專利名稱：半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)，特別涉及使用冷卻介質(zhì)的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
作為公開(kāi)了半導(dǎo)體元件的冷卻裝置的現(xiàn)有文獻(xiàn)，有日本特開(kāi)2003-3M173號(hào)公報(bào)。在日本特開(kāi)2003-3M173號(hào)公報(bào)所記載的半導(dǎo)體元件的冷卻裝置中，具有形成冷卻介質(zhì)流通用的流道并且在外表面接合半導(dǎo)體元件的冷卻套(coolant jacket)。此外，在作為半導(dǎo)體元件的背面的流道內(nèi)表面，以預(yù)定間隔設(shè)置有多個(gè)散熱用突出體。在與半導(dǎo)體元件的大致中心對(duì)應(yīng)的區(qū)域，使突出體的突出長(zhǎng)度最大，隨著朝向其外側(cè)，使突出體的突出長(zhǎng)度逐漸減少。通常，經(jīng)由固體的絕緣體將半導(dǎo)體元件接合在冷卻套的接合半導(dǎo)體元件的部分即基底板上。要求該絕緣體具有較高的絕緣性和導(dǎo)熱性。通常，利用自由電子或聲子進(jìn)行固體內(nèi)的熱傳導(dǎo)(熱輸送)。由于絕緣體具有絕緣性，所以，利用自由電子進(jìn)行的熱傳導(dǎo)較少， 利用聲子進(jìn)行的熱傳導(dǎo)為主。其結(jié)果是，為了提高絕緣體的導(dǎo)熱性，將楊氏模量高、即脆并且易破損的原材料作為絕緣體來(lái)使用。因此，需要降低在絕緣體上所施加的應(yīng)力，以使絕緣體不破損。為了有效地冷卻半導(dǎo)體元件，要求基底板較薄并且具有較高的導(dǎo)熱性。此外，如上所述，為了降低施加在絕緣體上的應(yīng)力，要求基底板由于冷卻介質(zhì)的流動(dòng)而產(chǎn)生的靜壓 (static pressure)所引起的變形較小。特別是，在由冷卻介質(zhì)的靜壓所引起的變形量大的位置即基底板的面內(nèi)的中央部，要求減小基底板的變形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性并且能夠有效地冷卻半導(dǎo)體元件。基于本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)具有基底板，在一個(gè)主面上直接或間接地接合有半導(dǎo)體元件；對(duì)置板，主面以與基底板的另一個(gè)主面隔開(kāi)間隔而對(duì)置的方式配置，構(gòu)成在與基底板的之間形成的冷卻介質(zhì)流道的壁部的一部分；兩個(gè)流道側(cè)壁部，以將基底板與對(duì)置板連結(jié)的方式彼此隔開(kāi)間隔地對(duì)置配置，并且成為冷卻介質(zhì)流道的壁部的一部分。 基底板在另一個(gè)主面具有向?qū)χ冒宓闹髅嫱怀龅亩鄠€(gè)散熱用突出部?；装宓牧硪粋€(gè)主面與對(duì)置板的主面通過(guò)兩個(gè)流道側(cè)壁部被連結(jié)，由此，形成在彼此之間具有多個(gè)散熱用突出部所在的冷卻介質(zhì)流道的一部分即耐壓區(qū)域的冷卻介質(zhì)流道的流入口和流出口。冷卻介質(zhì)流道以如下方式形成在連結(jié)流入口和流出口的方向上，在耐壓區(qū)域的中央部的基底板上所施加的靜壓比在耐壓區(qū)域的端部的基底板上所施加的靜壓低。根據(jù)本發(fā)明，在半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)中，具有結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性，并且，能夠有效地冷卻半導(dǎo)體元件。
本發(fā)明的上述以及其他目的、特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)能夠根據(jù)關(guān)聯(lián)附圖而理解的本發(fā)明的以下的詳細(xì)說(shuō)明而明確。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1 7的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的立體圖。圖2是從圖1的箭頭II方向觀察的圖。圖3是從圖2的箭頭III方向觀察的圖。圖4是從圖1的箭頭IV方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。圖5是從圖4的箭頭V方向觀察的圖。圖6是從圖1的箭頭VI方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式3的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。圖7是從圖6的箭頭ΥΠ方向觀察的圖。圖8是從圖1的箭頭VDI方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式4的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。圖9是從圖8的箭頭IX方向觀察的圖。圖10是從圖1的箭頭X方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式5的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。圖11是從圖10的箭頭XI方向觀察的圖。圖12是從圖1的箭頭ΧΠ方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式6的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。圖13是從圖12的箭頭XIII方向觀察的圖。圖14是從圖13的箭頭XIV方向觀察的圖。圖15是從圖1的箭頭X V方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式7的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。圖16是從圖15的箭頭XVI方向觀察的圖。圖17是從圖16的箭頭XVn方向觀察的圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。在以下的實(shí)施方式的說(shuō)明中，對(duì)圖中相同或者相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注相同附圖標(biāo)記，不重復(fù)其說(shuō)明。并且，在實(shí)施方式的說(shuō)明中，為了便于說(shuō)明，使用上、下、左、右的表現(xiàn)方式，但是，這些表現(xiàn)方式是基于所示出的圖的，并不限定發(fā)明的結(jié)構(gòu)。實(shí)施方式1
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1 7的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的外觀的立體圖。圖2是從圖1的箭頭II方向觀察的圖。圖3是從圖2的箭頭III方向觀察的圖。此外， 在圖1中示出實(shí)施方式1的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)100的結(jié)構(gòu)，在圖3中示出拆下對(duì)置板的狀態(tài)。如圖1所示，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)100中，在矩形形狀且平板狀的基底板110的一個(gè)主面安裝有絕緣體基板140。在本實(shí)施方式中，使用銅類合金作為基底板110的材料，但是，也可以使用鋁類合金等。作為絕緣體基板140的材料，使用了氮化硅材料，但是，也可以使用氧化鋁、氮化鋁以及碳化硅等。在絕緣體基板140的一個(gè)主面接合有多個(gè)半導(dǎo)體元件150。在本實(shí)施方式中，接合有八個(gè)半導(dǎo)體元件150。多個(gè)半導(dǎo)體元件150彼此間通過(guò)引線160相互連接。在本實(shí)施方式中，四個(gè)半導(dǎo)體元件150相互連接，構(gòu)成兩組連接單元。按每一組連接單元連接電極161。在本實(shí)施方式中，半導(dǎo)體元件150間接地與基底板110的一個(gè)主面接合，但是，在基底板110由具有絕緣性以及導(dǎo)熱性的材料形成的情況下，半導(dǎo)體元件150也可以直接與基底板110接合。在基底板110的一個(gè)主面，以在中間夾著絕緣體基板140的方式相互對(duì)置的框體側(cè)壁部180A和框體側(cè)壁部180B以分別沿著在基底板110的長(zhǎng)邊方向上延伸的一對(duì)邊緣進(jìn)
行配置安裝。在被基底板110的一個(gè)主面、框體側(cè)壁部180A、框體側(cè)壁部180B包圍的區(qū)域設(shè)置有具有絕緣性的密封樹(shù)脂170。絕緣體基板140、多個(gè)半導(dǎo)體元件150、引線160被密封在密封樹(shù)脂170的內(nèi)部，與外部絕緣。以將框體側(cè)壁部180A和框體側(cè)壁部180B的上端連結(jié)的方式安裝有蓋部181。蓋部181以與基底板110的一個(gè)主面對(duì)置的方式配置，在與密封樹(shù)脂170之間具有微小的間隙。矩形形狀且平板狀的對(duì)置板120配置在基底板110的另一個(gè)主面?zhèn)取?duì)置板120 以對(duì)置板120的主面與基底板110的另一個(gè)主面隔開(kāi)間隔而對(duì)置的方式配置。以將基底板110和對(duì)置板120之間連結(jié)的方式配置有兩個(gè)流道側(cè)壁部130A、130B。 流道側(cè)壁部130A和流道側(cè)壁部130B以彼此隔開(kāi)間隔分別沿著在基底板110以及對(duì)置板 120的長(zhǎng)邊方向上延伸的一對(duì)邊緣的方式配置。對(duì)置板120和兩個(gè)流道側(cè)壁部130A、130B 使用與基底板110相同的材料形成。圖3所示的孔部132用于組裝對(duì)置板120和兩個(gè)流道側(cè)壁部130A、130B。在對(duì)置板120上形成有與孔部132嵌合的未圖示的突出部?；装?10的另一個(gè)主面和對(duì)置板120的主面通過(guò)兩個(gè)流道側(cè)壁部130A、130B進(jìn)行連結(jié)，由此，在圖中的陰影線所示的部分形成有冷卻介質(zhì)流道190。換言之，基底板110、 對(duì)置板120以及兩個(gè)流道側(cè)壁部130A、130B分別構(gòu)成冷卻介質(zhì)流道190的壁部的一部分。分別在基底板110、對(duì)置板120以及兩個(gè)流道側(cè)壁部130A、130B之間設(shè)置有密封材料或者0型環(huán)，防止冷卻介質(zhì)泄漏到冷卻介質(zhì)流道190的外側(cè)。并且，在本實(shí)施方式中，由被分割為基底板110、對(duì)置板120以及兩個(gè)流道側(cè)壁部130A、130B的四個(gè)結(jié)構(gòu)部件構(gòu)成冷卻介質(zhì)流道190，但是，例如，兩個(gè)流道側(cè)壁部130A、130B和基底板110可以一體形成，四個(gè)結(jié)構(gòu)部件一體形成也可以。如圖2、3所示，在基底板110的另一個(gè)主面形成有朝向?qū)χ冒?20的主面突出的多個(gè)散熱用突出部111。多個(gè)散熱用突出部111分別具有板狀的形狀，該板狀的形狀具有長(zhǎng)邊方向。多個(gè)散熱用突出部111分別彼此隔開(kāi)預(yù)定的間隔地在與散熱用突出部111的長(zhǎng)邊方向正交的方向上并排配置。在本實(shí)施方式中，散熱用突出部111與基底板110—體形成。散熱用突出部111 以從底根部朝向前端部逐漸變細(xì)的方式形成。多個(gè)散熱用突出部111的突出長(zhǎng)度在整體上大致均勻。在半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)100中，冷卻介質(zhì)在圖3的箭頭193所示的方向上流動(dòng)。 冷卻介質(zhì)流道190包括冷卻介質(zhì)流入的流入口 191以及冷卻介質(zhì)流出的流出口 192。作為冷卻介質(zhì)，能夠使用水或者液體狀冷卻劑等。如上所述，要求在由流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的靜壓所導(dǎo)致的變形量大的位置即基底板 110的面內(nèi)的中央部使基底板110的變形變小。這是因?yàn)?，基底?10在周圍被固定了的狀態(tài)下受到冷卻介質(zhì)的靜壓，所以，形成兩端固定的梁的狀態(tài)，由靜壓所導(dǎo)致的變形成分在基底板110的面內(nèi)的中央部附近最大。因此，作為冷卻介質(zhì)流道190的一部分的在基底板110 的面內(nèi)的中央部附近形成的多個(gè)散熱用突出部111所處的區(qū)域，成為由流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的靜壓所導(dǎo)致的變形成分大的耐壓區(qū)域194。耐壓區(qū)域194位于流入口 191和流出口 192之間。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)100以如下方式形成在冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向即箭頭193所示的方向、即連結(jié)流入口 191和流出口 192的方向上，流道側(cè)壁部130A和流道側(cè)壁部130B的彼此對(duì)置的表面彼此之間的距離隨著從耐壓區(qū)域194的端部朝向中央部而逐漸變短。具體地說(shuō)，在流道側(cè)壁部130A，在與流道側(cè)壁部130B對(duì)置的面形成有向流道側(cè)壁部130B側(cè)突出的凸部131A。在本實(shí)施方式中，凸部131A以進(jìn)行彎曲(curve)的方式形成， 但是，以進(jìn)行折彎(bend)的方式形成也可以。同樣，在流道側(cè)壁部130B，在與流道側(cè)壁部130A對(duì)置的面形成有向流道側(cè)壁部 130A側(cè)突出的凸部131B。在本實(shí)施方式中，凸部131B以進(jìn)行彎曲的方式形成，但是，以進(jìn)行折彎的方式形成也可以。如上所述那樣形成流道側(cè)壁部130A以及流道側(cè)壁部130B，由此，對(duì)于冷卻介質(zhì)流道190來(lái)說(shuō)，在箭頭193所示的冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向上，耐壓區(qū)域194的中央部比端部窄。 其結(jié)果是，在冷卻介質(zhì)流道190流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的流速在耐壓區(qū)域194的中央部比端部大。若冷卻介質(zhì)的流速變大，則根據(jù)文丘里效應(yīng)(Venturi effect)，冷卻介質(zhì)的動(dòng)壓 (dynamic pressure)變大。根據(jù)伯努利定理，若冷卻介質(zhì)的動(dòng)壓變大，則冷卻介質(zhì)的靜壓變小。因此，在冷卻介質(zhì)流道較窄的耐壓區(qū)域194的中央部，在基底板110上所施加的靜壓與在基底板110的其他部分所施加的靜壓相比減少。換言之，冷卻介質(zhì)流道190以如下方式形成在連結(jié)流入口 191和流出口 192的方向上，在耐壓區(qū)域194的中央部的基底板110上所施加的靜壓比在耐壓區(qū)域194的端部的基底板110上所施加的靜壓低。利用上述結(jié)構(gòu)，降低在基底板110的面內(nèi)的中央部所施加的冷卻介質(zhì)的靜壓，抑制基底板110的變形，由此，能夠提高半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)100的結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性。半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)100使用薄的基底板110，并且，在散熱用突出部111所在的部分使冷卻介質(zhì)流道的流速增加，所以，效率較好地進(jìn)行與冷卻介質(zhì)的熱交換，提高半導(dǎo)體元件150的冷卻效率。以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方式2
在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)中，僅散熱用突出部以及兩個(gè)流道側(cè)壁部的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)不同。因此，關(guān)于散熱用突出部以及兩個(gè)流道側(cè)壁部之外的結(jié)構(gòu)，由于與實(shí)施方式1相同，所以不重復(fù)說(shuō)明。圖4是從圖1的箭頭IV方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。圖5是從圖4的箭頭V方向觀察的圖。并且，在圖5中示出拆下了對(duì)置板的狀態(tài)。如圖4、5所示，在本發(fā)明的實(shí)施方式2的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)200中，兩個(gè)流道側(cè)壁部230A、230B的彼此對(duì)置的面都平坦。因此，在箭頭193所示的冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向上，兩個(gè)流道側(cè)壁部230A、230B的彼此對(duì)置的面彼此之間的距離固定。在本實(shí)施方式中，在基底板210的另一個(gè)主面形成有朝向?qū)χ冒?20的主面突出的多個(gè)散熱用突出部211。多個(gè)散熱用突出部211分別具有大致圓柱狀的形狀。多個(gè)散熱用突出部211彼此隔開(kāi)預(yù)定的間隔配置為格子狀。在本實(shí)施方式中，散熱用突出部211與基底板210—體形成。散熱用突出部211 以從底根部朝向前端部逐漸變細(xì)的方式形成。多個(gè)散熱用突出部211的突出長(zhǎng)度在整體上大致均勻。散熱用突出部211包括在箭頭193所示的冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向上從流入側(cè)依次配置的散熱用突出部211A、散熱用突出部211B、散熱用突出部211C、散熱用突出部211D、散熱用突出部211E、散熱用突出部211F、散熱用突出部211G。散熱用突出部211以從散熱用突出部211A至散熱用突出部211D依次變粗的方式形成。另一方面，散熱用突出部211以從散熱用突出部211D至散熱用突出部211G依次變細(xì)的方式形成。換言之，在多個(gè)散熱用突出部211中，位于耐壓區(qū)域294的中央部的散熱用突出部 2IlD比位于端部的散熱用突出部211A、21IG粗。如上所述那樣形成散熱用突出部211，由此，對(duì)于冷卻介質(zhì)流道190來(lái)說(shuō)，在箭頭 193所示的冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向上，耐壓區(qū)域四4的中央部比端部窄。其結(jié)果是，在冷卻介質(zhì)流道190中流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的流速在耐壓區(qū)域四4的中央部比端部大。因此，在冷卻介質(zhì)流道較窄的耐壓區(qū)域四4的中央部，在基底板210上所施加的靜壓與在基底板210的其他部分所施加的靜壓相比降低。換言之，冷卻介質(zhì)流道190以如下方式形成在連結(jié)流入口 191和流出口 192的方向上，在耐壓區(qū)域四4的中央部的基底板210上所施加的靜壓比在耐壓區(qū)域四4的端部的基底板210上所施加的靜壓低。利用上述結(jié)構(gòu)，降低在基底板210的面內(nèi)的中央部所施加的冷卻介質(zhì)的靜壓，抑制基底板210的變形，由此，能夠提高半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)200的結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性。半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)200使用薄的基底板210，并且，在散熱用突出部211所在的部分使冷卻介質(zhì)流道的流速增加，所以，效率較好地進(jìn)行與冷卻介質(zhì)的熱交換，提高半導(dǎo)體元件150的冷卻效率。以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式3的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方式3
在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)中，僅散熱用突出部與實(shí)施方式2的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)不同。因此，關(guān)于散熱用突出部以外的結(jié)構(gòu)，由于與實(shí)施方式2相同，因此不重復(fù)說(shuō)明。
圖6是從圖1的箭頭VI方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式3的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。圖7是從圖6的箭頭ΥΠ方向觀察的圖。并且，在圖7中示出拆下了對(duì)置板的狀態(tài)。如圖6、7所示，在本發(fā)明的實(shí)施方式3的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)300中，在基底板 310的另一個(gè)主面形成有朝向?qū)χ冒?20的主面突出的多個(gè)散熱用突出部311。多個(gè)散熱用突出部311分別具備具有長(zhǎng)邊方向的板狀的形狀，并且，以連結(jié)流入口 191和流出口 192 的方向與散熱用突出部311的長(zhǎng)邊方向大致一致的方式配置。在本實(shí)施方式中，散熱用突出部311與基底板310—體形成。散熱用突出部311 以從底根部朝向前端部逐漸變細(xì)的方式形成。多個(gè)散熱用突出部311的突出長(zhǎng)度在整體上大致均勻。散熱用突出部311包括在與箭頭193所示的冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向正交的方向上從中心向左側(cè)依次配置的散熱用突出部311Α、散熱用突出部311Β、散熱用突出部311C、散熱用突出部311D。并且，散熱用突出部311包括在與箭頭193所示的冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向正交的方向上從中心向右側(cè)依次配置的散熱用突出部311Ε、散熱用突出部311F、散熱用突出部 311G。在中心配置的散熱用突出部311Α以長(zhǎng)邊方向與箭頭193所示的流動(dòng)方向平行的方式直線狀地形成。從散熱用突出部311Β至散熱用突出部311G的每一個(gè)具有隨著從耐壓區(qū)域394的中央部朝向端部而從散熱用突出部311Α離開(kāi)的方式彎曲的形狀。從散熱用突出部311Β至散熱用突出部311D以彎曲的曲率依次變大的方式形成。 從散熱用突出部311Ε至散熱用突出部311G以彎曲的曲率依次變大的方式形成。換言之，在多個(gè)散熱用突出部311中，相鄰的散熱用突出部311彼此的間隔隨著從耐壓區(qū)域394的端部朝向中央部而變窄。如上所述那樣形成多個(gè)散熱用突出部311，由此，在耐壓區(qū)域394的中央部，冷卻介質(zhì)流會(huì)聚。具體地說(shuō)，冷卻介質(zhì)流在散熱用突出部311Α的附近會(huì)聚。其結(jié)果是，在冷卻介質(zhì)流道190中流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的流速在耐壓區(qū)域394的中央部比端部大。因此，在冷卻介質(zhì)流會(huì)聚的耐壓區(qū)域394的中央部，在基底板310上所施加的靜壓與在基底板310的其他部分所施加的靜壓相比降低。換言之，冷卻介質(zhì)流道190以如下方式形成在連結(jié)流入口 191和流出口 192的方向上，在耐壓區(qū)域394的中央部的基底板310上所施加的靜壓比在耐壓區(qū)域394的端部的基底板310上所施加的靜壓低。利用上述結(jié)構(gòu)，降低在基底板310的面內(nèi)的中央部所施加的冷卻介質(zhì)的靜壓，抑制基底板310的變形，由此，提高半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)300的結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性。半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)300使用薄的基底板310，并且，在散熱用突出部311所在的部分使冷卻介質(zhì)流道的流速增加，所以，效率較好地進(jìn)行與冷卻介質(zhì)的熱交換，提高半導(dǎo)體元件150的冷卻效率。以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式4的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方式4
在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)中，僅散熱用突出部與實(shí)施方式2的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)不同。因此，關(guān)于散熱用突出部以外的結(jié)構(gòu)，由于與實(shí)施方式2相同，因此不重復(fù)說(shuō)明。
圖8是從圖1的箭頭VDI方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式4的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。圖9是從圖8的箭頭IX方向觀察的圖。并且，在圖9中示出拆下了對(duì)置板的狀態(tài)。如圖8、9所示，在本發(fā)明的實(shí)施方式4的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)400中，在基底板 410的另一個(gè)主面形成有朝向?qū)χ冒?20的主面突出的多個(gè)散熱用突出部411。多個(gè)散熱用突出部411分別具有大致圓柱狀的形狀。多個(gè)散熱用突出部411彼此隔開(kāi)間隔地配置。在本實(shí)施方式中，散熱用突出部411與基底板410—體形成。散熱用突出部411 以從底根部朝向前端部逐漸變細(xì)的方式形成。多個(gè)散熱用突出部411的突出長(zhǎng)度在整體上大致均勻。多個(gè)散熱用突出部411包括在冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向即箭頭193所示的方向上配置在流入口 191側(cè)的耐壓區(qū)域494的端部的多個(gè)散熱用突出部411B、配置在耐壓區(qū)域494的中央部的多個(gè)散熱用突出部411A、以及配置在流出口 192側(cè)的耐壓區(qū)域494的端部的多個(gè)散熱用突出部411C。多個(gè)散熱用突出部411B以及多個(gè)散熱用突出部411C分別配置為格子狀，并且規(guī)則地配置。多個(gè)散熱用突出部411A分別不規(guī)則地配置。具體地說(shuō)，存在散熱用突出部411A 配置得密的區(qū)域和配置得稀疏的區(qū)域。如上所述那樣形成散熱用突出部411，由此，在耐壓區(qū)域494的中央部，冷卻介質(zhì)流紊亂，冷卻介質(zhì)實(shí)際流動(dòng)的流道長(zhǎng)度變長(zhǎng)。在箭頭193方向上在冷卻介質(zhì)流道190中流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的流速整體上恒定，所以，耐壓區(qū)域494的中央部的冷卻介質(zhì)的流速變大。換言之，冷卻介質(zhì)流道190以如下方式形成在連結(jié)流入口 191和流出口 192的方向上，在耐壓區(qū)域494的中央部的基底板410上所施加的靜壓比在耐壓區(qū)域494的端部的基底板410上所施加的靜壓低。利用上述結(jié)構(gòu)，降低在基底板410的面內(nèi)的中央部所施加的冷卻介質(zhì)的靜壓，抑制基底板410的變形，由此，提高半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)400的結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性。半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)400使用薄的基底板410，并且，在散熱用突出部411所在的部分使冷卻介質(zhì)流道的流速增加，所以，效率較好地進(jìn)行與冷卻介質(zhì)的熱交換，提高半導(dǎo)體元件150的冷卻效率。以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式5的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方式5
在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)中，僅散熱用突出部與實(shí)施方式2的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)不同。因此，關(guān)于散熱用突出部以外的結(jié)構(gòu)，由于與實(shí)施方式2相同，所以，不重復(fù)說(shuō)明。圖10是從圖1的箭頭X方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式5的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。圖11是從圖10的箭頭XI方向觀察的圖。并且，在圖11中示出拆下了對(duì)置板的狀態(tài)。如圖10、11所示，在本發(fā)明的實(shí)施方式5的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)500中，在基底板510的另一個(gè)主面形成有朝向?qū)χ冒?20的主面突出的多個(gè)散熱用突出部511。多個(gè)散熱用突出部511分別具有柱狀的形狀。多個(gè)散熱用突出部511彼此隔開(kāi)間隔地配置。在本實(shí)施方式中，散熱用突出部511與基底板510—體形成。散熱用突出部511 以從底根部朝向前端部逐漸變細(xì)的方式形成。多個(gè)散熱用突出部511的突出長(zhǎng)度在整體上大致均勻。
多個(gè)散熱用突出部511包括在冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向即箭頭193所示的方向上從流入口 191側(cè)依次配置的散熱用突出部511A、散熱用突出部511B、散熱用突出部511C、散熱用突出部511D、散熱用突出部511E、散熱用突出部511F、散熱用突出部511G、散熱用突出部 511H。散熱用突出部511A具有大致圓柱形狀。散熱用突出部511B具有大致八棱柱形狀。 散熱用突出部511C具有大致六棱柱形狀。散熱用突出部511D具有大致四棱柱形狀。散熱用突出部511E具有大致三棱柱形狀。散熱用突出部511F具有大致四棱柱形狀。散熱用突出部511G具有大致六棱柱形狀。散熱用突出部511H具有大致八棱柱形狀。從散熱用突出部51IA至散熱用突出部51IE依次以在冷卻介質(zhì)流道190中流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的形狀阻力(form drag)變大的方式配置。另一方面，從散熱用突出部511E至散熱用突出部511H依次以在冷卻介質(zhì)流道190中流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的形狀阻力變小的方式配置。換言之，在多個(gè)散熱用突出部511中，位于耐壓區(qū)域594的中央部的散熱用突出部 511E具有在冷卻介質(zhì)流道190中流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的形狀阻力比位于耐壓區(qū)域594的端部的散熱用突出部511A、511H大的表面形狀。如上所述那樣形成散熱用突出部511，由此，在耐壓區(qū)域594的中央部，冷卻介質(zhì)流紊亂，冷卻介質(zhì)實(shí)際流動(dòng)的流道長(zhǎng)度變長(zhǎng)。在箭頭193方向上在冷卻介質(zhì)流道190中流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的流速在整體上恒定，所以，耐壓區(qū)域594的中央部的冷卻介質(zhì)的流速變大。換言之，冷卻介質(zhì)流道190以如下方式形成在連結(jié)流入口 191和流出口 192的方向上，在耐壓區(qū)域594的中央部的基底板510上所施加的靜壓比在耐壓區(qū)域594的端部的基底板510上所施加的靜壓低。利用上述結(jié)構(gòu)，降低在基底板510的面內(nèi)的中央部所施加的冷卻介質(zhì)的靜壓，抑制基底板510的變形，由此，提高半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)500的結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性。半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)500使用薄的基底板510，并且，在散熱用突出部511所在的部分使冷卻介質(zhì)流道的流速增加，所以，效率良好地進(jìn)行與冷卻介質(zhì)的熱交換，提高半導(dǎo)體元件150的冷卻效率。以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式6的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方式6
在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)中，僅散熱用突出部與實(shí)施方式2的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)不同。因此，關(guān)于散熱用突出部以外的結(jié)構(gòu)，由于與實(shí)施方式2相同，因此不重復(fù)說(shuō)明。圖12是從圖1的箭頭ΧΠ方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式6的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。圖13是從圖12的箭頭XIII方向觀察的圖。圖14是從圖13的箭頭XIV方向觀察的圖。并且，在圖13中示出拆下了對(duì)置板的狀態(tài)。如圖12 14所示，在本發(fā)明的實(shí)施方式6的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)600中，在基底板610的另一個(gè)主面形成有朝向?qū)χ冒?20的主面突出的多個(gè)散熱用突出部611。多個(gè)散熱用突出部611分別具有大致圓柱狀的形狀。多個(gè)散熱用突出部611彼此隔開(kāi)間隔地配置。在本實(shí)施方式中，散熱用突出部611與基底板610—體形成。散熱用突出部611以從底根部朝向前端部逐漸變細(xì)的方式形成。散熱用突出部611包括在箭頭193所示的冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向上從流入側(cè)依次配置的散熱用突出部611A、散熱用突出部611B、散熱用突出部611C、散熱用突出部611D、散熱用突出部611E、散熱用突出部611F、散熱用突出部611G、散熱用突出部611H、散熱用突出部 6111。從散熱用突出部611A至散熱用突出部611E以散熱用突出部611的突出長(zhǎng)度依次變長(zhǎng)的方式形成。另一方面，從散熱用突出部611E至散熱用突出部6111以散熱用突出部 611的突出長(zhǎng)度依次變短的方式形成。換言之，在多個(gè)散熱用突出部611中，位于耐壓區(qū)域694的中央部的散熱用突出部 611E的突出長(zhǎng)度比位于耐壓區(qū)域694的端部的散熱用突出部611A、611I的突出長(zhǎng)度長(zhǎng)。如上所述那樣形成散熱用突出部611，由此，對(duì)于冷卻介質(zhì)流道190來(lái)說(shuō)，在箭頭 193所示的冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向上，耐壓區(qū)域694的中央部比端部窄。其結(jié)果是，在冷卻介質(zhì)流道190中流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的流速在耐壓區(qū)域694的中央部比端部大。因此，在冷卻介質(zhì)流道變窄的耐壓區(qū)域694的中央部，在基底板610上所施加的靜壓與在基底板610的其他部分所施加的靜壓相比降低。換言之，冷卻介質(zhì)流道190以如下方式形成在連結(jié)流入口 191和流出口 192的方向上，在耐壓區(qū)域694的中央部的基底板610上所施加的靜壓比在耐壓區(qū)域694的端部的基底板610上所施加的靜壓低。利用上述結(jié)構(gòu)，降低在基底板610的面內(nèi)的中央部所施加的冷卻介質(zhì)的靜壓，抑制基底板610的變形，由此，能夠提高半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)600的結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性。半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)600使用薄的基底板610，并且，在散熱用突出部611所在的部分使冷卻介質(zhì)流道的流速增加，所以，效率良好地進(jìn)行與冷卻介質(zhì)的熱交換，提高半導(dǎo)體元件150的冷卻效率。以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式7的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。實(shí)施方式7
在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)中，僅散熱用突出部以及對(duì)置板與實(shí)施方式2 的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)不同。因此，關(guān)于散熱用突出部以及對(duì)置板以外的結(jié)構(gòu)，由于與實(shí)施方式2相同，因此不重復(fù)說(shuō)明。圖15是從圖1的箭頭X V方向觀察本發(fā)明的實(shí)施方式7的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)的圖。圖16是從圖15的箭頭XVI方向觀察的圖。圖17是從圖16的箭頭XVn方向觀察的圖。并且，在圖16中示出拆下了對(duì)置板的狀態(tài)。如圖15 17所示，在本發(fā)明的實(shí)施方式7的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)700中，在基底板710的另一個(gè)主面形成有朝向?qū)χ冒?20的主面突出的多個(gè)散熱用突出部711。多個(gè)散熱用突出部711分別具備具有長(zhǎng)邊方向的板狀的形狀。多個(gè)散熱用突出部711彼此隔開(kāi)預(yù)定的間隔并排配置在與散熱用突出部711的長(zhǎng)邊方向正交的方向上。在本實(shí)施方式中，散熱用突出部711與基底板710—體形成。散熱用突出部711 以從底根部朝向前端部逐漸變細(xì)的方式形成。多個(gè)散熱用突出部711的突出長(zhǎng)度在整體上大致均勻。本實(shí)施方式的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)700以如下方式形成在冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向即箭頭193所示的方向、即連結(jié)流入口 191和流出口 192的方向上，基底板710的另一個(gè)主面與對(duì)置板720的主面之間的距離隨著從耐壓區(qū)域794的端部朝向中央部而逐漸變短。具體地說(shuō)，在對(duì)置板720上，在與基底板710對(duì)置的主面形成有向基底板710側(cè)突出的凸部721。在本實(shí)施方式中，凸部721以進(jìn)行彎曲的方式形成，但是，以進(jìn)行折彎的方式形成也可以。如上所述那樣形成對(duì)置板720，由此，對(duì)于冷卻介質(zhì)流道190來(lái)說(shuō)，在箭頭193所示的冷卻介質(zhì)的流動(dòng)方向上，耐壓區(qū)域794的中央部比端部窄。其結(jié)果是，在冷卻介質(zhì)流道 190中流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的流速在耐壓區(qū)域794的中央部比端部大。換言之，冷卻介質(zhì)流道190以如下方式形成在連結(jié)流入口 191和流出口 192的方向上，在耐壓區(qū)域794的中央部的基底板710上所施加的靜壓比在耐壓區(qū)域794的端部的基底板710上所施加的靜壓低。利用上述結(jié)構(gòu)，降低在基底板710的面內(nèi)的中央部所施加的冷卻介質(zhì)的靜壓，抑制基底板710的變形，由此，能夠提高半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)700的結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性。半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)700使用薄的基底板710，并且，在散熱用突出部711所在的部分使冷卻介質(zhì)流道的流速增加，所以，效率良好地進(jìn)行與冷卻介質(zhì)的熱交換，提高半導(dǎo)體元件150的冷卻效率。詳細(xì)地說(shuō)明并示出了本發(fā)明，但是這僅用于例示，并不作為限定，應(yīng)該明確地理解為發(fā)明的范圍由所附的技術(shù)方案來(lái)解釋。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有 基底板，在一個(gè)主面直接地或間接地接合有半導(dǎo)體元件；對(duì)置板，主面以與所述基底板的另一個(gè)主面隔開(kāi)間隔地對(duì)置的方式配置，構(gòu)成在與所述基底板之間形成的冷卻介質(zhì)流道的壁部的一部分；以及兩個(gè)流道側(cè)壁部，以將所述基底板與所述對(duì)置板連結(jié)的方式彼此隔開(kāi)間隔地對(duì)置配置，并且成為所述冷卻介質(zhì)流道的壁部的一部分，所述基底板在所述另一個(gè)主面具有朝向所述對(duì)置板的所述主面突出的多個(gè)散熱用突出部，所述基底板的所述另一個(gè)主面與所述對(duì)置板的所述主面通過(guò)所述兩個(gè)流道側(cè)壁部而連結(jié)，由此，形成在彼此之間具有所述多個(gè)散熱用突出部所在的所述冷卻介質(zhì)流道的一部分即耐壓區(qū)域的所述冷卻介質(zhì)流道的流入口和流出口，所述冷卻介質(zhì)流道以如下方式形成在連結(jié)所述流入口和所述流出口的方向上，在所述耐壓區(qū)域的中央部的所述基底板上所施加的靜壓比在所述耐壓區(qū)域的端部的所述基底板上所施加的靜壓低。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述兩個(gè)流道側(cè)壁部的彼此對(duì)置的對(duì)置面彼此之間的距離隨著從所述耐壓區(qū)域的所述端部朝向所述中央部而變短。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述多個(gè)散熱用突出部分別具有柱狀的形狀，在所述多個(gè)散熱用突出部中，位于所述耐壓區(qū)域的所述中央部的散熱用突出部比位于所述耐壓區(qū)域的所述端部的散熱用突出部粗。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多個(gè)散熱用突出部分別具備具有長(zhǎng)邊方向的板狀的形狀，并且，以連結(jié)所述流入口與所述流出口的方向和該長(zhǎng)邊方向大致一致的方式配置，在所述多個(gè)散熱用突出部中，相鄰的散熱用突出部彼此的間隔隨著從所述耐壓區(qū)域的所述端部朝向所述中央部而變窄。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述多個(gè)散熱用突出部分別具有柱狀的形狀，在所述多個(gè)散熱用突出部中，位于所述耐壓區(qū)域的所述端部的散熱用突出部規(guī)則地配置，并且，位于所述耐壓區(qū)域的所述中央部的散熱用突出部不規(guī)則地配置。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述多個(gè)散熱用突出部分別具有柱狀的形狀，在所述多個(gè)散熱用突出部中，位于所述耐壓區(qū)域的所述中央部的散熱用突出部具有在所述冷卻介質(zhì)流道中流動(dòng)的冷卻介質(zhì)的形狀阻力比位于所述耐壓區(qū)域的所述端部的散熱用突出部大的表面形狀。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述多個(gè)散熱用突出部分別具有柱狀的形狀，在所述多個(gè)散熱用突出部中，位于所述耐壓區(qū)域的所述中央部的散熱用突出部的突出長(zhǎng)度比位于所述耐壓區(qū)域的所述端部的散熱用突出部的突出長(zhǎng)度長(zhǎng)。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述基底板的所述另一個(gè)主面與所述對(duì)置板的所述主面之間的距離隨著從所述耐壓區(qū)域的所述端部朝向所述中央部而變短。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)?；装?110)在另一個(gè)主面具有朝向?qū)χ冒宓闹髅嫱怀龅亩鄠€(gè)散熱用突出部(111)?；装?110)的另一個(gè)主面與對(duì)置板的主面通過(guò)兩個(gè)流道側(cè)壁部(130A、130B)而連接，由此，形成在彼此之間具有多個(gè)散熱用突出部(111)所在的冷卻介質(zhì)流道(190)的一部分即耐壓區(qū)域(194)的冷卻介質(zhì)流道(190)的流入口(191)和流出口(192)。冷卻介質(zhì)流道(190)以如下方式形成在連結(jié)流入口(191)和流出口(192)的方向上，在耐壓區(qū)域(194)的中央部的基底板(110)上施加的靜壓比在耐壓區(qū)域(190)的端部的基底板(110)上施加的靜壓低。由此，在半導(dǎo)體元件的冷卻結(jié)構(gòu)中，具有結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性并有效地冷卻半導(dǎo)體元件。
文檔編號(hào)H01L23/473GK102403288SQ20111026724
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者田畑光晴 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社