(57)【要約】パワー半導体モジュールは、積層基板と、積層基板のおもて面に接合された半導体素子と、積層基板の裏面に接合されたベース板１４と、冷却ケース１５と、冷却ケース１５内に収容されたヒートシンク１７とを備える。冷却ケース１５は、底壁１５ａ及び底壁１５ａの周りに形成された側壁１５ｂを有し、かつ、底壁１５ａ及び側壁１５ｂのいずれかに接続した冷却液の入口部１５ｃ及び出口部１５ｄを有し、側壁１５ｂの一端がベース板１４の裏面に接合され、ベース板１４、底壁１５ａ及び側壁１５ｂにより囲まれた空間内に冷却液を流通可能になっている。パワー半導体モジュールは、冷却ケース１５の入口部１５ｃ及び出口部１５ｄのうち少なくとも一方の近傍に、スペーサ２０を更に備えている。
2016203885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層基板と、  前記積層基板のおもて面に接合された半導体素子と、  前記積層基板の裏面に接合されたベース板と、  底壁及び前記底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、前記底壁及び前記底壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、前記側壁の一端が前記ベース板の裏面に接合され、前記ベース板、前記底壁及び前記側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能な冷却ケースと、  前記冷却ケース内に収容されたヒートシンクと、を備え、  前記冷却ケースの前記入口部及び前記出口部のうち少なくとも一方の近傍に、スペーサを更に備えたパワー半導体モジュール。
【請求項２】
前記スペーサが、前記入口部及び前記出口部のうち少なくとも一方の近傍の側壁とヒートシンクとの間に配置された請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
前記スペーサが、前記入口部及び前記出口部のうち少なくとも一方から前記ヒートシンクの角部までにわたって、前記ヒートシンクに隣接して配置された請求項２記載のパワー半導体モジュール。
【請求項４】
前記スペーサが、前記ベース板及び前記冷却ケースに、ろう付けされた請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項５】
前記スペーサが、前記ベース板及び前記冷却ケースと同じ材料からなる請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項６】
前記冷却ケースが、絞り加工により作製された請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項７】
前記ヒートシンクが、波形又は直線形の薄板よりなる請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項８】
前記入口部の底面に導入口を有し、前記出口部の底面に排出口を有する請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項９】
前記冷却ケースの短手方向の一辺の両端に、前記入口部及び前記出口部を有する請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項１０】
前記冷却ケースの略対角線上の角部に、前記入口部及び前記出口部を有する請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項１１】
前記冷却ケースの対向する長手方向の一辺の中央部に、前記入口部及び前記出口部を有する請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項１２】
ベース板と、  底壁及び前記底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、前記底壁及び前記側壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、前記側壁の一端が前記ベース板の裏面に接合され、前記ベース板、前記底壁及び前記側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能な冷却ケースと、  前記冷却ケース内に収容されたヒートシンクと、を備え、  前記冷却ケースの前記入口部及び前記出口部のうち少なくとも一方の近傍に、スペーサを更に備えた冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、半導体素子を冷却するための冷却器を備えるパワー半導体モジュール及び当該冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】  ハイブリッド自動車や電気自動車等に代表される、モータを使用する機器には、省エネルギーのために電力変換装置が利用されている。この電力変換装置にパワー半導体モジュールが広く利用されている。パワー半導体モジュールは、大電流を制御するためにパワー半導体素子を備えている。【０００３】  パワー半導体素子は、大電流を制御する際の発熱量が大きい。また、パワー半導体モジュールは小型化や軽量化が要請され、出力密度が上昇する傾向にある。そのため、パワー半導体素子を複数備えたパワー半導体モジュールは、パワー半導体素子の冷却方法が電力変換効率を左右する。【０００４】  パワー半導体モジュールの冷却効率を向上させるために、液冷式の冷却器を備え、この冷却器によりパワー半導体素子を冷却するパワー半導体モジュールがある。このパワー半導体モジュールの冷却器は、パワー半導体素子の発熱を伝熱させる金属ベース板と、金属ベース板の裏面に接合されたヒートシンクと、金属ベース板に接合され、ヒートシンクを収容する冷却ケースとを備え、冷却ケースに形成された導入口及び排出口を通して冷却ケース内の空間に冷却液を流通できるような構造を有している（特許文献１）。金属ベース板とヒートシンクと冷却ケースとは、ろう付け接合されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１００２９３号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７９５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  冷却ケース内の冷却液の圧力分布を適切な状態に調整することで、冷却器の冷却効率を高めることができる。しかし、従来のパワー半導体モジュールは、導入口とヒートシンクとの間、及びヒートシンクと排出口との間で冷却液の圧力分布が乱れ、冷却性能が低下することがあった。例えば箱形の冷却ケースの一辺に導入口と排出口とを備える冷却器の場合に、冷却液の一部がヒートシンクの間の流路を流れず、ヒートシンクと冷却ケースの側壁との隙間を通して導入口から排出口へと直接的に流れる結果、冷却ケース内の冷却液の圧力分布が乱れていた。【０００７】  冷却ケースは絞り加工により成形されていることから、ヒートシンクと冷却ケースの側壁との隙間を小さくするような側壁の形状に絞り加工をすると、加工上の制約により冷却ケースが大型化するし、また、加工工数が増えるので製造コストが増大する。  特に自動車に搭載されるパワー半導体モジュールは、小型化、薄型化、軽量化の要請が強いため、冷却ケースの大型化は好ましくない。【０００８】  本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、パワー半導体モジュールの冷却器の導入口とヒートシンクとの間、及びヒートシンクと排出口との間における冷却液の圧力分布を整え、冷却効率を高めることができるパワー半導体モジュール及び冷却器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】  上記目的を達成するために本発明の一態様は以下のようなパワー半導体モジュールである。  パワー半導体モジュールは、積層基板と、積層基板のおもて面に接合された半導体素子と、積層基板の裏面に接合されたベース板と、冷却ケースと、冷却ケース内に収容されたヒートシンクとを備える。冷却ケースは、底壁及び当該底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、底壁及び側壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、側壁の一端がベース板の裏面に接合され、ベース板、底壁及び側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能になっている。パワー半導体モジュールは、冷却ケースの入口部及び出口部のうち少なくとも一方の近傍に、スペーサを更に備えている。【００１０】  本発明の別の態様は、以下のような冷却器である。  冷却器は、ベース板と、冷却ケースと、冷却ケース内に収容されたヒートシンクとを備える。冷却器は、底壁及び当該底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、底壁及び底壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、側壁の一端がベース板の裏面に接合され、ベース板、底壁及び側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能になっている。冷却器は、冷却ケースの入口部及び出口部のうち少なくとも一方の近傍に、スペーサを更に備えている。
【発明の効果】
【００１１】  本発明のパワー半導体モジュールによれば、パワー半導体モジュールの冷却器の導入口とヒートシンクとの間、及びヒートシンクと排出口との間における冷却液の圧力分布を最適化して、冷却効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のパワー半導体モジュールの一実施形態の分解斜視図である。
【図２】図１のパワー半導体モジュールの回路図である。
【図３】図１のパワー半導体モジュール１の平面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線の断面図である。
【図５】冷却器の分解斜視図である。
【図６】冷却器の入口部及び出口部近傍の平面図である。
【図７】スペーサの形状の変形例の説明図である。
【図８】本発明の別の実施形態の冷却器の説明図である。
【図９】従来の冷却器の分解斜視図である。
【図１０】図９の冷却器の平面図である。
【図１１】図９の冷却器の入口部及び出口部近傍の部分平面図である。
【図１２】従来の冷却器の入口部及び出口部近傍の部分平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】  本発明のパワー半導体モジュールの実施形態を、図面を用いて具体的に説明する。以下の説明に表れる「上」、「下」、「底」、「前」、「後」等の方向を示す用語は、添付図面の方向を参照して用いられている。
【００１４】（実施形態１）  図１は本発明のパワー半導体モジュールの一実施形態の分解斜視図である。図１に示すパワー半導体モジュール１は、積層基板の具体例としての絶縁基板１１と、絶縁基板１１のおもて面に接合された半導体チップ１２と、枠形状を有し、絶縁基板１１及び半導体チップ１２を囲む樹脂ケース１３と、絶縁基板１１の裏面に接合された、ベース板の具体例としての金属ベース板１４と、金属ベース板１４の裏面に接合された冷却ケース１５とを備えている。
【００１５】  図示した本実施形態では３個の絶縁基板１１が、金属ベース板１４の短手方向の中央で、長手方向に沿って一列に配置されている。各絶縁基板１１は、一個の絶縁基板１１上に半導体チップ１２を搭載している。図示した本実施形態の半導体チップ１２は、いずれもＩＧＢＴとＦＷＤとを１チップ化した逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ−ＩＧＢＴ）の例であり、一個の絶縁基板１１上に図示した例では４個が配置されている。半導体チップ１２は、逆導通ＩＧＢＴに限られず、一個の絶縁基板１１上にＩＧＢＴとＦＷＤとをそれぞれ搭載することもできる。また、スイッチング素子は、ＩＧＢＴに限られず、ＭＯＳＦＥＴ等であってもよい。半導体チップ１２の基板にはシリコンの他、炭化けい素、窒化ガリウムやダイヤモンド等のワイドバンドギャップ材料も用いられる。
【００１６】  図２に、図１のパワー半導体モジュールの回路図を示す。パワー半導体モジュール１は、インバータ回路を構成する６ｉｎ１タイプのパワー半導体モジュールの例である。金属ベース板１４上の３個の絶縁基板１１は、インバータ回路のＵ相、Ｖ相及びＷ相を構成している。また、１つの絶縁基板１１上で４個の半導体チップ１２は、電気的に並列に接続された２個１組の合計２組が、インバータ回路を構成する一相における上アーム及び下アームを構成している。
【００１７】  樹脂ケース１３は、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂やウレタン樹脂等の絶縁性樹脂よりなり、上面から底面にかけて貫通する開口を中央に有する枠形状を有している。樹脂ケース１３の底面は、金属ベース板１４のおもて面に、接着剤で接合されている。樹脂ケース１３の上面の周縁に沿って外部端子１６Ａ〜１６Ｅの一端が突出している。このうち樹脂ケース１３の長手方向縁部の一方に配置された外部端子１６ＡはＵ端子、外部端子１６ＢはＶ端子、外部端子１６ＣはＷ端子である。また、樹脂ケース１３の長手方向縁部の他方に配置された外部端子１６ＤはＰ端子、外部端子１６ＥはＮ端子である。外部端子１６Ａ〜１６Ｅはインサート成形等により樹脂ケース１３に一体的に取り付けられている。外部端子１６Ａ〜１６Ｅの他端は、樹脂ケース１３の枠内に露出し、半導体チップ１２の電極等とボンディングワイヤやリードフレーム（図示せず）等の導電部材により電気的に接続されている。
【００１８】  図３に、図１のパワー半導体モジュール１の平面図を示す。なお、この平面図では理解を容易にするために、樹脂ケース１３の上面で枠内を覆う蓋、枠内に注入される封止材及びボンディングワイヤの図示を省略して樹脂ケース１３内の絶縁基板１１及び半導体チップ１２が見えている状態を示している。１個の絶縁基板１１に接合された４個の半導体チップ１２のうち、金属ベース板１４の短手方向に沿って並列に配置された２個の半導体チップ１２Ａが上アームを構成し、半導体チップ１２Ｂが下アームを構成している。後で説明するように金属ベース板１４の直下で冷却液は、金属ベース板１４の短手方向と平行な方向に流れる。この冷却液の流動方向に合わせて半導体チップ１２Ａ及び半導体チップ１２Ｂを並列に配置することにより、半導体チップ１２Ａと、半導体チップ１２Ｂとの冷却効率を等しくすることができる。
【００１９】  金属ベース板１４は、樹脂ケース１３と略同じ又はそれ以上の大きさになる長方形のおもて面及び裏面を有している。金属ベース板１４は、熱伝導性の良好な金属、例えば銅、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、又はこれらの金属と、ろう材との複合材料（クラッド材）よりなる。金属ベース板１４のおもて面に、積層基板の具体例としての絶縁基板１１が、接合材、例えばはんだにより接合されている。もしくは、接合材として、ろう材による接合でもよい。また、接合材の代わりに、熱伝導性のグリースを金属ベース板１４と絶縁基板１１との間に介在させることもできる。
【００２０】  冷却ケース１５は、冷却ジャケットとも呼称される。冷却ケース１５は、底壁１５ａ及び当該底壁１５ａの周りに形成された側壁１５ｂを有し、上端が開口となっている。この上端を金属ベース板１４に例えばろう付けにより接合することにより、金属ベース板１４と冷却ケース１５とで冷却液が漏れないように囲まれた内部空間が形成されている。この内部空間に、ヒートシンクとしてのフィン１７が配置されている。半導体チップ１２を冷却する冷却器１０は、金属ベース板１４と冷却ケース１５とフィン１７を含む。
【００２１】  図４に図３のＩＶ−ＩＶ線の断面図を示す。絶縁基板１１は、セラミック絶縁板１１ａと、このセラミック絶縁板１１ａのおもて面に選択的に形成された銅箔等よりなる回路板１１ｂと、このセラミック絶縁板１１ａの裏面に形成された銅箔等よりなる金属板１１ｃとを貼り合わせてなる。回路板１１ｂと半導体チップ１２との接合は、例えば接合材としてのはんだ１８よりなる。金属板１１ｃと金属ベース板１４との接合は、例えば接合材としてのはんだ１８よりなる。はんだの代わりに焼結材料を用いてもよい。樹脂ケース１３の枠内において絶縁基板１１及び半導体チップ１２は、エポキシ樹脂等の絶縁性樹脂又はシリコーン等の絶縁性ゲルよりなる封止材１９によって封止されていて、絶縁性を高めている。なお、図４では、外部端子については図示を省略し、また、半導体チップ１２の表面に形成されている電極と、外部端子等とを電気的に接続しているボンディングワイヤ等の配線部材については図示を省略している。また、図４では、樹脂ケース１３の上面に取り付けられている蓋についても図示を省略している。
【００２２】  図５に、冷却器１０の分解斜視図を示す。冷却ケース１５の底壁１５ａと側壁１５ｂにより囲まれた略直方体の空間に、ヒートシンクとしてのフィン１７が収容されている。図示した本実施形態において、フィン１７は冷却ケース１５の短手方向に延びるように複数個がそれぞれ間隔を空けて並列に配置された複数の薄板を含む。図示したフィン１７は、上方から見て金属ベース板１４及び冷却ケース１５の短手方向に波形を有している。フィン１７の形状は、図示した例に限られず、直線形でもよい。フィン１７はピン形状であってもよいが、上述した波形又は直線形の板状のフィン１７であることが好ましい。フィン１７は、金属ベース板１４と同様に熱伝導性の良好な金属からなる。各フィン１７の上端は金属ベース板１４の裏面に、ろう付けにより接合されている。これにより、半導体チップ１２から生じた熱は、絶縁基板１１及び金属ベース板１４を経てフィン１７に伝導される。ヒートシンクは全体として冷却ケース１５に収容可能な略直方体形状である。
【００２３】  図示した冷却ケース１５は、短手方向の一辺（側壁）の両端に、冷却液の入口部１５ｃ及び出口部１５ｄを有している。入口部１５ｃ及び出口部１５ｄは冷却ケース１５の側壁から長手方向に突出する凸形状である。この入口部１５ｃの底面に導入口１５ｅを有し、出口部１５ｄの底面に排出口１５ｆを有している。導入口１５ｅを入口部１５ｃの底面に、また、排出口１５ｆを出口部１５ｄの底面に有していること、換言すれば導入口１５ｅが底壁１５ａに形成され、また、排出口１５ｆが底壁１５ａに形成されていることは、側壁に有する場合に比べて冷却器１０を構成している冷却ケース１５の高さを抑制することができるので、小型化、薄型化、軽量化が求められている車載用のパワー半導体モジュールに好ましい。
【００２４】  冷却ケース１５は、金属ベース板１４及びフィン１７と同様に熱伝導性の良好な金属からなる。冷却ケース１５が、金属ベース板１４及びフィン１７と同種の材料からなることにより、熱膨張係数差による応力や歪みを抑制することができるので好ましい。冷却ケース１５は、絞り加工により成形されている。
【００２５】  冷却ケース１５の内側の入口部１５ｃ及び出口部１５ｄの近傍に、より具体的には入口部１５ｃ及び出口部１５ｄ近傍の側壁１５ｂとフィン１７との間に、スペーサ２０が配置されている。
【００２６】  図６に、冷却器１０の入口部１５ｃ及び出口部１５ｄ近傍の平面図を示す。冷却器１０は、入口部１５ｃの導入口１５ｅ及び出口部１５ｄの排出口１５ｆが、フィン１７の短手方向端部よりも短手方向中央寄り（内側）に位置している。平面視したとき、導入口１５ｅ及び排出口１５ｆのそれぞれの開口がヒートシンクの長辺を延長した線と交差している。冷却器１０は、入口部１５ｃの導入口１５ｅからフィン１７に向けて冷却液を案内する第１の流路１５ｇを、冷却ケース１５の長手方向の側壁１５ｂに沿って有し、冷却液を出口部１５ｄの排出口１５ｆに案内する第２の流路１５ｈを、第１の流路１５ｇとは反対側でかつ、冷却ケース１５の長手方向の側壁１５ｂに沿って有し、フィン１７を冷却する第３の流路１５ｉを、第１の流路１５ｇと第２の流路１５ｈとの間でかつ、隣り合うフィン１７間に有している。
【００２７】  薄板形状のフィン１７が冷却ケース１５の短手方向に延びるように配置されていることにより、入口部１５ｃから導入された冷却液は、第１の流路１５ｇを通してフィン１７の間の第３の流路１５ｉを冷却ケース１５の短手方向に流れ、第２の流路１５ｈを通って出口部１５ｄの排出口１５ｆから排出される。
【００２８】  スペーサ２０は、冷却器１０の入口部１５ｃからフィン１７の角部までにわたって、フィン１７に隣接して配置され、第１の流路１５ｇに冷却液を案内する。また、出口部１５ｄからフィン１７の角部までにわたって配置され、第２の流路１５ｈから出口部１５ｄに冷却液を案内する。スペーサ２０は、金属ベース板１４、冷却ケース１５及びフィン１７と同様に熱伝導性の良好な金属からなる。スペーサ２０が、金属ベース板１４、冷却ケース１５及びフィン１７と同種の材料からなることにより、熱膨張係数差による応力や歪みを抑制することができるので好ましい。スペーサ２０は、金属ベース板１４及び冷却ケース１５に、ろう付けされている。
【００２９】  冷却器１０が凸状の入口部１５ｃと出口部１５ｄの間にスペーサ２０を備えることにより、導入口１５ｅと排出口１５ｆとの間で、隙間を塞ぎ、側壁１５ｂとフィン１７との間隙を通して直接的に冷却液が流れることを防ぎ、また、スペーサ２０の形状を最適化することで、導入口１５ｅとフィン１７との間の冷却液の流れ、及びフィン１７と排出口１５ｆとの間の冷却液の流れをスムーズにすることができる。したがってスペーサ２０により、冷却器１０内の冷却液の流速分布の適切な調整を容易にして、冷却性能を向上させることができる。また、スペーサ２０は、冷却ケース１５の形状に応じた形状にする設計の自由度が大きいので、冷却ケース１５については、作製する際に、冷却ケース１５の導入口１５ｅ及び出口部１５ｄ近傍の側壁１５ｂを、高加工度の絞り加工によりフィン１７の角部近傍まで位置させる必要がなくなる。したがって、冷却ケース１５を小型化することができる。また、絞り加工は低加工度で済むので絞り加工の金型数も少なくて済み、製造コストを低減することができる。なお、図示した例では入口部１５ｃ及び出口部１５ｄは内側にそれぞれ略半円筒の側面を備えており、スペーサ２０はこれらの側面からヒートシンクの角部に連なる弧状の側面を備えている。スペーサ２０の高さは、フィン１７の高さ以下とするとよい。
【００３０】  図７に、スペーサ２０の変形例を示す。スペーサは、図６及び図７（ａ）に示した一体的な形状のスペーサ２０に限られず、図７（ｂ）に示すような、入口部１５ｃと出口部１５ｄとにそれぞれ対応した、分割された形状のスペーサ２０Ａであってもよい。また、図７（ｃ）に示すように入口部１５ｃと出口部１５ｄに直面する部分が、上からみて直線形の平面であるスペーサ２０Ｂであってもよい。
【００３１】（実施形態２）  図８を用いて、本発明の実施形態２の冷却器を説明する。なお、図８の冷却器を用いたパワー半導体モジュールは、絶縁基板、半導体チップ、樹脂ケース等については実施形態１のパワー半導体モジュールと同様とすることができる。  図８（ａ）の斜視図に示す冷却器２１は、冷却ケース２５の外形が、実施形態１に示した冷却器１０とは異なっている。具体的に、冷却ケース２５は、底壁２５ａ及び当該底壁２５ａの周りに形成された側壁２５ｂを有し、上端が開口となっている。底壁２５ａ及び側壁２５ｂにより囲まれた空間に、フィン１７が収容されている。入口部２５ｃ及び出口部２５ｄが、冷却ケース２５の略対角線上の角部に形成されている。入口部２５ｃの底面に導入口２５ｅを有し、出口部２５ｄの底面に排出口２５ｆを有している。冷却ケース２５は、絞り加工により成形される。
【００３２】  冷却器２１は、入口部２５ｃ近傍の側壁２５ｂとフィン１７との間に、スペーサ２２を備えている。また、出口部２５ｄ近傍の側壁２５ｂとフィン１７との間に、スペーサ２２を備えている。スペーサ２２は、冷却ケース２５及びフィン１７と同様に熱伝導性の良好な金属からなる。スペーサ２２が、冷却ケース２５及びフィン１７と同種の材料からなることにより、熱膨張係数差による応力や歪みを抑制することができるので好ましい。
【００３３】  出口部２５ｄ近傍の平面図を図８（ｂ）に示す。スペーサ２２は、略三角形の平面（断面）形状を有し、フィン１７と同じ高さを有している。入口部２５ｃ近傍に備えるスペーサ２２も同様である。スペーサ２２は、冷却器２１の入口部２５ｃからフィン１７の角部までにわたって、フィン１７に隣接して配置され、第１の流路２５ｇに冷却液を案内する。また、出口部２５ｄからフィン１７の角部までにわたって配置され、第２の流路２５ｈから出口部２５ｄに冷却液を案内する。
【００３４】  冷却器２１がスペーサ２２を備えることにより、導入口２５ｅと排出口２５ｆとの間で、側壁２５ｂとフィン１７との間隙を通して冷却液が流れることをスペーサ２２により防いでいるので、金属ベース板１４面内の冷却性能の著しい低下を防ぐことができる。また、スペーサ２２により導入口２５ｅとフィン１７との間の冷却液の流れ及びフィン１７と排出口２５ｆとの間の冷却液の流れをスムーズにすることができる。したがってスペーサ２２により、冷却器２１内の冷却液の流速分布の適切な調整を容易にして、冷却性能を向上させることができる。また、スペーサ２２を備えることにより、冷却ケース２５を作製する際に、冷却ケース２５の導入口２５ｅ及び出口部２５ｄ近傍の側壁２５ｂを、絞り加工の高加工によりフィン１７の角部近傍に位置させる必要がなくなる。したがって、冷却ケース２５を小型化することができ、また、絞り加工は低加工で済むので絞り加工の金型数も少なくて済み、製造コストを低減することができる。
【００３５】  実施形態１〜実施形態２から理解されるように、冷却器の入口部及び出口部の位置にかかわらずスペーサを備えることができる。なお、実施形態１〜実施形態２に示した冷却器はいずれも、導入口及び排出口が冷却器の底面に形成されているが、導入口及び排出口の位置は、冷却器の底面に限定されず、冷却器の側面に形成されていてもよい。  また、冷却器の入口部及び出口部の位置は、実施形態１〜実施形態２に示した冷却器に限られず、例えば冷却ケースの対向する長手方向の一辺の中央部に、該入口部及び該出口部を有する冷却器とすることができる。
【００３６】（比較例）  比較例として従来の冷却器を図９〜１２を用いて説明する。図９に分解斜視図で示す冷却器１００は、金属ベース板１４と、金属ベース板１４の裏面に接合された冷却ケース１１５とヒートシンクとしてのフィン１７を備えているが、スペーサを備えていない。金属ベース板１４及びフィン１７は、先に実施形態１で説明したものと同じであり、詳細な説明は省略する。冷却ケース１１５は、底壁１１５ａ及び側壁１１５ｂを備え、実施形態１の冷却ケース１５とほぼ同じ形状及び構造を有している。
【００３７】  図１０に平面図で示すように、冷却ケース１１５は、入口部１１５ｃと出口部１１５ｄとを有する。入口部１１５ｃに導入口１１５ｅを有し、出口部１１５ｄに排出口１１５ｆを有する。冷却ケース１１５は、入口部１１５ｃと出口部１１５ｄとの間の側壁１１５ｂが、フィン１７に近接するような曲面になっている。図１１に入口部１１５ｃ及び出口部１１５ｄ近傍の部分平面図を示すように、入口部１１５ｃと出口部１１５ｄとの間の側壁１１５ｂは、絞り加工により作製されるので、フィン１７に近接するような曲面とするために、作成時には高加工度の絞り加工が必要であった。そのため，絞り加工の金型数が多く必要であり、製造コストの増加を招いていた。  図１２に、入口部１１５ｃと出口部１１５ｄとの間の側壁１１５ｂを、低加工度の絞り加工で作成した冷却器の入口部１１５ｃ及び出口部１１５ｄ近傍の部分平面図を示す。図１２に示す冷却器は、入口部１１５ｃと出口部１１５ｄとの間の側壁１１５ｂを、低加工度の絞り加工で作成したためにフィン１７と側壁１１５ｂとの間の隙間ｇが大きく、この隙間ｇを通して冷却液が直接的に入口部１１５ｃから出口部１１５ｄへ流れ、冷却器１００内の冷却液の圧力分布が乱れる結果、冷却性能が低下していた。
【００３８】  図５〜６に示した実施形態１の冷却器１０と、図９〜１２に示した従来の冷却器１００との対比により、実施形態１の冷却器１０の効果は明らかである。具体的には、スペーサ２０によりフィン１７と側壁１５ｂとの間の隙間を埋めていることから、入口部１５ｃと出口部１５ｄとの間の側壁１５ｂを、低加工度の絞り加工で作製しても冷却液の圧力分布を良好な状態に維持することができる。また低加工度の絞り加工で作製できることから、製造コストを低減させることができる。
【００３９】  以上、本発明のパワー半導体モジュール等の実施形態を、図面を用いて説明したが、本発明のパワー半導体モジュール等は、各実施形態及び図面の記載に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で幾多の変形が可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００４０】  １  パワー半導体モジュール  １０、２１  冷却器  １１  絶縁基板  １２  半導体チップ（半導体素子）  １３  樹脂ケース  １４  金属ベース板  １５、２５  冷却ケース  １５ａ、２５ａ  底壁  １５ｂ、２５ｂ  側壁  １５ｃ、２５ｃ  入口部  １５ｄ、２５ｄ  出口部  １５ｅ、２５ｅ  導入口  １５ｆ、２５ｆ  排出口  １７  フィン（ヒートシンク）  ２０、２２  スペーサ
【図１】
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【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年6月1日(2017.6.1)
【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】
積層基板と、
前記積層基板のおもて面に接合された半導体素子と、
前記積層基板の裏面に接合されたベース板と、
底壁及び前記底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、前記底壁及び前記側壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、前記側壁の一端が前記ベース板の裏面に接合され、前記ベース板、前記底壁及び前記側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能な冷却ケースと、
前記冷却ケース内に収容されたヒートシンクと、
を備え、
前記冷却ケースの前記入口部及び前記出口部の間に、スペーサを更に備えたパワー半導体モジュール。
【請求項２】
前記スペーサが、前記入口部及び前記出口部のうち少なくとも一方の近傍の側壁とヒートシンクとの間に配置された請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項３】
前記スペーサが、前記入口部及び前記出口部のうち少なくとも一方から前記ヒートシンクの角部までにわたって、前記ヒートシンクに隣接して配置された請求項２記載のパワー半導体モジュール。
【請求項４】
前記スペーサが、前記ベース板及び前記冷却ケースに、ろう付けされた請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項５】
前記スペーサが、前記ベース板及び前記冷却ケースと同じ材料からなる請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項６】
前記冷却ケースが、絞り加工により作製された請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項７】
前記ヒートシンクが、波形又は直線形の薄板よりなる請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項８】
前記入口部の底面に導入口を有し、前記出口部の底面に排出口を有する請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項９】
前記冷却ケースの短手方向の一辺の両端に、前記入口部及び前記出口部を有する請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項１０】
前記冷却ケースの略対角線上の角部に、前記入口部及び前記出口部を有する請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項１１】
前記冷却ケースの対向する長手方向の一辺の中央部に、前記入口部及び前記出口部を有する請求項１記載のパワー半導体モジュール。
【請求項１２】
ベース板と、
底壁及び前記底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、前記底壁及び前記側壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、前記側壁の一端が前記ベース板の裏面に接合され、前記ベース板、前記底壁及び前記側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能な冷却ケースと、
前記冷却ケース内に収容されたヒートシンクと、
を備え、
前記冷却ケースの前記入口部及び前記出口部の間に、スペーサを更に備えた冷却器。
【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】
上記目的を達成するために本発明の一態様は以下のようなパワー半導体モジュールである。
パワー半導体モジュールは、積層基板と、積層基板のおもて面に接合された半導体素子と、積層基板の裏面に接合されたベース板と、冷却ケースと、冷却ケース内に収容されたヒートシンクとを備える。冷却ケースは、底壁及び当該底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、底壁及び側壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、側壁の一端がベース板の裏面に接合され、ベース板、底壁及び側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能になっている。パワー半導体モジュールは、冷却ケースの入口部及び出口部の間に、スペーサを更に備えている。
【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】
本発明の別の態様は、以下のような冷却器である。
冷却器は、ベース板と、冷却ケースと、冷却ケース内に収容されたヒートシンクとを備える。冷却器は、底壁及び当該底壁の周りに形成された側壁を有し、かつ、底壁及び側壁のいずれかに接続した冷却液の入口部及び出口部を有し、側壁の一端がベース板の裏面に接合され、ベース板、底壁及び側壁により囲まれた空間内に冷却液を流通可能になっている。冷却器は、冷却ケースの入口部及び出口部の間に、スペーサを更に備えている。
【国際調査報告】
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2016203885.tif 000016
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