本發(fā)明涉及一種具有多個(gè)功率模塊和其冷卻機(jī)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

作為功率模塊的冷卻構(gòu)造，存在下述直冷式冷卻構(gòu)造，即，在搭載有功率模塊的基座板的下表面具有鰭片。在直冷式冷卻構(gòu)造中，將基座板經(jīng)由密封構(gòu)造與冷媒護(hù)套的側(cè)面部件接合而將該基座板作為護(hù)套的上表面部件，將鰭片密封在冷媒護(hù)套的內(nèi)部(例如專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2015-53318號(hào)公報(bào)

就專(zhuān)利文獻(xiàn)1的半導(dǎo)體裝置而言，僅在功率模塊的單側(cè)設(shè)置有冷卻構(gòu)造。因此，對(duì)于汽車(chē)用途等需要多個(gè)功率模塊的半導(dǎo)體裝置，由于是以每個(gè)功率模塊為單位來(lái)配置半導(dǎo)體裝置、或者將功率模塊并排搭載于平面，所以存在無(wú)法減小占用面積這樣的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明就是鑒于上述的問(wèn)題而提出的，其目的在于使具有多個(gè)功率模塊和其冷卻構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置的占有面積減小。

本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有：冷媒護(hù)套，其在內(nèi)部具有冷媒流動(dòng)的流路；第1功率模塊，其搭載于冷媒護(hù)套的第1面部件；以及第2功率模塊，其搭載于冷媒護(hù)套的與第1面部件相對(duì)的第2面部件，冷媒護(hù)套具有：第1鰭片，其在流路中與第1面部件接觸；第2鰭片，其在流路中與第2面部件接觸；流入口，其從外部導(dǎo)入冷媒；流入側(cè)集管，其將從流入口流入的冷媒輸送至第1鰭片及第2鰭片；排出口，其將冷媒向外部排出；以及排出側(cè)集管，其將經(jīng)過(guò)了第1鰭片及第2鰭片的冷媒向排出口輸送，第1功率模塊及第2功率模塊隔著第1面部件、第2面部件以及第1鰭片、第2鰭片相向。

發(fā)明的效果

本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置具有：冷媒護(hù)套，其在內(nèi)部具有冷媒流動(dòng)的流路；第1功率模塊，其搭載于冷媒護(hù)套的第1面部件；以及第2功率模塊，其搭載于冷媒護(hù)套的與第1面部件相對(duì)的第2面部件，冷媒護(hù)套具有：第1鰭片，其在流路中與第1面部件接觸；第2鰭片，其在流路中與第2面部件接觸；流入口，其從外部導(dǎo)入冷媒；流入側(cè)集管，其將從流入口流入的冷媒輸送至第1鰭片及第2鰭片；排出口，其將冷媒向外部排出；以及排出側(cè)集管，其將經(jīng)過(guò)了第1鰭片及第2鰭片的冷媒向排出口輸送，第1功率模塊及第2功率模塊隔著第1面部件、第2面部件以及第1鰭片、第2鰭片相向。這樣，通過(guò)將第1功率模塊和第2功率模塊相向地配置，能夠使半導(dǎo)體裝置的占用面積減小。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。

圖3是本發(fā)明的對(duì)比例涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。

圖4是本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖5是本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。

圖6是本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖7是本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。

圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。

圖9是本發(fā)明的實(shí)施方式4的變形例涉及的半導(dǎo)體裝置的俯視圖。

具體實(shí)施方式

<a.實(shí)施方式1>

圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置101的結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖2是半導(dǎo)體裝置101的俯視圖。圖1是圖2的a-a剖視圖。

半導(dǎo)體裝置101具有直冷式的冷卻構(gòu)造，具有：2個(gè)功率模塊31、32；鰭片21、22，它們用于對(duì)功率模塊31、32的熱進(jìn)行散熱；以及冷媒護(hù)套4，其對(duì)鰭片21、22進(jìn)行冷卻。

功率模塊31搭載于基座板，在該基座板的背面接合用于對(duì)功率模塊31進(jìn)行散熱的鰭片21。并且，搭載功率模塊31的基座板經(jīng)由密封件51與冷媒護(hù)套4的側(cè)面部件(第3面部件)40密接，該基座板成為冷媒護(hù)套4的上表面部件(第1面部件)即頂板41。頂板41和側(cè)面部件40通過(guò)緊固螺栓61在4個(gè)角部進(jìn)行緊固。

另外，功率模塊32搭載于基座板，在該基座板的背面接合用于對(duì)功率模塊32進(jìn)行散熱的鰭片22。并且，搭載功率模塊32的基座板經(jīng)由密封件52與冷媒護(hù)套4的側(cè)面部件40密接，該基座板成為冷媒護(hù)套4的底面部件(第2面部件)即頂板42。頂板41和頂板42相對(duì)，因此功率模塊31、32是隔著頂板41、42以及鰭片21、22而相向地配置的。頂板42和側(cè)面部件40通過(guò)緊固螺栓62在4個(gè)角部進(jìn)行緊固。

密封件51、52使用例如o型環(huán)、液狀密封墊、uv硬化性橡膠等。這樣，通過(guò)將側(cè)面部件40和頂板41、42進(jìn)行密接，從而使鰭片21、22被密封在冷媒護(hù)套4的內(nèi)部。此外，也可以將鰭片21、22和冷媒護(hù)套4的側(cè)面部件40直接釬焊或者焊接。

另外，如圖2所示，冷媒護(hù)套4具有冷媒的流入口1a及排出口1b。在冷媒護(hù)套4的內(nèi)部，形成流入側(cè)集管7a和排出側(cè)集管7b，該流入側(cè)集管7a是用于將從流入口1a流入的冷媒輸送至鰭片21、22的空間，該排出側(cè)集管7b是用于將經(jīng)過(guò)了鰭片21、22的冷媒輸送至排出口1b的空間。另外，在鰭片21、22之間，橫跨整個(gè)面而設(shè)置有分隔板81，流過(guò)流入側(cè)集管7a的低溫的冷媒被分隔板81分為經(jīng)過(guò)鰭片21的冷媒和經(jīng)過(guò)鰭片22的冷媒，分別經(jīng)過(guò)鰭片21、22而進(jìn)行熱交換。經(jīng)過(guò)鰭片21、22而成為高溫后的冷媒經(jīng)由排出側(cè)集管7b而從排出口1b排出。

在這里，作為對(duì)比例而在圖3示出現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置100的俯視圖。就現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置100而言，在冷媒護(hù)套4的頂板41(上表面部件)搭載2個(gè)功率模塊31、32，因此需要與2個(gè)功率模塊對(duì)應(yīng)量的占用面積(底面積)。

但是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置101，在冷媒護(hù)套4的上表面部件即頂板41搭載功率模塊31，在底面部件即頂板42搭載功率模塊32，功率模塊31、32以相向的方式配置。即，半導(dǎo)體裝置101具有：冷媒護(hù)套4，其在內(nèi)部具有冷媒流動(dòng)的流路；功率模塊31(第1功率模塊)，其搭載于冷媒護(hù)套4的頂板41(第1面部件)；以及功率模塊32(第2功率模塊)，其搭載于冷媒護(hù)套4的與第1面部件相對(duì)的第2面部件，冷媒護(hù)套4具有：鰭片21(第1鰭片)，其在流路中與頂板41接觸；鰭片22(第2鰭片)，其在流路中與頂板42接觸；流入口1a，其從外部導(dǎo)入冷媒；流入側(cè)集管7a，其將從流入口1a流入的冷媒輸送至鰭片21、22；排出口1b，其將冷媒向外部排出；以及排出側(cè)集管7b，其將經(jīng)過(guò)了鰭片21、22的冷媒向排出口1b輸送，功率模塊31、32隔著頂板41、42以及鰭片21、22而相向。因此，與半導(dǎo)體裝置100相比，能夠大幅地削減占用面積。

另外，冷媒護(hù)套4具有分隔板81，該分隔板81在該流路中將鰭片21、22進(jìn)行分隔，因此能夠使冷媒流過(guò)鰭片21、22雙方。

在圖1中，對(duì)搭載2個(gè)功率模塊的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明在搭載更多數(shù)量的功率模塊的情況下也能夠適用。例如，在搭載4個(gè)功率模塊的半導(dǎo)體裝置的情況下，在頂板41搭載2個(gè)功率模塊，以與上述功率模塊相向的方式在頂板42搭載2個(gè)功率模塊，從而能夠?qū)崿F(xiàn)占用面積的削減。

<b.實(shí)施方式2>

圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置102的結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖5是半導(dǎo)體裝置102的俯視圖。圖4是圖5的a-a剖視圖。在實(shí)施方式1中，橫跨鰭片21、22的整個(gè)面而設(shè)置有分隔板81，因此流入側(cè)集管7a及排出側(cè)集管7b設(shè)置于鰭片21、22的外側(cè)。因此，頂板41、42的尺寸由鰭片21、22的尺寸、流入側(cè)集管7a及排出側(cè)集管7b的尺寸規(guī)定。

與此相對(duì)，半導(dǎo)體裝置102的分隔板82僅設(shè)置于鰭片21、22的中央部，在端部(圖4中的左端和右端)未設(shè)置。由此，能夠?qū)Ⅵ捚?1、22之間的區(qū)域中的沒(méi)有設(shè)置分隔板82的端部區(qū)域設(shè)為流入側(cè)集管7a及排出側(cè)集管7b。

另外，如圖4所示，也可以將分隔板82中的鰭片21、22側(cè)的端部的寬度設(shè)為比其以外的部分的寬度大，換言之，在分隔板82設(shè)置凹陷部，該凹陷部作為流入側(cè)集管7a及排出側(cè)集管7b而起作用。

就實(shí)施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置102而言，流入側(cè)集管7a及排出側(cè)集管7b設(shè)置于鰭片21、22之間，因此與將流入側(cè)集管7a及排出側(cè)集管7b設(shè)置于鰭片21、22的外側(cè)的半導(dǎo)體裝置101相比，能夠使頂板41、42的尺寸減小與流入側(cè)集管7a及排出側(cè)集管7b的占用面積對(duì)應(yīng)的量。因此，半導(dǎo)體裝置102的占用面積變小。

<c.實(shí)施方式3>

圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置103的結(jié)構(gòu)的剖視圖。半導(dǎo)體裝置103在冷媒護(hù)套4的側(cè)面方向搭載有功率模塊33。

具體地說(shuō)，冷媒護(hù)套4的搭載功率模塊33的側(cè)面部件400由下述部件構(gòu)成，即：側(cè)面部件401，其通過(guò)密封件51、52而與頂板41、42密接；以及側(cè)面部件402(基座板)，其通過(guò)密封件53而與側(cè)面部件401密接。即，利用側(cè)面部件401及側(cè)面部件402，將相向的頂板41、42的端部連接。

在側(cè)面部件402的一個(gè)面搭載功率模塊33，在另一個(gè)面接合鰭片23。側(cè)面部件402的接合有鰭片23的面通過(guò)密封件53而與側(cè)面部件401密接，因此鰭片23被密封在冷媒護(hù)套4的內(nèi)部。另外，側(cè)面部件402和側(cè)面部件401通過(guò)緊固螺栓63進(jìn)行緊固。

即，實(shí)施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置103具有功率模塊33(第3功率模塊)，該功率模塊33(第3功率模塊)搭載于冷媒護(hù)套4的將頂板41(第1面部件)的端部和頂板42(第2面部件)的端部連接的側(cè)面部件400(第3面部件)，冷媒護(hù)套4具有在流路中與側(cè)面部件400接觸的鰭片23(第3鰭片)。這樣，通過(guò)在冷媒護(hù)套4的3個(gè)面分別搭載功率模塊，能夠使具有對(duì)3個(gè)功率模塊進(jìn)行搭載的冷卻構(gòu)造的半導(dǎo)體裝置的占用面積減小。

另外，如圖6所示，分隔板83的一部分從鰭片21、22向鰭片23凸出。由此，經(jīng)過(guò)鰭片21、22后的冷媒會(huì)經(jīng)過(guò)鰭片23，然后流動(dòng)至排出側(cè)集管7b。即，排出側(cè)集管7b將經(jīng)過(guò)鰭片21、22之后經(jīng)過(guò)了鰭片23的冷媒向排出口1b進(jìn)行輸送。由此，能夠?qū)θ况捚?1、22、23進(jìn)行冷卻。

對(duì)于半導(dǎo)體裝置103，除了上面說(shuō)明的結(jié)構(gòu)以外的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置102相同。冷媒護(hù)套4的未搭載功率模塊33的側(cè)面部件40的結(jié)構(gòu)也與半導(dǎo)體裝置102相同。

此外，也可以通過(guò)將冷媒的流向設(shè)為與上述說(shuō)明相反，從而形成經(jīng)過(guò)鰭片23后的冷媒經(jīng)過(guò)鰭片21、22的結(jié)構(gòu)。

<d.實(shí)施方式4>

圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施方式4涉及的半導(dǎo)體裝置104的結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖8是半導(dǎo)體裝置104的俯視圖。圖7(a)表示將冷媒護(hù)套4的側(cè)面部件40和頂板41、42密接之前的狀態(tài)，圖7(b)表示將兩者密接而完成半導(dǎo)體裝置104后的狀態(tài)。另外，圖7(a)是圖8的a-a剖視圖。

半導(dǎo)體裝置104是在實(shí)施方式1的半導(dǎo)體裝置101的基礎(chǔ)上，將分隔板81移除，沿冷媒護(hù)套4的流路將鰭片21、22交替地配置。通過(guò)將鰭片21、22交替地配置，從而即使不設(shè)置分隔板81，冷媒也會(huì)經(jīng)過(guò)鰭片21、22雙方。另外，由于鰭片21、22不干涉，因此能夠減小半導(dǎo)體裝置104的厚度。

另外，在半導(dǎo)體裝置104中，使鰭片22與在頂板41設(shè)置的孔91嵌合，使鰭片21與在頂板42設(shè)置的孔92嵌合。由此，能夠在功率模塊31、32之間共享鰭片21、22。另外，也可以在孔91內(nèi)部對(duì)鰭片22進(jìn)行鉚接或者釬焊，在孔92內(nèi)部對(duì)鰭片21進(jìn)行鉚接或者釬焊。由此，能夠進(jìn)一步地提高散熱性。

但是，也可以如圖9所示的半導(dǎo)體裝置104b那樣，將鰭片21設(shè)為不與頂板42接觸的長(zhǎng)度，將鰭片22設(shè)為不與頂板41接觸的長(zhǎng)度。

另外，在實(shí)施方式1－4的構(gòu)造中，功率模塊31、32、33的半導(dǎo)體元件也可以為寬帶隙功率半導(dǎo)體元件。搭載有碳化硅等寬帶隙功率半導(dǎo)體的功率模塊的特征在于能夠進(jìn)行高溫下的動(dòng)作，因此通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明而得到散熱性高且小型的半導(dǎo)體裝置。

此外，本發(fā)明可以在其發(fā)明的范圍內(nèi)，將各實(shí)施方式自由地組合，或?qū)Ω鲗?shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)變形、省略。