CN110534486A - 冷却装置、半导体模块、车辆以及制造方法 - Google Patents

冷却装置、半导体模块、车辆以及制造方法 Download PDF

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Abstract

一种冷却装置，抑制异物残留在冷却翅片之间的情况。其用于包括半导体芯片的半导体模块，包括：壳体部，所述壳体部包括顶板、底板和侧壁板，所述侧壁板配置于顶板与底板之间，并且所述壳体部具有制冷剂流通部，所述制冷剂流通部被顶板、底板和侧壁板包围；多个第一冷却销，所述多个第一冷却销在壳体部的制冷剂流通部中固定于顶板；以及多个第二冷却销，所述多个第二冷却销在壳体部的制冷剂流通部中固定于顶板，与第一冷却销相比，从顶板向底板的厚度方向上的长度更长，一个以上的第一冷却销和一个以上的第二冷却销沿与顶板平行的面中的第一方向交替地各配置两次以上。

Description

冷却装置、半导体模块、车辆以及制造方法
技术领域
本发明涉及冷却装置、半导体模块、车辆及制造方法。
背景技术
一直以来，已知一种在包括功率半导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1-3)。
专利文献1：日本专利特开2016-225530号公报
专利文献2：日本专利特开2015-15274号公报
专利文献3：日本专利第6239997号公报
若异物夹在冷却翅片之间，则制冷剂的流动会受到阻碍。
发明内容
为了解决上述技术问题，在本发明的第一方式中，提供一种冷却装置，所述冷却装置用于包括半导体芯片的半导体模块。冷却装置可以包括壳体部，所述壳体部包括顶板、底板和侧壁板，所述侧壁板配置于顶板与底板之间，并且所述壳体部具有制冷剂流通部，所述制冷剂流通部被顶板、底板和侧壁板包围。冷却装置可以包括多个第一冷却销，所述多个第一冷却销在壳体部的制冷剂流通部中固定于顶板。冷却装置可以包括多个第二冷却销，所述多个第二冷却销在壳体部的制冷剂流通部中固定于顶板，与第一冷却销相比，从顶板向底板的厚度方向上的长度更长。一个以上的第一冷却销和一个以上的第二冷却销沿与顶板平行的面中的第一方向交替地各配置两次以上。
可以在第一冷却销的底板侧的端部与底板之间设有空间部，所述空间部在厚度方向上的长度为1mm以上。
第一冷却销和第二冷却销可以配置于预先确定的冷却翅片区域内。空间部可以以在预先确定的直线方向上将冷却翅片区域横穿的方式连续设置。
空间部在与直线方向及厚度方向均垂直的方向上的宽度可以是1mm以上。
可以是一个以上的第一冷却销和一个以上的第二冷却销沿与第一方向不同的第二方向交替地各配置两次以上。
可以在第一方向和第二方向中的至少一方上，于第二冷却销之间配置有多个第一冷却销。
第一冷却销和第二冷却销可以在顶板的长边方向上以预先确定的第一间隔配置。配置于长边方向上最靠端部的冷却销与侧壁板之间的距离可以为第一间隔的两倍以上。
顶板可以具有：下表面，在所述下表面固定有多个第一冷却销和多个第二冷却销；以及上表面，所述上表面处于下表面的相反侧。可以在顶板的上表面，在与多个第一冷却销或多个第二冷却销重叠的区域的至少一部分设有凹部。
顶板可以具有外周部，所述外周部将凹部包围，外周部在厚度方向上的厚度比凹部在厚度方向上的厚度大。
顶板可以是连续的一块板构件。
顶板可以包括下侧板状部，所述下侧板状部呈包括上表面和下表面的板状，在下表面固定有多个第一冷却销和多个第二冷却销。顶板可以包括上侧框状部，所述上侧框状部固定于下侧板状部的上表面，并在与凹部对应的区域设有贯穿开口。
顶板可以具有多个凹部和夹在两个凹部之间的相间区域(或相间部)。可以在与相间区域(或相间部)重叠的位置处配置有第三冷却销，所述第三冷却销在厚度方向上的长度比第一冷却销在厚度方向上的长度小。
在本发明的第二方式中提供半导体模块，包括第一方式的冷却装置和半导体装置，所述半导体装置配置于顶板的上方。
在本发明的第三方式中提供车辆，所述车辆包括第二方式的半导体模块。
在本发明的第四方式中提供制造方法，所述制造方法是在顶板设有凹部的第一方式的冷却装置的制造方法。可以在制造方法中通过锻造加工形成凹部。
另外，上述发明内容并未列举出本发明的全部必要特征。此外，上述特征群的再组合也能成为发明。
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2是表示俯视观察(xy面)时的多个冷却销94的配置的概要的图。
图3是表示多个冷却销94的一例的立体图。
图4是表示xy面内的第一冷却销94-1和第二冷却销94-2的配置例的图。
图5是对空间部98进行说明的图。
图6是表示在壳体部40中将顶板20分离表示的立体图。
图7是表示壳体部40的另一例的立体图。
图8是表示壳体部40的又一例的立体图。
图9是表示将顶板20固定后的状态下的壳体部40的立体图。
图10是表示配置于凹部30内的电路基板76和半导体芯片78的一例的立体图。
图11是表示凹部30和翅片区域95的配置例的图。
图12表示具有凹部30的顶板20的结构例的立体图。
图13是表示本发明的一个实施方式的车辆200的概要的图。
图14是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；16短边；18长边；20顶板；22上表面；23下侧板状部；24下表面；25上侧框状部；26短边；27上表面；28长边；29下表面；30凹部；31贯穿开口；32外周部；33外周部；34相间区域；35相间部；40壳体部；42开口部；62周缘部；63侧壁板；64底板；65上表面；66下表面；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；81通孔；82通孔；83通孔；86通孔；92制冷剂流通部；94冷却销；95翅片区域；96列；97列；98空间部；99制冷剂流路；100半导体模块；102直线；104直线；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对本发明进行说明，但是以下的实施方式并不旨在对权利要求书所涉及的发明进行限定。此外，在实施方式中说明的特征的组合并非全部是发明的解决手段所必须的。
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包括半导体装置70和冷却装置10。本例的半导体装置70配置于冷却装置10的上方。在本说明书中，将冷却装置10的配置有半导体装置70的表面设为xy面，将与xy面垂直的表面设为z轴。在本说明书中，在z轴方向上，将从冷却装置10朝向半导体装置70的方向称为上，将相反的方向称为下，但上和下的方向并不限于重力方向。此外，在本说明书中，各构件的表面中的上侧的表面设为上表面，将下侧的表面设为下表面，将上表面和下表面之间的表面或壁设为侧面或侧壁。
半导体装置70包括一个以上功率半导体芯片等的半导体芯片78。作为一例，在半导体芯片78设有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，该绝缘栅双极型晶体管形成于硅等的半导体基板。
半导体装置70具有电路基板76和收容部72。电路基板76作为一例是在绝缘基板上设有电路图案的基板。在电路基板76上经由焊锡等固定有半导体芯片78。收容部72由树脂等绝缘材料形成。收容部72具有对半导体芯片78、电路基板76和配线等进行收容的内部空间。可以在收容部72的内部空间中填充密封部74，该密封部74对半导体芯片78、电路基板76和配线等进行密封。密封部74是例如硅胶或环氧树脂等的绝缘构件。在半导体装置70中，分别固定有半导体芯片78的多个电路基板76可以沿y轴方向配置。
本例的冷却装置10具有壳体部40，该壳体部40包括顶板20、底板64和侧壁板63。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由包含铝的金属形成。在顶板20的上表面22配置有半导体装置70。半导体芯片78所产生的热传递至顶板20。例如，在顶板20与半导体芯片78之间配置有电路基板76、金属板和焊锡等导热性的构件。电路基板76可以通过焊锡等直接固定于顶板20的上表面22。此时，收容部72设置成包围顶板20的上表面22中的配置有电路基板76等的区域。在其它的示例中，半导体装置70也可以具有金属板，该金属板在收容部72的下表面露出，在上述金属板的上表面固定有电路基板76，上述金属板固定于顶板20的上表面22。
底板64配置成与顶板20的下表面24相对。底板64具有：上表面65，上述上表面65与底板20的下表面24相对；以及下表面66，上述下表面66位于上表面65的相反侧。底板64的上表面65和顶板20的下表面24可以以隔开规定间隔的方式实质上平行地配置。侧壁板63配置于顶板20与底板64之间。侧壁板63将底板64的外周端与顶板20连接。底板64和侧壁板63可以形成为一体。
壳体部40具有制冷剂流通部92，该制冷剂流通部92由顶板20、侧壁板63和底板64围成。制冷剂流通部92配置于顶板20的下表面24与底板64的上表面65之间。制冷剂流通部92是供水等制冷剂流通的区域。制冷剂流通部92可以是与顶板20的下表面24相接的封闭空间。
本例的壳体部40具有周缘部62，上述周缘部62以在xy面上包围制冷剂流通部92的方式设置。周缘部62可以在xy面上具有将制冷剂流通部92包围的框状。周缘部62设置成从侧壁板63的上端沿xy面向外侧延伸。外侧是指制冷剂流通部92的相反侧。周缘部62配置成与顶板20的下表面24直接或间接地紧贴。由此，将制冷剂流通部92封闭。另外，间接地紧贴是指，隔着设于顶板20的下表面24与周缘部62之间的密封件、粘接剂或其它构件将顶板20的下表面24与周缘部62紧贴的状态。紧贴是指制冷剂流通部92内部的制冷剂不会从上述紧贴部分漏出的状态。
在图1的示例中，周缘部62、侧壁板63和底板64形成为一体，并通过钎焊等固定于顶板20。在其它的示例中，也可以是顶板20与侧壁板63形成为一体。此时，壳体部40不具有周缘部62亦可。此外，底板64也可以通过钎焊等固定于侧壁板63。
在制冷剂流通部92的内部配置有多个冷却销94。本例的多个冷却销94固定于顶板20的下表面24。冷却销94与顶板20热连接。由此，半导体芯片78等所产生的热传递至冷却销94。通过使制冷剂在冷却销94附近通过，从而使半导体芯片78所产生的热传至制冷剂。由此，能对半导体装置70进行冷却。
在多个冷却销94中包括多个第一冷却销和比第一冷却销更长的多个第二冷却销，但在图1中，示意性地将所有冷却销94的长度示为相同。冷却销94的长度是指在从顶板20朝向底板64的厚度方向(在本例中为z轴方向)上的长度。在比第二冷却销更短的第一冷却销的下端与底板64之间产生相对较大的空间部。通过设置空间部，从而使制冷剂中所包含的异物等容易通过。因此，能抑制异物夹在冷却销94之间，制冷剂的通过受到阻碍的情况。
在本例中，顶板20与周缘部62之间被钎焊。作为一例，顶板20和周缘部62由相同组成的材料(在本例中为金属)形成，钎焊材料由比顶板20等熔点更低的金属形成。
如上所述，底板64配置成与顶板20在z轴方向上相对，且在与顶板20的下表面24之间具有制冷剂流通部92。底板64可以指壳体部40中的与顶板20远离配置的部分中的、与顶板20平行的部分。在本例的底板64设有两个以上的开口部42，所述两个以上的开口部42将制冷剂导入到制冷剂流通部92，或者从制冷剂流通部92导出。在图1所示的截面中，仅示出一个开口部42。在其它的示例中，开口部42也可以设于侧壁板63。
可以在顶板20设置供用于彼此紧固的螺钉等插入的通孔。通孔也可以用于将半导体模块100固定于外部的装置。通孔设置在顶板20和周缘部62以直接或间接地紧贴的方式沿z轴方向重叠配置的区域中。
至少一部分的冷却销94设于两个开口部42之间。以夹着冷却销94的方式设置的一个开口部42作为将制冷剂导入到制冷剂流通部92的导入口发挥作用，另一个开口部42作为将制冷剂从制冷剂流通部92导出的导出口发挥作用。用户能适当地选择将哪一个开口部42作为导入口和导出口中的哪一个发挥作用。
图2是表示俯视观察(xy面)时的多个冷却销94的配置的概要的图。在图2中，一并示出了底板64和周缘部62。本例的周缘部62在俯视观察时具有两组相对的边26、28。本例的周缘部62具有短边26和长边28。在壳体部40不具有周缘部62的情况下，底板64可以具有边26、28。另外，图1所示的冷却装置10的截面与图2的A-A截面对应。
在周缘部62的各个角设有通孔86。在xy面上，周缘部62具有包围规定区域的框状。在xy面上，在周缘部62的内侧配置有底板64。在底板64设有两个开口部42。本例的开口部42配置于底板64的两个对角处，但开口部42的位置并不局限于此。
多个冷却销94配置于由两个开口部42夹着的翅片区域95。翅片区域95可以具有与长边28平行的边和与短边26平行的边。本例的翅片区域95在与沿长边28的侧壁板63之间具有规定宽度的制冷剂流路99。本例的制冷剂流路99沿长边28在y轴方向上延伸。从开口部42导入的制冷剂一边沿制冷剂流路99在y轴方向上流动，一边通过多个冷却销94之间，并在朝向另一个开口部42的方向上流动。通过这种结构，使得制冷剂通过整个翅片区域95。
翅片区域95设于至少与半导体芯片78重叠的区域中。翅片区域95也可以设于与电路基板76重叠的区域中。翅片区域95也可以设于比电路基板76更大的范围内。通过这种结构，能对半导体装置70进行冷却。翅片区域95最好设置在不与开口部42重叠的位置。
图3是表示多个冷却销94的一例的立体图。各个冷却销94是在厚度方向(z轴方向)上具有长边的柱状。在图3中，示意性地以圆柱表示各个冷却销94，但冷却销94的形状并不局限于此。也可以是截头圆锥或棱柱。
冷却装置10具有多个第一冷却销94-1和多个第二冷却销94-2。各个冷却销94在制冷剂流通部92中固定于顶板20的下表面24。
第二冷却销94-2在厚度方向(z轴方向)上的长度比第一冷却销94-1长。也就是说，第二冷却销94-2与底板64的上表面65之间的距离比第一冷却销94-1与底板64的上表面65之间的距离小。第二冷却销94-2的下端也可以与底板64的上表面65相接。
第一冷却销94-1可以在顶板20的下表面24在至少两个方向上二维地分散配置。xy面的每单位面积配置第一冷却销94-1的根数既可以在整个翅片区域95中均匀，也可以不同。第一冷却销94-1既可以沿xy面的规定方向等间隔地配置，也可以非等间隔地配置。
通过设置第一冷却销94-1，能在冷却销94的下端与底板64的上表面65之间设置相对较大的空间部。因此，异物容易穿过上述空间部通过，能抑制异物滞留于翅片区域95的内部的情况。因此，能抑制因异物造成的制冷剂的流动不均，并且能减小使制冷剂流通时的压力损失。
图4是表示xy面内的第一冷却销94-1和第二冷却销94-2的配置例的图。在图4中仅示出翅片区域95的一部分。在图4中，用白色圆点表示第一冷却销94-1，用黑色圆点表示第二冷却销94-2。另外，白色圆点和黑色圆点表示冷却销94在xy面中的位置，圆圈的大小并非必须与冷却销94的大小一致。
在本例中，一个以上的第一冷却销94-1和一个以上的第二冷却销94-2沿与顶板20平行的xy面的第一方向交替地各配置两次以上。在图4的示例中，沿用直线102表示的第一方向，重复两次以上交替地配置一个第二冷却销94-2和两个第一冷却销94-1。本例的第一方向是与y轴平行的方向(即，与长边28平行的方向)。
另外，沿第一方向配置第二冷却销94-2的周期既可以在整个翅片区域95中恒定，也可以不同。如上所述，将第一冷却销94-1和第二冷却销94-2重复多次配置于翅片区域95内，因此能在翅片区域95内重复配置供异物通过的空间部。因此，容易抑制异物滞留在翅片区域95内的情况。
此外，可以一个以上的第一冷却销94-1和一个以上的第二冷却销94-2沿与第一方向不同的第二方向交替地配置两次以上。由此，能二维地重复配置第一冷却销94-1和第二冷却销94-2。因此，容易抑制异物滞留在翅片区域95内的情况。在图4的示例中，沿用直线104表示的第二方向，重复两次以上交替地配置一个第二冷却销94-2和两个第一冷却销94-1。本例的第二方向相对于第一方向具有60度的倾斜，但第二方向并不局限于此。此外，在图4的示例中，冷却销94分别在俯视观察时配置于三角形格子的格子点上，但也可以配置于矩形格子的格子点上。在此，三角形格子可以包括正三角形格子和等边三角形格子，矩形格子可以包括正方形格子。
设于翅片区域95的第一冷却销94-1的根数可以比第二冷却销94-2的根数多。此时，能使异物容易地通过。此外，设于翅片区域95的第一冷却销94-1的根数也可以比第二冷却销94-2的根数少。此时，能扩大冷却销94的表面积的总和。设于翅片区域95的第一冷却销94-1的根数也可以与第二冷却销94-2的根数相同。
如图4所示，可以在第一方向和第二方向的至少一方上，于第二冷却销94-2之间配置多个第一冷却销94-1。通过连续配置多个第一冷却销94-1，从而能增大供异物通过的空间部的宽度，从而能使异物容易地通过。
在图4的示例中，第二冷却销94-2沿x轴方向并排配置。在x轴方向上，在两个第二冷却销94-2之间既可以配置第一冷却销94-1，也可以不配置。在第二冷却销94-2的x轴方向的各列96之间配置有第一冷却销94-1的一个以上的列97。在列97中的两个第一冷却销94-1之间未配置第二冷却销94-2。
如上所述，通过在x轴方向上连续配置相对较短的第一冷却销94-1，从而能以沿规定的直线方向横穿翅片区域95的方式连续设置空间部98。在图4的示例中，设有空间部98的直线方向是x轴方向。空间部98将翅片区域95横穿是指空间部98从翅片区域95的一个端部连续设置至另一个端部。
空间部98是与底板64的上表面65相接的空间。在空间部98中包括第一冷却销94-1与底板64的上表面65之间的空间。通过空间部98将翅片区域95横穿，从而使进入到翅片区域95中的异物的排除更为容易。在本例中，空间部98沿x轴方向将翅片区域95横穿，但在其它的示例中，空间部98也可以在与x轴方向不同的直线方向上将翅片区域95横穿。但是，空间部98优选以使一方的制冷剂流路99与另一方的制冷剂流路99连接的方式将翅片区域95横穿。
在本例中，将第一方向(直线102)中的冷却销94的间隔设为第一间隔P1。此外，将第二方向(直线104)中的冷却销94的间隔设为第二间隔P2。两个冷却销94的间隔是指两个冷却销94的端部彼此之间的最短距离。第二间隔P2既可以与第一间隔P1相同，也可以不同。此外，将第二冷却销94-2的两个列96之间的第三间隔设为y1。在本例中，第三间隔y1相当于空间部98的y轴方向的宽度。
将配置于底板64和顶板20的长边方向(在本例中，y轴方向)上的最靠端的冷却销94与侧壁板63之间的距离设为y2。距离y2可以是第一间隔P1的两倍以上。由此，异物容易通过侧壁板63与翅片区域95之间。距离y2既可以是第一间隔P1的三倍以上，也可以是四倍以上。
图5是对空间部98进行说明的图。在图5中，用实线表示沿y轴配置的多个冷却销94，用虚线表示配置于比这些冷却销94在x轴方向上更靠里侧的冷却销94。
如图4所示那样，第二冷却销94-2配置成沿x轴方向的列96。在列96之间配置有第一冷却销94-1。因此，在第二冷却销94-2的列96之间设有沿x轴方向延伸的空间部98。在图5中，对空间部98标记斜线的阴影线。
将空间部98的厚度方向(z轴方向)的长度设为z1。长度z1相当于底板64的上表面65与第一冷却销94-1的下端之间的距离。长度z1优选为1mm以上。由此，能使异物容易地通过。长度z1既可以是2mm以上，也可以是3mm以上。另外，第一冷却销94-1的长度z2既可以是顶板20的下表面24与底板64的上表面65之间的距离z3(即，制冷剂流通部92的厚度)的一半以上，也可以是四分之三以上。通过确保第一冷却销94-1的长度，能使异物的通过变得容易，同时能高效地散热。
如图5所示，冷却销94呈xy面的截面积大致恒定的柱状。此外，也可以至少一部分的冷却销94呈越靠近底板64则截面积越小的锥状。由此，容易使进入到翅片区域95的异物朝空间部98的方向移动。第一冷却销94-1也可以呈锥形。
此外，空间部98的y轴方向的宽度y1优选为1mm以上。由此，能使异物容易地通过。宽度y1既可以是2mm以上，也可以是3mm以上。
图6是表示在壳体部40中将顶板20分离表示的立体图。顶板20在xy面中具有两组相对的边16、18。本例的顶板20是具有短边16和长边18的大致矩形。在本例中，短边16是与x轴平行的边，长边18是与y轴平行的边。
在顶板20设有用于将半导体模块100固定于外部装置的通孔的一部分即通孔82。本例的通孔82设置在顶板20的四个角处，但通孔82的位置和个数并不局限于此。此外，顶板20的形状并不局限于图6所示的矩形。顶板20可以在xy面中具有从各边突出的部分。通孔82也可以设于上述突出部分。
在本例中，周缘部62和顶板20在xy面上具有大致相同的外形。在图6中，用虚线表示利用钎焊等固定顶板20和周缘部62时重叠的位置。另外，在图6中，省略了配置于制冷剂流通部92的冷却销94。此外，各构件之间的钎焊材料也省略。
如图6所示，周缘部62以包围制冷剂流通部92的方式配置，并与顶板20、侧壁板63和底板64一起将制冷剂流通部92封闭。通过顶板20的下表面24、底板64的上表面65和侧壁板63划定出制冷剂流通部92。
此外，顶板20和底板64可以具有相同的厚度。周缘部62、侧壁板63和底板64既可以通过对一块板状的金属进行锻造加工而形成，也可以通过其它的方法形成。锻造加工是利用规定形状的模具等对金属板进行按压或进行压缩以加工成规定形状的方法。
图7是表示壳体部40的另一例的立体图。本例的壳体部40中的顶板20以及侧壁板63形成为一体。底板64通过钎焊等固定于侧壁板63的下端。在本例中，既可以通过锻造加工形成顶板20及侧壁板63，也可以通过其它方法形成顶板20及侧壁板63。
图8是表示壳体部40的另一例的立体图。在图8中示出了顶板20分离后的状态下的壳体部40。
图9是表示将顶板20固定后的状态下的壳体部40的立体图。本例的壳体部40与顶板20的结构不同。其它结构与图1至图7中说明的任一方式的壳体部40相同。
本例的顶板20在上表面22具有一个以上凹部30。顶板20在凹部30处的厚度方向(z轴方向)上的厚度比顶板20在凹部30之外的区域中的厚度小。但是，凹部30并未贯穿顶板20。
在顶板20设有将凹部30包围的外周部32。外周部32可以沿顶板20的边16、18设置成环状。顶板20在外周部32处的z轴方向的厚度比顶板20在凹部30处的z轴方向的厚度大。
在凹部30配置有图1所示的电路基板76和半导体芯片78等。此外，凹部30配置于与第一冷却销94-1或第二冷却销94-2重叠的区域(即，与翅片区域95重叠的区域)的至少一部分。凹部30与翅片区域95重叠是指在将凹部30和翅片区域95投影到同一xy面上时，凹部30的至少一部分区域与翅片区域95重叠。优选凹部30的整个区域配置成与翅片区域95重叠。优选在与凹部30重叠的区域中同时配置有第一冷却销94-1和第二冷却销94-2。
通过设置凹部30，能减小顶板20在电路基板76与冷却销94之间的厚度，并能高效地将半导体装置70所产生的热传递至冷却销94。此外，通过增大顶板20在包围凹部30的外周部32处的厚度，能维持顶板20的机械强度。由此，能抑制顶板20的变形。
在顶板20具有多个凹部30的情况下，在两个凹部30之间设有相间区域34。相见区域34是分别配置于凹部30的电路基板76之间的区域。在本例的顶板20的上表面22沿y轴方向排列多个凹部30。凹部30可以配置成与顶板20的上表面22在x轴方向上的中央重叠。凹部30在x轴方向上的中央位置也可以与上表面22的中央位置一致。顶板20在相间区域34处的厚度比顶板20在凹部30处的厚度大。顶板20在相间区域34处的厚度也可以与顶板20在外周部32处的厚度相同。作为一例，顶板20可以是连续的一块板构件。此时，可以通过锻造加工形成凹部30。
图10是表示配置于凹部30内的电路基板76和半导体芯片78的一例的立体图。在各凹部30分别配置有一个以上的电路基板76。在本例中，在一个凹部30配置有一个电路基板76。凹部30在xy面上的形状可以与电路基板76在xy面上的形状相同。另外，在图10中省略与电路基板76及半导体芯片78连接的引线框等。
在各电路基板76分别设有一个以上的半导体芯片78。在本例中，在顶板20的上表面22配置有用于三相逆变器的电路基板76和半导体芯片78。作为一例，在一个凹部30配置有一相的电路基板76和半导体芯片78。
图11是表示凹部30和翅片区域95的配置例的图。在图11中，以将凹部30和翅片区域95投影到同一xy面上的方式进行表示。用实线表示凹部30，用虚线的圆圈标记表示冷却销94。
如上所述，凹部30以与翅片区域95重叠的方式设置。可以至少在与凹部30重叠的区域中同时配置有第一冷却销94-1和第二冷却销94-2。由此，能抑制在电路基板76的下方异物残留在冷却销94之间的情况。此外，也可以在至少与半导体芯片78重叠的区域中同时配置有第一冷却销94-1和第二冷却销94-2。
可以在与相间区域34重叠的位置处配置有第三冷却销94-3，该第三冷却销94-3在z轴方向上的长度比第一冷却销94-1在z轴方向上的长度小。在图11中，用黑色圆点表示第三冷却销94-3。在与相间区域34重叠的位置既可以仅配置有第三冷却销94-3，也可以除了配置有第三冷却销94-3之外，还配置有第一冷却销94-1和第二冷却销94-2中的至少一方。在本例中，第三冷却销94-3并未配置于与凹部30重叠的区域中。第三冷却销94-3在z轴方向上的长度可以是制冷剂流通部92的厚度的一半以下。通过设置第三冷却销94-3，能使异物的通过更为容易。此外，在与凹部30重叠的区域未配置第三冷却销94-3，因此，能抑制因缩短冷却销94导致的散热性能的降低。在图1至图6例示的壳体部40中，第三冷却销94-3也可以设于两个电路基板76之间的区域。
此外，可以在y轴方向上的凹部30与侧壁板63之间的区域也配置有第三冷却销94-3。由此，在与侧壁板63相接的区域中能使异物的通过变得容易。此外，虽在图11中并未示出，但也可以在x轴方向上的凹部30与侧壁板63之间的区域配置有第三冷却销94-3。作为一例，与凹部30不重叠的冷却销94也可以全部为第三冷却销94-3。第三冷却销94-3之外的冷却销94的配置与图4中说明的配置相同。
图12表示具有凹部30的顶板20的结构例的立体图。本例的顶板20也可以应用于图1至图11中说明的任一方式。本例的顶板20具有下侧板状部23和上侧框状部25。下侧板状部23呈包括上表面27和下表面29的板状。在下表面29固定有包括第一冷却销94-1和第二冷却销94-2的多个冷却销94。在下侧板状部23设有作为通孔82的一部分的通孔81。
上侧框状部25通过钎焊等固定于下侧板状部23的上表面27。上侧框状部25是在与凹部30对应的区域设有贯穿开口31的框状构件。贯穿开口31的形状与凹部30的形状相同。上侧框状部25具有外周部33，上述外周部33配置于贯穿开口31的周围。外周部33设于与图8中说明的外周部32对应的区域。
此外，在上侧框状部25设有多个贯穿开口31的情况下，上侧框状部25在两个贯穿开口31之间具有相间部35。相间部35设于与图8中说明的相间区域34对应的区域。在上侧框状部25设有作为通孔82的一部分的通孔83。通过设置下侧板状部23和上侧框状部25的结构，能以简单的工序形成具有凹部30的顶板20。
图13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是使用电力产生至少一部分推进力的车辆。作为一例，车辆200是通过电动机等电力驱动机构产生所有的推进力的电动汽车，或是同时使用电动机等电力驱动设备和利用汽油等燃料进行驱动的内燃机的混合动力车。
车辆200包括对电动机等电力驱动设备进行控制的控制装置210(外部装置)。在控制装置210设有半导体模块100。半导体模块100可以对供给至电力驱动设备的电力进行控制。
图14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可以是驱动车辆的电动机的车载用单元的一部分。半导体模块100也可以作为具有输出端子U、V、W的三相交流逆变器电路发挥作用。
可以是半导体芯片78-1、78-2和78-3构成半导体模块100的下桥臂，多个半导体芯片78-4、78-5、78-6构成半导体模块100的上桥臂。一组半导体芯片78-1、78-4可以构成电桥支路。一组半导体芯片78-2、78-5、一组半导体芯片78-3、78-6也同样可以构成电桥支路。半导体芯片78以电桥支路为单位配置于上述的凹部30。
在半导体芯片78-1中，可以是发射极电极电连接于输入端子N1，集电极电连接于输出端子U。在半导体芯片78-4中，可以是发射极电极电连接于输出端子U，集电极电连接于输入端子P1。同样，在半导体芯片78-2、78-3中，可以是发射极电极分别电连接于输入端子N2、N3，集电极分别电连接于输出端子V、W。此外，在半导体芯片78-5、78-6中，可以是发射极电极分别电连接于输出端子V、W，集电极分别电连接于输入端子P2、P3。
各半导体芯片78-1至78-6可以通过输入至半导体芯片78的控制电极盘的信号而被交替开关。在本例中，各半导体芯片78可以在开关时发热。可以是输入端子P1、P2以及P3与外部电源的正极连接，输入端子N1、N2和N3与负极连接，输出端子U、V和W与负载连接。输入端子P1、P2和P3可以彼此电连接，或者其它输入端子N1、N2和N3也可以彼此电连接。
在半导体模块100中，多个半导体芯片78-1至78-6可以分别为RC-IGBT(反向导通IGBT)半导体芯片。在RC－IGBT半导体芯片中，可以是IGBT和回流二极管(FWD：FreeWheeling Diode自振荡二极管)形成为一体，且IGBT和FWD以反向并联的方式连接。多个半导体芯片78-1至78-6可以分别包括MOSFET(金属-氧化物半导体场效应晶体管)、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，虽然使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不局限于上述实施方式记载的范围。对于本领域技术人员来说，能在上述实施方式中加入各种变更或改进，这点是显而易见的。加入了这样的变更或改进的方式也包含在本发明的技术范围内，这点能从权利要求书的记载中得到明确。

Claims (16)

1.一种冷却装置，所述冷却装置用于包括半导体芯片的半导体模块，其特征在于，
包括：
壳体部，所述壳体部包括顶板、底板和侧壁板，所述侧壁板配置于所述顶板与所述底板之间，并且所述壳体部具有制冷剂流通部，所述制冷剂流通部被所述顶板、所述底板和所述侧壁板包围；
多个第一冷却销，所述多个第一冷却销在所述壳体部的所述制冷剂流通部中固定于所述顶板；以及
多个第二冷却销，所述多个第二冷却销在所述壳体部的所述制冷剂流通部中固定于所述顶板，与第一冷却销相比，从所述顶板向所述底板的厚度方向上的长度更长，
一个以上的第一冷却销和一个以上的第二冷却销沿与所述顶板平行的面中的第一方向交替地各配置两次以上。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其特征在于，
在第一冷却销的所述底板侧的端部与所述底板之间设有空间部，所述空间部在所述厚度方向上的长度为1mm以上。
3.如权利要求2所述的冷却装置，其特征在于，
所述第一冷却销和所述第二冷却销配置于预先确定的冷却翅片区域内，
所述空间部以在预先确定的直线方向上将所述冷却翅片区域横穿的方式连续设置。
4.如权利要求3所述的冷却装置，其特征在于，
所述空间部在与所述直线方向及所述厚度方向均垂直的方向上的宽度是1mm以上。
5.如权利要求1至4中任一项所述的冷却装置，其特征在于，
一个以上的所述第一冷却销和一个以上的所述第二冷却销沿与所述第一方向不同的第二方向交替地各配置两次以上。
6.如权利要求5所述的冷却装置，其特征在于，
在所述第一方向和所述第二方向中的至少一方上，于所述第二冷却销之间配置有多个所述第一冷却销。
7.如权利要求1至6中任一项所述的冷却装置，其特征在于，
所述第一冷却销和所述第二冷却销在所述顶板的长边方向上以预先确定的第一间隔配置，
配置于所述长边方向上最靠端部的冷却销与所述侧壁板之间的距离为所述第一间隔的两倍以上。
8.如权利要求1至7中任一项所述的冷却装置，其特征在于，
所述顶板具有：下表面，在所述下表面固定有所述多个第一冷却销和所述多个第二冷却销；以及上表面，所述上表面处于所述下表面的相反侧，在所述上表面，在与所述多个第一冷却销或所述多个第二冷却销重叠的区域的至少一部分设有凹部。
9.如权利要求8所述的冷却装置，其特征在于，
所述顶板具有外周部，所述外周部将所述凹部包围，所述外周部在所述厚度方向上的厚度比所述凹部在所述厚度方向上的厚度大。
10.如权利要求9所述的冷却装置，其特征在于，
所述顶板是连续的一块板构件。
11.如权利要求9所述的冷却装置，其特征在于，
所述顶板包括：
下侧板状部，所述下侧板状部呈包括上表面和下表面的板状，在所述下表面固定有所述多个第一冷却销和所述多个第二冷却销；以及
上侧框状部，所述上侧框状部固定于所述下侧板状部的所述上表面，并在与所述凹部对应的区域设有贯穿开口。
12.如权利要求10所述的冷却装置，其特征在于，
所述顶板具有多个所述凹部和夹在两个所述凹部之间的相间区域，
在与所述相间区域重叠的位置处配置有第三冷却销，所述第三冷却销在所述厚度方向上的长度比所述第一冷却销在所述厚度方向上的长度小。
13.如权利要求11所述的冷却装置，其特征在于，
所述顶板具有多个所述凹部和夹在两个所述凹部之间的相间部，
在与所述相间部重叠的位置处配置有第三冷却销，所述第三冷却销在所述厚度方向上的长度比所述第一冷却销在所述厚度方向上的长度小。
14.一种半导体模块，其特征在于，包括：
权利要求1至13中任一项所述的冷却装置；以及
半导体装置，所述半导体装置配置于所述顶板的上方。
15.一种车辆，其特征在于，
包括权利要求14所述的半导体模块。
16.一种制造方法，其特征在于，所述制造方法是权利要求10所述的冷却装置的制造方法，
通过锻造加工形成所述凹部。
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