JP2018032744A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のピンフィンを備える冷却器が半導体モジュールに接している半導体装置において、半導体チップと対向する範囲に冷媒を集中させる。【解決手段】本明細書が開示する半導体装置の冷却器は、以下の特徴を備える。冷却器は、半導体モジュールに接している側板の裏面側に、側板と平行に液体冷媒が流れる冷媒流路を有している。側板の裏面に複数のピンフィン１４が設けられている。冷媒の流れ方向におけるピンフィン１４の先頭部分にて、横手方向（図中のＺ方向）の両端部分における複数のピンフィン１４ｂの空間占有率が、中央部分における複数のピンフィン１４ａの空間占有率よりも大きくなっている。さらに、複数のピンフィン１４ａが千鳥配置されているとともに、横手方向の夫々の側面（流路の側面１１２）が、横手方向で側面に最も近いピンフィンと側面１１２との距離が一定となるように、波打つように湾曲している。【選択図】図４

Description

本明細書が開示する技術は、半導体チップを封止した半導体モジュールと、その半導体モジュールに隣接している冷却器を備えている半導体装置に関する。

半導体チップを封止した半導体モジュールに冷却器が接している半導体装置が知られている。冷却器の半導体モジュールに接している側板の裏面の側に液体冷媒が流れる冷媒流路が設けられている（例えば特許文献１−３）。特許文献１、２に開示された半導体装置は、複数の冷却器が並列に配置されており、隣り合う冷却器の間に半導体モジュールが挟まれている。半導体モジュールはその両面から冷却される。また、特許文献１、３の半導体装置では、冷却器の半導体モジュールと接している側板の裏面（冷媒流路に暴露している面）に、複数のピンフィンが設けられている。特に、特許文献１の半導体装置では、冷却器の両側の側板の裏面からピンフィンが延びており、ピンフィンの先端面同士が対向している。一方、特許文献３の半導体装置では、冷媒の流れ方向の最上流側のピンフィンのうち、流れ方向からみて両側のピンフィンが他のピンフィンよりも断面積が大きい。また、特許文献２の半導体装置では、冷却器の冷媒流路の側面（冷媒の流れ方向と、半導体モジュールと冷却器の積層方向の双方に交差する方向における側面）が、冷媒の流れ方向に沿って波状に湾曲している。冷却器は薄い金属板で作られており、側面を波状にすることで強度が向上する。

特開２０１３−０３０５７９号公報 特開２０１４−０５６８５３号公報 特開２０１５−０６１４５４号公報

冷却器は、半導体モジュールの中の半導体チップを冷却する。従って、冷媒流路において半導体チップと対向する範囲に冷媒を集中させたい。一方、冷媒流路に均一にピンフィンが分布していると、冷媒流路の両側（半導体モジュールと接している側板の法線方向と冷媒の流れ方向の両方に交差する方向における両側）に無駄に冷媒が流れる。複数のピンフィンを備える冷却器が半導体チップを封止した半導体モジュールに接している半導体装置において、半導体チップと対向する範囲に冷媒を集中させる技術が望まれている。

本明細書が開示する半導体装置は、半導体チップを封止した半導体モジュールと、半導体モジュールと隣接している冷却器を備えている。冷却器は、以下の特徴を備える。冷却器は、半導体モジュールに接している側板の裏面側に、側板に平行に液体冷媒が流れる冷媒流路が設けられている。また、側板の裏面（冷媒流路に暴露している面）に複数のピンフィンが設けられている。また、冷媒の流れ方向におけるピンフィン群の先頭部分において、冷却器の側板の法線方向と冷媒の流れ方向の双方に直交する方向（以下、「横手方向」と称する）の両端部分における複数のピンフィンの冷媒流路に占める割合が、中央部分における複数のピンフィンの冷媒流路に占める割合よりも大きくなっている。さらに、流れ方向における半導体チップと対向する範囲では、複数のピンフィンが千鳥配置されているとともに、横手方向の夫々の側面（流路の側面）が、横手方向で側面に最も近いピンフィンと側面との距離が一定となるように、冷媒の流れ方向に沿って波打つように湾曲している。なお、半導体チップは冷媒流路の横手方向における中央部分と対向するように半導体モジュールに封止されている。

以下、説明の便宜上、複数のピンフィンの冷媒流路に占める割合をピンフィンの空間占有率と表記する。上記の冷却器では、ピンフィン群の先頭部分において、冷媒流路の両端部分のピンフィンの空間占有率が中央部分のピンフィンの空間占有率よりも大きい。そのようなピンフィンの配置により、半導体チップと対向する範囲より上流側では、冷媒流路の両端部分の流路抵抗が中央部分の流路抵抗よりも大きくなる。その結果、冷媒流路の中央部分（即ち、半導体チップと対向する部分）に冷媒が集中する。さらに、半導体チップと対向する部分では複数のピンフィンを千鳥配置することで冷媒の乱流化を促進し、ピンフィンによる冷却効率を高める。一方、ピンフィンを千鳥配置すると、冷媒流路の横手方向の側面とピンフィンとの間に隙間の大きい箇所が生じ、側面に近い側の冷媒流量が多くなり、中央部分の冷媒流量が減少してしまう。そこで、上記の冷却器では、冷媒流路の横手方向の夫々の側面を、横手方向でその側面に最も近いピンフィンとその側面との距離が一定となるように冷媒流れ方向に沿って波打つように湾曲させる。側面の湾曲により、中央部分と側面に近い部分で冷媒の流れが一様になり、中央部分における冷媒流の減少が抑えられる。上流側でのピンフィンの空間占有率の分布と半導体チップと対向する部分での側面の波打ち湾曲が、半導体チップと対向する範囲へ冷媒を集中させる。その結果、半導体チップの冷却効率が向上する。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

実施例の半導体装置の斜視図である。 樹脂筐体の斜視図である。 ２個の樹脂筐体の積層体の断面図である。 樹脂筐体の正面図である。 冷媒の流れを示す図である。 図４において符号VIが示す範囲の拡大図である。 変形例のピンフィン配置を示す樹脂筐体の正面図である。 対向するピンフィン群の配置を示す一部拡大断面図である。 別の変形例のピンフィン配置を示す樹脂筐体の正面図である。

図面を参照して実施例の半導体装置を説明する。図１に、半導体装置２の斜視図を示す。半導体装置２は、複数のトランジスタチップを内蔵しており、例えば直流電力を３相交流電力に変換するインバータの主要部として用いられる。

半導体装置２は、複数の樹脂筐体１０が積層された構造を有している。樹脂筐体１０の内部構造の詳しい説明は後述する。ここでは樹脂筐体１０の概要を説明する。各樹脂筐体１０は、内部に２個のトランジスタチップを備えているとともに、図のＸ方向に延びる２個の貫通孔を備えている。複数の樹脂筐体１０の積層体の端は、前端カバー３１と後端カバー３２で塞がれている。前端カバー３１には冷媒供給口３３と冷媒排出口３４が設けられている。冷媒供給口３３は、半導体装置２の内部でＸ方向からみて一方の貫通孔と重なっており、冷媒排出口３４は、半導体装置２の内部でＸ方向からみて他方の貫通孔と重なっている。冷媒供給口３３から供給される冷媒は一方の貫通孔を通じて各樹脂筐体１０に分配される。冷媒は樹脂筐体１０の内部を通過している間にトランジスタチップの熱を奪い、他方の貫通孔を通じ、冷媒排出口３４から排出される。冷媒は液体であり、典型的には、水、あるいは、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）である。

各樹脂筐体１０の外側面から３個のパワー端子３ａ、３ｂ、３ｃと、複数の制御端子４が延びている。２個のトランジスタチップは、樹脂筐体１０の内部で直列に接続されており、パワー端子３ａは、直列接続の高電位側と導通している。パワー端子３ｂは直列接続の低電位側と導通している。パワー端子３ｃは、直列接続の中点と導通している。複数の制御端子４は、トランジスタチップのゲートと接続しているゲート端子、トランジスタチップの内部温度を計測するセンスエミッタと接続しているセンサ端子などである。

なお、複数の樹脂筐体１０の積層体は、不図示のバネで積層方向に加圧され、隣接する樹脂筐体１０同士が密着する。図中の座標系のＸ方向が複数の樹脂筐体１０の積層方向に相当する。以降の図でも同様である。

図２に、一つの樹脂筐体１０の斜視図を示す。樹脂筐体１０は、外枠１２とパッケージ１３で構成されている。パッケージ１３は、外枠１２の対向する内面に掛け渡されている。なお、外枠１２とパッケージ１３は一続きの樹脂ブロックであり、樹脂の射出成形で同時に形成される。パッケージ１３の内部に２個のトランジスタチップが封止されている。２個のトランジスタチップはパッケージ１３の内部で直列に接続されている。パッケージ１３の積層方向を向く面には、後述する放熱板が露出しており、その放熱板に複数のピンフィン１４が設けられている。外枠１２の積層方向（Ｘ方向）の幅はピンフィン１４を含むパッケージ１３の積層方向の幅よりも大きく、外枠１２の積層方向の両端の部分は、複数のピンフィン１４を囲んでいる。外枠１２において、ピンフィン１４を囲んでいる部分を周壁１２ａと称する。

周壁１２ａの上面１２ｂには、二重のガスケット１８が備えられており、２個の樹脂筐体１０が隣接するとき、二重のガスケット１８が２個の外枠１２の上面１２ｂ同士を密着させ、外枠１２同士が繋がる。２個の樹脂筐体１０が密着すると、周壁１２ａで囲まれた部分が冷媒流路となる。

周壁１２ａの内側で、パッケージ１３のＹ方向の両横に、樹脂筐体１０を貫通する貫通孔１２ｃ、１２ｄが設けられている。貫通孔１２ｃは、半導体装置２を積層方向（Ｘ方向）からみたときに冷媒供給口３３（図１参照）と重なり、貫通孔１２ｄは、半導体装置２を積層方向（Ｘ方向）からみたときに冷媒排出口３４と重なる。冷媒供給口３３から供給された冷媒は、複数の樹脂筐体１０の貫通孔１２ｃを通じて各樹脂筐体１０の冷媒流路に導かれる。冷媒は、図中のＹ方向に沿って、複数のピンフィン１４の間を流れる。冷媒は冷媒流路を流れる間に放熱板（後述）と複数のピンフィン１４を介してトランジスタチップから熱を吸収する。熱を吸収した冷媒は、他方の貫通孔１２ｄと冷媒排出口３４を通じて半導体装置２の外部へと排出される。

なお、複数のピンフィン１４には２種類の太さがあるが、図２では、作図の都合上、全てのピンフィン１４を同じ太さで描いてある。ピンフィン１４の太さの違いについては後述する。また、周壁１２ａの冷媒流路に面する側面１１２は、複数のピンフィン１４の列に沿って、図中のＹ方向に向かって波打つように湾曲している。側面１１２の湾曲についても後述する。

図３に、２個の樹脂筐体１０の積層体の断面図を示す。図３は、図中の座標系のＸＹ平面で樹脂筐体１０をカットした断面図である。説明の便宜上、図中上側の樹脂筐体を符号１０ａで表し、下側の樹脂筐体を符号１０ｂで表して区別する。いずれかの樹脂筐体を区別なく示すときには樹脂筐体１０と表記する。樹脂筐体１０ｂでは、その内部の一部の部品への符号は省略した。

先に述べたように、パッケージ１３の内部に２個のトランジスタチップ２５ａ、２５ｂが封止されている。トランジスタチップ２５ａ、２５ｂは、カードタイプのチップであり、その幅広面を図中のＸ方向に向けて封止されている。夫々のトランジスタチップ２５ａ、２５ｂの下面にヒートシンク２３が接合されており、２個のヒートシンク２３の下面に放熱板２１が接合されている。夫々のトランジスタチップ２５ａ、２５ｂの上面に、スペーサ２４が接合されており、夫々のスペーサ２４の上面にヒートシンク２３が接合されている。２個のヒートシンク２３の上面に放熱板２１が接合されている。トランジスタチップ２５ａ、２５ｂの熱は、ヒートシンク２３（及びスペーサ２４）を介して上下の放熱板２１に伝わる。

説明の便宜上、樹脂筐体１０ａのパッケージ１３の下側の放熱板２１を符号２１ａで表して他の放熱板２１と区別する。樹脂筐体１０ｂ（及び、その他の樹脂筐体１０）の内部構造も、樹脂筐体１０ａと同じである。樹脂筐体１０ｂのパッケージ１３の上側の放熱板２１を符号２１ｂで表し、他の放熱板２１と区別する。

図中上側のパッケージ１３の放熱板２１ａと下側のパッケージ１３の放熱板２１ｂの間に冷媒流路２９が形成される。放熱板２１ａ、２１ｂの一方の面はパッケージ１３に接しており、他方の面は冷媒流路２９に暴露している。放熱板２１ａ、２１ｂの冷媒流路２９に暴露した面に複数のピンフィン１４が設けられている。先に述べたように、冷媒は、樹脂筐体１０の一方の貫通孔１２ｃから流入し、冷媒流路２９を流れる間に放熱板２１ａ、２１ｂとピンフィン１４から熱を吸収し、他方の貫通孔１２ｄを介して排出される。図３の太い矢印線が冷媒の流れを示している。図３の上側の樹脂筐体１０ａのさらに上側にも別の樹脂筐体１０が接続される。樹脂筐体１０ａとその上の別の樹脂筐体１０の間も、放熱板２１ａ、２１ｂと同じ構造をなしている。図３の下側の樹脂筐体１０ｂのさらに下側にも別の樹脂筐体１０が接続される。樹脂筐体１０ｂとその下の別の樹脂筐体１０の間も、放熱板２１ａ、２１ｂと同じ構造をなしている。

放熱板２１は、トランジスタチップ２５ａ、２５ｂを封止するパッケージ１３に固定されているが、放熱板２１の一方の面は冷媒流路２９に暴露しており、放熱板２１は、冷媒流路２９を構成する冷却器の側板にも相当する。冷却器の側板として着目すると、放熱板２１の冷媒流路２９に面している側が「裏面」であり、トランジスタチップ２５ａ、２５ｂに面している側が「おもて面」となる。

なお、図１の半導体装置２は、複数の樹脂筐体１０が積層されており、図１の半導体装置２において、いずれの隣接する一対の樹脂筐体１０も、図３で示した構造をなしている。別言すれば、複数の樹脂筐体１０の積層体の半導体装置２において、ピンフィン１４を挟んで対向する全ての一対の放熱板２１（冷却器の側板）の間の空間が図３の冷媒流路２９を構成する。

図４に、樹脂筐体１０の正面図（図中のＸ方向からみた図）を示す。図４において、グレーで塗りつぶした範囲は、パッケージ１３に埋設されているトランジスタチップ２５ａ、２５ｂを示している。図４において、図中の左側が冷媒の流れの上流側に相当する。先に述べたように、複数のピンフィン１４には、太さの異なる２種類が存在する。大径のピンフィン１４を、大径ピンフィン１４ａと称し、小径のピンフィンを小径ピンフィン１４ｂと称する。大径ピンフィン１４ａと小径ピンフィン１４ｂを区別しない場合には、ピンフィン１４と称することにする。図４において、ピンフィン１４群が分布している範囲は、図３の冷媒流路２９に対応する。

複数の小径ピンフィン１４ｂは、図中の符号Ａ１、Ａ３、Ａ４が示す範囲に配置されている。範囲Ａ１、Ａ３、Ａ４以外は、大径ピンフィン１４ａが配置されている。範囲Ａ１、Ａ３、Ａ４では、複数の小径ピンフィン１４ｂ群が密集している。別言すれば、範囲Ａ１、Ａ３、Ａ４では、小径ピンフィン１４ｂ群が、大径ピンフィン１４ａ群のピッチ（ピン間隔）よりも狭いピッチで配置されている。範囲Ａ１、Ａ３、Ａ４における冷媒流路２９の空間に対する小径ピンフィン１４ｂ群の空間占有率は、範囲Ａ１、Ａ３、Ａ４以外における冷媒流路２９の空間に対する大径ピンフィン１４ａ群の空間占有率よりも高い。別言すれば、範囲Ａ１、Ａ３、Ａ４におけるピンフィン１４ｂの冷媒流路２９に占める割合は、その他の範囲における複数のピンフィン１４ａの冷媒流路２９に占める割合よりも大きい。従って、範囲Ａ１、Ａ３、Ａ４における流路抵抗がそれ以外の範囲の流路抵抗よりも大きい。別言すれば、範囲Ａ１、Ａ３、Ａ４では、それ以外の範囲と比較して冷媒が流れ難い。

範囲Ａ１は、冷媒の流れ方向におけるピンフィン１４群の先頭部分（別言すれば、トランジスタチップ２５ａに対向する範囲よりも冷媒の流れの上流側）で、図中のＺ方向の両側に位置している。Ｚ方向とは、冷媒の流れ方向（Ｙ方向）と、放熱板２１の法線方向（Ｘ方向）の双方に直交する方向である。さらに別言すれば、Ｚ方向とは、冷媒の流れの方向からみて、ピンフィン群１４の並び方向である。その方向を、横手方向と表記することにする。範囲Ａ１は、横手方向で冷媒流路２９の両端部分に位置する。両端の小径ピンフィン１４ｂ群の間（図中のＡ２が示す範囲）には、大径ピンフィン１４ａ群が配置されている。別言すれば、冷媒の流れ方向で複数のピンフィン１４の先頭部分において、横手方向（図中のＺ方向）の両端部分（範囲Ａ１）における小径ピンフィン１４ｂ群の冷媒流路２９に占める割合（空間占有率）が、中央部分（範囲Ａ２）における大径ピンフィン１４ａ群の空間占有率よりも大きくなっている。それゆえ、樹脂筐体１０の貫通孔１２ｃから冷媒流路２９に流入した冷媒は、中央の範囲Ａ２に集まる。図５は、図４と同じ図に、冷媒の流れを太矢印線で表した図である。図５によく示されているように、トランジスタチップ２５ａは、横手方向で冷媒流路２９の中央部分に対向しており、冷媒はその中央部分に集中する。冷媒がトランジスタチップ２５ａの対向領域に集中するので冷却効率が高まる。

パッケージ１３は２個のトランジスタチップ２５ａ、２５ｂを封止している。トランジスタチップ２５ｂは、トランジスタチップ２５ａよりも冷媒流の下流側に位置する。図４、図５の範囲Ａ３は、トランジスタチップ２５ａよりも下流側であるが、トランジスタチップ２５ｂよりも上流側である。トランジスタチップ２５ｂも横手方向で冷媒流路の中央部分に対向しており、一方、小径ピンフィン１４ｂの空間占有率が高い範囲Ａ３は、横手方向で冷媒流路２９の両端に位置している。従って、トランジスタチップ２５ｂと対向する中央部分にも冷媒が集中する。トランジスタチップ２５ｂに対する冷却効率も高くなる。

冷媒流路２９のトランジスタチップ２５ｂよりも最下流にも、ピンフィン１４の空間占有率の高い範囲Ａ４が設けられている。範囲Ａ４は、ピンフィン１４を含む樹脂筐体１０の製造のし易さから、小径ピンフィン１４ｂ群と大径ピンフィン１４ａ群を対象に分布させるために設けられている。

また、流れ方向におけるトランジスタチップ２５ａ、２５ｂと対向する範囲では、複数の大径ピンフィン１４ａが千鳥配置されている。複数の大径ピンフィン１４ａを千鳥配置にすることで、冷媒を乱流化させることができる。冷媒が乱流化すると、冷媒とピンフィン１４との熱交換が促進され、トランジスタチップ２５ａ、２５ｂの冷却効率が高まる。

図４の符号VIが示す範囲について説明する。符号VIが示す範囲は、横手方向の冷媒流路２９の側面１１２の一部を含む範囲である。図４の符号VIが示す範囲の拡大図を図６に示す。横手方向の夫々の側面１１２は、横手方向で側面１１２に最も近いピンフィン１４ａと側面１１２との距離Ｗ１、Ｗ２が一定となるように冷媒流れ方向に沿って波打つように湾曲している。仮に冷媒流路の側面が冷媒の流れ方向に平坦に延びていると、側面とピンフィンの間の間隔が大きくなる箇所が存在することになる。間隔の大きい箇所は、流路抵抗が下がり、冷媒が流れ易くなる。冷媒流路の側面が平坦に延びていると、冷媒が側面の側に分散し、中央部分（即ち、トランジスタチップ２５ａ、２５ｂと対向する部分）の冷媒の流量が減少する。その結果、トランジスタチップ２５ａ、２５ｂに対する冷却効率が低下する。実施例の半導体装置では、冷媒の流れ方向でトランジスタチップ２５ａ、２５ｂの範囲において、冷媒流路２９の横手方向の側面１１２とピンフィン１４ａとの距離Ｗ１、Ｗ２がほぼ一定に保たれる。これにより、側面１１２の付近でも中央部分でも流路抵抗が同等になり、中央部分での冷媒の分散が防止される。

実施例の半導体装置２では、トランジスタチップ２５ａ、２５ｂよりも上流側でのピンフィン１４ａ、１４ｂの空間占有率の分布と、流れ方向におけるトランジスタチップ２５ａ、２５ｂと対向する部分での冷媒流路２９の側面１１２の波打ち湾曲が、半導体チップと対向する範囲へ冷媒を集中させる。その結果、半導体チップの冷却効率が向上する。

図７、図８を用いてピンフィン配置の第１の変形例を説明する。変形例の樹脂筐体１１０は、先の小径ピンフィン１４ｂの代わりに、図４で示した大径ピンフィン１４ａよりもさらに大径の大型ピンフィン１４ｃを備えている。図７の範囲Ａ１、Ａ３、Ａ４には、複数の大型ピンフィン１４ｃが狭いピッチで配置されている。範囲Ａ１、Ａ３、Ａ４におけるピンフィンの空間占有率は、それ以外の範囲（大径ピンフィン１４ａが分布する範囲）のピンフィンの空間占有率よりも高い。それゆえ、図４、図５で示した実施例の場合と同様に、範囲Ａ１、Ａ３、Ａ４における流路抵抗がそれ以外の範囲における流路抵抗よりも大きくなる。範囲Ａ１、Ａ３、Ａ４ではそれ以外の範囲よりも冷媒が流れ難くなり、その結果、トランジスタチップ２５ａ、２５ｂに対向する範囲に冷媒が集中する。図７の変形例の樹脂筐体１１０でも、横手方向（図中のＺ方向）の流路の側面１１２は、大径ピンフィン１４ａとの距離が一定となるように、冷媒の流れ方向に沿って波状に湾曲している。

図８は、樹脂筐体１１０の積層体の一部拡大断面図であり、冷媒の流れ方向で上流側の大型ピンフィン１４ｃと下流側の大型ピンフィン１４ｃを通るＸＹ平面でカットした断面図である。先に述べたように、対向する一対の放熱板２１は、別言すれば、冷却器の対向する一対の側板である。一対の放熱板２１の夫々から相手の放熱板２１に向かって複数のピンフィン１４が延びている。対向する大型ピンフィン１４ｃは、その先端面同士が接している。対向する大径ピンフィン１４ａは、先端面同士の間に隙間ｄ１が形成されている。大径ピンフィン１４ａの先端面同士の間にも冷媒が流れることで、先端面からも放熱が促進される。

また、対向する大型ピンフィン１４ｃの先端面同士が接しており、対向する大径ピンフィン１４ａの先端面の間に隙間ｄ１を設けることには、次の利点がある。放熱板２１の複数のピンフィン１４は、平坦な金属板（例えばアルミニウム板）を、ピンフィン群に相当する複数の孔を有する金型に押し当てて製造する。そのような製造方法では、複数のピンフィンの高さにばらつきが生じる。樹脂筐体１１０の場合、数の少ない大型ピンフィン１４ｃの先端面が当接し、対向する一対の放熱板２１の間隔を定める。多数の大径ピンフィン１４ａは、高さがばらつくものの、高さのばらつきは、先端面同士の間の隙間ｄ１で吸収され、一対の放熱板２１の間隔に影響を与えない。樹脂筐体１１０を備える半導体装置は、対向する一対の放熱板（冷却器の対向する一対の側板）の間に、夫々の放熱板から立設する多数のピンフィンを備えるものの、一対の放熱板の間隔を正確に保持することができる。

図９を用いて、ピンフィン配置の第２の変形例を説明する。変形例の樹脂筐体２１０は、範囲Ａ１において、先の小径ピンフィン１４ｂの代わりに、断面が流線型である大型のピンフィン（流線型ピンフィン１４ｄ）を備えている。なお、範囲Ａ３、Ａ４には、図４で示した小径ピンフィン１４ｂが配置されている。流線型ピンフィン１４ｄは、大型であり、範囲Ａ１におけるピンフィンの空間占有率は、大径ピンフィン１４ａが分布する範囲のピンフィンの空間占有率よりも高い。それゆえ、図４、図５で示した実施例の場合と同様に、範囲Ａ１における流路抵抗がそれ以外の範囲における流路抵抗よりも大きくなる。流れ方向でピンフィン群の先頭部分において、横手方向の両端部分（範囲Ａ１）の流路抵抗が中央部分の流路抵抗よりも大きくなり、冷媒は中央部分に集中する。さらに、流線型ピンフィン１４ｄは、流線型の先端を冷媒の流れ方向の上流側に向け、後端を下流側に向けるとともに、先端から後端の間の距離の短い側（正圧側）を流路側面１１２に向けている。正圧側を流路側面１１２に向けることで、流線型ピンフィン１４ｄと流路側面１１２の間で流れが乱れ易くなり、冷媒の圧力が上昇する。この点も、範囲Ａ１の流路抵抗を増すことに貢献する。断面が流線型の大型のピンフィン１４ｄを範囲Ａ１に配置することで、横手方向の両端部分の流路抵抗がより一層高くなり、中央部分に冷媒がより集中する。なお、図９の樹脂筐体２１０では、範囲Ａ３、Ａ４には、先の実施例の場合と同様に複数の小径ピンフィン１４ｂが配置されている。範囲Ａ３、Ａ４に流線型ピンフィン１４ｄを配置してもよい。

実施例で説明した技術に関する留意点を述べる。実施例の半導体装置２は、複数の冷却器（複数の冷媒流路２９）が並列に配置されており、隣り合う冷却器（冷媒流路２９）の間にトランジスタチップを収容した半導体モジュールが挟まれている構造を有している。本明細書が開示する技術は、一つの半導体モジュールに一つの冷却器が接している半導体装置に適用することも好適である。

本明細書が開示する技術の一つの特徴は、トランジスタチップに対向する位置よりも冷媒流の上流側で、横手方向の両端部分のピンフィンの空間占有率が、中央部分のピンフィンの空間占有率よりも高いことである。ピンフィンの空間占有率は、ピンフィンの断面積の大きさと、ピンフィン同士の間隔の大きさに依存する。断面積の小さいピンフィンが狭い間隔で並んでいれば、空間占有率は高くなる。また、断面積の非常に大きな一つのピンフィンであっても、空間占有率は高くなる。横手方向の両端部分に配置するピンフィン群は、空間占有率に関する上記条件を満足すれば、どのような断面積／断面形状であってもよい。

実施例のトランジスタチップ２５ａ、２５ｂが、請求項の「半導体チップ」の一例に相当する。実施例の樹脂筐体１０のパッケージ１３が、請求項の「半導体モジュール」の一例に相当する。本明細書が開示する技術は、トランジスタチップに限られず、他の半導体チップを封止した半導体モジュールと冷却器の積層体に適用することも好適である。

実施例の樹脂筐体１０の周壁１２ａと、冷媒流路２９を挟んで対向する一対の放熱板２１で構成される冷媒流路２９が、請求項の「冷却器」の一例に相当する。放熱板２１は、冷却器の側板に相当することに留意されたい。また、放熱板２１の冷媒流路２９に暴露している面は、冷却器の側板の裏面に相当することに留意されたい。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：半導体装置
１０、１０ａ、１０ｂ、１１０、２１０：樹脂筐体
１２：外枠
１２ａ：周壁
１２ｂ：上面
１２ｃ、１２ｄ：貫通孔
１３：パッケージ
１４：ピンフィン
１４ａ：大径ピンフィン
１４ｂ：小径ピンフィン
１４ｃ：大型ピンフィン
１４ｄ：流線型ピンフィン
２１、２１ａ、２１ｂ：放熱板
２５ａ、２５ｂ：トランジスタチップ
２９：冷媒流路
３３：冷媒供給口
３４：冷媒排出口
１１０：樹脂筐体
１１２：側面（流路側面）

Claims (1)

1. 半導体チップを封止した半導体モジュールと、
   前記半導体モジュールと隣接している冷却器と、
   を備えており、
   前記冷却器は、
   前記半導体モジュールに接している側板の裏面側に、前記側板と平行に液体の冷媒が流れる冷媒流路が設けられており、
   前記側板の裏面に複数のピンフィンが設けられており、
   前記冷媒の流れ方向における前記複数のピンフィンの先頭部分において、前記側板の法線方向と前記流れ方向の双方に直交する方向（横手方向）の両端部分における複数の前記ピンフィンの冷媒流路に占める割合が、中央部分における複数の前記ピンフィンの冷媒流路に占める割合よりも大きく、
   前記流れ方向における前記半導体チップと対向する範囲では、前記複数のピンフィンが千鳥配置されているとともに、前記横手方向の夫々の側面が、前記横手方向で当該側面に最も近いピンフィンと当該側面との距離が一定となるように冷媒流れ方向に沿って波打つように湾曲している、半導体装置。