(57)【要約】【課題】パワー半導体素子モジュールのチップ部分に集中する熱を効率良く拡散させることができるヒートシンクを提供すること。【解決手段】ヒートシンク２０は、複数のパワー半導体素子１１を有するパワー半導体素子モジュール１０が冷却面Ｆ１に載置され、パワー半導体素子１１で発生した熱を放熱するヒートシンク本体２１と、ヒートシンク本体２１よりも熱伝導性が高く、パワー半導体素子１１で発生した熱を拡散可能な熱拡散構造部２５と、を備え、熱拡散構造部２５は、ヒートシンク本体２１の冷却面Ｆ１と直交する方向Ｚにおいて、パワー半導体素子モジュール１０内に配置されたパワー半導体素子１１と重なる位置に設けられる。【選択図】図１Ｂ
2018206802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパワー半導体素子を有するパワー半導体素子モジュールが冷却面に載置され、前記パワー半導体素子で発生した熱を放熱するヒートシンク本体と、
前記ヒートシンク本体よりも熱伝導性が高く、前記パワー半導体素子で発生した熱を拡散可能な熱拡散構造部と、
を備え、
前記熱拡散構造部は、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に設けられるヒートシンク。
【請求項２】
前記熱拡散構造部は、前記ヒートシンク本体よりも熱伝導性が高い金属材料により板状に形成され、前記ヒートシンク本体において前記パワー半導体素子モジュールと同じ側に配置される熱拡散シートであって、
前記熱拡散シートは、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重なるように配置される、請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記ヒートシンク本体は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子内に配置された前記パワー半導体素子と重ならない位置に複数の第１放熱フィンを備え、
前記熱拡散構造部は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に設けられた複数の第２放熱フィンであり、
前記第２放熱フィンのフィン間隔は、前記第１放熱フィンのフィン間隔よりも狭い、請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記ヒートシンク本体は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子内に配置された前記パワー半導体素子と重ならない位置に複数の第１放熱フィンを備え、
前記熱拡散構造部は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に設けられた複数の第２放熱フィンであり、
前記第２放熱フィンは、前記第１放熱フィンよりも熱伝導性の高い部材により形成される、請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記熱拡散構造部は、前記ヒートシンク本体の内部に設けられ、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に配管された冷却管である、請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記パワー半導体素子と、
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のヒートシンクと、
を備えるヒートシンクアッセンブリ。
【請求項７】
前記パワー半導体素子は、ワイドバンドギャップパワー半導体素子である、請求項６に記載のヒートシンクアッセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンク及びこれを備えたヒートシンクアッセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械、電気自動車、鉄道車両等に用いられるモータ駆動装置は、電力変換回路を備えている。この種の電力変換回路は、直流電力を交流電力に変換するためのスイッチング素子として、Ｓｉ（シリコン）等のパワー半導体素子を備えている。
【０００３】
近年、次世代のパワー半導体素子として、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）に代表される大電流、高耐電圧のワイドバンドギャップパワー半導体素子（以下、単に「パワー半導体素子」ともいう）が注目されている。このパワー半導体素子は、チップサイズ当たりの電流密度を大きくできるが、製造時のウエハの欠陥密度が高いため、低コストで大きなチップを作ることが難しい。そこで、大電流用のモータ駆動装置では、大きなチップの代わりに、小さいチップを多数個並列に接続することが行われている（以下、複数のチップを備えたモジュールを「パワー半導体素子モジュール」又は単に「モジュール」ともいう）。このようなモータ駆動装置では、パワー半導体素子モジュールをヒートシンクに接触させることにより、モジュール内のパワー半導体素子の駆動時に発生する熱を拡散させている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６４０４８号公報
【特許文献２】特開２００５−２２３３４８号公報
【特許文献３】特開２０１１−２１１０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したパワー半導体素子モジュールでは、モジュール内に設けられたパワー半導体素子のチップサイズが小さいために熱抵抗が大きくなる。そのため、チップ及びその近傍（以下「チップ部分」ともいう）に熱が集中する、いわゆるヒートスポットが生じ、その部分に集中した熱を効率良く拡散させることが難しいという課題がある。
【０００６】
本発明の目的は、パワー半導体素子モジュールのチップ部分に集中する熱を効率良く拡散させることができるヒートシンク及びヒートシンクアッセンブリを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）  本発明は、複数のパワー半導体素子（例えば、後述するパワー半導体素子１１）を有するパワー半導体素子モジュール（例えば、後述するパワー半導体素子モジュール１０）が冷却面（例えば、後述する冷却面Ｆ１）に載置され、前記パワー半導体素子で発生した熱を放熱するヒートシンク本体（例えば、後述するヒートシンク本体２１）と、前記ヒートシンク本体よりも熱伝導性が高く、前記パワー半導体素子で発生した熱を拡散可能な熱拡散構造部（例えば、後述する熱拡散シート２５等）と、を備え、前記熱拡散構造部は、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向（例えば、後述する厚み方向Ｚ）において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に設けられるヒートシンク（例えば、後述するヒートシンク２０）に関する。
【０００８】
（２）  （１）のヒートシンクにおいて、前記熱拡散構造部は、前記ヒートシンク本体よりも熱伝導性が高い金属材料により板状に形成され、前記ヒートシンク本体において前記パワー半導体素子モジュールと同じ側に配置される熱拡散シート（例えば、後述する熱拡散シート２５）であって、前記熱拡散シートは、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重なるように配置してもよい。
【０００９】
（３）  （１）のヒートシンクにおいて、前記ヒートシンク本体は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子内に配置された前記パワー半導体素子と重ならない位置に複数の第１放熱フィン（例えば、後述する第１放熱フィン１２３）を備え、前記熱拡散構造部は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に設けられた複数の第２放熱フィン（例えば、後述する第２放熱フィン１２５）であり、前記第２放熱フィンのフィン間隔は、前記第１放熱フィンのフィン間隔よりも狭くなるようにしてもよい。
【００１０】
（４）  （１）のヒートシンクにおいて、前記ヒートシンク本体は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子内に配置された前記パワー半導体素子と重ならない位置に複数の第１放熱フィン（例えば、後述する第１放熱フィン２２３）を備え、前記熱拡散構造部は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に設けられた複数の第２放熱フィン（例えば、後述する第２放熱フィン２２５）であり、前記第２放熱フィンは、前記第１放熱フィンよりも熱伝導性の高い部材により形成されるようにしてもよい。
【００１１】
（５）  （１）のヒートシンクにおいて、前記熱拡散構造部は、前記ヒートシンク本体の内部に設けられ、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に配管された冷却管（例えば、後述する冷却管３４０）であってもよい。
【００１２】
（６）  本発明は、前記パワー半導体素子と、（１）から（５）までのいずれかのヒートシンクと、を備えるヒートシンクアッセンブリ（例えば、後述するヒートシンクアッセンブリ１）に関する。
【００１３】
（７）  （６）のヒートシンクアッセンブリにおいて、前記パワー半導体素子は、ワイドバンドギャップパワー半導体素子であってもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、パワー半導体素子モジュールにおいてチップ部分に集中する熱を効率良く拡散させることができるヒートシンク及びヒートシンクアッセンブリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】第１実施形態のヒートシンクアッセンブリ１の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示すヒートシンクアッセンブリ１の平面図である。
【図１Ｃ】熱拡散シートの第２の形状を示すヒートシンクアッセンブリ１の平面図である。
【図１Ｄ】熱拡散シートの第３の形状を示すヒートシンクアッセンブリ１の平面図である。
【図２Ａ】第２実施形態のヒートシンクアッセンブリ２の斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示すヒートシンクアッセンブリ２の平面図である。
【図３Ａ】第３実施形態のヒートシンクアッセンブリ３の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すヒートシンクアッセンブリ３の平面図である。
【図４Ａ】第４実施形態のヒートシンクアッセンブリ４の斜視図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示すヒートシンクアッセンブリ４の平面図である。
【図５】ヒートシンク本体３３０の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書に添付した図面は、いずれも模式図であり、理解のしやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を、実物から変更又は誇張している。
本明細書等において、形状、幾何学的条件、これらの程度を特定する用語、例えば「平行」、「方向」等の用語については、その用語の厳密な意味に加えて、ほぼ平行とみなせる程度の範囲、概ねその方向とみなせる範囲を含む。
また、本明細書等では、後述するヒートシンク２０の奥行き方向をＸ（Ｘ１−Ｘ２）方向、幅方向をＹ（Ｙ１−Ｙ２）方向、厚み方向をＺ（Ｚ１−Ｚ２）方向とする。
【００１７】
（第１実施形態）
図１Ａは、第１実施形態のヒートシンクアッセンブリ１の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示すヒートシンクアッセンブリ１の平面図である。図１Ｂは、熱拡散シートの第１の形状を示している。図１Ｃは、熱拡散シートの第２の形状を示すヒートシンクアッセンブリ１の平面図である。図１Ｄは、熱拡散シートの第３の形状を示すヒートシンクアッセンブリ１の平面図である。なお、図１Ｂ〜図１Ｄにおいて、パワー半導体素子１１のケース１２（後述）は、その輪郭のみを図示する（第２実施形態以降の同等の図面に共通）。
【００１８】
図１Ａに示すように、第１実施形態のヒートシンクアッセンブリ１は、複数のパワー半導体素子モジュール１０と、ヒートシンク２０と、を備える。
図１Ｂに示すように、パワー半導体素子モジュール１０は、ケース１２の内部に複数のパワー半導体素子１１が配置されたアッセンブリモジュールである。パワー半導体素子モジュール１０は、ヒートシンク２０の冷却面Ｆ１（後述）に載置されている。
【００１９】
なお、第１〜第４実施形態では、パワー半導体素子モジュール１０を、ヒートシンク２０の冷却面Ｆ１に直接載置した例を示しているが、パワー半導体素子モジュール１０は、ヒートシンク２０の冷却面Ｆ１に、熱伝導グリス、熱伝導シート等（不図示）を介して載置されてもよい。また、第１〜第４実施形態では、パワー半導体素子モジュール１０を、ヒートシンク２０の冷却面Ｆ１に３個配置した例を示しているが、パワー半導体素子モジュール１０の数、配置箇所等は、本例に限定されない。
【００２０】
パワー半導体素子１１は、先に説明したＳｉＣ等のワイドバンドギャップパワー半導体素子であり、Ｓｉ等のパワー半導体素子に比べてチップサイズが小さい。本実施形態では、図１Ｂに示すように、一つのパワー半導体素子モジュール１０において、一組（２つ）のパワー半導体素子１１が８組配置されている。なお、パワー半導体素子１１のレイアウトパターンは、図１Ｂの例に限定されない。また、パワー半導体素子は、ワイドバンドギャップパワー半導体素子に限定されない。
【００２１】
ヒートシンク２０は、パワー半導体素子モジュール１０（パワー半導体素子１１）で発生した熱を外部に放熱するための放熱装置である。
本実施形態のヒートシンク２０は、ヒートシンク本体２１と、熱拡散構造部としての熱拡散シート２５と、を備える。
【００２２】
ヒートシンク本体２１は、冷却面Ｆ１に載置されたパワー半導体素子モジュール１０を冷却する構造体である。ヒートシンク本体２１は、図１Ａに示すように、冷却板２２と、放熱フィン２３と、を備える。冷却板２２は、パワー半導体素子モジュール１０及び熱拡散シート２５を保持する部分である。
【００２３】
冷却板２２において、Ｚ１側の面（以下、「冷却面Ｆ１」ともいう）には、パワー半導体素子モジュール１０及び熱拡散シート２５が載置される。また、冷却板２２において、Ｚ２側の面（以下、「裏面Ｆ２」ともいう）には、放熱フィン２３が取り付けられる。ヒートシンク本体２１及び放熱フィン２３は、例えば、アルミニウム合金等により形成される。なお、冷却面Ｆ１は、図１Ａに示すような平坦面に限らず、例えば、全体に又は部分的に凹凸、傾斜等のある面であってもよい。
【００２４】
放熱フィン２３は、熱拡散シート２５から冷却板２２を介して伝達された熱を周囲の空気に放熱する部材である。本実施形態において、放熱フィン２３は、冷却板２２と一体に形成されていているが、これに限定されない。放熱フィン２３を、冷却板２２の裏面に半田等で接合する構成としてもよいし、放熱フィン２３を冷却板２２の裏面に設けられた溝（不図示）に嵌め込むことにより固定する構成としてもよい。後者の場合、ヒートシンク本体２１と放熱フィン２３を、それぞれ異なる金属材料で形成することができる。本実施形態において、複数の放熱フィン２３は、図１Ａに示すように、ヒートシンク２０の幅方向（Ｙ方向）に沿って均等な間隔で配置されている。
【００２５】
熱拡散シート２５は、パワー半導体素子１１で発生した熱を拡散する板状の金属部材である。熱拡散シート２５は、ヒートシンク本体２１の冷却面Ｆ１に載置されている。第１の形状における熱拡散シート２５は、図１Ｂに示すように、ヒートシンク２０の奥行き方向（Ｘ方向）に沿って延在し、幅方向（Ｙ方向）に略等間隔で平行に配列されている。また、熱拡散シート２５は、ヒートシンク本体２１の厚み方向Ｚ（Ｘ−Ｙ平面と直交する方向）において、パワー半導体素子モジュール１０内に配置されたパワー半導体素子１１と重なる位置に配置されている。本実施形態においては、厚み方向Ｚは、ヒートシンク本体２１の冷却面Ｆ１と直交する方向でもある。
【００２６】
熱拡散シート２５において、パワー半導体素子モジュール１０のケース１２に覆われていない部分は、ヒートシンク本体２１の冷却面Ｆ１に露出している。そのため、パワー半導体素子１１で発生した熱は、熱拡散シート２５からヒートシンク本体２１を経て放熱フィン２３で放熱されると共に、ヒートシンク本体２１の冷却面Ｆ１から露出した領域からも放熱される。
【００２７】
熱拡散シート２５は、ヒートシンク本体２１よりも熱伝導性の高い材料、例えば、銅、金、銀、カーボン、高熱伝導樹脂等により形成される。また、熱拡散シート２５は、例えば、ろう付け、圧入、熱伝導性の接着剤による接着等の手法により、ヒートシンク本体２１の冷却面Ｆ１に接合される。なお、熱拡散シート２５の幅Ｗは、後述するように、パワー半導体素子モジュール１０内に配置されたパワー半導体素子１１と重なる位置に設けた場合に、パワー半導体素子１１の幅（図１ＢのＸ方向の幅）以上となるように設定することが好ましい。
【００２８】
上述した第１実施形態のヒートシンク２０は、ヒートシンク本体２１よりも熱伝導性の高い熱拡散シート２５を、ヒートシンク本体２１の厚み方向において、パワー半導体素子１１と重なる位置に備えている。そのため、ヒートシンク２０は、パワー半導体素子１１のチップ及びその近傍に集中する熱を、熱拡散シート２５を介してヒートシンク本体２１の全体に効率良く放熱させることができる。従って、本実施形態のヒートシンク２０及びヒートシンクアッセンブリ１によれば、パワー半導体素子モジュール１０のチップ部分に集中する熱を効率良く拡散させることができる。
【００２９】
第１実施形態のヒートシンク２０は、パワー半導体素子モジュール１０のチップ部分に集中する熱を効率良く拡散させることができるため、ＳｉＣ等のパワー半導体素子１１の能力を十分に発揮させることができる。また、ヒートシンク２０は、パワー半導体素子１１に大電流を流した場合でも、チップの温度を従来よりも下げることができるため、ヒートシンク２０をより小型化できると共に、パワー半導体素子１１の耐久性、信頼性を向上させることができる。
【００３０】
また、ヒートシンク２０の熱伝導性を高めるため、ヒートシンク本体２１の全体（冷却板２２、放熱フィン２３）を銅等の高価な材料で形成すると、ヒートシンクアッセンブリ１を備えたモータ駆動装置のコストが高くなる。しかし、本実施形態のヒートシンク２０は、熱拡散シート２５のみを銅で形成すれば、ヒートシンク本体２１の全体を銅で形成した場合と比べて、銅の使用量を大幅に削減できる。そのため、本実施形態のヒートシンク２０によれば、ヒートシンクアッセンブリ１を備えたモータ駆動装置のコストが高くなることを抑制できる。
【００３１】
第１実施形態における熱拡散シート２５は、図１Ｃに示す第２の形状のように、ヒートシンク２０の幅方向（Ｙ方向）に沿って延在し、奥行き方向（Ｘ方向）に略等間隔で平行に配列された形状としてもよい。
また、第１実施形態における熱拡散シート２５は、図１Ｄに示す第３の形状のように、１つのパワー半導体素子モジュール１０において、ヒートシンク２０の奥行き方向に沿ってＷ字形となり、チップと重なる部分の近傍に凸部２５ａを設けた形状としてもよい。
【００３２】
上記第２及び第３の形状においても、熱拡散シート２５は、ヒートシンク本体２１の厚み方向において、パワー半導体素子モジュール１０内に配置されたパワー半導体素子１１と重なる位置に配置されているため、第１の形状と同様に、パワー半導体素子モジュール１０のチップ部分に集中する熱を効率良く拡散させることができる。
【００３３】
（第２実施形態）
図２Ａは、第２実施形態のヒートシンクアッセンブリ２の斜視図である。図２Ｂは、図２Ａに示すヒートシンクアッセンブリ２の平面図である。
なお、第２実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同様の機能を果たす構成要件には、同一の符号又は末尾（下２桁）に同一の符号を付して、重複する説明を適宜に省略する。
【００３４】
図２Ａに示すように、第２実施形態のヒートシンクアッセンブリ２は、複数のパワー半導体素子モジュール１０と、ヒートシンク１２０と、を備える。このうち、パワー半導体素子モジュール１０の構成は、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。
本実施形態のヒートシンク１２０は、ヒートシンク本体１２１と、熱拡散構造部としての第２放熱フィン１２５と、を備える。
【００３５】
ヒートシンク本体１２１は、冷却面Ｆ１に載置されたパワー半導体素子モジュール１０を冷却する構造体である。ヒートシンク本体１２１は、冷却板１２２と、第１放熱フィン１２３と、を備える。
【００３６】
第１放熱フィン１２３は、ヒートシンク本体１２１から伝達された熱を周囲の空気に放熱する部材である。第１放熱フィン１２３は、図２Ｂに示すように、ヒートシンク１２０の奥行き方向（Ｘ方向）に沿って延在し、幅方向（Ｙ方向）に間隔Ｓ１で平行に配列されている。第１放熱フィン１２３は、ヒートシンク本体１２１の厚み方向Ｚ（Ｘ−Ｙ平面と直交する方向）において、パワー半導体素子モジュール１０内に配置されたパワー半導体素子１１と重ならない位置に配置されている。なお、第１放熱フィン１２３のうち、後述する第２放熱フィン１２５と隣接する第１放熱フィン１２３は、その第２放熱フィン１２５と間隔Ｓ１で配列されている。
【００３７】
第２放熱フィン１２５は、ヒートシンク本体１２１から伝達された熱のうち、特にパワー半導体素子１１の近傍に集中する熱を周囲の空気に放熱する部材である。第２放熱フィン１２５は、図２Ｂに示すように、ヒートシンク１２０の奥行き方向（Ｘ方向）に沿って延在し、幅方向（Ｙ方向）に間隔Ｓ２で平行に配列されている。第２放熱フィン１２５は、ヒートシンク本体１２１の厚み方向において、パワー半導体素子モジュール１０内に配置されたパワー半導体素子１１と重なる位置に配置されている。
本実施形態のヒートシンク１２０において、上述した第１放熱フィン１２３及び第２放熱フィン１２５は、ヒートシンク本体１２１と一体に形成されていてもよいし、第１実施形態で説明した半田等による接合、溝への嵌め込み等の手法により固定してもよい。
【００３８】
第２放熱フィン１２５の間隔Ｓ２は、第１放熱フィン１２３の間隔Ｓ１よりも狭くなる（Ｓ２＜＜Ｓ１）ように構成されている。このように、第２放熱フィン１２５の間隔Ｓ２を第１放熱フィン１２３の間隔Ｓ１より狭くすることにより、第２放熱フィン１２５の放熱性を向上させることができる。これによって、ヒートシンク本体１２１から第２放熱フィン１２５の領域に伝達された熱を、パワー半導体素子１１のチップが配置されていない第１放熱フィン１２３の領域よりも、より多く放熱させることができる。
【００３９】
上述した第２実施形態のヒートシンク１２０は、第１放熱フィン１２３よりもフィン間隔の狭い第２放熱フィン１２５を、パワー半導体素子１１と重なる位置に備えている。そのため、ヒートシンク１２０は、第２放熱フィン１２５において、パワー半導体素子１１のチップ及びその近傍に集中する熱を、パワー半導体素子１１のチップが配置されていない第１放熱フィン１２３の領域に比べて、より多く放熱させることができる。従って、本実施形態のヒートシンク１２０及びヒートシンクアッセンブリ２によれば、パワー半導体素子モジュール１０のチップ部分に集中する熱を効率良く拡散させることができる。
【００４０】
（第３実施形態）
図３Ａは、第３実施形態のヒートシンクアッセンブリ３の斜視図である。図３Ｂは、図３Ａに示すヒートシンクアッセンブリ３の平面図である。
なお、第３実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同様の機能を果たす構成要件には、同一の符号又は末尾（下２桁）に同一の符号を付して、重複する説明を適宜に省略する。
【００４１】
図３Ａに示すように、第３実施形態のヒートシンクアッセンブリ３は、複数のパワー半導体素子モジュール１０と、ヒートシンク２２０と、を備える。このうち、パワー半導体素子モジュール１０の構成は、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。
本実施形態のヒートシンク２２０は、ヒートシンク本体２２１と、熱拡散構造部としての第２放熱フィン２２５と、を備える。
【００４２】
ヒートシンク本体２２１は、冷却面に載置されたパワー半導体素子モジュール１０を冷却する構造体である。ヒートシンク本体２２１は、冷却板２２２と、第１放熱フィン２２３と、を備える。
【００４３】
第１放熱フィン２２３は、ヒートシンク本体２２１から伝達された熱を周囲の空気に放熱する部材である。第１放熱フィン２２３は、図３Ｂに示すように、ヒートシンク２２０の奥行き方向（Ｘ方向）に沿って延在し、幅方向（Ｙ方向）に等間隔で平行に配列されている。第１放熱フィン２２３は、ヒートシンク本体２２１の厚み方向Ｚ（Ｘ−Ｙ平面と直交する方向）において、パワー半導体素子モジュール１０内に配置されたパワー半導体素子１１と重ならない位置に配置されている。本実施形態において、第１放熱フィン２２３は、例えば、アルミニウム合金により形成される。
【００４４】
第２放熱フィン２２５は、ヒートシンク本体２２１から伝達された熱のうち、特にパワー半導体素子１１の近傍に集中する熱を周囲の空気に放熱する部材である。第２放熱フィン２２５は、図３Ｂに示すように、ヒートシンク２２０の奥行き方向（Ｘ方向）に沿って延在し、幅方向（Ｙ方向）に等間隔で平行に配列されている。第２放熱フィン２２５は、ヒートシンク本体２２１の厚み方向において、パワー半導体素子モジュール１０内に配置されたパワー半導体素子１１と重なる位置に配置されている。第２放熱フィン２２５の間隔Ｓ２は、第１放熱フィン２２３の間隔Ｓ１と同一となるように設定されている。
本実施形態のヒートシンク２２０において、第１放熱フィン２２３及び第２放熱フィン２２５は、溝への嵌め込みより固定しているが、第１実施形態で説明した半田等による接合により固定してもよい。
【００４５】
本実施形態において、第２放熱フィン２２５は、第１放熱フィン２２３（アルミニウム合金）よりも熱伝導性の高い材料、例えば、銅により形成されている。このように、第２放熱フィン２２５を、熱伝導性の高い銅で形成することにより、ヒートシンク本体２２１から第２放熱フィン２２５の領域に伝達された熱を、パワー半導体素子１１のチップが配置されていない第１放熱フィン２２３の領域に比べて、より多く放熱させることができる。
【００４６】
上述した第３実施形態のヒートシンク２２０は、第１放熱フィン２２３よりも熱伝導性の高い材料により形成された第２放熱フィン２２５を、パワー半導体素子１１と重なる位置に備えている。そのため、ヒートシンク２２０は、第２放熱フィン２２５において、パワー半導体素子１１のチップ及びその近傍に集中する熱を、パワー半導体素子１１のチップが配置されていない第１放熱フィン２２３の領域に比べて、より多く放熱させることができる。従って、本実施形態のヒートシンク２２０及びヒートシンクアッセンブリ３によれば、パワー半導体素子モジュール１０のチップ部分に集中する熱を効率良く拡散させることができる。
【００４７】
（第４実施形態）
図４Ａは、第４実施形態のヒートシンクアッセンブリ４の斜視図である。図４Ｂは、図４Ａに示すヒートシンクアッセンブリ４の平面図である。図５は、ヒートシンク本体３３０の分解斜視図である。
なお、第４実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同様の機能を果たす構成要件には、同一の符号又は末尾（下２桁）に同一の符号を付して、重複する説明を適宜に省略する。
【００４８】
図４Ａに示すように、第２実施形態のヒートシンクアッセンブリ４は、複数のパワー半導体素子モジュール１０と、ヒートシンク３２０と、を備える。このうち、パワー半導体素子モジュール１０の構成は、第１実施形態と同じであるため、説明を省略する。
本実施形態のヒートシンク３２０は、ヒートシンク本体３３０と、熱拡散構造部としての冷却管３４０と、を備える。
【００４９】
ヒートシンク本体３３０は、冷却面Ｆ１に載置されたパワー半導体素子モジュール１０を冷却する構造体である。本実施形態のヒートシンク本体３３０は、水冷板（水冷式の冷却板）として構成されており、内部に冷却管３４０が収容されている。
【００５０】
図５に示すように、ヒートシンク本体３３０は、第１冷却板３３１と、第２冷却板３３２と、を備える。
第１冷却板３３１は、ヒートシンク本体３３０の冷却面Ｆ１を構成する板状の部材である。第１冷却板３３１は、冷却管３４０の中心からＺ１側を占める部分が収容される複数の溝３３１ａを備える。溝３３１ａは、第１冷却板３３１の長手方向（Ｘ方向）に沿って形成されている。
第２冷却板３３２は、ヒートシンク本体３３０の裏面Ｆ２を構成する板状の部材である。第２冷却板３３２は、冷却管３４０の中心からＺ２側を占める部分が収容される複数の溝３３２ａを備える。溝３３２ａは、第２冷却板３３２の長手方向（Ｘ方向）に沿って形成されている。
【００５１】
第１冷却板３３１及び第２冷却板３３２は、例えば、アルミニウム合金、銅合金等の熱伝導性の高い材料により形成される。
図５に示すように、第１冷却板３３１の溝３３１ａと第２冷却板３３２の溝３３２ａとの間に冷却管３４０（後述）を挟み込み、２つの冷却板３３１、３３２を接合することにより、本実施形態のヒートシンク本体３３０が得られる。２つの冷却板３３１、３３２及び冷却管３４０は、例えば、ろう付け、圧入、熱伝導性の接着剤による接着等の手法により接合できる。
【００５２】
冷却管３４０は、内部に冷却水ＣＷ（冷媒）が流通するパイプ状の部材である。冷却管３４０は、例えば、銅等の熱伝導性の高い部材により形成される。
冷却管３４０は、図４Ｂに示すように、ヒートシンク本体３３０の厚み方向Ｚ（Ｘ−Ｙ平面と直交する方向）において、パワー半導体素子モジュール１０内に配置されたパワー半導体素子１１と重なる位置を通過するように配管されている。
なお、図示していないが、冷却管３４０の一方の端部３４１及び他方の端部３４２は、熱交換器から延出された外部配管と接続されている。
【００５３】
図４Ｂに示すように、冷却管３４０の一方の端部３４１には、熱交換器（不図示）から冷却水ＣＷが供給される。冷却管３４０に供給された冷却水ＣＷは、図４Ｂに示すように、冷却管３４０の内部を流通することにより、主にパワー半導体素子１１が設けられた位置において、冷却面Ｆ１の熱を吸収（熱交換）する。冷却管３４０の内部を流通した冷却水ＣＷは、他方の端部３４２から排出されて、熱交換器に送られる。
【００５４】
上述した第４実施形態のヒートシンク３２０は、パワー半導体素子１１と重なる位置を通過するように配管された冷却管３４０を備えている。そのため、ヒートシンク３２０は、冷却管３４０において、パワー半導体素子１１のチップ及びその近傍に集中する熱を、パワー半導体素子１１のチップが配置されていない領域に比べて、より多く吸収させることができる。従って、本実施形態のヒートシンク３２０及びヒートシンクアッセンブリ４によれば、パワー半導体素子モジュール１０のチップ部分に集中する熱を効率良く拡散させることができる。
【００５５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形、変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、前述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせることもできるが、詳細な説明は省略する。
【００５６】
（変形形態）
第１実施形態において、熱拡散シート２５は、パワー半導体素子１１のチップ及びその近傍に集中する熱を放熱することができれば、第１〜第３の形状の例に限らず、どのような形状であってもよい。
第１実施形態の第１〜第３の形状は、適宜に組み合わせることもできる。例えば、第１の形状と第２の形状とを組み合わせて、熱拡散シート２５を格子状のパターンとしてもよい。
第１実施形態の第１〜第３の形状において、ヒートシンク本体２１の冷却面Ｆ１に凹部（溝）を設け、熱拡散シート２５をその凹部に嵌め込んでもよい。
【００５７】
第２実施形態において、ヒートシンク本体１２１の冷却面Ｆ１側であって、第２放熱フィン１２５と重なる位置に熱拡散シート２５（第１実施形態）を配置した構成としてもよい。
第３実施形態において、第２放熱フィン２２５の間隔Ｓ２を、第１放熱フィン２２３の間隔Ｓ１よりも狭くなる（Ｓ２＜＜Ｓ１）ように構成してもよい。
第４実施形態において、ヒートシンク本体３３０を、拡管方式等の構造による水冷板として構成してもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１〜４：ヒートシンクアッセンブリ、１０：パワー半導体素子モジュール、１１：パワー半導体素子、２０，１２０，２２０，３２０：ヒートシンク、２１，１２１，２２１，３３０：ヒートシンク本体、２３：放熱フィン、２５：熱拡散シート、１２３，２２３：第１放熱フィン、１２５，２２５：第２放熱フィン、Ｆ１  冷却面
【図１Ａ】
2018206802.tif 000003
【図１Ｂ】
2018206802.tif 000004
【図１Ｃ】
2018206802.tif 000005
【図１Ｄ】
2018206802.tif 000006
【図２Ａ】
2018206802.tif 000007
【図２Ｂ】
2018206802.tif 000008
【図３Ａ】
2018206802.tif 000009
【図３Ｂ】
2018206802.tif 000010
【図４Ａ】
2018206802.tif 000011
【図４Ｂ】
2018206802.tif 000012
【図５】
2018206802.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月5日(2018.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のパワー半導体素子を有するパワー半導体素子モジュールが冷却面に載置され、前記パワー半導体素子で発生した熱を放熱するヒートシンク本体と、
前記ヒートシンク本体よりも熱伝導性が高く、前記パワー半導体素子で発生した熱を拡散可能な熱拡散構造部と、
を備え、
前記熱拡散構造部は、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に設けられるヒートシンク。
【請求項２】
前記熱拡散構造部は、前記ヒートシンク本体よりも熱伝導性が高い金属材料により板状に形成され、前記ヒートシンク本体において前記パワー半導体素子モジュールと同じ側に配置される熱拡散シートであって、
前記熱拡散シートは、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重なるように配置される、請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記ヒートシンク本体は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重ならない位置に複数の第１放熱フィンを備え、
前記熱拡散構造部は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に設けられた複数の第２放熱フィンであり、
前記第２放熱フィンのフィン間隔は、前記第１放熱フィンのフィン間隔よりも狭い、請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記ヒートシンク本体は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重ならない位置に複数の第１放熱フィンを備え、
前記熱拡散構造部は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に設けられた複数の第２放熱フィンであり、
前記第２放熱フィンは、前記第１放熱フィンよりも熱伝導性の高い部材により形成される、請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記熱拡散構造部は、前記ヒートシンク本体の内部に設けられ、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に配管された冷却管である、請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記パワー半導体素子と、
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載のヒートシンクと、
を備えるヒートシンクアッセンブリ。
【請求項７】
前記パワー半導体素子は、ワイドバンドギャップパワー半導体素子である、請求項６に記載のヒートシンクアッセンブリ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
（３）  （１）のヒートシンクにおいて、前記ヒートシンク本体は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重ならない位置に複数の第１放熱フィン（例えば、後述する第１放熱フィン１２３）を備え、前記熱拡散構造部は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に設けられた複数の第２放熱フィン（例えば、後述する第２放熱フィン１２５）であり、前記第２放熱フィンのフィン間隔は、前記第１放熱フィンのフィン間隔よりも狭くなるようにしてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
（４）  （１）のヒートシンクにおいて、前記ヒートシンク本体は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重ならない位置に複数の第１放熱フィン（例えば、後述する第１放熱フィン２２３）を備え、前記熱拡散構造部は、前記パワー半導体素子モジュールが載置される側とは反対側であって、前記ヒートシンク本体の前記冷却面と直交する方向において、前記パワー半導体素子モジュール内に配置された前記パワー半導体素子と重なる位置に設けられた複数の第２放熱フィン（例えば、後述する第２放熱フィン２２５）であり、前記第２放熱フィンは、前記第１放熱フィンよりも熱伝導性の高い部材により形成されるようにしてもよい。