JP7124425B2 - 冷却装置、半導体モジュールおよび車両 - Google Patents

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１－２参照）。
特許文献１ 特開２０１１－１３４９７９号公報
特許文献２ ＷＯ２０１５／１７７９０９

冷却装置内における冷媒の流速分布は、できるだけ均一であることが好ましい。

上記課題を解決するために、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、天板を備えてよい。冷却装置は、天板と対向して配置された底板を有し、天板および底板との間に冷媒流通部が配置され、冷媒流通部に冷媒を導入する導入口と、冷媒を導出する導出口として機能する２つの開口部が設けられたケース部を備えてよい。冷却装置は、ケース部の冷媒流通部において、２つの開口部の間に配置された冷却フィンを備えてよい。冷却装置は、ケース部の冷媒流通部において、冷却フィンと、２つの開口部の少なくとも一方との間に配置され、通過する冷媒に圧力損失を発生させる損失付加部を備えてよい。冷却フィンを除去した場合のケース部の冷媒流通部を、一方の開口部から他方の開口部まで冷媒が通過したときの圧力損失が５ｋＰａ以上であってよい。

損失付加部は、冷却フィンとは分離して配置されていてよい。

冷却フィンを通過する場合の冷媒の圧力損失が、損失付加部を通過する場合の冷媒の圧力損失よりも小さくてよい。

天板と平行な上面視において、冷却フィンが設けられた領域の面積が、損失付加部が設けられた領域の面積よりも大きくてよい。

ケース部は、底板から天板に向かって設けられた側壁を有してよい。損失付加部は、上面視において、第１の側壁から、第１の側壁とは逆側の第２の側壁まで設けられていてよい。

損失付加部は、第１の側壁から、第２の側壁まで、冷媒が通過する複数の開口が離散的に配置された構造を有してよい。

損失付加部における開口が、等間隔に配置されていてよい。

損失付加部におけるそれぞれの開口の開口面積が同一であってよい。

冷却フィンには、冷媒を通過させる冷媒流路が設けられてよい。上面視における損失付加部の開口の幅が、冷却フィンの冷媒流路の幅より小さくてよい。

損失付加部が、それぞれの開口部と冷却フィンとの間に設けられていてよい。

２つの開口部は開口面積が異なっていてよい。２つの開口部のうち、開口面積の大きい方に対応する損失付加部における圧力損失が、開口面積の小さい方に対応する損失付加部における圧力損失よりも大きくてよい。

損失付加部は、少なくとも一部が、冷媒流通部に脱着可能に設けられていてよい。

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、冷却装置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、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。 冷却フィン９４および損失付加部３０のｘｙ面における配置例を示す図である。 冷却フィン９４を除去した場合の冷媒流通部９２を示す図である。 損失付加部３０を除去した場合の冷媒流通部９２を示す図である。 ２つの開口部４２の他の配置例を示す図である。 ２つの開口部４２の他の配置例を示す図である。 冷却フィン９４および損失付加部３０の一例を示す斜視図である。 冷却フィン９４および損失付加部３０の概要を説明する上面図である。 ｙｚ面における損失付加部３０の構造例を示す図である。 損失付加部３０の他の配置例を示す上面図である。 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、以下の実施形態は特許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面と垂直な面を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。

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の下面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、天板２０の下面２４と底板６４との間に冷媒流通部９２を有して配置されている。ケース部４０は、天板２０と一体に形成されていてよく、別部材として形成されていてもよい。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、ｘｙ面において冷媒流通部９２を囲む領域において、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。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。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。冷却フィン９４の近傍に冷媒を通過させることで、半導体チップ７８が発生した熱を冷媒に受け渡す。これにより、半導体装置７０を冷却できる。本例のケース部４０は、枠部６２、底板６４および側壁６３を有する。

枠部６２は、ｘｙ面において冷媒流通部９２を囲んで配置されている。枠部６２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、枠部６２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。枠部６２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。

本例では、天板２０およびケース部４０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。

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。側壁６３は、枠部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。側壁６３は、底板６４から天板２０に向かって延伸している。本例の側壁６３には、冷媒流通部９２に冷媒を導入し、または、導出する２つ以上の開口部４２が設けられている。開口部４２には、冷媒を搬送するパイプ９０が接続される。他の例では、開口部４２は底板６４に設けられていてもよい。

天板２０とケース部４０は、互いを締結するためのネジ等が挿入される貫通孔７９が設けられている。貫通孔７９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。貫通孔７９は、天板２０および枠部６２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に設けられている。

冷却フィン９４は、２つの開口部４２の間に設けられている。冷却フィン９４を挟んで設けられた一方の開口部４２は、冷媒を冷媒流通部９２に導入する導入口として機能して、他方の開口部４２は、冷媒を冷媒流通部９２から導出する導出口として機能する。いずれの開口部４２を、導入口および導出口のいずれとして機能させるかは、ユーザーが適宜選択できる。

また、冷媒流通部９２には、冷媒流通部９２を通過する冷媒に圧力損失を発生させる損失付加部３０が設けられている。損失付加部３０は、冷却フィン９４と、２つの開口部４２の少なくとも一方との間に配置される。図１の例では、それぞれの開口部４２に対して損失付加部３０が設けられている。

損失付加部３０は、冷媒流通部９２を通過する冷媒に圧力損失を発生させることで、冷媒流通部９２内における冷媒の流速分布を均一化させる。損失付加部３０は、冷却フィン９４と開口部４２との間における、冷媒流通部９２の断面全体にわたって設けられてよい。損失付加部３０は、当該断面全体に、冷媒の通過を遮断する遮断部分と、冷媒を通過させる開口部分とがメッシュ状に配置された部材であってよい。損失付加部３０で大きな圧力損失を発生させることで、損失付加部３０の上流における冷媒の圧力があがり、損失付加部３０の面に加わる圧力が均等化される。これにより、損失付加部３０のそれぞれの開口部分を通過する冷媒の流速を均等化できる。当該断面全体に損失付加部３０を設けることで、冷却フィン９４に向かう冷媒全体の流速を均一化させることができる。

図２は、冷却フィン９４および損失付加部３０のｘｙ面における配置例を示す図である。本明細書では、ｘｙ面における図を上面図と称する場合がある。また、図２においては、半導体チップ７８を搭載した回路基板７６を当該ｘｙ面に投影した領域を実線で示している。

本例において冷却フィン９４とは、天板２０の下面２４に接続されており、且つ、下面２４の下方に突出した構造物である。また、冷却フィン９４は、半導体チップ７８の下方における当該構造物と、当該構造物から連続して設けられた構造物を含む。また、半導体チップ７８の下方における当該構造物と分離していても、当該構造物と同一の形状を有して、所定の間隔で冷媒流通部９２に配置された構造物を冷却フィン９４に含める。

図２の例においては、半導体チップ７８の下方には、ｘｙ面において波形状を有する構造物９５が設けられている。構造物９５は、ｘ軸方向に伸びて設けられており、且つ、ｙ軸方向に一定の間隔で配置されている。それぞれの構造物９５は、ｘｙ面に対してほぼ垂直に設けられた板部材である。本例では、全ての構造物９５を冷却フィン９４とする。

他の例では、冷却フィン９４は、ｘｙ面に対してほぼ垂直に設けられた柱状の構造物が、所定のパターンでｘｙ面に配置されていてもよい。他の例では、冷却フィン９４は、ｘｙ面にほぼ平行に設けられた板状の構造物であって、冷媒流路となる開口が設けられた構造物が、ｚ軸方向に積層されたものであってもよい。なお冷却フィン９４の構造はこれらに限定されない。冷却フィン９４における構造物の具体例は、ブレード（板体）、コルゲートやピンであってよい。ブレードは、ストレート形状や図２に示したジグザグ形状あるいは波形状であってよい。

損失付加部３０は、一例として冷媒流通部９２における所定のｙｚ断面全体にわたって設けられる。損失付加部３０は、ケース部４０の第１の側壁６３－１から、第１の側壁６３－１とは逆側の第２の側壁６３－２まで設けられている。損失付加部３０は、冷却フィン９４とは異なる形状を有している。また、損失付加部３０は、冷却フィン９４とは分離して設けられてよい。

冷却装置１０においては、冷却フィン９４を除去した場合のケース部４０の冷媒流通部９２を、一方の開口部４２から他方の開口部４２まで冷媒が通過したときの圧力損失が５ｋＰａ以上となるような、損失付加部３０を設けている。圧力損失は、一方の開口部４２に導入される冷媒の圧力と、他方の開口部４２から排出された冷媒の圧力の差分である。圧力損失は、冷媒としてエチレングリコール５０ｖｏｌ％水溶液を用い、温度６５℃、流量１０Ｌ／ｍｉｎの条件で測定される。冷却装置１０は、半導体モジュール１００または半導体モジュール１００が実装される装置が運転される環境において、例えば温度－４０～１２０℃、流量３～２０Ｌ／ｍｉｎの冷媒を流し使用されてよい。冷媒として、公知の冷媒、一例として水やクーラント（濃度３０～７０ｖｏｌ％のエチレングリコール水溶液）を用いることができる。

図３Ａは、冷却フィン９４を除去した場合の冷媒流通部９２を示す図である。冷却フィン９４を除去し、損失付加部３０を残した状態で、２つの開口部４２の間の圧力損失が５ｋＰａ以上となるような損失付加部３０を設けている。このような損失付加部３０を設けることで、圧力損失は増大するが、冷媒流通部９２における冷媒の流速分布を均一化できる。損失付加部３０は、冷媒を通過させるそれぞれの開口部分の開口面積が同一であってよい。また、損失付加部３０は、開口部分が、ｙｚ面において均一に分布してよい。圧力損失が増大しても、冷媒を導入するポンプのパワーが十分大きければ、冷媒流通部９２内を冷媒が一定以上の速度で通過できる。

冷却フィン９４を除去し、損失付加部３０を残した状態での、２つの開口部４２の間の圧力損失は、１０ｋＰａ以下であってよく、８ｋＰａ以下であってよく、６ｋＰａ以下であってもよい。これにより、エネルギー損失が大きくなりすぎることを防げる。

図２に示したように、２つの開口部４２がｘ軸方向において対向する位置に設けられていると、２つの開口部４２の間の冷媒流路を通過する冷媒の流速が比較的に早くなってしまう。これに対して、損失付加部３０を設けることで、冷媒流通部９２内における冷媒の流速分布をｙ軸方向においてほぼ均一にできた。

なお、冷却フィン９４を通過する場合の冷媒の圧力損失が、損失付加部３０を通過する場合の冷媒の圧力損失よりも小さくてよい。損失付加部３０が複数設けられている場合、損失付加部３０を通過する場合の冷媒の圧力損失は、複数の損失付加部３０における圧力損失の総和を用いる。損失付加部３０における圧力損失を大きくすることで、冷却フィン９４の形状等によらず、冷媒流通部９２における冷媒の流速分布を均一化できる。損失付加部３０における圧力損失は、冷却フィン９４における圧力損失の倍以上であってよく、３倍以上であってもよい。

図３Ｂは、損失付加部３０を除去した場合の冷媒流通部９２を示す図である。損失付加部３０を除去し、冷却フィン９４は残している。この状態における２つの開口部４２の間の圧力損失を、冷却フィン９４の圧力損失として用いてよい。図３Ａに示したような、冷却フィン９４を除去し、損失付加部３０を残した状態における２つの開口部４２の間の圧力損失を、損失付加部３０の圧力損失として用いてよい。または、図２に示したように、冷却フィン９４および損失付加部３０を残した状態で測定した圧力損失と、図３Ａに示したように、冷却フィン９４を除去した状態で測定した圧力損失との差分を、冷却フィン９４における圧力損失として用いてもよい。上面視において、冷却フィン９４のｘ軸方向の幅ｂは、冷却フィン９４が設けられた領域以外の冷媒流通部９２のｘ軸方向の幅ａ１，ａ２のそれぞれより大きくてよい。つまり、冷媒流通部９２において、冷却フィン９４前後の、冷却フィン９４が設けられた領域以外の冷媒流通部９２のそれぞれの容積は、冷却フィン９４が占める容積より小さくてよい。幅ｂは、幅ａ１とａ２の和より大きくてもよい。

図４は、２つの開口部４２の他の配置例を示す図である。本例の開口部４２は、側壁６３－１および側壁６３－２に設けられている。この場合、開口部４２から導入された冷媒は、ｙ軸方向に沿って流れやすくなる。このため、開口部４２からｙ軸方向に離れた位置の冷却フィン９４を通過する冷媒の速度が速くなりやすい。このような配置においても、損失付加部３０を設けることで、冷媒流通部９２内における冷媒の流速分布をｙ軸方向において均一化することができた。

図５は、２つの開口部４２の他の配置例を示す図である。本例の開口部４２は、ｘ軸方向において冷却フィン９４と対向する側壁６３－３、６３－４において、互いに対向しない位置に配置されている。この場合、開口部４２と対向する位置の冷却フィン９４を通過する冷媒の速度が速くなりやすい。このような配置においても、損失付加部３０を設けることで、冷媒流通部９２内における流速分布を均一化することができた。このように、損失付加部３０を設けることで、開口部４２の配置によらず、冷媒流通部９２内における冷媒の流速分布をｙ軸方向において均一化することができた。

図６は、冷却フィン９４および損失付加部３０の一例を示す斜視図である。本例の冷却フィン９４は、ｘｙ面において波形状を有する板状の構造物９５が、ｙ軸方向に一定の間隔で配列されている。構造物９５の間が、冷媒を通過させる冷媒流路として機能する。

ｘｙ面において、冷却フィン９４が設けられた領域の面積は、損失付加部３０が設けられた領域の面積よりも大きいことが好ましい。これにより、損失付加部３０を設けたことによる、装置サイズの増大を抑制できる。冷却フィン９４の面積には、ｘｙ面において構造物９５の間の冷媒流路の面積を含めてよい。損失付加部３０の面積も同様に、構造物の間の冷媒流路の面積を含めてよい。例えば冷却フィン９４および損失付加部３０の面積とは、ｘｙ面において、冷却フィン９４に外接する最小の矩形の面積および損失付加部３０に外接する最小の矩形の面積を用いてよい。

本例では、ｙ軸方向における、冷却フィン９４の幅と、損失付加部３０の幅は同一である。これに対して、ｘ軸方向における、冷却フィン９４の幅は、損失付加部３０の幅よりも大きい。ｘ軸方向において、損失付加部３０の幅は、冷却フィン９４の幅の１０％以下であってよく、５％以下であってもよい。

図７は、冷却フィン９４および損失付加部３０の概要を説明する上面図である。本例の冷却フィン９４は、複数の構造物９５がｙ軸方向に配列されている。構造物９５に挟まれた部分が、冷媒を一方の開口部４２側から他方の開口部４２側に通過させる冷媒流路９６として機能する。本例の損失付加部３０は、遮蔽物３１と開口３２とがｙ軸方向に交互に配置されている。開口３２は、図２に示したように側壁６３－１から、側壁６３－２まで、離散的に配置されている。開口３２は、ｚ軸方向においても離散的に配置されていてよい。

ｙ軸方向において、損失付加部３０の開口３２の幅Ｗ４は、冷却フィン９４の冷媒流路９６の幅Ｗ１よりも小さい。幅Ｗ４は、幅Ｗ１の半分以下であってよく、１／４以下であってもよい。また、開口３２の幅Ｗ４は、遮蔽物３１の幅Ｗ３よりも小さくてよい。幅Ｗ４は、幅Ｗ３の半分以下であってよく、１／４以下であってよく、１／１０以下であってもよい。開口３２の幅Ｗ４を小さくすることで、損失付加部３０における圧力損失を高めることができる。

また、開口３２が設けられる周期Ｗ３＋Ｗ４は、冷媒流路９６が設けられる周期（冷媒流路９６の幅Ｗ１と、構造物９５の幅Ｗ２の和Ｗ１＋Ｗ２）以下であってよい。周期Ｗ３＋Ｗ４は、冷媒流路９６の幅Ｗ１より小さくてよい。周期Ｗ３＋Ｗ４を小さくすることで、全ての冷媒流路９６に対して、少なくとも一つの開口３２を配置できる。

図８は、ｙｚ面における損失付加部３０の構造例を示す図である。損失付加部３０は、ｙｚ面に平行な板状の遮蔽物３１を有してよい。遮蔽物３１は、冷媒流通部９２のｙｚ断面の全体にわたって設けられている。遮蔽物３１には、開口３２が２次元的に離散して設けられている。開口３２は、ｙｚ面において等間隔に配置されていることが好ましい。また、それぞれの開口３２の開口面積は同一であることが好ましい。これにより、ｙｚ面において冷媒の流速を均一化できる。等間隔および同一とは、所定の誤差を含んでよい。例えば５％以内の誤差であれば、等間隔または同一としてよい。

損失付加部３０は、金属板に対して所定のパターンの開口３２を打ち抜き形成したものであってよい。他の例の損失付加部３０は、金属等のワイヤーを交差させることで形成してもよく、プラスチックで形成してもよく、繊維で形成してもよい。

図９は、損失付加部３０の他の配置例を示す上面図である。本例においては、少なくとも一つの開口部４２と、冷却フィン９４との間において、複数の損失付加部３０がｘ軸方向において配列されている。それぞれの損失付加部３０の構造は、例えば図８に示した構造と同一である。それぞれの損失付加部３０は、ｘ軸方向において離れて配置されてよい。それぞれの損失付加部３０において、ｙｚ面における開口３２の位置が異なっていてもよい。このような構造により、損失付加部３０における圧力損失の総和を増大させることができる。なお、一つの損失付加部３０のｘ軸方向の厚みは、１ｍｍ以下であってよい。

また、２つの開口部４２の開口面積Ｓ１、Ｓ２は異なっていてよい。開口面積の大きい方の開口部４２に対応する１つ以上の損失付加部３０の圧力損失の総和は、開口面積の小さい方の開口部４２に対応する１つ以上の損失付加部３０の圧力損失の総和よりも大きくてよい。これにより、流速のばらつきが生じやすい側における圧力損失を大きくして、流速のばらつきを低減できる。また、開口面積の大きい方の開口部４２に対して損失付加部３０を設け、開口面積の小さい方の開口部４２に対しては損失付加部３０を設けなくともよい。

また、少なくとも一部の損失付加部３０は、冷媒流通部９２から脱着可能であってよい。これにより、開口部４２と冷却フィン９４との間に設ける損失付加部３０の枚数を調整でき、発生させる圧力損失を調整できる。

図１０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。車両２００は、バス、重機、トラック等の大型車両であってよい。この場合、冷媒を冷却装置１０に供給するポンプとして大型のポンプを用いることが容易になり、圧力損失の大きい冷却装置１０に冷媒を容易に供給できる。

図１１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、７８‐２および７８‐３は半導体モジュール１００における下アームを、複数の半導体チップ７８‐４、７８‐５および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、７８－４はレグを構成してよい。一組の半導体チップ７８‐２、７８－５、一組の半導体チップ７８‐３、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してよい。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Ｐ１に、それぞれ電気的に接続してよい。同様に、半導体チップ７８‐２、７８－３においては、エミッタ電極がそれぞれ入力端子Ｎ２、Ｎ３に、コレクタ電極がそれぞれ出力端子Ｖ、Ｗに、電気的に接続してよい。さらに、半導体チップ７８‐５、７８‐６においては、エミッタ電極がそれぞれ出力端子Ｖ、Ｗに、コレクタ電極がそれぞれ入力端子Ｐ２、Ｐ３に、電気的に接続してよい。

各半導体チップ７８‐１から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Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は外部電源の正極に、入力端子Ｎ１、Ｎ２およびＮ３は負極に、出力端子Ｕ、Ｖ，およびＷは負荷にそれぞれ接続してよい。入力端子Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は互いに電気的に接続されてよく、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、複数の半導体チップ７８‐１から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。複数の半導体チップ７８‐１から７８‐６は、それぞれＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなど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、炭化けい素基板や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、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、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。特許請求の範囲、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、２０・・・天板、２２・・・上面、２４・・・下面、３０・・・損失付加部、３１・・・遮蔽物、３２・・・開口、４０・・・ケース部、４２・・・開口部、６２・・・枠部、６３・・・側壁、６４・・・底板、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、９０・・・パイプ、９２・・・冷媒流通部、９４・・・冷却フィン、９５・・・構造物、９６・・・冷媒流路、１００・・・半導体モジュール、２００・・・車両、２１０・・・制御装置

Claims (13)

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、
   天板と、
   前記天板と対向して配置された底板を有し、前記天板および前記底板との間に冷媒流通部が配置され、前記冷媒流通部に冷媒を導入する導入口と、冷媒を導出する導出口として機能する２つの開口部が設けられたケース部と、
   前記ケース部の前記冷媒流通部において、２つの前記開口部の間に配置された冷却フィンと、
   前記ケース部の前記冷媒流通部において、前記冷却フィンと、２つの前記開口部の少なくとも一方との間に配置され、通過する冷媒に圧力損失を発生させる損失付加部と
   を備え、
   前記冷却フィンを除去した場合の前記ケース部の前記冷媒流通部を、一方の前記開口部から他方の前記開口部まで前記冷媒が通過したときの圧力損失が５ｋＰａ以上であり、
   前記ケース部は、前記底板から前記天板に向かって設けられた側壁を有し、
   前記損失付加部は、上面視において、第１の側壁から、前記第１の側壁とは逆側の第２の側壁まで設けられており、
   前記冷却フィンは、前記第１の側壁から前記第２の側壁に向かう第１の方向において第１の周期で配置された複数の冷媒流路を有し、
   前記損失付加部は、前記第１の方向において前記第１の周期よりも小さい第２の周期で設けられた複数の開口を有し、
   前記損失付加部のそれぞれの前記開口の前記第１の方向における幅は、前記冷媒流路の開口の前記第１の方向における幅よりも小さい
   冷却装置。
2. 前記損失付加部は、前記冷却フィンとは分離して配置されている
   請求項１に記載の冷却装置。
3. 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、
   天板と、
   前記天板と対向して配置された底板を有し、前記天板および前記底板との間に冷媒流通部が配置され、前記冷媒流通部に冷媒を導入する導入口と、冷媒を導出する導出口として機能する２つの開口部が設けられたケース部と、
   前記ケース部の前記冷媒流通部において、２つの前記開口部の間に配置された冷却フィンと、
   前記ケース部の前記冷媒流通部において、前記冷却フィンと、２つの前記開口部の少なくとも一方との間に配置され、通過する冷媒に圧力損失を発生させる損失付加部と
   を備え、
   前記冷却フィンを除去した場合の前記ケース部の前記冷媒流通部を、一方の前記開口部から他方の前記開口部まで前記冷媒が通過したときの圧力損失が５ｋＰａ以上であり、
   前記冷却フィンを通過する場合の冷媒の圧力損失が、前記損失付加部を通過する場合の冷媒の圧力損失よりも小さい
   冷却装置。
4. 前記天板と平行な上面視において、前記冷却フィンが設けられた領域の面積が、前記損失付加部が設けられた領域の面積よりも大きい
   請求項３に記載の冷却装置。
5. 前記ケース部は、前記底板から前記天板に向かって設けられた側壁を有し、
   前記損失付加部は、上面視において、第１の側壁から、前記第１の側壁とは逆側の第２の側壁まで設けられている
   請求項３または４に記載の冷却装置。
6. 前記損失付加部は、前記第１の側壁から、前記第２の側壁まで、前記冷媒が通過する複数の開口が離散的に配置された構造を有する
   請求項５に記載の冷却装置。
7. 前記損失付加部における前記開口が、等間隔に配置されている
   請求項６に記載の冷却装置。
8. 前記損失付加部におけるそれぞれの前記開口の開口面積が同一である
   請求項７に記載の冷却装置。
9. 前記冷却フィンには、冷媒を通過させる冷媒流路が設けられ、
   上面視における前記損失付加部の前記開口の幅が、前記冷却フィンの前記冷媒流路の幅より小さい
   請求項８に記載の冷却装置。
10. 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、
    天板と、
    前記天板と対向して配置された底板を有し、前記天板および前記底板との間に冷媒流通部が配置され、前記冷媒流通部に冷媒を導入する導入口と、冷媒を導出する導出口として機能する２つの開口部が設けられたケース部と、
    前記ケース部の前記冷媒流通部において、２つの前記開口部の間に配置された冷却フィンと、
    前記ケース部の前記冷媒流通部において、前記冷却フィンと、２つの前記開口部の少なくとも一方との間に配置され、通過する冷媒に圧力損失を発生させる損失付加部と
    を備え、
    前記冷却フィンを除去した場合の前記ケース部の前記冷媒流通部を、一方の前記開口部から他方の前記開口部まで前記冷媒が通過したときの圧力損失が５ｋＰａ以上であり、
    前記損失付加部が、それぞれの前記開口部と前記冷却フィンとの間に設けられており、
    ２つの前記開口部は開口面積が異なっており、
    ２つの前記開口部のうち、前記開口面積の大きい方に対応する前記損失付加部における圧力損失が、前記開口面積の小さい方に対応する前記損失付加部における圧力損失よりも大きい
    冷却装置。
11. 前記損失付加部は、少なくとも一部が、前記冷媒流通部に脱着可能に設けられている
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の冷却装置。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の冷却装置と、
    前記冷却装置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。
13. 請求項１２に記載の半導体モジュールを備える車両。

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