本發(fā)明涉及例如用于大功率的通斷的半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

在專利文獻(xiàn)1中，公開了通過冷卻水對lsi等發(fā)熱體進(jìn)行冷卻的導(dǎo)熱型冷卻裝置。在專利文獻(xiàn)2中，公開了具有對冷卻流體進(jìn)行攪拌的凸起的散熱器。

專利文獻(xiàn)1：日本特開平02-271560號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特開2005-302898號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在通過冷媒對發(fā)熱的多個半導(dǎo)體元件進(jìn)行冷卻的情況下，優(yōu)選避免特定的半導(dǎo)體元件成為高溫，將多個半導(dǎo)體元件的溫度波動減小。然而，例如，如果將在某個半導(dǎo)體元件的冷卻中所使用的冷媒用于其他半導(dǎo)體元件的冷卻，則先進(jìn)行冷卻的半導(dǎo)體元件被充分冷卻，但后進(jìn)行冷卻的半導(dǎo)體元件并未被充分冷卻。因此，存在多個半導(dǎo)體元件的溫度波動變大的問題。

本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種能夠?qū)⒍鄠€半導(dǎo)體元件的溫度波動降低的半導(dǎo)體裝置。

本發(fā)明涉及的半導(dǎo)體裝置的特征在于，具備：冷卻套，其形成有冷媒的流入口和該冷媒的流出口；基座板；第1半導(dǎo)體元件，其設(shè)置于該基座板之上；第2半導(dǎo)體元件，其設(shè)置于該基座板之上；第1鰭片，其是在該第1半導(dǎo)體元件的正下方的該基座板的背面設(shè)置的，位于該冷卻套之中；第2鰭片，其是在該第2半導(dǎo)體元件的正下方的該基座板的背面設(shè)置的，位于該冷卻套之中；以及分離器，其設(shè)置于該冷卻套之中，對從該流入口流入至該冷卻套之中的冷媒進(jìn)行分割，將該第1鰭片和該第2鰭片通過各自分割開的該冷媒進(jìn)行冷卻。

本發(fā)明的其他特征在下面加以明確。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，向多個半導(dǎo)體元件各自供給未使用的冷媒，因此能夠?qū)⒍鄠€半導(dǎo)體元件的溫度波動降低。

附圖說明

圖1是實施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的分解圖。

圖2是冷卻套和分離器的俯視圖。

圖3是沿圖2的iii-iii線的剖視圖。

圖4是對比例涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖5是變形例涉及的分離器等的剖視圖。

圖6是圖5的分離器的俯視圖。

圖7是實施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的冷卻套和分離器的俯視圖。

圖8是圖7的viii-viii線處的剖視圖。

圖9是實施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置的斜視圖。

圖10是實施方式4涉及的半導(dǎo)體裝置的斜視圖。

圖11是控制部的硬件結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

參照附圖，對本發(fā)明的實施方式涉及的半導(dǎo)體裝置進(jìn)行說明。對相同或?qū)?yīng)的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號，有時省略重復(fù)的說明。

實施方式1.

圖1是本發(fā)明的實施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的分解圖。該半導(dǎo)體裝置具備由金屬形成的基座板10。在基座板10之上設(shè)置有絕緣基板12、16。絕緣基板12在y方向上排列有3片，絕緣基板16也在y方向上排列有3片。絕緣基板12、16在上下表面具有金屬圖案。絕緣基板12、16的下表面的金屬圖案通過焊料固定于基座板10。在絕緣基板12的上表面的金屬圖案通過焊料固定有半導(dǎo)體元件14a、14b。半導(dǎo)體元件14a例如是igbt，半導(dǎo)體元件14b例如是二極管。將3個半導(dǎo)體元件14a和3個半導(dǎo)體元件14b統(tǒng)稱為第1半導(dǎo)體元件14。

在絕緣基板16的上表面的金屬圖案通過焊料固定有半導(dǎo)體元件18a、18b。半導(dǎo)體元件18a例如是igbt，半導(dǎo)體元件18b例如是二極管。將3個半導(dǎo)體元件18a和3個半導(dǎo)體元件18b統(tǒng)稱為第2半導(dǎo)體元件18。這樣，在基座板10之上設(shè)置有第1半導(dǎo)體元件14和第2半導(dǎo)體元件18。半導(dǎo)體裝置作為整體構(gòu)成3相交流逆變器。第1半導(dǎo)體元件14構(gòu)成上橋臂元件，第2半導(dǎo)體元件18構(gòu)成下橋臂元件。

在基座板10的四角開設(shè)有貫通孔19。螺釘20穿過貫通孔19。在基座板10的背面形成有鰭片22。鰭片22例如是與基座板10一體形成的銷狀鰭片。鰭片22也可以是沿x方向延伸的平行鰭片。除了基座板10的端部以外，鰭片22設(shè)置于基座板10的背面整體。

在鰭片22的下方有分離器30。分離器30是為了對冷媒進(jìn)行引導(dǎo)而設(shè)置的。分離器30具備第1引導(dǎo)部30a和第2引導(dǎo)部30b、30c。第1引導(dǎo)部30a是沿y方向延伸的u字管。由第1引導(dǎo)部30a提供沿y方向延伸的流路30d。第2引導(dǎo)部30b、30c是與第1引導(dǎo)部30a的上端連接的板狀部件。在第2引導(dǎo)部30b和第2引導(dǎo)部30c之間有一定寬度的間隙30e。

第1引導(dǎo)部30a和第2引導(dǎo)部30b、30c的y負(fù)方向端部構(gòu)成一個表面。將該表面稱為第1接觸面30a。第1引導(dǎo)部30a和第2引導(dǎo)部30b、30c的y正方向端部構(gòu)成一個表面。將該表面稱為第2接觸面30b。

在分離器30的下方有冷卻套50。在冷卻套50的上表面形成有對o形環(huán)40的一部分進(jìn)行收容的槽50a。在冷卻套50形成有冷媒的流入口50b和冷媒的流出口50c、50d。將形成有流入口50b的面稱為第1面50a，將形成有流出口50c、50d的面稱為第2面50b。第1面50a與第2面50b相對。第1面50a和第2面50b通過第3面50c和第4面50d而相連。

在冷卻套50的四角設(shè)置有螺釘孔50g。將穿過基座板10的貫通孔19的螺釘20緊固于該螺釘孔50g，從而使夾在基座板10的下表面和冷卻套50的上表面之間的o形環(huán)40彈性變形。通過o形環(huán)40彈性變形，從而能夠防止冷媒從基座板10和冷卻套50之間流出。

圖2是冷卻套50和裝入至冷卻套50之中的分離器30的俯視圖。分離器30通過螺釘32固定于冷卻套50。分離器30的第1接觸面30a與冷卻套50的第1面50a接觸。分離器30的第2接觸面30b與冷卻套50的第2面50b接觸。換言之，第1引導(dǎo)部30a和第2引導(dǎo)部30b、30c與第1面50a和第2面50b相接。

在分離器30(第2引導(dǎo)部30b)和冷卻套50的第3面50c之間設(shè)置有間隙60。在分離器30(第2引導(dǎo)部30c)和冷卻套50的第4面50d之間設(shè)置有間隙62。

圖3是沿圖2的iii-iii線的剖視圖。圖3示出基座板10及固定于此的半導(dǎo)體元件等，并且還示出流入口50b及流出口50c、50d。將在第1半導(dǎo)體元件14的正下方的基座板10的背面設(shè)置的鰭片22稱為第1鰭片22a。將在第2半導(dǎo)體元件18的正下方的基座板10的背面設(shè)置的鰭片22稱為第2鰭片22b。包含第1鰭片22a和第2鰭片22b的所有的鰭片22位于冷卻套50之中。第1鰭片22a的前端與第2引導(dǎo)部30b接觸，第2鰭片22b的前端與第2引導(dǎo)部30c接觸。

對冷媒的流動進(jìn)行說明。從流入口50b流入的冷媒被導(dǎo)入至由第1引導(dǎo)部30a形成的流路30d之中。流路30d的冷媒經(jīng)由間隙30e，被引導(dǎo)向第1鰭片22a和第2鰭片22b之間。然后，冷媒向x正方向和x負(fù)方向分開。向x負(fù)方向前進(jìn)的冷媒穿過第2引導(dǎo)部30b和基座板10的背面之間的空間，對第1鰭片22a進(jìn)行冷卻。向x正方向前進(jìn)的冷媒穿過第2引導(dǎo)部30c和基座板10的背面之間的空間，對第2鰭片22b進(jìn)行冷卻。這樣，通過第2引導(dǎo)部30b、30c，將第1鰭片22a和第2鰭片22b之間的冷媒向第1鰭片22a的方向及第2鰭片22b的方向引導(dǎo)。

對第1鰭片22a進(jìn)行了冷卻的冷媒經(jīng)由間隙60從第1流出口50c排出。對第2鰭片22b進(jìn)行了冷卻的冷媒經(jīng)由間隙62從第2流出口50d排出。由于使分離器30的第1接觸面30a和第2接觸面30b分別與冷卻套50的第1面50a和第2面50b接觸，因此沒有上述兩條流路以外的流路。

在這里，為了使本發(fā)明的實施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置的特征的理解變得容易，對對比例進(jìn)行說明。圖4是對比例涉及的半導(dǎo)體裝置的剖視圖。該半導(dǎo)體裝置是通過對第1鰭片22a進(jìn)行了冷卻的冷媒而對第2鰭片22b進(jìn)行冷卻，因此第2半導(dǎo)體元件18的冷卻不充分。因此，與第1半導(dǎo)體元件14相比第2半導(dǎo)體元件18的溫度變高。

然而，根據(jù)本發(fā)明的實施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置，如圖3所示，將從一個流入口50b流入至冷卻套50之中的冷媒通過分離器30分割成2個部分而對第1鰭片22a和第2鰭片22b分別進(jìn)行冷卻。由此，始終對第1半導(dǎo)體元件14和第2半導(dǎo)體元件18供給相同溫度的冷媒，因而能夠?qū)⑺鼈兊臏囟鹊牟▌咏档?。特別是，就通過上下橋臂進(jìn)行逆變器驅(qū)動的半導(dǎo)體裝置而言，上下橋臂的發(fā)熱量大致相等。因此，通過對第1鰭片22a和第2鰭片22b供給大約相同量的冷媒，從而能夠?qū)雽?dǎo)體元件的溫度波動降低。

此外，例如混合動力車輛用的半導(dǎo)體裝置具備保護(hù)系統(tǒng)，該保護(hù)系統(tǒng)對多個半導(dǎo)體元件的溫度分別進(jìn)行監(jiān)視，如果某個半導(dǎo)體元件的溫度超過預(yù)先設(shè)定的溫度，則對模塊(半導(dǎo)體裝置)的負(fù)載率進(jìn)行限制。在半導(dǎo)體元件的溫度測定中，大多使用片上溫度傳感器，該片上溫度傳感器使用了二極管。如果像對比例那樣，特定的半導(dǎo)體元件的溫度變高，則保護(hù)系統(tǒng)頻繁工作，模塊的通電能力不能得到充分發(fā)揮。在該情況下，從電動機驅(qū)動向發(fā)動機驅(qū)動的負(fù)載切換提前，對汽車的燃料經(jīng)濟性的改善造成阻礙。

本發(fā)明的實施方式1涉及的半導(dǎo)體裝置，特別適合應(yīng)用于上述的混合動力車輛。通過如實施方式1的半導(dǎo)體裝置所示降低多個半導(dǎo)體元件的溫度波動，從而能夠使保護(hù)系統(tǒng)的工作頻率下降。由此，能夠降低模塊的通電能力，將模塊小型化，或使燃料經(jīng)濟性得到改善。

另外，所有的冷媒都被用于第1鰭片22a或第2鰭片22b的任意者的冷卻，因此能夠消除冷媒流量的損失。分離器30被通過螺釘而緊固于冷卻套50，因此能夠避免分離器30在冷卻套50內(nèi)發(fā)生位置錯動。

分離器30只要設(shè)置于冷卻套50之中，對從流入口50b流入至冷卻套50之中的冷媒進(jìn)行分割，對第1鰭片22a和第2鰭片22b通過不同的冷媒進(jìn)行冷卻即可，并不特別限定。分離器可以形成為各種形狀。圖5是變形例涉及的分離器等的剖視圖。在該分離器形成有向第1鰭片22a的方向?qū)涿竭M(jìn)行引導(dǎo)的第1間隙30f、和向第2鰭片22b的方向?qū)涿竭M(jìn)行引導(dǎo)的第2間隙30g。圖6是圖5的分離器的俯視圖。此外，分離器也可以由多個部件構(gòu)成。

在冷卻套50形成的流出口并不限定于2個。例如，也可以使穿過圖3的間隙60后的冷媒從2個流出口排出，使穿過間隙62后的冷媒從2個流出口排出。另外，使第1鰭片22a的前端、第2鰭片22b的前端與第2引導(dǎo)部30b、30c接觸，但也可以在兩者之間設(shè)置一些間隙。第1半導(dǎo)體元件14和第2半導(dǎo)體元件18只要是由于電流流動而發(fā)熱的元件即可，因此不限定于igbt或二極管。另外，構(gòu)成第1半導(dǎo)體元件14的元件的數(shù)量和構(gòu)成第2半導(dǎo)體元件18的元件的數(shù)量也并不特別限定。

這些變形也能夠應(yīng)用于下面的實施方式涉及的半導(dǎo)體裝置。此外，下面的實施方式涉及的半導(dǎo)體裝置與實施方式1的共通點多，因此以與實施方式1的不同點為中心進(jìn)行說明。

實施方式2.

圖7是實施方式2涉及的半導(dǎo)體裝置的冷卻套和分離器的俯視圖。間隙62的寬度比間隙60的寬度大。圖8是圖7的viii-viii線處的剖視圖。在圖8中示出了基座板及固定于此的半導(dǎo)體元件等。與間隙60的寬度相比間隙62的寬度更大，因此與對第1鰭片22a供給的冷媒的量相比對第2鰭片22b供給的冷媒的量更多。在本發(fā)明的實施方式2中，設(shè)想的是與第1半導(dǎo)體元件14相比第2半導(dǎo)體元件18的發(fā)熱量更大的情況。將對第2鰭片22b供給的冷媒的量增加而對發(fā)熱量大的第2半導(dǎo)體元件18進(jìn)行冷卻，從而將第1半導(dǎo)體元件14和第2半導(dǎo)體元件18的溫度波動降低。

例如，在dc-dc轉(zhuǎn)換器的升壓通電動作時，下橋臂的igbt的元件溫度由于通斷損耗而比上橋臂二極管的元件溫度高。在如上所示地預(yù)先判明了上下橋臂的元件發(fā)熱的不平衡的情況下，通過對間隙60、62的寬度進(jìn)行調(diào)整，從而能夠?qū)⒍鄠€半導(dǎo)體元件的溫度波動降低。此外，根據(jù)半導(dǎo)體元件的驅(qū)動條件而對間隙的大小適當(dāng)?shù)貎?yōu)化。

為了使對第2鰭片22b進(jìn)行冷卻的冷媒的流量比對第1鰭片22a進(jìn)行冷卻的冷媒的流量更大，將間隙62的寬度設(shè)為比間隙60的寬度大是重要的。只要將間隙62的寬度設(shè)為比間隙60的寬度大，分離器的形狀能夠進(jìn)行各種變形。例如，也可以將圖5的分離器的第2引導(dǎo)部30c與冷卻套50的側(cè)面之間的間隙的寬度設(shè)為比第2引導(dǎo)部30b與冷卻套50的側(cè)面之間的間隙的寬度大。在該情況下，并非必須使第2間隙30g的寬度與第1間隙30f的寬度一致，可以自由地設(shè)定。

實施方式3.

圖9是實施方式3涉及的半導(dǎo)體裝置的斜視圖。第1半導(dǎo)體元件14具備內(nèi)置有片上溫度傳感器的半導(dǎo)體元件14c。將對第1半導(dǎo)體元件14的溫度進(jìn)行測定的部分(片上傳感器)稱為第1溫度測定部。第2半導(dǎo)體元件18具備內(nèi)置有片上溫度傳感器的半導(dǎo)體元件18c。將對第2半導(dǎo)體元件18的溫度進(jìn)行測定的部分(片上傳感器)稱為第2溫度測定部。第1溫度測定部和第2溫度測定部也可以是片上溫度傳感器以外的結(jié)構(gòu)。

在將從第1流出口50c排出的冷媒向外部引導(dǎo)的配管50e安裝有第1調(diào)節(jié)器150。第1調(diào)節(jié)器150對從第1流出口50c排出的冷媒的量進(jìn)行調(diào)整。在將從第2流出口50d排出的冷媒向外部引導(dǎo)的配管50f安裝有第2調(diào)節(jié)器152。第2調(diào)節(jié)器152對從第2流出口50d排出的冷媒的量進(jìn)行調(diào)整。向第1調(diào)節(jié)器150和第2調(diào)節(jié)器152連接有對它們進(jìn)行控制的控制部154。

控制部154在通過第1溫度測定部測定出的溫度比通過第2溫度測定部測定出的溫度高的情況下，對第1調(diào)節(jié)器150進(jìn)行控制，使從第1流出口50c排出的冷媒的量增加。另一方面，在通過第2溫度測定部測定出的溫度比通過第1溫度測定部測定出的溫度高的情況下，對第2調(diào)節(jié)器152進(jìn)行控制，使從第2流出口50d排出的冷媒的量增加。這樣，防止一方的半導(dǎo)體元件的溫度比另一方的半導(dǎo)體元件高，將多個半導(dǎo)體元件的溫度波動降低。

控制部154優(yōu)選以使從第1流出口50c排出的冷媒的量和從第2流出口50d排出的冷媒的量之和恒定的方式，對第1調(diào)節(jié)器150和第2調(diào)節(jié)器152進(jìn)行控制。在該情況下，將第1調(diào)節(jié)器150和第2調(diào)節(jié)器152的開度設(shè)為在通常時(起初)雙方都是小于或等于100％的相同開度。通過控制部154將2個調(diào)節(jié)器的開度之和保持恒定，從而能夠?qū)⒗涿降膲毫p失保持恒定。由此，能夠避免由壓力損失的變動引起的冷媒的泵的負(fù)載變動，因此能夠抑制該泵的故障。

實施方式4.

圖10是實施方式4涉及的半導(dǎo)體裝置的斜視圖。將第2流出口50d的開口面積設(shè)為比第1流出口50c的開口面積大。與此對應(yīng)，配管50f設(shè)為內(nèi)徑比配管50e大。從第2流出口50d排出的冷媒的量通過調(diào)節(jié)器160進(jìn)行調(diào)整?？刂撇?54對調(diào)節(jié)器160進(jìn)行控制。

控制部154在通過第1溫度測定部測定出的溫度比通過第2溫度測定部測定出的溫度高的情況下，對調(diào)節(jié)器160進(jìn)行控制，使從第2流出口50d排出的冷媒的量減少。由此，能夠使從第1流出口50c排出的冷媒的量增加，對第1半導(dǎo)體元件14的冷卻進(jìn)行促進(jìn)。另一方面，控制部154在通過第2溫度測定部測定出的溫度比通過第1溫度測定部測定出的溫度高的情況下，對調(diào)節(jié)器160進(jìn)行控制，使從第2流出口50d排出的冷媒的量增加。由此，能夠?qū)Φ?半導(dǎo)體元件18的冷卻進(jìn)行促進(jìn)。這樣，通過對溫度高的半導(dǎo)體元件的冷卻進(jìn)行促進(jìn)，從而能夠?qū)⒍鄠€半導(dǎo)體元件的溫度波動降低。

第2流出口50d的開口面積比第1流出口50c的開口面積大。與此對應(yīng)，如圖10所示，使配管50f的內(nèi)徑比配管50e的內(nèi)徑大。通過對安裝于較粗的配管50f的調(diào)節(jié)器160進(jìn)行調(diào)整，從而能夠使流量大幅地變化，因此能夠迅速地消除溫度波動。

在實施方式3、4中說明的控制部的動作是通過控制部之中的處理器執(zhí)行的。圖11是控制部的硬件結(jié)構(gòu)圖?？刂撇?54具備接收裝置154a，該接收裝置154a接收通過第1溫度測定部和第2溫度測定部測定出的溫度的信息。并且，通過由處理器154b執(zhí)行在存儲器154c存儲的程序，由此決定調(diào)節(jié)器160(在實施方式3中是第1調(diào)節(jié)器150和第2調(diào)節(jié)器152)的控制內(nèi)容。將決定出的控制內(nèi)容通過輸出裝置154d向調(diào)節(jié)器發(fā)送。此外，處理器154b是cpu或者是系統(tǒng)lsi等處理電路。也可以通過多個處理電路執(zhí)行上述功能。

第2流出口50d的開口面積和第1流出口50c的開口面積也可以相等。此外，也可以將上述的各實施方式涉及的半導(dǎo)體裝置的特征適宜地組合而提高本發(fā)明的效果。

標(biāo)號的說明

10基座板、14第1半導(dǎo)體元件、18第2半導(dǎo)體元件、22鰭片、22a第1鰭片、22b第2鰭片、30分離器、50冷卻套、150第1調(diào)節(jié)器、152第2調(diào)節(jié)器、154控制部、160調(diào)節(jié)器。