JP5960540B2 - 半導体積層ユニット - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子を収めた平板型の複数の半導体パッケージと平板型の複数の冷却プレートが交互に積層された半導体積層ユニットに関する。

インバータや電圧コンバータで用いられるＩＧＢＴや還流ダイオードなどの半導体素子は、発熱量が大きい。それらの素子は、パワー半導体素子、あるいは単にパワー素子などと呼ばれることがある。発熱量は、流れる電流の大きさに依存する。大きな出力トルクが要求される車輪駆動用のモータ（ハイブリッド車を含む電気自動車用の走行用モータ）に電力を供給するインバータや電圧コンバータは、発熱量の大きいパワー素子を多数用いる。他方、車両搭載機器にはコンパクト性も求められる。そこで、電気自動車用に、パワー素子を収めた平板型の複数の半導体パッケージと平板型の複数の冷却プレートを交互に積層した半導体積層ユニットが提案されている。

例えば、特許文献１には、複数の半導体パッケージ（電子部品）とこれらを冷却するための冷却媒体を内部に流通させる複数の冷却プレート（冷却管）とを交互に積層する半導体積層ユニット（積層型冷却器）が提案されている。その半導体積層ユニットは、半導体パッケージを両面から冷却することで、コンパクトで高い冷却能力を確保している。

特開２０１０−２００４７８号公報

上記の半導体積層ユニットは、次の構造を有する。即ち、冷却プレートには、半導体パッケージの当接領域の両側に貫通孔が形成されているとともに、その内部に一方の貫通孔から他方の貫通孔へと冷媒が通る流路が形成されている。隣接する冷却プレートの貫通孔同士が接続されている。また、半導体積層ユニットの積層方向の一方の端に位置する冷却プレート（以下、「最外冷却プレート」と称する場合もある）の２つの貫通孔の夫々に、冷媒を供給する供給管と冷媒を排出する排出管が接続されている。以下、隣り合う冷却プレートの貫通孔同士を接続する部分を接続管と称する。供給管と接続管は同じ軸上に配置される。供給管から最外冷却プレートへと流入した冷媒は、最外冷却プレート内へ向かう流れと、接続管を通じて下流の冷却プレートへと向かう流れに分かれる。次の冷却プレート内でも同様に分流し、順次下流の冷却プレートへと冷媒が流れる。冷媒は、複数の冷却プレートを平行に流れ、他方の貫通孔と接続管を通じて合流し、最終的に排出管から出ていく。

複数の冷却プレートに並列に冷媒を流す必要から、供給管からはかなり高い流速で冷媒が供給される。他方、上記のとおり、冷却プレートの貫通孔には接続管が接続され、供給管と接続管は同じ軸上に配置される。供給管から流入した高速の冷媒は最初の冷却プレートと接続管との接続部にぶつかり、流れが乱され、最初の冷却プレートへ向かう冷媒の量が比較的に多くなり、下流の冷却プレートに向かい難い。即ち、供給管に近い冷却プレートほど冷媒が流れ込み易く、供給管から遠い冷却プレートに比べると分配流量が増加する傾向にある。その一方で、供給管が接続されている最外冷却プレートは、半導体パッケージの当接領域が片側にだけ存在するため、両側に当接領域が存在する冷却プレートに比べて、同等の冷却性能は要求されない。つまり、夫々の冷却プレートにおいて、要求される冷却性能に対して冷媒の流量が適合しているとは言い難い。本明細書は、上記構造の半導体積層ユニットにおいて、要求される冷却性能に適した冷媒の流量を確保する技術を提供する。

特許文献１に開示された半導体積層ユニットでは、供給管と接続管は同じ軸上に配置されていた。これは、流路を形成する筒状の構造物は、一般に流体（冷媒）の流れ易さを考慮して、同軸状に配置されることが多いためであると推定される。しかしながら、供給管から流入した直後の高速の冷媒は、冷却プレートと接続管との接続部（特に角部）でその流れが乱され易い。

本明細書が開示する新規な半導体積層ユニットは、供給管の中心軸を、接続管の中心軸よりも冷却プレートの長手方向で冷却プレートの中央から離れる方向に偏心させる。以下、説明を簡単にするため、「冷却プレートの長手方向で冷却プレートの中央」を「冷却プレート長手方向中央」と称する。そして、供給管の中心軸と排出管の中心軸を通る仮想平面による半導体積層ユニットの断面における供給管の開口の両縁のうち冷却プレート長手方向中央に近い内側縁を、供給管に対向する接続管の開口の内側縁よりも冷却プレートの長手方向中央から離れて位置させる。これにより、供給管から流入した直後の冷媒が、冷却プレートと接続管との接続部よりも離れたところに多く流れるようになるため、接続部で乱される冷媒が減って、供給管が接続されている最外冷却プレートの流路に流れ込む冷媒の流量が減少する。その分、接続管を通じて下流の冷却プレートへと向かう冷媒が増加する。つまり、半導体パッケージの当接領域が片側にだけ存在する最外冷却プレートの冷媒流量が減少し、両側に半導体パッケージの当接領域が存在する冷却プレートの冷媒流量が増加する。これにより、複数の冷却プレートの夫々に要求される冷却性能を改善することができる。なお、供給管の中心軸とは、冷媒の流れ方向に沿った軸で、供給管の径方向断面の中心を通る軸のことである。また、接続管の中心軸とは、冷媒の流れ方向に沿った軸で、接続管の径方向断面の中心を通る軸のことである。

上記の半導体積層ユニットは、前述の断面において、供給管の開口の両縁のうち冷却プレート長手方向中央から遠い外側縁の冷却プレートの長手方向位置を、供給管に対向する接続管の開口の外側縁の冷却プレートの長手方向位置と同じにしてもよい。これにより、供給管の開口の外側縁を延長したその先に接続管の開口の外側縁が位置するため、供給管の外側縁付近を流れる冷媒は、その流れを妨げられることなく、その方向に沿ったまま接続管の外側縁に沿って流れる。従って、冷媒の流れがスムースになり圧力損失が減る。なお、供給管の開口と接続管の開口の夫々の外側縁の冷却プレートの長手方向位置は、冷媒の流れが乱されない範囲で同じであればよい。

また、上記の半導体積層ユニットは、冷却プレートの長手方向における供給管の内径を冷却プレートの長手方向における接続管の内径よりも小さくしてもよい。前述の断面における供給管の開口の両縁のうち冷却プレート長手方向中央に近い内側縁を、供給管に対向する接続管の開口の内側縁よりも冷却プレート長手方向中央から離れて位置させることは、換言すると、冷却プレートの長手方向における供給管の内径を冷却プレートの長手方向における接続管の内径よりも小さくすることとなる。

さらに、上記の半導体積層ユニットは、半導体積層ユニットの積層方向の一方の端または他方の端に位置する最外冷却プレートの流路断面積を、これらよりも内側に位置する冷却プレート（以下、「内側冷却プレート」と称する場合がある）の流路断面積よりも小さくしてもよい。これにより、最外冷却プレートの流路抵抗が、内側冷却プレートの流路抵抗よりも高まることから、これら内側冷却プレートを流れる冷媒の流量が増加する。このような流路断面積を適宜調整することで、最外冷却プレートよりも、両側に半導体パッケージの当接領域が存在する内側冷却プレートの流路に冷媒が多く流れるようにして、夫々の冷却プレートに要求される冷却性能に一層適するように冷媒の流量を制御できる。

上記の半導体積層ユニットは、供給管が接続される冷却プレートから最も離れて位置する冷却プレートを、接続管が接続されない貫通孔が内側に窪む凹形状を含んで閉塞してもよい。このような最遠端の冷却プレートの流路に流れ込む冷媒の流れは、凹形状により制御されるため、凹形状を適宜調整することで、最遠端の冷却プレートよりも両側に半導体パッケージの当接領域が存在する内側冷却プレートの流路に冷媒が多く流れるようにして、要求される冷却性能に適するように冷媒の流量を制御できる。

本明細書が開示する半導体積層ユニットの詳細、及び、さらなる改良については発明の実施の形態において説明する。

半導体積層ユニットの模試的斜視図である。 図２（Ａ）は、絶縁シートに挟まれる１個の半導体パッケージの斜視図で、図２（Ｂ）は、１個の冷却プレートの斜視図である。 図１のIII−III方向から見たときの半導体積層ユニットの断面図である。 冷却プレートごとの冷媒の流量分配特性を示す説明図である。 冷媒流量比に対する半導体パッケージの温度特性を示す説明図である。 第１変形例の半導体積層ユニットの部分断面図である。 第２変形例の半導体積層ユニットの部分断面図である。 第３変形例の半導体積層ユニットの部分断面図である。

図１に、半導体積層ユニット１００の模式的斜視図を示す。半導体積層ユニット１００は、電気自動車のモータに交流電力を供給するインバータの一部である。半導体積層ユニット１００は、インバータの電子回路のうち、特に発熱量の大きな素子、具体的には交流を発生するスイッチング素子（例えばＩＧＢＴなど）を集積したものである。半導体積層ユニット１００は、ＩＧＢＴなどの半導体素子を封止した平板型の複数のパッケージ（半導体パッケージ３）と平板型の複数の冷却プレート２を積層した構造を有している。別言すれば、半導体積層ユニット１００は、複数の冷却プレート２が平行に配置され、隣接する冷却プレート２の間に、半導体パッケージ３が挟まれた構造を有している。本実施例の半導体積層ユニット１００では、隣接する冷却プレート２の間に、２個の半導体パッケージ３が挟まれる。説明の都合上、冷媒の供給管７と排出管８（後述）が接続される冷却プレートを符号２ａで表し、冷却プレート２ａに近い方から遠い方へ向かって符号２ｂ〜２ｊを付す。特定の冷却プレートを指定しない場合は、「冷却プレート２」と表記する。

図２（Ａ）に絶縁シートに挟まれる半導体パッケージの斜視図、図２（Ｂ）に冷却プレート２単体の斜視図を示す。半導体パッケージ３と冷却プレート２の間には、絶縁シート４が挿入される。また、図示を省略しているが、各半導体パッケージ３からは電極が伸びており、他の回路と接続される。冷却プレート２の長手方向（図中のＸ軸方向）の両端には貫通孔１２ａ、１２ｂが設けられている。冷却プレート２の内部は空洞であり、一方の貫通孔１２ａから流入した冷媒が空洞を通り、他方の貫通孔１２ｂから出ていく。この空洞、即ち冷却プレート２の内部空間が流路に相当する。なお、この流路は、冷却プレート２の長手方向（図中のＸ軸方向）に延びることから、以下、「横流路」と称する。冷媒は、横流路を流れて冷却プレート２に接する半導体パッケージ３を冷却する。冷却プレート２の長手方向の中央１２ｄを中心とした範囲には、絶縁シート４を介して半導体パッケージ３が当接する当接領域１２ｃが定められている。

貫通孔１２ａ、１２ｂは、冷却プレート２の長手方向で当接領域１２ｃの両側に位置する。本実施形態では、貫通孔１２ａは冷却プレート２の長手方向に延びる小判形状の長孔であり、貫通孔１２ｂは、貫通孔１２ａの短径とほぼ同径の円形状である。図１に示すように、複数の冷却プレート２は平行に配置され、隣接する冷却プレート２の貫通孔同士が接続管５、６で接続される。これらの接続管５、６で接続されて冷却プレート２の積層方向に延びる流路を「縦流路」と称する。なお、積層体の一方の端に位置する冷却プレート（最外冷却プレート２ａ）の貫通孔の外側開口（積層体の端面に位置する開口）には、冷媒を供給する供給管７と冷媒を排出する排出管８が接続される。また、他方の端に位置する最外冷却プレート（図１の冷却プレート２ｊ）の貫通孔の外側開口は塞がれる。接続管５は、径方向の断面形状が円形状の円筒管で、接続管６は、径方向の断面形状が小判形状に扁平している長円筒管である。全ての冷却プレート２の内部空間（流路）は接続管５、６によって相互に連通している。供給管７から供給される冷媒は、一方の貫通孔と接続管５を通じて各冷却プレート内部に流入し、冷却プレート２の内部を横断し、他方の貫通孔と接続管６を通じて排出管８へ至る。なお、冷媒は液体であり、例えばＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ）である。また、冷却プレート２、接続管５、６は、例えばアルミニウムで作られる。

図３に、半導体積層ユニット１００を図１のＰ１−Ｐ２線に沿った仮想平面Ｐ１−Ｐ２で切断しIII−III線から見た断面図を示す。なお、仮想平面Ｐ１−Ｐ２は、供給管７の中心軸Ｊ１及び排出管８の中心軸Ｊ２を共に通る平面である。これらの中心軸Ｊ１、Ｊ２は、冷媒の流れ方向に沿った軸であり、それぞれの管の径方向断面の中心を通る（図中の一点鎖線Ｊ１−Ｊ１１、Ｊ２−Ｊ２２）。供給管７の中心軸Ｊ１と排出管８の中心軸Ｊ２を通る仮想平面Ｐ１−Ｐ２による半導体積層ユニット１００の断面において、供給管７の中心軸Ｊ１は、供給管７に対向する接続管５の中心軸Ｊ３よりも、最外冷却プレート２ａの長手方向で最外冷却プレート２の長手方向中央から離れる方向（図中のＸ矢印方向）、つまり最外冷却プレート２ａの横流路１５ａが延びる方向で半導体積層ユニット１００の外側に偏心している。また、この断面において、供給管７の開口端の両縁７ａ、７ｂのうち、最外冷却プレート２ａの長手方向中央に近い内側縁７ａは、供給管７に対向する接続管５の開口の内側縁５ａよりも最外冷却プレート２ａの長手方向中央から離れて位置する。なお、図３では、図を見易くするため、一部の横流路には符号１５ａを付すことを省略している。

このように構成することで、供給管７から流入した直後の冷媒は、接続管５の内側縁５ａに近い（中心軸Ｊ３から遠い）ところよりも、内側縁５ａから離れた接続管５の中心軸Ｊ３に近づいた範囲を多く流れるため、内側縁５ａにぶつかって流れが乱される冷媒の量が減る。これにより、冷媒の流れる方向が最外冷却プレート２ａの方に変わり難くなることから、最外冷却プレート２ａの横流路１５ａに流れ込む冷媒の流量が減少する。また、その分、縦流路１５ｂを通じて下流の冷却プレート２ｂ〜２ｊに向かう冷媒が増加するため、最外冷却プレート２ａよりも、下流の冷却プレート２ｂ〜２ｉの流路１５ａに冷媒を多く流すことが可能となる。

仮想平面Ｐ１−Ｐ２による断面における供給管７の開口の両縁７ａ、７ｂのうち最外冷却プレート２ａの長手方向中央に近い内側縁７ａを、接続管５の開口の内側縁５ａよりも最外冷却プレート２ａの長手方向中央から離れて位置させることは、換言すると、最外冷却プレート２ａの長手方向における供給管７の内径ｄ１は、最外冷却プレート２ａの長手方向における接続管５の内径ｄ２よりも小さい、ということである。

また、仮想平面Ｐ１−Ｐ２による断面における供給管７の開口の両縁７ａ、７ｂのうち最外冷却プレート２ａの長手方向中央から遠い外側縁７ｂの冷却プレート２ａの長手方向位置を、接続管５の外側縁５ｂの冷却プレート２ａの長手方向位置と同じにしている。つまり、供給管７の外側縁７ｂを延長したその先に接続管５の外側縁５ｂが位置するように構成している。そのため、供給管７の外側縁７ｂの近くを流れる冷媒は、その流れを妨げられることなく、外側縁７ｂの内壁を延長した方向に沿ったまま接続管５の外側縁５ｂに沿って流れる。従って、冷媒の流れがスムースになり圧力損失を減らすことが可能となる。

ところで、半導体積層ユニット１００では、供給管７より流入する冷媒は外部で加圧されて送られて来ることから、冷媒の流速が速い。そのため、接続管５の内側縁５ａにぶつかって流れが乱される冷媒は、その後、最外冷却プレート２ａよりも下流に位置する、２段目の冷却プレート２ｂや３段目の冷却プレート２ｃに流れ込み易いことが本願発明者らによって確認されている。図４に、冷却プレート２ａ〜２ｊごとの冷媒の流量分配特性を示す。なお、この図において、グラフＧ１は、前述したように、供給管７の中心軸Ｊ１を接続管５の中心軸Ｊ３よりも半導体積層ユニット１００の外側に偏心させ、かつ、最外冷却プレート２ａの内側縁７ａを接続管５の内側縁５ａよりも最外冷却プレート２ａの長手方向中央から離れて配置した構成（以下、「偏心構成」と称する）によるものである。これに対し、グラフＧ２は、接続管５の中心軸Ｊ３と供給管７の中心軸Ｊ１とを同じ軸上、つまり同心状に、接続管５と供給管７を配置した構成（以下、「同軸構成」と称する）によるものである。

図４に示す冷媒の流量分配特性から、偏心構成（グラフＧ１）では、前述した理由により、２段目の冷却プレート２ｂで、一旦、冷媒の流量分配率が増加した後、３段目の冷却プレート２ｃ以降では減少して、最下流の最外冷却プレート２ｊまで冷媒の流量分配率はほぼ一定であることがわかる。同軸構成（グラフＧ２）に比べて、１段目の冷却プレート２ａ、３段目、４段目の冷却プレート２ｃ、２ｄの流量分配率が低い分、５段目以降の冷却プレート２ｅ〜２ｊに分配される冷媒の流量が確保されているものと考えられる。これに対して、同軸構成によるものは、１段目の最外冷却プレート２ａから４段目の冷却プレート２ｄまでいずれも冷媒の流量分配率が偏心構成よりも高くなっている。その分、５段目以降の冷却プレート２ｅ〜２ｊに分配される冷媒の流量が減少するため、これらの流量分配率はいずれも偏心構成のものよりも低い。全体として、同軸構成よりも、本実施形態の半導体積層ユニット１００による構成（偏心構成）の方が３段目以降の冷却プレート２ｃ〜２ｊの流量分配率がほぼ一定で安定していることがわかる。

ところで、図４は、このような偏心構成を採用することにより、最外冷却プレート２ａ（１段目の冷却プレート）に分配される冷媒の流量は、同軸構成に比べて減少することを示している。しかし、２段目〜９段目の内側冷却プレート２ｂ〜２ｉは、その両側に半導体パッケージ３の当接領域１２ｃが存在するのに対して、最外冷却プレート２ａ、２ｊには当接領域１２ｃが片側にしか存在しない。そのため、最外冷却プレート２ａ、２ｊは、内側冷却プレート２ｂ〜２ｉと同等の冷却性能は要求されない。つまり、最外冷却プレート２ａ、２ｊに分配される冷媒の流量は、内側冷却プレート２ｂ〜２ｉに比べて少なくてもよいことになる。ここで、図５に、最外冷却プレート２ａ、２ｊに必要とされる冷却性能として、内側冷却プレート２ｂ〜２ｉと最外冷却プレート２ａ、２ｊの冷媒流量比に対する半導体パッケージ３の温度を試算した結果を示す。なお、この図において、グラフＧ３は、内側冷却プレート２ｂ〜２ｉにより冷却される半導体パッケージ３の温度特性を示し、また、グラフＧ４は、最外冷却プレート２ａ、２ｊにより冷却される半導体パッケージ３の温度特性を示す。

図５に示す半導体パッケージ３の温度特性から、全ての冷却プレート２ａ〜２ｊにより冷却される半導体パッケージ３の温度をほぼ同じにするためには、両温度特性の交点から、内側冷却プレート２ｂ〜２ｉと最外冷却プレート２ａ、２ｊの冷媒流量比が０．７前後であればよいことがわかる（望ましくは冷媒流量比は０．７がよい）。本実施形態では、冷却プレート２による半導体パッケージ３の冷却目標温度を例えば３．５℃に設定して、冷媒流量比を例えば０．６以上とした。これにより、最外冷却プレート２ａ、２ｊに流入させる冷媒の流量は、内側冷却プレート２ｂ〜２ｉに流入する冷媒の流量の３／５（＝０．６）で足りることになる。ここで、１段目の最外冷却プレート２ａに分配される冷媒の流量と、２段目〜９段目の内側冷却プレート２ｂ〜２ｉに分配される冷媒の流量との比（最外冷却プレート／内側冷却プレート）を、再び図４を参照して確認すると、偏心構成（図４のグラフＧ１）においては、０．６７（＝最外冷却プレート２ａの分配率／内側冷却プレート２ｂの分配率）〜０．７５（＝最外冷却プレート２ａの分配率／内側冷却プレート２ｃの分配率）であることがわかる。従って、冷媒流量比０．６（＝３／５）以上を確保できていることから、最外冷却プレート２ａによる冷却性能は十分に発揮されていることが確認された。偏心構成を採ることにより、各冷却プレート２ａ〜２ｊに要求される冷却性能に適した冷媒の流量を確保することが可能となる。

このような偏心構成は、供給管７の内径と、最外冷却プレート２ａに形成される供給管７用の貫通孔の形状を変更すればよく、残りの冷却プレート２ｂ〜２ｊについて形状変更などを要しない。従って、部品点数の増加などによる製造コストの上昇を最小限に抑えつつも、上述したような要求される冷却性能に適した冷媒流量の確保を可能にし、いずれの半導体パッケージ３においてもその温度がほぼ均一となるように冷却することができる。

図６に、第１変形例の半導体積層ユニットの部分断面図を示す。この例による半導体積層ユニット２００では、最外冷却プレート２ａの空洞（内部空間）を形成する内壁に突起２１を設ける。突起２１は、最外冷却プレート２ａの横流路１５ａの横手方向（図中のＺ軸方向）に延びており、横流路１５ａの横手方向全体に亘って横流路１５ａを狭めている。これにより、横流路１５ａの一部の流路断面積は、内側冷却プレート２ｂ〜２ｉの横流路１５ａの流路断面積よりも小さくなるので、最外冷却プレート２ａの流路抵抗が内側冷却プレート２ｂ〜２ｉの流路抵抗よりも高まる。従って、このような一部の流路断面積を適宜調整することによって、最外冷却プレート２ａに分配される冷媒流量の減少分、及び、相対的に増加する内側冷却プレート２ｂ〜２ｉに流れる冷媒の流量を制御することができるため、目標の冷媒流量比０．６（＝３／５）に近づけることが可能となる。

図７に、第２変形例の半導体積層ユニット３００の部分断面図を示す。この例による半導体積層ユニット３００では、最外冷却プレート２ｊの空洞（内部空間）を形成する内壁に突起３１を設ける。突起３１は、最外冷却プレート２ｊの横流路１５ａの横手方向（図中のＺ軸方向）に延びており、横流路１５ａの横手方向全体に亘って横流路１５ａを狭めている。これにより、図６に示す第１変形例と同様に、最外冷却プレート２ｊの流路抵抗が内側冷却プレート２ｂ〜２ｉの流路抵抗よりも高まるため、このような一部の流路断面積を適宜調整することによっても、最外冷却プレート２ｊに分配される冷媒流量の減少分、及び、相対的に増加する内側冷却プレート２ｈ、２ｉなどに流れる冷媒の流量を制御することができる。従って、第２変形例の半導体積層ユニット３００も目標の冷媒流量比０．６（＝３／５）に近づける制御が可能となる。

図８に、第３変形例の半導体積層ユニット４００の部分断面図を示す。この例による半導体積層ユニット４００では、最外冷却プレート２ｊの貫通孔１２ａを閉塞する部分にほぼ半球状の窪み４１を設ける。窪み４１は、最外冷却プレート２ｊに接続される接続管５の中心軸Ｊ３の軸方向（図中のＹ矢印方向）に突出して、最外冷却プレート２ｊの貫通孔１２ａに接続された接続管５の開口部５ｃを狭めるように突出している。また、この窪み４１により、最外冷却プレート２ｊの横流路１５ａと接続管５の縦流路１５ｂと接続開口部１５ｃも狭くなるため、横流路１５ａの一部の流路断面積も小さくなる。これにより、図６に示す第１変形例や図７に示す第２変形例と同様に、最外冷却プレート２ｊの流路抵抗が内側冷却プレート２ｂ〜２ｉの流路抵抗よりも高まり、このような一部の流路断面積を適宜調整することで、内側冷却プレート２ｈ、２ｉなどの冷媒の流量を制御することができる。また、縦流路１５ｂの内側に球面状に突出する窪み４１によって、縦流路１５ｂを流れる冷媒の流れを最外冷却プレート２ｊの横流路１５ａの方向へ整える整流作用も得られるため、窪み４１の半球形状を適宜調整することで、半導体積層ユニット４００の全体で発生する圧力損失を低減することができる。

以上説明した実施形態や各変形例において、接続管５、供給管７及び排出管８は、径方向の断面が円形や小判状の長円形でなく、矩形や多角形あるいは冷却プレート２の長手方向に扁平した矩形や多角形でもよい。また、接続管５は、冷却プレート２と別部材でなく、冷却プレート２と一体で成形されるものであってもよい。例えば、冷却プレート２が筐体を構成する２枚の外板で構成され、その外板に、貫通孔の開口の周縁が突き出ている接続部が形成されていてもよい。そのような接続部付きの外板は、プレス加工で容易に形成することが可能である。

また、実施例の半導体積層ユニット１００では、仮想平面Ｐ１−Ｐ２による断面における接続管６の内径ｄ３は、接続管５の内径ｄ２よりも小さい（図３参照）。接続管６の内径ｄ３は接続管５の内径ｄ２と同じであってもよい。また、実施例の半導体積層ユニット１００では、仮想平面Ｐ１−Ｐ２による断面における排出管８の内径ｄ４は、接続管６の内径ｄ３よりも大きい（図３参照）。排出管８の内径ｄ４は接続管６の内径ｄ３と同じであってもよい。

実施例技術に関する留意点を述べる。最外冷却プレート２ａが、半導体積層ユニットの積層方向の一方の端に位置する冷却プレートの一例に相当する。また、最外冷却プレート２ｊが、半導体積層ユニットの積層方向の他方の端に位置する冷却プレートの一例に相当する。接続管５の内側縁５ａや外側縁５ｂが、「冷却プレートと接続管との接続部」の一例に相当する。貫通孔１２ａが一方の貫通孔の一例、また貫通孔１２ｂが他方の貫通孔の一例、に相当する。冷却プレート２の横流路１５ａが流路の一例に相当する。半導体積層ユニット４００の窪み４１が凹形状の一例に相当する。内径ｄ１が供給管の内径の一例、また内径ｄ２が接続管の内径の一例、にそれぞれ相当する。中心軸Ｊ１が供給管の中心軸の一例、中心軸Ｊ２が排出管の中心軸の一例、中心軸Ｊ３が接続管の中心軸の一例、にそれぞれ相当する。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。また、本明細書又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、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、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：冷却プレート
２ａ、２ｊ：最外冷却プレート
２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉ：内側冷却プレート
３：半導体パッケージ
４：絶縁シート
５、６：接続管
５ａ：内側縁
５ｂ：外側縁
７：供給管
７ａ：内側縁
７ｂ：外側縁
８：排出管
１２ａ、１２ｂ：貫通孔
１２ｃ：当接領域
１２ｄ：長手方向中央
１５ａ：横流路
１５ｂ：縦流路
２１、３１：突起
４１：窪み４１
１００、２００、３００、４００：半導体積層ユニット
ｄ１、ｄ２：内径
Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３：中心軸
Ｐ１−Ｐ２：仮想平面

Claims (5)

1. 平板型の複数の冷却プレートと、半導体素子を収めた平板型の複数の半導体パッケージを交互に積層した半導体積層ユニットであり、
   冷却プレートの長手方向で半導体パッケージ当接領域の両側に貫通孔が形成されているとともに、冷却プレートの内部に一方の貫通孔から他方の貫通孔へと冷媒が通る流路が形成されており、
   隣接する冷却プレートの貫通孔同士が接続管によって接続されており、
   半導体積層ユニットの積層方向の一方の端に位置する冷却プレートの２つの貫通孔の夫々に、冷媒を供給する供給管と冷媒を排出する排出管が接続されており、
   供給管の中心軸と排出管の中心軸を通る仮想平面による半導体積層ユニットの断面において、供給管の中心軸が、供給管に対向する接続管の中心軸よりも、冷却プレートの長手方向で冷却プレートの中央（以下、「冷却プレート長手方向中央」と称する）から離れる方向に偏心しており、かつ、前記断面における供給管の開口の両縁のうち冷却プレート長手方向中央に近い内側縁が供給管に対向する接続管の開口の内側縁よりも、冷却プレート長手方向中央から離れて位置していることを特徴とする半導体積層ユニット。
2. 前記断面において、供給管の開口の両縁のうち冷却プレート長手方向中央から遠い外側縁の冷却プレートの長手方向位置が、供給管に対向する接続管の開口の外側縁の冷却プレートの長手方向位置と同じであることを特徴とする請求項１に記載の半導体積層ユニット。
3. 前記断面において、冷却プレートの長手方向における供給管の内径は、冷却プレートの長手方向における接続管の内径よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体積層ユニット。
4. 半導体積層ユニットの積層方向の一方の端または他方の端に位置する冷却プレートの流路断面積は、これらよりも内側に位置する冷却プレートの流路断面積よりも小さいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体積層ユニット。
5. 供給管が接続される冷却プレートから最も離れて位置する冷却プレートは、接続管が接続されない貫通孔が内側に窪む凹形状を含んで閉塞されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体積層ユニット。

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