(57)【要約】  インバーター動作等により全ての半導体素子が発熱した場合にも、流路の上流側と下流側とで冷媒の温度差を軽減することを目的とする。半導体装置は、少なくとも１つの半導体素子１と、ベース板２と、複数の冷却フィン２ａと、ジャケット５と、隔壁１０とを備える。ジャケット５は、ベース板２の下面に複数の冷却フィン２ａを囲繞して配置された。隔壁１０は、ジャケット５内の複数の冷却フィン２ａの下側に配置され、かつ、冷媒流入口５ａから流入した冷媒を複数の冷却フィン２ａに流した後、冷媒流出口５ｂに流出させる。また、隔壁１０は、冷媒流入口５ａから流入した冷媒を複数の冷却フィン２ａに流す少なくとも１つの流入開口部５ｃを備えるとともに冷媒流入口５ａ側においてジャケット５に当接する部分を有する。少なくとも１つの流入開口部５ｃは少なくとも１つの半導体素子１に対応する位置に設けられた。
2019211889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの半導体素子（１）と、
少なくとも１つの前記半導体素子（１）が上面に搭載されたベース板（２）と、
前記ベース板（２）の下面に配置された複数の冷却フィン（２ａ）と、
外部から冷媒が流入する冷媒流入口（５ａ）と外部へ前記冷媒が流出する冷媒流出口（５ｂ）とを有し、かつ、前記ベース板（２）の下面に複数の前記冷却フィン（２ａ）を囲繞して配置されたジャケット（５）と、
前記ジャケット（５）内の複数の前記冷却フィン（２ａ）の下側に配置され、かつ、前記冷媒流入口（５ａ）から流入した前記冷媒を複数の前記冷却フィン（２ａ）に流した後、前記冷媒流出口（５ｂ）に流出させる隔壁（１０，２０）と、
を備えるとともに前記冷媒流入口（５ａ）側において前記ジャケット（５）に当接する部分を有し、
前記隔壁（１０，２０）は、前記冷媒流入口（５ａ）から流入した前記冷媒を複数の前記冷却フィン（２ａ）に流す少なくとも１つの流入開口部（５ｃ，１３ａ，２３ａ）を備え、
少なくとも１つの前記流入開口部（５ｃ，１３ａ，２３ａ）は少なくとも１つの前記半導体素子（１）に対応する位置に設けられた、半導体装置。
【請求項２】
前記隔壁（１０）は、複数の前記冷却フィン（２ａ）の下端に位置する水平隔壁（３）と、前記水平隔壁（３）の下側に配置された垂直隔壁（４）とを備え、
少なくとも１つの前記流入開口部（５ｃ）は、前記水平隔壁（３）の前記冷媒流入口（５ａ）側の一端と前記ジャケット（５）の内側壁との間に形成された冷媒流入側隙間である、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記隔壁（２０）は、複数の前記冷却フィン（２ａ）の下端に位置する水平隔壁（３）と、前記水平隔壁（１３）の下側に配置された垂直隔壁（１４）とを備え、
前記水平隔壁（１３）は、前記ベース板（２）の少なくとも１つの前記半導体素子（１）が配置されている領域の直下に設けられた少なくとも１つの前記流入開口部（１３ａ）と、前記ベース板（２）の少なくとも１つの前記半導体素子（１）が配置されていない領域の直下に設けられた排出開口部（１３ｂ）とを備えた、請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記垂直隔壁（１４）は、前記排出開口部（１３ｂ）および前記冷媒流出口（５ｂ）に連通する冷媒排出溝（１４ａ）を備えた、請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
複数の前記冷却フィン（２ａ）を流れた前記冷媒は、前記排出開口部（１３ｂ）および前記冷媒排出溝（１４ａ）を介して前記冷媒流出口（５ｂ）から流出する、請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
少なくとも１つの前記流入開口部（１３ａ）は、複数の前記流入開口部（１３ａ）を備え、
各前記流入開口部（１３ａ）に対応する位置に配置された複数の前記冷却フィン（２ａ）の配置状態はそれぞれ同じである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記冷媒流入口（５ａ）および前記冷媒流出口（５ｂ）は前記垂直隔壁（１４）を介して対面する、請求項３記載の半導体装置。
【請求項８】
前記隔壁は、複数の前記冷却フィン（２ａ）の下端に位置する水平隔壁（２３）であり、
前記水平隔壁（２３）は、前記ベース板（２）の少なくとも１つの前記半導体素子（１）が配置されている領域の直下に設けられた少なくとも１つの前記流入開口部（２３ａ）と、前記ベース板（２）の少なくとも１つの前記半導体素子（１）が配置されていない領域の直下に設けられ前記冷媒流出口（５ｂ）に連通する冷媒排出溝（２３ｂ）とを備え、
前記冷媒排出溝（２３ｂ）は、前記冷媒流出口（５ｂ）と同じ高さ位置に位置する、請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ジャケット（５）は、前記冷媒流入口（５ａ）に連通する冷媒流入溝（５ｅ）をさらに備え、
前記冷媒流入溝（５ｅ）は前記冷媒排出溝（２３ｂ）の下側に位置する、請求項８記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記冷媒流入溝（５ｅ）は、前記水平隔壁（２３）の下面における前記冷媒排出溝（２３ｂ）に対応する位置と対面し、
前記冷媒流入口（５ａ）から流入した前記冷媒は、前記冷媒流入溝（５ｅ）から上方に噴出し前記水平隔壁（２３）の下面における前記冷媒排出溝（２３ｂ）に対応する位置に当たって分散する、請求項９記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記冷媒流入口（５ａ）は、前記ジャケット（５）の底壁から前記ジャケット（５）内に連通するように設けられた、請求項８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、半導体装置の流体での冷却構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置において、半導体素子を搭載したベース板の下面に冷却フィンを備える直冷式冷却構造では、ジャケットにシール構造を介して密閉する構造になっている。冷却フィンを流れる冷媒の流速を均一化するために、冷却フィンに冷媒を流動させる隔壁を、冷却フィンにおける冷媒の流入側および流出側、すなわち、冷却フィンに対して水平方向に設けた構造が一般的である。【０００３】
また、冷却フィンの下側に隔壁を設けた構造もある。例えば特許文献１に記載の半導体装置では、冷却フィンの下側に水平隔壁と垂直隔壁からなるＴ字状のヘッダ隔壁が設けられている。冷媒流入口から流入した冷媒は、ジャケットとベース板との間に封止された領域で、水平隔壁における冷媒流入口側の一端とジャケットの内壁との間に設けられた冷媒流入側隙間から冷却フィンに流れ込み、水平隔壁における冷媒排出口側の他端とジャケットの内壁との間に設けられた冷媒流出側隙間を通って冷媒排出口から排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−５３３１８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、特許文献１に記載の半導体装置では、冷媒流入側隙間は全域で均一の隙間であるため、冷媒流入口から流入した冷媒が冷却フィン全体に分散されていた。【０００６】
そのため、インバーター動作等により全ての半導体素子が発熱した場合、冷媒は流路の上流側に配置された半導体素子の熱を吸収した状態で、下流側に配置された半導体素子に流れ込む。これにより、下流側に配置された半導体素子を冷却する冷媒の温度が上流側に配置された半導体素子を冷却する冷媒の温度よりも高温となり、半導体装置の通電能力が限定されたり、信頼性が低下するという問題があった。【０００７】
そこで、本発明は、インバーター動作等により全ての半導体素子が発熱した場合にも、流路の上流側と下流側とで冷媒の温度差を軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体装置は、少なくとも１つの半導体素子と、少なくとも１つの前記半導体素子が上面に搭載されたベース板と、前記ベース板の下面に配置された複数の冷却フィンと、外部から冷媒が流入する冷媒流入口と外部へ前記冷媒が流出する冷媒流出口とを有し、かつ、前記ベース板の下面に複数の前記冷却フィンを囲繞して配置されたジャケットと、前記ジャケット内の複数の前記冷却フィンの下側に配置され、かつ、前記冷媒流入口から流入した前記冷媒を複数の前記冷却フィンに流した後、前記冷媒流出口に流出させる隔壁とを備え、前記隔壁は、前記冷媒流入口から流入した前記冷媒を複数の前記冷却フィンに流す少なくとも１つの流入開口部を備えるとともに前記冷媒流入口側において前記ジャケットに当接する部分を有し、少なくとも１つの前記流入開口部は少なくとも１つの前記半導体素子に対応する位置に設けられたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冷却フィンに流入する冷媒の流速を高めることで冷媒の温度上昇を抑えることができるため、インバーター動作等により全ての半導体素子が発熱した場合にも、流路の上流側と下流側とで冷媒の温度差を軽減することができる。【００１０】
この発明の目的、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、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の分解斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。
【図３】実施の形態１に係る半導体装置が備える隔壁の斜視図である。
【図４】実施の形態１に係る半導体装置の平面図である。
【図５】実施の形態２に係る半導体装置の分解斜視図である。
【図６】実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。
【図７】実施の形態２に係る半導体装置が備える水平隔壁から上方を視た図である。
【図８】実施の形態２の変形例に係る半導体装置が備える水平隔壁、垂直隔壁およびジャケットの分解斜視図である。
【図９】実施の形態３に係る半導体装置の分解斜視図である。
【図１０】実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。
【図１１】実施の形態４に係る半導体装置が備えるジャケットの斜視図である。
【図１２】実施の形態５に係る半導体装置が備える水平隔壁およびジャケットの分解斜視図である。
【図１３】実施の形態５に係る半導体装置の断面図である。
【図１４】実施の形態６に係る半導体装置が備える水平隔壁およびジャケットの分解斜視図である。
【図１５】実施の形態６に係る半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係る半導体装置の分解斜視図である。図２は、実施の形態１に係る半導体装置の断面図であり、具体的には、実施の形態１に係る半導体装置を後述する隔壁に設けられた切り欠き３ａ部にて左右方向に沿って切断した断面図である。図３は、実施の形態１に係る半導体装置が備える隔壁の斜視図である。図４は、半導体装置の平面図である。なお、説明を容易にするため、図１にＸＹＺの座標軸を示す。ここで、＋Ｘ方向を右方向、−Ｘ方向を左方向、＋Ｙ方向を前方向、−Ｙ方向を後方向、＋Ｚ方向を上方向、−Ｚ方向を下方向として説明する。
【００１３】
図１と図２に示すように、実施の形態１に係る半導体装置は、少なくとも１個の半導体素子１と、ベース板２と、複数の冷却フィン２ａと、ジャケット５と、隔壁１０とを備えている。半導体素子１は、ベース板２の上面に搭載されている。半導体素子１は、図１の左右方向に４個ずつ、前後方向に３個ずつ、合計１２個配置されている。なお、半導体素子１の個数は１２個に限定されることなく、１個以上であればよい。
【００１４】
複数の冷却フィン２ａは、ベース板２の下面に配置されている。より具体的には、複数の冷却フィン２ａは、ベース板２の下面において、ベース板２の上面に搭載された半導体素子１の配置領域に対応する領域に配置されている。各冷却フィン２ａは、ベース板２の下面から下方に突出するように、予め定められた間隔をあけて配置されている。冷却フィン２ａは、ピンフィンであり、例えば高熱伝導率の金属で形成され、放熱効果を高めることができるようになっている。
【００１５】
ジャケット５は、冷却フィン２ａに冷媒を流すための部材であり凹状である。ジャケット５は、ベース板２の下面に複数の冷却フィン２ａを囲繞して密閉配置されている。より具体的には、ジャケット５は、ベース板２の下面において複数の冷却フィン２ａが形成された領域の外周部に密着させた状態でボルトなどを用いて固定されている。
【００１６】
ジャケット５は、外部から冷媒が流入する冷媒流入口５ａと、外部へ冷媒が流出する冷媒流出口５ｂとを備えている。冷媒流入口５ａは、ジャケット５の前壁の左右方向中央部よりも左側から前後方向に延びてジャケット５の内部空間に連通している。冷媒流出口５ｂは、ジャケット５の前壁の左右方向中央部よりも右側から前後方向に延びてジャケット５の内部空間に連通している。また、冷媒流入口５ａおよび冷媒流出口５ｂは同じ高さ位置に形成されている。
【００１７】
図１と図２に示すように、隔壁１０は、ジャケット５内の複数の冷却フィン２ａの下側に配置され、ジャケット５の内側壁および底壁とで、冷媒流入口５ａから流入した冷媒を複数の冷却フィン２ａに流した後、冷媒流出口５ｂに流出させる流路を形成している。より具体的には、隔壁１０は、冷媒流入口５ａから流入した冷媒を複数の冷却フィン２ａに流す少なくとも１つの流入開口部５ｃと、複数の冷却フィン２ａを流れた冷媒を冷媒流出口５ｂに流出させる１つの排出開口部５ｄを備えている。なお、図２の矢印は冷媒の流れ方向を示す。
【００１８】
隔壁１０は、複数の冷却フィン２ａの下端に位置する水平隔壁３と、水平隔壁３の下側に配置された垂直隔壁４とを備え、水平隔壁３と垂直隔壁４とでＴ字状に形成されている。隔壁１０は、垂直隔壁４の下端部をジャケット５の底壁にボルトなどを用いて固定することで、ジャケット５内に固定されている。
【００１９】
冷却フィン２ａの下端が水平隔壁３の上面に当接し、水平隔壁３の一端である左端に、流入開口部５ｃが形成されている。また、水平隔壁３における他端である右端に、排出開口部５ｄが形成されている。
【００２０】
次に、水平隔壁３の構造を詳細に説明する。図１と図３に示すように、水平隔壁３は平面視にて矩形状であり、水平隔壁３の一端部に複数の切り欠き３ａが予め定められた間隔をあけて形成されている。複数の切り欠き３ａは、半導体素子１に対応する位置のみに設けられている。より具体的には、３つの切り欠き３ａは、左端の前後方向に配置された３個の半導体素子１の位置に合わせて設けられ、この切り欠き３ａの内側が前記流入開口部５ｃとなる。
【００２１】
３つの切り欠き３ａと水平隔壁３の上面との接続部３ｂは、テーパー状または曲面状である。これにより、接続部３ｂから水平隔壁３の上面を通って複数の冷却フィン２ａに流れる冷媒の流れをスムーズにして圧力損失を低減することができる。なお、切り欠き３ａの個数は、３つに限定されることなく、左端の前後方向に配置される半導体素子１の個数に合わせて増減される。
【００２２】
図２と図４に示すように、水平隔壁３の左右方向の長さはジャケット５の内部空間の左右方向の長さよりも短く、水平隔壁３の前後方向の長さはジャケット５の内部空間の前後方向の長さよりも僅かに短い。水平隔壁３の冷媒流入口５ａ側の一端である左端はジャケット５の内側壁に当接しており、水平隔壁３の左端とジャケット５の内側壁との間に冷媒流入側隙間が形成されている。より具体的には、冷媒流入側隙間は、水平隔壁３の切り欠き３ａとジャケット５の内側壁との間に形成される。
【００２３】
流入開口部５ｃである冷媒流入側隙間は、半導体素子１が配置されている位置に限定して設けられ、半導体素子１が配置されていない位置には設けられていない。すなわち、半導体素子１が配置されていない位置には隙間が形成されていない。そのため、流入開口部５ｃから流入する冷媒が半導体素子１の直下を流れるように集中させることができる。これにより、半導体素子１の直下を流れる冷媒の流速を高めることができるため、冷媒の温度上昇を抑えることができる。流路の上流側と下流側での冷媒の温度差を軽減できるため、複数の半導体素子１の温度のばらつきを抑えることができる。
【００２４】
他方、水平隔壁３の冷媒流出口５ｂ側の他端である右端はジャケット５の内側壁に当接しておらず、水平隔壁３の右端とジャケット５の内側壁との間に冷媒排出側隙間が形成されている。冷媒排出側隙間は全域で均一な隙間であり、排出開口部５ｄである。
【００２５】
以上のように、実施の形態１に係る半導体装置では、隔壁１０は、冷媒流入口５ａから流入した冷媒を複数の冷却フィン２ａに流す少なくとも１つの流入開口部５ｃを備えるとともに冷媒流入口５ａ側においてジャケット５に当接する部分を有し、少なくとも１つの流入開口部５ｃは少なくとも１つの半導体素子１に対応する位置に設けられた。したがって、冷却フィン２ａに流入する冷媒の流速を高めることで冷媒の温度上昇を抑えることができるため、インバーター動作等により全ての半導体素子１が発熱した場合にも、流路の上流側と下流側とで冷媒の温度差を軽減することができる。以上より、半導体装置の耐久性の向上を図ることができる。
【００２６】
隔壁１０は、複数の冷却フィン２ａの下端に位置する水平隔壁３と、水平隔壁３の下側に配置された垂直隔壁４とを備え、少なくとも１つの流入開口部５ｃは、水平隔壁３の冷媒流入口５ａ側の一端とジャケット５の内側壁との間に形成された冷媒流入側隙間である。冷媒流入側隙間は、水平隔壁３の一端部に複数の切り欠き３ａを形成することで簡単に実現することができるため、隔壁１０の構造が複雑化することなく、半導体装置の製造コストの上昇を抑制できる。
【００２７】
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係る半導体装置について説明する。図５は、実施の形態２に係る半導体装置の分解斜視図である。図６は、実施の形態２に係る半導体装置の断面図であり、具体的には、実施の形態２に係る半導体装置を左右方向に沿って切断した断面図である。図７は、実施の形態２に係る半導体装置が備える水平隔壁１３から上方を視た図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００２８】
実施の形態１に係る半導体装置では、冷却フィン２ａ同士の間隔が狭い場合、または冷媒の流動方向に対して冷却フィン２ａが千鳥配置である場合などに、下流側に対応する位置に配置された半導体素子１を冷却する冷媒流速が低下するため、下流側に対応する位置に配置された半導体素子１を十分に冷却できない場合がある。また、冷媒流入側隙間である流入開口部５ｃの開口面積が狭いため圧力損失が高くなり、冷媒を供給するポンプへの負荷が大きくなる傾向がある。実施の形態２に係る半導体装置は、このような問題を解消したものである。
【００２９】
図５と図６に示すように、実施の形態２に係る半導体装置は、少なくとも１個の半導体素子１と、ベース板２と、複数の冷却フィン２ａと、ジャケット５と、隔壁２０とを備えている。
【００３０】
ジャケット５は、冷媒流入口５ａと、冷媒流出口５ｂとを備えている。冷媒流入口５ａは、ジャケット５の前壁の左右方向中央部よりも右側から前後方向に延びてジャケット５の内部空間に連通している。冷媒流出口５ｂは、ジャケット５の前壁の左右方向中央部から前後方向に延びてジャケット５の内部空間に連通している。また、冷媒流入口５ａおよび冷媒流出口５ｂは同じ高さ位置に形成されている。
【００３１】
隔壁２０は、ジャケット５内の複数の冷却フィン２ａの下側に配置され、ジャケット５の内側壁および底壁とで、冷媒流入口５ａから流入した冷媒を複数の冷却フィン２ａに流した後、冷媒流出口５ｂに流出させる流路を形成している。より具体的には、隔壁２０は、冷媒流入口５ａから流入した冷媒を複数の冷却フィン２ａに流す少なくとも１つの流入開口部１３ａと、複数の冷却フィン２ａを流れた冷媒を冷媒流出口５ｂに流出させる１つの排出開口部１３ｂを備えている。なお、図５の矢印は冷媒の流れ方向を示す。
【００３２】
隔壁２０は、複数の冷却フィン２ａの下端に位置する水平隔壁１３と、水平隔壁１３の下側に配置された垂直隔壁１４とを備えている。隔壁２０は、垂直隔壁１４の下端部をジャケット５の底壁にボルトなどを用いて固定することで、ジャケット５内に固定されている。
【００３３】
垂直隔壁１４は、平面視にてＵ字状であり、Ｕ字状の２つの先端部を前方に向けた状態で固定されている。垂直隔壁１４は、冷媒流出口５ｂに連通する冷媒排出溝１４ａを備えている。冷媒排出溝１４ａはＵ字状の前方に開口し後方に延びる溝の部分であり、冷媒流出口５ｂの後側に位置し冷媒流出口５ｂに連通している。冷媒流入口５ａは、垂直隔壁１４のＵ字状の右側の先端部の右側に位置している。垂直隔壁１４の後端部は、冷媒の流れをスムーズにするために曲面状である。ジャケット５内の２つの角部、すなわち、垂直隔壁１４の後端部と対面する位置に、垂直隔壁１４と同じ厚みを有する支柱１５が設けられ、冷媒の流れをスムーズにするために支柱１５の前側の面は曲面状である。
【００３４】
水平隔壁１３は、平面視にてＵ字状であり、板状部材の左右方向中央部の前端から後端部に渡って切り欠いた形状である。水平隔壁１３は、Ｕ字状の２つの先端部を前方に向けた状態で垂直隔壁１４と支柱１５の上面に固定されている。水平隔壁１３は、流入開口部１３ａおよび排出開口部１３ｂを備えている。
【００３５】
排出開口部１３ｂは、水平隔壁１３の左右方向中央部の前端から後端部に渡って切り欠かれた部分である。流入開口部１３ａは、水平隔壁１３における左右から前後方向に延びる部分に形成され、前後方向に３つずつ並べられた平面視にて円状の開口である。流入開口部１３ａは、ベース板２の複数の半導体素子１が配置されている領域の直下に設けられている。より具体的には、流入開口部１３ａは、ベース板２における左端および右端に配置された半導体素子１の直下に設けられている。なお、流入開口部１３ａは６つに限定されることなく、ベース板２における左端および右端に配置された半導体素子１の個数に合わせて増減される。
【００３６】
排出開口部１３ｂは、ベース板２の半導体素子１が配置されていない領域の直下に設けられている。より具体的には、排出開口部１３ｂは、ベース板２の左右方向中央部の直下に設けられている。また、排出開口部１３ｂは冷媒排出溝１４ａと同じ平面視輪郭を有し、冷媒排出溝１４ａの直上に設けられ、冷媒排出溝１４ａと連通している。
【００３７】
これにより、冷媒流入口５ａから流入した冷媒は垂直隔壁１４の外周に沿って流動しながら、左右の流入開口部１３ａから複数の冷却フィン２ａに向かって流れる。複数の冷却フィン２ａを通過した冷媒は、排出開口部１３ｂから冷媒排出溝１４ａを通って冷媒流出口５ｂから外部へ流出する。
【００３８】
次に、各流入開口部１３ａと複数の冷却フィン２ａとの位置関係について説明する。図７に示すように、各流入開口部１３ａに対応する位置に配置された複数の冷却フィン２ａの配置状態はそれぞれ同じである。図７では、各流入開口部１３ａの中央部に１つの冷却フィン２ａがそれぞれ位置し、各流入開口部１３ａの円周上にはその冷却フィン２ａの周辺の４つの冷却フィン２ａが位置している。
【００３９】
これにより、各流入開口部１３ａから流出した冷媒の流動の仕方が同じになることから、各半導体素子１の直下に流れる冷媒の量をさらに均一に近づけることができる。そのため、各半導体素子１の冷却効果をさらに均一に近づけることができる。なお、各流入開口部１３ａに対応する位置に配置された複数の冷却フィン２ａの配置状態はそれぞれ同じであればよく、図７に示す例に限定されることなく、任意に設定してもよい。
【００４０】
以上のように、実施の形態２に係る半導体装置では、隔壁２０は、複数の冷却フィン２ａの下端に位置する水平隔壁１３と、水平隔壁１３の下側に配置された垂直隔壁１４とを備え、水平隔壁１３は、ベース板２の少なくとも１つの半導体素子１が配置されている領域の直下に設けられた少なくとも１つの流入開口部１３ａと、ベース板２の少なくとも１つの半導体素子１が配置されていない領域の直下に設けられた排出開口部１３ｂとを備えた。
【００４１】
したがって、ベース板２の半導体素子１が配置されている領域の直下からベース板２の半導体素子１が配置されていない領域の直下に向かって冷媒が流動するため、各半導体素子１の直下に流れる冷媒の流量および流速を均一に近づけることができる。これにより、各半導体素子１の冷却効果を均一に近づけることができるため、冷却フィン２ａ同士の間隔が狭い場合、または冷媒の流動方向に対して冷却フィン２ａが千鳥配置である場合などであっても、下流側に対応する位置に配置された半導体素子１を十分に冷却することが可能となる。また、流入開口部１３ａの開口面積を広くすることができるため圧力損失が低くなり、冷媒を供給するポンプへの負荷を小さくすることができる。
【００４２】
垂直隔壁１４は、排出開口部１３ｂおよび冷媒流出口５ｂに連通する冷媒排出溝１４ａを備えた。複数の冷却フィンを流れた冷媒は、排出開口部１３ｂおよび冷媒排出溝１４ａを介して冷媒流出口５ｂから流出する。したがって、冷却フィン２ａを通過した冷媒を効率よく外部に排出することができる。
【００４３】
少なくとも１つの流入開口部１３ａは、複数の流入開口部１３ａを備え、各流入開口部１３ａに対応する位置に配置された複数の冷却フィン２ａの配置状態はそれぞれ同じであるため、各流入開口部１３ａから流出した冷媒の流動の仕方が同じになることから、各半導体素子１の直下に流れる冷媒の量をさらに均一に近づけることができる。これにより、各半導体素子１の冷却効果をさらに均一に近づけることができる。
【００４４】
また、実施の形態２に係る半導体装置では、外部からジャケット５への冷媒の供給口である冷媒流入口５ａは１つであるため、ジャケット５の外部に冷媒の供給配管を設けた場合の、配管が複雑になり、配管抵抗と冷媒の圧力差により各配管を流動する冷媒の流速および圧力に差異が生じ、半導体素子１の冷却効果にばらつきが生じるという問題を解消することができる。
【００４５】
また、高温となった冷媒は低温の冷媒の上側に集まるが、実施の形態２に係る半導体装置では、冷媒排出溝１４ａから冷媒流出口５ｂを介して水平方向に冷媒を排出するため、高温となった冷媒の滞留を緩和することができる。
【００４６】
また、実施の形態２に係る半導体装置では、半導体素子１の周辺に対応する複数の冷却フィン２ａの直下にも水平隔壁１３が存在し冷媒が流れるため、半導体素子１の周辺の冷却効果が低減するという問題は発生しない。
【００４７】
また、実施の形態２に係る半導体装置では、各半導体素子１に対して個別に冷媒を供給するため、流路の下流に位置する半導体素子１の直下を流れる冷媒と流路の上流に位置する半導体素子１の直下を流れる冷媒との温度差によって、下流側に位置する半導体素子の冷却効果が低減するという問題は発生しない。
【００４８】
＜実施の形態２の変形例＞
次に、実施の形態２の変形例に係る半導体装置について説明する。図８は、実施の形態２の変形例に係る半導体装置が備える水平隔壁１３、垂直隔壁１４およびジャケット５の分解斜視図である。
【００４９】
実施の形態２に係る半導体装置では、冷媒流入口５ａが垂直隔壁１４の右側に配置されているため、冷媒流入口５ａから左右の流入開口部１３ａまでの距離の差が大きくなる。そのため、左右の流入開口部１３ａにおいて冷媒の流速および圧力に差が生じることで、各半導体素子１の温度にはらつきが出る場合がある。実施の形態２の変形例に係る半導体装置は、このような問題を解消したものである。
【００５０】
図８に示すように、実施の形態２の変形例に係る半導体装置では、冷媒流入口５ａの位置が変更されている。冷媒流入口５ａおよび冷媒流出口５ｂは垂直隔壁１４を介して対面している。より具体的には、冷媒流入口５ａは、ジャケット５の後壁の左右方向中央部から垂直隔壁１４の左右方向中央部の後端付近まで延びるように形成されている。そのため、冷媒流入口５ａから左右の流入開口部１３ａまでの距離の差が小さくなり、左右の流入開口部１３ａにおける冷媒の流速および圧力の差が小さくなる。
【００５１】
以上のように、実施の形態２の変形例に係る半導体装置では、冷媒流入口５ａおよび冷媒流出口５ｂは垂直隔壁１４を介して対面するため、左右の流入開口部１３ａにおける冷媒の流速および圧力の差が小さくなり、各半導体素子１の温度のばらつきを低減できる。
【００５２】
＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３に係る半導体装置について説明する。図９は、実施の形態３に係る半導体装置の分解斜視図である。図１０は、実施の形態３に係る半導体装置の断面図であり、具体的には、実施の形態３に係る半導体装置を左右方向に沿って切断した断面図である。なお、実施の形態３において、実施の形態１，２で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００５３】
実施の形態２の変形例に係る半導体装置では、冷媒流入口５ａから左右の流入開口部１３ａまでの距離の差を小さくすることで、各半導体素子１の温度のばらつきを低減できるが、まだ左右の流入開口部１３ａにおける冷媒の流速および圧力の差が生じることから、各半導体素子１の温度のばらつきが生じる場合がある。実施の形態３に係る半導体装置は、このような問題を解消したものである。
【００５４】
図９と図１０に示すように、実施の形態３に係る半導体装置は、少なくとも１個の半導体素子１と、ベース板２と、複数の冷却フィン２ａと、ジャケット５と、隔壁としての水平隔壁２３とを備えている。
【００５５】
ジャケット５は、冷媒流入口５ａと、冷媒流出口５ｂと、冷媒流入口５ａに連通する冷媒流入溝５ｅと、水平隔壁支え５ｆとを備えている。冷媒流入口５ａおよび冷媒流出口５ｂは上下方向に平行に設けられ、冷媒流入口５ａは冷媒流出口５ｂの下側に位置する。
【００５６】
水平隔壁２３は、平面視にて矩形状であり、左右方向の中央部が前端から後端に渡って下方に凹んだ形状である。水平隔壁２３は、流入開口部２３ａと、冷媒排出溝２３ｂとを備えている。
【００５７】
流入開口部２３ａは、ベース板２の少なくとも１つの半導体素子１が配置されている領域の直下に設けられている。冷媒排出溝２３ｂは、上記の下方に凹んだ部分であり、ベース板２の少なくとも１つの半導体素子１が配置されていない領域の直下に設けられている。冷媒排出溝２３ｂは冷媒流出口５ｂと同じ高さ位置で冷媒流出口５ｂの後側に位置し、冷媒流出口５ｂに連通している。冷媒流入溝５ｅは冷媒排出溝２３ｂの下側に位置している。より具体的には、冷媒流入溝５ｅは冷媒流入口５ａと同じ高さ位置で冷媒流入口５ａの後側に位置し、冷媒流入口５ａに連通している。
【００５８】
水平隔壁支え５ｆは、ジャケット５の左右の内側壁の前端から後端に渡って形成された段差であり、水平隔壁２３の左右両端部を支持している。
【００５９】
ジャケット５の冷媒流入口５ａから流入した冷媒は、冷媒流入溝５ｅから上方に噴出し水平隔壁２３の下面における冷媒排出溝２３ｂに対応する位置に当たって左右に均等に分散する。これにより、ジャケット５と水平隔壁２３との間に充填された冷媒は、水平隔壁２３の流入開口部２３ａから冷却フィン２ａに向かって均等に噴出する。冷却フィン２ａを通過した冷媒は、冷媒排出溝２３ｂから冷媒流出口５ｂへ排出され、各半導体素子１は冷媒による熱干渉を受けずに均等な温度となる。
【００６０】
以上のように、実施の形態３に係る半導体装置は、隔壁は、複数の冷却フィン２ａの下端に位置する水平隔壁２３であり、水平隔壁２３は、ベース板２の少なくとも１つの半導体素子１が配置されている領域の直下に設けられた少なくとも１つの流入開口部２３ａと、ベース板２の少なくとも１つの半導体素子１が配置されていない領域の直下に設けられ冷媒流出口５ｂに連通する冷媒排出溝２３ｂとを備え、冷媒排出溝２３ｂは、冷媒流出口５ｂと同じ高さ位置に位置する。ジャケット５は、冷媒流入口５ａに連通する冷媒流入溝５ｅをさらに備え、冷媒流入溝５ｅは冷媒排出溝２３ｂの下側に位置する。冷媒流入溝５ｅは、水平隔壁２３の下面における冷媒排出溝２３ｂに対応する位置と対面し、冷媒流入口５ａから流入した冷媒は、冷媒流入溝５ｅから上方に噴出し水平隔壁２３の下面における冷媒排出溝２３ｂに対応する位置に当たって分散する。
【００６１】
したがって、各半導体素子１は冷媒による熱干渉を受けずに均等な温度となることから、半導体装置の信頼性向上を図ることができる。
【００６２】
＜実施の形態４＞
次に、実施の形態４に係る半導体装置について説明する。図１１は、実施の形態４に係る半導体装置が備えるジャケット５の斜視図である。なお、実施の形態４において、実施の形態１〜３で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００６３】
図１１に示すように、実施の形態４では、実施の形態３の場合とジャケット５の構造が異なっている。なお、その他の部材の構造は同じであるため図示と説明を省略する。
【００６４】
ジャケット５は、冷媒流入口５ａと、冷媒流出口５ｂと、水平隔壁支え５ｆとを備えている。すなわち、ジャケット５は、実施の形態３の場合に対して冷媒流入溝５ｅを備えていない。これにより、冷媒流入口５ａから流入した冷媒において、水平隔壁２３の下側で左右に回転する流れが発生し、流入開口部２３ａから上方への流れの妨げとなり、圧損が増加する傾向があるものの、ジャケット５の加工を簡略化できるというメリットが得られる。
【００６５】
以上のように、実施の形態４に係る半導体装置では、ジャケット５は、冷媒流入口５ａと、冷媒流出口５ｂと、水平隔壁支え５ｆとを備えている。したがって、ジャケット５の加工を簡略化することができるため、ジャケット５の製造コスト、ひいては半導体装置の製造コストの上昇を抑制できる。
【００６６】
＜実施の形態５＞
次に、実施の形態５に係る半導体装置について説明する。図１２は、実施の形態５に係る半導体装置が備える水平隔壁２３およびジャケット５の分解斜視図である。図１３は、実施の形態５に係る半導体装置の断面図であり、具体的には、実施の形態５に係る半導体装置を前後方向に沿って切断した断面図である。なお、実施の形態５において、実施の形態１〜４で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００６７】
図１２に示すように、実施の形態５では、実施の形態３の場合とジャケット５の構造が異なっている。なお、その他の部材の構造は同じであるため説明を省略する。
【００６８】
図１２と図１３に示すように、ジャケット５は、冷媒流入口５ａと、冷媒流出口５ｂと、冷媒流入口５ａに連通する冷媒流入溝５ｅと、水平隔壁支え５ｆとを備えている。実施の形態３の場合と、冷媒流入口５ａおよび冷媒流入溝５ｅの位置が異なっている。
【００６９】
冷媒流入溝５ｅは、ジャケット５の内部空間の右端部の下側に前後方向に延びるように形成されている。冷媒流入口５ａは、ジャケット５の後壁の中央部より前後方向に延びて冷媒流入溝５ｅに連通している。すなわち、冷媒流入口５ａは冷媒流入溝５ｅに連通した状態で、ジャケット５における冷媒流出口５ｂの反対側の面に形成されている。
【００７０】
以上のように、実施の形態５に係る半導体装置では、冷媒流入口５ａは冷媒流入溝５ｅに連通した状態で、ジャケット５における冷媒流出口５ｂの反対側の面に形成されている。したがって、実施の形態３の場合と同様の効果が得られる。
【００７１】
＜実施の形態６＞
次に、実施の形態６に係る半導体装置について説明する。図１４は、実施の形態６に係る半導体装置が備える水平隔壁およびジャケットの分解斜視図である。図１５は、実施の形態６に係る半導体装置の断面図であり、具体的には、実施の形態６に係る半導体装置を前後方向に沿って切断した断面図である。なお、実施の形態６において、実施の形態１〜５で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。
【００７２】
図１４に示すように、実施の形態６では、実施の形態３の場合とジャケット５の構造が異なっている。なお、その他の部材の構造は同じであるため説明を省略する。
【００７３】
図１４と図１５に示すように、ジャケット５は、冷媒流入口５ａと、冷媒流出口５ｂと、水平隔壁支え５ｆとを備えている。すなわち、ジャケット５は、実施の形態３の場合に対して冷媒流入溝５ｅを備えていない。
【００７４】
図１４と図１５に示すように、冷媒流入口５ａは、ジャケット５の底壁からジャケット５内に連通するように設けられている。より具体的には、冷媒流入口５ａは、ジャケット５の底壁の中央部から上下方向に延びてジャケット５の内部空間に連通している。
【００７５】
以上のように、実施の形態６に係る半導体装置では、冷媒流入口５ａは、ジャケット５の底壁からジャケット５内に連通するように設けられている。したがって、ジャケット５の加工を簡略化することができるため、ジャケット５の製造コスト、ひいては半導体装置の製造コストの上昇を抑制できる。
【００７６】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この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、この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。
【００７７】
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、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１  半導体素子、２  ベース板、２ａ  冷却フィン、３  水平隔壁、４  垂直隔壁、５  ジャケット、５ａ  冷媒流入口、５ｂ  冷媒流出口、５ｃ  流入開口部、５ｅ  冷媒流入溝、１０  隔壁、１３  水平隔壁、１３ａ  流入開口部、１３ｂ  排出開口部、１４  垂直隔壁、１４ａ  冷媒排出溝、２０  隔壁、２３  水平隔壁、２３ａ  流入開口部、２３ｂ  冷媒排出溝。
【図１】
2019211889.tif 000003
【図２】
2019211889.tif 000004
【図３】
2019211889.tif 000005
【図４】
2019211889.tif 000006
【図５】
2019211889.tif 000007
【図６】
2019211889.tif 000008
【図７】
2019211889.tif 000009
【図８】
2019211889.tif 000010
【図９】
2019211889.tif 000011
【図１０】
2019211889.tif 000012
【図１１】
2019211889.tif 000013
【図１２】
2019211889.tif 000014
【図１３】
2019211889.tif 000015
【図１４】
2019211889.tif 000016
【図１５】
2019211889.tif 000017
【国際調査報告】
2019211889.tif 000018
2019211889.tif 000019
2019211889.tif 000020
2019211889.tif 000021