[go: up one dir, main page]

JP4699820B2 - Power semiconductor module - Google Patents

Power semiconductor module Download PDF

Info

Publication number
JP4699820B2
JP4699820B2 JP2005189035A JP2005189035A JP4699820B2 JP 4699820 B2 JP4699820 B2 JP 4699820B2 JP 2005189035 A JP2005189035 A JP 2005189035A JP 2005189035 A JP2005189035 A JP 2005189035A JP 4699820 B2 JP4699820 B2 JP 4699820B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power semiconductor
cooling
diode
semiconductor element
flow path
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005189035A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007012722A (en
Inventor
健次 大串
義彦 東谷
武士 加藤
賢一 野中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2005189035A priority Critical patent/JP4699820B2/en
Publication of JP2007012722A publication Critical patent/JP2007012722A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4699820B2 publication Critical patent/JP4699820B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48111—Disposition the wire connector extending above another semiconductor or solid-state body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191—Disposition
    • H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19107—Disposition of discrete passive components off-chip wires

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

本発明はパワー半導体モジュールに関し、特に、液冷式冷却器上に配置される複数の冷却対象の位置関係を冷却液の流れを考慮して最適に設計して冷却性能を高めた車載用のパワー半導体モジュールに関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a power semiconductor module, and more particularly, a vehicle-mounted power whose cooling performance is improved by optimally designing the positional relationship of a plurality of cooling objects arranged on a liquid cooling type cooler in consideration of the flow of cooling liquid. The present invention relates to a semiconductor module.

パワー半導体素子を実装してパワー半導体モジュールを構成するとき、パワー半導体素子が発熱するため、通常、パワー半導体素子の温度上昇を抑えるため放熱用のヒートシンクが必要である。以前は、ヒートシンクとして空冷式のものを主に用いていた。しかし近年では、放熱をより効率的に行うため、特許文献１に開示されるようにヒートシンクの表面にパワー半導体素子を取り付けかつヒートシンクの裏側に冷却水路を形成し、その冷却水路によって冷却する構造のパワー半導体モジュールや、特許文献２〜４に開示されるようにヒートシンクの内部に冷却水の流路を設けた構造のパワー半導体モジュールが提案されている。   When a power semiconductor element is configured by mounting a power semiconductor element, the power semiconductor element generates heat. Therefore, a heat sink for heat dissipation is usually required to suppress a temperature rise of the power semiconductor element. In the past, air-cooled heat sinks were mainly used. However, in recent years, in order to perform heat dissipation more efficiently, as disclosed in Patent Document 1, a power semiconductor element is attached to the surface of the heat sink, a cooling water channel is formed on the back side of the heat sink, and cooling is performed by the cooling water channel. Power semiconductor modules and power semiconductor modules having a structure in which a cooling water flow path is provided inside a heat sink as disclosed in Patent Documents 2 to 4 have been proposed.

上記特許文献２〜４についてさらに説明を加える。特許文献２で開示されるパワー半導体モジュールでは、冷却水の流路を設けたヒートシンクの片面にすべてのパワー半導体素子とキャパシタを実装した構造をとっている。また特許文献３で開示されるパワー半導体モジュールでは、ヒートシンクの表面に、ヒートシンクの内部の冷却水の配管の上流側から下流側に沿ってパワー半導体素子を配置する構造をとっている。さらに特許文献４で開示されるパワー半導体モジュールでは、ヒートシンク（導電部材）の表面に、ヒートシンク内の冷却水配管の上流側から下流側に沿ってパワー半導体素子を配置し、かつヒートシンク内を貫通する配管をＵターンさせて上流側と下流側を同一方向に取り出した構造にしている。配管をＵターンさせたことにより形成された２本の配管に沿って、それらの配管の上側にパワー半導体素子は配置されている。   The above Patent Documents 2 to 4 will be further described. The power semiconductor module disclosed in Patent Document 2 has a structure in which all power semiconductor elements and capacitors are mounted on one surface of a heat sink provided with a cooling water flow path. In addition, the power semiconductor module disclosed in Patent Document 3 has a structure in which power semiconductor elements are arranged on the surface of the heat sink from the upstream side to the downstream side of the cooling water pipe inside the heat sink. Further, in the power semiconductor module disclosed in Patent Document 4, the power semiconductor element is disposed on the surface of the heat sink (conductive member) from the upstream side to the downstream side of the cooling water pipe in the heat sink and penetrates through the heat sink. The pipe is U-turned so that the upstream side and the downstream side are taken out in the same direction. A power semiconductor element is arranged on the upper side of the two pipes formed by making the pipes U-turn.

ここで、冷却対象であるパワー半導体モジュールの一例として、電気自動車における走行用三相交流モータの駆動用インバータとして用いられるパワー半導体モジュールを挙げる。上記のインバータ用パワー半導体モジュールは、それぞれコレクタ・エミッタ間に転流ダイオードが付設された６つのＩＧＢＴをスイッチ素子として用いてブリッジ形回路を形成するように結線して構成される。このインバータ用パワー半導体モジュールは、各相ごとに直流電流をオン・オフしてパルス状の交流電流に変換して走行用モータに供給する。電気自動車の走行用三相交流モータの駆動用のインバータを形成するパワー半導体モジュールでは、パワー半導体モジュール内で電気自動車の走行速度に応じて不均一な熱分布や温度勾配が発生するという特性を有しており、それ故に、６つのＩＧＢＴおよび転流ダイオードを、内部に冷却液流路を有する液冷式のヒートシンク（冷却器）上に最適な位置関係で配置し、効率よく冷却することが要望される。
特開平１１−３４６４８０号公報 特開２００１−３３２６７９号公報 特開２００２−９３９７４号公報 特許第３５５６１７５号公報 Here, as an example of the power semiconductor module to be cooled, a power semiconductor module used as an inverter for driving a traveling three-phase AC motor in an electric vehicle is cited. The inverter power semiconductor module is configured by connecting so as to form a bridge-type circuit using six IGBTs each having a commutation diode provided between a collector and an emitter as switching elements. In this inverter power semiconductor module, a direct current is turned on / off for each phase, converted into a pulsed alternating current, and supplied to a traveling motor. A power semiconductor module that forms an inverter for driving a three-phase AC motor for driving an electric vehicle has a characteristic that non-uniform heat distribution and temperature gradient are generated in the power semiconductor module according to the traveling speed of the electric vehicle. Therefore, it is desired that six IGBTs and commutation diodes be arranged in an optimal positional relationship on a liquid-cooled heat sink (cooler) having a cooling liquid flow path therein to efficiently cool them. Is done.
JP-A-11-346480 JP 2001-332679 A JP 2002-93974 A Japanese Patent No. 3556175

前述した特許文献３および特許文献４等で開示されるパワー半導体モジュールでは、ヒートシンクの表面にヒートシンクの内部の冷却水配管の上流側から下流側に沿って複数のパワー半導体素子を配置する構造を採用している。このため、配管中を流れる冷却水の温度は、上流側が低温、下流側が高温になり、上流側と下流側では冷却性能が大いに異なる。下流側では、上流側の吸熱で冷却液温度が上昇するため、冷却能力が非常に低下することになる。その結果、ヒートシンクにおいて、上流側に対応する表面箇所に配置されたパワー半導体素子と、下流側に対応する表面箇所に配置されたパワー半導体素子との間において、冷却効率に大きな違いが生じる。特に、冷却液流路の下流側に対応するヒートシンク表面上に配置されたパワー半導体素子での冷却能力は低減するという不具合が生じる。   The power semiconductor modules disclosed in Patent Document 3 and Patent Document 4 described above adopt a structure in which a plurality of power semiconductor elements are arranged on the surface of the heat sink from the upstream side to the downstream side of the cooling water pipe inside the heat sink. is doing. For this reason, the temperature of the cooling water flowing in the piping is low on the upstream side and high on the downstream side, and the cooling performance differs greatly between the upstream side and the downstream side. On the downstream side, the cooling liquid temperature rises due to the endothermic heat on the upstream side, so that the cooling capacity is greatly reduced. As a result, in the heat sink, there is a great difference in cooling efficiency between the power semiconductor element disposed at the surface portion corresponding to the upstream side and the power semiconductor element disposed at the surface portion corresponding to the downstream side. In particular, there arises a problem that the cooling capacity of the power semiconductor element disposed on the heat sink surface corresponding to the downstream side of the coolant flow path is reduced.

本発明の目的は、上記の課題を鑑み、冷却液流路を有するヒートシンク等の冷却用基体とその上に実装される複数のパワー半導体素子とで構成されるパワー半導体モジュールであり、ヒートシンク等の表面上でパワー半導体素子の実装位置を最適に定めることにより冷却液の温度上昇を適切化して各パワー半導体素子の冷却効率を高めることを企図したパワー半導体モジュールを提供することにある。   In view of the above problems, an object of the present invention is a power semiconductor module including a cooling base body such as a heat sink having a coolant flow path and a plurality of power semiconductor elements mounted thereon. An object of the present invention is to provide a power semiconductor module intended to increase the cooling efficiency of each power semiconductor element by optimizing the temperature rise of the coolant by optimally determining the mounting position of the power semiconductor element on the surface.

本発明に係るパワー半導体モジュールは、上記の目的を達成するために、次のように構成される。   In order to achieve the above object, a power semiconductor module according to the present invention is configured as follows.

第１のパワー半導体モジュール（請求項１に対応）は、冷却液を流す冷却用流路を有する冷却用基体と、冷却用基体の表裏に実装される少なくとも４つのパワー半導体素子とから構成されるパワー半導体モジュールであって、冷却用基体は冷却液供給流路と冷却液排出流路を有し、冷却用流路は、冷却液供給流路と冷却液排出流路との間に複数、それぞれ平行な位置関係で配置され、パワー半導体素子は、スイッチ機能を備えるスイッチング半導体素子と、ダイオードとから成るインバータ回路を形成し、１つのスイッチング半導体素子と１つのダイオードとを冷却用流路における冷却液の流通方向に沿って直列に配置すると共に、冷却用基体の一方の面にインバータ回路の高電位側のスイッチング半導体素子とダイオードを実装し、他方の面にインバータ回路の低電位側のスイッチング半導体素子とダイオードを実装し、冷却用基体の表裏の面の間で前記スイッチング半導体素子の実装位置と前記ダイオードの実装位置を一致させる、ことで特徴づけられる。 The first power semiconductor module (corresponding to claim 1) is composed of a cooling base having a cooling flow path for flowing a coolant and at least four power semiconductor elements mounted on the front and back of the cooling base. In the power semiconductor module, the cooling substrate has a cooling liquid supply flow path and a cooling liquid discharge flow path, and there are a plurality of cooling flow paths between the cooling liquid supply flow path and the cooling liquid discharge flow path. The power semiconductor elements are arranged in a parallel positional relationship, and the power semiconductor element forms an inverter circuit including a switching semiconductor element having a switching function and a diode, and one switching semiconductor element and one diode are connected to the cooling liquid in the cooling flow path. The switching semiconductor element and the diode on the high potential side of the inverter circuit are mounted on one surface of the cooling substrate, and the other To implement the low potential side of the switching semiconductor element and the diode of the inverter circuit, between the front and back surfaces of the cooling body and the mounting position of the switching semiconductor element to match the mounting position of the diode, characterized by.

上記の構成では、１つのスイッチング半導体素子と１つのダイオードとを好ましくは直線状の冷却用流路における冷却液の流通方向に沿って直列に配置し、これにより発熱したスイッチング半導体素子またはダイオードが常に冷却液供給流路の側からの十分に冷却された状態の温度上昇をしていない冷却液により冷却される。このため、パワー半導体素子を効率よく冷却することが可能となり、冷却能力を高めることが可能となる。   In the above configuration, one switching semiconductor element and one diode are preferably arranged in series along the flow direction of the coolant in the linear cooling flow path so that the switching semiconductor element or the diode that generates heat is always Cooling is performed by the cooling liquid that has not sufficiently increased its temperature from the side of the cooling liquid supply channel. For this reason, it becomes possible to cool a power semiconductor element efficiently, and it becomes possible to improve a cooling capability.

第２のパワー半導体モジュール（請求項２に対応）は、冷却液を流す冷却用流路を有する冷却用基体と、前記冷却用基体の表裏に実装される少なくとも４つのパワー半導体素子とから構成されるパワー半導体モジュールであって、前記冷却用基体は冷却液供給流路と冷却液排出流路を有し、前記冷却用流路は、前記冷却液供給流路と前記冷却液排出流路との間に複数、それぞれ平行な位置関係で配置され、各冷却用流水路は、一つの前記冷却用流路は１つの前記パワー半導体素子だけから吸熱し、パワー半導体素子は、スイッチ機能を備えるスイッチング半導体素子と、ダイオードとから成るインバータ回路を形成し、冷却用基体の一方の面にインバータ回路の高電位側の前記スイッチング半導体素子とダイオードを実装し、他方の面にインバータ回路の低電位側の前記スイッチング半導体素子とダイオードを実装し、冷却用基体の表裏の面の間でスイッチング半導体素子の実装位置とダイオードの実装位置を一致させることで特徴づけられる。 The second power semiconductor module (corresponding to claim 2) is composed of a cooling base having a cooling flow path for flowing a coolant and at least four power semiconductor elements mounted on the front and back of the cooling base. The cooling substrate has a cooling liquid supply flow path and a cooling liquid discharge flow path, and the cooling flow path includes the cooling liquid supply flow path and the cooling liquid discharge flow path. A plurality of cooling channels are arranged in parallel with each other, and each cooling water channel absorbs heat from only one power semiconductor element, and the power semiconductor element has a switching function. An inverter circuit composed of an element and a diode is formed, the switching semiconductor element and diode on the high potential side of the inverter circuit are mounted on one surface of the cooling substrate, and the inverter is mounted on the other surface. Implement the switching semiconductor element and the diode of the low potential side of the over-capacitor circuit, characterized by matching the mounting position and the diode mounting position of the switching semiconductor element between the front and back surfaces of the cooling body.

上記の第２のパワー半導体モジュールの構成では、各冷却用流路は１つのパワー半導体素子のみを冷却するようにし、これにより十分に冷却された冷却液を用いてパワー半導体素子を効率よく冷却することが可能となる。   In the configuration of the second power semiconductor module, each cooling flow path cools only one power semiconductor element, thereby efficiently cooling the power semiconductor element using a sufficiently cooled coolant. It becomes possible.

上記の構成では、電気自動車の走行用モータに対して給電を行うインバータ等を構成するスイッチング半導体素子やダイオードのパワー半導体素子を、冷却用基体を挟んでその表裏の両面に実装する。特に、一方の面のスイッチング半導体素子の実装位置と他方の面のダイオードの実装位置が表裏関係で一致させるため、電気自動車の車速に応じて発熱時期が異なるスイッチング半導体素子とダイオードの発熱が冷却用基体上で時間的に分離され、基体における不均一な熱分布や温度勾配を低減することが可能となる。具体的には、基体の表面の或る位置にスイッチング半導体素子を実装しかつその裏面の同じ位置に転流ダイオードを実装することにより、実質的に同時に発熱することがないスイッチング半導体素子と転流ダイオードのそれぞれを効率よく冷却することが可能となる。これにより、冷却用基体において、同時に発熱する可能性のある複数のスイッチング半導体素子、または複数の転流ダイオードを基体の表裏の位置で局在させることを避けることが可能となる。上記のスイッチング半導体素子は、トランジスタであり、例えば、バイポーラトランジスタ、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＭＯＳＦＥＴ、接合型ＦＥＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）等である。   In the above configuration, the switching semiconductor element and the power semiconductor element of the diode constituting the inverter for supplying power to the driving motor of the electric vehicle are mounted on both the front and back sides of the cooling base. In particular, since the mounting position of the switching semiconductor element on one side and the mounting position of the diode on the other side are matched in a front-back relationship, the heat generated by the switching semiconductor element and the diode, whose heat generation time varies depending on the vehicle speed of the electric vehicle, is used for cooling. Separation in time on the substrate makes it possible to reduce uneven heat distribution and temperature gradient in the substrate. Specifically, by mounting the switching semiconductor element at a certain position on the surface of the substrate and mounting the commutation diode at the same position on the back surface thereof, the switching semiconductor element and the commutation that do not generate heat substantially simultaneously. Each of the diodes can be efficiently cooled. As a result, it is possible to avoid localizing a plurality of switching semiconductor elements or a plurality of commutation diodes that may generate heat at the same time on the front and back sides of the base in the cooling base. The switching semiconductor element is a transistor, for example, a bipolar transistor, an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a field effect transistor (FET), a MOSFET, a junction FET, a power MOSFET, or a static induction transistor (SIT). .

また冷却用基体の両面を利用してパワー半導体素子を実装するようにすることにより、投影面積または実装面積が小さいパワー半導体モジュール構造にすることができ、コンパクトな立体構造をとることができる。さらに基体の表裏の両面から接触受熱を行うことで冷却用基体の伝熱面を小容積で得られるため、冷却用基体の容積は小さくできる。上記のことから車載しても設置スペースが減少する。さらに冷却用基体における熱応力による変形はバランスされ、パワー半導体モジュール内部の変形（歪み）を抑えることができる。   Further, by mounting the power semiconductor element using both surfaces of the cooling substrate, a power semiconductor module structure having a small projected area or mounting area can be obtained, and a compact three-dimensional structure can be taken. Further, by performing contact heat reception from both the front and back surfaces of the substrate, the heat transfer surface of the cooling substrate can be obtained with a small volume, so the volume of the cooling substrate can be reduced. From the above, the installation space is reduced even if it is mounted on a vehicle. Furthermore, deformation due to thermal stress in the cooling substrate is balanced, and deformation (distortion) inside the power semiconductor module can be suppressed.

更に、冷却用基体の表裏面の一方の面にインバータを形成するブリッジ形回路の高電圧側回路部分を実装しかつ他方の面に低電圧側回路部分を実装し、冷却用基体の表裏面のスイッチング半導体素子とダイオードを接続したため、素子間の配線を短くでき、インダクタンス成分を低減することが可能となる。 Further , the high-voltage side circuit portion of the bridge-type circuit that forms the inverter is mounted on one surface of the front and back surfaces of the cooling substrate, and the low-voltage side circuit portion is mounted on the other surface. Since the switching semiconductor element and the diode are connected, the wiring between the elements can be shortened, and the inductance component can be reduced.

第３のパワー半導体モジュール（請求項３に対応）は、上記の構成において、好ましくは、ダイオードはスイッチング半導体素子に付加される転流ダイオードであることで特徴づけられる。 In the above configuration, the third power semiconductor module (corresponding to claim 3 ) is preferably characterized in that the diode is a commutation diode added to the switching semiconductor element.

第４のパワー半導体モジュール（請求項４に対応）は、上記の構成において、好ましくは、冷却用流路はマイクロチャンネルであることを特徴とする。 In a fourth power semiconductor module (corresponding to claim 4 ), preferably, the cooling flow path is a microchannel in the above configuration.

第５のパワー半導体モジュール（請求項５に対応）は、上記の構成において、好ましくは、マイクロチャンネルは、冷却用基体の表裏の面のそれぞれに対応して個別に設けられることを特徴とする。 In the fifth power semiconductor module (corresponding to claim 5 ), in the above structure, preferably, the microchannel is individually provided corresponding to each of the front and back surfaces of the cooling substrate.

本発明によれば、次の効果を奏する。
第１に、１つのスイッチング半導体素子と１つのダイオードとを冷却用流路における冷却液の流通方向に沿って直列に配置したため、あるいは、１つの冷却用流路は１つのパワー半導体素子だけから吸熱するようにしたため、発熱したスイッチング半導体素子またはダイオードを常に冷却液供給流路側から供給される十分に温度上昇をしていない冷却液により冷却することができ、これにより、各パワー半導体素子を効率よく冷却することができ、高い冷却性能で冷却することができる。さらに、パワー半導体素子の熱の影響を軽減し、信頼性を向上することができ、パワー半導体モジュールの信頼性を向上することができる。
また１つのスイッチング半導体素子と１つのダイオードとを冷却用流路における冷却液の流通方向に沿って直列に配置した実装上のレイアウト構成は、他の観点から見ると、インバータの電気回路での１ブロック（１つのスイッチング半導体素子と１つのダイオードから成る部分）ごとに冷却液が流れる構造となるため、冷却液が流れる１つの共通の冷却用流路上には、ダイオードの上流にはスイッチング半導体素子が１個のみの発熱の状態、またはその反対の状態、が形成される。そのため、冷却用流路を流れる冷却液の温度上昇は、例えば、上流に存するＩＧＢＴ等の１個分に抑制することができる。
さらに隣り合う上記ブロックの間の熱の影響は、冷却液が同じ冷却用流路を流通しないため、極めて少ない。加えて冷却用流路の部分、すなわちマイクロチャンネル等の流路部分（直線部分）を短くすることができるため、冷却用基体すなわちヒートシンクの内部の圧力損失を低減することができる。
第２に、インバータ等を構成するスイッチング半導体素子（ＩＧＢＴ等）やダイオードのパワー半導体素子を冷却用基体を挟んでその表裏の両面に実装し、一方の面のスイッチング半導体素子の実装位置と他方の面のダイオードの実装位置が表裏関係で一致させたため、電気自動車の車速（始動発進時の低速域、低速域から高速域の車速域）に応じて発熱時期が異なるスイッチング半導体素子とダイオードの発熱を冷却用基体上で時間的に分離し、基体における不均一な熱分布や温度勾配を低減することができる。
第３に、パワー半導体素子は、冷却用基体を挟んでその両面に実装されるため、投影面積が小さいパワー半導体モジュール構造にすることができる。
第４に、冷却用基体であるヒートシンクに両面実装を行うので立体構造をとることができ、さらに両面から接触受熱を行うことでヒートシンクの伝熱面を小容積で得ることができ、ヒートシンク等の容積は小さくできる。これにより、車載しても設置スペースを減少させることができる。
第５に、液冷式の薄型のマイクロチャンネル型ヒートシンクを使用し、高電圧側回路と低電圧側回路を冷却用基体を間に介して配置しかつ電流の流れる向きを反対にすることで磁気的な相殺が生じ、さらに表裏の面に実装されたパワー半導体素子を接続することで素子間の配線を短くでき、インダクタンス成分を低減することができる。 The present invention has the following effects.
First, one switching semiconductor element and one diode are arranged in series along the flow direction of the coolant in the cooling channel, or one cooling channel absorbs heat from only one power semiconductor element. Therefore, the generated switching semiconductor element or diode can always be cooled by the cooling liquid that is supplied from the cooling liquid supply flow path side and does not sufficiently increase in temperature. It can cool and can be cooled with high cooling performance. Furthermore, the influence of heat of the power semiconductor element can be reduced, the reliability can be improved, and the reliability of the power semiconductor module can be improved.
Further, the layout configuration on the mounting in which one switching semiconductor element and one diode are arranged in series along the flow direction of the coolant in the cooling flow path is 1 in the electric circuit of the inverter. Since the cooling liquid flows in each block (part consisting of one switching semiconductor element and one diode), the switching semiconductor element is located upstream of the diode on one common cooling channel through which the cooling liquid flows. Only one exothermic state, or vice versa, is formed. Therefore, the temperature rise of the coolant flowing through the cooling flow path can be suppressed to, for example, one IGBT or the like existing upstream.
Furthermore, the influence of heat between the adjacent blocks is very small because the coolant does not flow through the same cooling flow path. In addition, since the cooling channel portion, that is, the channel portion (straight line portion) such as a microchannel can be shortened, the pressure loss inside the cooling substrate, that is, the heat sink can be reduced.
Second, a switching semiconductor element (IGBT or the like) or a diode power semiconductor element constituting an inverter or the like is mounted on both the front and back sides of a cooling base, and the mounting position of the switching semiconductor element on one side and the other side Since the mounting positions of the diodes on the front and back surfaces are the same, the switching semiconductor elements and diodes generate heat that varies in heat generation time depending on the speed of the electric vehicle (low speed range when starting and starting, low speed range to high speed range). Separation in time on the cooling substrate can reduce uneven heat distribution and temperature gradient in the substrate.
Third, since the power semiconductor element is mounted on both sides of the cooling substrate, a power semiconductor module structure with a small projected area can be obtained.
Fourthly, since a double-sided mounting is performed on the heat sink, which is a cooling substrate, a three-dimensional structure can be taken, and further, heat transfer surface of the heat sink can be obtained in a small volume by performing contact heat reception from both sides, The volume can be reduced. Thereby, even if it mounts in a vehicle, installation space can be reduced.
Fifth, a liquid-cooled thin microchannel heat sink is used, the high-voltage side circuit and the low-voltage side circuit are arranged with the cooling substrate interposed therebetween, and the direction of current flow is reversed. By canceling the power semiconductor elements mounted on the front and back surfaces, the wiring between the elements can be shortened, and the inductance component can be reduced.

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Preferred embodiments (examples) of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図１〜図１０を参照して本発明に係るパワー半導体モジュールの第１実施形態を説明する。最初に図１〜図４を参照してパワー半導体モジュールの外観を説明する。図１は第１実施形態によるパワー半導体モジュールの外観を示す斜視図、図２は同モジュールの平面図、図３は同モジュールの裏面図、図４は同モジュールの側面図である。また、本実施形態では、スイッチング半導体素子としてＩＧＢＴを用いて説明する。   A first embodiment of a power semiconductor module according to the present invention will be described with reference to FIGS. First, the external appearance of the power semiconductor module will be described with reference to FIGS. 1 is a perspective view showing the appearance of the power semiconductor module according to the first embodiment, FIG. 2 is a plan view of the module, FIG. 3 is a back view of the module, and FIG. 4 is a side view of the module. In the present embodiment, an IGBT is used as the switching semiconductor element.

パワー半導体モジュール１０では、パワー半導体ユニット１１がケース１２の内部に収納されている。パワー半導体モジュール１０の表面側には、図２等に示されるごとく、パワー半導体ユニット１１の他に、パワー半導体ユニット１１の表面に設けられた電極パターン１３と配線（図示しない）により接続される配線基板１４と、パワー半導体ユニット１１の表面に並べて設けられた３つのＩＧＢＴ１５の各々のゲート電極との間で配線（図示せず）により接続されるゲート配線基板１７ａおよびゲート外部接続端子１７とが設けられている。ゲート配線基板１７ａおよびゲート外部接続端子１７は、それぞれ、３つのＩＧＢＴ１５の各々に対応して３組分設けられている。   In the power semiconductor module 10, the power semiconductor unit 11 is accommodated in the case 12. On the surface side of the power semiconductor module 10, as shown in FIG. 2 and the like, in addition to the power semiconductor unit 11, wiring connected to the electrode pattern 13 provided on the surface of the power semiconductor unit 11 by wiring (not shown). A gate wiring substrate 17a and a gate external connection terminal 17 connected by wiring (not shown) are provided between the substrate 14 and the gate electrodes of the three IGBTs 15 arranged side by side on the surface of the power semiconductor unit 11. It has been. Three sets of gate wiring boards 17a and gate external connection terminals 17 are provided corresponding to the three IGBTs 15, respectively.

さらにパワー半導体モジュール１０の表面側には、図２に示すごとく、３つの上記ＩＧＢＴ１５の各々のコレクタ電極と配線（図示せず）により接続されるコレクタ配線基板１８と、それと一体的に形成されるコレクタ外部接続端子としてのバスバー１９が設けられる。コレクタ配線基板１８およびバスバー１９は、それぞれ、３つのＩＧＢＴ１５の各々に対応して３つ設けられている。   Further, on the surface side of the power semiconductor module 10, as shown in FIG. 2, a collector wiring board 18 connected to each collector electrode of the three IGBTs 15 by wiring (not shown) and a single body therewith are formed. A bus bar 19 is provided as a collector external connection terminal. Three collector wiring boards 18 and bus bars 19 are provided corresponding to each of the three IGBTs 15.

また、パワー半導体モジュール１０の表面側には、パワー半導体ユニット１１の裏面側に設けられた３つのＩＧＢＴ２０の各々のエミッタ電極に接続された３つのバスバー２１が、上記３つのバスバー１９の各々と接触した状態で設けられている。さらに同じく裏面側の３つのＩＧＢＴ２０の各々のゲート外部接続端子２２が設けられている。   Further, on the front surface side of the power semiconductor module 10, three bus bars 21 connected to the respective emitter electrodes of the three IGBTs 20 provided on the back surface side of the power semiconductor unit 11 are in contact with each of the three bus bars 19. It is provided in the state. Furthermore, the gate external connection terminals 22 of the three IGBTs 20 on the back side are also provided.

上記のバスバー２１，２２の取付け関係については図５と図９に示されている。またパワー半導体ユニット１１の裏面側に設けられた３つのＩＧＢＴ２０の各々は図３に示されている。   The mounting relationship of the bus bars 21 and 22 is shown in FIGS. Each of the three IGBTs 20 provided on the back side of the power semiconductor unit 11 is shown in FIG.

パワー半導体ユニット１１は、冷却用基体の一例であるヒートシンク２３を備える。ヒートシンク２３は、液冷式のマイクロチャンネル型ヒートシンクであり、内部に多数の平行な位置関係にあるマイクロチャンネルが形成された矩形の平板形状を有している。パワー半導体ユニット１１では、ヒートシンク２３の表裏の面のそれぞれに上記ＩＧＢＴ１５，２０等から成る電気回路部分を搭載している。   The power semiconductor unit 11 includes a heat sink 23 which is an example of a cooling base. The heat sink 23 is a liquid-cooled microchannel heat sink, and has a rectangular flat plate shape in which a number of parallel microchannels are formed. In the power semiconductor unit 11, an electric circuit portion composed of the IGBTs 15, 20 and the like is mounted on each of the front and back surfaces of the heat sink 23.

詳しくは、パワー半導体ユニット１１のヒートシンク２３の表裏面では、当該ヒートシンク２３の両面に半田により接合された金属箔（図１と図２では図示せず）と、この金属箔に接合された絶縁基板２４，２５と、絶縁基板２４，２５に接合された金属箔２６，２７を備えている。さらにパワー半導体ユニット１１の表面側では、金属箔２６上に半田により接合された３つのＩＧＢＴ１５と、同じく金属箔２６上に半田により接合された３つのダイオード２８を備えている。また金属箔２６上には前述した電極パターン１３が設けられている。他方、パワー半導体ユニット１１の裏面側では、上記金属箔２７上に半田により接合された３つのＩＧＢＴ２０と、同じく金属箔２７上に半田により接合された３つのダイオード３０を備えている。また金属箔２７上には電極パターン３１が設けられている。   Specifically, on the front and back surfaces of the heat sink 23 of the power semiconductor unit 11, a metal foil (not shown in FIGS. 1 and 2) bonded to both surfaces of the heat sink 23 by solder, and an insulating substrate bonded to the metal foil 24, 25 and metal foils 26, 27 joined to the insulating substrates 24, 25. Further, on the surface side of the power semiconductor unit 11, three IGBTs 15 joined to the metal foil 26 by solder and three diodes 28 joined to the metal foil 26 by solder are provided. The electrode pattern 13 described above is provided on the metal foil 26. On the other hand, on the back side of the power semiconductor unit 11, there are provided three IGBTs 20 joined to the metal foil 27 by solder, and three diodes 30 joined to the metal foil 27 by solder. An electrode pattern 31 is provided on the metal foil 27.

パワー半導体モジュール１０では、その表面側に、ヒートシンク２３の表裏面に各々に設けられたそれぞれ３つのＩＧＢＴ１５，２０とダイオード２８，３０からの入出力端子が集約されている。   In the power semiconductor module 10, input / output terminals from three IGBTs 15 and 20 and diodes 28 and 30 respectively provided on the front and back surfaces of the heat sink 23 are gathered on the front surface side.

また図１および図２に示された符号３２，３３は、それぞれ、ヒートシンク２３の内部の多数のマイクロチャンネルに冷却液を流すための冷却液の供給口と排出口を示している。さらに符号３４はヒートシンク２３をボルトでケース１２に取り付けるための孔を示し、符号３５はパワー半導体モジュール１０を車体に取り付けるためのボルト等を挿入する孔を示している。   Reference numerals 32 and 33 shown in FIG. 1 and FIG. 2 indicate a coolant supply port and a discharge port for allowing the coolant to flow through a number of microchannels inside the heat sink 23, respectively. Reference numeral 34 denotes a hole for attaching the heat sink 23 to the case 12 with a bolt, and reference numeral 35 denotes a hole for inserting a bolt or the like for attaching the power semiconductor module 10 to the vehicle body.

パワー半導体モジュール１０の裏面側についてさらに詳述すると、図３で示されるように、３つの金属箔２７の各々には、裏面側のＩＧＢＴ２０のエミッタ電極とダイオード３０のアノード電極が接合されており、各金属箔２７には電極パターン３１が形成されている。さらにパワー半導体モジュール１０の裏面側には、３つの電極パターン３１の各々と配線（図示せず）により接続される３つの配線基板３６と、３つのＩＧＢＴ２０の各々のゲート電極と配線（図示せず）により接続される３つのゲート配線基板３７とが設けられている。またパワー半導体モジュール１０の裏面側には、３つのＩＧＢＴ２０の各々のコレクタ電極と配線（図示せず）により接続される配線基板３８が形成されている。   The back side of the power semiconductor module 10 will be described in more detail. As shown in FIG. 3, the emitter electrode of the IGBT 20 on the back side and the anode electrode of the diode 30 are joined to each of the three metal foils 27. An electrode pattern 31 is formed on each metal foil 27. Furthermore, on the back surface side of the power semiconductor module 10, three wiring substrates 36 connected to each of the three electrode patterns 31 by wiring (not shown), and each gate electrode and wiring (not shown) of the three IGBTs 20. ) Are connected to each other. On the back side of the power semiconductor module 10, a wiring substrate 38 connected to the collector electrodes of the three IGBTs 20 by wiring (not shown) is formed.

パワー半導体モジュール１０に設けられる上記のパワー半導体ユニット１１において、ヒートシンク２３の表裏の面でのパワー半導体素子の実装位置の関係については、表面側のダイオード２８の実装位置と裏面側のＩＧＢＴ２０の実装位置とが一致し、かつ、裏面側のダイオード３０の実装位置と表面側のＩＧＢＴ１５の実装位置とが一致するように設定されている。   In the power semiconductor unit 11 provided in the power semiconductor module 10, regarding the relationship between the power semiconductor element mounting positions on the front and back surfaces of the heat sink 23, the mounting position of the diode 28 on the front surface side and the mounting position of the IGBT 20 on the rear surface side are as follows. And the mounting position of the diode 30 on the back surface side and the mounting position of the IGBT 15 on the front surface side are set to match.

図４に示されたパワー半導体モジュール１０の側面図において、初期の段階では、バスバー１９，２１はその幅方向で重なるように立設して配置されている。バスバー１９，２１のそれぞれは、その上部の位置に孔３９，４０が形成されており、さらに折曲げ部４１，４２により折り曲げ可能となっている。バスバー１９，２０の孔３９，４０は立設状態において、上下で位置をずらせて形成されている。次の段階で、バスバー１９，２１の上部を折曲げ部４１，４２で矢印Ａ１のごとく９０°で折り曲げて水平にしたとき、図５に示すように、バスバー１９，２０の孔３９，４０が略一致して重なり共通の孔となるように形成される。折り曲げられたバスバー１９，２０において、形成位置が一致した孔３９，４０は、共通の孔として、図示しない端子部とボルト・ナットを利用して接続される。なお図５は図４におけるＡ方向矢視図であり、バスバー１９とバスバー２０の位置関係だけを示し、その他の要素の図示は省略している。   In the side view of the power semiconductor module 10 shown in FIG. 4, at an initial stage, the bus bars 19 and 21 are arranged upright so as to overlap in the width direction. Each of the bus bars 19, 21 has holes 39, 40 formed at the upper portion thereof, and can be bent by folding portions 41, 42. The holes 39 and 40 of the bus bars 19 and 20 are formed so as to be displaced in the vertical direction in the standing state. At the next stage, when the upper portions of the bus bars 19 and 21 are bent at 90 ° by the bent portions 41 and 42 as indicated by the arrow A1, and horizontally, the holes 39 and 40 of the bus bars 19 and 20 are formed as shown in FIG. The holes are substantially coincident and overlap to form a common hole. In the bent bus bars 19 and 20, the holes 39 and 40 having the same formation positions are connected as common holes by using terminal portions (not shown) and bolts and nuts. 5 is a view taken in the direction of the arrow A in FIG. 4 and shows only the positional relationship between the bus bar 19 and the bus bar 20, and the other elements are not shown.

次に図６を参照して上記のパワー半導体ユニット１１を説明する。図６はパワー半導体ユニット１１の縦断面図を示し、パワー半導体ユニット１１の積層構造を示している。パワー半導体ユニット１１は、ヒートシンク２３の上下の両面に、それぞれ、半田４３，４４により接合された金属箔４５，４６と、金属箔４５，４６に接合された絶縁基板２４，２５と、絶縁基板２４，２５に接合された金属箔２６，２７とを備えている。   Next, the power semiconductor unit 11 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the power semiconductor unit 11 and shows a laminated structure of the power semiconductor unit 11. The power semiconductor unit 11 includes metal foils 45 and 46 bonded to the upper and lower surfaces of the heat sink 23 by solders 43 and 44, insulating substrates 24 and 25 bonded to the metal foils 45 and 46, and an insulating substrate 24, respectively. , 25 and metal foils 26, 27 joined to each other.

パワー半導体ユニット１１の表面側には、金属箔２６上に半田４７により接合されたＩＧＢＴ１５と、半田４８により接合されたダイオード２８とを備えている。さらに金属箔２６上には電極パターン１３が設けられている。またパワー半導体ユニット１１の裏面側には、金属箔２７に半田４９により接合されたＩＧＢＴ２０と、半田５０により接合されたダイオード３０とを備えている。さらに金属箔２７上には電極パターン３１が設けられている。   On the surface side of the power semiconductor unit 11, an IGBT 15 bonded to the metal foil 26 by solder 47 and a diode 28 bonded by solder 48 are provided. Furthermore, an electrode pattern 13 is provided on the metal foil 26. On the back side of the power semiconductor unit 11, an IGBT 20 joined to the metal foil 27 with solder 49 and a diode 30 joined with the solder 50 are provided. Furthermore, an electrode pattern 31 is provided on the metal foil 27.

図６に示されるごとく、パワー半導体ユニット１１では、ヒートシンク２３の表面（上面）側と裏面（下面）側で、表面側のＩＧＢＴ１５の実装位置と裏面側のダイオード３０の実装位置、表面側のダイオード２８の実装位置と裏面側のＩＧＢＴ２０の実装位置が、それぞれ、一致している。またヒートシンク２３の表裏の各面に設けられた３つのＩＧＢＴと３つのダイオードで形成される電気回路は、後述するごとく三相交流用モータのインバータを構成するブリッジ形回路である。このブリッジ形回路において、高電位側電気回路部分がヒートシンク２３の表面側に設けられ、低電位側電気回路部がヒートシンク２３の裏面側に設けられている。   As shown in FIG. 6, in the power semiconductor unit 11, on the front surface (upper surface) side and the rear surface (lower surface) side of the heat sink 23, the mounting position of the IGBT 15 on the front surface side, the mounting position of the diode 30 on the back surface side, and the diode on the front surface side. The mounting position of 28 and the mounting position of the IGBT 20 on the back surface side match each other. In addition, an electric circuit formed by three IGBTs and three diodes provided on the front and back surfaces of the heat sink 23 is a bridge circuit that constitutes an inverter of a three-phase AC motor, as will be described later. In this bridge circuit, the high potential side electric circuit portion is provided on the front surface side of the heat sink 23, and the low potential side electric circuit portion is provided on the back surface side of the heat sink 23.

次に、図７と図８を参照してヒートシンク２３について説明する。図７はヒートシンク２３のパワー半導体素子の配置状態と内部のマイクロチャンネルの形成状態を示す平面図であり、図８は図７におけるＢ−Ｂ線断面図である。   Next, the heat sink 23 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a plan view showing an arrangement state of power semiconductor elements of the heat sink 23 and a formation state of internal microchannels, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.

ヒートシンク２３は、本体内に水などの冷却液が流通する冷却用流路である多数のマイクロチャンネル（微小流路）５１が、冷却液供給流路５２および冷却液排出流路５３と共に、形成されている。多数のマイクロチャンネル５１は、平面形状が略長方形であるヒートシンク２３の短辺に平行に形成されている。ヒートシンク２３の表面にはＩＧＢＴ１５とダイオード２８がマイクロチャネル５１の冷却液の流通方向に沿って直列に並べて配置されている。ヒートシンク２３の裏側のＩＧＢＴ２０とダイオード３０も同様に配置されている。   The heat sink 23 is formed with a large number of microchannels (microchannels) 51, which are cooling channels through which a coolant such as water circulates in the main body, together with a coolant supply channel 52 and a coolant discharge channel 53. ing. The large number of microchannels 51 are formed in parallel to the short sides of the heat sink 23 whose planar shape is substantially rectangular. On the surface of the heat sink 23, the IGBT 15 and the diode 28 are arranged in series along the flow direction of the coolant in the microchannel 51. The IGBT 20 and the diode 30 on the back side of the heat sink 23 are similarly arranged.

上記において、冷却器として機能するヒートシンク５３は長方形の板状形状を有し、寸法的には、例えば、長辺が８０ｍｍ程度、短辺が５０ｍｍ程度、厚みが略５ｍｍ程度のものである。またマイクロチャンネル５１の寸法は、例えば、流路幅が０．１ｍｍ、深さが０．３ｍｍ、ピッチが０．２ｍｍである。マイクロチャンネル５１の本数は代表的に例えば３０３本である。なお、図７のマイクロチャンネル５１の図示例では、マイクロチャンネルの本数は簡略して概念的に描いている。   In the above, the heat sink 53 functioning as a cooler has a rectangular plate shape, and is dimensionally, for example, having a long side of about 80 mm, a short side of about 50 mm, and a thickness of about 5 mm. The dimensions of the microchannel 51 are, for example, a flow path width of 0.1 mm, a depth of 0.3 mm, and a pitch of 0.2 mm. The number of microchannels 51 is typically 303, for example. In the illustrated example of the microchannel 51 in FIG. 7, the number of microchannels is conceptually drawn in a simplified manner.

図８に示すごとく、ヒートシンク２３の内部には表面側と裏面側のそれぞれに対応してマイクロチャンネル５１が形成されている。ヒートシンク２３の表裏の面のそれぞれを冷却するように上部マイクロチャンネル５１と下部マイクロチャンネル５１の２種類が個別に形成されている。なお図８において、図１〜図７で説明した要素と同一の要素には同一の符合を付している。   As shown in FIG. 8, microchannels 51 are formed in the heat sink 23 corresponding to the front side and the back side. Two types of the upper microchannel 51 and the lower microchannel 51 are individually formed so as to cool the front and back surfaces of the heat sink 23. In FIG. 8, the same elements as those described in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals.

以上のように、パワー半導体素子（ＩＧＢＴとダイオード）は、１つのスイッチング半導体素子と１つのダイオードとを冷却用流路（代表的にマイクロチャンネル）における冷却液の流通方向に対して直列に配置したため、発熱したスイッチング半導体素子あるいは発熱したダイオードが常に供給流路側からの熱による温度上昇をしていない冷却液により冷却されるので、複数のパワー半導体素子のそれぞれを効率よく冷却することができ、高い冷却能力を発揮して冷却することができる。   As described above, in the power semiconductor element (IGBT and diode), one switching semiconductor element and one diode are arranged in series with respect to the flow direction of the coolant in the cooling channel (typically, the microchannel). Since the switching semiconductor element that generates heat or the diode that generates heat is always cooled by the coolant that does not rise in temperature due to heat from the supply flow path side, each of the plurality of power semiconductor elements can be efficiently cooled, Cooling capacity can be demonstrated.

また、ヒートシンク２３を挟んでパワー半導体素子を両面に実装することができるため、投影面積が小さいパワー半導体モジュール構造にすることができる。さらにヒートシンク２３に両面実装を行うことで立体構造をとることができ、加えて、上下面から接触受熱を行うことでヒートシンク２３の伝熱面を小容積で得られるため、ヒートシンク２３の容積は小さくできる。上記のことから車載しても設置スペースを減少させることができる。
In addition, since the power semiconductor elements can be mounted on both sides with the heat sink 23 interposed therebetween, a power semiconductor module structure with a small projected area can be achieved. Furthermore, a three-dimensional structure can be taken by performing double-sided mounting on the heat sink 23. In addition, since the heat transfer surface of the heat sink 23 can be obtained in a small volume by performing contact heat reception from the upper and lower surfaces, the volume of the heat sink 23 is small. it can. From the above, the installation space can be reduced even when mounted on the vehicle.

次に、図９と図１０を参照して、上記パワー半導体モジュール１０の配線構造と電気回路構成とを説明する。   Next, the wiring structure and electric circuit configuration of the power semiconductor module 10 will be described with reference to FIGS.

図９は図２におけるＣ−Ｃ線断面図を示す。この図はパワー半導体モジュール１０の内部構造および配線構造を示している。また図１０は、６つのＩＧＢＴと６つの転流ダイオードを用いて構成され、三相交流モータに駆動電流を供給するインバータの電気回路図を示す。図１０に示したインバータは、パワー半導体モジュール１０によって実現される電気回路である。図１０の電気回路図と対応させながら、図９に示したパワー半導体モジュール１０での配線構造について説明する。なお図９では、ケース１２の表蓋部１２ａと裏蓋部１２ｂが図示されている。   FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. This figure shows the internal structure and wiring structure of the power semiconductor module 10. FIG. 10 is an electric circuit diagram of an inverter that is configured by using six IGBTs and six commutation diodes and that supplies a drive current to a three-phase AC motor. The inverter shown in FIG. 10 is an electric circuit realized by the power semiconductor module 10. The wiring structure in the power semiconductor module 10 shown in FIG. 9 will be described with reference to the electric circuit diagram of FIG. In FIG. 9, the front lid portion 12 a and the back lid portion 12 b of the case 12 are illustrated.

図１０で示されるように、表面側の３つのＩＧＢＴ１５および裏面側の３つのＩＧＢＴ２０と、表面側の３つのダイオード２８および裏面側の３つのダイオード３０とは、インバータ回路６０を形成するようにブリッジ形回路で接続されている。ダイオード２８，３０はそれぞれＩＧＢＴ１５，２０に付加される転流ダイオードである。ヒートシンク２３の表面にインバータ回路６０の高電位側のＩＧＢＴ１５とダイオード２８を実装し、裏面にインバータ回路６０の低電位側のＩＧＢＴ２０とダイオード３０を実装している。ヒートシンク２３の表裏の面の間で、前述した通り、ＩＧＢＴ１５の実装位置とダイオード３０の実装位置を一致させ、ＩＧＢＴ２０の実装位置とダイオード２８の実装位置を一致させる。図１０で符号Ｍは三相交流モータを表す。このモータＭは、例えば電気自動車の走行用モータである。   As shown in FIG. 10, the three IGBTs 15 on the front side and the three IGBTs 20 on the back side, the three diodes 28 on the front side and the three diodes 30 on the back side are bridged to form an inverter circuit 60. They are connected by a circuit. The diodes 28 and 30 are commutation diodes added to the IGBTs 15 and 20, respectively. The IGBT 15 and the diode 28 on the high potential side of the inverter circuit 60 are mounted on the surface of the heat sink 23, and the IGBT 20 and the diode 30 on the low potential side of the inverter circuit 60 are mounted on the back surface. As described above, the mounting position of the IGBT 15 and the mounting position of the diode 30 are matched between the front and back surfaces of the heat sink 23, and the mounting position of the IGBT 20 and the mounting position of the diode 28 are matched. In FIG. 10, the symbol M represents a three-phase AC motor. The motor M is, for example, a driving motor for an electric vehicle.

高電圧側の配線Ｌ１０は電極パターン１３から高電圧側端子に接続される。配線Ｌ１１は、ＩＧＢＴ１５のコレクタ電極からバスバー１９に接続される。ＩＧＢＴ１５のゲート電極からの配線Ｌ１２はゲート端子１７に接続される。配線Ｌ１３は、ダイオード２８の電極からバスバー１９に接続されている。   The high-voltage side wiring L10 is connected from the electrode pattern 13 to the high-voltage side terminal. The wiring L11 is connected to the bus bar 19 from the collector electrode of the IGBT 15. A wiring L12 from the gate electrode of the IGBT 15 is connected to the gate terminal 17. The wiring L13 is connected to the bus bar 19 from the electrode of the diode 28.

他方、低電圧側の配線Ｌ１８では、配線Ｌ１４は電極パターン３１からバスバー２１に接続されている。配線Ｌ１５は、配線基板３８に接続される。配線Ｌ１６はダイオード３０から配線基板３８に接続される。ＩＧＢＴ１５のゲート電極からの配線Ｌ１７はゲート配線基板３７に接続されている。   On the other hand, in the wiring L18 on the low voltage side, the wiring L14 is connected to the bus bar 21 from the electrode pattern 31. The wiring L15 is connected to the wiring board 38. The wiring L16 is connected from the diode 30 to the wiring board 38. The wiring L17 from the gate electrode of the IGBT 15 is connected to the gate wiring substrate 37.

以上の配線構造によって、冷却用基体であるヒートシンク２３の表面側に実装された高電位側のＩＧＢＴおよびダイオードに基づく電気回路で流れる電流の向き（ヒートシンク２３の表面に平行な向き）と、裏面側に実装された低電位側のＩＧＢＴおよびダイオードに基づく電気回路で流れる電流の向き（ヒートシンク２３の裏面に平行な向き）とが反対になるように、配線経路が形成される。これにより、配線によって生じるインダクタンス成分を表裏で打ち消し合って、相殺することができる。   With the above wiring structure, the direction of current flowing in the electric circuit based on the high-potential IGBT and diode mounted on the front surface side of the heat sink 23 that is the cooling base (the direction parallel to the surface of the heat sink 23) and the back surface side The wiring path is formed so that the direction of the current flowing in the electric circuit based on the low-potential-side IGBT and the diode mounted in (the direction parallel to the back surface of the heat sink 23) is opposite. As a result, the inductance components generated by the wiring can be canceled by canceling each other.

またヒートシンク２３の両面にパワー半導体素子を配置する実装構造で６つのＩＧＢＴと６つのダイオードを用いて構成されるインバータを形成するパワー半導体モジュール１０としたので、そのパワー半導体モジュール１０内で各パワー半導体素子を接続する配線を短くすることができる。そのため、さらに配線によるインダクタンス成分を低減することができる。   Further, since the power semiconductor module 10 is formed with an inverter configured by using six IGBTs and six diodes in a mounting structure in which power semiconductor elements are arranged on both surfaces of the heat sink 23, each power semiconductor in the power semiconductor module 10 is provided. Wiring for connecting elements can be shortened. Therefore, the inductance component due to the wiring can be further reduced.

また、高電圧側電気回路と低電圧側電気回路の間で、ヒートシンク２３を間に介してＩＧＢＴの実装位置とダイオードの実装位置が一致するように配置することで、発熱時が時間的に異なる発熱体の実装位置を表裏で一致させ、ヒートシンク２３での発熱状態の発生を時間的に分離している。またヒートシンク２３の上下面のＩＧＢＴとダイオードを接続することで間の配線を短くでき、低インダクタンス化が可能となる。さらにノイズ特性も良好となり、サージ電圧等の問題も発生しなくなる。   Also, between the high-voltage side electrical circuit and the low-voltage side electrical circuit, by arranging the IGBT mounting position and the diode mounting position through the heat sink 23, the time of heat generation differs in time. The mounting positions of the heating elements are matched on the front and back sides, and the occurrence of heat generation in the heat sink 23 is separated temporally. Further, by connecting the IGBTs on the upper and lower surfaces of the heat sink 23 and the diode, the wiring between them can be shortened, and the inductance can be reduced. Furthermore, noise characteristics are also improved, and problems such as surge voltage do not occur.

さらに、発熱部であるパワー半導体素子がヒートシンク２３の表裏の両面に実装されているため、熱応力による変形はバランスされ、パワー半導体モジュールの内部の変形（歪み）を抑えることができる。さらに従来の構造に比して、ヒートスプレッダ、サーマルグリスを除いた部品で構成するため、冷却器込みのパワー半導体モジュールとして低コスト化、小容量化、軽量化を図ることができる。   Further, since the power semiconductor elements as the heat generating parts are mounted on both the front and back surfaces of the heat sink 23, the deformation due to the thermal stress is balanced, and the deformation (distortion) inside the power semiconductor module can be suppressed. Furthermore, compared to the conventional structure, it is composed of parts excluding the heat spreader and thermal grease, so that the power semiconductor module including the cooler can be reduced in cost, reduced in capacity, and reduced in weight.

次に、図１１を参照して本発明に係るパワー半導体モジュールの第２実施形態を説明する。図１１では、パワー半導体モジュールの要部であるヒートシンク２３の平面図のみを示している。   Next, a second embodiment of the power semiconductor module according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 11, only the top view of the heat sink 23 which is the principal part of a power semiconductor module is shown.

第２実施形態によるパワー半導体モジュールでは、ヒートシンク２３への実装時に冷却液供給流路５２と冷却液排出流路５３の間に、流路５２，５３に対して並列に、少なくとも２種類のパワー半導体素子を例えば一列状態で配置する。その他の構成は、第１実施形態で説明した構成と実質的に同一である。図１１では、ヒートシンク２３上のパワー半導体素子の配置位置と流路との関係だけを示している。図１１に示すように、例えば、ヒートシンク２３の表面側に供給流路５２と排出流路５３の間にＩＧＢＴ１５とダイオード２８を交互に並列に配置する。またヒートシンク２３の裏面には、表面のＩＧＢＴ１５に対応する位置にはダイオード３０を配置し、表面のダイオード２８に対応する位置にはＩＧＢＴ２０を配置する。   In the power semiconductor module according to the second embodiment, at least two kinds of power semiconductors are arranged in parallel with the flow paths 52 and 53 between the coolant supply flow path 52 and the coolant discharge flow path 53 when mounted on the heat sink 23. For example, the elements are arranged in a line. Other configurations are substantially the same as those described in the first embodiment. FIG. 11 shows only the relationship between the position of the power semiconductor element on the heat sink 23 and the flow path. As shown in FIG. 11, for example, IGBTs 15 and diodes 28 are alternately arranged in parallel between the supply flow path 52 and the discharge flow path 53 on the surface side of the heat sink 23. On the back surface of the heat sink 23, a diode 30 is disposed at a position corresponding to the IGBT 15 on the front surface, and an IGBT 20 is disposed at a position corresponding to the diode 28 on the front surface.

上記の構成により、発熱したＩＧＢＴ１５またはダイオード２８等のパワー半導体素子が常に供給流路５２側からの温度上昇をしていない低温の冷却液により冷却されるので、これらのパワー半導体素子を効率よく冷却することができる。それにより、パワー半導体素子の誤動作を防止することができ、パワー半導体モジュールの信頼性を向上することができる。   With the above configuration, the generated power semiconductor elements such as the IGBT 15 or the diode 28 are always cooled by the low-temperature coolant that does not rise in temperature from the supply flow path 52 side, so that these power semiconductor elements are efficiently cooled. can do. Thereby, malfunction of the power semiconductor element can be prevented and the reliability of the power semiconductor module can be improved.

次に、図１２を参照して本発明に係るパワー半導体モジュールの第３実施形態を説明する。第３実施形態では、第１実施形態でのヒートシンク２３の代わりにヒートシンク６０を用いる。このヒートシンク６０における冷却液が流通する流路は、図１２に示すように、中央に位置する冷却液供給流路６１からの両側に分流した冷却液が２方向のマイクロチャンネル６２，６３を流れる。マイクロチャンネル６２からの冷却液は、排出流路６４へ流れ込み、マイクロチャンネル６３からの冷却液は、排出流路６５へ流れ込むようになっている。   Next, a third embodiment of the power semiconductor module according to the present invention will be described with reference to FIG. In the third embodiment, a heat sink 60 is used instead of the heat sink 23 in the first embodiment. As shown in FIG. 12, the flow path through which the cooling liquid flows in the heat sink 60 flows through the microchannels 62 and 63 in two directions from the cooling liquid supply flow path 61 located at the center. The cooling liquid from the microchannel 62 flows into the discharge flow path 64, and the cooling liquid from the microchannel 63 flows into the discharge flow path 65.

ヒートシンク６０への実装時に、冷却液供給流路６１と２つの冷却液排出流路６４，６５との間に少なくとも２種類のパワー半導体素子を並列に配置する。その他の構成は、第１実施形態で説明した構成と実質的に同一である。従って図１２では、ヒートシンク６０上におけるパワー半導体素子の配置位置、マイクロチャンネル、冷却液の供給流路および排出流路の関係だけを示している。図１２に示すように、例えば、ヒートシンク６０の表面側に供給流路６１と一方の排出流路６４の間にダイオード２８を並列に配置し、供給流路６１と他方の排出流路６５の間にＩＧＢＴ１５を例えば直線状に並列に配置する。ヒートシンク６０の裏面には、表面のＩＧＢＴ１５に対応する位置にはダイオード３０を配置し、表面のダイオード２８に対応する位置にはＩＧＢＴ２０を配置する。   At the time of mounting on the heat sink 60, at least two kinds of power semiconductor elements are arranged in parallel between the coolant supply channel 61 and the two coolant discharge channels 64 and 65. Other configurations are substantially the same as those described in the first embodiment. Accordingly, FIG. 12 shows only the relationship between the position of the power semiconductor element on the heat sink 60, the microchannel, the coolant supply channel, and the discharge channel. As shown in FIG. 12, for example, the diode 28 is arranged in parallel between the supply flow path 61 and one discharge flow path 64 on the surface side of the heat sink 60, and between the supply flow path 61 and the other discharge flow path 65. For example, the IGBTs 15 are arranged in parallel in a straight line. On the back surface of the heat sink 60, the diode 30 is disposed at a position corresponding to the IGBT 15 on the front surface, and the IGBT 20 is disposed at a position corresponding to the diode 28 on the front surface.

上記の構成により、発熱したＩＧＢＴ１５またはダイオード２８等のパワー半導体素子が常に供給流路６１側からの温度上昇していない冷却液により冷却されるので、パワー半導体素子を効率よく冷却することができる。それにより、パワー半導体素子の誤動作を防止することができ、パワー半導体モジュールの信頼性を向上することができる。   With the above configuration, the power semiconductor element such as the IGBT 15 or the diode 28 that has generated heat is always cooled by the coolant that has not increased in temperature from the supply flow path 61 side, so that the power semiconductor element can be efficiently cooled. Thereby, malfunction of the power semiconductor element can be prevented and the reliability of the power semiconductor module can be improved.

第１〜第３の実施形態においては、６つのＩＧＢＴと６つのダイオードを用いたパワー半導体モジュールで説明したが、それに限らず、４つのＩＧＢＴと４つのダイオードを用いて形成されるＨ字型の形状に結線されたブリッジ形回路によって構成されるパワー半導体モジュールにも適応できる。また、スイッチング半導体素子としてＩＧＢＴを用いて説明したが、それに限らず、他のトランジスタ、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＭＯＳＦＥＴ、接合型ＦＥＴ、パワーＭＯＳＦＥＴ、静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）等を用いることもできる。   In the first to third embodiments, the power semiconductor module using six IGBTs and six diodes has been described. However, the present invention is not limited to this, and an H-shaped type formed using four IGBTs and four diodes. The present invention can also be applied to a power semiconductor module configured by a bridge circuit connected in a shape. Moreover, although IGBT was used as the switching semiconductor element, the present invention is not limited to this, but other transistors, bipolar transistors, field effect transistors (FETs), MOSFETs, junction FETs, power MOSFETs, electrostatic induction transistors (SITs), etc. It can also be used.

また上記の実施形態では、ヒートシンク内に形成される冷却用流路はマイクロチャンネルであったが、冷却用流路はこれに限定されない。マイクロチャンネルに類似した冷却用流路、またはその他の一般的な冷却用流路（別途に設けられた管路等を含む）であってもよい。   In the above embodiment, the cooling channel formed in the heat sink is a microchannel, but the cooling channel is not limited to this. It may be a cooling flow path similar to a microchannel, or another general cooling flow path (including a pipe line provided separately).

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、各構成の組成（材質）については例示にすぎない。特に積層構造を示した図は、層の厚みやパワー半導体素子の厚み等は誇張して示している。本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。   The configurations, shapes, sizes, and arrangement relationships described in the above embodiments are merely shown to the extent that the present invention can be understood and implemented, and the composition (material) of each configuration is merely an example. Absent. In particular, the drawing showing the laminated structure exaggerates the thickness of the layer, the thickness of the power semiconductor element, and the like. The present invention is not limited to the described embodiments, and can be variously modified without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.

本発明は、電気自動車の走行用の三相交流モータ等の駆動電流供給用インバータのパワー半導体モジュールとして利用される。   The present invention is used as a power semiconductor module of a drive current supply inverter such as a three-phase AC motor for running an electric vehicle.

本発明に第１実施形態に係るパワー半導体モジュールの外観を示す斜視図である。1 is a perspective view showing an appearance of a power semiconductor module according to a first embodiment of the present invention. 第１実施形態に係るパワー半導体モジュールの平面図である。It is a top view of the power semiconductor module concerning a 1st embodiment. 第１実施形態に係るパワー半導体モジュールの裏面図である。It is a reverse view of the power semiconductor module which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係るパワー半導体モジュールの側面図である。It is a side view of the power semiconductor module which concerns on 1st Embodiment. 図４におけるＡ方向矢視図であり、バスバーを折り曲げたときの状態を示す側面図である。FIG. 5 is a side view taken in the direction of arrow A in FIG. 4 and shows a state when the bus bar is bent. 第１実施形態に係るパワー半導体モジュール内のパワー半導体ユニットの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the power semiconductor unit in the power semiconductor module which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係るパワー半導体モジュールのヒートシンクの内部構造とパワー半導体素子の配置を示す平面図である。It is a top view which shows the internal structure of the heat sink of the power semiconductor module which concerns on 1st Embodiment, and arrangement | positioning of a power semiconductor element. 図７におけるＢ−Ｂ線断面図である。It is the BB sectional view taken on the line in FIG. 図２におけるＣ−Ｃ線断面図である。It is CC sectional view taken on the line in FIG. ６つのＩＧＢＴと６つの転流ダイオードを用いたインバータの電気回路図である。It is an electric circuit diagram of an inverter using six IGBTs and six commutation diodes. 本発明の第２実施形態に係るパワー半導体モジュールのヒートシンクの内部構造とパワー半導体素子の配置を示す平面図である。It is a top view which shows the internal structure of the heat sink of the power semiconductor module which concerns on 2nd Embodiment of this invention, and arrangement | positioning of a power semiconductor element. 本発明の第３実施形態によるパワー半導体モジュールのヒートシンクの内部構造とパワー半導体素子の配置を示す平面図である。It is a top view which shows the internal structure of the heat sink of the power semiconductor module by 3rd Embodiment of this invention, and arrangement | positioning of a power semiconductor element.

符号の説明Explanation of symbols

１０ パワー半導体モジュール
１１ パワー半導体ユニット
１２ ケース
１３ 電極パターン
１４ 配線基板
１５ ＩＧＢＴ
１６ ゲート配線基板
１７ ゲート外部接続端子
１８ コレクタ配線基板
１９ バスバー
２０ ＩＧＢＴ
２１ バスバー
２２ ゲート外部接続端子
２３ ヒートシンク（冷却用基体）
２４ 絶縁基板
２５ 絶縁基板
２６ 金属箔
２７ 金属箔
２８ ダイオード
２９ 電極パターン
３０ ダイオード
３１ 電極パターン
５１ マイクロチャンネル（冷却用流路）
５２ 冷却液供給流路
５３ 冷却液排出流路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Power semiconductor module 11 Power semiconductor unit 12 Case 13 Electrode pattern 14 Wiring board 15 IGBT
16 Gate Wiring Board 17 Gate External Connection Terminal 18 Collector Wiring Board 19 Bus Bar 20 IGBT
21 Bus bar 22 Gate external connection terminal 23 Heat sink (cooling base)
24 Insulating substrate 25 Insulating substrate 26 Metal foil 27 Metal foil 28 Diode 29 Electrode pattern 30 Diode 31 Electrode pattern 51 Microchannel (cooling channel)
52 Coolant Supply Channel 53 Coolant Discharge Channel

Claims (5)

冷却液を流す冷却用流路を有する冷却用基体と、前記冷却用基体の表裏に実装される少なくとも４つのパワー半導体素子とから構成されるパワー半導体モジュールであって、
前記冷却用基体は冷却液供給流路と冷却液排出流路を有し、
前記冷却用流路は、前記冷却液供給流路と前記冷却液排出流路との間に複数、それぞれ平行な位置関係で配置され、
前記パワー半導体素子は、スイッチ機能を備えるスイッチング半導体素子と、ダイオードとから成るインバータ回路を形成し、
１つの前記スイッチング半導体素子と１つの前記ダイオードとを前記冷却用流路における前記冷却液の流通方向に沿って直列に配置すると共に、
前記冷却用基体の一方の面に前記インバータ回路の高電位側の前記スイッチング半導体素子と前記ダイオードを実装し、他方の面に前記インバータ回路の低電位側の前記スイッチング半導体素子と前記ダイオードを実装し、
前記冷却用基体の表裏の面の間で前記スイッチング半導体素子の実装位置と前記ダイオードの実装位置を一致させる、
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。 A power semiconductor module comprising a cooling base having a cooling flow path for flowing a cooling liquid, and at least four power semiconductor elements mounted on the front and back of the cooling base,
The cooling substrate has a coolant supply channel and a coolant discharge channel,
A plurality of the cooling flow paths are arranged in parallel between the cooling liquid supply flow path and the cooling liquid discharge flow path, respectively.
The power semiconductor element forms an inverter circuit composed of a switching semiconductor element having a switching function and a diode,
One switching semiconductor element and one diode are arranged in series along the flow direction of the coolant in the cooling flow path, and
The switching semiconductor element and the diode on the high potential side of the inverter circuit are mounted on one surface of the cooling substrate, and the switching semiconductor element and the diode on the low potential side of the inverter circuit are mounted on the other surface. ,
The mounting position of the switching semiconductor element and the mounting position of the diode are matched between the front and back surfaces of the cooling substrate.
A power semiconductor module. 冷却液を流す冷却用流路を有する冷却用基体と、前記冷却用基体の表裏に実装される少なくとも４つのパワー半導体素子とから構成されるパワー半導体モジュールであって、
前記冷却用基体は冷却液供給流路と冷却液排出流路を有し、
前記冷却用流路は、前記冷却液供給流路と前記冷却液排出流路との間に複数、それぞれ平行な位置関係で配置され、各冷却用流水路は、１つの前記パワー半導体素子だけから吸熱し、
前記パワー半導体素子は、スイッチ機能を備えるスイッチング半導体素子と、ダイオードとから成るインバータ回路を形成し、
前記冷却用基体の一方の面に前記インバータ回路の高電位側の前記スイッチング半導体素子と前記ダイオードを実装し、他方の面に前記インバータ回路の低電位側の前記スイッチング半導体素子と前記ダイオードを実装し、
前記冷却用基体の表裏の面の間で前記スイッチング半導体素子の実装位置と前記ダイオードの実装位置を一致させる、
ことを特徴とするパワー半導体モジュール。 A power semiconductor module comprising a cooling base having a cooling flow path for flowing a cooling liquid, and at least four power semiconductor elements mounted on the front and back of the cooling base,
The cooling substrate has a coolant supply channel and a coolant discharge channel,
A plurality of the cooling flow paths are disposed in parallel between the cooling liquid supply flow path and the cooling liquid discharge flow path, and each cooling water flow path is formed from only one power semiconductor element. Endothermic,
The power semiconductor element forms an inverter circuit composed of a switching semiconductor element having a switching function and a diode,
The switching semiconductor element and the diode on the high potential side of the inverter circuit are mounted on one surface of the cooling substrate, and the switching semiconductor element and the diode on the low potential side of the inverter circuit are mounted on the other surface. ,
The mounting position of the switching semiconductor element and the mounting position of the diode are matched between the front and back surfaces of the cooling substrate.
A power semiconductor module. 前記ダイオードは前記スイッチング半導体素子に付加される転流ダイオードであることを特徴とする請求項１または２記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to claim 1, wherein the diode is a commutation diode added to the switching semiconductor element. 前記冷却用流路はマイクロチャンネルであることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to claim 1, wherein the cooling flow path is a microchannel. 前記マイクロチャンネルは、前記冷却用基体の表裏の面のそれぞれに対応して個別に設けられることを特徴とする請求項４記載のパワー半導体モジュール。   The power semiconductor module according to claim 4, wherein the microchannel is individually provided corresponding to each of the front and back surfaces of the cooling substrate.
JP2005189035A 2005-06-28 2005-06-28 Power semiconductor module Expired - Fee Related JP4699820B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005189035A JP4699820B2 (en) 2005-06-28 2005-06-28 Power semiconductor module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005189035A JP4699820B2 (en) 2005-06-28 2005-06-28 Power semiconductor module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007012722A JP2007012722A (en) 2007-01-18
JP4699820B2 true JP4699820B2 (en) 2011-06-15

Family

ID=37750867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005189035A Expired - Fee Related JP4699820B2 (en) 2005-06-28 2005-06-28 Power semiconductor module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4699820B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10455734B2 (en) 2012-12-07 2019-10-22 Mitsubishi Electric Corporation Cooling apparatus having vertical flow channels
EP3627549A1 (en) 2015-06-03 2020-03-25 Mitsubishi Electric Corporation Liquid-type cooling apparatus and manufacturing method for heat radiation fin in liquid-type cooling apparatus

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009022107A (en) * 2007-07-12 2009-01-29 Toshiba Corp Liquid cooled power conversion apparatus
JP4766132B2 (en) 2009-03-10 2011-09-07 トヨタ自動車株式会社 Boiling cooler
JP5218306B2 (en) * 2009-07-10 2013-06-26 トヨタ自動車株式会社 Cooling system
EP2465138B1 (en) 2009-08-10 2016-11-23 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor module and cooling unit
US8493762B2 (en) 2009-12-28 2013-07-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Power semiconductor module and semiconductor power converter provided with the same
EP2341532B1 (en) * 2009-12-30 2019-05-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Power semiconductor module and semiconductor power converter provided with the same
WO2011132736A1 (en) 2010-04-21 2011-10-27 富士電機システムズ株式会社 Semiconductor module and cooler
US9681580B2 (en) 2010-07-28 2017-06-13 Wolverine Tube, Inc. Method of producing an enhanced base plate
US10531594B2 (en) 2010-07-28 2020-01-07 Wieland Microcool, Llc Method of producing a liquid cooled coldplate
US20120026692A1 (en) 2010-07-28 2012-02-02 Wolverine Tube, Inc. Electronics substrate with enhanced direct bonded metal
US9795057B2 (en) 2010-07-28 2017-10-17 Wolverine Tube, Inc. Method of producing a liquid cooled coldplate
WO2012147544A1 (en) 2011-04-26 2012-11-01 富士電機株式会社 Cooler for semiconductor module, and semiconductor module
JP5900506B2 (en) 2011-10-12 2016-04-06 富士電機株式会社 Semiconductor module cooler and semiconductor module
WO2013091143A1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 武汉飞恩微电子有限公司 Microchannel direct bonded copper substrate and packaging structure and process of power device thereof
US8938880B2 (en) 2012-02-20 2015-01-27 Wolverine Tube, Inc. Method of manufacturing an integrated cold plate for electronics
JP5821702B2 (en) * 2012-03-01 2015-11-24 株式会社豊田自動織機 Cooler
JP5694278B2 (en) 2012-11-21 2015-04-01 三菱電機株式会社 Power converter
JP6093186B2 (en) 2013-01-11 2017-03-08 本田技研工業株式会社 Semiconductor module cooler
WO2015008333A1 (en) 2013-07-16 2015-01-22 三菱電機株式会社 Semiconductor device
JP6155988B2 (en) * 2013-09-02 2017-07-05 富士通株式会社 Information processing device
JP6160373B2 (en) * 2013-09-03 2017-07-12 ソニー株式会社 Light source device and video display device
KR102570579B1 (en) * 2018-07-13 2023-08-24 엘지전자 주식회사 Refrigerator

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11126870A (en) * 1997-10-21 1999-05-11 Denso Corp Fin integrated heat sink and manufacturing method thereof
JP2001284513A (en) * 2000-03-29 2001-10-12 Mitsubishi Electric Corp Power semiconductor device
JP2001332679A (en) * 2000-05-25 2001-11-30 Mitsubishi Electric Corp Power module
JP2002270742A (en) * 2001-03-12 2002-09-20 Unisia Jecs Corp Semiconductor device
JP2004006717A (en) * 2002-04-10 2004-01-08 Mitsubishi Electric Corp Power semiconductor device
JP2004031485A (en) * 2002-06-24 2004-01-29 Nissan Motor Co Ltd Semiconductor device
JP2005259748A (en) * 2004-03-09 2005-09-22 Hitachi Ltd Semiconductor device, power converter using the same, power converter three-phase inverter using the same, and hybrid vehicle with the same mounted
JP2007012721A (en) * 2005-06-28 2007-01-18 Honda Motor Co Ltd Power semiconductor module

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11126870A (en) * 1997-10-21 1999-05-11 Denso Corp Fin integrated heat sink and manufacturing method thereof
JP2001284513A (en) * 2000-03-29 2001-10-12 Mitsubishi Electric Corp Power semiconductor device
JP2001332679A (en) * 2000-05-25 2001-11-30 Mitsubishi Electric Corp Power module
JP2002270742A (en) * 2001-03-12 2002-09-20 Unisia Jecs Corp Semiconductor device
JP2004006717A (en) * 2002-04-10 2004-01-08 Mitsubishi Electric Corp Power semiconductor device
JP2004031485A (en) * 2002-06-24 2004-01-29 Nissan Motor Co Ltd Semiconductor device
JP2005259748A (en) * 2004-03-09 2005-09-22 Hitachi Ltd Semiconductor device, power converter using the same, power converter three-phase inverter using the same, and hybrid vehicle with the same mounted
JP2007012721A (en) * 2005-06-28 2007-01-18 Honda Motor Co Ltd Power semiconductor module

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10455734B2 (en) 2012-12-07 2019-10-22 Mitsubishi Electric Corporation Cooling apparatus having vertical flow channels
EP3627549A1 (en) 2015-06-03 2020-03-25 Mitsubishi Electric Corporation Liquid-type cooling apparatus and manufacturing method for heat radiation fin in liquid-type cooling apparatus
EP3745455A1 (en) 2015-06-03 2020-12-02 Mitsubishi Electric Corporation Manufacturing method for heat radiation fin in liquid-type cooling apparatus
US11003227B2 (en) 2015-06-03 2021-05-11 Mitsubishi Electric Corporation Liquid-type cooling apparatus and manufacturing method for heat radiation fin in liquid-type cooling apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007012722A (en) 2007-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4699820B2 (en) Power semiconductor module
JP5120604B2 (en) Semiconductor module and inverter device
JP4284625B2 (en) Three-phase inverter device
CN102612747B (en) Semiconductor module
JP5099417B2 (en) Semiconductor module and inverter device
JP5120605B2 (en) Semiconductor module and inverter device
JP5206102B2 (en) Semiconductor device
JP6296888B2 (en) Power converter
JP4478618B2 (en) Power semiconductor module
JP5737275B2 (en) Inverter device
JP6263311B2 (en) Power converter
JP2017112768A (en) Electric power conversion system
US10879782B2 (en) Semiconductor device having switching element suppressing potential variation
JP2008124430A (en) Power semiconductor module
JPWO2006103721A1 (en) Power converter cooling structure
JP7187992B2 (en) Semiconductor modules and vehicles
EP3641121A1 (en) Cooling structure of power conversion device
JP2015139270A (en) Power converter
JP2015076932A (en) Electric power conversion system
JP2015136224A (en) Power converter
JP2000092858A (en) Power converting apparatus
WO2020218014A1 (en) Power conversion device
JP6115430B2 (en) Power converter
US20230301008A1 (en) Switch module for an inverter, inverter with several such switch modules and vehicle with the inverter
GB2565071A (en) Semiconductor module

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071128

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090914

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091209

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100208

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100316

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100511

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110301

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110303

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees