損失を低減するために、フィンの間隔を広めにしている。冷媒の出口は、図３において、ベース１８の上下の端に位置するケース部分に設置される。噴流部付近のフィンを放射状に配置し、周辺部のフィンを千鳥配置にすることにより、冷媒の噴流部から出口までの流路損失を小さく押さえることができる。フィン３２は最大部分の直径が１mm以下で、高さが１mm〜５mm程度のピンフィンとすることにより、高い冷却効率を得ることができる。上側放熱板２５に設けられるフィンの配置も同様の配置となるが、冷媒噴出孔の位置はスペーサ５の中心から垂直に立てた軸を中心とする円になり、その円から放射状にフィンが配置される。このような配置にする理由は、素子１の上側からの主な放熱経路がスペーサ５を経ると考えられるからである。上下両面から素子を冷却する構造では、片面だけの場合よりも噴流冷却による熱抵抗の低減割合が大きい。なぜならば、両面冷却構造では、冷媒熱伝達部以外の熱抵抗が片面冷却構造に比べて小さいため、冷媒熱伝達部の改善効果の割合が大きいからである。
【００２３】
図４は、損失の大きな素子が２個、損失の小さな素子が２個の場合のフィンの配置を示している。下側放熱板１８では、損失の大きな２個の素子１の部分の直下の仕切板３４に冷媒噴出孔３３を２個設け、冷媒噴出孔の位置を中心にして、それぞれ同心円状にピンフィンを配置している。２つの同心円が干渉する付近では、適当にフィンを間引いて圧力損失の増加を防止している。
【００２４】
図５は、このような素子の組み合わせを３組備えたモジュールのフィン配置を示している。基本的には図４の配置を並べた形状になっている。この場合、冷媒の出口は図５の上下方向に複数設けることが望ましい。
【００２５】
図６は、冷媒噴出孔３３を素子１の下部又は上部に複数個設けた例を示している。冷媒噴出孔の配置も放射状にした。このように冷媒噴出孔を複数配置することによって、冷媒の流速を増加させて熱伝達率を向上させることが可能である。
【００２６】
図３から図６において、ピンフィンの代わりに放熱板１８に溝を同様な配置で設けても良い。溝によっても熱伝達率向上や伝熱面積増加による冷却性能の向上が可能である。
【００２７】
本実施形態の構成によれば、微細なピンフィンを同心円形状と千鳥形状とを組み合わせて配置して、上下方向からパワー素子を噴流冷却によって冷却することにより、低い圧力損失で、高い冷却性能を得ることができ、パワー半導体素子、更にはパワー半導体モジュール全体を小型化することができる。
【００２８】
以上の説明において、便宜上、上側，下側という表現を使ったが、横向きやその他の向きに配置してもよく、例えば横向きの場合には上側，下側を右側，左側などに置き換えればよい。
【００２９】
図７，図８に本発明の他の実施形態における放熱板１８のフィンの形状及び配置を示す。図７では、冷媒噴出孔３３の位置を中心として、平板状のフィン１を放射状に配置している。また、冷媒噴出孔から離れた周辺部は、平板状のフィンを平行な向きに配置している。噴流部付近のフィンを放射状に配置し、周辺部のフィンを平行な向きに配置にすることにより、冷媒の噴流部から出口までの流路損失を比較的小さく押さえることができる。フィン３２は最大部の肉厚が１mm以下で、長さが２mmから５mm程度、高さが１mm〜５mm程度とすると良い。図８は、損失が大きいパワー素子が２個と、損失が小さいパワー素子が２個の場合のフィン配置を示している。平板フィンの場合、２個の冷媒噴出孔３３を含む略楕円状の形状の周囲にフィンを放射状に配置する。また、冷媒噴出孔から離れた周辺部は、平板状のフィンを平行な向きに配置している。冷媒の出口は、図７，図８において、ベース１８の左右の端に位置するケース部分に設置される。
【００３０】
図７，図８において、フィンを設ける替わりに、このような形状の溝を同様な配置で放熱板１８に設けても良い。溝によっても熱伝達率向上や伝熱面積増加による冷却性能の向上が可能である。
【００３１】
本実施形態によれば、微細な平板フィンを放射形状と平行形状とを組み合わせて配置して、上下方向からパワー素子を噴流冷却によって冷却することにより、低い圧力損失で、高い冷却性能を得ることができ、パワー半導体素子、更にはパワー半導体モジュール全体を小型化することができる。
【００３２】
図９に、本発明の更に他の実施形態のパワー半導体モジュールの断面構造を示す。本実施形態においては、図１の実施形態における絶縁基板１４，２０の替わりに、絶縁樹脂材５１、５３によって絶縁を確保している。絶縁樹脂５１の上部にリード電極５０を設置し、リード電極５０とパワー素子１，２をハンダ等の接合材３，４によって接続している。リード電極５０は電極２７によって外部に取り出される。絶縁樹脂５３の下部にはリード電極５２を設置し、リード電極５２とスペーサ５，６をハンダ等の接合材１１，１２によって接続している。例えばＩＧＢＴ素子のゲート電極は、アルミワイヤ５０と電極２９によって外部に取り出している。リード電極５０，絶縁樹脂５１，放熱板１８は、熱圧着等の方法で接合する。リード電極５２，絶縁樹脂５３，放熱板２５も同様である。フィンの形状，配置等、他の部分の構成は、最初の実施形態と同じである。本実施形態によって、上下方向からパワー素子を噴流冷却によって冷却することにより、低い圧力損失で、高い冷却性能を得ることができ、パワー半導体素子、更にはパワー半導体モジュール全体を小型化することができる。
【００３３】
図１０に、本発明の更に他の実施形態のパワーモジュールの断面構造を示す。本実施形態は、片面のみの冷却を行った例を示している。チップ上側の配線はアルミワイヤ５０によって行っている。封止材料５１は、シリコンゲル等を用いる。フィンの形状，配置等は、最初の実施形態と同じである。本実施形態のように、片面だけの冷却であっても、噴流冷却と図３から図８に示すようなフィン配置を適用することにより、従来よりも高い冷却性能を得ることができ、パワー半導体素子、更にはパワー半導体モジュール全体を小型化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明はいろいろなパワー半導体モジュールに適用することが可能であり、特に自動車等の高出力化が必要になる分野のパワー半導体モジュールに利用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態におけるパワー半導体モジュールの断面図である。
【図２】本発明の一実施形態におけるパワー半導体モジュールのシール部分の拡大図である。
【図３】本発明の一実施形態におけるパワー半導体モジュールの放熱フィンの配置を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態におけるパワー半導体モジュールにおいて、パワー素子を増やしたときの放熱フィンの配置を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態におけるパワー半導体モジュールにおいて、更にパワー素子を増やしたときの放熱フィンの配置を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態におけるパワー半導体モジュールで、冷媒噴出孔が複数ある場合の冷媒噴出孔とフィンの配置を示す図である。
【図７】本発明の他の実施形態におけるパワー半導体モジュールの放熱フィンの形状と配置を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態におけるパワー半導体モジュールにおいて、パワー素子を増やしたときの放熱フィンの配置を示す図である。
【図９】本発明の更に他の実施形態におけるパワー半導体モジュールの断面図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態におけるパワー半導体モジュールの断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，２  パワー素子
３，４  第１の接合材
５，６，７  スペーサ
８，９，１０  第２の接合材
１１，１２，１３  第３の接合材
１４  下側絶縁基板
１５，１６  銅箔
１７  第４の接合材
１８  下側放熱板
１９  下側ケース
２０  上側絶縁基板
２１，２２，２３  銅箔
２４  第５の接合材
２５  上側放熱板
２６  上側ケース
２７，２８，２９  電極
３２，３５  フィン
３３，３６  冷媒噴出孔
３４，３７  仕切板
４４  封止樹脂
【図１】
2010010504.tif 000003
【図２】
2010010504.tif 000004
【図３】
2010010504.tif 000005
【図４】
2010010504.tif 000006
【図５】
2010010504.tif 000007
【図６】
2010010504.tif 000008
【図７】
2010010504.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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