CN111211099B 半导体模块、车辆及制造方法 （富士电机株式会社）

JP2016219572A,2016US2015351283A1,2015.US7679923B2,2010.03.16半导体模块的多个半导体元件所发出的热连接至侧壁并与顶板相向的底板；制冷剂流通顶板的主面平行的截面呈具有长边和短边的大2所述半导体装置具有半导体芯片和安装所述半导体芯片针翅散热片，该针翅散热片配置于所述制冷剂流通部，在所述所述制冷剂流通部具有翅片区域，该翅片区域中所述针翅散热片在所所述紧固部的厚度比所述顶板的所述翅片区域的厚所述侧壁的厚度比所述顶板的所述翅片区域的厚所述底板包含用于决定所述侧壁的固定位置的阶梯部，该阶梯部以不同的至少2个面所述底板比所述顶板和所述侧壁中的任一个厚度对所述底板的轮廓中的与所述侧壁固定的一侧的角部进行倒角，该3所述针翅散热片中，大致菱形的截面的所述短边方向的两端的角部致菱形的截面的所述长边方向的两端的角部要所述半导体装置具有半导体芯片和安装所述半导体芯片在具有长边和短边的大致矩形的区域安装有所述针翅散热片，该针翅散热片配置于所述制冷剂流通部，在所述在俯视时，在所述长边方向的所述入口所在侧，所述短边方在俯视时，在所述长边方向的所述出口所在侧，所述短边方设置于所述长边方向的所述入口所在侧、且朝内更大地倾斜的部分与在俯视时，所述侧壁的轮廓相对于沿所述长边方向延伸的中心在所述长边方向上的所述入口所在侧，所述另一侧的所述在所述长边方向上的所述入口所在侧的所述另一侧的所述侧壁的至少所述一部分在所述底板的定位用的销嵌合的定位用孔中的4所述长边方向上的所述入口所在侧的所述另一侧的所述侧壁的至少所述一部分在面所述长边方向上的所述入口所在侧的所述另一侧的所述侧壁的至少所述一部分在面在俯视时，所述侧壁的轮廓相对于沿着所述长边方向延伸的中所述侧壁包含形成所述轮廓并包围所述制冷剂流通部的外壁部、以及所述斜坡部的内侧作为所述另一侧的所述侧壁的内侧的至少所述一部所述另一侧的所述侧壁的至少一部分轮廓位于比所述底板的轮廓所述顶板在所述长边方向上的所述入口所在侧的所述另一侧的所述侧壁的至少所述翅片区域，该翅片区域中所述针翅散热片在所述长边方向比所述短边方向配置得更在俯视时，多个所述针翅散热片具有在所述短边方向比所述长边方向更长的大致菱在俯视时，在所述长边方向上的所述出口所在的所述短边长边方向上的所述入口所在的所述短边方向上的所述另一侧之间延伸的所述直线与所述长边方向上的所述入口所在侧的所述另一侧的所述侧壁的内侧的至少所述一部分的延伸5所述底板比所述顶板和所述侧壁中的任意一个的厚泵，该泵经由所述半导体模块的所述入口将制冷剂导入所述制冷所述半导体模块固定在所述车辆内，使得所述入口在重力方向的上24.一种制造方法，是权利要求1至20中任一通过使用与所述顶板、所述侧壁及所述针翅散热片的形状相对应的模67[0025]底板可以是用于决定侧壁固定位置的阶梯部，并在不同的至少2个面上包含与侧[0026]底板可以比顶板和侧壁中的任一个厚度都要厚。入口和出口可以分别形成于底以对底板的轮廓中的与侧壁固定的一侧的角部进行倒角，并具有供固定剂形成圆角的区边方向上的另一侧的侧壁的内侧的至少一部分比短边方向上的一侧的侧壁的内侧朝内更8在侧即短边方向上的一侧与长边方向上的入口所在侧即短边方向上的另一侧之间延伸的直线与长边方向上的入口所在侧的另一侧的侧壁的内侧的至少一部分的延伸方向以小于半导体模块的入口将制冷剂导入制冷剂流通部并经由出口将制冷剂从制冷剂流通部导出[0042]在本发明的第5实施方式中，提供一种第1实施方式及第2实施方式的半导体模块[0045]图1是表示本发明的1个实施方式所涉及的半导体模块100的一个示例的示意性的[0046]图2是表示本发明的1个实施方式所涉及的半导体模块100的冷却装置10的一个示[0047]图3是表示本发明的1个实施方式所涉及的半导体模块100的一个示例的示意性的[0048]图4是表示本发明的1个实施方式所涉及的半导体模块100中的冷却装置10的翅片9[0050]图6是示出针翅散热片94的R加工形状与半导体芯片78和冷却水之间的热阻的关以及出口配管223连接至泵221的状态的半导体[0055]图11是表示本发明的1个实施方式所涉及的半导体模块101的冷却装置11的一个[0056]图12是说明本发明的1个实施方式所涉及的半导体模块101的冷却装置11的侧壁[0062]图1是表示本发明的1个实施方式所涉及的半导体模块100的一个示例的示意性的明的1个实施方式所涉及的半导体模块100的一个示例的示意性的剖视图，图4是表示本发明的1个实施方式所涉及的半导体模块100中的冷却装置10的翅片区域95和半导体装置70面假想地切断图1所示的半导体模块100中的U相单元70U的半导体芯片78、图2所示的冷却[0063]半导体模块100包括半导体装置70和冷却装置10。本示例的半导体装置70载置于[0069]电路基板76例如可以是DCB(DirectCopperBonding：直接铜键合)基板或AMB(ActiveMetalBrazing：活性金属钎焊)基板。绝缘板可以使用氧化铝(Al2O3)、氮化铝示例的紧固部21在大致长方形的顶板20的四个角分别具有1个贯通孔80，合计4个贯通孔体模块100通过将顶板20、侧壁36和针翅散热片94形成为一体，从而与将单独形成的顶板壁36在xy平面上包围制冷剂流通部92来进行配置，顶板20和底板64在z轴方向上夹着制冷板64可以具有能决定侧壁36的固定位置的其他任意的阶梯来代替图2～图4等所示的阶梯[0081]本实施方式的半导体模块100利用制冷剂有效地对由在冷却装置10上表面的z轴针翅散热片94沿z轴方向延伸并与顶板20和底板64的各个主面大致正交。本示例的针翅散长边96平行的对角线比与短边93平行的[0088]针翅散热片94在z轴方向上具有相对的上端和下端，上端与顶板20的下表面24热表面24朝制冷剂流通部92延伸。本示例的针翅散热片94的下端利用固定剂98固定于底板96的方向上的针翅散热片94的个数与配置在制冷剂流通部92的短边93的方向上的针翅散热片94的个数之比可以在规定的范围内。在翅片区域95中包含设置有针翅散热片94的区[0091]第1制冷剂流路30－1位于比翅片区域95更靠短边93的方向的一侧，连通至入口另一侧，连通至出口42，并沿长边96的方向延伸。第1制冷剂流路30－1和第2制冷剂流路[0093]为了使从多个热源传递来的热有效地散热到在制冷剂流通其散热效率低于使用与顶板20的主面平行的(xy平面上的)截面的形状为多边形的针翅的[0094]根据具有上述结构的本实施方式的半导体模块100，在安装于半导体装置70的冷模块100，使在半导体模块100的动作过程中发热的半导体装置70的多个热源均匀地冷却，能减小在制冷剂流通部92内流动的制冷剂的流速损耗以部92的对角线方向上，冷却装置10中的入口41和出口42位于制冷剂流通部92的相对的两制冷剂流通部92包含夹着翅片区域95配置的第1制冷剂流路30－1和第2制冷剂流路30－2，[0096]根据具有上述的结构的本实施方式的半导体模块100，从入口41流入制冷剂流通式的半导体模块100，与制冷剂的流入口和流出口位于在制冷剂流通部92的短边93的方向上制冷剂流通部92的相对的两端的情况相比，能使在半导体模块100的动作过程中发热的平面上的截面为大致菱形的针翅散热片94的一边的长度，用D1表示大致菱形的沿x轴方向示的针翅散热片94进行R倒角加工，使得大致菱形在xy平面上的截面的各自的角部有相同[0098]本示例的针翅散热片94作为一个示例，大致菱形的截面的各个边的长度L可以是冷却水之间的热阻Rth(j－w)[℃/W]随着针翅散热片94的该角部的曲率半径R从0.0mm变为[0099]图7是说明针翅散热片94在xy平面上的截面形状的另一个示例的图。本示例的针的截面的短边93的方向(x轴方向)的两端的角部具有比大致菱形的截面的长边96的方向(y轴方向)的两端的角部要大的曲率半径(或者要小的曲率冷剂流通部92内的制冷剂的主要流动方向(x轴方向)上的两端的角部相对更圆，从而与所牢固地紧固时可施加的较强的紧固力导致紧固部[0104]底板64的厚度T4可以比顶板20的至少翅片区域95的厚度T2和侧壁36的厚度T3中侧壁36和针翅散热片94的z轴负方向的下端的角部也配管222和出口配管223连接至泵221的状态的半导体模块101的一个示例的示意性的侧视图。本实施方式所涉及的半导体模块101具备与使用图1至图9说明的实施方式所涉及的半[0112]其中，本实施方式所涉及的半导体模块101将载置有半导体装置70的冷却装置10xyz空间内的姿势是用图1至9说明的实施方式所涉及的使半导体模块100绕x轴旋转90。后施方式的半导体模块100的同样的结构的延伸方[0115]用图1至图9说明的实施方式的半导体模块100总体来说在以在纵向放置的状态下有半导体装置70的冷却装置10的面作为xz面的状态下从上方将水导入至冷却装置10内的供至半导体模块100的冷却装置10的水的流量为5[l/min]以下时，在制冷剂流通部92内的长边96的方向上的入口41所在侧，在第二制冷剂流路30－2的侧壁36附近水的流速下降最[0117]例如在车辆200内使用泵221时，有时泵221的输出优选为小到5[l/min]左右。此[0118]图11是表示本发明的1个实施方式所涉及的半导体模块101的冷却装置11的一个[0120]本实施方式的半导体模块101与上述的实施方式的半导[0121]在本实施方式中，翅片区域95与用图1至图9说明的实施方式中的翅片区域95相形的区域在z轴方向的长度与从z轴方向的U相单元70U的外侧的边到W相单元70W的外侧的[0124]本实施方式中的侧壁37的俯视时的形状与冷却装置10的侧壁36不同。更具体而的内侧的至少一部分比与第1制冷剂流路30－1面对的侧壁路30－2面对的侧壁37的至少一部分的厚度比与第1制冷剂流路30－1面对的侧壁37的厚度侧壁37的内侧的至少一部分比与第1制冷剂流路30－1面对的侧壁37的内侧要朝内更大地以是指通过侧壁37第1制冷剂流路30－1或第2制冷剂流路30－2变窄的程度相对较大的状与第1制冷剂流路30－1面对的侧壁37称为非斜坡出口42所在侧，与第1制冷剂流路30－1面对的侧壁37的厚度的至少一部分比与第2制冷剂制冷剂流路30－1面对的侧壁37的内侧的至少一部分比与第2制冷剂流路30－2面对的侧壁制冷剂流路30－2面对的侧壁37称为非斜坡于侧壁37的不同的2处的非斜坡面37－2。如图12所示，位于侧壁37的不同的2处的斜坡面的大致菱形，连结多个针翅散热片94各自的一边的直线沿翅片区域95的对角线方向延伸。制冷剂流路30－1侧与长边99方向上的入口41所在侧即第2制冷剂流路30－2侧之间延伸的面对的侧壁37的至少一部分即侧壁37的斜坡面37－1所在的部分具有用于在与底板67相对所在侧的与第2制冷剂流路30－2面对的侧壁37的至少一部分即侧壁37的斜坡面37－1所在侧壁37与底板67的接触面以外的区域溢出并硬的入口41所在侧，与第2制冷剂流路30－2面对的侧壁37的内侧的至少一部分比与第1制冷[0143]侧壁36包含位于长边99方向上的入口41所在侧的与第2制冷剂流路30－2面对的导体模块101可以具备具有顶板25和侧壁35的冷却装置13以代替具有顶板20和侧壁37的冷剂流路30－2面对的一侧的侧壁35的至少一部分轮廓C2位于比底板67的轮廓C1更靠内侧。内侧的至少一部分即斜坡面35－1比与第1制冷剂流路30－1面对的侧壁37的内侧朝内更大[0155]各半导体芯片78－1～78－6可以根据输入到相对应的控制端子的信号交替地进顶板20的主面的法线方向延伸、即与顶板20等和底板64等垂直地延伸的结构进行了说明，入口41和出口42形成于侧壁36等的与x轴方向相向的