CN105531819B - 冷却器及具有该冷却器的半导体装置 - Google Patents

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Abstract

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

Description

冷却器及具有该冷却器的半导体装置
技术领域
本发明涉及对半导体模块进行冷却的冷却器及具有该冷却器的半导体装置。
背景技术
目前，半导体模块及其冷却器采用以下结构。
图5是将现有的半导体模块500a安装于冷却器500b的结构图，图5(a)是从背面透视冷却器的底板的主要部分俯视图，图5(b)是用X－X线剖开的主要部分剖视图，图5(c)是用Y－Y线剖开的主要部分剖视图。
半导体模块500a包括：金属底座51；六个电路基板54，该电路基板54具有绝缘基板54a、绝缘基板54a的表面的电路部54b、绝缘基板54a的背面的金属部54c；以及多个半导体芯片58，这多个半导体芯片58分别固接于各电路部54b。包括：第一外部端子59a，该第一外部端子59a与半导体芯片58连接；第二外部端子59b，该第二外部端子59b与电路部54b连接；以及树脂部60，该树脂部60使金属底座51的背面、第一外部端子59a的前端部、第二外部端子59b的前端部露出而对整体进行密封。将利用锡焊等接合构件使固接有半导体翅片58的电路基板54、第一外部端子59a、第二外部端子59b组装而成的组装体称为中间组装体52。此处，示出了装设有六个中间组装体52的情况。通常，该中间组装体52包括例如IGBT(绝缘栅极型双极晶体管)芯片和与该芯片反并联的FWD(自由轮二极管)芯片。
冷却器500b包括：顶板70；套筒71，该套筒71固定于顶板70；以及翅片72，该翅片72配置于套筒71内，并与冷却水的水流平行配置，且固定于顶板70。套筒71是具有侧板71a和底板71b的凹状的箱子，在侧板71a上设有制冷剂流入口73和制冷剂流出口74。翅片72同样地平行配置于套筒71内，翅片72的形状为平板。通过使制冷剂在相邻的翅片72间流动，从而冷却各中间组装体52。
半导体装置500由半导体模块500a和冷却器500b构成，在半导体模块500a的金属底座51上涂布有例如导热膏78，通过螺栓紧固、带子等将半导体模块500a固定于冷却器500b。
此处，装设有多个半导体芯片58的半导体模块500a的冷却由一个冷却器500b进行，其冷却能力的控制是通过调节制冷剂的流量而进行的。
例如，在专利文献1中，记载有一种散热器，该散热器具有双金属结构的冷却翅片，因温度而朝彼此相反的朝向翘曲，使表面积变大而提高冷却能力。
另外，在专利文献2中，记载有一种冷却装置，该冷却装置通过非冷却体用热管将热量传递至双金属，通过双金属的变形来构成翼片，以使冷却风的风量变化。
另外，在专利文献3中，记载了一种冷却装置，该冷却装置将从在基板上固接有多个半导体芯片的多芯片模块的各半导体芯片产生的热量传递至相对设置的冷却套筒，并按每个模块进行一并冷却，分别个别地检测上述基板上的半导体芯片的温度，并以上述检测温度为基准个别地控制上述半导体芯片的冷却。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平4-303954号公报
专利文献2：日本专利特开2011-144900号公报
专利文献3：日本专利特开平4-152659号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在图5所示的半导体装置500中，有时因装设的多个半导体芯片58各自的特性、动作状态的不同而在主表面内形成温度分布。例如，在图6中示出了半导体芯片58进行动作而使温度升高的部位81。温度升高的半导体芯片58的正下方的绝缘基板54也在部位81升高温度。水流80在翅片72之间同样地流动，若其冷却能力没有差别，则水流80的温度在部位81比其它部位上升20℃～30℃左右。
另外，当半导体芯片58间存在温度差时，半导体装置500的性能是根据温度最高的半导体芯片58的最高动作温度确定的。
另外，当在半导体装置500中存在温度分布时，在中间组装体52的各构件的热膨胀量中会产生差别，各构件可能会发生变形，而影响可靠性。
上述专利文献提出了各种对策，但还不够。例如，在专利文献1中未记载有将双金属阀安装于冷却器。在专利文献2中，未记载有增加冷却器内温度升高的部位的冷却介质的量而提高冷却能力。在专利文献3中，未记载有使制冷剂朝半导体芯片的背面侧垂直地触碰、并使冷却介质(水)在水平方向上流动。
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供零件个数较少、结构简单、并能在温度升高时自动提高冷却能力的冷却器以及容易组装的半导体装置。
解决技术问题所采用的技术方案
为了实现上述目的，本发明的冷却器对半导体模块进行冷却，其特征在于，包括：顶板；套筒，该套筒具有侧板和底板，且上述侧板固接于上述顶板；制冷剂流入口，该制冷剂流入口使制冷剂流入由上述顶板和上述套筒围住的空间；制冷剂流出口，该制冷剂流出口使制冷剂从上述空间流出；多个翅片，这多个翅片固接于上述顶板，并分别以分离的方式配置于上述套筒内的主制冷剂路的左右，且被配置成朝上述主制冷剂路的流入侧倾斜；导热销，该导热销配置于上述翅片的制冷剂流入侧，且配置于上述顶板；以及板状的双金属阀，该双金属阀是弯曲的，一端与上述导热销连接，另一端是自由端。
根据本发明的冷却器，当半导体芯片的温度升高时，能利用双金属阀自动地增加制冷剂流量，并能抑制半导体芯片的温度上升。另外，零件个数较少，结构简单，因此，容易组装。
另外，在本发明的冷却器中，较为理想的是，上述翅片的倾斜角度以主制冷剂路为基准处于30度以上60度以下的范围。
根据上述结构，能有效地从主制冷剂路获取在翅片间中流动的制冷剂流。
另外，在本发明的冷却器中，较为理想的是，上述制冷剂是液体。
根据上述结构，制冷剂的比热比气体的比热大，因此，能提高冷却能力。
另外，在本发明的冷却器中，更为理想的是，在上述主制冷剂路的下游侧、且在上述制冷剂流出口的前方包括阻止板。
根据上述结构，与制冷剂直接从主制冷剂路流动至制冷剂流出口的情况相比，压力损失增加，因此，利用阻止板增加朝上游侧的翅片间流动的制冷剂流量。这样，能提高冷却器的冷却能力。
另外，在本发明的冷却器中，较为理想的是，相邻的上述导热销的设置间隔为相邻的翅片彼此的间隔的两倍以上。
根据上述结构，能防止双金属阀间的相互干涉。
另外，在本发明的冷却器中，较为理想的是，上述双金属阀能变形为朝制冷剂流入方向弯曲的第一形状和随着温度比上述第一形状时的温度高而接近直线状的第二形状，在上述第一形状时，上述双金属阀的上述自由端与相邻的上述翅片之间的距离同相邻的上述翅片彼此的间隔相等。
根据上述结构，比起第一形状时，双金属阀能在第二形状时获取更多的制冷剂。这样，温度进一步升高的部位的双金属阀能变形为第二形状，并能增加制冷剂的获取量。
另外，在本发明的冷却器中，较为理想的是，上述双金属阀是将第一金属片与第二金属片接合而形成的，该第二金属片的膨胀率比上述第一金属片的膨胀率高，上述第一金属片是铁和镍的合金板，上述第二金属片是在铁和镍的合金板中添加了从由锰、铬、铜构成的一组金属中选择出的一种或多种金属而获得的。
根据上述结构，能获得具有第一形状和第二形状的双金属阀。
在本发明的冷却器中，较为理想的是，上述双金属阀的厚度为0.5mm以上、5mm以下。
根据上述结构，能获得具有期望的变形量的双金属阀。
另外，本发明的半导体装置具有上述冷却器中的任意一个冷却器，其特征在于，包括：电路基板，该电路基板具有绝缘基板、上述绝缘基板的上表面的电路部及上述绝缘基板的下表面的金属部；半导体芯片，该半导体芯片与上述电路部电连接，并由上述冷却器冷却；第一外部端子，该第一外部端子与上述半导体芯片连接；第二外部端子，该第二外部端子与上述电路部连接；以及树脂部，除了上述金属部的与上述绝缘基板相反一侧的面、上述第一外部端子的一端及上述第二外部端子的一端之外，该树脂部收容上述电路基板、上述半导体芯片、上述第一外部端子、上述第二外部端子，多个上述翅片与上述金属部热连接，上述导热销配置于上述绝缘基板的下方。
根据上述结构，温度进一步升高的半导体芯片的下方的双金属阀因热量而发生变形，以增加制冷剂的获取量。这样，可有效地冷却其上方的半导体芯片。
另外，本发明的半导体装置的一形态在上述半导体装置的基础上，具有多个中间组装体，该中间组装体具有上述电路基板、上述半导体芯片、上述第一外部端子及上述第二外部端子，此外还包括：金属底座，该金属底座配置于多个上述金属部与上述顶板之间；第一连接构件，该第一连接构件将多个上述金属部与上述金属底座之间热连接；以及第二连接构件，该第二连接构件将上述金属底座与上述顶板之间热连接。
根据上述结构，金属底座配置于各金属部与顶板之间，因此，对于伴随着半导体装置的工作、停止而产生的冷热循环，能抑制因各构件的热膨胀率的不同而产生的变形，从而能强化冷却器的刚性。
另外，本发明的半导体装置的其它形态是在上述半导体装置的基础上，上述顶板是上述金属部。
根据上述结构，从半导体芯片至翅片为止的热传递路径较短，因此，能提高导热速度。此外，能提高冷却器的冷却能力。
发明效果
根据本发明的冷却器，当半导体芯片的温度升高时，能利用双金属阀自动地增加制冷剂流量，并能抑制半导体芯片的温度上升。另外，零件个数较少，结构简单，因此，容易组装。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的冷却器100b的结构图。
图2是对第一形状和第二形状的双金属阀26的弯曲的状态进行说明的说明图。
图3是本发明的第二实施例的半导体装置200的结构图。
图4是本发明的第三实施例的半导体装置300的主要部分剖视图。
图5是将现有的半导体模块500安装于冷却器50的结构图。
图6是表示冷却器50内温度升高的部位的图。
具体实施方式
使用附图对本发明的实施方式进行说明。另外，本发明并不限定于下述实施例，能在不改变其思想的范围内进行恰当变形加以实施。
[实施例1]
在图1中示出了本发明的冷却器的一实施方式。图1(a)是从背面透视套筒21的底板21b的主要部分俯视图，图1(b)是用X－X线剖开的主要部分剖视图，图1(c)是用Y－Y线剖开的主要部分剖视图。该冷却器100b用于对半导体模块100a等进行冷却。半导体模块100a隔着导热膏28固定于冷却器100b。
半导体模块100a包括：电路基板4，该电路基板4具有绝缘基板4a、绝缘基板的上表面的电路部4b及绝缘基板4a的下表面的金属部4c；半导体芯片8，该半导体芯片8与电路部4b电连接，并由冷却器100b冷却；第一外部端子9a，该第一外部端子9a与半导体芯片8连接；第二外部端子9b，该第二外部端子9b与电路部连接；以及树脂部10，除了金属部4c的与绝缘基板4a相反一侧的面、第一外部端子9a的一端及第二外部端子9b的一端之外，该树脂部10收容电路基板4、半导体芯片8、第一外部端子9a、第二外部端子9b。冷却器100b的多个翅片22固定于顶板20的背面，并经由顶板20、导热膏28、金属底座1、金属部4c、绝缘基板4a、电路部4b与半导体芯片8热连接。导热销25配置于与绝缘基板4a的下方抵接的顶板20的背面。此外，本发明的半导体装置100具有多个中间组装体2，该中间组装体2具有电路基板4、半导体芯片8、第一外部端子9a及第二外部端子9b，此外还包括：金属底座1，该金属底座1配置于多个金属部4c与顶板20之间；第一连接构件(未图示)，该第一连接构件将多个金属部4c与金属底座1之间热连接；以及第二连接构件(未图示)，该第二连接构件将金属底座1与顶板20之间热连接。
上述多个(图1中为六个)中间组装体2隔着导热膏28等安装于冷却器100b。
本发明的冷却器100b是对半导体模块100a进行冷却的液冷式的冷却器，制冷剂并未被特别限定，能使用水、乙二醇水溶液等液体。更具体而言，冷却器100b包括：顶板20；套筒21，该套筒21具有侧板21a和底板21b，且侧板21a固接于顶板20；制冷剂流入口23，该制冷剂流入口23使制冷剂流入由顶板20和套筒21围住的空间；制冷剂流出口24，该制冷剂流出口24使制冷剂从上述空间流出；多个翅片22，这多个翅片22固接于顶板20，上述多个翅片22分别以分离的方式配置于朝制冷剂流入口23延伸的套筒21内的中央的主制冷剂路30的左右，且被配置成朝主制冷剂路30的流入侧倾斜；导热销25，该导热销25配置于翅片22的制冷剂流入侧的顶板20的背面；以及弯曲板状的双金属阀26，该双金属阀26的一端与导热销25连接，另一端是自由端。
套筒21例如是通过对较厚的平板进行切削加工或冲压加工形成凹部而制作出的，因此，侧板21a和底板21b也可以一体化。
制冷剂流入口23和制冷剂流出口24的设置部位并不限定于侧板21a。例如，也可将制冷剂流入口23和制冷剂流出口24设于底板21b。
另外，冷却器100b在从制冷剂流入口23延伸出的套筒21的中央的主制冷剂路的下游侧、且在制冷剂流出口24的前方包括阻止板34。在未设置阻止板34的情况下，在主制冷剂路30中流动的制冷剂会直接流动至制冷剂流出口24，流动至翅片22间的制冷剂流量容易减少，因此，不是理想的。
导热销25的设置间隔分离开相当于相邻的翅片22彼此的间隔的两倍以上的距离是较为理想的，在图1中，导热销25和双金属阀26被配置成每次跳过一个翅片22。当双金属阀连续地配置于翅片时，由下游侧的双金属阀获取的制冷剂的获取量减少，因此，不是有效的。根据上述结构，能防止双金属阀间的相互干涉。
双金属阀26能变形为朝制冷剂流入方向弯曲的第一形状和随着温度比第一形状时的温度高而接近直线状的第二形状，在第一形状时，双金属阀26的自由端与相邻的翅片22之间的距离同相邻的翅片22彼此的间隔相等，并且双金属阀26被配置成不与套筒21的底板21b、顶板20接触。室温下弯曲的双金属阀26随着升温进行接近直线状的动作。双金属阀26通过接近直线状而堵塞主制冷剂路30的一部分，并进行以使主制冷剂路30的水流朝翅片22侧流动的方式改变水流的方向的动作。
双金属阀26是将第一金属片与第二金属片接合而构成的，该第二金属片的膨胀率比上述第一金属片的膨胀率高。在低膨胀率侧的第一金属片中，使用铁和镍的合金板(Invar(商标)等)，在高膨胀率侧的第二金属片中，使用在铁和镍的合金板中添加了从由锰、铬、铜构成的一组金属中选择出的一种或多种金属而获得的合金板。双金属阀26是通过冷轧将第一金属片和第二金属片结合在一起而形成的。双金属阀26的厚度(第一、第二金属片合在一起后的厚度)选定为能经得住在冷却器100b的内部流动的水流的强度的板厚，双金属阀26的厚度为0.5mm以上5mm以下的范围是优选的。在低于0.5mm的情况下，机械强度较小，恐怕会因水流而发生变形。当超过5mm时，热容量变大，双金属阀26的温度上升迟缓，相对于温度的追随性降低，因此，不是理想的。
图2是对第一形状和第二形状的双金属阀26的弯曲的状态进行说明的说明图。图2(a)是第一形状的图，图2(b)是第二形状的图。
导热销25跳过一个翅片22地配置于翅片22的上游侧。这样，能提高双金属阀26的安装密度，并能可靠地将双金属阀26配置于半导体芯片8下。另外，在翅片22的间隔狭小的情况下，导热销25也可设置于隔开两个以上翅片的翅片。即，无论中间组装体2的大小如何，在中间组装体2的正下方配置一个以上的双金属阀26是重要的。
另外，以主制冷剂路30的中心轴30a为基准，将翅片22的倾斜角度θ设为30度以上60度以下的范围。藉此，如下述的图2所示，从在主制冷剂路30中流动的制冷剂31分支而流动至翅片22间的制冷剂32在各翅片22间以一定量稳定地均匀流动。
双金属阀26的一端固定于导热销25，在低温即第一形状的时候，朝制冷剂流入口23侧弯曲成凹状。如图2(b)所示，在温度高时，弯曲成凹状的双金属阀26以接近直线状的方式发生变形而形成第二形状。由此，前端部26a挡住在主制冷剂路30中流动的制冷剂31的一部分，从而起到了以流动至翅片22侧的方式改变方向的作用。因此，当温度高时，流动至翅片22侧的制冷剂32的流量较多，能有效地冷却正上方的电路基板4。通过被冷却后的电路基板4对半导体芯片8进行冷却。
另外，顶板20及翅片22的材质并未被特别限定，例如铝等热传导较佳的材料是理想的。当减小顶板的厚度时，能提高冷却器在半导体装置启动时的导热速度，因此，能装设更高输出的半导体芯片。此外，能将冷却器的重量轻量化，从而能降低制造成本。但是，当顶板20的厚度低于1mm时，机械强度较低，因此，将顶板20的厚度设为1mm以上是较为理想的。
另一方面，当增大顶板20的厚度时，半导体芯片8中产生的热量传递至冷却器100b的更大范围的翅片22，与制冷剂接触的接触面积扩大，因此，能提高使半导体装置稳态运转时的冷却能力。但是，当顶板20的厚度过大时，冷却器100b的过渡响应性能降低，因此，存在难以装设高输出的半导体芯片这样的缺点。因此，顶板20的厚度为3mm以下是较为理想的。
鉴于上述情况，将顶板20的厚度设为1mm以上3mm以下是较为理想的，设为1mm以上2mm以下是更为理想的。
根据上述情况，发热的半导体芯片8的热量经由导热销25传递至配置于冷却器100b内的翅片22。该热量传递至双金属阀26，弯曲的双金属阀26接近直线状，双金属阀26的自由端侧朝主制冷剂路30内移动。这样，能将在主制冷剂路30中流动的制冷剂流的一部分引导至翅片22间。其结果是，从主制冷剂30流动至翅片22侧的制冷剂流量增加，促进了中间组装体2的冷却，并能冷却半导体芯片8。
如上所述，通过将双金属阀26设置于翅片22以调节冷却能力，能防止半导体芯片8的温度上升，并能使各中间组装体2的温度分布相同。各中间组装体2的各部位被均匀地冷却，能提高半导体模块100a的输出(电流容量)。
另外，构成半导体模块100a的六个中间组装体2的各部位处于均匀的温度，因此，能减少因热膨胀而导致的各构件的变形，并能提高半导体模块100a的可靠性。
此处，对双金属阀26进行更详细说明。当双金属阀26处于低温的状态(图2(a))时，双金属阀26的自由端26a与邻近主制冷剂路30入口侧的翅片22之间的最小间隔P1(相对于翅片22面呈直角的直角方向上的距离)以相邻的翅片22彼此的最小间隔T为基准为约一倍是较为理想的。另外，最小间隔Q2与最小间隔Q1大致相等是较为理想的，其中，上述最小间隔Q2是上述双金属阀26的自由端26a与上述主制冷剂路30的中心轴30a之间的距离(相对于中心轴呈直角的直角方向上的距离)，上述最小间隔Q1是同上述制冷剂的入口侧相邻的上述翅片22的前端部22a与上述主制冷剂路30的中心轴30a之间的距离(相对于中心轴呈直角的直角方向上的距离)。即，将翅片22的前端部22a和双金属阀26的自由端26a连接的直线与中心轴30a大致平行是较为理想的。
当双金属阀26处于高温的状态(图2(b))时，双金属阀26接近直线状，双金属阀26的自由端26a朝主制冷剂路30露出相当于露出量△L的距离。这样，主制冷剂路30的制冷剂流的一部分被获取至翅片22侧，双金属阀26使设于上游侧的翅片22侧的制冷剂流量增加。其结果是，提高了对中间组装体2的冷却能力，并能冷却半导体芯片8。
根据上述实施例1，通过将双金属阀26设于冷却器100b，与专利文献2及专利文献3相比，能减少零件个数，并能制成简单的结构。
[实施例2]
图3是本发明的第二实施例的半导体装置200的结构图。图3(a)是透视冷却器3的底板21b的主要部分俯视图，图3(b)是用X－X线剖开的主要部分剖视图，图3(c)是用Y－Y线剖开的主要部分剖视图。
具有该冷却器3的半导体装置200包括：多个中间组装体2；冷却器3；以及树脂部10，该树脂部10对上述中间组装体2和冷却器3的顶板20的上表面进行密封。
中间组装体2包括：电路基板4，该电路基板4具有绝缘基板4a、上述绝缘基板的上表面的电路部4b及上述绝缘基板4a的下表面的金属部4c；半导体芯片8，该半导体芯片8与上述电路部4b电连接，并由上述冷却器3冷却；第一外部端子9a，该第一外部端子9a与上述半导体芯片8连接；以及第二外部端子9b，该第二外部端子9b与上述电路部4b连接。
冷却器3包括：顶板20；套筒21，该套筒21具有侧板21a和底板21b，且上述侧板21a固接于上述顶板20；制冷剂流入口23，该制冷剂流入口23使制冷剂流入由上述顶板20和上述套筒21围住的空间；制冷剂流出口24，该制冷剂流出口24使制冷剂从上述空间流出；多个翅片22，这多个翅片22固接于上述顶板20，上述多个翅片22分别以分离的方式配置于上述套筒21内的主制冷剂路的左右，且被配置成朝上述主制冷剂路的流入侧倾斜；导热销25，该导热销25配置于上述翅片的制冷剂流入侧的上述顶板20；以及弯曲板状的双金属阀26，该双金属阀26的一端与上述导热销25连接，另一端是自由端。冷却器3的多个上述翅片22固定于顶板20的背面，并经由顶板20、上述金属部4c、绝缘基板4a、电路部4b与半导体芯片8热连接。上述导热销25配置于与上述绝缘基板4a的下方抵接的顶板20的背面。翅片22的倾斜角度以主制冷剂路为基准处于30度以上60度以下的范围。
除了上述金属部4c的与上述绝缘基板4a相反一侧的面、上述第一外部端子9a的一端及上述第二外部端子9b的一端之外，树脂部10收容上述电路基板4a、上述半导体芯片8、上述第一外部端子9a、上述第二外部端子9b。
图3的冷却器的顶板20是由锡焊这样的接合构件固接有绝缘基板4a的背面的金属部4c、且兼作为金属底座1的中间构件。例如，中间组装体2具有将例如IGBT芯片和FWD芯片反并联连接于电路基板4、并配置有第一外部端子9a、第二外部端子9b的结构，使中间组装体2固接于顶板20(金属底座1)，然后，用树脂部10覆盖，从而制作出半导体模块200a。一个该中间组装体2能形成逆变器电路的相当于一臂程度的部分。因此，当使用六个中间组装体2时，能构成三相逆变器电路。
另外，示出了模塑树脂成型的上述半导体装置200，但并不限于此。例如，也存在在嵌件成形有外部导出端子的端子壳体中收纳有上述中间组装体2的端子壳体类型的情况。
图3中由符号3表示的冷却器部分与图1所示的冷却器100b的不同点是固接中间组装体2的金属底座1兼作为冷却器3的顶板20这点。如图1所示，通过将双金属阀26设置于翅片22以调节冷却能力，能防止半导体芯片8的温度上升，并能使半导体装置200整体的温度分布相同。
另外，至少一个双金属阀26配置于绝缘基板4a的中央附近。当然，若配置多个，则可进一步提高冷却效率，因此，是理想的。
这样，通过使半导体模块200a与冷却器3一体化，并使金属底座1发挥顶板20的作用，从而去除顶板20，因此，能提高导热速度，并能提高冷却效率。因此，能在发热量更多的条件下使半导体模块200进行动作，并能实现高性能化(例如电流容量的增大等)。
另外，半导体装置200处于均匀的温度，因此，减少了因热膨胀而产生的各构件的变形，并能提高半导体装置200的可靠性。
另外，图1～图3中说明的冷却器100b的导热销25和双金属阀26的各事项也适用于图3的冷却器3。
[实施例3]
图4是本发明的第三实施例的半导体装置300的主要部分剖视图。与图3的半导体装置200的不同点是除了金属底座1之外、将绝缘基板4的背面的金属部4c直接用作冷却器3a的顶板20这点。由于没有金属底座1和金属部4c，因此，能提高导热速度，并能增大对半导体芯片8的冷却效果。另外，能将半导体装置300小型化。另外，在该半导体装置300中，中间组装体2的相当于绝缘基板4的背面的金属部4c的顶板20是共用的。
根据上述实施例2及实施例3，通过将导热销25和双金属阀26设于冷却器3，并使冷却器3与中间组装体2一体化，从而能制作出可容易地进行组装、且提高冷却性能的半导体装置200、300。
符号说明
1、51 金属底座
2、52 中间组装体
3、3a、100b、500b 冷却器
4、54 电路基板
4a、54a 绝缘基板
4b、54b 电路部
4c、54c 金属部
8、58 半导体芯片
9a、59a 第一外部端子
9b、59b 第二外部端子
22a 前端部
10、60 树脂部
20、70 顶板
21、71 套筒
21a、71a 侧板
21b、71b 底板
22、72 翅片
23、73 制冷剂流入口
24、74 制冷剂流出口
25 导热销
26 双金属阀
26a 自由端
28、78 导热膏
30 主制冷剂路
30a 中心轴
34 阻止板
80 水流
81 部位
100a、200a、500a 半导体模块
100、200、300、500 半导体装置
P1、Q1、Q2、T 最小间隔
θ 倾斜角度
L 双金属阀的长度

Claims (11)

1.一种冷却器，对半导体模块进行冷却，其特征在于，包括：
顶板；
套筒，该套筒具有侧板和底板，且所述侧板固接于所述顶板；
制冷剂流入口，该制冷剂流入口使制冷剂流入由所述顶板和所述套筒围住的空间；
制冷剂流出口，该制冷剂流出口使制冷剂从所述空间流出；
多个翅片，这多个翅片固接于所述顶板，并分别以分离的方式配置于所述套筒内的主制冷剂路的左右，且被配置成朝所述主制冷剂路的流入侧倾斜；
导热销，该导热销配置于所述翅片的制冷剂流入侧的所述顶板；以及
板状的双金属阀，该双金属阀是弯曲的，所述双金属阀的一端与所述导热销连接，另一端是自由端。
2.如权利要求1所述的冷却器，其特征在于，
所述翅片的倾斜角度以主制冷剂路为基准处于30度以上60度以下的范围。
3.如权利要求1或2所述的冷却器，其特征在于，
所述制冷剂是液体。
4.如权利要求3所述的冷却器，其特征在于，
在所述主制冷剂路的下游侧、且在所述制冷剂流出口的前方包括阻止板。
5.如权利要求3所述的冷却器，其特征在于，
相邻的所述导热销的设置间隔为相邻的翅片彼此的间隔的两倍以上。
6.如权利要求3所述的冷却器，其特征在于，
所述双金属阀能变形为朝制冷剂流入方向弯曲的第一形状和随着温度比所述第一形状时的温度高而接近直线状的第二形状，
在所述第一形状时，所述双金属阀的所述自由端与相邻的所述翅片之间的距离同相邻的所述翅片彼此的间隔相等。
7.如权利要求6所述的冷却器，其特征在于，
所述双金属阀是将第一金属片与第二金属片接合而形成的，该第二金属片的膨胀率比所述第一金属片的膨胀率高，
所述第一金属片是铁和镍的合金板，
所述第二金属片是在铁和镍的合金板中添加了从由锰、铬、铜构成的一组金属中选择出的一种或多种金属而获得的。
8.如权利要求7所述的冷却器，其特征在于，
所述双金属阀的厚度为0.5mm以上、5mm以下。
9.一种半导体装置，具有权利要求3所述的冷却器，其特征在于，包括：
电路基板，该电路基板具有绝缘基板、所述绝缘基板的上表面的电路部及所述绝缘基板的下表面的金属部；
半导体芯片，该半导体芯片与所述电路部电连接，并由所述冷却器冷却；
第一外部端子，该第一外部端子与所述半导体芯片连接；
第二外部端子，该第二外部端子与所述电路部连接；以及
树脂部，除了所述金属部的与所述绝缘基板相反一侧的面、所述第一外部端子的一端及所述第二外部端子的一端之外，该树脂部收容所述电路基板、所述半导体芯片、所述第一外部端子、所述第二外部端子，
多个所述翅片与所述金属部热连接，
所述导热销配置于所述绝缘基板的下方。
10.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于，
具有多个中间组装体，该中间组装体具有所述电路基板、所述半导体芯片、所述第一外部端子及所述第二外部端子，
所述半导体装置还包括：
金属底座，该金属底座配置于多个所述金属部与所述顶板之间；
第一连接构件，该第一连接构件将多个所述金属部与所述金属底座之间热连接；以及
第二连接构件，该第二连接构件将所述金属底座与所述顶板之间热连接。
11.如权利要求9所述的半导体装置，其特征在于，
所述顶板是所述金属部。
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