(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子（１１１）と前記半導体素子（１１１）の両側に配置された板状の金属体（１１２、１１３）とが一体化された半導体実装体（１１）を備え、前記半導体素子（１１１）と前記金属体（１１２、１１３）とが積層された方向を積層方向としたとき、前記半導体実装体（１１）における前記積層方向の両端面が放熱面として構成されて、前記半導体実装体（１１）が冷媒により冷却される半導体装置において、
前記半導体実装体（１１）と、前記半導体実装体（１１）を前記積層方向の両側から挟持する金属製の冷却板（１３、１４）とが一体化された半導体冷却構造体（１）を備え、
半導体冷却構造体（１）は、前記半導体冷却構造体（１）における前記積層方向の一端側と他端側とを連通させて、前記冷却板（１３、１４）間に前記冷媒を流通させる冷媒流路（１９）を備え、
さらに、前記半導体冷却構造体（１）が前記積層方向に沿って複数個積層され、隣接する前記半導体冷却構造体（１）における前記冷却板（１３、１４）の間に、前記冷媒流路（１９）と連通する冷媒流通空間（１８）が形成されており、
前記半導体冷却構造体（１）は、前記半導体実装体（１１）における前記積層方向に対して直交する方向の両側に配置されて、前記冷却板（１３，１４）に挟持されるスペーサ（１２）を備え、
前記冷媒流路（１９）は、前記スペーサ（１２）に設けられていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体冷却構造体（１）は、前記冷却板（１３，１４）とは別体に形成されて、前記スペーサ（１２）内に配置される連通管（２０）を備え、
前記連通管（２０）は、前記２つの冷却板（１３、１４）に接合され、
前記冷媒流路（１９）は、前記連通管（２０）によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
半導体冷却構造体（１）は、前記スペーサ（１２）内に配置される筒部（１４３）を備え、
前記筒部（１４３）は、前記２つの冷却板（１３、１４）のうち一方の冷却板（１３、１４）に一体に形成されるとともに、他方の前記冷却板（１３、１４）に向かって延設されてその先端側が他方の冷却板（１３、１４）に接合され、
前記冷媒流路は、前記筒部（１４３）によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記２つの冷却板（１３、１４）のうち一方の冷却板（１３、１４）は、前記冷媒流路（１９）の開口部および前記冷媒流通空間（１８）を取り囲む突起部（１３３）を備え、
前記突起部（１３３）に対向する前記冷却板（１３、１４）と前記突起部（１３３）との間は、弾性部材よりなる環状のシール部材（１７）にてシールされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記冷却板（１３、１４）は、前記冷媒流通空間（１８）に向かって突出して、前記冷媒と前記冷却板（１３、１４）との間の熱伝達を促進する冷却フィン（１３２、１４２）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体実装体（１１）と前記冷却板（１３、１４）との間は、絶縁フィルム（１５、１６）により電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記絶縁フィルム（１５、１６）は、前記半導体実装体（１１）と前記冷却板（１３、１４）とを接合する機能を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記筒部（１４３）の肉厚は、前記他方の冷却板（１３、１４）に向かって薄くなっていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記筒部（１４３）の外周面は、前記他方の冷却板（１３、１４）に向かって細くなっていることを特徴とする請求項３または８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記スペーサ（１２）は熱可塑性樹脂よりなることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子と板状の金属体とが一体化された半導体実装体を冷媒により冷却する半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置として、冷媒が流れる扁平の冷却管を積層して積層冷却器を構成し、隣接する冷却管の間に半導体実装体を配置し、積層冷却器および半導体実装体をバネで加圧することにより、製造バラツキにより発生する冷却管と半導体実装体との間の隙間を小さくして（すなわち、冷却管と半導体実装体とを面接触させて）伝熱性向上を図るようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、冷却管と半導体実装体との間の隙間が大きい場合、その隙間をグリスで埋めることも行われる。
【０００３】
また、他の従来の半導体装置として、半導体素子と放熱用の金属体とを樹脂製の封止材にて封止して半導体実装体を構成し、また、封止材の一部が半導体実装体を囲んで冷媒の流路を形成し、金属体の放熱面に冷媒を直接接触させて半導体実装体を冷却するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３０９６４号公報
【特許文献２】特開２００６−１６５５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前者の従来装置は、伝熱性向上を図るためにバネやグリスが必要である。
【０００６】
一方、後者の従来装置は、金属体の放熱面に冷媒が直接接触するため封止材と金属体の放熱面間のシールが必要であるが、封止材と金属体の材質が異なるためそのシールが難しい。また、半導体装置の周囲に発熱部品（例えば、コンデンサやリアクトル、回路基板等）が配置されている場合、冷媒の流路を形成する封止材が樹脂であるため、半導体装置の周囲の熱を封止材を介して冷媒に吸収させることが困難である。したがって、半導体装置の周囲の温度が上昇し、半導体装置の周囲に配置される発熱部品の耐熱性を上げざるを得ずコストアップになってしまう。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、バネやグリスを用いなくても高い伝熱性が得られるようにすることを目的とする。また、シールが容易で、周囲の熱を冷媒に吸収しやすくすることを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体素子（１１１）と半導体素子（１１１）の両側に配置された板状の金属体（１１２、１１３）とが一体化された半導体実装体（１１）を備え、半導体素子（１１１）と金属体（１１２、１１３）とが積層された方向を積層方向としたとき、半導体実装体（１１）における積層方向の両端面が放熱面として構成されて、半導体実装体（１１）が冷媒により冷却される半導体装置において、半導体実装体（１１）と、半導体実装体（１１）を積層方向の両側から挟持する金属製の冷却板（１３、１４）とが一体化された半導体冷却構造体（１）を備え、半導体冷却構造体（１）は、半導体冷却構造体（１）における積層方向の一端側と他端側とを連通させて、冷却板（１３、１４）間に冷媒を流通させる冷媒流路（１９）を備え、さらに、半導体冷却構造体（１）が積層方向に沿って複数個積層され、隣接する半導体冷却構造体（１）における冷却板（１３、１４）の間に、冷媒流路（１９）と連通する冷媒流通空間（１８）が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
これによると、半導体実装体（１１）が冷却板（１３、１４）にて挟持される構成であるため、半導体実装体（１１）と冷却板（１３、１４）との間の隙間が小さくなり、バネやグリスを用いなくても高い伝熱性を得ることができる。
【００１０】
また、請求項１に記載の発明では、半導体冷却構造体（１）は、半導体実装体（１１）における積層方向に対して直交する方向の両側に配置されて、冷却板（１３，１４）に挟持されるスペーサ（１２）を備え、冷媒流路（１９）は、スペーサ（１２）に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
これによると、冷媒流路（１９）や冷媒流通空間（１８）を形成するスペーサ（１２）および冷却板（１３、１４）をいずれも金属製にすることにより、シール性が確保しやすく、且つ、半導体装置の周囲の熱を冷媒に吸収させやすい。
【００１２】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置において、半導体冷却構造体（１）は、冷却板（１３，１４）とは別体に形成されて、スペーサ（１２）内に配置される連通管（２０）を備え、連通管（２０）は、２つの冷却板（１３、１４）に接合され、冷媒流路（１９）は、連通管（２０）によって形成されていることを特徴とする。
【００１３】
これによると、冷媒流路（１９）や冷媒流通空間（１８）を形成する連通管（２０）および冷却板（１３、１４）をいずれも金属製にすることにより、シール性が確保しやすく、且つ、半導体装置の周囲の熱を冷媒に吸収させやすい。
【００１４】
請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の半導体装置において、半導体冷却構造体（１）は、スペーサ（１２）内に配置される筒部（１４３）を備え、筒部（１４３）は、２つの冷却板（１３、１４）のうち一方の冷却板（１３、１４）に一体に形成されるとともに、他方の冷却板（１３、１４）に向かって延設されてその先端側が他方の冷却板（１３、１４）に接合され、冷媒流路は、筒部（１４３）によって形成されていることを特徴とする。
【００１５】
これによると、冷媒流路（１９）や冷媒流通空間（１８）を形成する冷却板（１３、１４）は金属製であるため、シール性が確保しやすく、且つ、半導体装置の周囲の熱を冷媒に吸収させやすい。
【００１６】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置において、２つの冷却板（１３、１４）のうち一方の冷却板（１３、１４）は、冷媒流路（１９）の開口部および冷媒流通空間（１８）を取り囲む突起部（１３３）を備え、突起部（１３３）に対向する冷却板（１３、１４）と突起部（１３３）との間は、弾性部材よりなる環状のシール部材（１７）にてシールされていることを特徴とする。
【００１７】
これによると、冷却板（１３、１４）と突起部（１３３）との間を確実にシールすることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置において、冷却板（１３、１４）は、冷媒流通空間（１８）に向かって突出して、冷媒と冷却板（１３、１４）との間の熱伝達を促進する冷却フィン（１３２、１４２）を備えることを特徴とする。
【００１９】
これによると、伝熱性がさらに高まり、半導体実装体（１１）を一層確実に冷却することができる。
【００２０】
請求項６に記載の発明のように、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体装置において、半導体実装体（１１）と冷却板（１３、１４）との間は、絶縁フィルム（１５、１６）により電気的に絶縁することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明のように、請求項６に記載の半導体装置において、絶縁フィルム（１５、１６）は、半導体実装体（１１）と冷却板（１３、１４）とを接合する機能を有することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、請求項３に記載の半導体装置において、筒部（１４３）の肉厚は、他方の冷却板（１３、１４）に向かって薄くなっていることを特徴とする。
【００２３】
これによると、冷却板（１３、１４）を鋳造によって製造する場合、溶融金属が筒部（１４３）においてスムーズに流れやすい。
【００２４】
請求項９に記載の発明では、請求項３または８に記載の半導体装置において、筒部（１４３）の外周面は、他方の冷却板（１３、１４）に向かって細くなっていることを特徴とする。
【００２５】
これによると、スペーサ（１２）の貫通穴に筒部（１４３）が挿入される構成の場合、筒部（１４３）へのスペーサ（１２）の組み付けが容易になる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明では、請求項２または３に記載の半導体装置において、スペーサ（１２）は熱可塑性樹脂よりなることを特徴とする。
【００２７】
これによると、半導体実装体（１１）、スペーサ（１２）、冷却板（１３、１４）等を一体化する際に、熱を加えてスペーサ（１２）を軟化させることにより、半導体実装体（１１）と冷却板（１３、１４）とを確実に面接触させることができる。
【００２８】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置を示す図である。
【図２】図１の半導体装置における半導体冷却構造体を示す断面図である。
【図３】図１の半導体装置における半導体冷却構造体が積層された状態を示す断面図である。
【図４】図１の半導体装置における絶縁フィルムを示す斜視図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る半導体装置における半導体冷却構造体の分解斜視図である。
【図６】図５の半導体冷却構造体における要部の断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る半導体装置における半導体冷却構造体の要部の断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の変形例を示す要部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００３１】
（第１実施形態）
図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る半導体装置の斜視図、図１（ｂ）は図１（ａ）の半導体装置の分解斜視図である。図２は図１の半導体装置における半導体冷却構造体を示す断面図、図３は図１の半導体装置における半導体冷却構造体が積層された状態を示す断面図、図４は図１の半導体装置における絶縁フィルムを示す斜視図である。
【００３２】
図１に示すように、半導体装置は、複数個（品例では３個）の半導体冷却構造体１が積層され、これらの半導体冷却構造体１の一端側に第１蓋材３が配置され、これらの半導体冷却構造体１の他端側に第２蓋材４が配置されて、多数のボルト５によってそれらが締結されている。
【００３３】
図２、図３に示すように、半導体冷却構造体１は、半導体実装体１１、スペーサ１２、第１冷却板１３、第２冷却板１４、第１絶縁フィルム１５、第２絶縁フィルム１６、およびＯリング１７を備えている。
【００３４】
半導体実装体１１は、半導体素子としての半導体チップ１１１を２つ備えている。具体的には、一方の半導体チップ１１１は、例えばＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）やサイリスタ等のパワー半導体素子から構成し、他方の半導体チップ１１１は、例えばＦＷＤ（フリーホイールダイオード）としている。また、半導体チップ１１１は、直方体の薄板状になっている。
【００３５】
２つの半導体チップ１１１の一端面に対向して第１金属体としての第１ヒートシンク１１２が配置され、２つの半導体チップ１１１の他端面に対向して第２金属体としての第２ヒートシンク１１３が配置されている。換言すると、半導体チップ１１１とヒートシンク１１２、１１３は積層状態になっている。以下、半導体チップ１１１とヒートシンク１１２、１１３とが積層された方向を積層方向Ａという。ここで、第１ヒートシンク１１２および第２ヒートシンク１１３は、例えば、銅合金もしくはアルミ合金等の熱伝導性および電気伝導性の良い金属で構成されている。また、第１ヒートシンク１１２および第２ヒートシンク１１３は、略直方体の板材になっている。
【００３６】
２つの半導体チップ１１１の一端面と第１ヒートシンク１１２は、導電性接合部材としての第１はんだ１１４によって接合され、２つの半導体チップ１１１の他端面と第２ヒートシンク１１３は導電性接合部材としての第２はんだ１１５によって接合されている。
【００３７】
そして、半導体チップ１１１、第１ヒートシンク１１２、第２ヒートシンク１１３、第１はんだ１１４、および第２はんだ１１５は、封止材としてのモールド樹脂１１６によって一体化されている。このモールド樹脂１１６は、例えばエポキシ樹脂等のモールド材料を用いる。
【００３８】
ここで、半導体実装体１１における積層方向Ａの両端面、すなわち、第１ヒートシンク１１２における反半導体チップ側の面（図２の紙面上方側の面）、および第２ヒートシンク１１３における反半導体チップ側の面（図２の紙面下方側の面）は、モールド樹脂１１６から露出していて、半導体チップ１１１の熱を放熱するための放熱面として機能する。
【００３９】
このように、半導体実装体１１は、半導体チップ１１１、第１ヒートシンク１１２、第２ヒートシンク１１３、第１はんだ１１４、第２はんだ１１５、およびモールド樹脂１１６により構成されている。また、半導体実装体１１は、略直方体になっている。
【００４０】
スペーサ１２は、アルミ合金等の熱伝導性の良い金属よりなり、半導体実装体１１における積層方向Ａに対して直交する方向の両側に配置されている。スペーサ１２は、略直方体であり、積層方向Ａに貫通する貫通穴１２１が形成されている。スペーサ１２における積層方向Ａの寸法は、半導体実装体１１における積層方向Ａの寸法と同じか、或いはそれよりも僅かに大きくなっている。
【００４１】
第１冷却板１３は、アルミ合金等の熱伝導性の良い金属よりなり、半導体実装体１１およびスペーサ１２における積層方向Ａの一端側に配置されている。第１冷却板１３は、略直方体の板状になっており、積層方向Ａに貫通する貫通穴１３１が２つ形成されている。
【００４２】
第１冷却板１３における反半導体実装体側の面（図２の紙面上方側の面）には、冷媒流通空間１８（詳細後述）に向かって突出して、冷媒流通空間１８を流れる冷媒と第１冷却板１３との間の熱伝達を促進する多数の冷却フィン１３２が形成されている。なお、冷媒とは、空気、水、油などの流体である。
【００４３】
第１冷却板１３における反半導体実装体側の面（図２の紙面上方側の面）には、貫通穴１３１の開口部、冷却フィン１３２、および冷媒流通空間１８を取り囲む環状の突起部１３３が形成されている。この突起部１３３における反半導体実装体側の面（図２の紙面上方側の面）には、シール部材としてのＯリング１７が挿入される環状の溝１３４が形成されている。
【００４４】
第２冷却板１４は、アルミ合金等の熱伝導性の良い金属よりなり、半導体実装体１１およびスペーサ１２における積層方向Ａの他端側に配置されている。第２冷却板１４は、略直方体の板状になっており、積層方向Ａに貫通する貫通穴１４１が２つ形成されている。
【００４５】
第２冷却板１４における反半導体実装体側の面（図２の紙面下方側の面）には、冷媒流通空間１８に向かって突出して、冷媒流通空間１８を流れる冷媒と第２冷却板１４との間の熱伝達を促進する多数の冷却フィン１４２が形成されている。
【００４６】
図４に示すように、第１絶縁フィルム１５および第２絶縁フィルム１６は、矩形薄膜状であり、電気絶縁性の高い絶縁層１５１、１６１と、この絶縁層１５１、１６１の両側に配置され、加熱により軟化して接着機能を発揮する接着層１５２、１６２とからなる。なお、絶縁層１５１、１６１は、アルミナ等を用いることができ、また、アルミナ等を樹脂に混ぜたものを用いることもできる。
【００４７】
図２、図３に示すように、半導体冷却構造体１は、半導体実装体１１と第１冷却板１３との間に第１絶縁フィルム１５が配置され、半導体実装体１１と第２冷却板１４との間に第２絶縁フィルム１６が配置され、さらに、半導体実装体１１における積層方向Ａに対して直交する方向の両側にスペーサ１２が配置された状態で、半導体実装体１１、スペーサ１２、第１絶縁フィルム１５、および第２絶縁フィルム１６が、第１冷却板１３と第２冷却板１４とによって積層方向Ａの両側から挟持されて一体化されている。
【００４８】
具体的には、第１絶縁フィルム１５の接着層１５２が加熱によって軟化し、この軟化した接着層１５２により、半導体実装体１１と第１冷却板１３とが接着され、同様に、第２絶縁フィルム１６の接着層１６２が加熱によって軟化し、この軟化した接着層１６２により、半導体実装体１１と第２冷却板１４とが接着されている。また、第１冷却板１３とスペーサ１２は接着や溶接等にて接合され、第２冷却板１４とスペーサ１２も接着や溶接等にて接合されている。
【００４９】
ここで、スペーサ１２と各冷却板１３、１４とを接合する際に、各冷却板１３、１４の外側から加圧してスペーサ１２を積層方向Ａに圧縮変形させることにより、半導体実装体１１と各冷却板１３、１４との間の隙間を小さくすることができる。
【００５０】
このようにして一体化された半導体冷却構造体１は、半導体冷却構造体１における積層方向Ａの一端側の冷媒流通空間１８と他端側の冷媒流通空間１８が、スペーサ１２の貫通穴１２１、第１冷却板１３の貫通穴１３１、および第２冷却板１４の貫通穴１４１により連通される。ここで、スペーサ１２の貫通穴１２１と第１冷却板１３の貫通穴１３１との境界部、およびスペーサ１２の貫通穴１２１と第２冷却板１４の貫通穴１４１との境界部は、溶接等にて接合されてシールされている。なお、スペーサ１２の貫通穴１２１、第１冷却板１３の貫通穴１３１、および第２冷却板１４の貫通穴１４１は、冷媒を流通させる冷媒流路を構成するものであり、以下、それらを総称して冷媒流路１９という。
【００５１】
図１、図３に示すように、半導体冷却構造体１は、積層方向Ａに沿って複数個積層されて用いられ、隣接する半導体冷却構造体１における冷却板１３、１４の間に冷媒流通空間１８が形成されるようになっている。より詳細には、隣接する２つの半導体冷却構造体１のうち、一方の半導体冷却構造体１における第１冷却板１３および突起部１３３と、他方の半導体冷却構造体１における第２冷却板１４とにより、冷媒流通空間１８が形成されている。そして、突起部１３３と第２冷却板１４との間は、Ｏリング１７によりシールされる。
【００５２】
第１蓋材３は、アルミ合金等の金属よりなり、略直方体の板である。第１蓋材３は、冷媒の入口となる入口パイプ３１、および冷媒の出口となる出口パイプ３２を備えている。第１蓋材３に隣接する半導体冷却構造体１と第１蓋材３との間に冷媒流通空間１８が形成され、入口パイプ３１および出口パイプ３２は、その冷媒流通空間１８に連通している。第１蓋材３に隣接する半導体冷却構造体１の突起部１３３と第１蓋材３との間は、Ｏリング１７によりシールされる。
【００５３】
第２蓋材４は、アルミ合金等の金属よりなり、略直方体の板である。第２蓋材４に隣接する半導体冷却構造体１と第２蓋材４との間に冷媒流通空間１８が形成され、第２蓋材４に隣接する半導体冷却構造体１の第２冷却板１４と第２蓋材４との間は、第２蓋材４の凹部４１に配置したＯリング１７によりシールされる。
【００５４】
そして、第１蓋材３のボルト通し孔（図示せず）、および第２蓋材４のボルト通し孔４２にボルト５を通し、ボルト５とナット（図示せず）を螺合させることにより、半導体冷却構造体１、第１蓋材３、および第２蓋材４が、締結されている。
【００５５】
上記構成になる半導体装置は、以下のようにして半導体チップ１１１が冷却される。まず、半導体チップ１１１が発生した熱は、第１はんだ１１４を介して第１ヒートシンク１１２に伝達されるとともに、第２はんだ１１５を介して第２ヒートシンク１１３に伝達される。
【００５６】
一方、入口パイプ３１に導かれた冷媒は、図３の矢印Ｂのように冷媒流通空間１８や冷媒流路１９を通って出口パイプ３２に戻る。そして、冷媒が冷媒流通空間１８を通過する際に、冷媒は第１冷却板１３および第１絶縁フィルム１５を介して第１ヒートシンク１１２から受熱するとともに、第２冷却板１４および第２絶縁フィルム１６を介して第２ヒートシンク１１３から受熱する。これにより、半導体チップ１１１が発生した熱は冷媒に伝達され、半導体チップ１１１が冷却される。
【００５７】
上述した本実施形態の半導体装置では、半導体実装体１１が第１冷却板１３と第２冷却板１４とによって挟持される構成であるため、半導体実装体１１と各冷却板１３、１４との間の隙間が小さくなり、したがって、バネやグリスを用いなくても高い伝熱性を得ることができる。
【００５８】
また、冷媒流路１９や冷媒流通空間１８を形成するスペーサ１２および各冷却板１３、１４はいずれも金属製であるため、シール性が確保しやすく、且つ、半導体装置１１の周囲の熱をスペーサ１２および各冷却板１３、１４を介して冷媒に吸収させやすい。
【００５９】
さらに、各冷却板１３、１４に設けた冷却フィン１３２、１４２により、冷媒と各冷却板１３、１４との間の伝熱性がさらに高まり、半導体実装体１１の半導体チップ１１１を一層確実に冷却することができる。
【００６０】
（第２実施形態）
図５は本発明の第２実施形態に係る半導体装置における半導体冷却構造体の分解斜視図、図６は図５の半導体冷却構造体における要部の断面図である。
【００６１】
本実施形態は、冷媒流路１９の構成およびスペーサ１２の材質が第１実施形態と異なり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００６２】
図５、図６に示すように、スペーサ１２の貫通穴１２１、第１冷却板１３の貫通穴１３１、および第２冷却板１４の貫通穴１４１に、円筒の連通管２０が挿入されている。連通管２０の両端は各冷却板１３、１４に接合されており、半導体冷却構造体１における積層方向Ａの一端側の冷媒流通空間１８と他端側の冷媒流通空間１８が、連通管２０により連通されている。すなわち、連通管２０の内部の貫通穴が、冷媒を流通させる冷媒流路１９を構成する。
【００６３】
この連通管２０および各冷却板１３、１４は同材質であり、アルミ合金や銅合金等の熱伝導性の良い金属よりなる。そして、連通管２０と各冷却板１３、１４は、連通管２０の両端外周部と各冷却板１３、１４における各貫通穴１３１、１４１の内周面とを溶接して接合することができる。この場合の溶接個所は、各冷却板１３、１４の表面側になるため、溶接がし易い。
【００６４】
なお、連通管２０の両端部をかしめて連通管２０と各冷却板１３、１４とを接合してもよいし、溶接およびかしめにより連通管２０と各冷却板１３、１４とを接合してもよい。
【００６５】
また、スペーサ１２は、樹脂製、望ましくは熱可塑性樹脂製とし、スペーサ１２における積層方向Ａの寸法を、半導体実装体１１における積層方向Ａの寸法よりも大きくしている。この場合、構成部品を一体化して半導体冷却構造体１を形成する際に、半導体実装体１１、スペーサ１２、および各絶縁フィルム１５、１６を第１冷却板１３と第２冷却板１４とによって積層方向Ａの両側から挟持した状態で、それらを加熱しながらプレスすることにより、スペーサ１２を積層方向Ａに圧縮して半導体実装体１１と各冷却板１３、１４とを密着させることができる。そして、この後に、連通管２０と各冷却板１３、１４とを接合する。
【００６６】
（第３実施形態）
図７は本発明の第３実施形態に係る半導体装置における半導体冷却構造体の要部の断面図である。
【００６７】
本実施形態は、冷媒流路１９の構成が第２実施形態と異なり、その他に関しては第２実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
【００６８】
図７に示すように、第２冷却板１４には、第１冷却板１３に向かって延びる円筒状の筒部１４３が一体に形成されている。より詳細には、筒部１４３は、内径および外径が一定である。この筒部１４３がスペーサ１２の貫通穴１２１（図５参照）および第１冷却板１３の貫通穴１３１（図５参照）に挿入され、筒部１４３の先端が第１冷却板１３に接合されており、半導体冷却構造体１における積層方向Ａの一端側の冷媒流通空間１８と他端側の冷媒流通空間１８が、筒部１４３により連通されている。すなわち、筒部１４３の内部の貫通穴が、冷媒を流通させる冷媒流路１９を構成する。
【００６９】
なお、筒部１４３と第１冷却板１３は、筒部１４３の先端外周部と第１冷却板１３の貫通穴１３１の内周面とを溶接して接合することができる。また、筒部１４３の先端部をかしめて筒部１４３と第１冷却板１３とを接合してもよいし、溶接およびかしめにより筒部１４３と第１冷却板１３とを接合してもよい。
【００７０】
そして、本実施形態の半導体装置は、連通管２０が不要であるため、部品点数を少なくすることができ、連通管２０の挿入作業が不要となり、さらに、溶接個所が少なくなる。
【００７１】
また、本実施形態の半導体装置の第２冷却板１４は、半導体実装体１１と対向する部位の薄肉部１４４と、スペーサ１２と対向する部位で薄肉部１４４よりも肉厚の肉厚部１４５とを有し、薄肉部１４４と肉厚部１４５との段差部１４６が、半導体実装体１１の位置決めに利用されるようになっている。
【００７２】
そして、肉厚部１４５を有するため、第２冷却板１４の外周側面の面積が増加し、半導体装置１１の周囲の熱を吸収し易くなる。なお、肉厚部１４５の厚さをさらに増加することにより（例えば、筒部１４３を含む第２冷却板１４の厚さの１／２以上にすることにより）、第２冷却板１４の外周側面の面積がさらに増加し、半導体装置１１の周囲の熱をさらに吸収し易くなる。また、肉厚部１４５を有するため、第２冷却板１４を鋳造にて製造する場合、溶融金属が筒部１４３にスムーズに流れやすい。
【００７３】
なお、上記実施形態においては、筒部１４３の内径および外径を一定にしたが、図８に示す変形例のように、筒部１４３の外周面が第１冷却板１３に向かって細くなるようにしてもよい。これによると、スペーサ１２の貫通穴１２１に筒部１４３が挿入しやすくなり、筒部１４３へのスペーサ１２の組み付けが容易になる。また、筒部１４３の肉厚が第１冷却板１３に向かって薄くなるため、第２冷却板１４を鋳造にて製造する場合、溶融金属が筒部１４３内においてスムーズに流れやすい。
【符号の説明】
【００７４】
１      半導体冷却構造体
１１    半導体実装体
１２    スペーサ
１３    冷却板
１４    冷却板
１８    冷媒流通空間
１９    冷媒流路
１１１  半導体素子
１１２  金属体
１１３  金属体
【図１】
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【図２】
0005392196.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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