JP7205662B2 - 半導体モジュール - Google Patents
半導体モジュール Download PDFInfo
- Publication number
- JP7205662B2 JP7205662B2 JP2022508097A JP2022508097A JP7205662B2 JP 7205662 B2 JP7205662 B2 JP 7205662B2 JP 2022508097 A JP2022508097 A JP 2022508097A JP 2022508097 A JP2022508097 A JP 2022508097A JP 7205662 B2 JP7205662 B2 JP 7205662B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor module
- pin fins
- top plate
- module according
- fin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 135
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 76
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 45
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 7
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 6
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002528 anti-freeze Effects 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010273 cold forging Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000001141 propulsive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
- H05K7/20254—Cold plates transferring heat from heat source to coolant
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
- H01L23/3677—Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
- H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
- H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
- H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
本発明は半導体モジュールに関する。
従来、冷却フィンを含む冷却装置を備える半導体モジュールが知られている（例えば特許文献１参照）。
上記の半導体モジュールでは、冷却装置における冷媒の流速分布が十分に小さくなかった。
上記課題を解決するために、本発明の態様においては、冷却装置を備える半導体モジュールであって、冷却装置は、天板と、天板に接続された側壁と、天板に対面し、側壁に接続された底板と、天板の底板に対面する面の側壁と離間した長方形のフィン領域に一端が接続され、平面視で行列状に離間して配置された複数の多角形のピンフィンと、平面視でフィン領域の一方の長辺の一部と近接する位置に流路の中央が配置された冷媒の入口と、平面視でフィン領域の他方の長辺の一部と近接する位置に流路の中央が配置された冷媒の出口とを備え、複数のピンフィンの行列方向が、入口の位置および出口の位置を結ぶ直線に対して角度をなし、直線のフィン領域を横切る線分の長さが、フィン領域の短辺の長さより長い、半導体モジュールを提供する。
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斜視図であり、図２は、半導体モジュール１００の冷却装置１０の一例を示す模式的な斜視図である。また、図３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り、図４は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００における、冷却装置１０のフィン領域９５および半導体装置７０の配置、ピンフィン９４の形状、ならびに冷媒の流れ方向の一例を示す図である。図３では、図１に示す半導体モジュール１００におけるＵ相アセンブリ７０Ｕの半導体チップ７８と、図２に示す冷却装置１０の出口４２との両方をｘｚ平面で仮想的に切断した状態を示している。図４では、図１に示すＵ相アセンブリ７０Ｕ、Ｖ相アセンブリ７０ＶおよびＷ相アセンブリ７０Ｗを破線で示している。なお、図３に破線で示す領域［Ａ］は、後述する図１２において拡大して示す領域である。
図１～図４に示すように、半導体モジュール１００は冷却装置１０を備える。本例の冷却装置１０には半導体装置７０が載置されている。本実施形態の説明では、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。ｘｙｚ軸は右手系をなす。本実施形態の説明では、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。また本実施形態の説明では、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。本実施形態の説明において、平面視は、ｚ軸正方向から半導体モジュール１００を見た場合を意味する。
半導体装置７０は、半導体チップ７８と、半導体チップ７８を実装する回路基板７６とを有する。本例の半導体装置７０は、３枚の回路基板７６を含んでもよく、各回路基板７６には２つの半導体チップ７８が搭載されてもよい。本例の半導体装置７０は、パワー半導体装置であって、回路基板７６および半導体チップ７８―１および半導体チップ７８－４を含むＵ相アセンブリ７０Ｕと、回路基板７６および半導体チップ７８―２および半導体チップ７８－５を含むＶ相アセンブリ７０Ｖと、回路基板７６および半導体チップ７８―３および半導体チップ７８－６を含むＷ相アセンブリ７０Ｗを有してもよい。本例の半導体モジュール１００は、三相交流インバータを構成する装置として機能してもよい。なお、Ｕ相アセンブリ７０Ｕ、Ｖ相アセンブリ７０ＶおよびＷ相アセンブリ７０Ｗの各半導体チップ７８は、半導体モジュール１００が動作した場合に熱を生じる発熱源となる。
半導体チップ７８は縦型の半導体素子であり、上面電極および下面電極を有する。半導体チップ７８は、一例として、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）、ＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）および還流ダイオード（ＦＷＤ）等の素子を含む。半導体チップ７８は、ＩＧＢＴおよびＦＷＤが一枚の半導体基板に形成された逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ）であってもよい。ＲＣ－ＩＧＢＴにおいてＩＧＢＴとＦＷＤは逆並列に接続されてよい。
半導体チップ７８の下面電極は、回路基板７６の上面に接続されている。半導体チップ７８の上面電極はエミッタ、ソースあるいはアノード電極であってよく、下面電極はコレクタ、ドレインあるいはカソード電極であってよい。半導体チップ７８における半導体基板は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）であってもよい。
ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子を含む半導体チップ７８は制御電極を有する。半導体モジュール１００は半導体チップ７８の制御電極に接続される制御端子を有してもよい。スイッチング素子は、制御端子を介し、外部の制御回路により制御され得る。
回路基板７６は、一例として、上面と下面を有する絶縁板と、絶縁板の上面に設けられた回路層と、下面に設けられた金属層とを順に含む積層基板である。回路基板７６は、上面および下面を有し、下面が冷却装置１０の上面に配置される。回路基板７６は、一例として、金属層を介して半田等によって冷却装置１０の上面に固定されている。また、回路基板７６の上面側には、一例として、回路層を介して２つの半導体チップ７８が固定されている。
回路基板７６は、例えば、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｏｐｐｅｒ Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板やＡＭＢ（Ａｃｔｉｖｅ Ｍｅｔａｌ Ｂｒａｚｉｎｇ）基板であってよい。絶縁板は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミックス材料を用いて形成されてよい。回路層および金属層は、銅あるいは銅合金などの導電材料を含む板材であってよい。回路層は、半田やロウ等によって絶縁板の上面側に固定されている。回路層の上面には、半導体チップ７８が半田等によって電気的、機械的に接続され、すなわち電気回路的に直接接続されている。なお、半導体チップ７８および回路層は、ワイヤー等により、主端子など他の導電部材と電気的に接続されてもよい。
冷却装置１０は、ベースプレート４０と、底板６４とを有する。ベースプレート４０は、半導体装置７０が実装される天板２０と、天板２０に接続される側壁３６と、天板２０に接続される複数のピンフィン９４とを含む。複数のピンフィン９４の一端は、天板２０の底板６４に対面する面の、側壁３６と離間した長方形のフィン領域９５に接続されている。複数のピンフィン９４は、平面視で行列状に離間して配置される。
天板２０は、ｘｙ平面に広がる主面を有する、板状の部材である。本例の天板２０は、平面視において、長辺および短辺を有する略長方形である。また、本例の天板２０は、短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸に平行である。天板２０は、半導体モジュール１００が実装される外部の装置と締結するための締結部２１を含む。締結部２１は、平面視において、天板２０に接続される側壁３６よりも外側に位置し、外部の装置のボルトなどが挿入される貫通孔８０を有する。本例の締結部２１は、略長方形の天板２０の四隅のそれぞれに１つずつ、計４つの貫通孔８０を有する。
側壁３６は、略一定の厚みを有し、冷却装置１０の側面を構成する。本例の側壁３６は、ｘｙ平面において、長辺および短辺を有する略長方形の輪郭を有する。側壁３６が冷却装置１０の側面を構成することから、平面視において、側壁３６の輪郭の短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸に平行である。また、本例の側壁３６は、平面視において、天板２０の締結部２１よりも内側に位置し、天板２０からｚ軸負方向に延在する。
フィン領域９５に複数のピンフィン９４が設けられる。ピンフィン９４の配列により冷媒の流路が画定される。ピンフィン９４はそれぞれ、ｘｙ平面における断面形状が実質的に菱形である。以降の説明において、１または複数のピンフィン９４を、単にピンフィン９４と称する場合がある。ピンフィン９４は、天板２０からｚ軸負方向に延伸している。ピンフィン９４は、平面視において、側壁３６よりも内側に位置し、側壁３６によって囲まれている。複数のピンフィン９４は、フィン領域９５において、等間隔に設けられてよい。ピンフィン９４の間隔は、例えば、０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であってよい。
図２の冷却装置１０では、簡略化のため、ピンフィン９４を図示する代わりに、ピンフィン９４が設けられた領域であるフィン領域９５をドットで示している。フィン領域９５は、平面視において長方形であってよく、短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸に平行であってもよい。
本例のベースプレート４０において、天板２０、側壁３６およびピンフィン９４は一体的に形成されている。例えば、天板２０、側壁３６およびピンフィン９４は、連続した一枚の板部材から一体的に形成してもよい。例えば、連続した一枚の板部材に対して、天板２０、側壁３６およびピンフィン９４の形状に対応する金型を用いた打ち抜き加工を行うことによって、天板２０、側壁３６およびピンフィン９４を一体的に形成してもよい。他の例として、インパクトプレスなどを用いる常温環境下での冷間鍛造や、高温環境下での温間鍛造、熱間鍛造、溶湯鍛造などの任意の鍛造法を用いた成型を行うことによって、あるいは鋳造による成型を行うことによって、天板２０、側壁３６およびピンフィン９４を一体的に形成してもよい。本実施形態の半導体モジュール１００は、天板２０、側壁３６およびピンフィン９４を一体的に形成することにより、別個に形成されたものを互いに固着する形態に比べて部品点数を削減することができる。
底板６４は、板状の部材である。本例の底板６４は、平面視において、長辺および短辺を有する略長方形である。また、本例の底板６４は、短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸方向に平行である。底板６４は、冷媒流通部９２の底面を構成する。底板６４は、側壁３６に接続され、天板２０に対面する。
天板２０、側壁３６および底板６４によって、冷媒を流通させるための冷媒流通部９２が画定される。換言すると、側壁３６は、ｘｙ面において、冷媒流通部９２を囲んで配置され、天板２０および底板６４は、ｚ軸方向において、冷媒流通部９２を挟んで互いに対面して配置される。よって、ｘｙ平面における冷媒流通部９２の輪郭は、側壁３６の内周によって画定され、冷媒流通部９２は、ｘｙ平面において長辺および短辺を有する略長方形を有する。
また、本例の底板６４には、冷媒流通部９２に冷媒を導入するための貫通孔である入口４１と、冷媒流通部９２から冷媒を導出するための貫通孔である出口４２とが形成されている。なお、入口４１及び出口４２は底板６４に設けられていなくてもよい。例えば、入口４１及び出口４２はベースプレート４０の側壁３６に設けられていてもよい。また、本例の底板６４は、一例として、天板２０に対面する側において、側壁３６を固着する位置を決めるための段差部６５を有してもよい。平面視において、本例の段差部６５の輪郭は、底板６４の輪郭よりも小さく、底板６４と同様に、長辺および短辺を有する略長方形であってよい。また、本例の段差部６５は、短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸方向に平行であってよい。なお、底板６４は、図２から４等に図示する段差部６５に代えて、側壁３６を固着する位置を決めることが可能な他の任意の段差を有してもよい。また、底板６４は、段差部６５を有さなくてもよい。
入口４１および出口４２は、それぞれ外部の冷媒供給源に連通するパイプが接続され得、換言すると、冷却装置１０は、２本のパイプによって外部の冷媒供給源に接続され得る。従って、冷却装置１０は、入口４１を介して一方のパイプから冷媒を搬入され得、冷媒は冷媒流通部９２内部を循環した後に出口４２を介して他方のパイプへと搬出され得る。底板６４と冷媒供給源は、入口４１および出口４２の周りに配置されるシーリング材を介し接続されてもよい。
入口４１および出口４２は、ｘ軸方向において、冷却装置１０の一側と、一側の反対の他側にそれぞれ位置し、且つ、ｙ軸方向において、冷却装置１０の一側と、一側の反対の他側にそれぞれ位置する。すなわち、入口４１および出口４２は、ｘｙ平面において略長方形を有する冷媒流通部９２の対角線方向で、冷媒流通部９２の対向する両端に位置する。平面視において、入口４１および出口４２はそれぞれ、第１のヘッダー３０－１および第２のヘッダー３０－２に設けられてよい。入口４１および出口４２はそれぞれ、フィン領域９５の外側の位置ＰｉおよびＰｏに設けられてよい。出口４２は、入口４１に対し、フィン領域９５の反対側に、フィン領域の長辺方向に離れて設けられてよい。位置Ｐｉおよび位置Ｐｏを結ぶ直線ＩＯのフィン領域９５を横切る線分の長さＬ１は、フィン領域９５の短辺９３の長さＬ２より長い。直線ＩＯは、フィン領域９５の短辺方向に対し、３０°以上６０°以下の角度を、好ましくは実質的に４５°の角度をなしてよい。入口４１および出口４２は、平面視において、円形、角丸長方形または楕円形の開口を有してよい。位置ＰｉおよびＰｏはそれぞれ、入口４１および出口４２の開口の中心により定義される。入口４１は、平面視でフィン領域９５の一方の長辺９６の一部と近接する位置Ｐｉに流路の中央が配置されている。出口４２は、平面視でフィン領域９５の他方の長辺９６の一部と近接する位置Ｐｏに流路の中央が配置されている。
本実施形態の半導体モジュール１００は、冷却装置１０の上面でｙ軸方向に並べられた各半導体チップ７８から生じた熱を、冷却装置１０の入口４１を介して冷媒流通部９２に流入し、冷媒流通部９２内を全体に亘って拡散し、出口４２を介して流出する冷媒によって効率的に冷却する。半導体チップ７８は、例えば平面視で矩形（長方形）であり、半導体チップ７８の長手方向がフィン領域９５の短手方向と一致するように平面視でフィン領域９５内の一部に重なるように配置されている。
図３に示す通り、天板２０は、ｘｙ面と平行な上面（おもて面）２２および下面（裏面）２４を有する。天板２０は、一例として金属で形成され、より具体的な一例としてアルミニウムを含む金属で形成されている。天板２０は、表面にニッケルなどのめっき層が形成されてもよい。天板２０の上面２２には、半導体装置７０が載置される。この場合、天板２０の上面２２には、半導体装置７０の回路基板７６が半田等によって直接固定されてもよい。天板２０には、各半導体チップ７８において発生した熱が伝達される。天板２０、回路基板７６および半導体チップ７８は、ｚ軸正方向に向かってこの順に配置される。天板２０および回路基板７６の間、ならびに、回路基板７６および半導体チップ７８の間は、熱的に接続されてよい。それぞれの部材間が半田で固定されている場合は、当該半田を介して熱的に接続される。
半導体装置７０は追加的に、収容部７２を有してもよい。収容部７２は、例えば熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂等の絶縁材料で形成された枠体であり、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てよい。収容部７２は、天板２０の上面２２に接着されてもよい。収容部７２は、半導体チップ７８、回路基板７６およびその他の回路要素を収容し得る内部空間を画定する。収容部７２は、内部空間において、半導体装置７０の回路基板７６および半導体チップ７８を含む各構成要素を収容してもよい。収容部７２の内部空間には、半導体チップ７８、回路基板７６およびその他の回路要素を封止する封止部７４が充填されてよい。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樹脂を含む絶縁部材である。なお、図１においては、説明の簡略化を目的として、収容部７２および封止部７４の図示を省略してある。
冷媒流通部９２は、天板２０の下面２４側に配置されている。図４に示す通り、冷媒流通部９２は、天板２０の主面に平行な断面において、長辺９６および短辺９３を有する略長方形である。
冷媒流通部９２には、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ Ｌｉｆｅ Ｃｏｏｌａｎｔ；不凍液）や水等の冷媒が流通する。冷媒流通部９２において、冷媒は、短辺９３の方向の一の側に連通する入口４１から導入されて短辺９３の方向の他の側に連通する出口４２から導出される。冷媒は、回路基板７６が配置される天板２０の下面２４およびピンフィン９４に接触し、半導体装置７０を冷却する。
冷媒流通部９２は、天板２０、側壁３６および底板６４のそれぞれに接する密閉空間であってよい。底板６４は、側壁３６のｚ軸負方向の下端に直接または間接に密着して配置され、天板２０、側壁３６および底板６４によって冷媒流通部９２を密閉している。なお、間接に密着とは、側壁３６の下端と底板６４との間に設けられた、シール材、接着剤、ロウ材、または、その他の部材である固着剤９８を介して、側壁３６の下端と底板６４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。側壁３６の下端と底板６４とは、好ましくはロウ付けされる。なお、ベースプレート４０および底板６４は同一組成の金属で形成され、ロウ材はベースプレート４０等よりも融点の低い金属、例えばアルミニウムを含む金属で形成されてよい。
ピンフィン９４は、冷媒流通部９２において、フィン領域９５に配置され、天板２０と底板６４との間に延在する。本例のピンフィン９４はそれぞれ、天板２０および底板６４のそれぞれの主面とフィンの軸が実質的に直交するように、ｚ軸方向に延在する。本例のピンフィン９４は、図４に示す通り、ｘｙ面において格子状に配置され、天板２０および底板６４のそれぞれの主面と略直交するようにｚ軸方向に延在する。
ピンフィン９４は、ｘｙ平面の断面において、菱形、正方形、長方形等の四角形や六角形等の多角形である。例えば、本例のピンフィン９４は、ｘｙ平面の断面において、実質的に菱形であってよい。ピンフィン９４はそれぞれ９０°の角を有してよい。菱形の一対の対角線の長さは、互いに同じであってもよいし異なってもよい。
複数のピンフィン９４は、等間隔に、かつ、それぞれの一の辺が主流方向ＭＳに平行になるように設けられる。主流方向ＭＳは、直線ＩＯに対し、－４５°より大きく４５°未満の角をなす方向である。複数のピンフィン９４の行列方向は、直線ＩＯに対して角度をなすように配置されている。複数のピンフィン９４の行列方向に平行な複数のピンフィン９４のそれぞれの一の辺は、直線ＩＯに対して、－４０°以上－２０°以下または１０°以上４０°以下である。
図５～７は、冷却装置１０における、フィン領域９５、入口４１、出口４２およびピンフィン９４の配置の例を示す図である。図５の例において、複数のピンフィン９４は、主流方向ＭＳが直線ＩＯと約３５°の角θ１をなすように配置されている。図６の例において、複数のピンフィン９４は、主流方向ＭＳが直線ＩＯと約－３５°の角θ１をなすように配置されている。図７の例において、複数のピンフィン９４は、主流方向ＭＳが直線ＩＯと０°の角をなすように配置されている。
図８は、入口４１および出口４２の中心を結んだ直線ＩＯと冷媒の主流方向ＭＳがなす角θ１（度）と、冷媒の流速との関係を示すグラフである。冷媒の流速は、図４に示すようにｙ軸方向に配置した６つの半導体チップ７８の直下における流速の最低値である。冷媒の流速は熱流体シミュレーションにより求めた。グラフから明らかなように、主流方向ＭＳが－４０°以上－２０°以下または１０°以上４０°以下であるとき、主流方向ＭＳが０°の場合に比べて、冷媒の最低流速が向上し、主流方向ＭＳが－４０°以上－３０°以下または３０°以上４０°以下であるとき、更に冷媒の最低流速が向上する。
また、６つの半導体チップ７８の直下における熱抵抗値を評価した別のシミュレーションによれば、主流方向ＭＳが３５°である半導体モジュール１０では、主流方向ＭＳが０°である場合に対し、熱性能が改善され、さらに、圧力損失も低減されることが明らかとなった。
図９は、冷却装置１０における、フィン領域９５、入口４１、出口４２およびピンフィン９４の配置の変形例を示す図である。複数の菱形ピンフィン９４はそれぞれ、ｘｙ面において、長さの異なる対角線と６０°より大きく９０°未満の角とを有してよい。
図１０、１１は、ピンフィン９４の拡大図である。図１０はｘｙ面において角αが９０°の菱形ピンフィン９４を示す。複数のピンフィン９４は、互いが間隔ｇで等間隔に、かつ、それぞれの辺が主流方向ＭＳと平行になるよう設けられる。ピンフィン９４はｘｙ面において正格子上に配置される。このときピンフィン９４の対角線は配列方向ＡＤと平行になる。図１１はｘｙ面において角βが６０°より大きく９０°未満の菱形ピンフィン９４を示す。複数のピンフィン９４は、互いが間隔ｇで等間隔に、かつ、それぞれの辺が主流方向ＭＳと平行になるよう設けられる。ピンフィン９４はｘｙ面において斜格子上に配置される。このときピンフィン９４の対角線は配列方向ＡＤと平行になる。
ピンフィン９４の間隔ｇは、例えば０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、好ましくは０．９ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。ピンフィン９４を切削で製造して、切削された側面の角がそのままでもよいし、ピンフィン９４の角が面取りされてもよい。面取りする場合のＲ寸法は例えば０．５ｍｍ以下である。ピンフィン９４のｘｙ平面の断面積は、例えば１ｍｍ２以上９ｍｍ２以下である。ピンフィン９４が平面視で正方形であれば、ピンフィン９４の１辺の長さは１ｍｍ～３ｍｍ程度である。ピンフィン９４の高さは、例えば４ｍｍ以上６ｍｍ以下である。
ピンフィン９４は、ｚ軸方向において対向する上端と下端とを有し、上端が天板２０の下面２４に熱的および機械的に接続され、天板２０の下面２４から冷媒流通部９２に向かって延在する。ピンフィン９４が天板２０と一体的に形成されている場合は、ピンフィン９４の上端が天板２０の下面２４から一体的に突出し、天板２０の下面２４から冷媒流通部９２に向かって延在する。本例のピンフィン９４の下端は、固着剤９８によって底板６４に固着されている。ピンフィン９４の下端は、底板６４から離れていてもよい。ピンフィン９４と底板６４との間に隙間があれば、底板６４に反り等が生じても、ピンフィン９４と底板６４との間で応力が生じ難い。各半導体チップ７８が発した熱は、ピンフィン９４の近傍を通過する冷媒に移動する。これにより、各半導体チップ７８を冷却する。
図４において破線で示す通り、冷媒流通部９２のフィン領域９５は、平面視において、短辺９３の方向よりも長辺９６の方向に長い長方形である。ピンフィン９４は、単位長さにおいて、冷媒流通部９２の長辺９６の方向に短辺９３の方向よりも数多く配されてもよい。一例として、フィン領域９５において、冷媒流通部９２の長辺９６の方向に配されたピンフィン９４の本数と、冷媒流通部９２の短辺９３の方向に配されたピンフィン９４の本数との比は所定の範囲であってもよい。フィン領域９５には、ピンフィン９４が設けられた領域と、ピンフィン９４間の流路とが含まれる。また、図示の通り、本例のフィン領域９５においては、ピンフィン９４は正方配列されているが、これに代えて、千鳥配列されてもよい。なお、隣接するピンフィン９４同士の間隔は、ピンフィン９４自体の幅よりも狭くてもよい。なお、図４に示す通り、本例のＵ相アセンブリ７０Ｕ、Ｖ相アセンブリ７０ＶおよびＷ相アセンブリ７０Ｗは何れも、フィン領域９５の内側に配されているが、一部がフィン領域９５の外側に配されてもよい。
また、冷媒流通部９２は、平面視において、フィン領域９５を挟んで配置された第１のヘッダー３０－１および第２のヘッダー３０－２を含む。ヘッダー３０は、冷媒流通部９２において、所定の高さ（ｚ軸方向の長さ）以上の高さを有する空間を指す。所定の高さとは、天板２０および底板６４の間の距離であってよい。
第１のヘッダー３０－１は、フィン領域９５よりも短辺９３の方向の一の側に設けられ、位置Ｐｉに配置された入口４１に連通し、長辺９６の方向に延在する。第２のヘッダー３０－２は、フィン領域９５よりも短辺９３の方向の他の側に設けられ、位置Ｐｏに配置された出口４２に連通し、長辺９６の方向に延在する。第１のヘッダー３０－１および第２のヘッダー３０－２が延在する方向は、フィン領域９５の長辺９６の方向と平行であってもよい。なお、第１のヘッダー３０－１は一の連通領域の一例であり、第２のヘッダー３０－２は他の連通領域の一例である。
図４に示すように、主流方向ＭＳに複数のピンフィン９４を配列することにより、フィン領域９５の外縁に沿って、複数のピンフィン９４による段差ＳＴが形成されてもよい。段差ＳＴにより冷媒の流れを調整でき、フィン領域９５の長辺方向（ｙ軸方向）における冷媒流速の分布を改善できる。段差ＳＴはフィン領域９５の外縁に沿って複数設けられてもよく、隣り合う段差ＳＴの長さは同じであっても異なってもよい。
以上の構成を備える本実施形態の半導体モジュール１００によれば、半導体装置７０に実装される冷却装置１０において、ｘｙ平面における断面が略長方形の冷媒流通部９２内を流れる冷媒の主たる流れ方向が、略長方形の短辺９３の方向であり、冷媒流通部９２に配置されるピンフィン９４のｘｙ平面における断面形状が菱形を有する。これにより、本実施形態の半導体モジュール１００によれば、半導体モジュール１００の動作中に発熱する半導体装置７０の複数の熱源を一様に冷却しつつ、冷媒流通部９２内を流れる冷媒の流速損失を小さくして放熱効率を向上できる。
更に、本実施形態の半導体モジュール１００によれば、冷却装置１０における入口４１および出口４２は、ｘｙ平面において略長方形を有する冷媒流通部９２の対角線方向で、冷媒流通部９２の対向する両端に位置する。冷媒流通部９２のフィン領域９５は、ピンフィン９４が、冷媒流通部９２の長辺９６の方向に短辺９３の方向よりも数多く配され、短辺９３の方向よりも長辺９６の方向に長い略長方形を有する。冷媒流通部９２は、平面視において、フィン領域９５を挟んで配置された第１のヘッダー３０－１および第２のヘッダー３０－２を含み、第１のヘッダー３０－１は、フィン領域９５よりも短辺９３の方向の一の側に位置して入口４１に連通し、長辺９６の方向に延在する。第２のヘッダー３０－２は、フィン領域９５よりも短辺９３の方向の他の側に位置して出口４２に連通し、長辺９６の方向に延在する。
このような構成を備える本実施形態の半導体モジュール１００によれば、入口４１から冷媒流通部９２内へ流入した冷媒は、フィン領域９５のピンフィン９４に衝突して、第１のヘッダー３０－１内で拡散しつつ、冷媒流通部９２の対角線方向において入口４１の反対に位置する出口４２へ向かって進んでいき、出口４２から排出される。これにより、本実施形態の半導体モジュール１００によれば、冷媒の流入口と流出口とが冷媒流通部９２の短辺９３の方向で冷媒流通部９２の対向する両端に位置する場合（θ＝０°）に比べて、半導体モジュール１００の動作中に発熱する半導体装置７０の複数の熱源を、より一層効率的に一様に冷却できる。
図１２は、図３における領域Ａの部分拡大図である。ただし、図１２では、図３における領域Ａを１８０度回転させた状態を図示している。また、図１２では、天板２０の締結部２１のｚ軸方向の厚みをＴ１で示し、天板２０のフィン領域９５におけるｚ軸方向の厚みをＴ２で示し、側壁３６のｘ軸方向の厚みをＴ３で示し、底板６４のｚ軸方向の厚みをＴ４で示してある。
図１２に示す通り、本例の冷却装置１０において、締結部２１の厚みＴ１は、天板２０におけるフィン領域９５の厚みＴ２よりも厚くてもよい。天板２０におけるフィン領域９５の厚みを薄くすることによって、天板２０の上面２２に配置される半導体装置７０からの熱を、冷媒流通部９２内を流れる冷媒へと効率的に移動させることができる一方で、締結部２１の強度を高めることによって、半導体モジュール１００を外部の装置とボルトなどで強固に締結する場合に印加され得る強い締結力によって締結部２１が破損してしまうことを抑止できる。
また、側壁３６の厚みＴ３は、天板２０におけるフィン領域９５の厚みＴ２よりも厚くてもよい。天板２０におけるフィン領域９５の厚みを薄くすることによって、上記と同様に冷却効率を高めることができる一方で、天板２０と接続されている側壁３６の強度を高めることによって、天板２０におけるフィン領域９５が機械的または熱的な影響によって捩じれなどの変形を起こすことを抑止できる。
また、底板６４の厚みＴ４は、天板２０の少なくともフィン領域９５における厚みＴ２および側壁３６の厚みＴ３の何れの厚みよりも厚くてもよく、更に、天板２０の締結部２１の厚みＴ１よりも厚くてもよい。上述した通り、入口４１および出口４２はそれぞれ、底板６４に形成されている。貫通孔である入口４１および出口４２を、厚みが最も大きい底板６４に形成することで、冷却装置１０の強度を向上でき、且つ、冷却装置１０の加工を容易化することができる。
また、図１２において、平面視における底板６４の輪郭をＣ１で示し、側壁３６の輪郭をＣ２で示してある。本例の冷却装置１０において、底板６４の輪郭Ｃ１は、側壁３６の輪郭Ｃ２よりも内側に位置していてもよい。
また、本例の段差部６５は、底板６４の主面から突出し、平面視において、側壁３６の内周よりも僅かに小さく、側壁３６の内周と略一致する輪郭を有する。これにより、段差部６５は、底板６４と側壁３６とを固着するときに異なる少なくとも２つの面で側壁３６と接触し、底板６４に対して側壁３６を固着する位置を決めるように機能する。
また、本例の底板６４は、平面視における輪郭における、側壁３６と固着される側の角部が面取りされていてもよい。以降の説明において、底板６４における当該面取りされた箇所を面取り部６６と称する場合がある。ロウ等などの固着剤９８によって底板６４と側壁３６とを固着する場合、固着した領域の外側にロウだれが生じる可能性がある。これに対して、底板６４が上記の面取り部６６を有するように面取り加工しておき、固着剤９８が凝固するまで図示のように底板６４を側壁３６に対して重力方向の上側にし、底板６４と側壁３６とを固着することで、固着剤９８がフィレットを形成する領域を有するようになり、ロウだれが生じることを防止できる。
なお、面取り部６６は、Ｃ面取り加工されていてもよく、Ｒ面取り加工されていてもよい。なお、同様の目的で、側壁３６およびピンフィン９４のｚ軸負方向の下端の角部も面取りされていてもよい。
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４に示す実施形態において、冷却装置１０の側壁３６の内面はそれぞれ、平面視において、８角形であってよい。実施形態において、側壁３６により画定される冷媒流通部９２において、フィン領域９５の短辺方向の一の側に第１のヘッダー３０－１を、他の側に第２のヘッダー３０－２を並置し、第１のヘッダー３０－１および第２のヘッダー３０－２の間にピンフィン９４を配置してよい。さらに実施形態において、ピンフィン９４は、格子状に、好ましくは斜格子状あるいは菱形格子状に配置されてよい。実施形態において、入口４１および出口４２は、冷媒流通部９２において、フィン領域９５と隣接し、対角線上に設けられてよい。入口４１および出口４２の開口は、平面視において、長辺９６方向の長さが短辺９３方向の長さより大きくてよい。
図１４は、本発明の複数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、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、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において、半導体チップ７８－１、７８－２および７８－３は上アームを、半導体チップ７８－４、７８－５および７８－６は下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（Ｕ相）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（Ｖ相、Ｗ相）を構成してよい。半導体チップ７８－４において、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７８－１において、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７８－５、７８－６において、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７８－２、７８－３において、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、対応する制御端子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、Ｐ３は外部電源の正極に、入力端子Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は外部電源の負極に、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗは負荷にそれぞれ接続してよい。入力端子Ｐ１、Ｐ２、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、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。また、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。
以上の複数の実施形態の説明において、例えば「略同じ」、「略一致」、「略一定」、「略対称」、「略菱形」などのように、「略」との言葉を一緒に用いて特定の状態を表現している場合があるが、これらは何れも、厳密に当該特定の状態であるものだけでなく、実質的に当該特定の状態であるものを含む意図である。
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。
例えば、上記の実施形態においては、ベースプレート４０において、天板２０、側壁３６およびピンフィン９４は一体的に形成されている構成として説明したが、これに代えて、天板２０等、側壁３６等およびピンフィン９４は、それぞれ個別に形成された後に固着剤９８などで互いに固着されてもよく、天板２０等および側壁３６等が一体的に形成されて、別個に形成されたピンフィン９４が天板２０等に固着されてもよく、天板２０等およびピンフィン９４が一体的に形成されて、別個に形成された側壁３６等が天板２０等に固着されてもよい。
また、例えば、上記の実施形態においては、ピンフィン９４は、天板２０等と一体的に形成され、底板６４に向かって延在する構成として説明したが、これに代えて、ピンフィン９４は、底板６４等と一体的に形成され、底板６４等から天板２０等に向かって延在してもよい。なお、この場合において、ピンフィン９４の先端と天板２０等との間が固着剤９８などで固着されてもよい。
また、例えば、上記の実施形態においては、ピンフィン９４は、天板２０等と底板６４との間を、天板２０の主面の法線方向に延在する、すなわち天板２０等および底板６４等に対して垂直に延在する構成として説明したが、これに代えて、ピンフィン９４は、天板２０等と底板６４等との間を、天板２０等の主面の法線方向に対して角度を有するように斜めに延在してもよい。また、ピンフィン９４のｘｙ平面における断面の寸法は、ｚ軸方向において一定であってもよく、変化してもよく、より具体的な一例として、先端に向かって先細りになるように、天板２０等および底板６４等の何れか一方から他方へと延在してもよい。
また、例えば、上記の実施形態においては、半導体装置７０は、冷却装置１０の天板２０等の上面２２に直接固定される構成として説明したが、これに代えて、半導体装置７０は、収容部７２の下面に露出するベース板を有し、当該ベース板の上面に回路基板７６が固定され、当該ベース板が天板２０等の上面２２に固定されていてもよい。
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、１１、１２、１３ 冷却装置、２０、２５ 天板、２１ 締結部、２２ 上面、２４ 下面、２６ 支持ピン、３０ ヘッダー、３０－１ 第１のヘッダー、３０－２ 第２のヘッダー、３６、３７、３５ 側壁、３５－１、３６－１、３７－１ スロープ面、３７－２ 非スロープ面、３８ ピン、３９ 溝、４０、４５ ベースプレート、４１ 入口、４２ 出口、５０ スロープ部、５１ 溝、６４、６７ 底板、６５ 段差部、６６ 面取り部、６８ 穴、７０ 半導体装置、７０Ｕ Ｕ相アセンブリ、７０Ｖ Ｖ相アセンブリ、７０Ｗ Ｗ相アセンブリ、７２ 収容部、７４ 封止部、７６ 回路基板、７８ 半導体チップ、８０ 貫通孔、９２ 冷媒流通部、９１ 短辺、９３ 短辺、９６ 長辺、９４、９７ ピンフィン、９５ フィン領域、９８ 固着剤、９９ 長辺、１００ 半導体モジュール、２００ 車両、２１０ 制御装置、２２１ ポンプ、２２２ 入口配管、２２３ 出口配管
Claims (18)
- 冷却装置を備える半導体モジュールであって、
前記冷却装置は、
天板と、
前記天板に接続された側壁と、
前記天板に対面し、前記側壁に接続された底板と、
前記天板の前記底板に対面する面の前記側壁と離間した長方形のフィン領域に一端が接続され、平面視で行列状に離間して配置された複数の多角形のピンフィンと、
平面視で前記フィン領域の一方の長辺の一部と近接する位置に流路の中央が配置された冷媒の入口と、
平面視で前記フィン領域の他方の長辺の一部と近接する位置に流路の中央が配置された冷媒の出口と、
を備え、
複数の前記ピンフィンの行列方向が、前記入口の位置および前記出口の位置を結ぶ直線に対して角度をなし、
前記直線の前記フィン領域を横切る線分の長さが、前記フィン領域の短辺の長さより長く、
前記複数のピンフィンのそれぞれの一の辺が、前記直線に対し、前記フィン領域の短辺に対する角度が大きくなる方向を正方向とし、前記フィン領域の短辺に対する角度が小さくなる方向を負方向として、－４０°以上－２０°以下または１０°以上４０°以下である半導体モジュール。 - 前記ピンフィンが平面視で菱形である請求項１に記載の半導体モジュール。
- 前記ピンフィンの角が平面視で９０°である請求項１に記載の半導体モジュール。
- 前記ピンフィンの断面積は、１ｍｍ２以上９ｍｍ２以下である請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
- 前記ピンフィンの高さは、４ｍｍ以上６ｍｍ以下である請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
- 前記複数のピンフィンの間隔は、等間隔である請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
- 複数の前記ピンフィンの間隔が、０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
- 前記ピンフィンは、断面のそれぞれの角部において、曲率半径が０．５ｍｍ以下の丸みを有する請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
- 前記直線は、前記フィン領域の短辺方向に対し、３０°以上６０°以下の角度をなす請求項１～８のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
- 前記天板、前記側壁および前記ピンフィンは一体的に形成されている請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
- 前記ピンフィンの他端は前記底板に接続されている、請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
- 前記底板は、前記入口及び出口を有する、請求項１～１１のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
- 前記底板は、前記天板および前記側壁の何れの厚みよりも厚い、請求項１～１２のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
- 前記天板上に、長方形の半導体チップが実装された回路基板を有し、
前記半導体チップは、該半導体チップの長手方向が前記フィン領域の短手方向と一致するように平面視で前記フィン領域内の一部に重なるように配置されている請求項１～１３のいずれか１項に記載の半導体モジュール。 - 前記フィン領域の外縁に沿って、前記複数のピンフィンによる段差が形成されている請求項１に記載の半導体モジュール。
- 前記底板の前記天板に対面する側において、前記底板の主面から突出し、平面視において前記側壁の内周よりも小さいか、又は前記側壁の内周と一致する輪郭を有する段差部を有する請求項１に記載の半導体モジュール。
- 前記天板が前記側壁よりも外側に位置する締結部を有し、前記締結部の厚みが前記天板における前記フィン領域の厚みよりも厚い請求項１に記載の半導体モジュール。
- 前記底板の、平面視における輪郭における前記側壁と固着される側の角部が面取りされている請求項１に記載の半導体モジュール。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020047766 | 2020-03-18 | ||
| JP2020047766 | 2020-03-18 | ||
| PCT/JP2021/002072 WO2021186891A1 (ja) | 2020-03-18 | 2021-01-21 | 半導体モジュール |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2021186891A1 JPWO2021186891A1 (ja) | 2021-09-23 |
| JPWO2021186891A5 JPWO2021186891A5 (ja) | 2022-05-31 |
| JP7205662B2 true JP7205662B2 (ja) | 2023-01-17 |
Family
ID=77770797
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022508097A Active JP7205662B2 (ja) | 2020-03-18 | 2021-01-21 | 半導体モジュール |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220183194A1 (ja) |
| JP (1) | JP7205662B2 (ja) |
| CN (1) | CN114365282A (ja) |
| WO (1) | WO2021186891A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3671828A1 (en) * | 2018-12-21 | 2020-06-24 | Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO | Evaporative microchip cooling |
| JP2022048763A (ja) * | 2020-09-15 | 2022-03-28 | 富士電機株式会社 | 冷却器及び半導体装置 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009176881A (ja) | 2008-01-23 | 2009-08-06 | Nissan Motor Co Ltd | 冷却装置 |
| WO2012157247A1 (ja) | 2011-05-16 | 2012-11-22 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュール用冷却器 |
| WO2016042903A1 (ja) | 2014-09-17 | 2016-03-24 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュール |
| JP2018133350A (ja) | 2017-02-13 | 2018-08-23 | 株式会社Uacj | 回路基板付きヒートシンク及びその製造方法 |
| JP2019204922A (ja) | 2018-05-25 | 2019-11-28 | 富士電機株式会社 | 冷却装置、半導体モジュール、車両および製造方法 |
| JP2020035927A (ja) | 2018-08-30 | 2020-03-05 | 富士電機株式会社 | 冷却装置、半導体モジュールおよび車両 |
| JP2020092250A (ja) | 2018-11-22 | 2020-06-11 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュール、車両および製造方法 |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE20112594U1 (de) * | 2001-07-31 | 2002-01-17 | Trw Automotive Electron & Comp | Elektronisches Steuergerät in Fahrzeugen |
| JP4675283B2 (ja) * | 2006-06-14 | 2011-04-20 | トヨタ自動車株式会社 | ヒートシンクおよび冷却器 |
| EP2417843A2 (en) * | 2009-04-08 | 2012-02-15 | NS Acquisition LLC | Low stress-inducing heat sink |
| JP5686606B2 (ja) * | 2010-01-12 | 2015-03-18 | 日本軽金属株式会社 | フィン一体型基板の製造方法およびフィン一体型基板 |
| JP5790039B2 (ja) * | 2010-07-23 | 2015-10-07 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
| JP5692368B2 (ja) * | 2011-04-26 | 2015-04-01 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュール用冷却器及び半導体モジュール |
| WO2013157467A1 (ja) * | 2012-04-16 | 2013-10-24 | 富士電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置用冷却器 |
| JP6262422B2 (ja) * | 2012-10-02 | 2018-01-17 | 昭和電工株式会社 | 冷却装置および半導体装置 |
| EP2824703B1 (en) * | 2012-10-29 | 2022-06-29 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
| US10957621B2 (en) * | 2014-05-30 | 2021-03-23 | Avid Controls, Inc. | Heat sink for a power semiconductor module |
| EP3306659B1 (en) * | 2015-06-03 | 2021-08-04 | Mitsubishi Electric Corporation | Liquid-cooled cooler, and manufacturing method for radiating fin in liquid-cooled cooler |
| WO2017195270A1 (ja) * | 2016-05-10 | 2017-11-16 | 三菱電機株式会社 | ヒートシンク |
| JP7205071B2 (ja) * | 2018-04-02 | 2023-01-17 | 富士電機株式会社 | 冷却装置、半導体モジュールおよび車両 |
| CN110543069A (zh) * | 2018-05-28 | 2019-12-06 | 中强光电股份有限公司 | 液冷式散热器 |
| WO2020020619A1 (de) * | 2018-07-23 | 2020-01-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Kühlung von bauteilen, stromrichter und luftfahrzeug |
| US11129310B2 (en) * | 2018-11-22 | 2021-09-21 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor module, vehicle and manufacturing method |
| JP7243262B2 (ja) * | 2019-02-15 | 2023-03-22 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュール、車両および製造方法 |
| US11145571B2 (en) * | 2019-06-04 | 2021-10-12 | Semiconductor Components Industries, Llc | Heat transfer for power modules |
-
2021
- 2021-01-21 CN CN202180005166.0A patent/CN114365282A/zh active Pending
- 2021-01-21 JP JP2022508097A patent/JP7205662B2/ja active Active
- 2021-01-21 WO PCT/JP2021/002072 patent/WO2021186891A1/ja active Application Filing
-
2022
- 2022-02-24 US US17/679,867 patent/US20220183194A1/en active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009176881A (ja) | 2008-01-23 | 2009-08-06 | Nissan Motor Co Ltd | 冷却装置 |
| WO2012157247A1 (ja) | 2011-05-16 | 2012-11-22 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュール用冷却器 |
| WO2016042903A1 (ja) | 2014-09-17 | 2016-03-24 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュール |
| JP2018133350A (ja) | 2017-02-13 | 2018-08-23 | 株式会社Uacj | 回路基板付きヒートシンク及びその製造方法 |
| JP2019204922A (ja) | 2018-05-25 | 2019-11-28 | 富士電機株式会社 | 冷却装置、半導体モジュール、車両および製造方法 |
| JP2020035927A (ja) | 2018-08-30 | 2020-03-05 | 富士電機株式会社 | 冷却装置、半導体モジュールおよび車両 |
| JP2020092250A (ja) | 2018-11-22 | 2020-06-11 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュール、車両および製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20220183194A1 (en) | 2022-06-09 |
| CN114365282A (zh) | 2022-04-15 |
| WO2021186891A1 (ja) | 2021-09-23 |
| JPWO2021186891A1 (ja) | 2021-09-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11129310B2 (en) | Semiconductor module, vehicle and manufacturing method | |
| JP7243262B2 (ja) | 半導体モジュール、車両および製造方法 | |
| JP7159617B2 (ja) | 冷却装置、半導体モジュール、車両および製造方法 | |
| JP5046378B2 (ja) | パワー半導体モジュール、および該モジュールを搭載したパワー半導体デバイス | |
| US11018076B2 (en) | Cooling apparatus, semiconductor module, and vehicle | |
| WO2013054887A1 (ja) | 半導体モジュール用冷却器及び半導体モジュール | |
| US11908772B2 (en) | Semiconductor module and vehicle | |
| JP7187992B2 (ja) | 半導体モジュールおよび車両 | |
| JP7400896B2 (ja) | 半導体モジュール | |
| JP7205662B2 (ja) | 半導体モジュール | |
| JP7367394B2 (ja) | 半導体モジュール、車両および製造方法 | |
| JP7367418B2 (ja) | 半導体モジュールおよび車両 | |
| US11664296B2 (en) | Semiconductor module and vehicle | |
| JP7116576B2 (ja) | 冷却装置、半導体モジュールおよび車両 | |
| EP4199078A1 (en) | Semiconductor device and vehicle | |
| CN113644037A (zh) | 散热元件和电气功率器件模组 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220301 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220301 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220906 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20221104 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221129 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221212 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7205662 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |