(57)【要約】【課題】半導体モジュールの複数の半導体素子が発した熱を、冷却フィンの近傍を通過する冷媒へと移動する効率が低かった。【解決手段】半導体装置および冷却装置を備える半導体モジュールであって、半導体装置は、半導体チップおよび半導体チップを実装する回路基板を有し、冷却装置は、半導体装置が実装される天板と、天板に接続される側壁と、側壁に接続され、天板に対面する底板と、天板、側壁および底板によって画定され、天板の主面に平行な断面で長辺および短辺を有する略矩形を有し、冷媒を流通させるための冷媒流通部と、短辺の方向の一の側に連通し、冷媒流通部に冷媒を導入するための入口と、短辺の方向の他の側に連通し、冷媒流通部から冷媒を導出するための出口と、冷媒流通部に配置され、天板と底板との間に延在し、長辺の方向よりも短辺の方向に長い略菱形を有する冷却ピンフィンとを含む。【選択図】図４
2020092250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置および冷却装置を備える半導体モジュールであって、
前記半導体装置は、半導体チップおよび前記半導体チップを実装する回路基板を有し、
前記冷却装置は、
前記半導体装置が実装される天板と、
前記天板に接続される側壁と、
前記側壁に接続され、前記天板に対面する底板と、
前記天板、前記側壁および前記底板によって画定され、前記天板の主面に平行な断面が長辺および短辺を有する略矩形である、冷媒を流通させるための冷媒流通部と、
前記短辺の方向の一の側に連通し、前記冷媒流通部に冷媒を導入するための入口と、
前記短辺の方向の他の側に連通し、前記冷媒流通部から冷媒を導出するための出口と、
前記冷媒流通部に配置され、前記天板と前記底板との間に延在し、前記長辺の方向よりも前記短辺の方向に長い略菱形を有する冷却ピンフィンと
を含む、
半導体モジュール。
【請求項２】
前記冷媒流通部は、
前記冷却ピンフィンが前記長辺の方向に前記短辺の方向よりも数多く配され、前記短辺の方向よりも前記長辺の方向に長い略長方形を有するフィン領域と、
前記フィン領域よりも前記一の側に位置して前記入口に連通し、前記長辺の方向に延在する一の連通領域と、
前記フィン領域よりも前記他の側に位置して前記出口に連通し、前記長辺の方向に延在する他の連通領域と
を有する、請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記天板は、前記側壁よりも外側に位置して外部の装置と締結するための締結部を含み、
前記締結部の厚みは、前記天板における前記フィン領域の厚みよりも厚い、
請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記側壁の厚みは、前記天板における前記フィン領域の厚みよりも厚い、
請求項２または３に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記天板、前記側壁および前記冷却ピンフィンは一体的に形成されている、
請求項１から４の何れか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記底板は、前記側壁を固着する位置を決めるための段差部であって、異なる少なくとも２つの面で前記側壁と接触する前記段差部を含む、
請求項５に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記底板は、前記天板および前記側壁の何れの厚みよりも厚く、
前記入口および前記出口はそれぞれ、前記底板に形成されている、
請求項６に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記側壁と前記底板とは固着剤で固着され、
前記底板の輪郭は、前記側壁の輪郭よりも内側に位置し、
前記底板の輪郭における、前記側壁と固着される側の角部は面取りされ、前記固着剤がフィレットを形成する領域を有する、
請求項６または７に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記冷却ピンフィンは、略菱形の断面のそれぞれの辺の長さが１．８ｍｍから２．０ｍｍであり、略菱形の断面のそれぞれの角部において、曲率半径が０．１ｍｍから０．２ｍｍの丸みを有する、
請求項１から８の何れか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
前記冷却ピンフィンは、略菱形の断面における前記短辺の方向の両端の角部が、略菱形の断面における前記長辺の方向の両端の角部よりも大きな曲率半径の丸みを有する、
請求項９に記載の半導体モジュール。
【請求項１１】
半導体装置および冷却装置を備える半導体モジュールであって、
前記半導体装置は、半導体チップおよび前記半導体チップを実装する回路基板を有し、
前記冷却装置は、
長辺および短辺を有する略矩形の領域に前記半導体装置が実装される天板と、
前記天板に接続される側壁と、
前記側壁に接続され、前記天板に対面する底板と、
前記天板、前記側壁および前記底板によって画定される、冷媒を流通させるための冷媒流通部と、
前記短辺の方向の一の側に連通し、前記冷媒流通部に冷媒を導入するための入口と、
平面視における前記領域の対角線方向において前記入口の反対に位置し、前記短辺の方向の他の側に連通し、前記冷媒流通部から冷媒を導出するための出口と、
前記冷媒流通部に配置され、前記天板と前記底板との間に延在する冷却ピンフィンと、
を含み、
平面視で、前記長辺の方向における前記入口が位置する側において、前記短辺の方向における前記他の側の前記側壁の内方側の少なくとも一部は、前記短辺の方向における前記一の側の前記側壁の内方側よりも、内方に向かい大きく傾斜している、
半導体モジュール。
【請求項１２】
平面視において、前記側壁は前記半導体装置と重ならない、
請求項１１に記載の半導体モジュール。
【請求項１３】
平面視において、前記側壁の輪郭は、前記長辺の方向に延在する中心軸に対して、前記短辺の方向に略対称であり、
前記長辺の方向における前記入口が位置する側において、前記他の側の前記側壁の少なくとも一部の厚みは、前記一の側の前記側壁の厚みよりも厚く、これにより、前記他の側の前記側壁の内方側の前記少なくとも一部は前記一の側の前記側壁の内方側よりも内方に向かい大きく傾斜している、
請求項１１または１２に記載の半導体モジュール。
【請求項１４】
前記長辺の方向における前記入口が位置する側の、前記他の側の前記側壁の前記少なくとも一部は、前記底板に向かい合う面内に、前記底板に形成された位置決め用の穴に嵌合する位置決め用のピン、および、前記底板に形成された位置決め用のピンが嵌合する位置決め用の穴、のうちの何れか一方を有する、
請求項１３に記載の半導体モジュール。
【請求項１５】
前記側壁と前記底板とは固着剤で固着されており、
前記長辺の方向における前記入口が位置する側の、前記他の側の前記側壁の前記少なくとも一部は、前記底板に向かい合う面内に前記固着剤を収容するための溝を有する、
請求項１３または１４に記載の半導体モジュール。
【請求項１６】
平面視において、前記側壁の輪郭は、前記長辺の方向に延在する中心軸に対して、前記短辺の方向に略対称であり、
前記側壁は、
前記輪郭を形成し、前記冷媒流通部を囲う外壁部と、
前記長辺の方向における前記入口が位置する側の、前記他の側に位置し、前記外壁部の内方面に接する、スロープ部と
を含み、
前記スロープ部の内方側は、前記他の側の前記側壁の内方側の前記少なくとも一部として、前記一の側の前記外壁部の内方側よりも内方に向かい大きく傾斜している、
請求項１１または１２に記載の半導体モジュール。
【請求項１７】
前記外壁部は、前記天板と一体的に形成されており、
前記スロープ部は、前記天板に対して着脱自在に固定されている、
請求項１６に記載の半導体モジュール。
【請求項１８】
前記側壁は、前記天板と一体的に形成されており、
前記側壁の厚みは略一定であり、
前記他の側の前記側壁の少なくとも一部の輪郭は、前記底板の輪郭よりも内側に位置し、
前記天板は、前記長辺の方向における前記入口が位置する側の、前記他の側の前記側壁の前記少なくとも一部の外方において、前記底板を支持する支持ピンを含み、
前記側壁および前記支持ピンと、前記底板とは、固着剤で固着されている、
請求項１１または１２に記載の半導体モジュール。
【請求項１９】
前記冷媒流通部は、
前記冷却ピンフィンが前記長辺の方向に前記短辺の方向よりも数多く配され、前記短辺の方向よりも前記長辺の方向に長い略長方形を有するフィン領域と、
前記フィン領域よりも前記一の側に位置して前記入口に連通し、前記長辺の方向に延在する一の連通領域と、
前記フィン領域よりも前記他の側に位置して前記出口に連通し、前記長辺の方向に延在する他の連通領域と
を有する、
請求項１１から１８のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項２０】
平面視において、複数の前記冷却ピンフィンは、前記長辺の方向よりも前記短辺の方向に長い略菱形を有し、前記複数の冷却ピンフィンのそれぞれの一辺を結ぶ直線は、前記対角線方向に延伸し、
平面視で、前記長辺の方向における前記出口が位置する側であって前記短辺の方向における前記一の側と、前記長辺の方向における前記入口が位置する側であって前記短辺の方向における前記他の側との間を延伸する前記直線は、前記長辺の方向における前記入口が位置する側の、前記他の側の前記側壁の内方側の前記少なくとも一部の延伸方向と、９０°未満の角度で交差する、
請求項１９に記載の半導体モジュール。
【請求項２１】
前記底板は、前記天板および前記側壁の何れの厚みよりも厚く、
前記入口および前記出口はそれぞれ、前記底板に形成されている、
請求項１１から２０のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項２２】
請求項１から１０の何れか一項に記載の半導体モジュールを備える車両。
【請求項２３】
車両であって、
請求項１１から２１の何れか一項に記載の半導体モジュールと、
前記半導体モジュールの前記入口を介して前記冷媒流通部に冷媒を導入し、前記出口を介して前記冷媒流通部から冷媒を導出するポンプと
を備え、
前記半導体モジュールは、前記入口が重力方向の上側となり、前記出口が重力方向の下側となるように、前記車両内で固定される、車両。
【請求項２４】
請求項１から２０の何れか一項に記載の半導体モジュールの製造方法であって、
連続した一枚の板部材から、前記天板、前記側壁および前記冷却ピンフィンを一体的に形成する、製造方法。
【請求項２５】
前記板部材に対して、前記天板、前記側壁および前記冷却ピンフィンの形状に対応する金型を用いた打ち抜き加工を行うことによって、前記天板、前記側壁および前記冷却ピンフィンを一体的に形成する、請求項２４に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュール、車両および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷却フィンを含む冷却装置を実装した、パワー半導体チップ等の複数の半導体素子を含む半導体モジュールが知られている（例えば、特許文献１−８参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特許第５９５５６５１号
［特許文献２］ＷＯ２０１４／１０９２３５
［特許文献３］特開平０８−１４８６１７号公報
［特許文献４］特開２０１８−０４９８６１号公報
［特許文献５］特開２０１３−１２０８９７号公報
［特許文献６］特開２０１６−２０１３９１号公報
［特許文献７］特開昭６３−０２３５７号公報
［特許文献８］ＷＯ２０１２／１５７２４７
［特許文献９］特開２０１０−０５６１３１号公報
［特許文献１０］特開２０１１−２５８６５５号公報
［特許文献１１］特開２０１１−０７１３８６号公報
［特許文献１２］特許第６４９３６１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の半導体モジュールでは、複数の半導体素子が発した熱を、冷却フィンの近傍を通過する冷媒へと移動する効率が低かった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、半導体装置および冷却装置を備える半導体モジュールを提供する。半導体装置は、半導体チップおよび半導体チップを実装する回路基板を有してもよい。冷却装置は、半導体装置が実装される天板を含んでもよい。冷却装置は、天板に接続される側壁を含んでもよい。冷却装置は、側壁に接続され、天板に対面する底板を含んでもよい。冷却装置は、天板、側壁および底板によって画定され、天板の主面に平行な断面で長辺および短辺を有する略矩形を有し、冷媒を流通させるための冷媒流通部を含んでもよい。冷却装置は、短辺の方向の一の側に連通し、冷媒流通部に冷媒を導入するための入口を含んでもよい。冷却装置は、短辺の方向の他の側に連通し、冷媒流通部から冷媒を導出するための出口を含んでもよい。冷却装置は、冷媒流通部に配置され、天板と底板との間に延在し、長辺の方向よりも短辺の方向に長い略菱形を有する冷却ピンフィンを含んでもよい。
【０００５】
冷媒流通部は、冷却ピンフィンが長辺の方向に短辺の方向よりも数多く配され、短辺の方向よりも長辺の方向に長い略長方形を有するフィン領域を有してもよい。冷媒流通部は、フィン領域よりも一の側に位置して入口に連通し、長辺の方向に延在する一の連通領域を有してもよい。冷媒流通部は、フィン領域よりも他の側に位置して出口に連通し、長辺の方向に延在する他の連通領域を有してもよい。
【０００６】
天板は、側壁よりも外側に位置して外部の装置と締結するための締結部を含んでもよい。締結部の厚みは、天板におけるフィン領域の厚みよりも厚くてもよい。
【０００７】
側壁の厚みは、天板におけるフィン領域の厚みよりも厚くてもよい。
【０００８】
天板、側壁および冷却ピンフィンは一体的に形成されていてもよい。
【０００９】
底板は、側壁を固着する位置を決めるための段差部であって、異なる少なくとも２つの面で側壁と接触する段差部を含んでもよい。
【００１０】
底板は、天板および側壁の何れの厚みよりも厚くてもよい。入口および出口はそれぞれ、底板に形成されていてもよい。
【００１１】
側壁と底板とは固着剤で固着されてもよい。底板の輪郭は、側壁の輪郭よりも内側に位置してもよい。底板の輪郭における、側壁と固着される側の角部は面取りされ、固着剤がフィレットを形成する領域を有してもよい。
【００１２】
冷却ピンフィンは、略菱形の断面のそれぞれの辺の長さが１．８ｍｍから２．０ｍｍであってもよい。略菱形の断面のそれぞれの角部において、曲率半径が０．１ｍｍから０．２ｍｍの丸みを有してもよい。
【００１３】
冷却ピンフィンは、略菱形の断面における短辺の方向の両端の角部が、略菱形の断面における長辺の方向の両端の角部よりも小さな曲率半径の丸みを有してもよい。
【００１４】
本発明の第２の態様においては、半導体装置および冷却装置を備える半導体モジュールを提供する。半導体装置は、半導体チップおよび半導体チップを実装する回路基板を有してもよい。冷却装置は、長辺および短辺を有する略矩形の領域に半導体装置が実装される天板を含んでもよい。冷却装置は、天板に接続される側壁を含んでもよい。冷却装置は、側壁に接続され、天板に対面する底板を含んでもよい。冷却装置は、天板、側壁および底板によって画定される、冷媒を流通させるための冷媒流通部を含んでもよい。冷却装置は、短辺の方向の一の側に連通し、冷媒流通部に冷媒を導入するための入口を含んでもよい。冷却装置は、平面視における領域の対角線方向において入口の反対に位置し、短辺の方向の他の側に連通し、冷媒流通部から冷媒を導出するための出口を含んでもよい。冷却装置は、冷媒流通部に配置され、天板と底板との間に延在する冷却ピンフィンを含んでもよい。平面視で、長辺の方向における入口が位置する側において、短辺の方向における他の側の側壁の内方側の少なくとも一部は、短辺の方向における一の側の側壁の内方側よりも、内方に向かい大きく傾斜していてもよい。
【００１５】
平面視において、側壁は半導体チップと重ならなくてもよい。
【００１６】
平面視において、側壁の輪郭は、長辺の方向に延在する中心軸に対して、短辺の方向に略対称であってもよい。長辺の方向における入口が位置する側において、他の側の側壁の少なくとも一部の厚みは、一の側の側壁の厚みよりも厚く、これにより、他の側の側壁の内方側の少なくとも一部は一の側の側壁の内方側よりも内方に向かい大きく傾斜していてもよい。
【００１７】
長辺の方向における入口が位置する側の、他の側の側壁の少なくとも一部は、底板に向かい合う面内に、底板に形成された位置決め用の穴に嵌合する位置決め用のピン、および、底板に形成された位置決め用のピンが嵌合する位置決め用の穴、のうちの何れか一方を有してもよい。
【００１８】
側壁と底板とは固着剤で固着されていてもよい。長辺の方向における入口が位置する側の、他の側の側壁の少なくとも一部は、底板に向かい合う面内に固着剤を収容するための溝を有してもよい。
【００１９】
平面視において、側壁の輪郭は、長辺の方向に延在する中心軸に対して、短辺の方向に略対称であってもよい。側壁は、輪郭を形成し、冷媒流通部を囲う外壁部を含んでもよい。側壁は、長辺の方向における入口が位置する側の、他の側に位置し、外壁部の内方面に接する、スロープ部を含んでもよい。スロープ部の内方側は、他の側の側壁の内方側の少なくとも一部として、一の側の外壁部の内方側よりも内方に向かい大きく傾斜していてもよい。
【００２０】
外壁部は、天板と一体的に形成されていてもよい。スロープ部は、天板に対して着脱自在に固定されていてもよい。
【００２１】
側壁は、天板と一体的に形成されていてもよい。側壁の厚みは略一定であってもよい。他の側の側壁の少なくとも一部の輪郭は、底板の輪郭よりも内側に位置してもよい。天板は、長辺の方向における入口が位置する側の、他の側の側壁の少なくとも一部の外方において、底板を支持する支持ピンを含んでもよい。側壁と、支持ピンと、底板とは、固着剤で固着されていてもよい。
【００２２】
平面視において、冷却ピンフィンは、長辺の方向よりも短辺の方向に長い略菱形を有し、複数の冷却ピンフィンのそれぞれの一辺を結ぶ直線は、対角線方向に延伸してもよい。平面視で、長辺の方向における出口が位置する側であって短辺の方向における一の側と、長辺の方向における入口が位置する側であって短辺の方向における他の側との間を延伸する直線は、長辺の方向における入口が位置する側の、他の側の側壁の内方側の少なくとも一部の延伸方向と、９０°未満の角度で交差してもよい。
【００２３】
底板は、天板および側壁の何れの厚みよりも厚くてもよい。入口および出口はそれぞれ、底板に形成されていてもよい。
【００２４】
本発明の第３の態様においては、第１の態様に係る半導体モジュールを備える車両を提供する。
【００２５】
本発明の第４の態様においては、第２の態様に係る半導体モジュールと、半導体モジュールの入口を介して冷媒流通部に冷媒を導入し、出口を介して冷媒流通部から冷媒を導出するポンプとを備える車両を提供する。半導体モジュールは、入口が重力方向の上側となり、出口が重力方向の下側となるように、車両内で固定されてもよい。
【００２６】
本発明の第５の態様においては、第１および第２の態様に係る半導体モジュールの製造方法を提供する。製造方法では、連続した一枚の板部材から、天板、側壁および冷却ピンフィンを一体的に形成してもよい。
【００２７】
板部材に対して、天板、側壁および冷却ピンフィンの形状に対応する金型を用いた打ち抜き加工を行うことによって、天板、側壁および冷却ピンフィンを一体的に形成してもよい。
【００２８】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の冷却装置１０の一例を示す模式的な斜視図である。
【図３】本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す模式的な断面図である。
【図４】本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００における、冷却装置１０のフィン領域９５および半導体装置７０の配置、冷却ピンフィン９４の形状、ならびに冷媒の流れ方向の一例を示す図である。
【図５】冷却ピンフィン９４のｘｙ平面における断面形状の一例を説明する図である。
【図６】冷却ピンフィン９４のＲ加工形状と半導体チップ７８−冷却水間の熱抵抗との関係を示すグラフである。
【図７】冷却ピンフィン９４のｘｙ平面における断面形状の他の例を説明する図である。
【図８】図３における領域Ａの部分拡大図である。
【図９】本発明の一つの実施形態に係る車両２００の概要を示す図である。
【図１０】本発明の一つの実施形態に係る車両２００内で、ポンプ２２１と、入口配管２２２および出口配管２２３を介してポンプ２２１に接続された状態の半導体モジュール１０１との一例を示す模式的な側面図である。
【図１１】本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１０１の冷却装置１１の一例を示す模式的な斜視図である。
【図１２】本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１０１における、冷却装置１１の側壁３７の構成の一例を説明する図である。
【図１３】図１２に示す領域［Ｒ１］内の側壁３７の第１変形例を説明する図である。
【図１４】図１２に示す領域［Ｒ１］内の側壁３７の第２変形例を説明する図である。
【図１５】図１２に示す領域［Ｒ２］内の冷却ピンフィン９４の変形例を説明する図である。
【図１６】本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００、１０１の主回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００３１】
図１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す模式的な斜視図であり、図２は、半導体モジュール１００の冷却装置１０の一例を示す模式的な斜視図である。また、図３は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す模式的な断面図であり、図４は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００における、冷却装置１０のフィン領域９５および半導体装置７０の配置、冷却ピンフィン９４の形状、ならびに冷媒の流れ方向の一例を示す図である。図３では、図１に示す半導体モジュール１００におけるＵ相ユニット７０Ｕの半導体チップ７８と、図２に示す冷却装置１０の出口４２との両方をｘｚ平面で仮想的に切断した状態を示している。図４では、図１に示すＵ相ユニット７０Ｕ、Ｖ相ユニット７０ＶおよびＷ相ユニット７０Ｗを破線で示している。なお、図３に破線で示す領域［Ａ］は、後述する図８において拡大して示す領域である。
【００３２】
半導体モジュール１００は、半導体装置７０および冷却装置１０を備える。本例の半導体装置７０は、冷却装置１０に載置されている。本実施形態の説明では、半導体装置７０が載置されている冷却装置１０の面をｘｙ面とし、ｘｙ面と垂直な軸をｚ軸とする。ｘｙｚ軸は右手系をなす。本実施形態の説明では、ｚ軸方向において冷却装置１０から半導体装置７０に向かう方向を上、逆の方向を下と称するが、上および下の方向は、重力方向に限定されない。また本実施形態の説明では、各部材の面のうち、上側の面を上面、下側の面を下面、上面および下面の間の面を側面と称する。本実施形態の説明において、平面視は、ｚ軸正方向から半導体モジュール１００を見た場合を意味する。
【００３３】
半導体装置７０は、半導体チップ７８と、半導体チップ７８を実装する回路基板７６とを有する。本例の半導体装置７０は、３枚の回路基板７６を含んでもよく、各回路基板７６には２つの半導体チップ７８が搭載されてもよい。本例の半導体装置７０は、パワー半導体装置であって、回路基板７６および半導体チップ７８―１および半導体チップ７８−４を含むＵ相ユニット７０Ｕと、回路基板７６および半導体チップ７８―２および半導体チップ７８−５を含むＶ相ユニット７０Ｖと、回路基板７６および半導体チップ７８―３および半導体チップ７８−６を含むＷ相ユニット７０Ｗを有してもよい。本例の半導体モジュール１００は、三相交流インバータを構成する装置として機能してもよい。なお、Ｕ相ユニット７０Ｕ、Ｖ相ユニット７０ＶおよびＷ相ユニット７０Ｗの各半導体チップ７８は、半導体モジュール１００が動作した場合に熱を生じる発熱源となる。
【００３４】
半導体チップ７８は縦型の半導体素子であり、上面電極および下面電極を有する。半導体チップ７８は、一例として、シリコン等の半導体基板に形成された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、ＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）および還流ダイオード（ＦＷＤ）等の素子を含む。半導体チップ７８は、ＩＧＢＴおよびＦＷＤが一枚の半導体基板に形成された逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ−ＩＧＢＴ）であってもよい。ＲＣ−ＩＧＢＴにおいてＩＧＢＴとＦＷＤは逆並列に接続されてよい。
【００３５】
半導体チップ７８の下面電極は、回路基板７６の上面に接続されている。半導体チップ７８の上面電極はエミッタ、ソースあるいはアノード電極であってよく、下面電極はコレクタ、ドレインあるいはカソード電極であってよい。半導体チップ７８における半導体基板は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）であってもよい。
【００３６】
ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子を含む半導体チップ７８は制御電極を有する。半導体モジュール１００は半導体チップ７８の制御電極に接続される制御端子を有してもよい。スイッチング素子は、制御端子を介し、外部の制御回路により制御され得る。
【００３７】
回路基板７６は、一例として、上面と下面を有する絶縁板と、絶縁板の上面に設けられた回路層と、下面に設けられた金属層とを順に含む積層基板である。回路基板７６は、上面および下面を有し、下面が冷却装置１０の上面に配置される。回路基板７６は、一例として、金属層を介して半田等によって冷却装置１０の上面に固定されている。また、回路基板７６の上面側には、一例として、回路層を介して２つの半導体チップ７８が固定されている。
【００３８】
回路基板７６は、例えば、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板やＡＭＢ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｍｅｔａｌ  Ｂｒａｚｉｎｇ）基板であってよい。絶縁板は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミックス材料を用いて形成されてよい。回路層および金属層は、銅あるいは銅合金などの導電材料を含む板材であってよい。回路層は、半田やロウ等によって絶縁板の上面側に固定されている。回路層の上面には、半導体チップ７８が半田等によって電気的、機械的に接続され、すなわち電気回路的に直接接続されている。なお、回路層は、ワイヤー等により、他の導電部材と電気的に接続されてもよい。
【００３９】
冷却装置１０は、ベースプレート４０と、底板６４とを有する。ベースプレート４０は、半導体装置７０が実装される天板２０と、天板２０に接続される側壁３６と、天板２０に接続される複数の冷却ピンフィン９４とを含む。
【００４０】
天板２０は、ｘｙ平面に広がる主面を有する、板状の部材である。本例の天板２０は、平面視において、長辺および短辺を有する略長方形である。また、本例の天板２０は、短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸に平行である。天板２０は、半導体モジュール１００が実装される外部の装置と締結するための締結部２１を含む。締結部２１は、平面視において、天板２０に接続される側壁３６よりも外側に位置し、外部の装置のボスなどが挿入される貫通孔８０を有する。本例の締結部２１は、略長方形の天板２０の四隅のそれぞれに１つずつ、計４つの貫通孔８０を有する。
【００４１】
側壁３６は、略一定の厚みを有し、冷却装置１０の側面を構成する。本例の側壁３６は、ｘｙ平面において、長辺および短辺を有する略矩形の輪郭を有する。側壁３６が冷却装置１０の側面を構成することから、平面視において、側壁３６の輪郭の短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸に平行である。また、本例の側壁３６は、平面視において、天板２０の締結部２１よりも内側に位置し、天板２０からｚ軸負方向に延在する。
【００４２】
複数の冷却ピンフィン９４のうちの少なくとも１つは、ｘｙ平面における断面形状が略菱形である。以降の説明において、１または複数の冷却ピンフィン９４を、単に冷却ピンフィン９４と称する場合がある。冷却ピンフィン９４は、天板２０からｚ軸負方向に延伸している。冷却ピンフィン９４は、平面視において、側壁３６よりも内側に位置し、側壁３６によって囲われている。
【００４３】
図２の冷却装置１０では、簡略化のため、冷却ピンフィン９４を図示する代わりに、冷却ピンフィン９４が設けられた領域であるフィン領域９５をドットで示している。フィン領域９５は、平面視において矩形であってよく、短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸に平行であってもよい。
【００４４】
本例のベースプレート４０において、天板２０、側壁３６および冷却ピンフィン９４は一体的に形成されている。例えば、天板２０、側壁３６および冷却ピンフィン９４は、連続した一枚の板部材から一体的に形成してもよい。例えば、連続した一枚の板部材に対して、天板２０、側壁３６および冷却ピンフィン９４の形状に対応する金型を用いた打ち抜き加工を行うことによって、天板２０、側壁３６および冷却ピンフィン９４を一体的に形成してもよい。他の例として、インパクトプレスなどを用いる常温環境下での冷間鍛造や、高温環境下での温間鍛造、熱間鍛造、溶湯鍛造などの任意の鍛造法を用いた成型を行うことによって、あるいは鋳造による成型を行うことによって、天板２０、側壁３６および冷却ピンフィン９４を一体的に形成してもよい。本実施形態の半導体モジュール１００は、天板２０、側壁３６および冷却ピンフィン９４を一体的に形成することにより、別個に形成されたものを互いに固着する形態に比べて部品点数を削減することができる。
【００４５】
底板６４は、板状の部材である。本例の底板６４は、平面視において、長辺および短辺を有する略長方形である。また、本例の底板６４は、短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸方向に平行である。底板６４は、冷媒流通部９２の底面を構成する。底板６４は、側壁３６に接続され、天板２０に対面する。
【００４６】
天板２０、側壁３６および底板６４によって、冷媒を流通させるための冷媒流通部９２が画定される。換言すると、側壁３６は、ｘｙ面において、冷媒流通部９２を囲んで配置され、天板２０および底板６４は、ｚ軸方向において、冷媒流通部９２を挟んで互いに対面して配置される。よって、ｘｙ平面における冷媒流通部９２の輪郭は、側壁３６の内周によって画定され、冷媒流通部９２は、ｘｙ平面において長辺および短辺を有する略矩形を有する。
【００４７】
また、本例の底板６４には、冷媒流通部９２に冷媒を導入するための貫通孔である入口４１と、冷媒流通部９２から冷媒を導出するための貫通孔である出口４２とが形成されている。また、本例の底板６４は、一例として、天板２０に対面する側において、側壁３６を固着する位置を決めるための段差部６５を有する。平面視において、本例の段差部６５の輪郭は、底板６４の輪郭よりも小さく、底板６４と同様に、長辺および短辺を有する略長方形である。また、本例の段差部６５は、短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸方向に平行である。なお、底板６４は、図２から４等に図示する段差部６５に代えて、側壁３６を固着する位置を決めることが可能な他の任意の段差を有してもよい。また、底板６４は、段差部６５を有さなくてもよい。また、底板６４は、段差部６５に加えて又は代えて、側壁３６を固着する位置を決めるための他の構造、例えば底板６４の側壁３６側の面内の少なくとも３点に配置されるピンを有してもよく、当該ピンは側壁３６の内周の面に当接してもよく、側壁３６の端面に設けられた、当該ピンと相補的な形状を有する孔に挿入されてもよい。
【００４８】
入口４１および出口４２は、それぞれ外部の冷媒供給源に連通するパイプが接続され得、換言すると、冷却装置１０は、２本のパイプによって外部の冷媒供給源に接続され得る。従って、冷却装置１０は、入口４１を介して一方のパイプから冷媒を搬入され得、冷媒は冷媒流通部９２内部を循環した後に出口４２を介して他方のパイプへと搬出され得る。
【００４９】
入口４１および出口４２は、ｘ軸方向において、冷却装置１０の一側と、一側の反対の他側にそれぞれ位置し、且つ、ｙ軸方向において、冷却装置１０の一側と、一側の反対の他側にそれぞれ位置する。すなわち、入口４１および出口４２は、ｘｙ平面において略矩形を有する冷媒流通部９２の対角線方向で、冷媒流通部９２の対向する両端に位置する。
【００５０】
本実施形態の半導体モジュール１００は、冷却装置１０の上面でｚ軸方向に並べられた各半導体チップ７８から生じた熱を、冷却装置１０の入口４１を介して冷媒流通部９２に流入し、冷媒流通部９２内を全体に亘って拡散し、出口４２を介して流出する冷媒によって効率的に冷却する。
【００５１】
図３に示す通り、天板２０は、ｘｙ面と平行な上面（おもて面）２２および下面（裏面）２４を有する。天板２０は、一例として金属で形成され、より具体的な一例としてアルミニウムを含む金属で形成されている。天板２０は、表面にニッケルなどのめっき層が形成されてもよい。天板２０の上面２２には、半導体装置７０が載置される。この場合、天板２０の上面２２には、半導体装置７０の回路基板７６が半田等によって直接固定されてもよい。天板２０には、各半導体チップ７８において発生した熱が伝達される。天板２０、回路基板７６および半導体チップ７８は、ｚ軸正方向に向かってこの順に配置される。天板２０および回路基板７６の間、ならびに、回路基板７６および半導体チップ７８の間は、熱的に接続されてよい。それぞれの部材間が半田で固定されている場合は、当該半田を介して熱的に接続される。
【００５２】
半導体装置７０は追加的に、収容部７２を有してもよい。収容部７２は、例えば熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂等の絶縁材料で形成された枠体であり、天板２０の上面２２において回路基板７６等が配置された領域を囲んで設けられてよい。収容部７２は、天板２０の上面２２に接着されてもよい。収容部７２は、半導体チップ７８、回路基板７６およびその他の回路要素を収容し得る内部空間を有する。収容部７２は、内部空間において、半導体装置７０の回路基板７６および半導体チップ７８を含む各構成要素を収容してもよい。収容部７２の内部空間には、半導体チップ７８、回路基板７６およびその他の回路要素を封止する封止部７４が充填されてよい。封止部７４は、例えばシリコーンゲルまたはエポキシ樹脂等の樹脂を含む絶縁部材である。なお、図１においては、説明の簡略化を目的として、収容部７２および封止部７４の図示を省略してある。
【００５３】
冷媒流通部９２は、天板２０の下面２４側に配置されている。図４に示す通り、冷媒流通部９２は、天板２０の主面に平行な断面において、長辺９６および短辺９３を有する略矩形である。
【００５４】
冷媒流通部９２には、ＬＬＣや水等の冷媒が流通する。冷媒流通部９２において、冷媒は、短辺９３の方向の一の側に連通する入口４１から導入されて短辺９３の方向の他の側に連通する出口４２から導出される。冷媒は、回路基板７６が配置される天板２０の下面２４および冷却ピンフィン９４に接触し、半導体装置７０を冷却する。
【００５５】
冷媒流通部９２は、天板２０、側壁３６および底板６４のそれぞれに接する密閉空間であってよい。底板６４は、側壁３６のｚ軸負方向の下端に直接または間接に密着して配置され、天板２０、側壁３６および底板６４によって冷媒流通部９２を密閉している。なお、間接に密着とは、側壁３６の下端と底板６４との間に設けられた、シール材、接着剤、ロウ材、または、その他の部材である固着剤９８を介して、側壁３６の下端と底板６４とが密着している状態を指す。密着は、冷媒流通部９２の内部の冷媒が、当該密着部分から漏れ出ない状態を指す。側壁３６の下端と底板６４とは、好ましくはロウ付けされる。なお、ベースプレート４０および底板６４は同一組成の金属で形成され、ロウ材はベースプレート４０等よりも融点の低い金属、例えばアルミニウムを含む金属で形成されてよい。
【００５６】
冷却ピンフィン９４は、冷媒流通部９２に配置され、天板２０と底板６４との間に延在する。本例の冷却ピンフィン９４は、天板２０および底板６４のそれぞれの主面と略直交するようにｚ軸方向に延在する。本例の冷却ピンフィン９４は、図４に示す通り、ｘｙ面において所定のパターンで配置され、天板２０および底板６４のそれぞれの主面と略直交するようにｚ軸方向に延在する。また、本例の冷却ピンフィン９４は、ｘｙ平面の断面において、冷媒流通部９２の長辺９６の方向よりも短辺９３の方向に長い略菱形を有する。略菱形の一対の対角線のうち、長辺９６に平行な対角線の方が短辺９３に平行な対角線よりも短い。
【００５７】
冷却ピンフィン９４は、ｚ軸方向において対向する上端と下端とを有し、上端が天板２０の下面２４に熱的および機械的に接続され、天板２０の下面２４から冷媒流通部９２に向かって延在する。冷却ピンフィン９４が天板２０と一体的に形成されている場合は、冷却ピンフィン９４の上端が天板２０の下面２４から一体的に突出し、天板２０の下面２４から冷媒流通部９２に向かって延在する。本例の冷却ピンフィン９４の下端は、固着剤９８によって底板６４に固着されている。冷却ピンフィン９４の下端は、底板６４から離れていてもよい。冷却ピンフィン９４と底板６４との間に隙間があれば、底板６４に反り等が生じても、冷却ピンフィン９４と底板６４との間で応力が生じ難い。各半導体チップ７８が発した熱は、冷却ピンフィン９４の近傍を通過する冷媒に移動する。これにより、各半導体チップ７８を冷却する。
【００５８】
図４において破線で示す通り、冷媒流通部９２のフィン領域９５は、冷却ピンフィン９４が、冷媒流通部９２の長辺９６の方向に短辺９３の方向よりも数多く配され、短辺９３の方向よりも長辺９６の方向に長い略長方形を有する。冷却ピンフィン９４は、単位長さにおいて、冷媒流通部９２の長辺９６の方向に短辺９３の方向よりも数多く配されてもよい。一例として、フィン領域９５において、冷媒流通部９２の長辺９６の方向に配された冷却ピンフィン９４の本数と、冷媒流通部９２の短辺９３の方向に配された冷却ピンフィン９４の本数との比は所定の範囲であってもよい。フィン領域９５には、冷却ピンフィン９４が設けられた領域と、冷却ピンフィン９４間の流路とが含まれる。また、図示の通り、本例のフィン領域９５においては、冷却ピンフィン９４は千鳥配列されているが、これに代えて、正方配列されていてもよい。なお、隣接する冷却ピンフィン９４同士の間隔は、冷却ピンフィン９４自体の幅よりも狭くてもよい。なお、図４に示す通り、本例のＵ相ユニット７０Ｕ、Ｖ相ユニット７０ＶおよびＷ相ユニット７０Ｗは何れも、フィン領域９５の内側に配されているが、一部がフィン領域９５の外側に配されてもよい。
【００５９】
また、冷媒流通部９２は、平面視において、フィン領域９５を挟んで配置された第１の冷媒流路３０−１および第２の冷媒流路３０−２を含む。冷媒流路３０は、冷媒流通部９２において、所定の高さ（ｚ軸方向の長さ）以上の高さを有する空間を指す。所定の高さとは、天板２０および底板６４の間の距離であってよい。
【００６０】
第１の冷媒流路３０−１は、フィン領域９５よりも短辺９３の方向の一の側に位置して入口４１に連通し、長辺９６の方向に延在する。第２の冷媒流路３０−２は、フィン領域９５よりも短辺９３の方向の他の側に位置して出口４２に連通し、長辺９６の方向に延在する。第１の冷媒流路３０−１および第２の冷媒流路３０−２が延在する方向は、フィン領域９５の長辺９６の方向であるとも言える。なお、第１の冷媒流路３０−１は一の連通領域の一例であり、第２の冷媒流路３０−２は他の連通領域の一例である。
【００６１】
上述した通り、半導体モジュール１００の半導体装置７０には、複数の半導体チップ７８などの熱源がｙ軸方向に存在する場合、冷却装置１０に流す冷媒の主たる流れ方向を熱源の配列方向（ｙ軸方向）に平行にすると、各熱源を一様に冷却することができない。そこで、本実施形態の半導体モジュール１００のように、冷却装置１０に流す冷媒の主たる流れ方向（ｘ軸正方向）を、複数の熱源の配列方向（ｙ軸方向）に直交させる配置構成とすることが考えられる。より具体的には、本実施形態の半導体モジュール１００によれば、冷媒流通部９２は、天板２０の主面に平行な（ｘｙ平面における）断面で、長辺９６および短辺９３を有する略矩形を有し、冷媒が短辺９３の方向（ｘ軸方向）の一の側に連通する入口４１から導入されて短辺９３の方向（ｘ軸方向）の他の側に連通する出口４２から導出される。
【００６２】
冷却装置１０内には、複数の熱源から伝達される熱を、冷媒流通部９２内を流れる冷媒に効率よく放熱すべく、冷却ピンフィン９４が配置される。冷却装置１０において、天板２０の主面に平行な（ｘｙ平面における）断面における形状が円形のピンフィンを用いる場合、冷媒に接触するピンフィンの表面積が小さいため、天板２０の主面に平行な（ｘｙ平面における）断面における形状が多角形のピンフィンを用いた場合に比べて放熱効率が低くなる。更に、天板２０の主面に平行な（ｘｙ平面における）断面における形状が多角形のピンフィンを用いた場合であっても、正方形や正六角形などの、ｘｙ平面における冷媒の主たる流れ方向の幅と当該流れ方向に直交する方向の幅とが等しい断面形状や、当該流れ方向の幅よりも当該直交する方向の幅の方が長い長方形などの断面形状を有する場合、当該流れ方向に直交する面内の面積が大きく、冷媒の流速損失が大きくなり、放熱効率が低くなる。これに対し、本実施形態による半導体モジュール１００によれば、冷媒流通部９２に配置される冷却ピンフィン９４は、ｘｙ平面の断面において、冷媒流通部９２の長辺９６の方向よりも短辺９３の方向に長い略菱形を有するので、上記の多角形のピンフィンを用いた場合に比べて、冷媒の主たる流れ方向に直交する面内の面積が小さく、冷媒の流速損失が小さい。
【００６３】
以上の構成を備える本実施形態の半導体モジュール１００によれば、半導体装置７０に実装される冷却装置１０において、ｘｙ平面における断面が略矩形の冷媒流通部９２内を流れる冷媒の主たる流れ方向が、略矩形の短辺９３の方向であり、冷媒流通部９２に配置される冷却ピンフィン９４のｘｙ平面における断面形状が、冷媒の主たる流れ方向に長い略菱形を有する。これにより、本実施形態の半導体モジュール１００によれば、半導体モジュール１００の動作中に発熱する半導体装置７０の複数の熱源を一様に冷却しつつ、冷媒流通部９２内を流れる冷媒の流速損失を小さくして放熱効率を向上できる。
【００６４】
更に、本実施形態の半導体モジュール１００によれば、冷却装置１０における入口４１および出口４２は、ｘｙ平面において略矩形を有する冷媒流通部９２の対角線方向で、冷媒流通部９２の対向する両端に位置する。冷媒流通部９２のフィン領域９５は、冷却ピンフィン９４が、冷媒流通部９２の長辺９６の方向に短辺９３の方向よりも数多く配され、短辺９３の方向よりも長辺９６の方向に長い略長方形を有する。冷媒流通部９２は、平面視において、フィン領域９５を挟んで配置された第１の冷媒流路３０−１および第２の冷媒流路３０−２を含み、第１の冷媒流路３０−１は、フィン領域９５よりも短辺９３の方向の一の側に位置して入口４１に連通し、長辺９６の方向に延在する。第２の冷媒流路３０−２は、フィン領域９５よりも短辺９３の方向の他の側に位置して出口４２に連通し、長辺９６の方向に延在する。
【００６５】
このような構成を備える本実施形態の半導体モジュール１００によれば、入口４１から冷媒流通部９２内へ流入した冷媒は、冷媒の主たる流れ方向である冷媒流通部９２の短辺９３の方向だけでなく、フィン領域９５の冷却ピンフィン９４に衝突して、冷媒の主たる流れ方向に直交する冷媒流通部９２の長辺９６の方向にも進むよう、第１の冷媒流路３０−１内で拡散しつつ、冷媒流通部９２の対角線方向において入口４１の反対に位置する出口４２へ向かって進んでいき、出口４２から排出される。これにより、本実施形態の半導体モジュール１００によれば、冷媒の流入口と流出口とが冷媒流通部９２の短辺９３の方向で冷媒流通部９２の対向する両端に位置する場合に比べて、半導体モジュール１００の動作中に発熱する半導体装置７０の複数の熱源を、より一層効率的に一様に冷却できる。
【００６６】
図５は、冷却ピンフィン９４のｘｙ平面における断面形状の一例を説明する図であり、図６は、冷却ピンフィン９４のＲ加工形状と半導体チップ７８−冷却水間の熱抵抗との関係を示すグラフである。図５では、ｘｙ平面における断面が略菱形の冷却ピンフィン９４における一辺の長さをＬで示し、略菱形のｘ軸方向とｙ軸方向とに延びる対角線のうち、長い方の長さをＤ１で示し、短い方の長さをＤ２で示している。また、図５に示す冷却ピンフィン９４は、ｘｙ平面における略菱形の断面の、それぞれの角部が同じ曲率半径となるようにＲ面取り加工されており、各曲率半径をＲで示している。図６に示すグラフの横軸は曲率半径［ｍｍ］を表し、縦軸は熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）［℃／Ｗ］を表す。
【００６７】
本例の冷却ピンフィン９４は、一例として、略菱形の断面のそれぞれの辺の長さＬが１．８ｍｍから２．０ｍｍであってもよい。本例の冷却ピンフィン９４は、一例として、略菱形の断面のそれぞれの角部において、曲率半径Ｒが０．１ｍｍから０．２ｍｍの丸みを有してもよい。図６のグラフに示される通り、半導体チップ７８−冷却水間の熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ−ｗ）［℃／Ｗ］は、冷却ピンフィン９４の当該角部の曲率半径Ｒが０．０ｍｍから０．１ｍｍに変化するに連れて０．２１１℃／Ｗから０．１９７℃／Ｗへと大幅に低下し、曲率半径Ｒが０．１ｍｍから０．２ｍｍに変化するに連れて０．１９４℃／Ｗへと更に低下し、曲率半径Ｒが０．２ｍｍから０．３ｍｍに変化するに連れて０．２２４℃／Ｗへと大幅に増加することがシミュレーションにより明らかとなった。
【００６８】
図７は、冷却ピンフィン９４のｘｙ平面における断面形状の他の例を説明する図である。本例の冷却ピンフィン９４は、図５に示した冷却ピンフィン９４のｘｙ平面における断面形状と異なる点として、略菱形の断面における短辺９３の方向（ｘ軸方向）の両端の角部が、略菱形の断面における長辺９６の方向（ｙ軸方向）の両端の角部よりも大きな曲率半径（あるいは小さな曲率）の丸みを有する。
【００６９】
本例のように、冷却ピンフィン９４のｘｙ平面における略菱形の断面形状を、冷媒流通部９２内の冷媒の主たる流れ方向（ｘ軸方向）における両端の角部が相対的により丸くなるように構成することで、全ての角部の曲率半径Ｒが等しい場合に比べて、より一層流速損失を低下できる場合がある。
【００７０】
図８は、図３における領域Ａの部分拡大図である。ただし、図８では、図３における領域Ａを１８０度回転させた状態を図示している。また、図８では、天板２０の締結部２１のｚ軸方向の厚みをＴ１で示し、天板２０のフィン領域９５におけるｚ軸方向の厚みをＴ２で示し、側壁３６のｘ軸方向の厚みをＴ３で示し、底板６４のｚ軸方向の厚みをＴ４で示してある。
【００７１】
図８に示す通り、本例の冷却装置１０において、締結部２１の厚みＴ１は、天板２０におけるフィン領域９５の厚みＴ２よりも厚くてもよい。天板２０におけるフィン領域９５の厚みを薄くすることによって、天板２０の上面２２に配置される半導体装置７０からの熱を、冷媒流通部９２内を流れる冷媒へと効率的に移動させることができる一方で、締結部２１の強度を高めることによって、半導体モジュール１００を外部の装置とボルトなどで強固に締結する場合に印加され得る強い締結力によって締結部２１が破損してしまうことを抑止できる。
【００７２】
また、側壁３６の厚みＴ３は、天板２０におけるフィン領域９５の厚みＴ２よりも厚くてもよい。天板２０におけるフィン領域９５の厚みを薄くすることによって、上記と同様に冷却効率を高めることができる一方で、天板２０と接続されている側壁３６の強度を高めることによって、天板２０におけるフィン領域９５が機械的または熱的な影響によって捩じれなどの変形を起こすことを抑止できる。
【００７３】
また、底板６４の厚みＴ４は、天板２０の少なくともフィン領域９５における厚みＴ２および側壁３６の厚みＴ３の何れの厚みよりも厚くてもよく、更に、天板２０の締結部２１の厚みＴ１よりも厚くてもよい。上述した通り、入口４１および出口４２はそれぞれ、底板６４に形成されている。貫通孔である入口４１および出口４２を、厚みが最も大きい底板６４に形成することで、冷却装置１０の強度を向上でき、且つ、冷却装置１０の加工を容易化することができる。
【００７４】
また、図８および上述の図４において、平面視における底板６４の輪郭をＣ１で示し、側壁３６の輪郭をＣ２で示してある。本例の冷却装置１０において、底板６４の輪郭Ｃ１は、側壁３６の輪郭Ｃ２よりも内側に位置していてもよい。
【００７５】
また、本例の段差部６５は、底板６４の底板６４の主面から突出し、平面視において、側壁３６の内周よりも僅かに小さく、側壁３６の内周と略一致する輪郭を有する。これにより、段差部６５は、底板６４と側壁３６とを固着するときに異なる少なくとも２つの面で側壁３６と接触し、底板６４に対して側壁３６を固着する位置を決めるように機能する。
【００７６】
また、本例の底板６４は、平面視における輪郭における、側壁３６と固着される側の角部が面取りされていてもよい。以降の説明において、底板６４における当該面取りされた箇所を面取り部６６と称する場合がある。ロウ等などの固着剤９８によって底板６４と側壁３６とを固着する場合、固着した領域の外側にロウだれが生じる可能性がある。これに対して、底板６４が上記の面取り部６６を有するように面取り加工しておき、固着剤９８が凝固するまで図示のように底板６４を側壁３６に対して重力方向の上側にし、底板６４と側壁３６とを固着することで、固着剤９８がフィレットを形成する領域を有するようになり、ロウだれが生じることを防止できる。
【００７７】
なお、面取り部６６は、Ｃ面取り加工されていてもよく、Ｒ面取り加工されていてもよい。なお、同様の目的で、側壁３６および冷却ピンフィン９４のｚ軸負方向の下端の角部も面取りされていてもよい。
【００７８】
図９は、本発明の一つの実施形態に係る車両２００の概要を示す図である。車両２００は、少なくとも一部の推進力を、電力を用いて発生する車両である。一例として車両２００は、全ての推進力をモーター等の電力駆動機器で発生させる電気自動車、または、モーター等の電力駆動機器と、ガソリン等の燃料で駆動する内燃機関とを併用するハイブリッド車である。
【００７９】
車両２００は、モーター等の電力駆動機器を制御する制御装置２１０（外部装置）を備える。制御装置２１０には、半導体モジュール１００が設けられている。半導体モジュール１００は、電力駆動機器に供給する電力を制御してよい。
【００８０】
図１０は、本発明の一つの実施形態に係る車両２００内で、ポンプ２２１と、入口配管２２２および出口配管２２３を介してポンプ２２１に接続された状態の半導体モジュール１０１との一例を示す模式的な側面図である。本実施形態による半導体モジュール１０１は、図１から９を用いて説明した実施形態による半導体モジュール１００と同様の構成を備える。そのため、半導体モジュール１０１が備える構成のうち、半導体モジュール１００と同様の構成に対しては、同様の参照番号を用い、重複する説明を省略する。
【００８１】
ただし、本実施形態による半導体モジュール１０１は、半導体装置７０が載置されている冷却装置１０の面をｘｚ面とし、ｘｚ面と垂直な軸をｙ軸とする。すなわち、本実施形態による半導体モジュール１０１のｘｙｚ空間内での姿勢は、図１から９を用いて説明した実施形態による半導体モジュール１００をｘ軸周りに９０°回転させた状態である。そのため、本実施形態による半導体モジュール１０１の各構成の延伸方向等は、図１から９を用いて説明した実施形態による半導体モジュール１００の同様の構成の延伸方向等と異なる。
【００８２】
本実施形態において、車両２００は、ポンプ２２１と、半導体モジュール１０１とを備える。ポンプ２２１は、車両２００において冷媒を循環させ、半導体モジュール１０１の入口４１を介して冷媒流通部９２に冷媒を導入し、出口４２を介して冷媒流通部９２から冷媒を導出する。
【００８３】
半導体モジュール１０１は、半導体モジュール１０１が搭載される車両２００の都合や、ユーザの都合などにより、入口４１が重力方向の上側となり、出口４２が重力方向の下側となるように設置されて使用される場合がある。図１０に示す半導体モジュール１０１は、一例として、入口４１がｚ軸方向の上側となり、出口４２がｚ軸方向の下側となるように、すなわち縦置きの状態で上方から冷媒を導入されるように、車両２００内で固定される。
【００８４】
図１から９を用いて説明した実施形態による半導体モジュール１００が、概して縦置きの状態で上方から冷媒を導入されるように使用される場合、偶発的な理由で、冷却装置１０の冷媒流通部９２内に空気が溜まることがある。例えば、半導体モジュール１００に冷媒を供給するポンプ２２１の中に空気が含まれている場合や、半導体モジュール１００とポンプ２２１との間を循環する冷媒を交換する際に空気が入ってしまう場合、等の理由が考えられる。空気は冷媒に比べて熱伝導が悪く、空気が溜まった箇所では半導体装置７０の放熱効率が低下し、半導体装置７０が高温になる場合がある。
【００８５】
また、実験により、半導体モジュール１００を、水平面に対して垂直に縦置きした状態、すなわち半導体装置７０が載置されている冷却装置１０の面をｘｚ面とした状態で上方から水を冷却装置１０内に導入した場合に、冷媒流通部９２内に最も空気が溜まり易いことが判明した。また、当該実験と同じように半導体モジュール１００を設置している状態で、ポンプ２２１から冷媒を冷却装置１０内に導入する流動解析を行ったところ、ポンプ２２１から半導体モジュール１００の冷却装置１０に供給する水の流量が５［ｌ／ｍｉｎ］以下である場合に、冷媒流通部９２内の長辺９６の方向における入口４１が位置する側において、第２の冷媒流路３０−２の側壁３６付近で最も水の流速が低下することが判明した。
【００８６】
例えば車両２００内でポンプ２２１を使用するときに、ポンプ２２１の出力が５［ｌ／ｍｉｎ］程に小さいことが好ましい場合がある。また、例えば車両２００内でポンプ２２１を使用するときに、ポンプ２２１の規格上の出力が６［ｌ／ｍｉｎ］以上であったとしても、外気温の低下が原因で、循環させる冷媒の粘性が高まり、５［ｌ／ｍｉｎ］程に小さくなってしまう場合がある。
【００８７】
図１１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１０１の冷却装置１１の一例を示す模式的な斜視図である。また、図１２は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１０１における、冷却装置１１の側壁３７の構成の一例を説明する図である。
【００８８】
なお、図１１の冷却装置１１では、図２と同様に、簡略化のため、冷却ピンフィン９４を図示する代わりに、冷却ピンフィン９４が設けられた領域であるフィン領域９５をドットで示している。また、図１２に破線で示す領域［Ｒ１］は、後述する図１３および図１４のそれぞれにおいて拡大して示す領域に対応し、図１２に破線で示す領域［Ｒ２］は、後述する図１５において拡大して示す領域に対応する。また、図１２では、図４と同様に、Ｕ相ユニット７０Ｕ、Ｖ相ユニット７０ＶおよびＷ相ユニット７０Ｗを破線で示している。
【００８９】
本実施形態による半導体モジュール１０１は、上記の実施形態による半導体モジュール１００と異なる点として、冷却装置１０に代えて冷却装置１１を備える。また、冷却装置１１は、冷却装置１０と異なる点として、側壁３６を含むベースプレート４０を有さず、代わりに、側壁３７を含むベースプレート４５を有する。また、冷却装置１１は、冷却装置１０と異なる点として、底板６４に代えて底板６７を有する。
【００９０】
本実施形態において、フィン領域９５は、図１から９を用いて説明した実施形態におけるフィン領域９５と同様に、平面視において矩形であってよい。本実施形態の説明において、平面視とは、ｙ軸正方向から半導体モジュール１０１を見た場合を意味する。本実施形態において、フィン領域９５は、天板２０の主面に平行な断面において、ｚ軸に平行な長辺９９と、ｘ軸に平行な短辺９１とを有する。
【００９１】
平面視において、本例のＵ相ユニット７０Ｕ、Ｖ相ユニット７０ＶおよびＷ相ユニット７０Ｗは何れも、図１から９を用いて説明した実施形態と同様に、フィン領域９５の内側に配されている。換言すると、平面視において、フィン領域９５に重なる天板２０上の領域の内側に、半導体装置７０が実装される。なお、平面視における天板２０上の当該領域は、長辺および短辺を有する略矩形の領域の一例である。当該領域の対角線方向は、冷媒流通部９２の対角線方向と略一致する。
【００９２】
平面視において、長辺および短辺を有する略矩形の領域は、本例のＵ相ユニット７０Ｕ、Ｖ相ユニット７０ＶおよびＷ相ユニット７０Ｗの３ユニットをぴったりと囲う輪郭を有する、長方形の領域であってもよい。この場合、平面視において、当該長方形の領域のｚ軸方向の長さは、ｚ軸方向のＵ相ユニット７０Ｕの外方側の辺からＷ相ユニット７０Ｗの外方側の辺までの間の長さと等しく、当該長方形の領域のｘ軸方向の長さは、Ｕ相ユニット７０Ｕ等のｘ軸方向の長さと等しい。
【００９３】
本実施形態における側壁３７は、平面視の形状が、冷却装置１０における側壁３６と異なる。より具体的には、平面視で、長辺９９の方向における入口４１が位置する側において、第２の冷媒流路３０−２に面する側壁３７の内方側の少なくとも一部は、第１の冷媒流路３０−１に面する側壁３７の内方側よりも、内方に向かい大きく傾斜している。
【００９４】
更により具体的には、図１２に示す通り、本実施形態における側壁３７は、ｘｚ平面において、略矩形の輪郭を有する。すなわち、側壁３７の輪郭は、平面視において、長辺９９の方向に延在する中心軸に対して、短辺９１の方向に略対称である。更に、図１２に示す通り、平面視において、長辺９９の方向における入口４１が位置する側において、第２の冷媒流路３０−２に面する側壁３７の少なくとも一部の厚みは、第１の冷媒流路３０−１に面する側壁３７の厚みよりも厚い。
【００９５】
これにより、平面視において、長辺９９の方向における入口４１が位置する側の、第２の冷媒流路３０−２に面する側壁３７の内方側の少なくとも一部は、第１の冷媒流路３０−１に面する側壁３７の内方側よりも内方に向かい大きく傾斜している。なお、長辺９９の方向における入口４１が位置する側の、短辺９１の方向における側壁３７の断面形状は、長辺９９の方向に延在する中心軸に対して非対称である。
【００９６】
なお、ここで言う、長辺９９の方向における入口４１が位置する側の、第２の冷媒流路３０−２に面する側壁３７は、短辺の方向における他の側の側壁（「第２の側壁」とも称する）の一例であり、第１の冷媒流路３０−１に面する側壁３７は、短辺の方向における一の側の側壁（「第１の側壁」とも称する）の一例である。なお、側壁３７が内方に向かって相対的に大きく傾斜している状態とは、側壁３７がフィン領域９５に相対的に大きく接近している状態を意味してもよく、側壁３７によって第１の冷媒流路３０−１または第２の冷媒流路３０−２が狭められる度合が相対的に大きい状態を意味してもよく、フィン領域９５に向かう側壁３７の出具合が相対的に大きい状態を意味してもよい。傾斜は、平面視において、短辺の方向と側壁の延伸方向との挟角（９０度未満）に関連付けられてもよく、大きな傾斜は相対的に大きな挟角を意味してよい。
【００９７】
以降の説明において、長辺９９の方向における入口４１が位置する側の、第２の冷媒流路３０−２に面する側壁３７の少なくとも一部を、スロープ面３７−１と呼ぶ場合がある。また、長辺９９の方向における入口４１が位置する側の、第１の冷媒流路３０−１に面する側壁３７を、非スロープ面３７−２と呼ぶ場合がある。
【００９８】
図１２に示す通り、本実施形態における側壁３７は、一例として、平面視において、長辺９９の方向における出口４２が位置する側で、第１の冷媒流路３０−１に面する側壁３７の厚みの少なくとも一部が、第２の冷媒流路３０−２に面する側壁３７の厚みよりも厚い。これにより、平面視において、長辺９９の方向における出口４２が位置する側の、第１の冷媒流路３０−１に面する側壁３７の内方側の少なくとも一部は、第２の冷媒流路３０−２に面する側壁３７の内方側よりも内方に向かい大きく傾斜している。
【００９９】
以降の説明において、長辺９９の方向における出口４２が位置する側の、第１の冷媒流路３０−１に面する側壁３７の少なくとも一部を、スロープ面３７−１と呼ぶ場合がある。また、長辺９９の方向における出口４２が位置する側の、第２の冷媒流路３０−２に面する側壁３７を、非スロープ面３７−２と呼ぶ場合がある。
【０１００】
図１２において、側壁３７の異なる２か所に位置するスロープ面３７−１と、側壁３７の異なる２か所に位置する非スロープ面３７−２とをそれぞれ、太字の破線で示す。図１２に示すように、側壁３７の異なる２か所に位置するスロープ面３７−１は、互いに略同じ寸法形状を有してもよい。すなわち、２つのスロープ面３７−１は、互いに略同じ傾斜角度と略同じ長さとを有してもよい。
【０１０１】
図１２に示す通り、平面視において、複数の冷却ピンフィン９４は、長辺９９の方向よりも短辺９１の方向に長い略菱形を有し、複数の冷却ピンフィン９４のそれぞれの一辺を結ぶ直線は、フィン領域９５の対角線方向に延伸する。図１２には、当該対角線方向に延伸する複数の直線のうち、長辺９９の方向における出口４２が位置する側であって第１の冷媒流路３０−１の側と、長辺９９の方向における入口４１が位置する側であって第２の冷媒流路３０−２の側との間を延伸する、２つの直線Ｌを示している。
【０１０２】
本実施形態では、平面視で、当該２つの直線Ｌのうちの一方は、長辺９９の方向における入口４１が位置する側の、スロープ面３７−１の延伸方向と、９０°未満の角度Ａで交差する。また同様に、平面視で、当該２つの直線Ｌのうちの他方は、長辺９９の方向における出口４２が位置する側の、スロープ面３７−１の延伸方向と、９０°未満の角度Ａで交差する。
【０１０３】
本実施形態における側壁３７は、異なる２か所でスロープ面３７−１を含むが、図１２に示す通り、平面視において、側壁３７は半導体装置７０と重ならない。半導体装置７０は平面視において側壁３７の内側に配置されてよい。これにより、冷媒が半導体装置７０の裏面から効率的に半導体装置７０を冷却することができる。
【０１０４】
また、本実施形態において、長辺９９の方向における入口４１が位置する側の、第２の冷媒流路３０−２に面する側壁３７の少なくとも一部は、すなわち、側壁３７におけるスロープ面３７−１が位置する部分は、底板６７に向かい合う面内に位置決め用のピン３８を有する。また、本実施形態において、側壁３７における他のスロープ面３７−１が位置する部分も、同様にピン３８を有する。
【０１０５】
また、本実施形態において、底板６７は、冷却装置１０における底板６４と異なる点として、段差部６５および面取り部６６を有さず、代わりに、側壁３７の位置決め用のピン３８が嵌合する穴６８を有する。また、本実施形態において、底板６７は、側壁３７に形成された２つのピン３８に対応して、２つの穴６８を有する。
【０１０６】
側壁３７の２つのピン３８のそれぞれを、底板６７の２つの穴６８のそれぞれに挿入することによって、ベースプレート４５に対する底板６７の位置を決めることができる。なお、側壁３７のピン３８と底板６７の穴６８との組の数は、２つよりも多くてもよい。なお、側壁３７におけるスロープ面３７−１が位置する部分は、ピン３８に代えて、位置決め用の穴が形成されていてもよく、この場合、底板６７は、穴６８に代えて、当該穴に嵌合する位置決め用のピンを有してもよい。また、側壁３７および底板６７はそれぞれ、これらの組み合わせ、例えば１つのピンと１つの穴とを有してもよい。
【０１０７】
また、本実施形態において、側壁３７と底板６７とは固着剤９８で固着されており、長辺９９の方向における入口４１が位置する側の、第２の冷媒流路３０−２に面する側壁３７の少なくとも一部は、すなわち、側壁３７におけるスロープ面３７−１が位置する部分は、底板６７に向かい合う面内に固着剤９８を収容するための溝３９を有する。これにより、側壁３７と底板６７との接触面以外の領域に固着剤９８がはみ出て固化することを抑止できる。
【０１０８】
以上の通り、本実施形態の半導体モジュール１０１の冷却装置１１は、平面視で、長辺９９の方向における入口４１が位置する側において、第２の冷媒流路３０−２に面する側壁３７の内方側の少なくとも一部は、第１の冷媒流路３０−１に面する側壁３７の内方側よりも、内方に向かい大きく傾斜している。当該構成を備える半導体モジュール１０１によれば、図１０に示すように、縦置きの状態で車両２００内に固定され、ポンプ２２１により重力方向の上方の入口４１から冷媒を導入され、更に、ポンプ２２１の出力が小さい場合であっても、冷媒流通部９２内に空気が溜まることを防止することができる。
【０１０９】
半導体モジュール１０１に対して上記の流動解析を行ったところ、ポンプ２２１から冷却装置１１に供給する水の流量が５［ｌ／ｍｉｎ］である場合にも、冷媒流通部９２内に空気が溜まらないことが確認された。また、上記の実施形態による半導体モジュール１００と比較して、６つの半導体チップ７８のそれぞれの熱抵抗の値、および、圧力損失を維持できていることも確認された。なお、６つの半導体チップ７８のそれぞれの熱抵抗の値が維持されていることは、６つの半導体チップ７８間で熱抵抗の分布に影響がないことを意味する場合がある。
【０１１０】
また、本実施形態の半導体モジュール１０１の冷却装置１１は、板フィンではなく、冷却ピンフィン９４を備える。ピンフィンではなく板フィンを備える場合、板フィン間に目詰まりが生じたらそこで冷媒の流れが止まってしまう。これに対して、冷却ピンフィン９４は、板フィンに比べて冷媒が迂回可能なルートの数が多い。よって、半導体モジュール１０１によれば、冷却ピンフィン９４間に目詰まりが生じても冷媒の流れを殆ど止めることが無い。また、半導体モジュール１０１によれば、複数の冷却ピンフィン９４に熱が拡散する等の理由により、板フィンを有する半導体モジュールに比べて放熱性能を１０％程度向上することができる。
【０１１１】
図１３は、図１２に示す領域［Ｒ１］内の側壁３７の第１変形例を説明する図である。本実施形態による半導体モジュール１０１は、側壁３７を有する冷却装置１１に代えて、側壁３６を有する冷却装置１２を備えてもよい。この場合、平面視において、側壁３６の輪郭は、長辺９９の方向に延在する中心軸に対して、短辺９１の方向に略対称である。
【０１１２】
側壁３６は、長辺９９の方向における入口４１が位置する側の、第２の冷媒流路３０−２に面する側に位置し、側壁３６の内方面に接する、スロープ部５０を含む。スロープ部５０の内方側は、第２の冷媒流路３０−２に面する側の側壁３６の内方側の少なくとも一部として、すなわちスロープ面３６−１として、第１の冷媒流路３０−１に面する側の側壁３６の内方側よりも内方に向かい大きく傾斜している。当該変形例の半導体モジュール１０１によっても、上記の実施形態による半導体モジュール１０１と同様の効果を奏する。
【０１１３】
なお、上述の通り、側壁３６は、天板２０と一体的に形成されている。一方で、スロープ部５０は、天板２０に対して着脱自在に固定されている。スロープ部５０は、例えば天板２０にロウ付けされていてもよい。なお、スロープ部５０のｙ軸方向の高さは、側壁３６のｙ軸方向の高さと同じであることが好ましい。なお、側壁３６は、側壁３６の輪郭を形成し、冷媒流通部９２を囲う外壁部の一例である。
【０１１４】
なお、図１３に示す通り、スロープ部５０は、溝３９と同様の構成および機能を有する溝５１を含んでもよい。すなわち、溝５１は、底板６７に向かい合う面内に固着剤９８を収容することができる。
【０１１５】
図１４は、図１２に示す領域［Ｒ１］内の側壁３７の第２変形例を説明する図である。本実施形態による半導体モジュール１０１は、天板２０および側壁３７を有する冷却装置１１に代えて、天板２５および側壁３５を有する冷却装置１３を備えてもよい。
【０１１６】
側壁３５は、天板２５と一体的に形成されており、側壁３５の厚みは略一定である。また、図１４に示す通り、第２の冷媒流路３０−２に面する側の側壁３５の少なくとも一部の輪郭Ｃ２は、底板６７の輪郭Ｃ１よりも内側に位置する。これにより、平面視で、長辺９９の方向における入口４１が位置する側において、第２の冷媒流路３０−２に面する側壁３５の内方側の少なくとも一部は、すなわちスロープ面３５−１は、第１の冷媒流路３０−１に面する側壁３７の内方側よりも、内方に向かい大きく傾斜している。当該変形例の半導体モジュール１０１によっても、上記の実施形態による半導体モジュール１０１と同様の効果を奏する。
【０１１７】
また、天板２５は、長辺９９の方向における入口４１が位置する側の、第２の冷媒流路３０−２に面する側の側壁３５の少なくとも一部の外方において、底板６７を支持する支持ピン２６を含んでもよい。図１４に示す例では、天板２５は、当該一に４つの支持ピン２６を含む。また、側壁３５および支持ピン２６と、底板６７とは、互いに固着剤９８で固着されていてもよい。
【０１１８】
図１０に示すように、入口４１および出口４２には、入口配管２２２および出口配管２２３を固定する。当該固定のために、入口４１および出口４２の周囲には、当該周囲長よりも大きい、例えばゴム製のOリングを当てる必要がある。よって、底板６７上に当該Oリングの接触面を確保するため、底板６７の外形を維持することが要求される場合がある。
【０１１９】
本実施形態の半導体モジュール１０１の冷却装置１３によれば、上記構成を備えることにより、上記のOリングを底板６７に押し当てても、複数の支持ピン２６によって底板６７を支持して、底板６７の変形を防止することができる。なお、当該目的のために、支持ピン２６のｙ軸方向の高さは、側壁３５のｙ軸方向の高さと同じであることが好ましい。
【０１２０】
図１５は、図１２に示す領域［Ｒ２］内の冷却ピンフィン９４の変形例を説明する図である。図１２に示す実施形態において、フィン領域９５に含まれる冷却ピンフィン９４は、ｘｚ平面の断面において、長辺９９の方向よりも短辺９１の方向に長い略菱形を有する。冷却ピンフィン９４は、図１５に示すように、当該断面形状に代えて、丸形の断面形状を有してもよい。また、冷却ピンフィン９４は、当該断面形状に代えて、楕円形の断面形状を有してもよい。
【０１２１】
図４および図１２に示す２つの実施形態において、冷却装置１０の側壁３６および冷却装置１１の側壁３７の内面はそれぞれ、平面視において、８角形であってよい。両実施形態において、側壁３６，３７により画定される冷媒流通部９２において、フィン領域９５の短辺方向の一の側に第１の冷媒流通部３０−１を、他の側に第２の冷媒流通部３０−２を並置し、第１の冷媒流通部３０−１および第２の冷媒流通部３０−２の間に冷却ピンフィン９４を配置してよい。さらに両実施形態において、冷却ピンフィン９４は、格子状に、好ましくは斜格子状あるいは菱形格子状に配置されてよい。両実施形態において、入口４１および出口４２は、冷媒流通部９２において、フィン領域９５と隣接し、対角線上に設けられてよい。入口４１および出口４２の開口は、平面視において、長辺９９方向の長さが短辺９１方向の長さより大きくてよい。
【０１２２】
図１６は、本発明の複数の実施形態に係る半導体モジュール１００、１０１の主回路図である。半導体モジュール１００、１０１は、出力端子Ｕ、ＶおよびＷを有する三相交流インバータ回路として機能し、車両のモーターを駆動する車載用ユニットの一部であってよい。
【０１２３】
半導体モジュール１００、１０１において、半導体チップ７８−１、７８−２および７８−３は上アームを、半導体チップ７８−４、７８−５および７８−６は下アームを構成してよい。一組の半導体チップ７８−１、７８−４はレグ（Ｕ相）を構成してよい。一組の半導体チップ７８−２、７８−５、一組の半導体チップ７８−３、７８−６も同様にレグ（Ｖ相、Ｗ相）を構成してよい。半導体チップ７８−４において、エミッタ電極が入力端子Ｎ１に、コレクタ電極が出力端子Ｕに、それぞれ電気的に接続してよい。半導体チップ７８−１において、エミッタ電極が出力端子Ｕに、コレクタ電極が入力端子Ｐ１に、それぞれ電気的に接続してよい。同様に、半導体チップ７８−５、７８−６において、エミッタ電極がそれぞれ入力端子Ｎ２、Ｎ３に、コレクタ電極がそれぞれ出力端子Ｖ、Ｗに、電気的に接続してよい。さらに、半導体チップ７８−２、７８−３において、エミッタ電極がそれぞれ出力端子Ｖ、Ｗに、コレクタ電極がそれぞれ入力端子Ｐ２、Ｐ３に、電気的に接続してよい。
【０１２４】
各半導体チップ７８−１から７８−６は、対応する制御端子に入力される信号により交互にスイッチングされてよい。本例において、各半導体チップ７８はスイッチング時に発熱してよい。入力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は外部電源の正極に、入力端子Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は外部電源の負極に、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗは負荷にそれぞれ接続してよい。入力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は互いに電気的に接続されてよく、また、他の入力端子Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３も互いに電気的に接続されてよい。
【０１２５】
半導体モジュール１００、１０１において、複数の半導体チップ７８−１から７８−６は、それぞれＲＣ‐ＩＧＢＴ（逆導通ＩＧＢＴ）半導体チップであってよい。また、半導体チップ７８−１から７８−６は、それぞれＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのトランジスタとダイオードとの組み合わせを含んでよい。
【０１２６】
以上の複数の実施形態の説明において、例えば「略同じ」、「略一致」、「略一定」、「略対称」、「略菱形」などのように、「略」との言葉を一緒に用いて特定の状態を表現している場合があるが、これらは何れも、厳密に当該特定の状態であるものだけでなく、概ね当該特定の状態であるものを含む意図である。
【０１２７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１２８】
例えば、上記の実施形態においては、ベースプレート４０、４５において、天板２０、２５、側壁３６、３７、３５および冷却ピンフィン９４は一体的に形成されている構成として説明したが、これに代えて、天板２０等、側壁３６等および冷却ピンフィン９４は、それぞれ個別に形成された後に固着剤９８などで互いに固着されてもよく、天板２０等および側壁３６等が一体的に形成されて、別個に形成された冷却ピンフィン９４が天板２０等に固着されてもよく、天板２０等および冷却ピンフィン９４が一体的に形成されて、別個に形成された側壁３６等が天板２０等に固着されてもよい。
【０１２９】
また、例えば、上記の実施形態においては、冷却ピンフィン９４は、天板２０等と一体的に形成され、底板６４、６７に向かって延在する構成として説明したが、これに代えて、冷却ピンフィン９４は、底板６４等と一体的に形成され、底板６４等から天板２０等に向かって延在してもよい。なお、この場合において、冷却ピンフィン９４の先端と天板２０等との間が固着剤９８などで固着されてもよい。
【０１３０】
また、例えば、上記の実施形態においては、冷却ピンフィン９４は、天板２０等と底板６４、６７との間を、天板２０の主面の法線方向に延在する、すなわち天板２０等および底板６４等に対して垂直に延在する構成として説明したが、これに代えて、冷却ピンフィン９４は、天板２０等と底板６４等との間を、天板２０等の主面の法線方向に対して角度を有するように斜めに延在してもよい。また、冷却ピンフィン９４のｘｙ平面における断面の寸法は、ｚ軸方向において一定であってもよく、変化してもよく、より具体的な一例として、先端に向かって先細りになるように、天板２０等および底板６４等の何れか一方から他方へと延在してもよい。
【０１３１】
また、例えば、上記の実施形態においては、冷媒流通部９２に冷媒を導入するための入口４１と、冷媒流通部９２から冷媒を導出するための出口４２とは、底板６４、６７に形成されている構成として説明したが、これに代えて、入口４１および出口４２は、側壁３６、３７、３５に形成されてもよい。この場合、入口４１および出口４２は、側壁３６等のｘ軸方向に対向する２つの側面に形成されてもよい。
【０１３２】
また、例えば、上記の実施形態においては、半導体装置７０は、冷却装置１０、１１、１２、１３の天板２０等の上面２２に直接固定される構成として説明したが、これに代えて、半導体装置７０は、収容部７２の下面に露出するベース板を有し、当該ベース板の上面に回路基板７６が固定され、当該ベース板が天板２０等の上面２２に固定されていてもよい。
【０１３３】
また、例えば、上記の実施形態においては、段差部６５は、底板６４の主面から突出し、平面視において側壁３６の内周よりも僅かに小さな輪郭を有する構成として説明したが、これに代えて、段差部６５は、平面視における底板６４の最外周に形成され、底板６４の主面から突出した円筒状の段差であってもよい。また、段差部６５の他の例として、平面視において底板６４の最外周に形成され、底板６４の主面から陥没した段差であってもよい。また、平面視において底板６４の輪郭Ｃ１が側壁３６の輪郭Ｃ２よりも大きい場合、段差部６５は、平面視において側壁３６と略一致し、側壁３６の下端が嵌まる溝であってもよく、この場合、面取り部６６は底板６４に形成されていなくてもよい。
【０１３４】
また、例えば、上記の実施形態においては、平面視において、側壁３５、３６、３７のスロープ面３５−１、３６−１、３７−１やスロープ部５０の内方側などを直線として説明したが、これらは直線に限られず、折れ線や曲線であってもよい。例えば、平面視において、スロープ面３５−１等は、冷媒流通部９２の側に弓状に膨らんだ曲線であってもよく、これと反対側に弓状に凹んだ曲線であってもよい。
【０１３５】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１３６】
１０、１１、１２、１３  冷却装置、２０、２５  天板、２１  締結部、２２  上面、２４  下面、２６  支持ピン、３０  冷媒流路、３０−１  第１の冷媒流路、３０−２  第２の冷媒流路、３６、３７、３５  側壁、３５−１、３６−１、３７−１  スロープ面、３７−２  非スロープ面、３８  ピン、３９  溝、４０、４５  ベースプレート、４１  入口、４２  出口、５０  スロープ部、５１  溝、６４、６７  底板、６５  段差部、６６  面取り部、６８  穴、７０  半導体装置、７０Ｕ  Ｕ相ユニット、７０Ｖ  Ｖ相ユニット、７０Ｗ  Ｗ相ユニット、７２  収容部、７４  封止部、７６  回路基板、７８  半導体チップ、８０  貫通孔、９２  冷媒流通部、９１  短辺、９３  短辺、９６  長辺、９４、９７  冷却ピンフィン、９５  フィン領域、９８  固着剤、９９  長辺、１００、１０１  半導体モジュール、２００  車両、２１０  制御装置、２２１  ポンプ、２２２  入口配管、２２３  出口配管
【図１】
2020092250.tif 000003
【図２】
2020092250.tif 000004
【図３】
2020092250.tif 000005
【図４】
2020092250.tif 000006
【図５】
2020092250.tif 000007
【図６】
2020092250.tif 000008
【図７】
2020092250.tif 000009
【図８】
2020092250.tif 000010
【図９】
2020092250.tif 000011
【図１０】
2020092250.tif 000012
【図１１】
2020092250.tif 000013
【図１２】
2020092250.tif 000014
【図１３】
2020092250.tif 000015
【図１４】
2020092250.tif 000016
【図１５】
2020092250.tif 000017
【図１６】
2020092250.tif 000018