冷却器及具有该冷却器的半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的在于提供零件个数较少、结构简单、并能在温度高时自动提高冷却能力的冷却器以及容易组装的半导体装置。冷却器对半导体模块进行冷却，该冷却器包括：顶板(20)；套筒(21)，该套筒具有侧板(21a)和底板(21b)，且侧板(21a)固接于顶板(20)；制冷剂流入口(23)，该制冷剂流入口(23)使制冷剂流入由顶板(20)和套筒(21)围住的空间；制冷剂流出口(24)，该制冷剂流出口(24)使制冷剂从所述空间流出；多个翅片(22)，这多个翅片(22)固接于顶板(20)，并分别以分离的方式配置于套筒(21)内的主制冷剂路的左右，且被配置成朝主制冷剂路的流入侧倾斜；导热销(25)，该导热销(25)配置于翅片(22)的制冷剂流入侧的顶板(20)；以及弯曲板状的双金属阀(26)，该双金属阀(26)的一端与导热销(25)连接，另一端是自由端。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对半导体模块进行冷却的冷却器及具有该冷却器的半导体装置。
技术介绍
目前，半导体模块及其冷却器采用以下结构。图5是将现有的半导体模块500a安装于冷却器500b的结构图，图5(a)是从背面透视冷却器的底板的主要部分俯视图，图5(b)是用X — X线剖开的主要部分剖视图，图5(c)是用Y—Y线剖开的主要部分剖视图。半导体模块500a包括:金属底座51;六个电路基板54，该电路基板54具有绝缘基板54a、绝缘基板54a的表面的电路部54b、绝缘基板54a的背面的金属部54c;以及多个半导体芯片58，这多个半导体芯片58分别固接于各电路部54b。包括:第一外部端子59a，该第一外部端子59a与半导体芯片58连接;第二外部端子59b，该第二外部端子59b与电路部54b连接；以及树脂部60，该树脂部60使金属底座51的背面、第一外部端子59a的前端部、第二外部端子59b的前端部露出而对整体进行密封。将利用锡焊等接合构件使固接有半导体翅片58的电路基板54、第一外部端子59a、第二外部端子59b组装而成的组装体称为中间组装体52。此处，示出了装设有六个中间组装体52的情况。通常，该中间组装体52包括例如IGBT(绝缘栅极型双极晶体管)芯片和与该芯片反并联的FWD(自由轮二极管)芯片。冷却器500b包括:顶板70;套筒71，该套筒71固定于顶板70;以及翅片72，该翅片72配置于套筒71内，并与冷却水的水流平行配置，且固定于顶板70。套筒71是具有侧板71a和底板71b的凹状的箱子，在侧板71a上设有制冷剂流入口 73和制冷剂流出口 74。翅片72同样地平行配置于套筒71内，翅片72的形状为平板。通过使制冷剂在相邻的翅片72间流动，从而冷却各中间组装体52。半导体装置500由半导体模块500a和冷却器500b构成，在半导体模块500a的金属底座51上涂布有例如导热膏78，通过螺栓紧固、带子等将半导体模块500a固定于冷却器500b ο此处，装设有多个半导体芯片58的半导体模块500a的冷却由一个冷却器500b进行，其冷却能力的控制是通过调节制冷剂的流量而进行的。例如，在专利文献I中，记载有一种散热器，该散热器具有双金属结构的冷却翅片，因温度而朝彼此相反的朝向翘曲，使表面积变大而提高冷却能力。另外，在专利文献2中，记载有一种冷却装置，该冷却装置通过非冷却体用热管将热量传递至双金属，通过双金属的变形来构成翼片，以使冷却风的风量变化。另外，在专利文献3中，记载了一种冷却装置，该冷却装置将从在基板上固接有多个半导体芯片的多芯片模块的各半导体芯片产生的热量传递至相对设置的冷却套筒，并按每个模块进行一并冷却，分别个别地检测上述基板上的半导体芯片的温度，并以上述检测温度为基准个别地控制上述半导体芯片的冷却。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利特开平4-303954号公报专利文献2:日本专利特开2011-144900号公报专利文献3:日本专利特开平4-152659号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题在图5所示的半导体装置500中，有时因装设的多个半导体芯片58各自的特性、动作状态的不同而在主表面内形成温度分布。例如，在图6中示出了半导体芯片58进行动作而使温度升高的部位81。温度升高的半导体芯片58的正下方的绝缘基板54也在部位81升高温度。水流80在翅片72之间同样地流动，若其冷却能力没有差别，则水流80的温度在部位81比其它部位上升20°C?30°C左右。另外，当半导体芯片58间存在温度差时，半导体装置500的性能是根据温度最高的半导体芯片58的最高动作温度确定的。另外，当在半导体装置500中存在温度分布时，在中间组装体52的各构件的热膨胀量中会产生差别，各构件可能会发生变形，而影响可靠性。上述专利文献提出了各种对策，但还不够。例如，在专利文献I中未记载有将双金属阀安装于冷却器。在专利文献2中，未记载有增加冷却器内温度升高的部位的冷却介质的量而提高冷却能力。在专利文献3中，未记载有使制冷剂朝半导体芯片的背面侧垂直地触碰、并使冷却介质(水)在水平方向上流动。本专利技术的目的在于解决上述技术问题，提供零件个数较少、结构简单、并能在温度升高时自动提高冷却能力的冷却器以及容易组装的半导体装置。解决技术问题所采用的技术方案为了实现上述目的，本专利技术的冷却器对半导体模块进行冷却，其特征在于，包括:顶板;套筒，该套筒具有侧板和底板，且上述侧板固接于上述顶板;制冷剂流入口，该制冷剂流入口使制冷剂流入由上述顶板和上述套筒围住的空间；制冷剂流出口，该制冷剂流出口使制冷剂从上述空间流出；多个翅片，这多个翅片固接于上述顶板，并分别以分离的方式配置于上述套筒内的主制冷剂路的左右，且被配置成朝上述主制冷剂路的流入侧倾斜；导热销，该导热销配置于上述翅片的制冷剂流入侧，且配置于上述顶板；以及板状的双金属阀，该双金属阀是弯曲的，一端与上述导热销连接，另一端是自由端。根据本专利技术的冷却器，当半导体芯片的温度升高时，能利用双金属阀自动地增加制冷剂流量，并能抑制半导体芯片的温度上升。另外，零件个数较少，结构简单，因此，容易组装。另外，在本专利技术的冷却器中，较为理想的是，上述翅片的倾斜角度以主制冷剂路为基准处于30度以上60度以下的范围。根据上述结构，能有效地从主制冷剂路获取在翅片间中流动的制冷剂流。另外，在本专利技术的冷却器中，较为理想的是，上述制冷剂是液体。根据上述结构，制冷剂的比热比气体的比热大，因此，能提高冷却能力。另外，在本专利技术的冷却器中，更为理想的是，在上述主制冷剂路的下游侧、且在上述制冷剂流出口的前方包括阻止板。根据上述结构，与制冷剂直接从主制冷剂路流动至制冷剂流出口的情况相比，压力损失增加，因此，利用阻止板增加朝上游侧的翅片间流动的制冷剂流量。这样，能提高冷却器的冷却能力。另外，在本专利技术的冷却器中，较为理想的是，相邻的上述导热销的设置间隔为相邻的翅片彼此的间隔的两倍以上。根据上述结构，能防止双金属阀间的相互干涉。另外，在本专利技术的冷却器中，较为理想的是，上述双金属阀能变形为朝制冷剂流入方向弯曲的第一形状和随着温度比上述第一形状时的温度高而接近直线状的第二形状，在上述第一形状时，上述双金属阀的上述自由端与相邻的上述翅片之间的距离同相邻的上述翅片彼此的间隔相等。根据上述结构，比起第一形状时，双金属阀能在第二形状时获取更多的制冷剂。这样，温度进一步升高的部位的双金属阀能变形为第二形状，并能增加制冷剂的获取量。另外，在本专利技术的冷却器中，较为理想的是，上述双金属阀是将第一金属片与第二金属片接合而形成的，该第二金属片的膨胀率比上述第一金属片的膨胀率高，上述第一金属片是铁和镍的合金板，上述第二金属片是在铁和镍的合金板中添加了从由锰、铬、铜构成的一组金属中选择出的一种或多种金属而获得的。根据上述结构，能获得具有第一形状和第二形状的双金属阀。在本专利技术的冷却器中，较为理想的是，上述双金属阀的厚度为0.5mm以上、5mm以下。[当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却器，对半导体模块进行冷却，其特征在于，包括：顶板；套筒，该套筒具有侧板和底板，且所述侧板固接于所述顶板；制冷剂流入口，该制冷剂流入口使制冷剂流入由所述顶板和所述套筒围住的空间；制冷剂流出口，该制冷剂流出口使制冷剂从所述空间流出；多个翅片，这多个翅片固接于所述顶板，并分别以分离的方式配置于所述套筒内的主制冷剂路的左右，且被配置成朝所述主制冷剂路的流入侧倾斜；导热销，该导热销配置于所述翅片的制冷剂流入侧的所述顶板；以及板状的双金属阀，该双金属阀是弯曲的，所述双金属阀的一端与所述导热销连接，另一端是自由端。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：小山贵裕，寺沢德保，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP