(57)【要約】【課題】生産性を向上できると共にパワーモジュールを効率よく冷却できる半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、パワーモジュール２と、パワーモジュール２を上下から冷却するＵ字状冷却器３と、を備えた構成とし、冷却器３は、下壁６がパワーモジュール２の上面側に接触する上冷却部４、上壁11がパワーモジュール２の下面側に接触する下冷却部10、および上下両冷却部4,10を連結する連結部15を備え、上下両冷却部4,10の冷却液通路8,14が、連結部15の冷却液通路19により連通され、上冷却器４の下壁６と下冷却部10の上壁11と連結部15の内壁16とが１枚の金属板により一体に形成され、上冷却部４の上壁５と下冷却部10の下壁12と連結部15の外壁17とが１枚の金属板により一体に形成された構成とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの発熱型半導体を有するパワーモジュールと、パワーモジュールを上下から冷却するＵ字状冷却器と、を備えた半導体装置であって、
前記冷却器は、
上下両壁および側壁を有するとともに内部に冷却液通路を有し、かつ下壁が前記パワーモジュールの上面側に接触する上冷却部と、
上下両壁および側壁を有するとともに内部に冷却液通路を有し、かつ上壁が前記パワーモジュールの下面側に接触する下冷却部と、
内外両壁および側壁を有するとともに内部に前記上下両冷却部の冷却液通路同士を通じさせる連通路を有し、かつ前記上下両冷却部を連結する連結部と、を備えてなり、
前記冷却器における上冷却部の下壁と下冷却部の上壁と連結部の内壁とが、１枚の金属板により一体に形成されると共に、前記冷却器における上冷却部の上壁と下冷却部の下壁と連結部の外壁とが、１枚の金属板により一体に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記冷却器の上下両冷却部のうちのいずれか一方の冷却部の冷却液通路における連結部とは反対側の端部が、長手方向を当該冷却部の冷却液通路での冷却液流れ方向および上下方向と直角をなす方向に向けた入口ヘッダに通じさせられると共に、他方の冷却部の冷却液通路における連結部とは反対側の端部が、長手方向を前記入口ヘッダと同一方向に向けた出口ヘッダに通じさせられ、
前記入口ヘッダおよび前記出口ヘッダは、それぞれ上下両壁および周壁を有し、前記入口ヘッダの長手方向の一端部に上下方向のいずれか一方に開口した冷却液入口が形成され、前記出口ヘッダの長手方向における前記冷却液入口と同じ側の一端部に、平面視において前記入口ヘッダの冷却液入口が形成された部分からずれたずれ部分が設けられるとともに、前記ずれ部分に、上下方向のうち冷却液入口と同じ方向に開口した冷却液出口が形成され、
前記入口ヘッダ内に冷却液を供給する入口部材が前記冷却液入口と通じるように前記入口ヘッダに接合され、前記出口ヘッダ内から冷却液を排出する出口部材が前記冷却液出口と通じるように前記出口ヘッダに接合されている請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記冷却器を複数有し、これら複数の冷却器は、１つの入口ヘッダおよび１つの出口ヘッダの長手方向に間隔をおいて配置されると共に、前記入口ヘッダおよび前記出口ヘッダと一体に設けられ、
全冷却器において、上下両冷却部のうちのいずれか一方の冷却部の冷却液通路における連結部とは反対側の端部が、前記入口ヘッダに通じさせられると共に、他方の冷却部の冷却液通路における連結部とは反対側の端部が、前記出口ヘッダに通じさせられている請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記冷却器の上下両冷却部の冷却液通路内に、パワーモジュールから発せられる熱を受けて冷却液通路内を流れる冷却液に放熱する放熱具が設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置を製造する方法であって、
パワーモジュールを準備する工程と、
上冷却部の下壁を形成する第１下壁形成部、下冷却部の上壁を形成する第１上壁形成部、および第１下壁形成部と第１上壁形成部を一体に連結するとともに連結部の内壁を形成する内壁形成部を有し、かつ第１下壁形成部および第１上壁形成部が同一平面内に位置している第１壁と、上冷却部の上壁を形成する第２上壁形成部、下冷却部の下壁を形成する第２下壁形成部、および第２上壁形成部と第２下壁形成部とを一体に連結するとともに連結部の外壁を形成する外壁形成部を有する第２壁と、第１壁の第１下壁形成部の両側縁部と第２壁の第２上壁形成部の両側縁部、第１壁の第１上壁形成部の両側縁部と第２壁の第２下壁形成部の両側縁部、および第１壁の内壁形成部の両側縁部と第２壁の外壁形成部の両側縁部とをそれぞれ連結し、かつ上冷却部、下冷却部および連結部の側壁を形成する第３壁とを備えた中空体を準備する工程と、
前記パワーモジュールを、その上面及び下面のうちのいずれか一方の面が、前記中空体の第１壁における第１下壁形成部および第１上壁形成部のうちのいずれか一方の上に接触するように配置した後、前記中空体を第１壁の内壁形成部および第２壁の外壁形成部の部分でＵ字状に曲げることによって、該中空体の第１下壁形成部および第１上壁形成部のうちのいずれか他方を前記パワーモジュールの上面及び下面のうちの他方の面に接触させると共に、上下両冷却部および連結部を備えたＵ字状冷却器を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項２に記載の半導体装置を製造する方法であって、
パワーモジュールを準備する工程と、
上冷却部の下壁を形成する第１下壁形成部、下冷却部の上壁を形成する第１上壁形成部、前記第１下壁形成部と前記第１上壁形成部を一体に連結するとともに連結部の内壁を形成する内壁形成部、入口ヘッダの上壁および下壁のうちいずれか一方の壁を形成する第１入口ヘッダ壁形成部、ならびに出口ヘッダの上壁および下壁のうち前記入口ヘッダの前記一方の壁と対向する一方の壁を形成する第１出口ヘッダ壁形成部を有し、かつ前記第１下壁形成部および前記第１上壁形成部が同一平面内に位置している第１壁と、上冷却部の上壁を形成する第２上壁形成部、下冷却部の下壁を形成する第２下壁形成部、前記第２上壁形成部と前記第２下壁形成部とを一体に連結するとともに連結部の外壁を形成する外壁形成部、入口ヘッダの上壁および下壁のうち他方の壁を形成する第２入口ヘッダ壁形成部、ならびに出口ヘッダの上壁および下壁のうち他方の壁を形成する第２出口ヘッダ壁形成部を有する第２壁と、前記第１壁の第１下壁形成部の両側縁部と前記第２壁の第２上壁形成部の両側縁部、前記第１壁の第１上壁形成部の両側縁部と前記第２壁の第２下壁形成部の両側縁部、前記第１壁の内壁形成部の両側縁部と前記第２壁の外壁形成部の両側縁部、前記第１壁の第１入口ヘッダ壁形成部の周縁部と前記第２壁の第２入口ヘッダ壁形成部の周縁部、および前記第１壁の第１出口ヘッダ壁形成部の周縁部と前記第２壁の第２出口ヘッダ壁形成部の周縁部とをそれぞれ連結し、かつ上冷却部の側壁、下冷却部の側壁、連結部の側壁、入口ヘッダの周壁および出口ヘッダの周壁を形成する第３壁と、を備えた中空体を準備する工程と、
前記パワーモジュールを、その上面及び下面のうちのいずれか一方の面が、前記中空体の第１壁における第１下壁形成部および第１上壁形成部のうちのいずれか一方の上に接触するように配置した後、前記中空体を第１壁の内壁形成部および第２壁の外壁形成部の部分でＵ字状に曲げることによって、第１下壁形成部および第１上壁形成部のうちのいずれか他方を前記パワーモジュールの上面及び下面のうちの他方の面に接触させると共に、上下両冷却部および連結部を備えたＵ字状冷却器を形成し、入口ヘッダおよび出口ヘッダを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記中空体の第１壁に、１つの第１入口ヘッダ壁形成部と、１つの第１出口ヘッダ壁形成部と、第１入口ヘッダ壁形成部および第１出口ヘッダ壁形成部の長手方向に間隔をおいて配置された複数の第１下壁形成部と、第１入口ヘッダ壁形成部および第１出口ヘッダ壁形成部の長手方向に間隔をおいて配置された複数の第１上壁形成部と、第１入口ヘッダ壁形成部および第１出口ヘッダ壁形成部の長手方向に間隔をおいて配置された複数の内壁形成部とが設けられ、
前記中空体の第２壁に、１つの第２入口ヘッダ壁形成部と、１つの第２出口ヘッダ壁形成部と、第２入口ヘッダ壁形成部および第２出口ヘッダ壁形成部の長手方向に間隔をおいて配置された複数の第２上壁形成部と、第２入口ヘッダ壁形成部および第２出口ヘッダ壁形成部の長手方向に間隔をおいて配置された複数の第２下壁形成部と、第２入口ヘッダ壁形成部および第２出口ヘッダ壁形成部の長手方向に間隔をおいて配置された複数の外壁形成部とが設けられ、
前記中空体の第３壁が、第１壁の各第１下壁形成部の両側縁部と第２壁の各第２上壁形成部の両側縁部、第１壁の各第１上壁形成部の両側縁部と第２壁の各第２下壁形成部の両側縁部、第１壁の各内壁形成部の両側縁部と第２壁の各外壁形成部の両側縁部、第１壁の第１入口ヘッダ壁形成部の周縁部と第２壁の第２入口ヘッダ壁形成部の周縁部、および第１壁の第１出口ヘッダ壁形成部の周縁部と第２壁の第２出口ヘッダ壁形成部の周縁部とをそれぞれ連結している請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記中空体の第１壁の第１出口ヘッダ壁形成部および第２壁の第２出口ヘッダ壁形成部に、出口ヘッダのずれ部分を形成するずれ形成部が設けられ、前記中空体の第１壁の第１入口ヘッダ壁形成部および第２壁の第２入口ヘッダ壁形成部のうちのいずれか一方に冷却液入口が形成されると共に、当該入口ヘッダ壁形成部に冷却液入口に通じる入口部材が接合され、
前記中空体の第１壁の第１出口ヘッダ壁形成部および第２壁の第２出口ヘッダ壁形成部のうち前記冷却液入口が形成された入口ヘッダ壁形成部とは上下方向の反対側に位置する出口ヘッダ壁形成部のずれ形成部に冷却液出口が形成されると共に、当該ヘッダ壁形成部に冷却液出口に通じる出口部材が接合されている請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記中空体の第２壁の外壁形成部に、外方に膨出しかつ前記第２上壁形成部の幅方向に延びる外方膨出部が設けられている請求項５〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記中空体の第１壁の内壁形成部に、内方に膨出しかつ前記第１下壁形成部の幅方向に延びる内方膨出部が設けられている請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記中空体の第１壁が全体に平坦であり、前記中空体の第３壁が第２壁と一体に形成されると共に、前記第３壁の先端が前記第１壁に接合されている請求項５〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱型半導体を有するパワーモジュールを冷却する冷却機能を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
この明細書および特許請求の範囲において、図２〜図４の上下を「上下」というものとする。
【背景技術】
【０００３】
たとえば、電力変換装置に用いられるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの発熱型半導体を有するパワーモジュールを冷却する場合、放熱に大きなスペースを確保することができる定置設備においては強制空冷式の冷却装置を用いることも可能であるが、電気自動車、ハイブリッド自動車、電車などの限られたスペースしか確保できない場合には、冷却液によりパワーモジュールを冷却する必要があり、液冷式の冷却器を備えた半導体装置が種々提案されている。
【０００４】
ところで、近年、パワーモジュールにおいては、大電力を扱うようになって発熱量が極めて多くなる傾向にあり、パワーモジュールを上下両面から冷却しうる半導体装置が提案されている。
【０００５】
たとえば、特許文献１には、発熱型半導体を有するパワーモジュールと、上下両壁および側壁を有するとともに内部に冷却液通路を有し、かつ上壁がパワーモジュールの下面側に熱的に接触する下冷却部と、上下両壁および側壁を有するとともに内部に冷却液通路を有し、かつ下壁がパワーモジュールの上面側に熱的に接触する上冷却部とを備えており、下冷却部の上壁の一端部に、上方に突出しかつ上端面が上冷却部の下面に当接した上方突出部が一体に設けられ、上方突出部に、上端が上方突出部の上端面に開口するとともに下端が冷却液通路内に開口した冷却液流出路が形成され、下冷却部の側壁における上方突出部とは反対側の端部に、冷却液通路内に冷却液を供給する冷却液入口が形成され、上冷却部の下壁下面における上方突出部側の端部に、上端が冷却液通路内に開口するとともに下端が上壁下面に開口した冷却液流入路が形成され、上冷却部の側壁における冷却液流入路とは反対側の端部に、冷却液通路内から冷却液を排出する冷却液出口が形成され、下冷却部の冷却液流出路の上端開口が上冷却部の冷却液流入路の下端開口に合致するように、下冷却部の上方突出部の上端面が上冷却部の下壁下面に接合されている半導体装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−４８５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の半導体装置においては、下冷却部の冷却液流出路の上端開口と上冷却部の冷却液流入路の下端開口との接続部からの冷却液の漏れを完全に防止した状態で、下冷却部の上方突出部の上端面と上冷却部の下壁下面とを接合する作業が相当に困難を伴う作業であるために、生産性が低下するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決し、生産性を向上できると共にパワーモジュールを効率よく冷却できる半導体装置およびその製造方法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】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
【００１０】
［１］少なくとも１つの発熱型半導体を有するパワーモジュールと、パワーモジュールを上下から冷却するＵ字状冷却器と、を備えた半導体装置であって、
前記冷却器は、
上下両壁および側壁を有するとともに内部に冷却液通路を有し、かつ下壁が前記パワーモジュールの上面側に接触する上冷却部と、
上下両壁および側壁を有するとともに内部に冷却液通路を有し、かつ上壁が前記パワーモジュールの下面側に接触する下冷却部と、
内外両壁および側壁を有するとともに内部に前記上下両冷却部の冷却液通路同士を通じさせる連通路を有し、かつ前記上下両冷却部を連結する連結部と、を備えてなり、
前記冷却器における上冷却部の下壁と下冷却部の上壁と連結部の内壁とが、１枚の金属板により一体に形成されると共に、前記冷却器における上冷却部の上壁と下冷却部の下壁と連結部の外壁とが、１枚の金属板により一体に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【００１１】
［２］前記冷却器の上下両冷却部のうちのいずれか一方の冷却部の冷却液通路における連結部とは反対側の端部が、長手方向を当該冷却部の冷却液通路での冷却液流れ方向および上下方向と直角をなす方向に向けた入口ヘッダに通じさせられると共に、他方の冷却部の冷却液通路における連結部とは反対側の端部が、長手方向を前記入口ヘッダと同一方向に向けた出口ヘッダに通じさせられ、
前記入口ヘッダおよび前記出口ヘッダは、それぞれ上下両壁および周壁を有し、前記入口ヘッダの長手方向の一端部に上下方向のいずれか一方に開口した冷却液入口が形成され、前記出口ヘッダの長手方向における前記冷却液入口と同じ側の一端部に、平面視において前記入口ヘッダの冷却液入口が形成された部分からずれたずれ部分が設けられるとともに、前記ずれ部分に、上下方向のうち冷却液入口と同じ方向に開口した冷却液出口が形成され、
前記入口ヘッダ内に冷却液を供給する入口部材が前記冷却液入口と通じるように前記入口ヘッダに接合され、前記出口ヘッダ内から冷却液を排出する出口部材が前記冷却液出口と通じるように前記出口ヘッダに接合されている前項１に記載の半導体装置。
【００１２】
［３］前記冷却器を複数有し、これら複数の冷却器は、１つの入口ヘッダおよび１つの出口ヘッダの長手方向に間隔をおいて配置されると共に、前記入口ヘッダおよび前記出口ヘッダと一体に設けられ、
全冷却器において、上下両冷却部のうちのいずれか一方の冷却部の冷却液通路における連結部とは反対側の端部が、前記入口ヘッダに通じさせられると共に、他方の冷却部の冷却液通路における連結部とは反対側の端部が、前記出口ヘッダに通じさせられている前項２に記載の半導体装置。
【００１３】
［４］前記冷却器の上下両冷却部の冷却液通路内に、パワーモジュールから発せられる熱を受けて冷却液通路内を流れる冷却液に放熱する放熱具が設けられている前項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【００１４】
［５］前項１に記載の半導体装置を製造する方法であって、
パワーモジュールを準備する工程と、
上冷却部の下壁を形成する第１下壁形成部、下冷却部の上壁を形成する第１上壁形成部、および第１下壁形成部と第１上壁形成部を一体に連結するとともに連結部の内壁を形成する内壁形成部を有し、かつ第１下壁形成部および第１上壁形成部が同一平面内に位置している第１壁と、上冷却部の上壁を形成する第２上壁形成部、下冷却部の下壁を形成する第２下壁形成部、および第２上壁形成部と第２下壁形成部とを一体に連結するとともに連結部の外壁を形成する外壁形成部を有する第２壁と、第１壁の第１下壁形成部の両側縁部と第２壁の第２上壁形成部の両側縁部、第１壁の第１上壁形成部の両側縁部と第２壁の第２下壁形成部の両側縁部、および第１壁の内壁形成部の両側縁部と第２壁の外壁形成部の両側縁部とをそれぞれ連結し、かつ上冷却部、下冷却部および連結部の側壁を形成する第３壁とを備えた中空体を準備する工程と、
前記パワーモジュールを、その上面及び下面のうちのいずれか一方の面が、前記中空体の第１壁における第１下壁形成部および第１上壁形成部のうちのいずれか一方の上に接触するように配置した後、前記中空体を第１壁の内壁形成部および第２壁の外壁形成部の部分でＵ字状に曲げることによって、該中空体の第１下壁形成部および第１上壁形成部のうちのいずれか他方を前記パワーモジュールの上面及び下面のうちの他方の面に接触させると共に、上下両冷却部および連結部を備えたＵ字状冷却器を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００１５】
［６］前項２に記載の半導体装置を製造する方法であって、
パワーモジュールを準備する工程と、
上冷却部の下壁を形成する第１下壁形成部、下冷却部の上壁を形成する第１上壁形成部、前記第１下壁形成部と前記第１上壁形成部を一体に連結するとともに連結部の内壁を形成する内壁形成部、入口ヘッダの上壁および下壁のうちいずれか一方の壁を形成する第１入口ヘッダ壁形成部、ならびに出口ヘッダの上壁および下壁のうち前記入口ヘッダの前記一方の壁と対向する一方の壁を形成する第１出口ヘッダ壁形成部を有し、かつ前記第１下壁形成部および前記第１上壁形成部が同一平面内に位置している第１壁と、上冷却部の上壁を形成する第２上壁形成部、下冷却部の下壁を形成する第２下壁形成部、前記第２上壁形成部と前記第２下壁形成部とを一体に連結するとともに連結部の外壁を形成する外壁形成部、入口ヘッダの上壁および下壁のうち他方の壁を形成する第２入口ヘッダ壁形成部、ならびに出口ヘッダの上壁および下壁のうち他方の壁を形成する第２出口ヘッダ壁形成部を有する第２壁と、前記第１壁の第１下壁形成部の両側縁部と前記第２壁の第２上壁形成部の両側縁部、前記第１壁の第１上壁形成部の両側縁部と前記第２壁の第２下壁形成部の両側縁部、前記第１壁の内壁形成部の両側縁部と前記第２壁の外壁形成部の両側縁部、前記第１壁の第１入口ヘッダ壁形成部の周縁部と前記第２壁の第２入口ヘッダ壁形成部の周縁部、および前記第１壁の第１出口ヘッダ壁形成部の周縁部と前記第２壁の第２出口ヘッダ壁形成部の周縁部とをそれぞれ連結し、かつ上冷却部の側壁、下冷却部の側壁、連結部の側壁、入口ヘッダの周壁および出口ヘッダの周壁を形成する第３壁と、を備えた中空体を準備する工程と、
前記パワーモジュールを、その上面及び下面のうちのいずれか一方の面が、前記中空体の第１壁における第１下壁形成部および第１上壁形成部のうちのいずれか一方の上に接触するように配置した後、前記中空体を第１壁の内壁形成部および第２壁の外壁形成部の部分でＵ字状に曲げることによって、第１下壁形成部および第１上壁形成部のうちのいずれか他方を前記パワーモジュールの上面及び下面のうちの他方の面に接触させると共に、上下両冷却部および連結部を備えたＵ字状冷却器を形成し、入口ヘッダおよび出口ヘッダを形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００１６】
［７］前記中空体の第１壁に、１つの第１入口ヘッダ壁形成部と、１つの第１出口ヘッダ壁形成部と、第１入口ヘッダ壁形成部および第１出口ヘッダ壁形成部の長手方向に間隔をおいて配置された複数の第１下壁形成部と、第１入口ヘッダ壁形成部および第１出口ヘッダ壁形成部の長手方向に間隔をおいて配置された複数の第１上壁形成部と、第１入口ヘッダ壁形成部および第１出口ヘッダ壁形成部の長手方向に間隔をおいて配置された複数の内壁形成部とが設けられ、
前記中空体の第２壁に、１つの第２入口ヘッダ壁形成部と、１つの第２出口ヘッダ壁形成部と、第２入口ヘッダ壁形成部および第２出口ヘッダ壁形成部の長手方向に間隔をおいて配置された複数の第２上壁形成部と、第２入口ヘッダ壁形成部および第２出口ヘッダ壁形成部の長手方向に間隔をおいて配置された複数の第２下壁形成部と、第２入口ヘッダ壁形成部および第２出口ヘッダ壁形成部の長手方向に間隔をおいて配置された複数の外壁形成部とが設けられ、
前記中空体の第３壁が、第１壁の各第１下壁形成部の両側縁部と第２壁の各第２上壁形成部の両側縁部、第１壁の各第１上壁形成部の両側縁部と第２壁の各第２下壁形成部の両側縁部、第１壁の各内壁形成部の両側縁部と第２壁の各外壁形成部の両側縁部、第１壁の第１入口ヘッダ壁形成部の周縁部と第２壁の第２入口ヘッダ壁形成部の周縁部、および第１壁の第１出口ヘッダ壁形成部の周縁部と第２壁の第２出口ヘッダ壁形成部の周縁部とをそれぞれ連結している前項６に記載の半導体装置の製造方法。
【００１７】
［８］前記中空体の第１壁の第１出口ヘッダ壁形成部および第２壁の第２出口ヘッダ壁形成部に、出口ヘッダのずれ部分を形成するずれ形成部が設けられ、前記中空体の第１壁の第１入口ヘッダ壁形成部および第２壁の第２入口ヘッダ壁形成部のうちのいずれか一方に冷却液入口が形成されると共に、当該入口ヘッダ壁形成部に冷却液入口に通じる入口部材が接合され、
前記中空体の第１壁の第１出口ヘッダ壁形成部および第２壁の第２出口ヘッダ壁形成部のうち前記冷却液入口が形成された入口ヘッダ壁形成部とは上下方向の反対側に位置する出口ヘッダ壁形成部のずれ形成部に冷却液出口が形成されると共に、当該ヘッダ壁形成部に冷却液出口に通じる出口部材が接合されている前項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
【００１８】
［９］前記中空体の第２壁の外壁形成部に、外方に膨出しかつ前記第２上壁形成部の幅方向に延びる外方膨出部が設けられている前項５〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【００１９】
［１０］前記中空体の第１壁の内壁形成部に、内方に膨出しかつ前記第１下壁形成部の幅方向に延びる内方膨出部が設けられている前項９に記載の半導体装置の製造方法。
【００２０】
［１１］前記中空体の第１壁が全体に平坦であり、前記中空体の第３壁が第２壁と一体に形成されると共に、前記第３壁の先端が前記第１壁に接合されている前項５〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
［１］の発明では、冷却器がＵ字状であり、冷却器において、上冷却部の下壁と下冷却部の上壁と連結部の内壁とが、１枚の金属板により一体に形成されると共に、上冷却部の上壁と下冷却部の下壁と連結部の外壁とが、１枚の金属板により一体に形成されているので、上冷却部と下冷却部とを両者の冷却液通路が通じるように接続する作業を行う必要が無くなり、これにより冷却液の漏れを比較的簡単に抑制することができて、生産性を向上できる。また、パワーモジュールを上下両側から冷却することが可能になり、パワーモジュールの冷却効率を向上できる。
【００２２】
［２］の発明では、入口ヘッダの長手方向の一端部に上下方向のいずれか一方に開口した冷却液入口が形成され、出口ヘッダの長手方向における冷却液入口と同じ側の端部に、平面から見て入口ヘッダの冷却液入口が形成された部分からずれたずれ部分が設けられるとともに、このずれ部分に、上下方向のうち冷却液入口と同方向に開口した冷却液出口が形成され、入口ヘッダ内に冷却液を供給する入口部材が冷却液入口と通じるように入口ヘッダに接合され、出口ヘッダ内から冷却液を排出する出口部材が冷却液出口と通じるように出口ヘッダに接合されているので、入口部材および出口部材への配管の接続作業を同じ側で行うことができ、作業性を向上させることができて、生産性をより向上できる。また、配管の取り回しが容易になる利点もある。
【００２３】
［３］の発明では、１つのパワーモジュールを複数の冷却器で冷却するようにした場合、各冷却器を比較的小型化することが可能になるので、各冷却器の上下の冷却部の側壁の働きによって、上下両冷却部の上下両壁のうち少なくともいずれか一方の変形を効果的に防止することができる。従って、冷却液通路の通路断面積の減少を抑制することができる。即ち、１つのパワーモジュールを１つの冷却器で冷却する場合には、冷却器が比較的大型化するので、上下両壁のうち少なくともいずれか一方が変形しやすくなり、冷却液通路の通路断面積が減少するのであるが、この［３］の発明では、上述したとおり、冷却液通路の通路断面積の減少を抑制できる。更に、隣り合う冷却器間に形成される開口（隙間空間）を利用して、パワーモジュールへの配線を行うことが可能になるし、上下両冷却部間に配置されるパワーモジュールを上下両冷却部を介して締め付けるボルトを通すことが可能になる。
【００２４】
［４］の発明では、パワーモジュールから発せられる熱を、効率良く上下両冷却部の冷却液通路内を流れる冷却液に放熱することができる。
【００２５】
［５］の発明（製造方法）によれば、上記［１］の発明の半導体装置を比較的簡単に製造することができる。更に、例えば、中空体の第３壁を、第１壁および第２壁のいずれか一方に一体に形成しておき、第３壁の先端を第１壁および第２壁のいずれか他方に接合しておけば、冷却液の漏れに繋がる接合部の存在を極力減らすことができる。
【００２６】
［６］の発明によれば、上記［２］の発明の半導体装置を比較的簡単に製造することができる。更に、例えば、中空体の第３壁を、第１壁および第２壁のいずれか一方の一体に形成しておき、第３壁の先端を第１壁および第２壁のいずれか他方に接合しておけば、冷却液の漏れに繋がる接合部の存在を極力減らすことができる。
【００２７】
［７］の発明によれば、上記［３］の発明の半導体装置を比較的簡単に製造することができる。更に、半導体装置の製造時に、第１壁の第１下壁形成部および第１上壁形成部のうちの少なくともいずれか一方と、第２壁の第２上壁形成部および第２下壁形成部のうちの少なくともいずれか一方の変形が、第３壁の働きによって効果的に防止される。従って、製造された半導体装置の上冷却部および下冷却部において冷却液通路の通路断面積の減少を十分に抑制できる。
【００２８】
［８］の発明によれば、上記［２］の発明の半導体装置をより簡単に製造することができる。
【００２９】
［９］の発明によれば、中空体を第１壁の内壁形成部および第２壁の外壁形成部の部分でＵ字状に曲げる際の加工を容易に行うことができる。
【００３０】
［１０］の発明によれば、中空体を第１壁の内壁形成部および第２壁の外壁形成部の部分でＵ字状に曲げる際の加工をより容易に行うことができる。
【００３１】
［１１］の発明によれば、例えば、中空体の第３壁が第１壁にろう材により接合されている場合、ろう付部が、後工程の曲げの内側に位置するので、ろう付部が後工程の曲げの外側に位置する場合と比べて、ろう付部の変形量が少なくなり、ろう付部の破壊が抑制され得て、冷却液漏れ防止の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る半導体装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の半導体装置を示す側面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図４】図１の一部を省略したＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【図５】図１の半導体装置の製造に用いられるパワーモジュールおよび中空体を示す斜視図（Ｕ字状に曲げる操作を行う前の状態を示す斜視図）である。
【図６】図５の中空体の第１壁を形成する第１構成部材を示す斜視図である。
【図７】図５の中空体の第２壁および第３壁を形成する第２構成部材を示す斜視図である。
【図８】図５のＣ−Ｃ線拡大断面図である。
【図９】図１の半導体装置の製造に用いられる中空体の変形例を示す図８相当の図（拡大断面図）である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、本明細書において、「アルミニウム」の語は、アルミニウム及びその合金を含む意味で用いている。また、以下の説明において、図２の左右を「左右」というものとし、図１に矢印Ｘで示す方向（図３の右側）を「前」、これと反対側を「後」というものとする。
【００３４】
図１および図２は半導体装置の全体構成を示し、図３および図４は半導体装置の要部の構成を示す。また、図５〜図９は半導体装置の製造方法を説明するための図であって、いずれも、Ｕ字状に曲げる操作を行う前の状態を示す図である。
【００３５】
図１〜図４において、半導体装置(1)は、少なくとも１つの発熱型半導体を有するパワーモジュール(2)と、前後方向に間隔をおいて配置され、かつパワーモジュール(2)を上下から冷却する複数のアルミニウム製Ｕ字状冷却器(3)とからなる。
【００３６】
各冷却器(3)は、上下両壁(5)(6)および側壁(7)を有するとともに内部に左右方向に延びる冷却液通路(8)を有し、かつ下壁(6)がパワーモジュール(2)の上面に熱的に接触する上冷却部(4)、上下両壁(11)(12)および側壁(13)を有するとともに内部に左右方向に延びる冷却液通路(14)を有し、かつ上壁(11)がパワーモジュール(2)の下面に熱的に接触する下冷却部(10)、ならびに内外両壁(16)(17)および側壁(18)を有するとともに内部に上下両冷却部(4)(10)の冷却液通路(8)(14)同士を左端部において通じさせる連通路(19)を有し、かつ上下両冷却部(4)(10)を連結する連結部(15)を備えている。
【００３７】
全冷却器(3)の上下両冷却部(4)(10)のうちのいずれか一方の冷却部、ここでは下冷却部(10)の冷却液通路(14)の右端部は、長手方向を前後方向（下冷却部(10)の冷却液通路(14)での冷却液流れ方向である左右方向、および上下方向と直角をなす方向）に向けた１つの入口ヘッダ(21)に通じさせられ、同じく他方の冷却部、ここでは上冷却部(4)の冷却液通路(8)の右端部は、全冷却器(3)と一体に設けられ、かつ長手方向を入口ヘッダ(21)の長手方向と同一方向である前後方向に向けた１つの出口ヘッダ(22)に通じさせられている。
【００３８】
入口ヘッダ(21)は、上下両壁(23)(24)および周壁(25)を有しており（図４参照）、入口ヘッダ(21)の下壁(24)における長手方向の一端部(後端部)に下方（上下方向のいずれか一方）に開口した冷却液入口(26)が形成され、入口ヘッダ(21)内に冷却液を供給する管状のアルミニウム製入口部材(27)が、冷却液入口(26)と通じるように入口ヘッダ(21)の下壁(24)にろう材により接合されている（図１、２参照）。なお、以下では、ろう材による接合をろう付と称する。
【００３９】
また、出口ヘッダ(22)は、上下両壁(28)(29)および周壁(31)を有しており（図４参照）、出口ヘッダ(22)の長手方向における冷却液入口(26)と同一側の端部（後端部）に、平面から見て入口ヘッダ(21)の冷却液入口(26)が形成された部分からずれたずれ部分(32)が設けられている（図１参照）。出口ヘッダ(22)の下壁(29)におけるずれ部分(32)に存在する部分に、下方（上下方向のうち冷却液入口(26)と同じ方向）に開口した冷却液出口(33)が形成され、出口ヘッダ(22)内から冷却液を排出する管状のアルミニウム製出口部材(34)が、冷却液出口(33)と通じるように出口ヘッダ(22)の下壁(29)にろう付されている（図１、２参照）。
【００４０】
ここで、全冷却器(3)における上冷却部(4)の下壁(6)、下冷却部(10)の上壁(11)、連結部(15)の内壁(16)、入口ヘッダ(21)の上壁(23)、および出口ヘッダ(22)の下壁(29)が、１枚の金属板により一体に形成され（図４参照）、同様に上冷却部(4)の上壁(5)と側壁(7)、下冷却部(10)の下壁(12)と側壁(13)、連結部(15)の外壁(17)と側壁(18)、入口ヘッダ(21)の下壁(24)と周壁(25)、および出口ヘッダ(22)の上壁(28)と周壁(31)が、１枚の金属板により一体に形成されている（図３、４参照）。
【００４１】
全冷却器(3)の上下両冷却部(4)(10)の冷却液通路(8)(14)内に、パワーモジュール(2)から発せられる熱を受けて冷却液通路(8)(14)内を流れる冷却液に放熱する放熱具(35)が設けられている（図３、４参照）。放熱具(35)は、上下両冷却部(4)(10)の上壁(5)(11)および下壁(6)(12)から離隔した水平状の基板(36)と、基板(36)に貫通状に固定されて基板(35)の上下両方に突出したアルミニウム製ピン状フィン(37)とからなる。ピン状フィン(37)の上端は上壁(5)(11)にろう付されると共に、ピン状フィン(37)の下端は下壁(6)(12)にろう付されている（図３、４参照）。
【００４２】
上述した半導体装置(1)において、入口部材(27)を通して入口ヘッダ(21)内に流入した冷却液は、下冷却部(10)の冷却液通路(14)内に入り、冷却液通路(14)内を左方に流れた後に連結部(15)の連通路(19)を通って上冷却部(4)の冷却液通路(8)内に入り、ついで冷却液通路(8)内を右方に流れて出口ヘッダ(22)内に入った後、出口部材(34)を通って排出される（図１、４参照）。
【００４３】
パワーモジュール(2)から発せられる熱は、下冷却部(10)の上壁(11)に伝わった後に放熱具(35)のピン状フィン(37)に伝わり、ピン状フィン(37)および基板(36)を経て下冷却部(10)の冷却液通路(14)内を流れる冷却液に放熱される。これと同時に、パワーモジュール(2)から発せられる熱は、上冷却部(4)の下壁(6)に伝わった後に放熱具(35)のピン状フィン(37)に伝わり、ピン状フィン(37)および基板(36)を経て上冷却部(4)の冷却液通路(8)内を流れる冷却液に放熱される。こうしてパワーモジュール(2)が冷却される。
【００４４】
次に、前記半導体装置(1)の製造方法について、図５〜図８を参照しつつ説明する。
【００４５】
まず、パワーモジュール(2)を準備し、全冷却器(3)を一括して形成する中空体(40)を用意する（図５参照）。
【００４６】
中空体(40)は、アルミニウム製の第１構成部材(41)と、アルミニウム製の第２構成部材(42)とで形成されており、第１壁(43)、第２壁(44)および第３壁(45)を有している（図５〜７参照）。
【００４７】
第１壁(43)は、図６に示すように、一定の長さおよび幅を有し、かつ入口ヘッダ(21)の上壁(23)および下壁(24)のうちいずれか一方の壁、ここでは上壁(23)を形成する１つの第１入口ヘッダ壁形成部(46)と、一定の長さおよび幅を有するとともに長手方向を第１入口ヘッダ壁形成部(46)と同一方向に向けて設けられ、かつ出口ヘッダ(22)の上壁(28)および下壁(29)のうち入口ヘッダ(21)の上壁(23)と対向する一方の壁、ここでは下壁(29)を形成する１つの第１出口ヘッダ壁形成部(47)と、第１出口ヘッダ壁形成部(47)の長手方向に間隔をおいて設けられ、かつ全冷却器(3)の上冷却部(4)の下壁(6)を形成する複数の第１下壁形成部(48)と、第１入口ヘッダ壁形成部(46)の長手方向に間隔をおいて設けられ、かつ全冷却器(3)の下冷却部(10)の上壁(11)を形成する複数の第１上壁形成部(49)と、第１下壁形成部(48)と第１上壁形成部(49)を一体に連結するとともに全冷却器(3)の連結部(15)の内壁(16)を形成する複数の内壁形成部(51)と、を有する。
【００４８】
第２壁(44)は、図７に示すように、一定の長さおよび幅を有し、かつ入口ヘッダ(21)の上壁(23)および下壁(24)のうちいずれか他方の壁、ここでは下壁(24)を形成する１つの第２入口ヘッダ壁形成部(52)と、一定の長さおよび幅を有するとともに長手方向を第２入口ヘッダ壁形成部(52)の長手方向と同一方向に向けて設けられ、かつ出口ヘッダ(22)の上壁(28)および下壁(29)のうち他方の壁、ここでは上壁(28)を形成する１つの第２出口ヘッダ壁形成部(53)と、第２出口ヘッダ壁形成部(53)の長手方向に間隔をおいて設けられ、かつ全冷却器(3)の上冷却部(4)の上壁(5)を形成する複数の第２上壁形成部(54)と、第２入口ヘッダ壁形成部(52)の長手方向に間隔をおいて設けられ、かつ全冷却器(3)の下冷却部(10)の下壁(12)を形成する複数の第２下壁形成部(55)と、第２上壁形成部(54)と第２下壁形成部(55)を一体に連結するとともに全冷却器(3)の連結部(15)の外壁(17)を形成する複数の外壁形成部(56)と、を有する。
【００４９】
第３壁(45)は、第１壁(43)の第１入口ヘッダ壁形成部(46)の周縁部と第２壁(44)の第２入口ヘッダ壁形成部(52)の周縁部、第１壁(43)の第１出口ヘッダ壁形成部(47)の周縁部と第２壁(44)の第２出口ヘッダ壁形成部(53)の周縁部、第１壁(43)の各第１下壁形成部(48)の両側縁部と第２壁(44)の各第２上壁形成部(54)の両側縁部、第１壁(43)の各第１上壁形成部(49)の両側縁部と第２壁(44)の各第２下壁形成部(55)の両側縁部、および第１壁(43)の各内壁形成部(51)の両側縁部と第２壁(44)の各外壁形成部(56)の両側縁部とをそれぞれ連結し、かつ上冷却部(4)、下冷却部(10)および連結部(15)の側壁(7)(13)(18)と入口ヘッダ(21)および出口ヘッダ(22)の周壁(25)(31)を形成する（図７参照）。
【００５０】
第１壁(43)は、全体が平坦状に一体に形成されており、第１入口ヘッダ壁形成部(46)、第１出口ヘッダ壁形成部(47)、第１下壁形成部(48)、第１上壁形成部(49)および内壁形成部(51)が同一平面内に位置している（図６参照）。第２壁(44)は、全体が一体に形成されており、第２上壁形成部(54)および第２下壁形成部(55)は同一平面内に位置している（図７参照）。また、第２壁(44)の外壁形成部(56)は、外方に膨出し（図７で下方に膨出し）かつ第２上壁形成部(54)の幅方向に平行状に延びる外方膨出部が設けられている。前記外方膨出部は、第２上壁形成部(54)の長手方向と平行な縦断面において略円弧形状である（図７参照）。第３壁(45)は、第２壁(44)と一体に形成されており、第３壁(45)の先端（図７で上端）が、第１壁(43)にろう付されている。なお、第１構成部材(41)は、素板に打ち抜き加工を施すことにより形成され、第２構成部材(42)は、素板にプレス加工を施すことにより形成されている。
【００５１】
中空体(40)の第１構成部材(41)の第１入口ヘッダ壁形成部(46)および第２構成部材(42)の第２入口ヘッダ壁形成部(52)のうちのいずれか一方、ここでは第２構成部材(42)の第２入口ヘッダ壁形成部(52)に冷却液入口(26)が形成されており、冷却液入口(26)に通じるように、第２構成部材(42)の第２入口ヘッダ壁形成部(52)に管状の入口部材(27)が下方突出状にろう付されている（図７参照）。
【００５２】
また、中空体(40)の第１構成部材(41)の第１出口ヘッダ壁形成部(47)および第２構成部材(42)の第２出口ヘッダ壁形成部(53)に、出口ヘッダ(22)のずれ部分(32)を形成するずれ形成部(57)(58)が設けられており（図６、７参照）、第１構成部材(41)の第１出口ヘッダ壁形成部(47)のずれ形成部(57)、および第２構成部材(42)の第２出口ヘッダ壁形成部(53)のずれ形成部(58)のうち冷却液入口(26)が形成された入口ヘッダ壁形成部とは上下方向の反対側に位置するヘッダ壁形成部、ここでは第１構成部材(41)の第１出口ヘッダ壁形成部(47)のずれ形成部(57)に冷却液出口(33)が形成されており（図６参照）、該冷却液出口(33)に通じるように、第１構成部材(41)の第１出口ヘッダ壁形成部(47)のずれ形成部(57)に管状の出口部材(34)が上方突出状にろう付されている（図６参照）。
【００５３】
更に、第２構成部材(42)の第２上壁形成部(54)または第２下壁形成部(55)の上に放熱具(35)が配置されるとともに、ピン状フィン(37)が第２上壁形成部(54)または第２下壁形成部(55)にろう付されている。
【００５４】
そして、パワーモジュール(2)をその上下一対の最大面のうちの一方の面（図５で下面）を、中空体(40)の第１壁(43)における全第１下壁形成部(48)および全第１上壁形成部(49)のうちのいずれか一方、ここでは全第１上壁形成部(49)上に熱的に接触するように載置した後（図５参照）、中空体(40)を第１壁(43)の全内壁形成部(51)および第２壁(44)の全外壁形成部(56)の部分でＵ字状に曲げることによって、全第１下壁形成部(48)をパワーモジュール(2)の他方の面（図５で上面）に熱的に接触させ、これにより全冷却器(3)の上下両冷却部(4)(10)、連結部(15)、入口ヘッダ(21)および出口ヘッダ(22)を形成する。こうして、図１に示す半導体装置(1)が製造される。
【００５５】
図９は、半導体装置の製造に用いられる中空体の変形例を示す。図９に示す中空体(60)では、第１壁(43)の第１下壁形成部(48)と第１上壁形成部(49)を一体に連結するとともに全冷却器(3)の連結部(15)の内壁(16)を形成する複数の内壁形成部(61)は、中空体の内方に膨出し（図９で下方に膨出し）かつ第１下壁形成部(48)の幅方向に平行状に延びる内方膨出部が設けられている。前記内方膨出部は、第１下壁形成部(48)の長手方向と平行な縦断面において略円弧形状である（図９参照）。図９に示す中空体(60)は、その他の構成は、上述した実施形態の中空体(40)と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る半導体装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車、電車等に搭載される電力変換装置に用いられるパワーモジュールを冷却するのに好適に用いられるが、特にこのような用途に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５７】
(1)：半導体装置
(2)：パワーモジュール
(3)：冷却器
(4)：上冷却部
(5)：上壁
(6)：下壁
(7)：側壁
(8)：冷却液通路
(10)：下冷却部
(11)：上壁
(12)：下壁
(13)：側壁
(14)：冷却液通路
(15)：連結部
(16)：内壁
(17)：外壁
(18)：側壁
(19)：連通路（冷却液通路）
(21)：入口ヘッダ
(22)：出口ヘッダ
(23)：入口ヘッダの上壁
(24)：入口ヘッダの下壁
(25)：入口ヘッダの周壁
(26)：冷却液入口
(27)：入口部材
(28)：出口ヘッダの上壁
(29)：出口ヘッダの下壁
(31)：出口ヘッダの周壁
(32)：ずれ部分
(33)：冷却液出口
(34)：出口部材
(35)：放熱具
(40)(60)：中空体
(43)：第１壁
(44)：第２壁
(45)：第３壁
(46)：第１入口ヘッダ壁形成部
(47)：第１出口ヘッダ壁形成部
(48)：第１下壁形成部
(49)：第１上壁形成部
(51)(61)：内壁形成部
(52)：第２入口ヘッダ壁形成部
(53)：第２出口ヘッダ壁形成部
(54)：第２上壁形成部
(55)：第２下壁形成部
(56)：外壁形成部
(57)：ずれ形成部
【図１】
2019186393.tif 000003
【図２】
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【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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【図９】
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