CN114365282A - 半导体模块 - Google Patents

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立石义博
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Abstract

提供一种能够减小冷却装置中的制冷剂的流速分布的半导体模块。该半导体模块具备冷却装置，其中，冷却装置具备：顶板；侧壁，其与顶板连接；底板，其面对顶板且与侧壁连接；多个多边形的针翅(94)，该多个多边形的针翅(94)的一端连接于顶板的面对底板的面的与侧壁分离的长方形的翅区(95)，且在俯视时呈矩阵状地分离配置；制冷剂的入口(41)，制冷剂在入口处的流路的中央配置于在俯视时与翅区(95)的一个长边的一部分接近的位置(Pi)；以及制冷剂的出口(42)，制冷剂在出口处的流路的中央配置于在俯视时与翅区(95)的另一个长边的一部分接近的位置(Po)，其中，多个针翅(94)的矩阵方向相对于将位置(Pi)与位置(Po)连结的直线(IO)形成角度，直线(IO)的横穿翅区(95)的线段的长度(L1)比翅区(95)的短边的长度(L2)长。

Description

半导体模块
技术领域
本发明涉及一种半导体模块。
背景技术
以往，已知一种具备包括冷却针翅的冷却装置的半导体模块(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/157247号
发明内容
发明要解决的问题
在上述的半导体模块中，冷却装置中的制冷剂的流速分布没有足够小。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，在本发明的方式中，提供一种半导体模块，其具备冷却装置，其中，冷却装置具备：顶板；侧壁，其与顶板连接；底板，其面对顶板且与侧壁连接；多个多边形的针翅，该多个多边形的针翅的一端连接于顶板的面对底板的面的与侧壁分离的长方形的翅区，且在俯视时呈矩阵状地分离配置；制冷剂的入口，制冷剂在入口处的流路的中央配置于在俯视时与翅区的一个长边的一部分接近的位置；以及制冷剂的出口，制冷剂在出口处的流路的中央配置于在俯视时与翅区的另一个长边的一部分接近的位置，其中，多个针翅的矩阵方向相对于将入口的位置与出口的位置连结的直线形成角度，直线的横穿翅区的线段的长度比翅区的短边的长度长。
附图说明
图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的半导体模块100的一例的示意性的立体图。
图2是示出本发明的一个实施方式所涉及的半导体模块100的冷却装置10的一例的示意性的立体图。
图3是示出本发明的一个实施方式所涉及的半导体模块100的一例的示意性的截面图。
图4是示出本发明的一个实施方式所涉及的半导体模块100中的冷却装置10的翅区95及组件70U、70V、70W的配置、针翅94的形状、以及制冷剂的流动方向的一例的图。
图5是示出冷却装置10中的翅区95、入口41、出口42以及针翅94的配置的例子的图。
图6是示出冷却装置10中的翅区95、入口41、出口42以及针翅94的配置的例子的图。
图7是示出冷却装置10中的翅区95、入口41、出口42以及针翅94的配置的参考例的图。
图8是示出直线IO与主流方向MS形成的角θ1(度)同制冷剂的流速的关系的曲线图。
图9是示出冷却装置10中的翅区95、入口41、出口42以及针翅94的配置的变形例的图。
图10是针翅94的放大图。
图11是其它例的针翅94的放大图。
图12是图3中的区域A的局部放大图。
图13是示出本发明的一个实施方式所涉及的车辆200的概要的图。
图14是本发明的一个实施方式所涉及的半导体模块100的主电路图。
具体实施方式
下面通过发明的实施方式来说明本发明，但是以下的实施方式不对权利要求书所涉及的发明进行限定。另外，并非实施方式中说明的所有特征组合都是发明的解决方案所必需的。
图1是示出本发明的一个实施方式所涉及的半导体模块100的一例的示意性的立体图，图2是示出半导体模块100的冷却装置10的一例的示意性的立体图。另外，图3是示出本发明的一个实施方式所涉及的半导体模块100的一例的示意性的截面图，图4是示出本发明的一个实施方式所涉及的半导体模块100中的冷却装置10的翅区95及半导体装置70的配置、针翅94的形状、以及制冷剂的流动方向的一例的图。在图3中，示出了用xz平面虚拟地切断图1所示的半导体模块100中的U相组件70U的半导体芯片78以及图2所示的冷却装置10的出口42这两方的状态。在图4中，用虚线示出了图1所示的U相组件70U、V相组件70V以及W相组件70W。此外，图3中用虚线表示的区域[A]是在后述的图12中放大示出的区域。
如图1～图4所示，半导体模块100具备冷却装置10。在本例的冷却装置10载置有半导体装置70。在本实施方式的说明中，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面垂直的轴设为z轴。xyz轴形成右手系。在本实施方式的说明中，将z轴方向上的从冷却装置10去向半导体装置70的方向称为上，将相反的方向称为下，但是上和下的方向不限定于重力方向。另外，在本实施方式的说明中，将各构件的面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。在本实施方式的说明中，俯视是指从z轴正方向观察半导体模块100的情况。
半导体装置70具有半导体芯片78以及用于安装半导体芯片78的电路基板76。本例的半导体装置70可以包括3个电路基板76，在各电路基板76可以搭载2个半导体芯片78。本例的半导体装置70可以是功率半导体装置，具有包括电路基板76、半导体芯片78-1及半导体芯片78-4的U相组件70U、包括电路基板76、半导体芯片78-2及半导体芯片78-5的V相组件70V、以及包括电路基板76、半导体芯片78-3及半导体芯片78-6的W相组件70W。本例的半导体模块100也可以作为构成三相交流逆变器的装置来发挥功能。此外，U相组件70U、V相组件70V以及W相组件70W的各半导体芯片78在半导体模块100进行动作的情况下成为产生热的发热源。
半导体芯片78是纵型的半导体元件，具有上表面电极和下表面电极。作为一例，半导体芯片78具有形成于硅等半导体基板的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、MOS场效应晶体管(MOSFET)以及续流二极管(FWD)等元件。半导体芯片78也可以是将IGBT和FWD形成于一个半导体基板的反向导通IGBT(RC-IGBT)。在RC-IGBT中，IGBT与FWD可以反向并联连接。
半导体芯片78的下表面电极与电路基板76的上表面连接。半导体芯片78的上表面电极可以是发射极、源极或阳极电极，下表面电极可以是集电极、漏极或阴极电极。半导体芯片78中的半导体基板也可以是碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)。
包括IGBT、MOSFET等开关元件的半导体芯片78具有控制电极。半导体模块100也可以具有与半导体芯片78的控制电极连接的控制端子。开关元件能够经由控制端子而被外部的控制电路控制。
作为一例，电路基板76是依次包括具有上表面和下表面的绝缘板、设于绝缘板的上表面的电路层以及设于下表面的金属层的层叠基板。电路基板76具有上表面和下表面，电路基板76的下表面配置于冷却装置10的上表面。作为一例，电路基板76经由金属层而通过焊锡等固定于冷却装置10的上表面。另外，作为一例，在电路基板76的上表面侧经由电路层固定有2个半导体芯片78。
电路基板76例如可以是DCB(Direct Copper Bonding：直接铜键合)基板、AMB(Active Metal Brazing：活性金属钎焊)基板。绝缘板可以使用氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、氮化硅(Si3N4)等陶瓷材料来形成。电路层和金属层可以是包括铜或铜合金等导电材料的板材。电路层通过焊锡、钎焊等固定于绝缘板的上表面侧。半导体芯片78通过焊锡等而电连接、机械连接于电路层的上表面，即，以电气电路的方式直接连接于电路层的上表面。此外，半导体芯片78和电路层也可以通过引线等来与主端子等其它导电构件电连接。
冷却装置10具有基体板40和底板64。基体板40包括用于安装半导体装置70的顶板20、与顶板20连接的侧壁36以及与顶板20连接的多个针翅94。多个针翅94的一端连接于顶板20的面对底板64的面的与侧壁36分离的长方形的翅区95。多个针翅94在俯视时呈矩阵状地分离配置。
顶板20是具有在xy平面扩展的主面的板状的构件。本例的顶板20在俯视时呈具有长边和短边的大致长方形。另外，本例的顶板20的短边与x轴平行，长边与y轴平行。顶板20包括用于与安装半导体模块100的外部装置紧固的紧固部21。紧固部21在俯视时位于比与顶板20连接的侧壁36更靠外侧的位置，具有用于插入外部装置的螺栓等的贯通孔80。本例的紧固部21具有在大致长方形的顶板20的四角各1个的、共计4个贯通孔80。
侧壁36具有大致固定的厚度，构成冷却装置10的侧面。本例的侧壁36具有在xy平面上具有长边和短边的大致长方形的轮廓。侧壁36构成冷却装置10的侧面，因此，在俯视时，侧壁36的轮廓的短边与x轴平行，长边与y轴平行。另外，本例的侧壁36在俯视时位于比顶板20的紧固部21更靠内侧的位置，该侧壁36从顶板20向z轴负方向延伸。
在翅区95设有多个针翅94。通过针翅94的排列来划定制冷剂的流路。针翅94在xy平面上的截面形状实质上分别为菱形。在以下的说明中，有时将一个或多个针翅94仅称为针翅94。针翅94从顶板20向z轴负方向延伸。针翅94在俯视时位于比侧壁36更靠内侧的位置且被侧壁36围住。多个针翅94可以等间隔地设置在翅区中。针翅的间隔例如可以是0.6mm以上且2.0mm以下。
在图2的冷却装置10中，为了简化，不图示针翅94，而是用点来表示设有针翅94的区域即翅区95。翅区95在俯视时可以是长方形，可以是短边与x轴平行，长边与y轴平行。
在本例的基体板40中，顶板20、侧壁36以及针翅94是一体地形成的。例如，也可以是，顶板20、侧壁36以及针翅94也可以由连续的一个板构件一体地形成。例如，也可以是，通过对连续的一个板构件进行使用了与顶板20、侧壁36以及针翅94的形状对应的模具的冲孔加工，来一体地形成顶板20、侧壁36以及针翅94。作为其它例子，也可以是，通过进行使用了使用冲击压力机等的常温环境下的冷锻、高温环境下的温锻、热锻、熔锻等任意的锻造方法的模制、或者通过进行基于锻造的模制，来一体地形成顶板20、侧壁36以及针翅94。本实施方式的半导体模块100通过一体地形成顶板20、侧壁36以及针翅94，与使分别形成的部件相互固着的方式相比能够减少部件个数。
底板64是板状的构件。本例的底板64在俯视时呈具有长边和短边的大致长方形。另外，本例的底板64的短边与x轴平行，长边与y轴方向平行。底板64构成制冷剂流通部92的底面。底板64与侧壁36连接且面对顶板20。
利用顶板20、侧壁36以及底板64来划定用于使制冷剂流通的制冷剂流通部92。换言之，侧壁36被配置为在xy面上围住制冷剂流通部92，顶板20及底板64被配置为在z轴方向上以将制冷剂流通部92夹在中间的方式彼此面对。因此，xy平面上的制冷剂流通部92的轮廓由侧壁36的内周划定，制冷剂流通部92具有在xy平面上具有长边和短边的大致长方形。
另外，在本例的底板64形成有用于向制冷剂流通部92导入制冷剂的贯通孔即入口41、用于从制冷剂流通部92导出制冷剂的贯通孔即出口42。此外，入口41和出口42也可以不设于底板64。例如，入口41和出口42也可以设于基体板40的侧壁36。另外，作为一例，本例的底板64也可以在面对顶板20的一侧具有用于决定固着侧壁36的位置的台阶部65。在俯视时，本例的台阶部65的轮廓可以比底板64的轮廓小，并且可以与底板64同样呈具有长边和短边的大致长方形。另外，本例的台阶部65可以是短边与x轴平行，长边与y轴方向平行。此外，底板64也可以具有能够决定固着侧壁36的位置的其它的任意的台阶来代替图2至4等中图示的台阶部65。另外，底板64也可以不具有台阶部65。
入口41和出口42能够分别与连通于外部的制冷剂供给源的管连接，换言之，冷却装置10能够通过2个管来与外部的制冷剂供给源连接。因而，冷却装置10能够经由入口41来从一个管运进制冷剂，制冷剂能够在制冷剂流通部92内部循环之后经由出口42向另一个管运出。底板64与制冷剂供给源也可以经由配置于入口41和出口42的周围的密封材料来连接。
入口41与出口42在x轴方向上分别位于冷却装置10的一侧以及与该侧相反的另一侧，并且，在y轴方向上分别位于冷却装置10的一侧以及与该侧相反的另一侧。即，入口41与出口42位于在xy平面上具有大致长方形的制冷剂流通部92的对角线方向上的、制冷剂流通部92的相向的两端。在俯视时，入口41和出口42可以分别设于第一集箱(日语：第1のヘッダー)30-1和第二集箱(日语：第2のヘッダー)30-2。入口41和出口42可以分别设于翅区95的外侧的位置Pi和位置Po。出口42可以设于相对于入口41而言的翅区95的相反的一侧且在翅区的长边方向上与入口41分离的位置。将位置Pi与位置Po连结的直线IO的横穿翅区95的线段的长度L1比翅区95的短边93的长度L2长。直线IO可以相对于翅区95的短边方向形成30°以上且60°以下的角度，优选的是实质上形成45°的角度。入口41和出口42可以在俯视时具有圆形、圆弧长方形或椭圆形的开口。位置Pi和位置Po分别由入口41和出口42的开口的中心定义。入口41处的流路的中央配置于在俯视时与翅区95的一个长边96的一部分接近的位置Pi。出口42处的流路的中央配置于在俯视时与翅区95的另一个长边96的一部分接近的位置Po。
本实施方式的半导体模块100将由在冷却装置10的上表面沿y轴方向排列的各半导体芯片78产生的热利用经由冷却装置10的入口41流入到制冷剂流通部92后在制冷剂流通部92内遍及整体地扩散后经由出口42流出的制冷剂来高效地冷却。半导体芯片78例如在俯视时为矩形(长方形)，以半导体芯片78的长度方向与翅区95的短边方向一致的方式被配置成在俯视时与翅区95内的一部分重叠。
如图3所示，顶板20具有与xy面平行的上表面(正面)22及下表面(背面)24。作为一例，顶板20由金属形成，作为更具体的一例，顶板20由包含铝的金属形成。顶板20也可以在表面形成有镍等的镀层。半导体装置70载置于顶板20的上表面22。在该情况下，也可以通过焊锡等将半导体装置70的电路基板76直接固定于顶板20的上表面22。在各半导体芯片78中产生的热被传递到顶板20。顶板20、电路基板76以及半导体芯片78按此顺序朝向z轴正方向地配置。顶板20与电路基板76之间、以及电路基板76与半导体芯片78之间可以热连接。在各个构件之间是通过焊锡来固定的情况下，借助该焊锡来热连接。
半导体装置70也可以追加具有收容部72。收容部72例如是由热固化型树脂、紫外线固化型树脂等绝缘材料形成的框体，可以被设置为在顶板20的上表面22围住配置有电路基板76等的区域。收容部72也可以粘接于顶板20的上表面22。收容部72对能够收容半导体芯片78、电路基板76以及其它电路要素的内部空间进行划定。收容部72也可以在内部空间中收容半导体装置70的包括电路基板76和半导体芯片78的各构成要素。在收容部72的内部空间可以填充用于密封半导体芯片78、电路基板76以及其它电路要素的密封部74。密封部74例如是包括硅胶或环氧树脂等树脂的绝缘构件。此外，在图1中，以简化说明为目的，省略了收容部72和密封部74的图示。
制冷剂流通部92配置于顶板20的下表面24侧。如图4所示，制冷剂流通部92在与顶板20的主面平行的截面上是具有长边96和短边93的大致长方形。
在制冷剂流通部92中流通LLC(Long Life Coolant；防冻液)、水等制冷剂。在制冷剂流通部92中，制冷剂从连通于短边93的方向上的一侧的入口41被导入后从连通于短边93的方向上的另一侧的出口42被导出。制冷剂与配置电路基板76的顶板20的下表面24及针翅94接触，冷却半导体装置70。
制冷剂流通部92可以是与顶板20、侧壁36以及底板64分别接触的密闭空间。底板64被配置为直接或间接地贴合于侧壁36的z轴负方向的下端，利用顶板20、侧壁36以及底板64来使制冷剂流通部92密闭。此外，间接贴合是指借助设置于侧壁36的下端与底板64之间的密封材料、粘接剂、钎焊材料或者作为其它构件的固着剂98来使侧壁36的下端与底板64贴合的状态。贴合是指制冷剂流通部92的内部的制冷剂不从该贴合部分漏出的状态。侧壁36的下端与底板64优选被钎焊。此外，基体板40和底板64由相同组成的金属形成，钎焊材料可以由熔点比基体板40等的熔点低的金属、例如包含铝的金属形成。
针翅94在制冷剂流通部92中配置于翅区95，在顶板20与底板64之间延伸。本例的针翅94分别以针翅的轴与顶板20及底板64各自的主面实质上正交的方式在z轴方向上延伸。如图4所示，本例的针翅94在xy面上被配置为格子状，以与顶板20及底板64各自的主面大致正交的方式在z轴方向上延伸。
针翅94在xy平面的截面上为菱形、正方形、长方形等四边形或六边形等多边形。例如，本例的针翅94在xy平面的截面上可以实质上为菱形。针翅94可以分别具有90°的角。菱形的一对对角线的长度可以彼此相同也可以互不相同。
多个针翅94以等间隔且各自的一个边与主流方向MS平行的方式设置。主流方向MS是相对于直线IO形成大于-45°且小于45°的角的方向。多个针翅94的矩阵方向被配置为相对于直线IO形成角度。与多个针翅94的矩阵方向平行的多个针翅94各自的一个边相对于直线IO形成-40°以上且-20°以下或10°以上且40°以下的角度。
图5～图7是示出冷却装置10中的翅区95、入口41、出口42以及针翅94的配置的例子的图。在图5的例子中，多个针翅94以主流方向MS与直线IO形成约35°的角θ1的方式配置。在图6的例子中，多个针翅94以主流方向MS与直线IO形成约-35°的角θ1的方式配置。在图7的例子中，多个针翅94以主流方向MS与直线IO形成0°的角的方式配置。
图8是示出角θ1(度)与制冷剂的流速的关系的曲线图，该角θ1(度)是将入口41与出口42的中心连结的直线IO同制冷剂的主流方向MS形成的角。制冷剂的流速是如图4所示那样沿y轴方向配置的6个半导体芯片78的正下方处的流速的最低值。制冷剂的流速是通过热流体仿真而求出的。根据曲线可以明确的是，在主流方向MS为-40°以上且-20°以下或10°以上且40°以下时，与主流方向MS为0°的情况相比，制冷剂的最低流速提高，在主流方向MS为-40°以上且-30°以下或30°以上且40°以下时，制冷剂的最低流速进一步提高。
另外，根据对6个半导体芯片78的正下方处的热阻值进行评价的其它仿真可以明确的是，在主流方向MS为35°的半导体模块10中，相对于主流方向MS为0°的情况，热性能得到改善，并且，压力损耗也降低。
图9是示出冷却装置10中的翅区95、入口41、出口42以及针翅94的配置的变形例的图。多个菱形针翅94可以分别在xy面上具有长度不同的对角线以及大于60°且小于90°的角。
图10、图11是针翅94的放大图。图10示出了在xy面上角α为90°的菱形针翅94。多个针翅94以互相间隔g这样的等间隔且以各自的边与主流方向MS平行的方式设置。针翅94在xy面上配置在正方网格上。此时，针翅94的对角线与排列方向AD平行。图11示出了在xy面上角β大于60°且小于90°的菱形针翅94。多个针翅94以互相间隔g这样的等间隔且以各自的边与主流方向MS平行的方式设置。针翅94在xy面上配置在倾斜网格上。此时，针翅94的对角线与排列方向AD平行。
针翅94的间隔g例如为0.6mm以上且2.0mm以下，优选为0.9mm以上且1.5mm以下。可以通过切削来制造针翅94，使切削得到的侧面的角保持原样，也可以对针翅94的角进行倒角处理。进行倒角处理的情况下的R尺寸例如为0.5mm以下。针翅94的xy平面的截面积例如为1mm2以上且9mm2以下。如果针翅94在俯视时为正方形，则针翅94的一边的长度为1mm～3mm左右。针翅94的高度例如为4mm以上且6mm以下。
针翅94具有在z轴方向上相向的上端与下端，上端与顶板20的下表面24热连接及机械连接，从顶板20的下表面24向制冷剂流通部92延伸。在针翅94与顶板20一体地形成的情况下，针翅94的上端从顶板20的下表面24一体地突出，从顶板20的下表面24向制冷剂流通部92延伸。本例的针翅94的下端被固着剂98固着于底板64。针翅94的下端也可以与底板64分离。如果在针翅94与底板64之间存在间隙，则即使底板64产生翘曲等，也难以在针翅94与底板64之间产生应力。各半导体芯片78所产生的热向经过针翅94附近的制冷剂移动。由此，冷却各半导体芯片78。
如图4中虚线所示，制冷剂流通部92的翅区95在俯视时是在长边96的方向上比在短边93的方向上长的长方形。针翅94也可以配置成：在单位长度上，制冷剂流通部92的长边96的方向上的针翅94的数量比短边93的方向上针翅94的数量多。作为一例，也可以是，在翅区95中，在制冷剂流通部92的长边96的方向上配置的针翅94的个数与在制冷剂流通部92的短边93的方向上配置的针翅94的个数之比处于规定的范围。翅区95中包括设有针翅94的区域以及针翅94间的流路。另外，如图所示，在本例的翅区95中，针翅94呈正方排列，但也可以不是正方排列而是交错排列。此外，邻接的针翅94彼此的间隔也可以比针翅94本身的宽度窄。此外，如图4所示，本例的U相组件70U、V相组件70V以及W相组件70W均配置在翅区95的内侧，但也可以其中一部分配置在翅区95的外侧。
另外，制冷剂流通部92包括被配置成在俯视时将翅区95夹在中间的第一集箱30-1和第二集箱30-2。集箱30是指制冷剂流通部92中具有规定高度(z轴方向的长度)以上的高度的空间。规定高度可以是顶板20与底板64之间的距离。
第一集箱30-1设置于比翅区95更靠短边93的方向的一侧的位置，与配置于位置Pi的入口41连通，在长边96的方向上延伸。第二集箱30-2设置于比翅区95更靠短边93的方向的另一侧的位置，与配置于位置Po的出口42连通，在长边96的方向上延伸。第一集箱30-1和第二集箱30-2延伸的方向也可以与翅区95的长边96的方向平行。此外，第一集箱30-1是一个连通区域的一例，第二集箱30-2是另一个连通区域的一例。
也可以通过如图4所示那样将多个针翅94沿主流方向MS排列，来沿着翅区95的外缘形成由多个针翅94构成的台阶ST。能够利用台阶ST来调整制冷剂的流动，从而能够改善翅区的长边方向(y轴方向)上的制冷剂流速的分布。台阶ST可以沿着翅区95的外缘设有多个，相邻的台阶ST的长度可以相同也可以不同。
根据具备以上结构的本实施方式的半导体模块100，在安装于半导体装置70的冷却装置10中，在xy平面上的截面为大致长方形的制冷剂流通部92内流动的制冷剂的主要流动方向是大致长方形的短边93的方向，配置于制冷剂流通部92的针翅94在xy平面上具有菱形的截面形状。由此，根据本实施方式的半导体模块100，能够在均匀地冷却在半导体模块100的动作中发热的半导体装置70的多个热源的同时，减小在制冷剂流通部92内流动的制冷剂的流速损耗从而提高散热效率。
并且，根据本实施方式的半导体模块100，冷却装置10中的入口41与出口42位于在xy平面上具有大致长方形的制冷剂流通部92的对角线方向上的、制冷剂流通部92的相向的两端。制冷剂流通部92的翅区95被配置成制冷剂流通部92的长边96的方向上的针翅94的数量比短边93的方向上的针翅94的数量多，翅区95具有在长边96的方向上比在短边93的方向上长的大致长方形。制冷剂流通部92包括被配置成在俯视时将翅区95夹在中间的第一集箱30-1和第二集箱30-2，第一集箱30-1位于比翅区95更靠短边93的方向的一侧的位置并与入口41连通，在长边96的方向上延伸。第二集箱30-2位于比翅区95更靠短边93的方向的另一侧的位置并与出口42连通，在长边96的方向上延伸。
根据具备这样的结构的本实施方式的半导体模块100，从入口41流入到制冷剂流通部92内的制冷剂与翅区95的针翅94碰撞，在第一集箱30-1内扩散，并且逐渐向位于在制冷剂流通部92的对角线方向上与入口41相反的位置的出口42前进，从出口42被排出。由此，根据本实施方式的半导体模块100，与制冷剂的流入口与流出口位于制冷剂流通部92的短边93的方向上的制冷剂流通部92的相向的两端的情况(θ＝0°)相比，能够更加高效地均匀地冷却在半导体模块100的动作中发热的半导体装置70的多个热源。
图12是图3中的区域A的局部放大图。其中，在图12中，图示了使图3中的区域A旋转180度后的状态。另外，在图12中，用T1表示顶板20的紧固部21的z轴方向上的厚度，用T2表示顶板20的翅区95中的z轴方向上的厚度，用T3表示侧壁36的x轴方向上的厚度，用T4表示底板64的z轴方向上的厚度。
如图12所示，在本例的冷却装置10中，紧固部21的厚度T1也可以比顶板20中的翅区95的厚度T2厚。通过使顶板20中的翅区95的厚度薄，能够使来自配置于顶板20的上表面22的半导体装置70的热高效地移动到在制冷剂流通部92内流动的制冷剂，另一方面，通过提高紧固部21的强度，能够抑制紧固部21因在通过螺栓等将半导体模块100与外部装置牢固地紧固的情况下可能施加的强紧固力而损坏。
另外，侧壁36的厚度T3也可以比顶板20中的翅区95的厚度T2厚。通过使顶板20中的翅区95的厚度薄，能够与上述同样地提高冷却效率，另一方面，通过提高与顶板20连接的侧壁36的强度，能够抑制顶板20中的翅区95由于机械影响或热影响而发生扭曲等变形。
另外，底板64的厚度T4可以比顶板20的至少翅区95中的厚度T2及侧壁36的厚度T3中的任一厚度厚，并且，也可以比顶板20的紧固部21的厚度T1厚。如上所述，入口41和出口42分别形成于底板64。通过将作为贯通孔的入口41和出口42形成在厚度最大的底板64，能够提高冷却装置10的强度，并且，能够使冷却装置10的加工容易化。
另外，在图12中，用C1表示俯视时的底板64的轮廓，用C2表示侧壁36的轮廓。在本例的冷却装置10中，底板64的轮廓C1也可以位于比侧壁36的轮廓C2靠内侧的位置。
另外，本例的台阶部65从底板64的底板64的主面突出，在俯视时具有比侧壁36的内周稍小且与侧壁36的内周大致一致的轮廓。由此，台阶部65在将底板64与侧壁36固着时利用不同的至少2个面来与侧壁36接触，以决定将侧壁36固着于底板64的位置的方式发挥功能。
另外，也可以对本例的底板64的俯视时的轮廓中的与侧壁36固着的一侧的角部进行倒角处理。在以下的说明中，有时将底板64中的进行该倒角处理后得到的部位称为倒角部66。在利用钎料等固着剂98将底板64与侧壁36固着的情况下，有可能在所固着的区域的外侧产生焊料塌边。与此相对地，事先进行倒角加工以使底板64具有上述的倒角部66，并在固着剂98凝固之前如图所示那样使底板64相对于侧壁36位于重力方向的上侧地将底板64与侧壁36固着，由此固着剂98具有形成有焊脚的区域，从而能够防止产生焊料塌边。
此外，倒角部66可以进行C倒角加工，也可以进行R倒角加工。此外，也可以出于同样的目的来对侧壁36和针翅94的z轴负方向的下端的角部也进行倒角处理。
图13是示出本发明的一个实施方式所涉及的车辆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是使用马达等电力驱动设备来产生所有推进力的电动汽车、或者并用马达等电力驱动设备和由汽油等燃料驱动的内燃机的混合动力车。
车辆200具备用于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设有半导体模块100。半导体模块100可以控制向电力驱动设备供给的电力。
在图4所示的实施方式中，冷却装置10的侧壁36和冷却装置11的侧壁37的内表面在俯视时可以分别为八边形。在两个实施方式中，在利用侧壁36、37划定的制冷剂流通部92中，可以并排地在翅区95的短边方向上的一侧设置第一集箱30-1、在另一侧设置第二集箱30-2，并在第一集箱30-1与第二集箱30-2之间配置针翅94。并且，在两个实施方式中，可以将针翅94配置为格子状，优选地配置为斜格子状或菱形格子状。在两个实施方式中，入口41和出口42在制冷剂流通部92中与翅区95邻接地设置在对角线上。入口41和出口42的开口在俯视时，可以是在长边99方向上的长度比在短边91方向上的长度大。
图14是本发明的多个实施方式所涉及的半导体模块100的主电路图。半导体模块100作为具有输出端子U、V及W的三相交流逆变器电路来发挥功能，可以是用于驱动车辆的马达的车载用单元的一部分。
在半导体模块100中，可以是，半导体芯片78-1、78-2以及78-3构成上臂，半导体芯片78-4、78-5以及78-6构成下臂。一组半导体芯片78-1、78-4可以构成腿(U相)。一组半导体芯片78-2、78-5以及一组半导体芯片78-3、78-6也同样地可以构成腿(V相、W相)。在半导体芯片78-4中，可以是，发射极电极与输入端子N1电连接，集电极电极与输出端子U电连接。在半导体芯片78-1中，可以是，发射极电极与输出端子U电连接，集电极电极与输入端子P1电连接。同样地，在半导体芯片78-5、78-6中，可以是，发射极电极分别与输入端子N2、N3电连接，集电极电极分别与输出端子V、W电连接。并且，在半导体芯片78-2、78-3中，可以是，发射极电极分别与输出端子V、W电连接，集电极电极分别与输入端子P2、P3电连接。
各半导体芯片78-1～78-6可以通过输入到对应的控制端子的信号而被交替地开关。在本例中，各半导体芯片78可以在进行开关时发热。输入端子P1、P2、P3可以与外部电源的正极连接，输入端子N1、N2、N3可以与外部电源的负极连接，输出端子U、V、W可以与负载连接。输入端子P1、P2、P3可以相互电连接，另外，其它的输入端子N1、N2、N3也可以相互电连接。
在半导体模块100中，多个半导体芯片78-1～78-6可以分别是RC-IGBT(反向导通IGBT)半导体芯片。另外，半导体芯片78-1～半导体芯片78-6可以分别包括MOSFET、IGBT等晶体管与二极管的组合。
在以上的多个实施方式的说明中，例如，有时会使用如“大致相同”、“大致一致”、“大致固定”、“大致对称”、“大致菱形”等这样的、统一地使用了“大致”的词语来表现特定的状态，但它们都是意图包括实质上处于该特定状态的情况，而不仅包括严格地处于该特定状态的情况。
以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围不限定于上述实施方式中记载的范围。能够对上述实施方式施加多种变更或改良，这是本领域技术人员所清楚的。从权利要求书的记载明确可知施加了这样的变更或改良的方式也能够包含在本发明的技术范围内。
例如，在上述的实施方式中，说明了在基体板40、45上一体地形成有顶板20、25、侧壁36、37、35以及针翅94的结构，但也可以不是上述结构，也可以是在分别独立地形成顶板20等、侧壁36等以及针翅94之后用固着剂98等将它们互相固着，也可以是在一体地形成顶板20等和侧壁36等后，将独立地形成的针翅94固着于顶板20等，也可以是在一体地形成顶板20等和针翅94后，将独立地形成的侧壁36等固着于顶板20等。
另外，例如，在上述的实施方式中，设为针翅94与顶板20等一体地形成、并且向底板64、67延伸的结构来进行了说明，但也可以不是上述结构，针翅94也可以与底板64等一体地形成，并且从底板64等向顶板20等延伸。此外，在该情况下，针翅94的前端与顶板20等之间也可以使用固着剂98等来进行固着。
另外，例如，在上述的实施方式中，设为针翅94在顶板20等与底板64、67之间沿顶板20的主面的法线方向延伸、即与顶板20等及底板64等垂直地延伸的结构来进行了说明，但也可以不是上述结构，针翅94也可以在顶板20等与底板64等之间以相对于顶板20等的主面的法线方向具有角度的方式斜着延伸。另外，针翅94在xy平面上的截面的尺寸在z轴方向上可以是固定的，也可以是变化的，作为更具体的一例，也可以以随着去向前端而变细的方式从顶板20等和底板64等中的任一方向另一方延伸。
另外，例如，在上述的实施方式中，设为半导体装置70直接固定于冷却装置10、11、12、13的顶板20等的上表面22的结构来进行了说明，但也可以不是上述结构，半导体装置70也可以具有在收容部72的下表面露出的基板，将电路基板76固定于该基板的上表面，将该基板固定于顶板20等的上表面22。
应该注意：权利要求书、说明书以及附图中示出的装置、系统、程序以及方法中的动作、过程、步骤、工序以及阶段等各处理的执行顺序没有特别注明“比…之前”、“在…之前”等，而且，只要不是将之前的处理的输出用在之后的处理中，就能够以任意的顺序来实现。关于权利要求书、说明书以及附图中的动作流程，虽然为了便于说明而使用“首先，”、“接着，”等来进行了说明，但是并不意味着必须以此顺序来实施。
附图标记说明
10、11、12、13：冷却装置；20、25：顶板；21：紧固部；22：上表面；24：下表面；26：支承销；30：集箱；30-1：第一集箱；30-2：第二集箱；36、37、35：侧壁；35-1、36-1、37-1：斜坡面；37-2：非斜坡面；38：销；39：槽；40、45：基体板；41：入口；42：出口；50：斜坡部；51：槽；64、67：底板；65：台阶部；66：倒角部；68：孔；70：半导体装置；70U：U相组件；70V：V相组件；70W：W相组件；72：收容部；74：密封部；76：电路基板；78：半导体芯片；80：贯通孔；92：制冷剂流通部；91：短边；93：短边；96：长边；94、97：针翅；95：翅区；98：固着剂；99：长边；100：半导体模块；200：车辆；210：控制装置；221：泵；222：入口配管；223：出口配管。

Claims (15)

1.一种半导体模块，具备冷却装置，其中，
所述冷却装置具备：
顶板；
侧壁，其与所述顶板连接；
底板，其面对所述顶板且与所述侧壁连接；
多个多边形的针翅，所述多个多边形的针翅的一端连接于所述顶板的面对所述底板的面的与所述侧壁分离的长方形的翅区，且在俯视时呈矩阵状地分离配置；
制冷剂的入口，制冷剂在所述入口处的流路的中央配置于在俯视时与所述翅区的一个长边的一部分接近的位置；以及
制冷剂的出口，制冷剂在所述出口处的流路的中央配置于在俯视时与所述翅区的另一个长边的一部分接近的位置，
其中，多个所述针翅的矩阵方向相对于将所述入口的位置与所述出口的位置连结的直线形成角度，
所述直线的横穿所述翅区的线段的长度比所述翅区的短边的长度长。
2.根据权利要求1所述的半导体模块，其特征在于，
多个所述针翅各自的一边相对于所述直线形成-40°以上且-20°以下或10°以上且40°以下的角度。
3.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，
所述针翅在俯视时呈菱形。
4.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其特征在于，
所述针翅的角在俯视时为90°。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的半导体模块，其特征在于，
所述针翅的截面积为1mm2以上且9mm2以下。
6.根据权利要求1～5中的任一项所述的半导体模块，其特征在于，
所述针翅的高度为4mm以上且6mm以下。
7.根据权利要求1～6中的任一项所述的半导体模块，其特征在于，
多个所述针翅的间隔为等间隔。
8.根据权利要求1～7中的任一项所述的半导体模块，其特征在于，
多个所述针翅的间隔为0.6mm以上且2.0mm以下。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的半导体模块，其特征在于，
所述针翅在截面的各角部具有曲率半径为0.5mm以下的圆角。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的半导体模块，其特征在于，
所述直线相对于所述翅区的短边方向形成30°以上且60°以下的角度。
11.根据权利要求1～10中的任一项所述的半导体模块，其特征在于，
所述顶板、所述侧壁以及所述针翅形成为一体。
12.根据权利要求1～10中的任一项所述的半导体模块，其特征在于，
所述针翅的另一端与所述底板连接。
13.根据权利要求1～12中的任一项所述的半导体模块，其特征在于，
所述底板具有所述入口和所述出口。
14.根据权利要求1～13中的任一项所述的半导体模块，其特征在于，
所述底板比所述顶板和所述侧壁中的任一者的厚度都厚。
15.根据权利要求1～14中的任一项所述的半导体模块，其特征在于，
在所述顶板上具有安装有长方形的半导体芯片的电路基板，
所述半导体芯片以该半导体芯片的长度方向与所述翅区的短边方向一致的方式被配置成在俯视时与所述翅区内的一部分重叠。
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