半导体装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体装置，其包括循环且分配用于冷却半导体元件的冷却剂的冷却器。
【背景技术】
[0002]由混合动力汽车、电动汽车等所代表的使用马达的设备利用节省能源的电力转换装置。电力转换装置通常利用半导体模块。半导体模块包括用于控制大电流的电力半导体兀件(power semiconductor element)。
[0003]当电力半导体元件控制大电流的情况下该元件的发热量大。由于要求半导体模块小型化或重量轻且输出密度趋于上升，因此电力转换效率取决于在包括多个电力半导体元件的半导体模块中的电力半导体元件的冷却方法。
[0004]为了改进半导体模块的冷却效率，传统上已经使用液冷式冷却器。这种液冷式冷却器包括作为散热器的翅片，并且通过使冷却剂流动以在冷却器中循环来执行冷却。为了改进冷却效率，已经对液冷式冷却器做出各种细化，诸如增大冷却剂的流量、通过翅片的微型化和复杂化来改进导热系数、以及改进构成翅片的材料的导热率。
[0005]然而，当增大了冷却器中冷却剂的流量或者翅片具有能得到优异的导热系数的形状的情况下，可能发生冷却器内部的冷却剂的压力损失增加等的问题。特别地，公开了使用多个翅片用来冷却多个电力半导体元件的冷却器，其中翅片串联地设置在流路中(专利文献I)，并且在具有这种构造的冷却器中压力损失的增加是显著的。为了减少这种压力损失，需要改进了冷却效率而冷却剂流量低的构造，并希望翅片并列配置在流路中。
[0006]通过在流路中并列配置翅片来维持冷却性能且减少冷却剂的压力损失的冷却器的示例包括如下的那些冷却器:在这些冷却器中，用于导入冷却剂的导入路径和用于排出冷却剂的排出路径彼此平行地配置并且在导入路径和排出路径之间的冷却流路中并列配置多个翅片(专利文献2、3、4)。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2012-64609号公报
[0010]专利文献2:日本特开2004-103936号公报
[0011]专利文献3:日本特开2001-35981号公报
[0012]专利文献4:日本特开2011-155179号公报
【发明内容】
[0013]发明要解决的问题
[0014]然而，尽管在专利文献2至专利文献4中说明的冷却器中已经通过改进在壳体中的翅片或流路来改进冷却性能，但是仍发生基于冷却剂的导入口、排出口的形状、它们的连接部等的压力损失。因此，这种冷却器已经包括如下的流路:其中，尽管考虑到涡流的产生，但是主要在导入口、排出口之间的连接部等处产生的压力增加大并且泵上的负荷大。为此原因，当考虑冷却器的整个系统的情况下，为了有效地得到稳定的冷却性能而使负荷变大。当相对于泵性能的负荷大的情况下，需要具有大容量的泵或者冷却剂的流量减小的设计，并且产生了半导体元件的发热温度升高等的问题，元件寿命变短，或者容易发生故障等。
[0015]在将冷却器小型化且薄型化来用于汽车等用途的同时，需要冷却器具有足够的冷却性能。因此，对于小型化且薄型化的冷却器，需要使得冷却剂的压力损失降低。
[0016]有鉴于上述几点做出本发明，本发明的目的在于提供一种包括如下冷却器的半导体装置:其中，通过改进冷却剂的导入口、排出口的连接部等的形状，能够减小在连接部等处的压力损失。
[0017]用于解决问题的方案
[0018]为了实现上述目的，提供如下的半导体装置。
[0019]一种半导体装置，其包括:绝缘电路基板；半导体元件，半导体元件搭载于绝缘电路基板；以及冷却器，冷却器冷却连接到绝缘电路基板的半导体元件。冷却器包括:散热基板，散热基板接合到绝缘电路基板；翅片，翅片设置于散热基板的与绝缘电路基板接合的接合面相反的面；壳体，壳体容纳翅片，并且壳体连接到散热基板；冷却剂的导入口和排出口，导入口和排出口设置于壳体的彼此相对的侧壁，并且导入口和排出口设置于壳体的对角的位置；导入路径，导入路径连接到导入口且沿着壳体的设置有导入口的第一侧壁的内表面形成；排出路径，排出路径连接到排出口且沿着壳体的设置有排出口的第二侧壁的内表面形成；以及冷却流路，冷却流路形成于导入路径和排出路径之间的容纳翅片的位置处。导入口的开口的高度大于导入路径的高度，在导入口和导入路径之间的连接部处设置以从所述连接部的底面开始沿所述导入路径的长度方向越远离所述连接部的底面、高度越小的方式倾斜的倾斜面。
[0020]发明的效果
[0021]考虑到冷却器的小型化和薄型化对压力损失造成的不利影响，根据本发明的半导体装置，可以通过部分地扩大在导入口和排出口处连接配管的连接部的流路来减小压力上升。因而，能够有效地冷却配置在冷却器的外表面上的半导体元件，并且减小了循环冷却剂的泵上的负荷，由此能够实现半导体元件的稳定工作。
【附图说明】
[0022]图1是示出本发明的半导体模块的外观的立体图。
[0023]图2是示出图1的半导体模块的一示例的沿I1-1I线的箭头方向的截面图的示意图。
[0024]图3是示出构成为半导体模块的电力转换电路的一示例的图。
[0025]图4是示出冷却器的壳体的主要部分的构造的立体图。
[0026]图5是示出图4的壳体的内部结构的平面图。
[0027]图6是示出两种形状的翅片的图:(a)是示出叶片翅片(blade fin)的立体图；而(b)是示出波纹翅片(corrugated fin)的立体图。
[0028]图7是示出实施例的连接部的示意性截面图。
[0029]图8是图5的沿VII1-VIII线的箭头方向的截面图。
[0030]图9是示出比较例I的冷却器的主要部分的构造的平面图。
[0031]图10是示出在比较例I和实施例中的冷却剂的导入口和排出口之间的压力差的图表。
[0032]图11是示出比较例2的连接部的示意性截面图。
[0033]图12是示出在比较例2和实施例中的冷却剂的导入口和排出口之间的压力差的图表。
[0034]附图标记说明
[0035]I半导体模块
[0036]IlA至11F、12A至12F电路元件单元
[0037]13绝缘电路基板
[0038]13a绝缘基板
[0039]13b、13c 导电层(conductive layer)
[0040]14、I5半导体元件
[0041]16、17 接合层
[0042]20冷却器
[0043]21散热基板
[0044]22 壳体
[0045]23 翅片
[0046]24导入路径
[0047]25排出路径
[0048]26冷却流路
[0049]27 导入口
[0050]271连接部
[0051]28 排出口
[0052]281连接部
[0053]31、32逆变器电路
[0054]33,34三相交流马达
[0055]C 间隙
【具体实施方式】
[0056]将参照附图具体地说明本发明的半导体装置的实施方式。参照在附图中的方向使用诸如“上”、“下”、“底”、“前”和“后”等的表示方向的术语。
[0057]图1是示出作为本发明的半导体装置的一实施方式的半导体模块的一示例的外观的立体图。图2的(a)是示出图1的半导体模块的沿I1-1I线的箭头方向的截面图的示意图，图2的(b)是图2的(a)的局部放大示意图。
[0058]如图1、图2的(a)和图2的(b)所示，半导体模块I包括多个电路元件单元IlA至11F、12A至12F和与电路元件单元IlA至11F、12A至12F连接的冷却器20。
[0059]电路元件单元IIA至11F、12A至12F中的每一个均具有如下的构造:在该构造中，两种半导体元件14、15中的每一种都有两个半导体元件，总共四个半导体元件被安装在绝缘电路基板13上。如图2的(b)所示，绝缘电路基板13具有如下的构造:导电层13b、13c形成在绝缘基板13a的两侧。
[0060]可以使用诸如氮化铝或氧化铝等的绝缘陶瓷基板作为绝缘电路基板13的绝缘基板13a。可以通过使用诸如铜或铝等的金属(例如，铜箔)来形成导电层13b、13c。
[0061]通过使用诸如焊料(solder)等的接合层16将半导体元件14、15接合到绝缘电路基板13的导电层13b侧，并且通过接合层16或经由结合线(未示出)将半导体元件14、15电连接到导电层13b。经由接合层17将安装有半导体元件14、15的绝缘电路基板13的另一导电层13c侧接合到的冷却器20的散热基板21。
[0062]因而，绝缘电路基板13和半导体元件14、15处于如下的状态:它们被可导热地连接到冷却器20。在导电层13b、13c上露出的表面上或者在电连接半导体元件14