半導体冷却装置
【課題】 半導体モジュール３２の冷却構造の組立て作業の負担を軽減し、冷却能力が高いレベルで安定した冷却装置を量産しやすい冷却装置を実現する
【解決手段】 本発明の半導体冷却装置は、内部に冷却水通路２６を形成するケース２０ａと、内部に半導体モジュールを収容し、その半導体のジュールの発生熱を放熱する放熱面を正面と背面に備えるブロック２６ｂを備えている。そのブロック２６ｂはその冷却水通路２６に挿入されることによって冷却水通路２６を区画しており、そのブロック２６ｂの正面と背面はブロック２６ｂによって区画された冷却水通路２６に面している。
【解決手段】 本発明の半導体冷却装置は、内部に冷却水通路２６を形成するケース２０ａと、内部に半導体モジュールを収容し、その半導体のジュールの発生熱を放熱する放熱面を正面と背面に備えるブロック２６ｂを備えている。そのブロック２６ｂはその冷却水通路２６に挿入されることによって冷却水通路２６を区画しており、そのブロック２６ｂの正面と背面はブロック２６ｂによって区画された冷却水通路２６に面している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体を冷却するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、半導体モジュールの冷却構造が示されている。この冷却構造では、内部を冷媒が通過するチューブを用いる。半導体モジュールは正面と背面に放熱する表面を備えており、そのチューブを半導体モジュールの表面に添って配置する。実施例では、チューブを屈曲することによって半導体モジュールの正面側の表面と背面側の表面にチューブを押し付ける。チューブを通過する冷媒によって、半導体モジュールの正面と背面が冷却される。特許文献２〜４に、その他の半導体冷却技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３５２０２３号公報
【特許文献２】特開２００２−１４１１６４号公報
【特許文献３】特開２００１−２４１２５号公報
【特許文献４】特開平１０−１０７１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の技術では、半導体モジュールと冷媒チューブの位置関係が、半導体モジュールの冷却度合いに大きな影響を与える。半導体モジュールと冷媒チューブが離反していると、半導体モジュールを効果的に冷却することができない。従来の冷却構造では、半導体モジュールと冷媒チューブを密着させるために、屈曲して折り返されている冷媒チューブによって半導体モジュールを挟み込む。挟み込む力が強すぎれば半導体モジュールが破壊される恐れがあり、弱すぎれば冷却能力が不足する恐れがある。
従来の構造の場合、冷媒チューブによって半導体モジュールを挟み込む力の調整が難しく、半導体モジュールの冷却装置の組立作業の負担が大きいという問題があった。
【０００４】
本発明は、半導体冷却装置の組立作業の負担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】
【０００５】
本発明の半導体冷却装置は、内部に冷媒通路を形成するケースと、内部に半導体を収容し、その半導体の発生熱を放熱する放熱面を正面と背面に備える区画体とを備えている。本発明の半導体冷却装置では、その区画体はその冷媒通路に挿入されることによって冷媒通路を区画し、区画体の正面と背面は区画体によって区画された冷媒通路に面している。
上記において「冷媒通路を区画する」ことには、「冷媒通路を複数に分流する」ことと、「冷媒通路を分流させることなく屈曲させる」ことの双方を含む。
【０００６】
この冷却装置では、内部に半導体を収容している区画体が冷媒通路に挿入され、区画体の正面と背面が区画体によって区画された冷媒通路に面する。従って、区画体の内部に収容されている半導体は、区画体を介して正面と背面の両側から冷却される。
【０００７】
この冷却装置によると、冷媒通路と区画体と半導体装置の位置関係を一定の位置関係に調整しやすい。冷却能力がよく調整された冷却装置を量産しやすい。
従来構造では必要とされていた組立て作業、即ち、半導体を冷媒チューブで挟み込みながら位置関係を調整するという難易度の高い組立て作業を実施しなくともよい。本発明の冷却装置によると、組立て作業の負担を軽減することができる。冷却能力が高いレベルによく調整されている冷却装置を量産しやすい。
【０００８】
上記の半導体冷却装置は、一つのケースに平面方向に対して一本の冷媒通路を区画する複数個の区画体が挿入されており、その区画された冷媒通路は一の区画体に対して正面と背面を経ており、且つ、すべての区画体を経ていることが好ましい。
一本の連続した冷媒通路には、同じ流量の冷媒が流れる。従って、上記の複数個の区画体は、正面と背面が同一流量の冷媒によって冷却される。この構成によると、複数の半導体に対して、冷却に用いる冷媒流量を均一化することが可能となり、半導体のケース内の配置場所による冷却効率の差を軽減することができる。
【０００９】
上記の半導体冷却装置では、複数個の区画体が相互に平行な位置関係に配置されていることが好ましい。このとき、一方の側端がケースに接する区画体と他方の側端がケースに接する区画体が交互に現れる関係で配置されていることが好ましい。
なお区画体の側端とは、区画体の正面および背面に対して側方に存在する端部のことを言い、ケースに挿入された状態でその区画体が面する冷媒通路に沿う方向の区画体の端部のことを言う。
この構成によると、ケースと区画体群によって、ケース内を蛇行する一本の冷媒通路が形成される。ケース内に隔壁等を形成しないでも、蛇行する冷媒通路を形成することができる。半導体冷却装置を小型化し、軽量化することが可能となる。
【００１０】
上記の半導体冷却装置では、ケース内に略直方体形状の空間が確保されており、平行に配置されている区画体の側端に対向する面には、区画体の一本おきの側端に相当する位置に更なる空間が確保されていることが好ましい。例えば、区画体の側端に対向する面がＡ面とＢ面であり、平行に配置されている区画体を順番に１番、２番・・・としたときに、Ａ面には奇数番の区画体に対応する位置に凹所を設け、Ｂ面には偶数番の区画体に対応する位置に凹所を設けるのである。
この構成によると、ケース内を蛇行する一本の冷媒通路が形成される。このような構成とすることによって、半導体冷却装置をさらに小型化することが可能となる。
【００１１】
上記の半導体冷却装置の区画体の正面と背面には、冷媒通路に突出する突出部が形成されていることが好ましい。その場合、突出部の先端面が冷媒通路に露出していることが望ましい。
突出部の先端面まで冷媒通路に露出していると、突出部と冷媒との接触面積が十分に確保される。この構成によると、半導体の冷却効率を向上することができる。
【００１２】
隣接する区画体の正面側の突出部と背面側の突出部の突出位置が相違しており、隣接する区画体の正面側の突出部と背面側の突出部の先端面がほぼ同一面に整列していることが好ましい。
この構成によると、隣接する区画体同士を近接させても、突出部の先端面を冷媒通路に露出させることができる。突出部群と冷媒との接触面積を確保しながら、半導体冷却装置をさらに小型化することができる。
【００１３】
上記の半導体冷却装置では、正面側の突出部と背面側の突出部のそれぞれが冷媒通路に添って伸びる凸条であり、隣接する区画体の正面側の突出部と背面側の突出部の先端面の端部同士がほぼ接していることが好ましい。
この構成によると、正面側の突出部の先端面の端部と背面側の突出部の先端面の端部とがほぼ接していることによって、隣接する区画体の正面側の冷媒通路と背面側の冷媒通路を分離することができる。正面側の冷媒通路と背面側の冷媒通路の冷媒流動方向を反転することができ、流路の蛇行回数を増やすことができる。
【００１４】
上記の半導体冷却装置は、ケースと区画体が別部材で形成されており、組合わせることによって構成されていることが望ましい。
この構成によると、区画体の内部に半導体を収容した後に、その区画体をケースに組み付けることによって、半導体冷却装置を組立てることができる。半導体を区画体に収容する作業を、区画体をケースに収容する作業に先立って実施しておくことが可能となり、半導体冷却装置の組立て作業性が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、冷却能力が高いレベルで安定した半導体冷却装置を、容易に量産することが可能となる。
また区画体の配置や突出部の位置を改良することによって、半導体冷却装置を小型化することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具現化した実施例について図面を参照して説明する。最初に実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１） 隣接する区画体の間には隔壁が介在していない。半導体を収容している区画体同士が冷媒通路を介して直接的に隣接する。
（形態２） 区画体は内部に半導体を収容する略直方体形状の空間を備える金属部材であって、正面と背面のそれぞれに突出部が形成されている。
【実施例】
【００１７】
（第１実施例）
図１は、第１実施例の半導体モジュールの冷却装置２０の断面を示す。図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図を示す。図３は、分解斜視図を示す。図４は、図２のパワー半導体モジュール３２が組込まれたブロック２０ｂの拡大断面図を示す。図５は、分解斜視図を示す。
【００１８】
図１と図２に示すように、冷却装置２０は、ケース２０ａを備えている。ケース２０ａの内部には、冷媒（第１実施例の場合は水）が流れる冷却水通路２６（冷媒通路の一例）が形成されている。冷却水通路２６は、冷却水の注入口２２と排出口３４を有する。冷却水通路２６は、ケース２０ａ内に挿入されている６個のブロック２０ｂによって区画されており、図１に示すように蛇行する冷却水通路２６が形成されている。冷却水通路２６はつづら折り状、あるいは連続Ｓ字状に形成されているともいえる。冷却水は、図１の矢印で示される向きに流れる。ブロック２０ｂは冷却水通路２６を区画する区画体であり、２個が直列に配置され、２個で１組のブロック２０ｂが並列に配置されている。１個１個のブロック２０ｂも区画体ということができるが、以下では直列に配置されている２個で１組のブロックを区画体ということにする。冷却水通路２６は、ブロック２０ｂによって通路部群２６ａ、２６ｂ等に区画されている。通路部群２６ａ、２６ｂは連続しており、一本の蛇行した冷却水通路２６を形成している。
各ブロック２０ｂには、半導体モジュール３２が組込まれている。各ブロック２０ｂの正面（例えば図１のブロック２０ｂでは、図中左側の表面）と背面（例えば図１のブロック２０ｂでは、図中右側の表面）は、各ブロック２０ｂの内部に収容されている半導体モジュール３２の発生熱を放熱する放熱面である。各ブロック２０ｂの正面と背面は冷却水通路２６に面しており、ブロック２０ｂの内部に収容された半導体モジュール３２は、ブロック２０ｂを介して正面と背面の両側から冷却される。
【００１９】
図１に示すように、ケース２０ａには複数のブロック２０ｂが挿入されている。冷媒が流れる方向（図１の上下方向）に連続するブロック２０ｂを一つの区画体とすると、ケース２０ａには３つの区画体が図１の左右方向に並んで挿入されている。左右方向に並んでいる区画体は相互に平行であり、一方の側端（例えば図１の下側の端部）がケース２０ａに接する区画体と、他方の側端（図１の上側の端部）がケース２０ａに接する区画体とが交互に現れる関係で配置されている。図１の左右の区画体は下側の端部がケース２０ａに接しており、図１の中央の区画体は上側の端部がケース２０ａに接している。
【００２０】
ケース２０ａは、内部に略直方体形状の空間２１ａを備えている。空間２１ａの内部には、複数の区画体が並列に配置されている。図１において、区画体の上側の端部に対向するケース２０ａの上側の面をＡ面とし、下側の端部に対向するケース２０ａの下側の面をＢ面とし、平行に配置されている区画体を左から順番に１番、２番・・・としたときに、Ａ面には１番の区画体と３番の区画体に対応する位置に凹所２１ｂが設けられており、Ｂ面には２番の区画体に対応する位置に凹所２１ｂが設けられている。
この構成によって、ケース２０ａ内を蛇行する一本の連続する冷媒通路２６が形成されている。
後で説明する冷却装置にみられる隔壁が形成されておらず、冷却装置が小型化されている。特に、図１の左右方向（区画体の積層方向という）の寸法が短縮されている。
【００２１】
冷却装置２０は、図１と図３に示すように、半導体モジュール３２が組込まれたブロック２０ｂを６つ有する。図１に示すように、あるブロック２０ｂに対して通路部２６ｂを挟んで対向する位置に、さらに他のブロック２０ｂが設けられている。そして、前記他のブロック２０ｂにも、半導体モジュール３２が組込まれている。このように、この冷却装置は、スペースを有効に活用した冷却効率の高いレイアウトとなっている。
【００２２】
冷却装置２０は、図１〜図３に示すようなケース２０ａとブロック２０ｂによって構成されている。ブロック２０ｂは、先に述べた区画体を構成する。以下では、必要に応じて名称を使い分ける。これらのケースおよびブロック２０ａ、２０ｂは、アルミニウム合金を削り出すことによって形成したり、あるいはアルミダイキャストによって形成するとよい。図３に示すように、６つのブロック２０ｂは、ケース２０ａの空間２１ａに収容される。なお、図３に示すケース２０ａの管部２３と３５はそれぞれ、図１に示す冷却水の注入口２２と排出口３４につながっている。
【００２３】
図２に示すように、区画体を構成するブロック２０ｂには、突出部群３０ａと突出部群３０ｂが形成されている。突出部群３０ａと突出部群３０ｂは共に、図２の縦方向に並んで形成されている。これらの突出部群３０ａ、３０ｂは、熱交換フィンとして機能する。図２において、左側のブロック２０ｂから右向きに伸びる突出部群３０ｂと、中央のブロック２０ｂから左向きに伸びる突出部群３０ａの位置は、縦方向にずれており、突出位置が互いに相違している。
【００２４】
図２によく示されているように、突出部群３０ａと突出部群３０ｂとは、その先端面がほぼ同一面に整列する関係となっている。このようにブロック２０ｂを配列することで、隣接するブロック２０ｂ同士の間隔が近接して、冷却装置２０は小型化されている。区画体の積層方向の寸法が短縮されている。
【００２５】
図４と図５によく示されるように、半導体モジュール３２は、板状の基板５０と電極５６を有する。基板５０も実質的には電極と言うことができるが、本明細書では基板５０と表現する。基板５０の表面にはパワー半導体素子４６とダイオード４０の裏面が半田付けされている。パワー半導体素子４６は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等で構成されている。図４と図５に示すように、パワー半導体素子４６とダイオード４０の表面は、電極５６の裏面に半田付けされている。基板５０の表面には絶縁層５２が形成されており、絶縁層５２の表面に制御用配線５４が配置されている。制御用配線５４は、第２の制御用配線５８を介してパワー半導体素子４６に接続されている。制御用配線５４は、銅、リン青銅、真鍮、アルミ等で構成するとよい。第２の制御用配線５８は、アルミや金等のボンディングワイヤーで構成するとよい。
基板５０の裏面は、第１接着層４２によってブロック２０ｂに内面に固定されている。同様に、第２電極５６の表面は、第２接着層３６によってブロック２０ｂの内面に固定されている。第１接着層４２と第２接着層３６は、電気に対して絶縁性を持ち、熱に対して伝達性を持っている。第１接着層４２と第２接着層３６は、Ａ■Ｎやアルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の熱伝導性のよい材料をフィラーとして配合したエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂等で構成するとよい。ブロック２０ｂの半導体モジュール３２の収容空間には、封止材３８が充填されている。封止材３８は、シリコーンゲルやエポキシ樹脂等で構成するとよい。
図３と図４に示すように、ブロック２０ｂの上方には、蓋６２が配置されている。図４と図５に示すように、ブロック２０ｂと蓋６２の間には、ガスケット６４が配置されている。ガスケット６４は、ブロック２０ｂと蓋６２、あるいは半導体モジュール３２と蓋６２の間での水漏れを防ぐためのものであり、固体のシートでも樹脂のようなシール材でもよい。蓋６２上には、絶縁カラー４８が配置されている。絶縁カラー４８は、蓋６２との絶縁を確保するためのものであり、絶縁性の樹脂やセラミック材料を成形して使用する。
第１接着層４２の外面から第２接着層３６の外面までの距離は、半導体モジュール３２を組み上げた状態で±０．１〜０．３ｍｍ程度の公差をもつ。半導体モジュール３２とブロック２０ｂが密着しないと、半導体モジュール３２から発する熱が外部へ伝達しにくくなるため、図５に示すようにブロック２０ｂの一部３１は第２接着層３６の外面と確実に密着するようにセットする。
【００２６】
６つのブロック２０ｂの各々に、１組のパワー半導体素子４６とダイオード４０を含む半導体モジュール３２が組込まれている。これらの６組のパワー半導体素子４６とダイオード４０によって、３相インバータ回路が構成されている。
【００２７】
図４のＬ１（ブロック２０ｂの高さ）は、３０〜１００ｍｍである。Ｌ２（電極５６の厚さ）は、１〜５ｍｍである。Ｌ３（縦方向に並ぶ突出部３０ｂの間隔）は、１〜１０ｍｍである。Ｌ４（突出部３０ｂの厚さ）は、１〜１０ｍｍである。Ｌ５（ブロック２０ｂの壁厚）は、１〜１０ｍｍである。Ｌ６（突出部３０ｂの長さ）は、５〜２０ｍｍである。
【００２８】
この冷却装置２０の組立て作業の手順を説明する。図３に示すように、６つのブロック２０ｂの各々に、半導体モジュール３２を収容する。次に、これらのブロック２０ｂをケース２０ａの空間２１ａに収容する。次に、ブロック２０ｂ上に蓋６２と絶縁カラー４８を配置する。この場合、ブロック２０ｂから飛び出ている半導体モジュール３２を、蓋６２の開口部６３と絶縁カラー４８の開口部４９に通すように配置する。以上により、図１に示すように冷却装置２０の内部に冷却水通路２６が形成されるとともに、ブロック２０ｂに半導体モジュール３２が組込まれた状態となり、組立て作業が終了する。
【００２９】
この冷却装置２０では、内部に冷却水通路２６が形成されたケース２０ａを備えている。そして、図１に示すように、正面と背面が通路部群２６ａ、２６ｂに面しているブロック２０ｂに、半導体モジュール３２が組込まれる構造となっている。よって、半導体モジュール３２をブロック２０ｂに組込み、ブロック２０ｂをケース２０ａに収容することで、半導体モジュール３２とケース２０ａ、さらには半導体モジュール３２と冷却水通路２６が所望の位置関係に配置することができる。このため、従来の構造のように半導体モジュールをチューブ状の冷却部材で挟み込むことで位置関係を調整するという難易度の高い作業を省くことができる。従って、この冷却装置によると、半導体モジュール３２の冷却構造の組立て作業の負担を軽減することができる。
【００３０】
次に、この冷却装置の動作を説明する。図１に示す冷却装置２０の注入口２２から冷却水を注入すると、冷却水は冷却水通路２６の中を図１の矢印に示すように流れる。一方、３相インバータ回路を動作させるために、パワー半導体素子４６やダイオード４０へ大電流を流すと、この結果として半導体モジュール３２から熱が発生する。この熱は、ブロック２０ｂに形成された突出部群３０ａ、３０ｂに伝達される。図２の領域Ａの拡大図である図６には、矢印によってこの熱の伝達の様子が模式的に示されている。突出部群３０ａと突出部群３０ｂの位置が縦方向にずらされているから、両方の突出部群３０ａ、３０ｂの先端面、側部ともに冷却水に露出されている。この結果、半導体モジュール３２が効果的に冷却される。
第２〜５実施例と比較した第１実施例の利点については、第２〜５実施例を説明した後に述べる。
【００３１】
（第１実施例の変形例） 図７は、第１実施例の変形例について、図１に対応する断面図を示す。この変形例では、対向するブロック２０ｂの間の冷却水通路２６が、互いに逆向きに流れる２つの通路２６ｃと２６ｄに分けられている点で、第１実施例と異なる。これらの通路２６ｃ、２６ｄは、図２に示す通路２６ｃ、２６ｄとそれぞれ対応している。このように、突出部群３０ａと突出部群３０ｂの位置が図２に示すように縦方向にずれており、突出部群３０ａと突出部群３０ｂが、冷却水通路２６に沿って伸びる凸条であり、突出部群３０ａと突出部群３０ｂの先端面の端部同士（角部同士）がほぼ接している構造の場合、対向するブロック２０ｂの間に互いに分離された通路を形成することもできる。このような場合、突出部群３０ａと突出部群３０ｂとは、先端面の端部同士（角部同士）がわずかに離れていても、通路２６ｃと通路２６ｄの間で出入りする冷却水はわずかであるから、実質的には互いに分離した通路として形成することができる。
【００３２】
（第２実施例）
図８は、第２実施例の冷却装置７２について、図９のVIII−VIII線断面図を示す。図９は、図８のIX−IX線断面図を示す。第２実施例では、半導体モジュール３２が組込まれている一対のブロック７２ｂ，７２ｂの間に、隔壁７３が設けられている。また、図９に示すように、左側のブロック７２ｂから右向きに伸びる突出部群７０ｂと、中央のブロック７２ｂから左向きに伸びる突出部群７０ａの位置が、図９の縦方向において一致している点で、第１実施例と異なる。
【００３３】
（第３実施例）
図１０は、第３実施例の冷却装置の断面図を示す。図１１は、図１０の領域Ｂの拡大図を示す。第３実施例は、ブロック７２ｂの突出部７０ｂと隔壁７３の間隔が第２実施例に比べて広い。
第３実施例の場合、第２実施例に比べて、空間７６に存在する冷却水によって突出部７０ｂの先端面にも直接的に冷却水を当てることができるという利点がある。
【００３４】
（第４実施例）
図１２は、第４実施例の冷却装置の断面図を示す。図１３は、図１２の領域Ｄの拡大図を示す。第４実施例は、半導体モジュール３２が組込まれた一対のブロック７２ｂの間に、隔壁が設けられていない点で、第２実施例と異なる。あるいは、対向するブロック７２ｂの突出部群７０ａと突出部群７０ｂの位置が図９の縦方向において一致している点で、第１実施例と異なる、ともいえる。
第４実施例の場合第２実施例に比べて、隔壁が存在しない分だけ冷却装置の占有スペースを小さくすることができるという利点がある。
【００３５】
（第５実施例） 図１４は、第５実施例の冷却装置の断面図を示す。図１５は、図１４の領域Ｆの拡大図を示す。第５実施例は、対向するブロック７２ｂの突出部群７０ａと突出部群７０ｂの間隔が第４実施例に比べて広い。
第５実施例の場合、第４実施例に比べて、空間８４に存在する冷却水によって突出部の先端面にも直接的に冷却水を当てることができるという利点がある。
【００３６】
（第２〜５実施例と比べた第１実施例の利点）
第１実施例の場合、第２及び第３実施例と比べて、隔壁が存在しない分だけ冷却装置の占有スペースを小さくすることができるという利点がある。
また、第２〜５実施例と異なり、第１実施例では、対向するブロック２０ｂの突出部群３０ａと突出部群３０ｂの位置が図２と図６の縦方向においてずれている。よって、第２及び第４実施例に比べて、突出部群３０ａ、３０ｂに対向する空間に存在する冷却水によって、突出部３０ａ、３０ｂの先端面にも直接的に冷却水を当てることができるという利点がある。
【００３７】
また、突出部の頂部に直接的に冷却水を当てるために、第３実施例のように、対向する突出部と隔壁の間隔を広くしなくてもよい。あるいは、第５実施例のように、対抗する突出部の間隔を広くしなくてもよい。このため、第３及び第５実施例と同様に突出部の先端面に直接的に冷却水を当てることができながらも、第３及び第５実施例に比べて、冷却装置の占有スペースを小さくすることができるという利点がある。
【００３８】
また、第３実施例では図１１の領域Ｃに位置する冷却水は、突出部７０ｂに対して斜め方向にずれた位置を流れている。この冷却水は、半導体モジュール３２の冷却に寄与しにくい。第４実施例における図１３の領域Ｅ、第５実施例における図１５の領域Ｇの冷却水も同様である。これに対し、第１実施例では、対向するブロック２０ｂの突出部群３０ａと突出部群３０ｂの位置が図２と図６の縦方向にずれており、突出部３０ａに対して斜め方向にずれた位置には、他の突出部３０ｂが位置している。よって、第３〜５実施例のような冷却に寄与しにくい領域を大幅に少なくすることができる。この結果、半導体モジュール３２を小さなスペースで効率的に冷却することができる。
【００３９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、この冷却装置では、半導体モジュール３２に代えて、半導体チップ等を冷却することもできる。また、半導体モジュール等によって構成される回路としては、３相以外の多相インバータ回路であってもよい。また、ハイブリッド自動車のように、発電用と駆動用のインバータが組合わさっていてもよい。さらに、昇圧回路等の他の電力回路と組合わせてもよい。
【００４０】
また、本明細書又は図面で説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合わせに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１実施例の冷却装置について、図２のＩ−Ｉ線断面図を示す。
【図２】第１実施例の冷却装置について、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図を示す。
【図３】図２に示す部分の分解斜視図を示す。
【図４】図２の半導体モジュールが組込まれた区画体の拡大断面図を示す。
【図５】図４に示す部分の分解斜視図を示す。
【図６】図２の領域Ａの拡大図を示す。
【図７】第１実施例の変形例について、図１に対応する断面図を示す。
【図８】第２実施例の冷却装置について、図９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図を示す。
【図９】第２実施例の冷却装置について、図８のＩＸ−ＩＸ線断面図を示す。
【図１０】第３実施例の冷却装置の断面図を示す。
【図１１】図１０の領域Ｂの拡大図を示す。
【図１２】第４実施例の冷却装置の断面図を示す。
【図１３】図１２の領域Ｄの拡大図を示す。
【図１４】第５実施例の冷却装置の断面図を示す。
【図１５】図１４の領域Ｆの拡大図を示す。
【符号の説明】
【００４２】
２０：冷却装置
２０ａ：ケース
２０ｂ：ブロック（区画体）
２１ａ：空間
２１ｂ：空間
２２：注入口
２６：冷却水通路（冷媒通路）
２６ａ、２６ｂ：通路部
３０ａ：突出部群
３０ｂ：突出部群
３１：ブロック２０ｂの一部
３２：半導体モジュール（半導体）
３４：排出口
３６：第２接着層
３８：封止剤
４０：ダイオード
４２：第１接着層
４６：パワー半導体素子
４８：絶縁カラー
４９：開口部
５０：第１電極
５２：絶縁層
５４：制御用配線
５６：第２電極
６２：蓋
７２：冷却装置
７０ａ：突出部群
７０ｂ：突出部群
７２ｂ：ブロック
７３：隔壁
７６：空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体を冷却するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に、半導体モジュールの冷却構造が示されている。この冷却構造では、内部を冷媒が通過するチューブを用いる。半導体モジュールは正面と背面に放熱する表面を備えており、そのチューブを半導体モジュールの表面に添って配置する。実施例では、チューブを屈曲することによって半導体モジュールの正面側の表面と背面側の表面にチューブを押し付ける。チューブを通過する冷媒によって、半導体モジュールの正面と背面が冷却される。特許文献２〜４に、その他の半導体冷却技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３５２０２３号公報
【特許文献２】特開２００２−１４１１６４号公報
【特許文献３】特開２００１−２４１２５号公報
【特許文献４】特開平１０−１０７１９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の技術では、半導体モジュールと冷媒チューブの位置関係が、半導体モジュールの冷却度合いに大きな影響を与える。半導体モジュールと冷媒チューブが離反していると、半導体モジュールを効果的に冷却することができない。従来の冷却構造では、半導体モジュールと冷媒チューブを密着させるために、屈曲して折り返されている冷媒チューブによって半導体モジュールを挟み込む。挟み込む力が強すぎれば半導体モジュールが破壊される恐れがあり、弱すぎれば冷却能力が不足する恐れがある。
従来の構造の場合、冷媒チューブによって半導体モジュールを挟み込む力の調整が難しく、半導体モジュールの冷却装置の組立作業の負担が大きいという問題があった。
【０００４】
本発明は、半導体冷却装置の組立作業の負担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】
【０００５】
本発明の半導体冷却装置は、内部に冷媒通路を形成するケースと、内部に半導体を収容し、その半導体の発生熱を放熱する放熱面を正面と背面に備える区画体とを備えている。本発明の半導体冷却装置では、その区画体はその冷媒通路に挿入されることによって冷媒通路を区画し、区画体の正面と背面は区画体によって区画された冷媒通路に面している。
上記において「冷媒通路を区画する」ことには、「冷媒通路を複数に分流する」ことと、「冷媒通路を分流させることなく屈曲させる」ことの双方を含む。
【０００６】
この冷却装置では、内部に半導体を収容している区画体が冷媒通路に挿入され、区画体の正面と背面が区画体によって区画された冷媒通路に面する。従って、区画体の内部に収容されている半導体は、区画体を介して正面と背面の両側から冷却される。
【０００７】
この冷却装置によると、冷媒通路と区画体と半導体装置の位置関係を一定の位置関係に調整しやすい。冷却能力がよく調整された冷却装置を量産しやすい。
従来構造では必要とされていた組立て作業、即ち、半導体を冷媒チューブで挟み込みながら位置関係を調整するという難易度の高い組立て作業を実施しなくともよい。本発明の冷却装置によると、組立て作業の負担を軽減することができる。冷却能力が高いレベルによく調整されている冷却装置を量産しやすい。
【０００８】
上記の半導体冷却装置は、一つのケースに平面方向に対して一本の冷媒通路を区画する複数個の区画体が挿入されており、その区画された冷媒通路は一の区画体に対して正面と背面を経ており、且つ、すべての区画体を経ていることが好ましい。
一本の連続した冷媒通路には、同じ流量の冷媒が流れる。従って、上記の複数個の区画体は、正面と背面が同一流量の冷媒によって冷却される。この構成によると、複数の半導体に対して、冷却に用いる冷媒流量を均一化することが可能となり、半導体のケース内の配置場所による冷却効率の差を軽減することができる。
【０００９】
上記の半導体冷却装置では、複数個の区画体が相互に平行な位置関係に配置されていることが好ましい。このとき、一方の側端がケースに接する区画体と他方の側端がケースに接する区画体が交互に現れる関係で配置されていることが好ましい。
なお区画体の側端とは、区画体の正面および背面に対して側方に存在する端部のことを言い、ケースに挿入された状態でその区画体が面する冷媒通路に沿う方向の区画体の端部のことを言う。
この構成によると、ケースと区画体群によって、ケース内を蛇行する一本の冷媒通路が形成される。ケース内に隔壁等を形成しないでも、蛇行する冷媒通路を形成することができる。半導体冷却装置を小型化し、軽量化することが可能となる。
【００１０】
上記の半導体冷却装置では、ケース内に略直方体形状の空間が確保されており、平行に配置されている区画体の側端に対向する面には、区画体の一本おきの側端に相当する位置に更なる空間が確保されていることが好ましい。例えば、区画体の側端に対向する面がＡ面とＢ面であり、平行に配置されている区画体を順番に１番、２番・・・としたときに、Ａ面には奇数番の区画体に対応する位置に凹所を設け、Ｂ面には偶数番の区画体に対応する位置に凹所を設けるのである。
この構成によると、ケース内を蛇行する一本の冷媒通路が形成される。このような構成とすることによって、半導体冷却装置をさらに小型化することが可能となる。
【００１１】
上記の半導体冷却装置の区画体の正面と背面には、冷媒通路に突出する突出部が形成されていることが好ましい。その場合、突出部の先端面が冷媒通路に露出していることが望ましい。
突出部の先端面まで冷媒通路に露出していると、突出部と冷媒との接触面積が十分に確保される。この構成によると、半導体の冷却効率を向上することができる。
【００１２】
隣接する区画体の正面側の突出部と背面側の突出部の突出位置が相違しており、隣接する区画体の正面側の突出部と背面側の突出部の先端面がほぼ同一面に整列していることが好ましい。
この構成によると、隣接する区画体同士を近接させても、突出部の先端面を冷媒通路に露出させることができる。突出部群と冷媒との接触面積を確保しながら、半導体冷却装置をさらに小型化することができる。
【００１３】
上記の半導体冷却装置では、正面側の突出部と背面側の突出部のそれぞれが冷媒通路に添って伸びる凸条であり、隣接する区画体の正面側の突出部と背面側の突出部の先端面の端部同士がほぼ接していることが好ましい。
この構成によると、正面側の突出部の先端面の端部と背面側の突出部の先端面の端部とがほぼ接していることによって、隣接する区画体の正面側の冷媒通路と背面側の冷媒通路を分離することができる。正面側の冷媒通路と背面側の冷媒通路の冷媒流動方向を反転することができ、流路の蛇行回数を増やすことができる。
【００１４】
上記の半導体冷却装置は、ケースと区画体が別部材で形成されており、組合わせることによって構成されていることが望ましい。
この構成によると、区画体の内部に半導体を収容した後に、その区画体をケースに組み付けることによって、半導体冷却装置を組立てることができる。半導体を区画体に収容する作業を、区画体をケースに収容する作業に先立って実施しておくことが可能となり、半導体冷却装置の組立て作業性が向上する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、冷却能力が高いレベルで安定した半導体冷却装置を、容易に量産することが可能となる。
また区画体の配置や突出部の位置を改良することによって、半導体冷却装置を小型化することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具現化した実施例について図面を参照して説明する。最初に実施例の主要な特徴を列記する。
（形態１） 隣接する区画体の間には隔壁が介在していない。半導体を収容している区画体同士が冷媒通路を介して直接的に隣接する。
（形態２） 区画体は内部に半導体を収容する略直方体形状の空間を備える金属部材であって、正面と背面のそれぞれに突出部が形成されている。
【実施例】
【００１７】
（第１実施例）
図１は、第１実施例の半導体モジュールの冷却装置２０の断面を示す。図１は、図２のＩ−Ｉ線断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図を示す。図３は、分解斜視図を示す。図４は、図２のパワー半導体モジュール３２が組込まれたブロック２０ｂの拡大断面図を示す。図５は、分解斜視図を示す。
【００１８】
図１と図２に示すように、冷却装置２０は、ケース２０ａを備えている。ケース２０ａの内部には、冷媒（第１実施例の場合は水）が流れる冷却水通路２６（冷媒通路の一例）が形成されている。冷却水通路２６は、冷却水の注入口２２と排出口３４を有する。冷却水通路２６は、ケース２０ａ内に挿入されている６個のブロック２０ｂによって区画されており、図１に示すように蛇行する冷却水通路２６が形成されている。冷却水通路２６はつづら折り状、あるいは連続Ｓ字状に形成されているともいえる。冷却水は、図１の矢印で示される向きに流れる。ブロック２０ｂは冷却水通路２６を区画する区画体であり、２個が直列に配置され、２個で１組のブロック２０ｂが並列に配置されている。１個１個のブロック２０ｂも区画体ということができるが、以下では直列に配置されている２個で１組のブロックを区画体ということにする。冷却水通路２６は、ブロック２０ｂによって通路部群２６ａ、２６ｂ等に区画されている。通路部群２６ａ、２６ｂは連続しており、一本の蛇行した冷却水通路２６を形成している。
各ブロック２０ｂには、半導体モジュール３２が組込まれている。各ブロック２０ｂの正面（例えば図１のブロック２０ｂでは、図中左側の表面）と背面（例えば図１のブロック２０ｂでは、図中右側の表面）は、各ブロック２０ｂの内部に収容されている半導体モジュール３２の発生熱を放熱する放熱面である。各ブロック２０ｂの正面と背面は冷却水通路２６に面しており、ブロック２０ｂの内部に収容された半導体モジュール３２は、ブロック２０ｂを介して正面と背面の両側から冷却される。
【００１９】
図１に示すように、ケース２０ａには複数のブロック２０ｂが挿入されている。冷媒が流れる方向（図１の上下方向）に連続するブロック２０ｂを一つの区画体とすると、ケース２０ａには３つの区画体が図１の左右方向に並んで挿入されている。左右方向に並んでいる区画体は相互に平行であり、一方の側端（例えば図１の下側の端部）がケース２０ａに接する区画体と、他方の側端（図１の上側の端部）がケース２０ａに接する区画体とが交互に現れる関係で配置されている。図１の左右の区画体は下側の端部がケース２０ａに接しており、図１の中央の区画体は上側の端部がケース２０ａに接している。
【００２０】
ケース２０ａは、内部に略直方体形状の空間２１ａを備えている。空間２１ａの内部には、複数の区画体が並列に配置されている。図１において、区画体の上側の端部に対向するケース２０ａの上側の面をＡ面とし、下側の端部に対向するケース２０ａの下側の面をＢ面とし、平行に配置されている区画体を左から順番に１番、２番・・・としたときに、Ａ面には１番の区画体と３番の区画体に対応する位置に凹所２１ｂが設けられており、Ｂ面には２番の区画体に対応する位置に凹所２１ｂが設けられている。
この構成によって、ケース２０ａ内を蛇行する一本の連続する冷媒通路２６が形成されている。
後で説明する冷却装置にみられる隔壁が形成されておらず、冷却装置が小型化されている。特に、図１の左右方向（区画体の積層方向という）の寸法が短縮されている。
【００２１】
冷却装置２０は、図１と図３に示すように、半導体モジュール３２が組込まれたブロック２０ｂを６つ有する。図１に示すように、あるブロック２０ｂに対して通路部２６ｂを挟んで対向する位置に、さらに他のブロック２０ｂが設けられている。そして、前記他のブロック２０ｂにも、半導体モジュール３２が組込まれている。このように、この冷却装置は、スペースを有効に活用した冷却効率の高いレイアウトとなっている。
【００２２】
冷却装置２０は、図１〜図３に示すようなケース２０ａとブロック２０ｂによって構成されている。ブロック２０ｂは、先に述べた区画体を構成する。以下では、必要に応じて名称を使い分ける。これらのケースおよびブロック２０ａ、２０ｂは、アルミニウム合金を削り出すことによって形成したり、あるいはアルミダイキャストによって形成するとよい。図３に示すように、６つのブロック２０ｂは、ケース２０ａの空間２１ａに収容される。なお、図３に示すケース２０ａの管部２３と３５はそれぞれ、図１に示す冷却水の注入口２２と排出口３４につながっている。
【００２３】
図２に示すように、区画体を構成するブロック２０ｂには、突出部群３０ａと突出部群３０ｂが形成されている。突出部群３０ａと突出部群３０ｂは共に、図２の縦方向に並んで形成されている。これらの突出部群３０ａ、３０ｂは、熱交換フィンとして機能する。図２において、左側のブロック２０ｂから右向きに伸びる突出部群３０ｂと、中央のブロック２０ｂから左向きに伸びる突出部群３０ａの位置は、縦方向にずれており、突出位置が互いに相違している。
【００２４】
図２によく示されているように、突出部群３０ａと突出部群３０ｂとは、その先端面がほぼ同一面に整列する関係となっている。このようにブロック２０ｂを配列することで、隣接するブロック２０ｂ同士の間隔が近接して、冷却装置２０は小型化されている。区画体の積層方向の寸法が短縮されている。
【００２５】
図４と図５によく示されるように、半導体モジュール３２は、板状の基板５０と電極５６を有する。基板５０も実質的には電極と言うことができるが、本明細書では基板５０と表現する。基板５０の表面にはパワー半導体素子４６とダイオード４０の裏面が半田付けされている。パワー半導体素子４６は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等で構成されている。図４と図５に示すように、パワー半導体素子４６とダイオード４０の表面は、電極５６の裏面に半田付けされている。基板５０の表面には絶縁層５２が形成されており、絶縁層５２の表面に制御用配線５４が配置されている。制御用配線５４は、第２の制御用配線５８を介してパワー半導体素子４６に接続されている。制御用配線５４は、銅、リン青銅、真鍮、アルミ等で構成するとよい。第２の制御用配線５８は、アルミや金等のボンディングワイヤーで構成するとよい。
基板５０の裏面は、第１接着層４２によってブロック２０ｂに内面に固定されている。同様に、第２電極５６の表面は、第２接着層３６によってブロック２０ｂの内面に固定されている。第１接着層４２と第２接着層３６は、電気に対して絶縁性を持ち、熱に対して伝達性を持っている。第１接着層４２と第２接着層３６は、Ａ■Ｎやアルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素等の熱伝導性のよい材料をフィラーとして配合したエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シリコン樹脂等で構成するとよい。ブロック２０ｂの半導体モジュール３２の収容空間には、封止材３８が充填されている。封止材３８は、シリコーンゲルやエポキシ樹脂等で構成するとよい。
図３と図４に示すように、ブロック２０ｂの上方には、蓋６２が配置されている。図４と図５に示すように、ブロック２０ｂと蓋６２の間には、ガスケット６４が配置されている。ガスケット６４は、ブロック２０ｂと蓋６２、あるいは半導体モジュール３２と蓋６２の間での水漏れを防ぐためのものであり、固体のシートでも樹脂のようなシール材でもよい。蓋６２上には、絶縁カラー４８が配置されている。絶縁カラー４８は、蓋６２との絶縁を確保するためのものであり、絶縁性の樹脂やセラミック材料を成形して使用する。
第１接着層４２の外面から第２接着層３６の外面までの距離は、半導体モジュール３２を組み上げた状態で±０．１〜０．３ｍｍ程度の公差をもつ。半導体モジュール３２とブロック２０ｂが密着しないと、半導体モジュール３２から発する熱が外部へ伝達しにくくなるため、図５に示すようにブロック２０ｂの一部３１は第２接着層３６の外面と確実に密着するようにセットする。
【００２６】
６つのブロック２０ｂの各々に、１組のパワー半導体素子４６とダイオード４０を含む半導体モジュール３２が組込まれている。これらの６組のパワー半導体素子４６とダイオード４０によって、３相インバータ回路が構成されている。
【００２７】
図４のＬ１（ブロック２０ｂの高さ）は、３０〜１００ｍｍである。Ｌ２（電極５６の厚さ）は、１〜５ｍｍである。Ｌ３（縦方向に並ぶ突出部３０ｂの間隔）は、１〜１０ｍｍである。Ｌ４（突出部３０ｂの厚さ）は、１〜１０ｍｍである。Ｌ５（ブロック２０ｂの壁厚）は、１〜１０ｍｍである。Ｌ６（突出部３０ｂの長さ）は、５〜２０ｍｍである。
【００２８】
この冷却装置２０の組立て作業の手順を説明する。図３に示すように、６つのブロック２０ｂの各々に、半導体モジュール３２を収容する。次に、これらのブロック２０ｂをケース２０ａの空間２１ａに収容する。次に、ブロック２０ｂ上に蓋６２と絶縁カラー４８を配置する。この場合、ブロック２０ｂから飛び出ている半導体モジュール３２を、蓋６２の開口部６３と絶縁カラー４８の開口部４９に通すように配置する。以上により、図１に示すように冷却装置２０の内部に冷却水通路２６が形成されるとともに、ブロック２０ｂに半導体モジュール３２が組込まれた状態となり、組立て作業が終了する。
【００２９】
この冷却装置２０では、内部に冷却水通路２６が形成されたケース２０ａを備えている。そして、図１に示すように、正面と背面が通路部群２６ａ、２６ｂに面しているブロック２０ｂに、半導体モジュール３２が組込まれる構造となっている。よって、半導体モジュール３２をブロック２０ｂに組込み、ブロック２０ｂをケース２０ａに収容することで、半導体モジュール３２とケース２０ａ、さらには半導体モジュール３２と冷却水通路２６が所望の位置関係に配置することができる。このため、従来の構造のように半導体モジュールをチューブ状の冷却部材で挟み込むことで位置関係を調整するという難易度の高い作業を省くことができる。従って、この冷却装置によると、半導体モジュール３２の冷却構造の組立て作業の負担を軽減することができる。
【００３０】
次に、この冷却装置の動作を説明する。図１に示す冷却装置２０の注入口２２から冷却水を注入すると、冷却水は冷却水通路２６の中を図１の矢印に示すように流れる。一方、３相インバータ回路を動作させるために、パワー半導体素子４６やダイオード４０へ大電流を流すと、この結果として半導体モジュール３２から熱が発生する。この熱は、ブロック２０ｂに形成された突出部群３０ａ、３０ｂに伝達される。図２の領域Ａの拡大図である図６には、矢印によってこの熱の伝達の様子が模式的に示されている。突出部群３０ａと突出部群３０ｂの位置が縦方向にずらされているから、両方の突出部群３０ａ、３０ｂの先端面、側部ともに冷却水に露出されている。この結果、半導体モジュール３２が効果的に冷却される。
第２〜５実施例と比較した第１実施例の利点については、第２〜５実施例を説明した後に述べる。
【００３１】
（第１実施例の変形例） 図７は、第１実施例の変形例について、図１に対応する断面図を示す。この変形例では、対向するブロック２０ｂの間の冷却水通路２６が、互いに逆向きに流れる２つの通路２６ｃと２６ｄに分けられている点で、第１実施例と異なる。これらの通路２６ｃ、２６ｄは、図２に示す通路２６ｃ、２６ｄとそれぞれ対応している。このように、突出部群３０ａと突出部群３０ｂの位置が図２に示すように縦方向にずれており、突出部群３０ａと突出部群３０ｂが、冷却水通路２６に沿って伸びる凸条であり、突出部群３０ａと突出部群３０ｂの先端面の端部同士（角部同士）がほぼ接している構造の場合、対向するブロック２０ｂの間に互いに分離された通路を形成することもできる。このような場合、突出部群３０ａと突出部群３０ｂとは、先端面の端部同士（角部同士）がわずかに離れていても、通路２６ｃと通路２６ｄの間で出入りする冷却水はわずかであるから、実質的には互いに分離した通路として形成することができる。
【００３２】
（第２実施例）
図８は、第２実施例の冷却装置７２について、図９のVIII−VIII線断面図を示す。図９は、図８のIX−IX線断面図を示す。第２実施例では、半導体モジュール３２が組込まれている一対のブロック７２ｂ，７２ｂの間に、隔壁７３が設けられている。また、図９に示すように、左側のブロック７２ｂから右向きに伸びる突出部群７０ｂと、中央のブロック７２ｂから左向きに伸びる突出部群７０ａの位置が、図９の縦方向において一致している点で、第１実施例と異なる。
【００３３】
（第３実施例）
図１０は、第３実施例の冷却装置の断面図を示す。図１１は、図１０の領域Ｂの拡大図を示す。第３実施例は、ブロック７２ｂの突出部７０ｂと隔壁７３の間隔が第２実施例に比べて広い。
第３実施例の場合、第２実施例に比べて、空間７６に存在する冷却水によって突出部７０ｂの先端面にも直接的に冷却水を当てることができるという利点がある。
【００３４】
（第４実施例）
図１２は、第４実施例の冷却装置の断面図を示す。図１３は、図１２の領域Ｄの拡大図を示す。第４実施例は、半導体モジュール３２が組込まれた一対のブロック７２ｂの間に、隔壁が設けられていない点で、第２実施例と異なる。あるいは、対向するブロック７２ｂの突出部群７０ａと突出部群７０ｂの位置が図９の縦方向において一致している点で、第１実施例と異なる、ともいえる。
第４実施例の場合第２実施例に比べて、隔壁が存在しない分だけ冷却装置の占有スペースを小さくすることができるという利点がある。
【００３５】
（第５実施例） 図１４は、第５実施例の冷却装置の断面図を示す。図１５は、図１４の領域Ｆの拡大図を示す。第５実施例は、対向するブロック７２ｂの突出部群７０ａと突出部群７０ｂの間隔が第４実施例に比べて広い。
第５実施例の場合、第４実施例に比べて、空間８４に存在する冷却水によって突出部の先端面にも直接的に冷却水を当てることができるという利点がある。
【００３６】
（第２〜５実施例と比べた第１実施例の利点）
第１実施例の場合、第２及び第３実施例と比べて、隔壁が存在しない分だけ冷却装置の占有スペースを小さくすることができるという利点がある。
また、第２〜５実施例と異なり、第１実施例では、対向するブロック２０ｂの突出部群３０ａと突出部群３０ｂの位置が図２と図６の縦方向においてずれている。よって、第２及び第４実施例に比べて、突出部群３０ａ、３０ｂに対向する空間に存在する冷却水によって、突出部３０ａ、３０ｂの先端面にも直接的に冷却水を当てることができるという利点がある。
【００３７】
また、突出部の頂部に直接的に冷却水を当てるために、第３実施例のように、対向する突出部と隔壁の間隔を広くしなくてもよい。あるいは、第５実施例のように、対抗する突出部の間隔を広くしなくてもよい。このため、第３及び第５実施例と同様に突出部の先端面に直接的に冷却水を当てることができながらも、第３及び第５実施例に比べて、冷却装置の占有スペースを小さくすることができるという利点がある。
【００３８】
また、第３実施例では図１１の領域Ｃに位置する冷却水は、突出部７０ｂに対して斜め方向にずれた位置を流れている。この冷却水は、半導体モジュール３２の冷却に寄与しにくい。第４実施例における図１３の領域Ｅ、第５実施例における図１５の領域Ｇの冷却水も同様である。これに対し、第１実施例では、対向するブロック２０ｂの突出部群３０ａと突出部群３０ｂの位置が図２と図６の縦方向にずれており、突出部３０ａに対して斜め方向にずれた位置には、他の突出部３０ｂが位置している。よって、第３〜５実施例のような冷却に寄与しにくい領域を大幅に少なくすることができる。この結果、半導体モジュール３２を小さなスペースで効率的に冷却することができる。
【００３９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、この冷却装置では、半導体モジュール３２に代えて、半導体チップ等を冷却することもできる。また、半導体モジュール等によって構成される回路としては、３相以外の多相インバータ回路であってもよい。また、ハイブリッド自動車のように、発電用と駆動用のインバータが組合わさっていてもよい。さらに、昇圧回路等の他の電力回路と組合わせてもよい。
【００４０】
また、本明細書又は図面で説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合わせに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１実施例の冷却装置について、図２のＩ−Ｉ線断面図を示す。
【図２】第１実施例の冷却装置について、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図を示す。
【図３】図２に示す部分の分解斜視図を示す。
【図４】図２の半導体モジュールが組込まれた区画体の拡大断面図を示す。
【図５】図４に示す部分の分解斜視図を示す。
【図６】図２の領域Ａの拡大図を示す。
【図７】第１実施例の変形例について、図１に対応する断面図を示す。
【図８】第２実施例の冷却装置について、図９のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図を示す。
【図９】第２実施例の冷却装置について、図８のＩＸ−ＩＸ線断面図を示す。
【図１０】第３実施例の冷却装置の断面図を示す。
【図１１】図１０の領域Ｂの拡大図を示す。
【図１２】第４実施例の冷却装置の断面図を示す。
【図１３】図１２の領域Ｄの拡大図を示す。
【図１４】第５実施例の冷却装置の断面図を示す。
【図１５】図１４の領域Ｆの拡大図を示す。
【符号の説明】
【００４２】
２０：冷却装置
２０ａ：ケース
２０ｂ：ブロック（区画体）
２１ａ：空間
２１ｂ：空間
２２：注入口
２６：冷却水通路（冷媒通路）
２６ａ、２６ｂ：通路部
３０ａ：突出部群
３０ｂ：突出部群
３１：ブロック２０ｂの一部
３２：半導体モジュール（半導体）
３４：排出口
３６：第２接着層
３８：封止剤
４０：ダイオード
４２：第１接着層
４６：パワー半導体素子
４８：絶縁カラー
４９：開口部
５０：第１電極
５２：絶縁層
５４：制御用配線
５６：第２電極
６２：蓋
７２：冷却装置
７０ａ：突出部群
７０ｂ：突出部群
７２ｂ：ブロック
７３：隔壁
７６：空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体を冷却する装置であり、
内部に冷媒通路を形成するケースと、
内部に半導体を収容し、その半導体の発生熱を放熱する放熱面を正面と背面に備える区画体と
を備え、
その区画体はその冷媒通路に挿入されることによって冷媒通路を区画しており、
その区画体の正面と背面は区画体により区画された冷媒通路に面している、
ことを特徴とする半導体冷却装置。
【請求項２】
一つのケースに平面方向に対して一本の冷媒通路を区画する複数個の区画体が挿入されており、
その区画された冷媒通路は一の区画体に対して正面と背面を経ており、且つ、すべての区画体を経ていることを特徴とする請求項１の半導体冷却装置。
【請求項３】
複数個の区画体が、一方の側端がケースに接する区画体と他方の側端がケースに接する区画体が交互に現れる関係で、相互に平行に配置されていることを特徴とする請求項２の半導体冷却装置。
【請求項４】
ケース内に略直方体形状の空間が確保されており、
平行に配置されている区画体の側端に対向する面には、区画体の一本おきの側端に相当する位置に更なる空間が確保されていることを特徴とする請求項３の半導体冷却装置。
【請求項５】
区画体の正面と背面には冷媒通路に突出する突出部が形成されており、突出部の先端面が冷媒通路に露出していることを特徴とする請求項３または４の半導体冷却装置。
【請求項６】
隣接する区画体の正面側の突出部と背面側の突出部の突出位置が相違しており、隣接する区画体の正面側の突出部と背面側の突出部の先端面がほぼ同一面に整列していることを特徴とする請求項５の半導体冷却装置。
【請求項７】
正面側の突出部と背面側の突出部は、冷媒通路に沿って伸びる凸条であって、隣接する区画体の正面側の突出部と背面側の突出部の先端面の端部同士がほぼ接していることを特徴とする請求項６の半導体冷却装置。
【請求項８】
ケースと区画体が別部材で形成されており、組合わせることで構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの半導体冷却装置。
【請求項１】
半導体を冷却する装置であり、
内部に冷媒通路を形成するケースと、
内部に半導体を収容し、その半導体の発生熱を放熱する放熱面を正面と背面に備える区画体と
を備え、
その区画体はその冷媒通路に挿入されることによって冷媒通路を区画しており、
その区画体の正面と背面は区画体により区画された冷媒通路に面している、
ことを特徴とする半導体冷却装置。
【請求項２】
一つのケースに平面方向に対して一本の冷媒通路を区画する複数個の区画体が挿入されており、
その区画された冷媒通路は一の区画体に対して正面と背面を経ており、且つ、すべての区画体を経ていることを特徴とする請求項１の半導体冷却装置。
【請求項３】
複数個の区画体が、一方の側端がケースに接する区画体と他方の側端がケースに接する区画体が交互に現れる関係で、相互に平行に配置されていることを特徴とする請求項２の半導体冷却装置。
【請求項４】
ケース内に略直方体形状の空間が確保されており、
平行に配置されている区画体の側端に対向する面には、区画体の一本おきの側端に相当する位置に更なる空間が確保されていることを特徴とする請求項３の半導体冷却装置。
【請求項５】
区画体の正面と背面には冷媒通路に突出する突出部が形成されており、突出部の先端面が冷媒通路に露出していることを特徴とする請求項３または４の半導体冷却装置。
【請求項６】
隣接する区画体の正面側の突出部と背面側の突出部の突出位置が相違しており、隣接する区画体の正面側の突出部と背面側の突出部の先端面がほぼ同一面に整列していることを特徴とする請求項５の半導体冷却装置。
【請求項７】
正面側の突出部と背面側の突出部は、冷媒通路に沿って伸びる凸条であって、隣接する区画体の正面側の突出部と背面側の突出部の先端面の端部同士がほぼ接していることを特徴とする請求項６の半導体冷却装置。
【請求項８】
ケースと区画体が別部材で形成されており、組合わせることで構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかの半導体冷却装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−２０２８９９（Ｐ２００６−２０２８９９Ａ）
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１６３２（Ｐ２００５−１１６３２）
【出願日】平成１７年１月１９日（２００５．１．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１９日（２００５．１．１９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]