CN110233136A - 冷却装置、半导体模块和车辆 - Google Patents

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Abstract

为了解决在将冷却装置紧固于半导体模块等的紧固部分产生应力的问题，本发明提供冷却装置、半导体模块和车辆，冷却装置是包含半导体芯片的半导体模块用的冷却装置，其具备：具有下表面的顶板；壳体部，包含冷却剂流通部和包围冷却剂流通部的外缘部，冷却剂流通部配置于顶板的下表面侧，并且壳体部在外缘部与顶板的下表面直接或间接地紧贴而配置；以及冷却翅片，配置于冷却剂流通部内，顶板和壳体部具有用于将顶板和壳体部紧固于外部装置的紧固部，并且顶板和外缘部重叠地配置在紧固部，并且，在紧固部还具备设置于顶板与壳体部之间的加强部件。

Description

冷却装置、半导体模块和车辆
技术领域
本发明涉及冷却装置、半导体模块和车辆。
背景技术
以往，公知在包含功率半导体芯片等半导体元件的半导体模块中设置冷却装置的结构(例如参照专利文献1-4)。
专利文献1：日本特开2015-220382号公报
专利文献2：日本特开2006-324647号公报
专利文献3：WO2016/204257
专利文献4：日本特开2014-179563号公报
发明内容
技术问题
如果冷却装置的温度因环境温度变化或半导体装置的发热等而发生变化，则导致在将冷却装置紧固于外部装置等的紧固部分施加应力。
技术方案
为了解决上述课题，在本发明的第一方式中，提供包含半导体芯片的半导体模块用的冷却装置。冷却装置可以具备具有下表面的顶板。冷却装置可以具备壳体部，所述壳体部包含冷却剂流通部和包围冷却剂流通部的外缘部，冷却剂流通部配置于顶板的下表面侧，并且所述壳体部在外缘部与顶板的下表面直接或间接地紧贴而配置。冷却装置可以具备配置于冷却剂流通部的冷却翅片。顶板和壳体部可以具有用于将顶板和壳体部紧固于外部装置的紧固部，并且顶板与外缘部重叠地配置在紧固部。冷却装置可以在紧固部具备加强部件，所述加强部件设置于顶板与外缘部之间。
紧固部可以在顶板的外周向外周的外侧突出。
顶板可以在俯视时具备两组相对的边、以及四个角部。紧固部可以在至少一个角部比顶板的外周向外侧突出地设置。壳体部可以包含具有四个角部的底板，在底板与顶板的下表面之间配置冷却剂流通部，并且在底板的至少一个角部设置有连接冷却剂流通部与外部的开口部。顶板的设置有紧固部的角部与底板的设置有开口部的角部可以配置于相对的位置。
顶板可以在俯视时具有一组相对的长边和一组相对的短边。紧固部可以设置在设置有开口部的第一角部和不设置开口部的第二角部这两个角部。第一角部处的第一紧固部可以沿与长边平行的方向突出地设置。第二角部处的第二紧固部可以沿与第一紧固部不同的方向突出地设置。
在紧固部可以层叠地设置有多个加强部件。
顶板可以具有沿着外周的侧面。加强部件可以具有与冷却剂流通部相对的内侧面、以及内侧面的相反侧的外侧面。加强部件的外侧面与顶板的侧面可以齐平地配置。
加强部件可以由弹性极限应力比顶板和壳体部的弹性极限应力高的材料形成。
壳体部的与顶板的下表面的中心相对的位置处的厚度可以与壳体部的紧固部处的厚度相同。
在紧固部，加强部件、顶板和壳体部可以具有相同的厚度。
第一方式的其他例中的冷却装置可以具备顶板，所述顶板具有上表面和上表面的相反侧的下表面，能够在上表面搭载半导体芯片。冷却装置可以具备沿着顶板的下表面的外周而配置的加强部件。冷却装置可以具备壳体部，所述壳体部包含冷却剂流通部，冷却剂流通部配置于顶板的下表面侧。冷却装置可以具备配置于冷却剂流通部的冷却翅片。冷却装置可以具备紧固部。壳体部可以具有框部、底板和侧壁。框部可以具有上表面和上表面的相反侧的下表面，上表面与顶板的下表面直接或间接地紧贴而配置。底板可以具有角部和在角部设置的开口部，并且在底板与顶板的下表面之间配置有冷却剂流通部。侧壁可以将框部的内侧面与底板的周缘连接，并在顶板与底板之间划分出冷却剂流通部。紧固部可以在顶板的外周向与开口部和底板的角部的相反侧的外侧突出地设置，在紧固部，所述框部、加强部件和顶板依次堆叠，并且所述紧固部可以具有贯通框部、加强部件和顶板的贯通孔。
在壳体部的底板的开口部可以连接有管，管向冷却翅片的相反侧突出。
加强部件可以在顶板的下表面包围冷却剂流通部而设置于顶板与壳体部之间。
加强部件可以设置到冷却剂流通部的内部。
在俯视时，加强部件在与开口部相对的区域向冷却剂流通部的内部突出的长度可以比加强部件在与冷却翅片相对的区域向冷却剂流通部的内部突出的长度大。
在本发明的第二方式中，提供包含半导体芯片的半导体模块用的冷却装置。冷却装置可以具备顶板，所述顶板具有上表面和上表面的相反侧的下表面，且能够在上表面搭载半导体芯片。冷却装置可以具备沿着顶板的下表面的外周而配置的加强部件。冷却装置可以具备在与顶板之间具有冷却剂流通部而配置的壳体部。冷却装置可以具备配置于冷却剂流通部的冷却翅片。冷却装置可以具备紧固部。壳体部可以具有框部，所述框部具有上表面和上表面的相反侧的下表面，上表面可以与顶板的下表面直接或间接地紧贴而配置。壳体部可以具有底板，所述底板在其与顶板的下表面之间具有冷却剂流通部而配置，并且所述底板具有角部，在角部设置有开口部。壳体部可以具有侧壁，所述侧壁将框部的内侧面与底板的周缘连接，并在顶板与底板之间划分出冷却剂流通部。紧固部可以在顶板的外周向与开口部和底板的角部的相反侧的外侧突出地设置，在紧固部，框部、加强部件和顶板依次堆叠，并且所述紧固部可以具有贯通框部、加强部件和顶板的贯通孔。
在壳体部的底板的开口部可以连接有管，管向冷却翅片的相反侧突出。
在本发明的第三方式中，提供半导体模块，其具备第一或第二方式的冷却装置、以及载置于顶板的上方的半导体装置。
在本发明的第四方式中，提供具备第三方式的半导体模块的车辆。
应予说明，上述的发明内容并非列举了本发明的全部必要特征。另外，这些特征组的子组合也能够成为发明。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的半导体模块100的一例的示意性的剖视图。
图2A是表示从上表面观察(xy面)时的顶板20的形状的一例的图。
图2B是说明紧固部81的突出方向的图。
图3是表示从上表面观察(xy面)时的壳体部40的形状的一例的图。
图4是表示从上表面观察(xy面)时的加强部件30的形状的一例的图。
图5是将顶板20、加强部件30和壳体部40分离地表示的立体图。
图6是表示其他例的冷却装置10的剖面的图。
图7是表示其他例的冷却装置10的剖面的图。
图8是表示加强部件30的内侧面34的配置例的俯视图。
图9是表示壳体部40和加强部件30的形状的其他例的图。
图10是表示本发明的一个实施方式的车辆200的概要的图。
图11是表示本发明的一个实施方式的半导体模块100的主电路图。
符号说明
10：冷却装置、11：外侧面、12：上表面、13：内侧面、16：上表面、19：角部、20：顶板、22：上表面、24：下表面、26：短边、27：侧面、28：长边、29：角部、30：加强部件、34：内侧面、36：外侧面、40：壳体部、41：外缘部、42：开口部、62：框部、63：侧壁、64：底板、65：延长线、70：半导体装置、72：收容部、74：密封部、76：电路基板、78：半导体芯片、79：贯通孔、80：紧固部、81：紧固部、82：贯通孔、83：紧固部、84：贯通孔、85：紧固部、86：贯通孔、88：外周、90：管、92：冷却剂流通部、94：冷却翅片、95：顶点、96：位置、100：半导体模块、200：车辆、210：控制装置
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式来说明本发明，但以下的实施方式并不对权利要求所涉及的发明进行限定。另外，实施方式中所说明的全部的特征组合未必是发明的解决方案所必须的。
图1是表示本发明的一个实施方式的半导体模块100的一例的示意性的剖视图。半导体模块100具备半导体装置70和冷却装置10。本例的半导体装置70载置于冷却装置10。在本说明书中，将载置有半导体装置70的冷却装置10的面设为xy面，将与xy面垂直的方向设为z轴。在本说明书中，将z轴方向上从冷却装置10朝向半导体装置70的方向称为上，将与之相反的方向称为下，上和下的方向不限于重力方向。另外，在本说明书中，将各部件的面之中的上侧的面称为上表面，将下侧的面称为下表面，将上表面与下表面之间的面称为侧面。
半导体装置70包含一个以上功率半导体芯片等半导体芯片78。作为一例，在半导体芯片78设置有形成于硅等的半导体基板的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。
半导体装置70具有电路基板76和收容部72。作为一例，电路基板76是在绝缘基板上设置有电路图案的基板。半导体芯片78经由焊料等固定于电路基板76。收容部72由树脂等绝缘材料形成。收容部72具有收容半导体芯片78、电路基板76和配线等的内部空间。在收容部72的内部空间可以填充有对半导体芯片78、电路基板76和配线等进行密封的密封部74。密封部74是例如硅凝胶或环氧树脂等绝缘部件。
冷却装置10具有顶板20、壳体部40和加强部件30。顶板20可以是具有与xy面平行的上表面22和下表面24的板状的金属板。作为一例，顶板20由含有铝的金属形成。在顶板20的上表面22载置有半导体装置70。半导体芯片78产生的热量传递到顶板20。例如在顶板20与半导体芯片78之间配置有电路基板76、金属板和焊料等导热性的部件。电路基板76可以通过焊料等直接固定于顶板20的上表面22。在该情况下，收容部72在顶板20的上表面22包围配置有电路基板76等的区域而设置。在其他例中，半导体装置70也可以具有在收容部72的下表面露出的金属板，在该金属板的上表面固定有电路基板76，该金属板固定于顶板20的上表面22。
壳体部40包含冷却剂流通部92、以及在xy面包围冷却剂流通部92的外缘部41。冷却剂流通部92配置于顶板20的下表面24侧。冷却剂流通部92是水等冷却剂流通的区域。冷却剂流通部92可以是与顶板20的下表面24相接的密闭空间。另外，壳体部40在外缘部41处与顶板20的下表面24直接或间接地紧贴而配置，所述外缘部41在xy面包围冷却剂流通部92。由此，将冷却剂流通部92密闭。应予说明，间接地紧贴是指顶板20的下表面24与壳体部40经由设置于顶板20的下表面24与壳体部40之间的密封材料、粘接剂或其他部件而紧贴的状态。紧贴是指冷却剂流通部92内部的冷却剂不从该紧贴部分漏出的状态。在冷却剂流通部92的内部设置有冷却翅片94。冷却翅片94可以与顶板20的下表面24连接。通过使冷却剂通过冷却翅片94的附近，从而将半导体芯片78所产生的热量传递给冷却剂。由此，能够冷却半导体装置70。本例的壳体部40具有框部62、底板64和侧壁63。外缘部41可以至少包含框部62。
框部62在xy面包围冷却剂流通部92而配置。框部62的上表面16与顶板20的下表面24直接或间接地紧贴而配置。即，框部62的上表面16与顶板20的下表面24以将冷却剂流通部92密闭的方式设置。也可以在框部62的上表面16与顶板20的下表面24之间设置密封材料或其他部件。在图1所示的剖面中，在框部62的上表面16与顶板20的下表面24之间设置有加强部件30。即，可以在框部62的上表面16上设置加强部件30，也可以在加强部件30的上表面12上设置顶板20。
在本例中，顶板20、壳体部40和加强部件30这些各个部件之间被钎焊起来。作为一例，顶板20、壳体部40和加强部件30由相同组成的金属形成，钎焊材料由熔点比顶板20等的熔点低的金属形成。作为金属，可以使用含有铝的金属。作为含有铝的金属，可以使用Al-Mn类合金(3000类铝合金)、Al-Mg-Si类合金(6000类铝合金)等铝合金。作为钎焊材料，可以使用Al-Si类合金(4000类铝合金)等铝合金。优选地，本例中所使用的铝合金在室温时的弹性极限应力处于35～65MPa的范围。弹性极限应力是指卸掉负荷之后产生0.2％的永久变形的应力。
底板64被配置为在底板64与顶板20的下表面24之间具有冷却剂流通部92。在本例的底板64设置有相对于冷却剂流通部92导入或导出冷却剂的两个以上的开口部42。开口部42与搬运冷却剂的管90连接。管90以底板64为基准向冷却翅片94的相反侧(在本例中是z轴负侧)突出。
侧壁63通过将框部62与底板64连接，从而划分出冷却剂流通部92。本例的侧壁63将框部62的内侧面13与底板64的周缘连接。框部62的内侧面13是面向冷却剂流通部92的侧面。底板64的周缘是底板64在xy面的外周部分。
顶板20与壳体部40具有将彼此紧固的紧固部80。紧固部80也可以用于将半导体模块100固定于外部的装置。作为一例，紧固部80是顶板20和壳体部40直接或间接地紧贴并在z轴方向上重叠地配置的区域，并且是形成有贯通顶板20和壳体部40的贯通孔79的区域。在图1中，用虚线表示形成有贯通孔79的顶板20和壳体部40的区域。本例的紧固部80设置于框部62。
在紧固部80，在顶板20和壳体部40之间设置有加强部件30。顶板20与加强部件30相互紧贴地配置，并且加强部件30与壳体部40相互紧贴地配置。在本例中，这些部件之间如上述那样被钎焊起来。此外，贯通孔79被设置为也贯通加强部件30。
通过在紧固部80设置加强部件30，从而能够提高应力容易集中的紧固部80的强度。另外，通过设置加强部件30，从而能够以不增大侧壁63和底板64的厚度的方式增大紧固部80处的金属板在z轴方向上的总厚度，而能够提高紧固部80的强度。通过使侧壁63和底板64的厚度不增大，从而侧壁63和底板64相对于应力能够比较容易地变形。因此，即使例如冷却剂流通部92内部的冷却剂、冷却翅片等根据温度变化而膨张或收缩，通过侧壁63和底板64的变形，也容易吸收体积变化。另外，即使在将管90连接于开口部42的情况下对壳体部40施力，通过侧壁63和底板64也容易吸收力。因此，能够保护紧固部80。
加强部件30可以在xy面从设置有贯通孔79的区域起设置到与壳体部40的侧壁63相对的位置为止。由此，能够防止框部62在与侧壁63相对的位置变形，能够防止应力集中于侧壁63与框部62的连接部分。由此，能够保护侧壁63。侧壁63与加强部件30的内侧面13可以齐平地配置。
紧固部80被设置为比侧壁63更向外侧突出。应予说明，外侧是指在xy面中从冷却剂流通部92的中心离开的方向。另外，紧固部80被设置为比收容部72更向外侧突出。即，紧固部80是在xy面中的前端不被半导体模块100的其他部件支承的悬臂梁的构造。因此，紧固部80比较容易变形，但通过设置加强部件30，从而能够提高紧固部80的强度。
加强部件30也可以由弹性极限应力比顶板20和壳体部40高的材料形成。作为这样的材料的一例，列举具有50MPa以上的弹性极限应力的铝合金，优选具有50～65Mpa的弹性极限应力的铝合金。由此，能够进一步提高紧固部80的强度。
图2A是表示俯视(xy面)时的顶板20的形状的一例的图。顶板20在俯视时具有两组相对的边26、28。本例的顶板20是具有短边26和长边28的大致矩形形状。顶板20具有四个角部29。在本说明书中，将短边26延伸的方向设为y轴，将长边28延伸的方向设为x轴。
另外，将由长边28和短边26所规定的矩形的外周88设为顶板20的外周。即，外周88的形状是用长边28和短边26的延长线替换相对于顶板20的长边28和短边26的凹凸的形状。在图2A中，用虚线表示外周88。
角部29是指顶板20的外周88上的各顶点附近的区域。作为一例，如图2A中用单点划线所示，将顶板20的外周88分别在x轴和y轴上四等分而成的16个区域中配置于外周88的角部的四个区域作为角部29。在本例中，将与壳体部40的开口部42相对地配置的角部29设为第一角部29-1，将其他的角部29设为第二角部29-2。第一角部29-1可以包含整个与开口部42相对的区域，也可以只包含一部分。在图2A中，用虚线表示与开口部42相对的区域。
顶板20设置有作为图1所示的紧固部80的一部分的一个以上的紧固部81。至少一个紧固部81可以设置于角部29。在本例中，在全部的角部29设置有紧固部81。另外，在各个长边28可以设置有紧固部81，也可以不设置紧固部81。在各短边26可以设置紧固部81，也可以不设置紧固部81。
各紧固部81在顶板20的外周88向外周88的外侧突出地设置。本例的外侧是指xy面中的从顶板20的中心离开的方向。各紧固部81具有作为图1所示的贯通孔79的一部分的贯通孔82。贯通孔82可以配置于外周88的外侧，也可以配置于外周88的内侧，还可以与外周88重叠地配置。
在本例中，在第一角部29-1的第一紧固部81-1，整个贯通孔82配置于比外周88靠外侧的位置。在第二角部29-2的第二紧固部81-2和各边的第三紧固部81-3，贯通孔79可以配置于外周88的内侧，或者也可以与外周88重叠地配置。在开口部42连接有管90。通过将第一紧固部81-1的贯通孔82配置于外周88的外侧，从而能够使连接管90的作业以及将螺钉等紧固于第一紧固部81-1的贯通孔82的作业等变得容易。
另外，优选地，第一紧固部81-1向外周88的外侧突出的长度比其他的紧固部81向外周88的外侧突出的长度大。由此，能够将第一紧固部81-1的贯通孔82远离开口部42地配置。另外，如图1中说明的那样，由于与紧固部81重叠地设置加强部件30，所以即使增大第一紧固部81-1的突出长度，也能够维持强度。
第一紧固部81-1可以在xy面中沿与长边28平行的方向(即x轴方向)从外周88突出地设置。这里，平行的方向可以包含预定的误差。例如，长边28与第一紧固部81-1的突出方向之间可以具有20度以内的倾斜。紧固部81突出的方向可以是将紧固部81的顶点(最远离外周88的点)与外周88以最短距离连结的方向。在图2A中，用箭头表示一部分的紧固部81突出的方向。由此，即使增大第一紧固部81-1的突出长度，也能够抑制顶板20沿y轴方向变大的情况。
此外，第二紧固部81-2可以沿与第一紧固部81-1不同的方向突出地设置。在图2A的例子中，第二紧固部81-2沿相对于y轴成45度的方向突出。由于第二紧固部81-2的突出长度比较小，所以即使沿该方向突出，顶板20也不会变得很大。另外，第三紧固部81-3从外周88沿y轴方向突出。第二紧固部81-2从外周88沿y轴方向突出的长度可以与第三紧固部81-3从外周88沿y轴方向突出的长度相同。在图2A中，两个第一紧固部81-1可以相对于xy面中的顶板20的中心对称地配置。同样地，两个第二紧固部81-2可以相对于xy面中的顶板20的中心对称地配置。
图2B是说明紧固部81的突出方向的图。在图2B中，放大示出紧固部81-1和紧固部81-2的附近。在图2B中，省略了各紧固部81处的贯通孔82。在本例中，在各突出部81，将xy面中最远离外周88的点设为顶点95。如上所述，紧固部81的突出方向是将顶点95与外周88以最短距离连结的方向。但是，在如紧固部81-2那样，存在多个顶点95的情况下，可以将以最短距离连结xy坐标空间中的多个顶点95的平均的位置96与外周88的方向设为紧固部81的突出方向。多个顶点95的平均的位置96是指分别在x坐标和y坐标上表示多个顶点95的平均的坐标值的位置。
图3是表示俯视(xy面)时的壳体部40的形状的一例的图。本例的壳体部40在xy面中的外形与顶板20的外形相同。在本例中，框部62的外形相当于壳体部40的外形。框部62具有冷却剂流通部92侧的内侧面13和内侧面13的相反侧的外侧面11。本例中的各侧面是与xy面大致垂直的面。在图3中，将顶板20的外周88与壳体部40的形状重叠地示出。另外，壳体部40也与顶板20同样地具有xy面中的角部29。
在壳体部40的各角部29也与顶板20同样地设置有紧固部85。另外，在壳体部40的任意的边也可以设置有紧固部85。紧固部85从框部62比外周88更向外侧突出地设置。在本例中，各紧固部85在xy面中的形状与相对的紧固部81的形状相同。各紧固部85可以设置有贯通孔86。贯通孔86设置于与图2A所示的贯通孔82重叠的位置。
在xy面且在框部62的内侧设置有底板64。底板64具有四个角部19。角部19与角部29同样地，可以是将底板64的外周分别在x轴和y轴上四等分而得的16个区域中的配置于角的四个区域。紧固部85在顶板20的外周88向与开口部42和底板64的角部19的相反侧的外侧突出地设置。
在底板64的任意的角部19可以设置有将冷却剂流通部92与外部连接的开口部42。在本例的底板64，在相对于xy面中的底板64的中心成点对称地配置的两个的角部19分别设置有开口部42。如图2A和图3所示，顶板20的设置有紧固部81-1的角部29-1与底板64的设置有开口部42的角部19-1配置于相对的位置。
在本例中，利用x轴和y轴上的相对位置，将各角部19分别设为在x轴正侧且在y轴正侧的角部19(在图3的例子中是角部19-1)、在x轴正侧且在y轴负侧的角部(在图3的例子中是角部19-2)、在x轴负侧且在y轴正侧的角部(在图3的例子中是角部19-2)、以及在x轴负侧且在y轴负侧的角部19(在图3的例子中是角部19-1)。同样地，利用x轴和y轴上的相对位置，将各角部29设为在x轴正侧且在y轴正侧的角部29(在图2A的例子中是角部29-1)、在x轴正侧且在y轴负侧的角部(在图2A的例子中是角部29-2)、在x轴负侧且在y轴正侧的角部(在图2A的例子中是角部29-2)、以及在x轴负侧且在y轴负侧的角部29(在图3的例子中是角部29-1)。在底板64和顶板20相对的两个的角部是指x轴和y轴的相对位置对应的角部19和角部29。更具体来说，在x轴正侧且在y轴正侧的角部19与在x轴正侧且在y轴正侧的角部29相对，在x轴正侧且在y轴负侧的角部19与在x轴正侧且在y轴负侧的角部29相对，在x轴负侧且在y轴正侧的角部19与在x轴负侧且在y轴正侧的角部29相对，在x轴负侧且在y轴负侧的角部19与在x轴负侧且在y轴负侧的角部29相对。
图4是表示俯视(xy面)时的加强部件30的形状的一例的图。本例的加强部件30以包围图1所示的冷却剂流通部92的方式设置。本例的加强部件30在xy面中的外形与顶板20的外形相同。在图4中，将顶板20的外周88与加强部件30的形状重叠地示出。
加强部件30可以在xy面具有与壳体部40的框部62相同的形状。加强部件30配置在框部62的上表面16与顶板20的下表面24之间。加强部件30具有冷却剂流通部92侧的内侧面34和内侧面34的相反侧的外侧面36。加强部件30的内侧面34可以与壳体部40的框部62的内侧面13齐平地配置。加强部件30的外侧面36可以与壳体部40的框部62的外侧面11齐平地配置。
另外，加强部件30也与顶板20同样地具有xy面中的角部29。在加强部件30的各角部29也与顶板20同样地设置有紧固部83。另外，在加强部件30的任意的边也可以设置有紧固部83。在本例中，各紧固部83在xy面中的形状与相对的紧固部81的形状相同。在各紧固部83设置有贯通孔84。贯通孔84设置在与图2A所示的贯通孔82重叠的位置。
图5是将顶板20、加强部件30和壳体部40分开地示出的立体图。如上所述，顶板20、加强部件30和壳体部40可以在xy面具有基本相同的外形。顶板20、加强部件30和壳体部40的各紧固部可以在xy面具有相同的形状，并在z轴方向上重叠地配置。在图5中，用虚线表示通过钎焊等将顶板20、加强部件30和壳体部40固定了的情况下重叠的位置。应予说明，在图5中，省略了配置于冷却剂流通部92的冷却翅片94。另外，也省略了各部件间的钎焊材料。
如图5所示，加强部件30在顶板20与壳体部40之间包围冷却剂流通部92而配置，并将冷却剂流通部92密闭。壳体部40的框部62经由加强部件30而固定于顶板20。壳体部40具有从顶板20离开而配置的底板64、以及连接底板64与框部62的侧壁63。利用顶板20的下表面24、加强部件30的内侧面34和壳体部40来划分出冷却剂流通部92。
紧固部80在顶板20的外周88向与开口部42和底板64的角部19(参照图3)的相反侧的外侧突出地设置。另外，在紧固部80，框部62、加强部件30和顶板20依次堆叠，并且具有贯通框部62、加强部件30和顶板20的贯通孔79(参照图1)。贯通孔82、84、86可以彼此同轴地设置。
此外，在紧固部80，顶板20、加强部件30和壳体部40可以具有相同的厚度。顶板20、加强部件30和壳体部40可以在除紧固部80以外的区域也具有相同的厚度。
另外，壳体部40的框部62和侧壁63可以一体地设置。框部62和侧壁63可以通过对一个板状的金属进行锻造加工来形成。另外，底板64可以与侧壁63一体地设置，也可以被钎焊于侧壁63。底板64、框部62和侧壁63可以具有相同的厚度。作为一例，与顶板20的下表面24的中心相对的位置处的底板64的厚度与紧固部80处的框部62的厚度可以相同。通过使各部件具有相同的厚度，从而能够使用通用的金属卷材来制造冷却装置10。
图6是表示其他例的冷却装置10的剖面的图。本例的冷却装置10是将多个加强部件30层叠而设置的。各加强部件30的厚度可以与顶板20的厚度相同。被层叠的多个加强部件30的厚度可以相同。通过调整加强部件30的个数，从而能够任意地变更紧固部80的厚度，来调整紧固部80的强度。在其他例中，也可以在顶板20与壳体部40之间设置一个加强部件30，调整加强部件30的厚度来调整紧固部80的厚度。
图7是表示其他例的冷却装置10的剖面的图。在图7中，放大示出紧固部80的附近。在本例中，顶板20具有沿着外周的侧面27。如上所述，加强部件30具有与冷却剂流通部92相对的内侧面34、以及内侧面34的相反侧的外侧面36。在本例中，加强部件30的外侧面36与顶板20的侧面27齐平地配置。本例的冷却装置10的加强部件30被设置为延伸到冷却剂流通部92的内部，在这一点上与图1至图6中所说明的各个方式的冷却装置10不同。除加强部件30以外的构造可以与图1至图6中所说明的各个方式的冷却装置10相同。
在本例中，加强部件30的内侧面34配置于比侧壁63靠内侧(靠近冷却剂流通部92在xy面的中心的方向)的位置。即，加强部件30也可以在俯视时从侧壁63向开口部42的方向像屋檐一样突出。根据这样的构造，能够更可靠地利用加强部件30来支承侧壁63。例如，即使加强部件30的尺寸或位置产生偏差，也能够支承侧壁63。因此，能够防止侧壁63在z轴方向上变形，能够保护侧壁63。在图7中，将加强部件30比侧壁63更突出的xy面中的长度设为L。
图8是表示加强部件30的内侧面34的配置例的俯视图。在图8中，放大示出紧固部85的附近的壳体部40。L1是加强部件30在与开口部42相对的区域向冷却剂流通部92的内部突出的长度，L2是加强部件30在与冷却翅片94相对的区域向冷却剂流通部92的内部突出的长度，L1可以比L2大。
与开口部42相对的区域可以指在与x轴或y轴中的任一方平行的方向上与开口部42相对的区域。与冷却翅片94相对的区域可以指在与x轴或y轴中的任一方平行的方向上与冷却翅片94相对的区域，且是不与开口部42相对的区域。
长度L1可以使用在与x轴或y轴中的任一方平行的方向上与xy面中的开口部42的中心相对的加强部件30的突出长度。长度L2可以使用在与x轴或y轴中的任一方平行的方向上与冷却翅片94在xy面的中心相对的加强部件30的突出长度。
通过增大与开口部42相对的加强部件30的突出长度L1，从而能够使在连接管90时等容易产生应力的区域更坚固。另外，通过减小与冷却翅片94相对的加强部件30的突出长度L2，从而能够防止冷却翅片94与加强部件30干涉的情况。长度L2也可以是0。
图9是表示壳体部40和加强部件30的形状的其他例的图。对于本例的壳体部40而言，在配置有开口部42的底板64的角部19-1，侧壁63沿俯视时从冷却剂流通部92的中央离开的方向(在图9中是具有-x和-y成分的方向)延伸出来而设置。延伸出来的侧壁63-1在俯视时配置于比将其他的侧壁63延长的延长线65靠外侧的位置。开口部42的至少一部分可以配置为被侧壁63-1包围。开口部42的至少一部分的区域可以配置于比延长线65靠外侧的位置。侧壁63-1的俯视时的形状可以具有圆弧。即，侧壁63-1可以具有曲面部分。
在俯视时，侧壁63-1的圆弧的中心位置可以与开口部42的中心位置一致。通过设置侧壁63-1，从而能够使从开口部42导入的冷却剂朝向冷却翅片94。
框部62可以沿着侧壁63-1向冷却剂流通部92的外侧弯曲。框部62的设置有侧壁63-1的部分处的宽度W2可以比框部62的设置有除侧壁63-1以外的侧壁63的部分处的宽度W1小。
加强部件30可以在俯视时具有与壳体部40的框部62相同的形状。加强部件30的内侧面34与框部62的内侧面13可以在俯视时一致。在俯视时，从开口部42的中心到加强部件30的内侧面34为止的距离r2可以与从开口部42的中心到侧壁63-1为止的距离r1相同。另外，距离r2也可以比距离r1小。即，如图中虚线所示，加强部件30也可以从侧壁63-1向开口部42的方向像屋檐一样突出。通过使距离r2比距离r1小，从而能够提高在连接管90时等容易产生应力的区域的强度。
图9所示的构造可以适用于图1至图8中所说明的各个方式。另外，在图9中，示出了一个角部19-1的附近，但在其他的角部19-1的附近也可以具有相同的构造。另外，顶板20也可以在俯视时具有与图9所示的壳体部40相同的形状。
图10是表示本发明的一个实施方式的车辆200的概要的图。车辆200是使用电力来产生至少一部分的推进力的车辆。作为一例，车辆200是用马达等电力驱动设备来产生全部的推进力的电动汽车，或者是将马达等电力驱动设备与被汽油等燃料驱动的内燃机一起使用的混合动力汽车。
车辆200具备控制马达等电力驱动设备的控制装置210(外部装置)。在控制装置210中设置有半导体模块100。半导体模块100可以控制向电力驱动设备供给的电力。
图11是本发明的一个实施方式的半导体模块100的主电路图。半导体模块100可以是驱动车辆的马达的车载用单元的一部分。半导体模块100可以作为具有输出端子U、V和W的三相交流逆变电路发挥功能。
半导体芯片78-1、78-2和78-3可以构成半导体模块100中的下臂，多个半导体芯片78-4、78-5和78-6可以构成半导体模块100中的上臂。一组半导体芯片78-1、78-4可以构成桥臂。一组半导体芯片78-2、78-5、一组半导体芯片78-3、78-6也可以同样地构成桥臂。在半导体芯片78-1中，发射电极可以与输入端子N1电连接，集电电极可以与输出端子U电连接。在半导体芯片78-4中，发射电极可以与输出端子U电连接，集电电极可以与输入端子P1电连接。同样地，在半导体芯片78-2、78-3中，发射电极可以分别与输入端子N2、N3电连接，集电电极可以分别与输出端子V、W电连接。此外，在半导体芯片78-5、78-6中，发射电极可以分别与输出端子V、W电连接，集电电极可以分别与输入端子P2、P3电连接。
各半导体芯片78-1至78-6可以根据输入至半导体芯片78的控制电极焊盘的信号而被交替地开关。在本例中，各半导体芯片78可以在开关时发热。输入端子P1、P2和P3可以与外部电源的正极连接，输入端子N1、N2和N3可以与负极连接，输出端子U、V和W可以与负载连接。输入端子P1、P2和P3可以相互电连接，另外，其他的输入端子N1、N2和N3也可以相互电连接。
在半导体模块100中，多个半导体芯片78-1至78-6可以分别是RC-IGBT(反向导通IGBT)半导体芯片。在RC-IGBT半导体芯片中，IGBT和续流二极管(FWD)可以一体形成，并且IGBT和FWD可以反向并联地连接。多个半导体芯片78-1至78-6可以分别包含MOSFET和/或IGBT等晶体管与二极管的组合。晶体管和二极管的芯片基板可以是硅基板、碳化硅基板或氮化镓基板。
以上，用实施方式说明了本发明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。对于上述实施方式能够追加各种变更或改良，这对本领域技术人员来说是显而易见的。这些追加了变更或改良的形态也包含在本发明的技术范围内。
应该注意，关于在说明书和附图中所示的装置、系统、程序和方法中的动作、顺序、步骤和阶段等各处理的执行顺序，只要没有特别地明确说明“之前”、“先于”等，并且没有将在前的处理的输出用于在后的处理，则能够以任意的顺序实现。关于说明书和附图中的动作流程，即使出于方便而使用了“首先”、“然后”等进行说明，也并不意味着必须按照该顺序进行实施。

Claims (13)

1.一种冷却装置，其特征在于，是包含半导体芯片的半导体模块用的冷却装置，
所述冷却装置具备：
顶板，其具有下表面；
壳体部，其包含冷却剂流通部和包围所述冷却剂流通部的外缘部，所述冷却剂流通部配置于所述顶板的下表面侧，并且所述壳体部在所述外缘部与所述顶板的下表面直接或间接地紧贴而配置；以及
冷却翅片，其配置于所述冷却剂流通部，
所述顶板和所述壳体部具有用于将所述顶板和所述壳体部紧固于外部装置的紧固部，并且所述顶板与所述外缘部重叠地配置在所述紧固部，
所述冷却装置在所述紧固部还具备加强部件，所述加强部件设置于所述顶板与所述外缘部之间。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，
所述紧固部在所述顶板的外周向所述外周的外侧突出。
3.根据权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，
所述顶板在俯视时具有两组相对的边、以及四个角部，
所述紧固部在至少一个所述角部比所述顶板的外周更向外侧突出地设置，
所述壳体部包含具有四个角部的底板，在所述底板与所述顶板的下表面之间配置所述冷却剂流通部，并且在所述底板的至少一个所述角部设置有开口部，所述开口部将所述冷却剂流通部与外部连接，
所述顶板的设置有所述紧固部的所述角部与所述底板的设置有所述开口部的所述角部配置在相对的位置。
4.根据权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，
所述顶板在俯视时具有一组相对的长边和一组相对的短边，
所述紧固部设置在设置有所述开口部的第一角部和不设置所述开口部的第二角部这两个角部，
所述第一角部处的第一紧固部沿与所述长边平行的方向突出地设置，所述第二角部处的第二紧固部沿与所述第一紧固部不同的方向突出地设置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的冷却装置，其特征在于，
在所述紧固部层叠地设置有多个所述加强部件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的冷却装置，其特征在于，
所述顶板具有沿着外周的侧面，
所述加强部件具有与所述冷却剂流通部相对的内侧面、以及所述内侧面的相反侧的外侧面，
所述加强部件的所述外侧面与所述顶板的所述侧面齐平地配置。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的冷却装置，其特征在于，
所述加强部件由弹性极限应力比所述顶板和所述壳体部的弹性极限应力高的材料形成。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的冷却装置，其特征在于，
所述壳体部的与所述顶板的下表面的中心相对的位置处的厚度和所述壳体部的所述紧固部处的厚度相同。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的冷却装置，其特征在于，
在所述紧固部，所述加强部件、所述顶板和所述壳体部具有相同的厚度。
10.一种冷却装置，其特征在于，是包含半导体芯片的半导体模块用的冷却装置，
所述冷却装置具备：
顶板，其具有上表面和所述上表面的相反侧的下表面，且能够在所述上表面搭载所述半导体芯片；
加强部件，其沿着所述顶板的下表面的外周而配置；
壳体部，其包含冷却剂流通部，所述冷却剂流通部配置于所述顶板的下表面侧；
冷却翅片，其配置于所述冷却剂流通部；以及
紧固部，
所述壳体部具有框部、底板和侧壁，
所述框部具有上表面和所述上表面的相反侧的下表面，所述上表面与所述顶板的下表面直接或间接地紧贴而配置，
所述底板具有角部和在所述角部设置的开口部，并且在所述底板与所述顶板的下表面之间配置所述冷却剂流通部，
所述侧壁将所述框部的内侧面与所述底板的周缘连接，并在所述顶板与所述底板之间划分出所述冷却剂流通部，
所述紧固部在所述顶板的外周向与所述开口部和所述底板的角部的相反侧的外侧突出地设置，在所述紧固部，所述框部、所述加强部件和所述顶板依次堆叠，并且所述紧固部具有贯通所述框部、所述加强部件和所述顶板的贯通孔。
11.根据权利要求10所述的冷却装置，其特征在于，
在所述壳体部的底板的所述开口部连接有管，所述管向所述冷却翅片的相反侧突出。
12.一种半导体模块，其特征在于，具备：
权利要求1至11中任一项所述的冷却装置；以及
半导体装置，其配置于所述顶板的上方。
13.一种车辆，其特征在于，
具备权利要求12所述的半导体模块。
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