本發(fā)明涉及例如用于大功率的通斷的半導體裝置。

背景技術：

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

專利文獻1：日本特開平02-271560號公報

專利文獻2：日本特開2005-302898號公報

技術實現(xiàn)要素：

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

本發(fā)明涉及的半導體裝置的特征在于，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半導體元件，其設置于該基座板之上；第2半導體元件，其設置于該基座板之上；第1鰭片，其是在該第1半導體元件的正下方的該基座板的背面設置的，位于該冷卻套之中；第2鰭片，其是在該第2半導體元件的正下方的該基座板的背面設置的，位于該冷卻套之中；以及分離器，其設置于該冷卻套之中，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，向多個半導體元件各自供給未使用的冷媒，因此能夠將多個半導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涉及的半導體裝置的斜視圖。

圖10是實施方式4涉及的半導體裝置的斜視圖。

圖11是控制部的硬件結構圖。

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體裝置進行說明。對相同或對應的結構要素標注相同的標號，有時省略重復的說明。

實施方式1.

圖1是本發(fā)明的實施方式1涉及的半導體裝置的分解圖。該半導體裝置具備由金屬形成的基座板10。在基座板10之上設置有絕緣基板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體元件14a、14b。半導體元件14a例如是igbt，半導體元件14b例如是二極管。將3個半導體元件14a和3個半導體元件14b統(tǒng)稱為第1半導體元件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體元件18a、18b。半導體元件18a例如是igbt，半導體元件18b例如是二極管。將3個半導體元件18a和3個半導體元件18b統(tǒng)稱為第2半導體元件18。這樣，在基座板10之上設置有第1半導體元件14和第2半導體元件18。半導體裝置作為整體構成3相交流逆變器。第1半導體元件14構成上橋臂元件，第2半導體元件18構成下橋臂元件。

在基座板10的四角開設有貫通孔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是為了對冷媒進行引導而設置的。分離器30具備第1引導部30a和第2引導部30b、30c。第1引導部30a是沿y方向延伸的u字管。由第1引導部30a提供沿y方向延伸的流路30d。第2引導部30b、30c是與第1引導部30a的上端連接的板狀部件。在第2引導部30b和第2引導部30c之間有一定寬度的間隙30e。

第1引導部30a和第2引導部30b、30c的y負方向端部構成一個表面。將該表面稱為第1接觸面30a。第1引導部30a和第2引導部30b、30c的y正方向端部構成一個表面。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引導部30a和第2引導部30b、30c與第1面50a和第2面50b相接。

在分離器30(第2引導部30b)和冷卻套50的第3面50c之間設置有間隙60。在分離器30(第2引導部30c)和冷卻套50的第4面50d之間設置有間隙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半導體元件14的正下方的基座板10的背面設置的鰭片22稱為第1鰭片22a。將在第2半導體元件18的正下方的基座板10的背面設置的鰭片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引導部30b接觸，第2鰭片22b的前端與第2引導部30c接觸。

對冷媒的流動進行說明。從流入口50b流入的冷媒被導入至由第1引導部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負方向分開。向x負方向前進的冷媒穿過第2引導部30b和基座板10的背面之間的空間，對第1鰭片22a進行冷卻。向x正方向前進的冷媒穿過第2引導部30c和基座板10的背面之間的空間，對第2鰭片22b進行冷卻。這樣，通過第2引導部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。

對第1鰭片22a進行了冷卻的冷媒經(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涉及的半導體裝置的特征的理解變得容易，對對比例進行說明。圖4是對比例涉及的半導體裝置的剖視圖。該半導體裝置是通過對第1鰭片22a進行了冷卻的冷媒而對第2鰭片22b進行冷卻，因此第2半導體元件18的冷卻不充分。因此，與第1半導體元件14相比第2半導體元件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分別進行冷卻。由此，始終對第1半導體元件14和第2半導體元件18供給相同溫度的冷媒，因而能夠將它們的溫度的波動降低。特別是，就通過上下橋臂進行逆變器驅動的半導體裝置而言，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，從而能夠將半導體元件的溫度波動降低。

此外，例如混合動力車輛用的半導體裝置具備保護系統(tǒng)，該保護系統(tǒng)對多個半導體元件的溫度分別進行監(jiān)視，如果某個半導體元件的溫度超過預先設定的溫度，則對模塊(半導體裝置)的負載率進行限制。在半導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，特定的半導體元件的溫度變高，則保護系統(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，從電動機驅動向發(fā)動機驅動的負載切換提前，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涉及的半導體裝置，特別適合應用于上述的混合動力車輛。通過如實施方式1的半導體裝置所示降低多個半導體元件的溫度波動，從而能夠使保護系統(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內發(fā)生位置錯動。

分離器30只要設置于冷卻套50之中，對從流入口50b流入至冷卻套50之中的冷媒進行分割，對第1鰭片22a和第2鰭片22b通過不同的冷媒進行冷卻即可，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的方向對冷媒進行引導的第1間隙30f、和向第2鰭片22b的方向對冷媒進行引導的第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引導部30b、30c接觸，但也可以在兩者之間設置一些間隙。第1半導體元件14和第2半導體元件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，構成第1半導體元件14的元件的數(shù)量和構成第2半導體元件18的元件的數(shù)量也并不特別限定。

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

實施方式2.

圖7是實施方式2涉及的半導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，設想的是與第1半導體元件14相比第2半導體元件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半導體元件18進行冷卻，從而將第1半導體元件14和第2半導體元件18的溫度波動降低。

例如，在dc-dc轉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的寬度進行調整，從而能夠將多個半導體元件的溫度波動降低。此外，根據(jù)半導體元件的驅動條件而對間隙的大小適當?shù)貎?yōu)化。

為了使對第2鰭片22b進行冷卻的冷媒的流量比對第1鰭片22a進行冷卻的冷媒的流量更大，將間隙62的寬度設為比間隙60的寬度大是重要的。只要將間隙62的寬度設為比間隙60的寬度大，分離器的形狀能夠進行各種變形。例如，也可以將圖5的分離器的第2引導部30c與冷卻套50的側面之間的間隙的寬度設為比第2引導部30b與冷卻套50的側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，可以自由地設定。

實施方式3.

圖9是實施方式3涉及的半導體裝置的斜視圖。第1半導體元件14具備內置有片上溫度傳感器的半導體元件14c。將對第1半導體元件14的溫度進行測定的部分(片上傳感器)稱為第1溫度測定部。第2半導體元件18具備內置有片上溫度傳感器的半導體元件18c。將對第2半導體元件18的溫度進行測定的部分(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構。

在將從第1流出口50c排出的冷媒向外部引導的配管50e安裝有第1調節(jié)器150。第1調節(jié)器150對從第1流出口50c排出的冷媒的量進行調整。在將從第2流出口50d排出的冷媒向外部引導的配管50f安裝有第2調節(jié)器152。第2調節(jié)器152對從第2流出口50d排出的冷媒的量進行調整。向第1調節(jié)器150和第2調節(jié)器152連接有對它們進行控制的控制部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調節(jié)器150進行控制，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調節(jié)器152進行控制，使從第2流出口50d排出的冷媒的量增加。這樣，防止一方的半導體元件的溫度比另一方的半導體元件高，將多個半導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調節(jié)器150和第2調節(jié)器152進行控制。在該情況下，將第1調節(jié)器150和第2調節(jié)器152的開度設為在通常時(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個調節(jié)器的開度之和保持恒定，從而能夠將冷媒的壓力損失保持恒定。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涉及的半導體裝置的斜視圖。將第2流出口50d的開口面積設為比第1流出口50c的開口面積大。與此對應，配管50f設為內徑比配管50e大。從第2流出口50d排出的冷媒的量通過調節(jié)器160進行調整?？刂撇?54對調節(jié)器160進行控制。

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，對調節(jié)器160進行控制，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半導體元件14的冷卻進行促進。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，對調節(jié)器160進行控制，使從第2流出口50d排出的冷媒的量增加。由此，能夠對第2半導體元件18的冷卻進行促進。這樣，通過對溫度高的半導體元件的冷卻進行促進，從而能夠將多個半導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，如圖10所示，使配管50f的內徑比配管50e的內徑大。通過對安裝于較粗的配管50f的調節(jié)器160進行調整，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是控制部的硬件結構圖?？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，由此決定調節(jié)器160(在實施方式3中是第1調節(jié)器150和第2調節(jié)器152)的控制內容。將決定出的控制內容通過輸出裝置154d向調節(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體裝置的特征適宜地組合而提高本發(fā)明的效果。

標號的說明

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