冷卻裝置及使用該冷卻裝置的帶冷卻裝置功率模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及冷卻裝置及使用該冷卻裝置的帶冷卻裝置功率模塊，特別地，涉及搭載了功率半導體芯片的功率模塊的冷卻裝置。
【背景技術】
[0002]當前，公開了下述技術，S卩，在電動機驅(qū)動中，主要利用搭載了功率半導體芯片的功率模塊構成逆變器電路，對直流電力進行通斷而變換為交流電力，從而進行控制(專利文獻I)。在一瞬間，僅在功率模塊內(nèi)的特定的幾個芯片中流過電流而發(fā)熱，但是發(fā)熱的芯片瞬時地切換，通常，各芯片均等地發(fā)熱。另一方面，特別是在伺服電動機的驅(qū)動中，重物的保持等不伴隨電動機的旋轉(zhuǎn)而向電動機供給電力的情況較多。在上述情況下，在模塊內(nèi)的特定的幾個芯片中集中地流過電流，發(fā)熱量局部地增大。要求一種冷卻裝置，其在上述情況下也能夠高效且迅速地將熱量擴散而進行散熱，具有較高的散熱特性。
[0003]作為上述的冷卻裝置，當前，存在使用熱傳導率較高的材料而形成為散熱特性較高的構造的裝置。例如在專利文獻I中，將散熱板利用2層石墨層構成，在第I層中沿水平方向、在第2層中沿垂直方向得到較高的熱傳導率，提高散熱特性。
[0004]專利文獻1:日本特開2012 — 069670號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]但是，根據(jù)上述現(xiàn)有技術，如果通過寬帶隙半導體的使用等，使模塊小型化，將發(fā)熱量較大的幾個芯片配置得較近，則存在下述問題，即，發(fā)生芯片間的熱干涉，彼此變?yōu)楦邷亍?br>[0006]另外，在專利文獻I中，第I層的石墨層的垂直方向的熱傳導率較低，因此不能使第I層的垂直方向的厚度較薄。因此，向水平方向的熱傳導特性也惡化，難以將熱量立刻均勻地擴散至散熱器的端部。如上所述，由于熱傳導率較高的方向限于2個方向，因此存在難以將熱量向散熱器整體進行擴散的問題。
[0007]本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于提供一種冷卻裝置及使用該冷卻裝置的功率模塊，該冷卻裝置能夠立刻向散熱器整體進行熱擴散，而在發(fā)熱的芯片間不產(chǎn)生熱干涉。
[0008]為了解決上述課題，實現(xiàn)目的，本發(fā)明是一種冷卻裝置，其用于對功率模塊進行冷卻，該功率模塊具有發(fā)熱的第I及第2芯片，該冷卻裝置的特征在于，具有散熱器，該散熱器具有基座面，所述功率模塊密接地安裝在基座面上，所述散熱器具有:主體，其具有所述基座面；以及第I及第2高導熱體，其與所述主體相比熱傳導率較高，所述第I及第2芯片分別與所述第I及第2高導熱體的一端抵接，經(jīng)由所述第I及第2高導熱體，分別與獨立的熱分散路徑連接。
[0009]發(fā)明的效果
[0010]本發(fā)明所涉及的冷卻裝置具有下述效果，即，即使在發(fā)熱量在特定的幾個芯片處局部地增大的情況下，發(fā)熱量最大的第I芯片也能夠幾乎不受到發(fā)熱量第2大的第2芯片的影響而進行冷卻，能夠立刻均勻地將熱量向散熱器整體擴散。
【附圖說明】
[0011]圖1一 I是表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的帶冷卻裝置功率模塊的斜視圖。
[0012]圖1一 2是表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的帶冷卻裝置功率模塊的要部放大斜視圖。
[0013]圖2— I是表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的功率模塊的其他例子的放大斜視圖。
[0014]圖2— 2是表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的功率模塊的其他例子的放大斜視圖。
[0015]圖2— 3是表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的功率模塊的其他例子的放大斜視圖。
[0016]圖2— 4是表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的功率模塊的其他例子的放大斜視圖。
[0017]圖2— 5是表示本發(fā)明的實施方式I所涉及的功率模塊的其他例子的放大斜視圖。
[0018]圖3是表示本發(fā)明的實施方式2所涉及的帶冷卻裝置功率模塊的斜視圖。
[0019]圖4是表示本發(fā)明的實施方式3所涉及的帶冷卻裝置功率模塊的斜視圖。
[0020]圖5是表示本發(fā)明的實施方式4所涉及的帶冷卻裝置功率模塊的斜視圖。
[0021]圖6是表示本發(fā)明的實施方式5所涉及的帶冷卻裝置功率模塊的斜視圖。
[0022]圖7是表示本發(fā)明的實施方式6所涉及的帶冷卻裝置功率模塊的斜視圖。
[0023]圖8是表示本發(fā)明的實施方式6所涉及的平板狀熱管的俯視圖。
【具體實施方式】
[0024]下面，基于附圖，對本發(fā)明所涉及的冷卻裝置及利用該冷卻裝置的帶冷卻裝置功率模塊的實施方式進行詳細說明。此外，本發(fā)明不受該實施方式限定，在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，可以適當?shù)剡M行變更。另外，在下面示出的附圖中，為了容易理解，有時各部件的比例尺與實際不同。
[0025]實施方式I
[0026]圖1一 I是本實施方式I的帶冷卻裝置功率模塊的斜視圖。圖1 一 2是在本實施方式中使用的功率模塊的要部放大斜視圖。如圖1 一 I所示，本實施方式I的帶冷卻裝置功率模塊100由功率模塊20和用于冷卻該功率模塊20的冷卻裝置10構成。冷卻裝置10具有散熱器2，該散熱器2具有基座面1A，功率模塊20密接地安裝在基座面IA上。散熱器2具有:主體1，其具有基座面IA ;以及第I及第2高導熱體(第I及第2各向異性高導熱體2&1、2&2、21ν2?32)，其與主體I相比熱傳導率較高。特征在于，第I及第2芯片分別與第I及第2高導熱體的一端抵接，經(jīng)由第I及第2各向異性高導熱體，分別如箭頭所示，與獨立的2組熱分散路徑連接。
[0027]該冷卻裝置10例如具有散熱器2，該散熱器2由通過鋁制成的多個平板散熱片3和主體I構成。另外，在基座主體I的與平板散熱片3形成面IB相反的面即基座面IA上設置有功率模塊20。功率模塊20例如是下述裝置，即，構成逆變器電路，對直流電力進行通斷而變換為交流電力，對電動機驅(qū)動進行控制。該功率模塊20在配線基板21上搭載有6個由成為發(fā)熱體的功率半導體構成的芯片。通常，在一瞬間，僅在功率模塊20內(nèi)的特定的幾個芯片中流過電流而發(fā)熱，但發(fā)熱的芯片瞬時地切換，各芯片均等地發(fā)熱。另一方面，例如在伺服電動機的驅(qū)動中，存在重物的保持等不伴隨電動機的旋轉(zhuǎn)而向電動機供給電力的情況。在上述情況下，電流在模塊內(nèi)的特定的幾個芯片中集中地流動，發(fā)熱量局部地增大。如上所述，功率模塊20由下述6個芯片構成:第I芯片22a，其在發(fā)熱局部地集中的情況下，發(fā)熱量變?yōu)樽畲?；?芯片224、22b2，其發(fā)熱量第2大；以及第3芯片22Cl、22c2、22c3，其發(fā)熱量最小。
[0028]芯片布局配置為，第I芯片22a與第2芯片221^及第2芯片22b 2彼此不相鄰，且第I芯片22a與第3芯片22Cl、第3芯片22c3彼此相鄰。另外，在包含第I芯片22a在內(nèi)的y方向的列中，不配置第2芯片22b及第2芯片22b 2。
[0029]在包含第I芯片22a在內(nèi)的區(qū)域的正下方設置第I各向異性高導熱體2?及第I各向異性高導熱體2bi，在包含第2芯片22bi和第2芯片22b 2在內(nèi)的區(qū)域的正下方設置第2各向異性高導熱體2a2及第2各向異性高導熱體2b 2。此外，在功率模塊20的正下方配置熱傳導率在y方向和z方向上較高、在X方向上較小的第I各向異性高導熱體2&1及第2各向異性高導熱體2a2，在其下方配置熱傳導率在X方向和z方向上較高、在y方向上較小的第I各向異性高導熱體2bi和第2各向異性高導熱體2b 2，并與散熱器2密接。作為各向異性導熱體，能夠利用熱傳導率較高的方向的熱傳導率大于或等于1000W/mK的例如石墨類材料。
[0030]在上述冷卻裝置10中，如上所述，在特定的幾個芯片中集中地流過電流的情況下，第I芯片22a瞬間且局部地發(fā)熱量變?yōu)樽畲螅?芯片22匕和第2芯片22b 2的發(fā)熱量變?yōu)榈?大，第3芯片22Cl、第3芯片22?、第3芯片22c3幾乎不發(fā)熱。因此，由于第I芯片22a的發(fā)熱通過功率模塊20的配線基板21向第I各向異性高導熱體2?傳遞，在y方向和z方向上擴散，并且通過第I各向異性導熱體21^在X方向和z方向上擴散，向散熱器2傳遞，所以能夠抑制第I芯片22a的瞬間的溫度上升。另外，由于第2芯片22匕和第2芯片22b2的發(fā)熱通過功率模塊20的配線基板21向第2各向異性高導熱體2a 2傳遞，在y方向和z方向上擴散，并且通過第2各向異性導熱體2b2i X方向和z方向上擴散，向散熱器2傳遞，所以能夠抑制第2芯片Id1和第2芯片22b 2的瞬間的溫度上升。
[0031]另外，高導熱體在第I芯片22a的正下方、第2芯片221^和第2芯片22b 2的正下方，構成被截斷而獨立的2組熱分散路徑。因此，在由于通斷動作而使發(fā)熱量瞬間地增大時，第2芯片22匕和第2芯片22b 2的熱量主要在第2各向異性高導熱體2a 2和第2各向異性高導熱體2b2的內(nèi)部擴散。如果不截斷高導熱體，則由于第2芯片22b i和第2芯片22b 2這2個芯片發(fā)熱，因此發(fā)熱面積較大，熱量容易擴散至第I芯片22a正下方的區(qū)域，對第I芯片22a的冷卻產(chǎn)生影響。與此相對，在本實施方式中，由于高導熱體被截斷，因此第2芯片221^和第2芯片22b 2的熱量難以流入第I芯