JP7024870B2 - 冷却装置、半導体モジュールおよび車両 - Google Patents

冷却装置、半導体モジュールおよび車両 Download PDF

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Description

本発明は、冷却装置、半導体モジュールおよび車両に関する。
従来、パワー半導体チップ等の半導体素子を含む半導体モジュールにおいて、冷却装置を設けた構成が知られている（例えば、特許文献１－５参照）。
特許文献１ 国際公開第２０１６／２０４２５７号
特許文献２ 国際公開第２０１６／０２１５６５号
特許文献３ 特開２０１４－１７９５６３号公報
特許文献４ 特開２０１５－６５３１０号公報
特許文献５ 特許第５５６５４５９号公報
 解決しようとする課題
冷却装置は、小型化が容易な構造を有することが好ましい。
一般的開示
本発明の第１の態様においては、半導体チップを含む半導体モジュール用の冷却装置を提供する。冷却装置は、下面を有する天板と、ケース部とを備えてよい。ケース部は、天板の下面側に配置されて冷媒を流通するための流通部、流通部を囲む外縁部、および外縁部の内側に設けられた側壁を含んでよい。ケース部は、上面視で２組の対向する辺を有してよい。側壁は、上面視で１組の前記対向する辺に平行な第１方向における流通部の幅を、第１方向と直交する第２方向に沿って変化させる第１の絞り部を含んでよい。天板およびケース部を外部装置に締結するための締結部が天板および前記外縁部が重なって配置された部分に設けられてよい。締結部は、第１方向に、第１の絞り部に対向して配置されてよい。
ケース部は、４つの角部を有する底板を含んでよい。流通部は、底板と天板の下面との間に配置されてよい。底板の少なくとも一つの角部には、流通部と外部とを接続する第１の開口部が設けられてよい。第２方向において、第１の開口部から第１の絞り部までの距離は、第１の開口部から底板の第２方向における中心位置までの距離よりも短くてよい。第２方向と平行な方向であって、第１の開口部から第１の絞り部に向かう方向において第１の絞り部の前後で、流通部の幅が狭まっていてよい。
冷却装置は、流通部に配置された冷却フィンを備えてよい。冷却フィンは、第１方向に沿って設けられた第１の経路と、第１方向に沿って設けられ、第１の経路よりも圧力損失が大きい第２の経路と、を有してよい。第１方向において、第２の経路の第２方向における少なくとも一部が、第１の絞り部と対向して配置されてよい。
側壁は、第２の経路よりも流通部における冷媒の流通経路の下流側に、底板を挟んで第１の絞り部に対向する側に設けられ、第１方向における流通部の幅を、上面視で第２方向に沿って変化させる第２の絞り部を含んでよい。
底板の少なくとも一つの角部には、流通部と外部とを接続する第２の開口部が設けられてよい。上面視における底板の中心を基準として、第１の開口部と第２の開口部とが対称に配置され、第１の絞り部と第２の絞り部とが対称に配置されてよい。
側壁は、１組の対向する辺の一方に、第１の絞り部を複数含んでよい。第１の開口部に最も近い１つの第１の絞り部の第１方向における幅が、他の１つの第１の絞り部の第１方向における幅よりも大きくてよい。
締結部は、天板およびケース部を貫通する貫通孔を含んでよい。上面視において、貫通孔の少なくとも一部分は、側壁よりも第１方向におけるケース部の中央側に設けられてよい。
上面視で、第１の開口部は、第１の絞り部よりも第１方向におけるケース部の外側に配置されてよい。第１方向において、第１の絞り部よりも下流側における流通部の流通経路の幅が、第１の開口部から第１の絞り部までの間における流通部の流通経路の幅の２／３以下であってよい。
半導体チップは、天板の上方に、第２方向に複数配置されてよい。第１の絞り部は、流通部の流通経路の最も上流側に配置される半導体チップよりも、流通部の流通経路の下流側に配置されてよい。
第１方向において、半導体チップと第１の絞り部とが対向して配置されなくてよい。第２方向において、半導体チップは、流通部の流通経路の上流側から第１領域、第２領域および第３領域に分けて配置されてよい。第２方向において、第１の絞り部は、第１領域と第２領域との間に配置されてよい。第１の絞り部は、曲線状に設けられてよい。第１の絞り部の曲率は、貫通孔の円弧の曲率よりも大きくてよい。第１の開口部の直径は、第１の絞り部の第１方向における幅の０．５倍以上２倍以下であってよい。第２方向において第１の絞り部の前後で、外縁部の幅が異なっていてよい。貫通孔の全体は、第２方向に、第１の絞り部に対向して配置されてよい。
本発明の第２の態様においては、第１の態様に係る冷却装置と、天板の上方に配置された半導体装置と、を備える半導体モジュールを提供する。
本発明の第３の態様においては、本発明の第２の態様に係る半導体モジュールを備える車両を提供する。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す模式的な断面図である。 上面視（ｘｙ面）における天板２０の形状の一例を示す図である。 上面視（ｘｙ面）におけるケース部４０の形状の一例を示す図である。 図３における第１の開口部４２－１、締結部８５－２および第１の絞り部６８の近傍の拡大図である。 図３における第１の開口部４２－１、締結部８５－２および第１の絞り部６８の近傍の他の拡大図である。 図３に示すケース部４０において、底板６４の中心および底板６４の第２方向における中心位置を示した図である。 比較例のケース部２４０の上面視（ｘｙ面）における形状を示す図である。 図３における領域Ａの拡大図である。 図８におけるａ－ａ'断面の一例を示す図である。 上面視（ｘｙ面）におけるケース部４０の形状の他の一例を示す図である。 上面視（ｘｙ面）におけるケース部４０の形状の他の一例を示す図である。 天板２０およびケース部４０を分離して示した斜視図である。 本発明の一つの実施形態に係る車両２００の概要を示す図である。 本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の主回路図である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す模式的な断面図である。半導体モジュール１００は、半導体装置７０および冷却装置１０を備える。本例の半導体装置７０は、冷却装置１０に載置されている。本明細書では、半導体装置７０が載置されている冷却装置１０の面をｘｙ面とし、ｘｙ面と垂直な軸をｚ軸とする。本明細書では、ｚ軸方向において冷却装置１０から半導体装置７０に向かう方向を上、逆の方向を下と称するが、上および下の方向は、重力方向に限定されない。また本明細書では、各部材の面のうち、上側の面を上面、下側の面を下面、上面および下面の間の面を側面と称する。本明細書において、上面視とは、ｘｙ面の上方からｚ軸方向に対象物を見る場合を意味する。
半導体装置７０は、パワー半導体チップ等の半導体チップ７８を１つ以上含む。一例として半導体チップ７８には、シリコン等の半導体基板に形成された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が設けられている。
半導体装置７０は、回路基板７６と、収容部７２とを有する。回路基板７６は、一例として絶縁基板に回路パターンが設けられた基板である。回路基板７６には、はんだ等を介して半導体チップ７８が固定されている。収容部７２は、樹脂等の絶縁材料で形成されている。収容部７２は、半導体チップ７８、回路基板７６および配線等を収容する内部空間を有する。収容部７２の内部空間には、半導体チップ７８、回路基板７６および配線等を封止する封止部７４が充填されていてよい。封止部７４は、例えばシリコーンゲルまたはエポキシ樹脂等の絶縁部材である。
冷却装置１０は、天板２０およびケース部４０を有する。天板２０は、ｘｙ面と平行な上面２２および下面２４を有する板状の金属板であってよい。一例として天板２０は、アルミニウムを含む金属で形成されている。天板２０の上面２２には、半導体装置７０が載置される。天板２０には、半導体チップ７８が発生した熱が伝達される。例えば天板２０および半導体チップ７８の間には、回路基板７６、金属板およびはんだ等の熱伝導性の部材が配置されている。
回路基板７６は、はんだ等により天板２０の上面２２に直接的に固定されていてよい。この場合、収容部７２は、天板２０の上面２２において回路基板７６等が配置された領域を囲んで設けられる。他の例では、半導体装置７０は収容部７２の内部空間に露出する金属板を有しており、当該金属板の上面に回路基板７６が固定され、当該金属板が天板２０の上面２２に固定されていてもよい。
ケース部４０は、冷媒が流通する冷媒流通部９２と、ｘｙ面において冷媒流通部９２を囲むように配置された外縁部６２とを含む。外縁部６２は、天板２０の下面２４に接続される部分である。本例のケース部４０は、底板６４および側壁６３を有する。底板６４は、天板２０に対向するように、天板２０からｚ軸方向に離間して配置されている部分である。底板６４は、ｘｙ面に平行に配置されていてよい。側壁６３は、外縁部６２と底板６４とを接続する部分である。具体的には、側壁６３は、外縁部６２の内側面１３ａと、底板６４の周面とを接続してよい。側壁６３は、外縁部６２の内側に設けられる。側壁６３は、外縁部６２より内側で冷媒流通部を取り囲む。外縁部６２、側壁６３、および底板６４は、同じ材料で一体的に形成されてよい。外縁部６２と側壁６３とは、底板６４の周縁に沿って設けられた枠部４１の形状（フレーム形状）を構成する。
冷媒流通部９２は、天板２０の下面２４側に配置されている。冷媒流通部９２は、水等の冷媒が流通する領域である。冷媒流通部９２は、天板２０の下面２４に接する密閉空間であってよい。また、ケース部４０は、外縁部６２において、天板２０の下面２４に直接または間接に密着して配置されている。これにより、冷媒流通部９２を密閉している。具体的には、外縁部６２の上面１６は、天板２０の下面２４に直接または間接に密着して配置されている。つまり、外縁部６２の上面１６と、天板２０の下面２４とは、冷媒流通部９２を密閉するように設けられている。
なお、間接に密着とは、天板２０の下面２４とケース部４０との間に設けられた、シール材、接着剤、または、その他の部材を介して、天板２０の下面２４とケース部４０とが密着している状態を指す。具体的には、外縁部６２の上面１６と、天板２０の下面２４との間には、シール材または他の部材が設けられていてよい。密着は、冷媒流通部９２の内部の冷媒が、当該密着部分から漏れ出ない状態を指す。
冷媒流通部９２の内部には冷却フィン９４（ｃｏｏｌｉｎｇ ｆｉｎｓ）が配置されている。冷却フィン９４は、天板２０の下面２４と接続されていてよい。冷媒が、冷却フィン９４の近傍を通過することで、半導体チップ７８によって発生した熱が冷媒に受け渡される。これにより、半導体装置７０を冷却できる。
本例では、天板２０およびケース部４０の各部材の間はロウ付けされている。一例として、天板２０およびケース部４０は、同一組成の金属で形成されており、ロウ材は、天板２０等よりも融点の低い金属で形成されている。天板２０およびケース部４０を形成する金属として、アルミニウムを含む金属が用いられてよい。アルミニウムを含む金属として、Ａｌ－Ｍｎ系合金（３０００系アルミニウム合金）、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金（６０００系アルミニウム合金）などのアルミニウム合金が用いられてよい。ロウ材としてＡｌ－Ｓｉ系合金（４０００系アルミニウム合金）などのアルミニウム合金が用いられてよい。
底板６４は、天板２０の下面２４との間に冷媒流通部９２を有して配置されている。本例の底板６４には、２つ以上の開口部４２が設けられている。開口部４２は、冷媒流通部９２に冷媒を導入する少なくとも一つの開口部、および冷媒流通部９２から冷媒を導出する少なくとも一つの開口部を含んでよい。開口部４２には、冷媒を搬送するパイプ９０が接続される。パイプ９０は、底板６４を基準として、冷却フィン９４とは逆側（本例ではｚ軸負側）に突出している。
側壁６３は、外縁部６２と底板６４とを接続することで、冷媒流通部９２を画定する。外縁部６２の内側面１３ａは、ｘｙ面における外縁部６２の内周面であってよい。底板６４の周縁は、ｘｙ面における底板６４の外周部分である。外縁部６２の内側面１３ａが冷媒流通部９２に面する側面であり、外縁部６２の下面と側壁６３の上面とが連結されてもよい。
天板２０とケース部４０は、互いを締結する締結部８０を有する。締結部８０は、半導体モジュール１００を外部の装置に固定するのに用いられてもよい。締結部８０は、天板２０と外縁部６２とが重なっている部分に設けられてよい。一例として締結部８０は、天板２０およびケース部４０が、直接または間接に密着してｚ軸方向において重なって配置された領域であって、天板２０およびケース部４０を貫通する貫通孔７９が形成された領域である。図１では、貫通孔７９が形成された天板２０およびケース部４０の領域を破線で示している。本例の締結部８０は、外縁部６２に設けられている。
図２は、上面視（ｘｙ面）における天板２０の形状の一例を示す図である。天板２０は、上面視において２組の対向する辺２６、２８を有する。本例の天板２０は、短辺２６と、長辺２８とを有する略矩形形状である。天板２０は、４つの角部２９を有する。本明細書では、短辺２６が伸びる方向をｙ軸とし、長辺２８が伸びる方向をｘ軸とする。
また、長辺２８および短辺２６で規定される矩形の外周８８を、天板２０の外周とする。つまり外周８８の形状は、天板２０の長辺２８および短辺２６に対する凹凸を、長辺２８および短辺２６の延長線で置き換えた形状である。図２においては、外周８８を破線で示している。
角部２９は、天板２０の外周８８における各頂点近傍の領域を指す。一例として、図２において一点鎖線で示すように、天板２０の外周８８をｘ軸およびｙ軸のそれぞれにおいて４等分してできる１６の領域のうち、外周８８の角に配置されている４つの領域を角部２９とする。本例では、ケース部４０の開口部４２と対向して配置された角部２９を第１の角部２９－１とし、他の角部２９を第２の角部２９－２とする。
天板２０には、図１に示した締結部８０の一部である１つ以上の締結部８１が設けられている。本例において、締結部８１－１は辺２８と重なって設けられる。また、締結部８１－２は、角部２９－１および角部２９－２に設けられる。
それぞれの締結部８１は、図１に示した貫通孔７９の一部である貫通孔８６を有する。貫通孔８６は、外周８８の外側に配置されていてよく、外周８８の内側に配置されていてよく、外周８８と重なって配置されていてもよい。
図３は、上面視（ｘｙ面）におけるケース部４０の形状の一例を示す図である。本例では、外縁部６２の外形が、ケース部４０の外形に相当する。ケース部４０は、上面視において２組の対向する辺４６、４８を有する。辺４６、４８は、上面視においてケース部４０の外形の辺を意味してよい。本例のケース部４０は、短辺４６と長辺４８とを有する略矩形形状である。
ケース部４０は、４つの角部１９を有する底板６４を含む。角部１９は、ケース部４０の外周８９における各頂点近傍の領域を指す。少なくとも一つの角部１９には、冷媒流通部９２と外部とを接続する開口部４２が設けられる。本例では、開口部４２が配置された角部１９を第１の角部１９－１とし、他の角部１９を第２の角部１９－２とする。本例では、１つの第１の角部１９－１には、第１の開口部４２－１が設けられ、他の１つの第１の角部１９－１には、第２の開口部４２－２が設けられる。第１の角部１９－１には、開口部４２の全体が含まれてよく、一部分だけが含まれていてもよい。図３においては、外周８８のうち開口部４２と対向する領域を破線で示している。
本例において、天板２０の辺２６とケース部４０の辺４６とは上面視で重なる。また、天板２０の辺２８とケース部４０の辺４８とは上面視で重なる。即ち、本例のケース部４０のｘｙ面における外形は、天板２０の外形と同一である。また、図３においては、天板２０の外周８８を、ケース部４０の形状に重ねて示している。
本例において、底板６４の角部１９と天板２０の角部２９とは対向して配置されてよい。より具体的には、ｘ軸正側且つｙ軸正側の角部１９－１と、ｘ軸正側且つｙ軸正側の角部２９－１が対向して配置されてよい。ｘ軸正側且つｙ軸負側の角部１９－２と、ｘ軸正側且つｙ軸負側の角部２９－２が対向して配置されてよい。ｘ軸負側且つｙ軸正側の角部１９－２と、ｘ軸負側且つｙ軸正側の角部２９－２が対向して配置されてよい。ｘ軸負側且つｙ軸負側の角部１９－１と、ｘ軸負側且つｙ軸負側の角部２９－１が対向して配置されてよい。
外縁部６２は、冷媒流通部９２側の内側面１３ａと、内側面１３とは逆側の外側面１１とを有する。本例における各側面は、ｘｙ面とは略垂直な面である。側壁６３の内側面１３ｂは、冷媒流通部９２に面する側面である。
側壁６３は、１組の対向する辺４６に平行な第１方向（本例においてはｙ軸方向）における冷媒流通部９２の幅を、上面視で第１方向と直交する第２方向（本例においてはｘ軸方向）に沿って変化させる第１の絞り部６８を含む。即ち、図３において第１の開口部４２－１と第１の絞り部６８との間の冷媒流通部９２の第１方向の幅をＷｖ１とし、第１の絞り部６８よりもｘ軸負側（即ち、第１の開口部４２－１とは逆側）における冷媒流通部９２の第１方向の幅をＷｖ２とすると、第１の絞り部６８は、冷媒流通部９２の幅を、第２方向に沿って幅Ｗｖ１から幅Ｗｖ２に変化させる。幅Ｗｖ２は、幅Ｗｖ１より小さい。
本例において、外周８９は、第２方向において第１の開口部４２－１と第１の絞り部６８との間の内側面１３ｂの延長線と、第２方向において第２の開口部４２－２と第２の絞り部６９との間の内側面１３ｂの延長線と、辺４６に平行な一対の内側面１３ｂの延長線とで画定される、上面視で矩形形状である。第１の絞り部６８よりも第１の開口部４２－１側における外縁部６２のｙ軸方向の幅を、幅Ｗａとする。第１の絞り部６８よりも第１の開口部４２－１とは逆側における外縁部６２のｙ軸方向の幅を、幅Ｗｂとする。本例において、幅Ｗａは幅Ｗｂよりも小さい。つまり、ｘ軸方向において第１の絞り部６８の前後で、外縁部６２の幅が異なっている。第１の絞り部６８よりも第１の開口部４２－１とは逆側における外縁部６２において、外周８９と当該外縁部６２は上面視で重なってよい。
第１の絞り部６８における外縁部６２のｙ軸方向の幅は、ｘ軸方向に沿って、幅Ｗａから幅Ｗｂまで連続的に変化してよい。第１の絞り部６８における内側面１３ｂは、上面視において曲線形状を有してよい。
側壁６３は、底板６４を挟んで第１の絞り部６８に対向する側に設けられた第２の絞り部６９を含んでよい。第２の絞り部６９は、第１方向における冷媒流通部９２の幅を、上面視で第２方向に沿って変化させる。第２の開口部４２－２と第２の絞り部６９との間の冷媒流通部９２の第１方向の幅は、幅Ｗｖ１であってよい。第２の絞り部６９よりもｘ軸正側（即ち、第２の開口部４２－２とは逆側）における冷媒流通部９２の第１方向の幅は、幅Ｗｖ２であってよい。第２の絞り部６９は、冷媒流通部９２の幅を、第２方向に沿って幅Ｗｖ１からＷｖ２に変化させる。冷媒流通部９２の第１方向の幅は、第２方向に沿って、第１の開口部４２－１から第１の絞り部６８までの間で幅Ｗｖ１、第１の絞り部６８から第２の絞り部６９までの間で幅Ｗｖ２、第２の絞り部６９から第２の開口部４２－２までの間で幅Ｗｖ１であってよい。
第２の絞り部６９よりも第２の開口部４２－２側における外縁部６２のｙ軸方向の幅は、幅Ｗａであってよい。第２の絞り部６９よりも第２の開口部４２－２とは逆側における外縁部６２のｙ軸方向の幅は、幅Ｗｂであってよい。本例において、ｘ軸方向における第２の絞り部６９の前後で、外縁部６２の幅が異なっている。第２の絞り部６９よりも第２の開口部４２－２とは逆側における外縁部６２において、外周８９と当該外縁部６２は上面視で重なってよい。
第２の絞り部６９における外縁部６２のｙ軸方向の幅は、ｘ軸方向に沿って、幅Ｗａから幅Ｗｂまで連続的に変化してよい。第２の絞り部６９における内側面１３は、上面視において曲線形状を有してよい。
冷却フィン９４および半導体チップ７８は、上面視で底板６４と重なって設けられる。図３においては、上面視における冷却フィン９４および半導体チップ７８の配置の一例を示している。本例において、冷却フィン９４は図３における太い破線の領域に配置される。本例において、半導体チップ７８は、第１方向（ｙ軸方向）に２つ、第２方向（ｘ軸方向）に３つ配置される。
冷却フィン９４は、第１方向（ｙ軸方向）に沿って設けられた第１の経路９８および第２の経路９９を有してよい。第２の経路９９は、第１の経路９８よりも、冷媒が流入する単位面積あたりの圧力損失が大きくてよい。第１の経路９８は、上面視で被冷却体（即ち半導体チップ７８）を含んで配置されてよい。また、第２の経路９９は、ｘ軸方向に隣り合う２つの被冷却体（即ち半導体チップ７８）の間に配置されてよい。
本例の冷却装置１０は、側壁６３が第１の絞り部６８を含むので、第１の開口部４２－１から流入した冷媒が第１の絞り部６８に到達すると、冷媒の圧力が上昇し、被冷却体（本例においては半導体チップ７８）が配置される第１方向へ流れる冷媒が増加する。このため、半導体モジュール１００の冷却効率を向上させることができる。このため、半導体モジュールの電力変換能力を向上させることができる。
ケース部４０には、図１に示した締結部８０の一部である１つ以上の締結部８５が設けられる。本例において、締結部８５－１は辺４８と重なって設けられる。また、締結部８５－２は、角部２９－１および角部２９－２に設けられる。それぞれの締結部８５は、ケース部４０の外周８９の外側に突出して設けられている。
それぞれの締結部８５は、図１に示した貫通孔７９の一部である貫通孔８６を有する。貫通孔８６は、外周８９の外側に配置されていてよく、外周８９の内側に配置されていてよく、外周８９と重なって配置されていてもよい。
第２の絞り部６９は、第２の経路９９－１および第２の経路９９－２よりも冷媒流通部９２における冷媒の流通経路の下流側に設けられてよい。即ち、冷媒が第１の開口部４２－１から導入され第２の開口部４２－２から導出される場合、第１の開口部４２－１から導入された冷媒は、第２の経路９９－１および第２の経路９９－２を通過した後に第２の絞り部６９に到達してよい。
第２方向（ｘ軸方向）において、半導体チップ７８は、冷媒流通部９２の流通経路の上流側から第１領域５０、第２領域５２および第３領域５４に分けて配置されてよい。第１の絞り部６８は、第２方向において第１領域５０と第２領域５２との間に配置されてよい。
圧力損失の少ない流路を流れる冷媒は、運動エネルギーによって下流まで流れようとする性質がある。このため、側壁６３が第１の絞り部６８を含まない場合、第１の開口部４２－１から導入された冷媒は、ｙ軸負側に方向を変えにくい。このため、当該冷媒は被冷却体（半導体チップ７８）の方向へ流れにくい。このため、冷媒は流路の末端側の被冷却体（本例においては半導体チップ７８－４および半導体チップ７８－１）に集中しやすい。このため、側壁６３が第１の絞り部６８を含まない場合、複数の半導体チップを均等に冷却することが困難である。
本例は、第１の絞り部６８が第２方向において第１領域５０と第２領域５２との間に配置されるので、冷媒が第１の絞り部６８により流路を第１方向に曲げられる。このため、冷媒が第２方向における半導体チップ７８の間を通過しやすくなる。このため、半導体モジュール１００の冷却効率を向上させることができる。
また、本例は側壁６３が第１の絞り部６８を含むので、第１の開口部４２－１から導入された冷媒は、第１の絞り部６８により流路を第１方向に曲げられ、第２の開口部４２－２から排出されやすい。このため、本例の半導体モジュール１００は、冷媒循環装置の能力を節減することできる。このため、冷媒循環装置を低コスト化することができる。また、冷媒循環装置を小型化することができる。
図４は、図３における第１の開口部４２－１、締結部８５－２および第１の絞り部６８の近傍の拡大図である。冷媒流通部９２の幅が、ｘ軸負方向において、幅Ｗｖ１（図３参照）から減少し始める内側面１３の第２方向における位置を位置Ｐ１とし、位置Ｐ１の第１方向における位置を位置Ｐ３とする。また、冷媒流通部９２の幅が、ｘ軸正方向において、Ｗｖ２（図３参照）から増加し始める内側面１３の第２方向における位置を位置Ｐ２とし、位置Ｐ２の第１方向における位置を位置Ｐ４とする。
第１の絞り部６８は、第２方向において位置Ｐ１と位置Ｐ２との間の側壁６３を指してよい。位置Ｐ１および位置Ｐ２は、それぞれ第１の絞り部６８の第２方向における端部位置である。幅Ｗ２は、第１の絞り部６８の第２方向における幅である。位置Ｐ３および位置Ｐ４は、それぞれ第１の絞り部６８の第１方向における端部位置である。幅Ｗ１は、第１の絞り部６８の第１方向における幅である。なお、幅Ｗｂは、幅Ｗａと幅Ｗ１の和に等しい。側壁６３の位置Ｐ１及び位置Ｐ２は、第１領域５０に対し下流側（ｘ軸負側）に設けられてよい。側壁６３の位置Ｐ１は、冷媒流通部９２を間に挟んで、第１方向に、第２の経路９９－１に対向して設けられてよい。
図４において、締結部８５－１のｘ軸正側の端部位置を位置Ｔ１とし、締結部８５－１のｘ軸負側の端部位置を位置Ｔ２とする。１つの締結部８５－１は、第１方向に、第１の絞り部６８に対向して配置される。締結部８５－１が、第１方向に第１の絞り部６８に対向して配置されるとは、上面視において、締結部８５－１が設けられた領域を第１方向に延長した場合に、延長した領域の少なくとも一部が、第１の絞り部６８に重なることを指す。即ち、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間のｘ軸方向における領域の少なくとも一部と、位置Ｔ１と位置Ｔ２との間のｘ軸方向における領域の少なくとも一部とが、重なることを指す。
締結部８５－１は、外周８９と重なる位置に設けられてよい。つまり締結部８５－１は、第１の絞り部６８と第１の開口部４２－１との間に設けられた側壁６３の内側面１３を、ｘ軸方向に延長した延長線と重なる位置に設けられてよい。締結部８５－１は、半分以上の領域が、当該延長線よりも外側（ｙ軸正側）に配置されてよく、当該延長線よりも内側（ｙ軸負側）に配置されていてもよい。
第１の絞り部６８は、上面視において、連続的に変化する滑らかな曲線となるよう設けられてよい。第１の絞り部６８は、第１方向に凸となる曲線を含んでよい。滑らかな曲線形状の第１の絞り部６８により、冷媒を第１方向に円滑に導くことができる。曲線状に設けられる第１の絞り部６８の曲率は、貫通孔８６の円弧の曲率よりも大きくてよい。貫通孔８６の円弧の曲率よりも大きくすることで、第１の開口部４２－１から導入されｘ軸負側方向に進む冷媒の流路を、第１方向に円滑に曲げることができる。
本例の冷却装置１０は、１つの締結部８５－１が第１方向に第１の絞り部６８に対向して配置されているので、締結部８５を第１方向における底板の中央方向（図４においてはｙ軸負側）へ配置することができる。このため、半導体モジュール１００を小型化することができる。このため、半導体モジュール１００を低コスト化することができる。
本例において、位置Ｐ５は、第１の絞り部６８が設けられない場合に、第１の開口部４２－１から導入されｘ軸負側方向に進む冷媒の流路のｙ軸負側の端である。また、幅Ｗｃは、位置Ｐ３から位置Ｐ５までのｙ軸方向の幅である。即ち、第１の絞り部６８が設けられない場合、第１の開口部４２－１から導入された冷媒は、幅Ｗｃの幅でｘ軸負側方向に進む。また、幅Ｗｄは、位置Ｐ４から位置Ｐ５までのｙ軸方向の幅である。
本例のケース部４０は、第１の絞り部６８が設けられるので、第１の開口部４２－１から導入された冷媒は、第１の絞り部６８により流路の幅が幅Ｗ１狭まる。なお、幅Ｗｃは、幅Ｗ１と幅Ｗｄとの和に等しい。
幅Ｗｄは、幅Ｗｃの２／３以下であってよい。幅Ｗｄは、幅Ｗｃの１／２以下であってもよく、１／３以下であってもよい。幅Ｗｄを幅Ｗｃに対して小さくするほど、ｙ軸負側に冷媒が進みやすくなる。
半導体モジュール１００が複数の半導体チップ７８を搭載している場合、各々の半導体チップ７８をバランス良く冷却するためには、冷媒の流量を適切に分配することが重要である。本例においては、幅Ｗｄの大きさを調整することにより、被冷却体（半導体チップ７８）が設けられるｙ軸負側への冷媒の流量を制御することができる。これにより、半導体チップ７８の冷却バランスを調整することができる。
図４において、第２の経路９９－１のｘ軸正側の端部位置を位置Ｆ１とし、第２の経路９９－１のｘ軸負側の端部位置を位置Ｆ２とする。第１方向（ｙ軸方向）において、第２の経路９９－１の第２方向（ｘ軸方向）における少なくとも一部は、第１の絞り部６８と対向して配置されてよい。第１方向において、第２の経路９９－１が第１の絞り部６８と対向して配置されるとは、上面視において、第２の経路９９－１が設けられた領域を第１方向に延長した場合に、延長した領域の少なくとも一部が、第１の絞り部６８に重なることを指す。即ち、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間のｘ軸方向における領域の少なくとも一部と、位置Ｆ１と位置Ｆ２との間のｘ軸方向における領域の少なくとも一部とが、重なることを指す。本例においては、第１の絞り部６８の第２方向における位置Ｐ１および位置Ｐ２の両方が、第１方向において第２の経路９９－１と重なる。
本例の冷却装置１０は、第１方向（ｙ軸方向）において、第２の経路９９－１の第２方向（ｘ軸方向）における少なくとも一部が、第１の絞り部６８と対向して配置されるので、第１の絞り部６８により流路を第１方向に曲げられた冷媒は、第１の経路９８－１を通過しやすくなる。このため、半導体モジュール１００の冷却効率を向上させることができる。
第１の開口部４２－１から冷媒が導入される場合、第１の絞り部６８は、冷媒流通部９２の流通経路の最も上流側に配置される半導体チップ７８－６よりも、冷媒流通部９２の流通経路の下流側に配置されてよい。即ち、ｘ軸方向において、位置Ｐ１は半導体チップ７８－６よりもｘ軸負側に配置されてよい。
半導体チップ７８－６のｘ軸正側の端部位置を位置Ｃ１とし、半導体チップ７８－６のｘ軸負側の端部位置を位置Ｃ２とする。半導体チップ７８－５のｘ軸正側の端部位置を位置Ｃ３とし、半導体チップ７８－５のｘ軸負側の端部位置を位置Ｃ４とする。第１方向（ｙ軸方向）において、半導体チップ７８と第１の絞り部６８とは対向して配置されなくてよい。第１方向において、半導体チップ７８と第１の絞り部６８とが対向して配置されないとは、上面視において、半導体チップ７８が設けられた領域を第１方向に延長した場合に、延長した領域が、第１の絞り部６８に重ならないことを指す。即ち、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間のｘ軸方向における領域と、位置Ｃ１と位置Ｃ２との間のｘ軸方向における領域とが、重ならないことを指す。また、位置Ｐ１と位置Ｐ２との間のｘ軸方向における領域と、位置Ｃ３と位置Ｃ４との間のｘ軸方向における領域とが、重ならないことを指す。
第１方向において、半導体チップ７８と第１の絞り部６８とが対向して配置されないことにより、第１の絞り部６８により流路を第１方向に曲げられた冷媒は、第２方向における半導体チップ７８の間を通過しやすくなる。このため、半導体モジュール１００の冷却効率を向上させることができる。
上面視において、貫通孔８６の少なくとも一部分は、ｘ軸方向における位置Ｐ１と角部１９－１との間の側壁６３よりも、第１方向におけるケース部４０の中央側に設けられてよい。いい換えると、上面視において貫通孔８６の少なくとも一部分は、位置Ｐ３と位置Ｐ４との間に設けられてよい。即ち、上面視において、貫通孔８６と外周８９とは重なってよい。本例においては、締結部８５－１に設けられる貫通孔８６と、外周８９とが重なる。
上面視で、第１の開口部４２－１は、第１の絞り部６８よりも第１方向におけるケース部４０の外側に配置されてよい。即ち、第１の開口部４２－１のｙ軸負側の端部位置は、位置Ｐ４よりもｙ軸正側に位置してよい。第１の開口部４２－１が、第１の絞り部６８よりも第１方向におけるケース部４０の外側に配置されることで、第１の開口部４２－１から導入され、ｘ軸負側方向に進んだ冷媒は、第１の絞り部６８に到達しやすくなる。
第１の開口部４２－１の直径をＤｉとし、第１の絞り部６８の第１方向（ｙ軸方向）の幅をＷ１とする。直径Ｄｉは幅Ｗ１の０．５倍以上２倍以下であってよい。
図５は、図３における第１の開口部４２－１、締結部８５－２および第１の絞り部６８の近傍の他の拡大図である。本例において、位置Ｐ４'は、第１の絞り部６８よりもｘ軸負側の側壁６３のｙ軸方向における位置である。また、位置Ｐ５'は、第１の絞り部６８が設けられない場合に、第１の開口部４２－１から導入されｘ軸負側方向に進む冷媒の流路のｙ軸負側の端である。幅Ｗｃ'は、位置Ｐ３から位置Ｐ５'までのｙ軸方向における幅である。幅Ｗ１'は、位置Ｐ３から位置Ｐ４'までのｙ軸方向における幅である。幅Ｗｂ'は、第１の絞り部６８よりも第１の開口部４２－１とは逆側における外縁部６２のｙ軸方向の幅である。幅Ｗａ'は、第１の絞り部６８よりも第１の開口部４２－１側における外縁部６２のｙ軸方向の幅である。
本例においては、締結部８５－１に設けられる貫通孔８６の全体が、上面視で、ｘ軸方向における位置Ｐ１と角部１９－１との間の側壁６３よりも、第１方向におけるケース部４０の中央側に設けられる。いい換えると、本例においては、上面視で当該貫通孔８６の全体が、位置Ｐ３と位置Ｐ４'との間に設けられる。当該貫通孔８６のｙ軸正側の端は、位置Ｐ３よりもｙ軸負側に配置される。当該貫通孔８６のｙ軸負側の端は、位置Ｐ４'よりもｙ軸正側に配置される。当該貫通孔８６の直径は、幅Ｗ１'よりも小さい。
本例の冷却装置１０は、締結部８５－１に設けられる貫通孔８６の全体が、上面視で、ｘ軸方向における位置Ｐ１と角部１９－１との間の側壁６３よりも、第１方向におけるケース部４０の中央側に設けられるので、当該貫通孔８６を、図４に示す例よりもさらにｙ軸方向におけるケース部４０の中央側（図５の例ではｙ軸負側）に配置することができる。このため、本例の冷却装置１０は、図４に示す例よりもさらに、ケース部４０のｙ軸方向の幅を小さくすることができる。このため、半導体モジュール１００を、図４に示す例よりもさらに小型化することができる。このため、半導体モジュール１００を低コスト化することができる。
図６は、図３に示すケース部４０において、底板６４の中心および底板６４の第２方向における中心位置を示した図である。図６においては、図面の視認性のため、冷却フィン９４、第１の経路９８および第２の経路９９、第１領域５０、第２領域５２および第３領域５４、並びに半導体チップ７８を省略して示している。
円状の第１の開口部４２－１の中心を、第１の開口部４２－１の位置とする。位置Ｐ１と位置Ｐ２との第２方向における中点Ｐｍを、第１の絞り部６８の第２方向における位置とする。（即ち、第２方向において、位置Ｐ１と位置Ｐｍとの距離および位置Ｐ２と位置Ｐｍとの距離は、共に（１／２）Ｗ２である。）また、底板６４の第２方向における中心位置を位置Ｃｘとする。距離Ｄｈ１は、第１の開口部４２－１から第１の絞り部６８までの第２方向における距離である。距離Ｄｈ２は、第１の開口部４２－１から位置Ｃｘまでの第２方向における距離である。距離Ｄｈ１は、距離Ｄｈ２よりも短くてよい。距離Ｄｈ１が距離Ｄｈ２よりも短いことで、第１の開口部４２－１から導入された冷媒が底板６４の全体に均等に分配されやすくなる。
上面視における底板６４の中心を中心Ｃとする。中心Ｃは、外周８９の２つの対角線が交差する点であってよい。また、中心Ｃは、外周８８の２つの対角線が交差する点であってもよい。第１の開口部４２－１と第２の開口部４２－２は、上面視における底板６４の中心Ｃを基準として、対称（点対称）に配置されてよい。第１の絞り部６８と第２の絞り部６９は、上面視における底板６４の中心Ｃを基準として、対称（点対称）に配置されてよい。
第１の開口部４２－１と第２の開口部４２－２が底板６４の中心Ｃを基準として対称に配置され、第１の絞り部６８と第２の絞り部６９が底板６４の中心Ｃを基準として対称に配置されることで、ケース部４０に振動が生じた場合に、第１の開口部４２－１と第２の開口部４２－２における振動の節と腹が重なりやすくなる。このため、ケース部４０の機械的強度を増加させることができる。また、第１の開口部４２－１と第２の開口部４２－２の何れを冷媒の導入口および排出口に用いた場合であっても、半導体モジュール１００を同様に冷却することができる。
図７は、比較例のケース部２４０の上面視（ｘｙ面）における形状を示す図である。比較例のケース部２４０は、図３に示す本例のケース部４０における第１の絞り部６８および第２の絞り部６９が設けられない。
圧力損失の少ない流路を流れる冷媒は、運動エネルギーによって下流まで流れようとする性質がある。このため、比較例のケース部２４０において、第１の開口部４２－１から導入されｘ軸負側方向に流れ始めた冷媒は、ｙ軸負側方向へ向きを変更することなく、ｘ軸負側方向へ流れやすい。当該冷媒のｙ軸負側方向への流れは、流路の幅または屈曲等の影響で圧力損失が大きいので、ｘ軸負側方向への流れに比べて弱くなりやすい。比較例のケース部２４０は、側壁２６３が第１の絞り部６８を含まないので、開口部２４２から流入し、ｘ軸負側方向に流れ始めた冷媒は、第１方向（ｙ軸方向）へ向きを変更されることなく、ｘ軸負側方向へ流れやすい。このため、上面視で底板６４の中央付近に配置された被冷却体の方向に流れる冷媒が減少してしまう。このため、ケース部２４０を組み込んだ半導体モジュールの冷却効率を向上させることが困難である。
また、比較例のケース部２４０は、１つの締結部２８５－１が第２方向に第１の絞り部６８に対向して配置されないので、第１方向において、締結部２８５－１を図３に示す本例のケース部４０よりも外側に配置しなければならない。このため、図３の例におけるケース部４０よりも、ケース部２４０の第１方向の幅を大きくしなければならない。このため、ケース部２４０を組み込んだ半導体モジュール１００を小型化することが困難である。
図８は、図３における領域Ａの拡大図である。図８に示す通り、本例のケース部４０において、各冷却フィン９４はｙ軸方向に沿って設けられる。第１の開口部４２－１（図３参照）から導入された冷媒は、ｘ軸方向に隣り合う冷却フィン９４の間を、ｙ軸方向に沿ってｙ軸正側からｙ軸負側に向かって流れる。
第２の経路９９－１において、ｘ軸方向に隣り合う冷却フィン９４の間には、一例として抵抗体９６が設けられる。第１の抵抗体９６－１は、一例としてｚ軸方向において底板６４に接して設けられる。第２の抵抗体９６－２は、一例としてｚ軸方向において天板２０の下面２４に接して設けられる。第１の経路９８－２には、抵抗体９６は設けられなくてよい。
第２の経路９９－１において、第１の抵抗体９６－１および第２の抵抗体９６－２は、ｘ軸方向に隣り合う冷却フィン９４に挟まれて設けられてよい。第１の抵抗体９６－１および第２の抵抗体９６－２は、ｘ軸方向における両端において冷却フィン９４と接してよい。
図９は、図８におけるａ－ａ'断面の一例を示す図である。図９に示す通り、本例のケース部４０は、第２の経路９９－１において、第１の抵抗体９６－１および第２の抵抗体９６－２が、一例としてｙ軸方向に交互に隣り合って設けられる。第１の抵抗体９６－１は底板６４に接して設けられ、天板２０の下面２４とは離間して設けられる。また、第２の抵抗体９６－２は天板２０の下面２４に接して設けられ、底板６４とは離間して設けられる。ｚ軸方向において、第１の抵抗体９６－１と第２の抵抗体９６－２は、重なるように設けられてよい。
図９において、第１の開口部４２－１から導入された冷媒の経路を太い矢印にて示している。図９に示す通り、当該冷媒は、天板２０と第１の抵抗体９６－１とのｚ軸方向における間、第１の抵抗体９６－１と第２の抵抗体９６－２とのｙ軸方向における間、および、底板６４と第２の抵抗体９６－２とのｚ軸方向における間を、ｙ軸負側からｙ軸正側へ向かって流れる。
本例のケース部４０においては、第２の経路９９－１に第１の抵抗体９６－１および第２の抵抗体９６－２が設けられるので、第１の開口部４２－１から導入された冷媒は、第１の経路９８－２よりも第２の経路９９－１において、ｙ軸正側からｙ軸負側へ向かって流れにくい。即ち、第２の経路９９－１は、第１の経路９８－２よりも、冷媒が流入する単位面積あたりの圧力損失が大きい。このため、当該冷媒は第２の経路９９－１よりも第１の経路９８－２を流れやすくなる。このため、半導体チップ７８の冷却効率を向上させることができる。
図１０は、上面視（ｘｙ面）におけるケース部４０の形状の他の一例を示す図である。図１０に示すケース部４０は、側壁６３が第１の絞り部６８および第２の絞り部６９を、それぞれ複数含む点で、図３に示すケース部４０と異なる。本例において、側壁６３は、第１の絞り部６８および第２の絞り部６９を、それぞれ２つずつ含む。
本例の第１の絞り部６８は、長辺４８に平行な一方の側壁６３に設けられる。本例の第２の絞り部６９は、上面視で当該一方の側壁６３に対向する、他方の側壁６３に設けられる。本例のケース部４０は、図３に示すケース部４０と比較して、側壁６３が第１の絞り部６８－２および第２の絞り部６９－２をさらに含む。
１つの締結部８５－１は、第１方向（ｙ軸方向）に、第１の絞り部６８－２に対向して配置される。また、他の１つの締結部８５－１は、第１方向に、第２の絞り部６９－２に対向して配置される。
第１の絞り部６８－２の第２方向における２つの端部位置を、それぞれ位置Ｐ５および位置Ｐ６とする。第２方向（ｘ軸方向）において、第２の経路９９－２の第１方向（ｙ軸方向）における少なくとも一部は、第１の絞り部６８－２と重なってよい。即ち、第１の絞り部６８－２の第２方向における位置Ｐ５から位置Ｐ６までの範囲の少なくとも一部は、第１方向において第２の経路９９－２と重なってよい。
第２の絞り部６９－２の第２方向における２つの端部位置を、それぞれ位置Ｐ５'および位置Ｐ６'とする。第２方向（ｘ軸方向）において、第２の経路９９－１の第１方向（ｙ軸方向）における少なくとも一部は、第２の絞り部６９－２と重なってよい。即ち、第２の絞り部６９－２の第２方向における位置Ｐ５'から位置Ｐ６'までの範囲の少なくとも一部は、第１方向において第２の経路９９－１と重なってよい。
ｘ軸方向において、位置Ｐ６'は位置Ｐ２よりｘ軸正側に配置されてよく、位置Ｐ６は位置Ｐ２'よりｘ軸負側に配置されてよい。第２の経路９９－１を間に挟んで配置される第１の絞り部６８－１（位置Ｐ２）と第２の絞り部６９－２（位置Ｐ６'）とを結ぶ線分は、ｘ軸正側からｙ軸正側に向かう方向に、ｙ軸に対して傾いてよい。第２の経路９９－２を間に挟んで配置される第１の絞り部６８－２（位置Ｐ６）と第２の絞り部６９－１（位置Ｐ２'）とを結ぶ線分は、ｘ軸正側からｙ軸正側に向かう方向に、ｙ軸に対して傾いてよい。第１の絞り部６８－１、６８－２および第２の絞り部６９－１、６９－２をこのように配置することにより冷却装置１０が変形し難くなる。
本例の冷却装置１０は、側壁６３が第１の絞り部６８を複数含む。このため、第１の開口部４２－１から流入し第１の絞り部６８－１に到達した冷媒のうち、第１の絞り部６８－１により経路を曲げられずにｘ軸負側方向に流れ続けた冷媒が、第１の絞り部６８－２によって第２の経路９９－２を通過しやすくなる。このため、図３に示すケース部４０よりも、さらに半導体モジュール１００の冷却効率を向上させることができる。なお、側壁６３は、第１の絞り部６８および第２の絞り部６９を、それぞれ３つ以上含んでもよい。
図１１は、上面視（ｘｙ面）におけるケース部４０の形状の他の一例を示す図である。本例のケース部４０は、図１１に示すケース部４０において、第１の開口部４２－１に最も近い１つの第１の絞り部６８－１の第１方向（ｙ軸方向）における幅が、他の１つの第１の絞り部６８－２の第１方向における幅よりも大きい点で、図１０に示すケース部４０と異なる。即ち、図１１に示すケース部４０は、第１の絞り部６８－１および第２の絞り部６９－１が、図１０に示すケース部４０における第１の絞り部６８－１および第２の絞り部６９－１よりも、第１方向（ｙ軸方向）に大きい。
本例において、第１の絞り部６８－１の２つの端部位置を、それぞれ位置Ｐ３およびＰ４'とする。幅Ｗ１''は、位置Ｐ３と位置Ｐ４'との間の第１方向の幅である。本例において、幅Ｗ１''は幅Ｗ１よりも大きい。幅Ｗ１''を幅Ｗ１よりも大きくすることで、図３に示すケース部４０よりも、より多くの冷媒が第２の経路９９－１を通過し得る。第２の絞り部６９－１の第１方向における幅も、幅Ｗ１''と等しくてよい。
第１の絞り部６８－１および第２の絞り部６９－１の第１方向における幅は、幅Ｗ１および幅Ｗ１'以外の大きさとすることもできる。第１の絞り部６８－１および第２の絞り部６９－１の第１方向における幅を調整することにより、被冷却体（即ち半導体チップ７８）側へ流す冷媒の流量を制御することができる。これにより、被冷却体の冷却バランスを調整することができる。
図１２は、天板２０およびケース部４０を分離して示した斜視図である。上述したように、天板２０およびケース部４０は、ｘｙ面においてほぼ同一の外形を有してよい。天板２０およびケース部４０の各締結部は、ｘｙ面において同一の形状を有し、ｚ軸方向において重なって配置されてよい。図１２においては、天板２０およびケース部４０をロウ付け等で固定した場合に重なる位置を、破線で示している。なお図１２においては、冷媒流通部９２に配置される冷却フィン９４は省略している。また、各部材間のロウ材も省略している。
ケース部４０の外縁部６２は、天板２０に固定される。ケース部４０は、天板２０から離れて配置された底板６４と、底板６４および外縁部６２を接続する側壁６３を有する。天板２０の下面２４およびケース部４０により、冷媒流通部９２が画定されている。
締結部８０は、天板２０の外周８８において、開口部４２および底板６４の角部１９（図３参照）とは逆側の外側へ突出して設けられている。また、締結部８０においては、外縁部６２および天板２０が順に積み重ねられており、且つ、外縁部６２および天板２０を貫通する貫通孔７９（図１参照）を有している。天板２０に設けられる貫通孔８６と、ケース部４０に設けられる貫通孔８６とは、互いに同軸に設けられてよい。
なお、締結部８０において、天板２０およびケース部４０は、同一の厚みを有してよい。天板２０およびケース部４０は、締結部８０以外の領域においても同一の厚みを有してよい。
また、ケース部４０は、外縁部６２および側壁６３が一体に設けられていてよい。外縁部６２および側壁６３は、一枚の板状の金属を鍛造加工することで形成してよい。また、底板６４は、側壁６３と一体に設けられてよく、側壁６３にロウ付けされていてもよい。底板６４、外縁部６２および側壁６３は、同一の厚みを有してよい。一例として、天板２０の下面２４の中心と対向する位置における底板６４の厚みと、締結部８０における外縁部６２の厚みとが同一であってよい。それぞれの部材が同一の厚みを有することで、共通の金属ロール材を用いて冷却装置１０を製造できる。
図１３は、本発明の一つの実施形態に係る車両２００の概要を示す図である。車両２００は、少なくとも一部の推進力を、電力を用いて発生する車両である。一例として車両２００は、全ての推進力をモーター等の電力駆動機器で発生させる電気自動車、または、モーター等の電力駆動機器と、ガソリン等の燃料で駆動する内燃機関とを併用するハイブリッド車である。
車両２００は、モーター等の電力駆動機器を制御する制御装置２１０（外部装置）を備える。制御装置２１０には、半導体モジュール１００が設けられている。半導体モジュール１００は、電力駆動機器に供給する電力を制御してよい。
図１４は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の主回路図である。半導体モジュール１００は、車両のモーターを駆動する車載用ユニットの一部であってよい。半導体モジュール１００は、出力端子Ｕ、ＶおよびＷを有する三相交流インバータ回路として機能してよい。
半導体チップ７８－１、半導体チップ７８－２および半導体チップ７８－３は、半導体モジュール１００における下アームを構成してよい。半導体チップ７８－４、半導体チップ７８－５および半導体チップ７８－６は、半導体モジュール１００における上アームを構成してよい。一組の半導体チップ７８－１および半導体チップ７８－４は、レグを構成してよい。一組の半導体チップ７８－２および半導体チップ７８－５は、同様にレグを構成してよい。一組の半導体チップ７８－３および半導体チップ７８－６も、同様にレグを構成してよい。
半導体チップ７８－１においては、エミッタ電極が入力端子Ｎ１に、コレクタ電極が出力端子Ｕに、それぞれ電気的に接続されてよい。半導体チップ７８－４においては、エミッタ電極が出力端子Ｕに、コレクタ電極が入力端子ＰＰ１に、それぞれ電気的に接続されてよい。同様に、半導体チップ７８－２においては、エミッタ電極が入力端子Ｎ２に、コレクタ電極が出力端子Ｖに、それぞれ電気的に接続されてよい。半導体チップ７８－５においては、エミッタ電極が出力端子Ｖに、コレクタ電極が入力端子ＰＰ２に、それぞれ電気的に接続されてよい。同様に、半導体チップ７８－３においては、エミッタ電極が入力端子Ｎ３に、コレクタ電極が出力端子Ｗに、それぞれ電気的に接続されてよい。半導体チップ７８－６においては、エミッタ電極が出力端子Ｗに、コレクタ電極が入力端子ＰＰ３に、それぞれ電気的に接続されてよい。
半導体チップ７８－１から半導体チップ７８－６は、半導体チップ７８の制御電極パッドに入力される信号により交互にスイッチングされてよい。本例において、各半導体チップ７８はスイッチング時に発熱してよい。入力端子ＰＰ１、ＰＰ２およびＰＰ３は、外部電源の正極に、入力端子Ｎ１、Ｎ２およびＮ３は外部電源の負極に、それぞれ接続されてよい。出力端子Ｕ、ＶおよびＷは、それぞれ負荷に接続されてよい。入力端子ＰＰ１、ＰＰ２およびＰＰ３は、互いに電気的に接続されてよい。また、他の入力端子Ｎ１、Ｎ２およびＮ３も、互いに電気的に接続されてよい。
半導体モジュール１００において、半導体チップ７８－１から半導体チップ７８－６は、それぞれＲＣ‐ＩＧＢＴ（逆導通ＩＧＢＴ）半導体チップであってよい。ＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップにおいて、ＩＧＢＴおよび還流ダイオード（ＦＷＤ）は一体形成され、且つ、ＩＧＢＴおよびＦＷＤは逆並列に接続されてよい。半導体チップ７８－１から半導体チップ７８－６は、それぞれＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のトランジスタとダイオードとの組み合わせを含んでよい。トランジスタおよびダイオードのチップ基板は、シリコン基板、炭化ケイ素基板または窒化ガリウム基板であってよい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
１０・・・冷却装置、１１・・・外側面、１３ａ・・・内側面、１３ｂ・・・内側面、１６・・・上面、１９・・・角部、２０・・・天板、２２・・・上面、２４・・・下面、２６・・・辺、２８・・・辺、２９・・・角部、４０・・・ケース部、４１・・・枠部、４２・・・開口部、４６・・・辺、４８・・・辺、５０・・・第１領域、５２・・・第２領域、５４・・・第３領域、６２・・・外縁部、６３・・・側壁、６４・・・底板、６８・・・第１の絞り部、６９・・・第２の絞り部、７０・・・半導体装置、７２・・・収容部、７４・・・封止部、７６・・・回路基板、７８・・・半導体チップ、７９・・・貫通孔、８０・・・締結部、８１・・・締結部、８５・・・締結部、８６・・・貫通孔、８８・・・外周、８９・・・外周、９０・・・パイプ、９２・・・冷媒流通部、９４・・・冷却フィン、９６・・・抵抗体、９８・・・経路、９９・・・経路、１００・・・半導体モジュール、２００・・・車両、２１０・・・制御装置、２６３・・・側壁、２４０・・・ケース部、２４２・・・開口部、２８５・・・締結部

Claims (18)

  1. 半導体チップを含む半導体モジュール用の冷却装置であって、
    下面を有する天板と、
    前記天板の下面側に配置されて冷媒を流通するための流通部、前記流通部を囲む外縁部、および前記外縁部の内側に設けられた側壁を含み、上面視で２組の対向する辺を有するケース部と、
    を備え、
    前記側壁は、上面視で１組の前記対向する辺に平行な第１方向における前記流通部の幅を、前記第１方向と直交する第２方向に沿って変化させる第１の絞り部を含み、
    前記天板および前記ケース部を外部装置に締結するための締結部が前記天板および前記外縁部が重なって配置された部分に設けられ、
    前記締結部は、前記第１方向に、前記第１の絞り部に対向して配置され、
    前記ケース部は、４つの角部を有する底板を含み、
    前記流通部は、前記底板と前記天板の下面との間に配置され、
    前記底板の少なくとも一つの角部には、前記流通部と外部とを接続する第１の開口部が設けられ、
    前記第２方向と平行な方向であって、前記第１の開口部から前記第１の絞り部に向かう方向において前記第１の絞り部の前後で、前記流通部の幅が狭まっている、
    冷却装置。
  2. 半導体チップを含む半導体モジュール用の冷却装置であって、
    下面を有する天板と、
    前記天板の下面側に配置されて冷媒を流通するための流通部、前記流通部を囲む外縁部、および前記外縁部の内側に設けられた側壁を含み、上面視で２組の対向する辺を有するケース部と、
    を備え、
    前記側壁は、上面視で１組の前記対向する辺に平行な第１方向における前記流通部の幅を、前記第１方向と直交する第２方向に沿って変化させる第１の絞り部を含み、
    前記天板および前記ケース部を外部装置に締結するための締結部が前記天板および前記外縁部が重なって配置された部分に設けられ、
    前記締結部は、前記第１方向に、前記第１の絞り部に対向して配置され、
    前記ケース部は、４つの角部を有する底板を含み、
    前記流通部は、前記底板と前記天板の下面との間に配置され、
    前記底板の少なくとも一つの角部には、前記流通部と外部とを接続する第１の開口部が設けられ、
    前記第２方向において、前記第１の開口部から前記第１の絞り部までの距離が、前記第１の開口部から前記底板の前記第２方向における中心位置までの距離よりも短い、
    冷却装置。
  3. 前記流通部に配置された冷却フィンをさらに備え、
    前記冷却フィンは、前記第１方向に沿って設けられた第１の経路と、前記第１方向に沿って設けられ、前記第１の経路よりも圧力損失が大きい第２の経路と、を有し、
    前記第１方向において、前記第２の経路の前記第２方向における少なくとも一部が、前記第１の絞り部と対向して配置される、
    請求項２に記載の冷却装置。
  4. 前記側壁は、前記第２の経路よりも前記流通部における冷媒の流通経路の下流側に、前記底板を挟んで前記第１の絞り部に対向する側に設けられた第２の絞り部をさらに含み、
    前記第２の絞り部は、前記第１方向における前記流通部の幅を、上面視で前記第２方向に沿って変化させる、請求項３に記載の冷却装置。
  5. 前記底板の少なくとも一つの前記角部には、前記流通部と外部とを接続する第２の開口部が設けられ、
    上面視における前記底板の中心を基準として、前記第１の開口部と前記第２の開口部とが対称に配置され、前記第１の絞り部と前記第２の絞り部とが対称に配置される、
    請求項４に記載の冷却装置。
  6. 前記側壁は、１組の前記対向する辺の一方に、前記第１の絞り部を複数含み、
    前記第１の開口部に最も近い１つの前記第１の絞り部の前記第１方向における幅が、他の１つの前記第１の絞り部の前記第１方向における幅よりも大きい、
    請求項２または５に記載の冷却装置。
  7. 前記締結部は、前記天板および前記ケース部を貫通する貫通孔を含み、
    上面視で、前記貫通孔の少なくとも一部分は、前記側壁よりも前記第１方向における前記ケース部の中央側に設けられる、
    請求項２から６のいずれか一項に記載の冷却装置。
  8. 上面視で、前記第１の開口部は、前記第１の絞り部よりも前記第１方向における前記ケース部の外側に配置される、請求項７に記載の冷却装置。
  9. 前記第１方向において、前記第１の絞り部よりも下流側における前記流通部の流通経路の幅が、前記第１の開口部から前記第１の絞り部までの間における前記流通部の流通経路の幅の２／３以下である、請求項２から８のいずれか一項に記載の冷却装置。
  10. 前記半導体チップは、前記天板の上方に、前記第２方向に複数配置され、
    前記第１の絞り部は、前記流通部の流通経路の最も上流側に配置される前記半導体チップよりも、前記流通部の流通経路の下流側に配置される、
    請求項２から９のいずれか一項に記載の冷却装置。
  11. 前記第１方向において、前記半導体チップと前記第１の絞り部とが対向して配置されない、請求項１０に記載の冷却装置。
  12. 前記第２方向において、前記半導体チップは、前記流通部の流通経路の上流側から第１領域、第２領域および第３領域に分けて配置され、
    前記第２方向において、前記第１の絞り部は、前記第１領域と前記第２領域との間に配置される、
    請求項１０または１１に記載の冷却装置。
  13. 前記第１の絞り部は、曲線状に設けられ、
    前記第１の絞り部の曲率は、前記貫通孔の円弧の曲率よりも大きい、
    請求項７または８に記載の冷却装置。
  14. 前記第１の開口部の直径は、前記第１の絞り部の前記第１方向における幅の０．５倍以上２倍以下である、
    請求項２から１３のいずれか一項に記載の冷却装置。
  15. 前記第２方向において前記第１の絞り部の前後で、前記外縁部の幅が異なっている、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却装置。
  16. 前記貫通孔の全体は、前記第２方向に、前記第１の絞り部に対向して配置される
    請求項７、８、１３のいずれか一項に記載の冷却装置。
  17. 請求項１から１６のいずれか一項に記載の冷却装置と、
    前記天板の上方に配置された半導体装置と、
    を備える半導体モジュール。
  18. 請求項１７に記載の半導体モジュールを備える車両。
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