WO2015141714A1 - 冷却器およびそれを用いた半導体モジュール - Google Patents

冷却器およびそれを用いた半導体モジュール Download PDF

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新井　伸英
広道 郷原
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Definitions

  • the present invention relates to a cooler with improved cooling performance and a semiconductor module using the same.
  • Patent Document 1 discloses a cooling flow path for cooling a portion to be cooled of an electronic component, an introduction flow path for introducing a cooling medium from an inlet to the cooling flow path, and discharging the cooling medium from the cooling flow path to an outlet.
  • a discharge channel, and at least one of the introduction channel and the discharge channel is larger at a position farther from the predetermined position than the predetermined position than at the predetermined position.
  • a characteristic cooler is described.
  • Patent Document 2 describes a cooler having corrugated fins.
  • JP 2012-174963 A (FIG. 1) JP2013-165298A (FIG. 3)
  • Patent Document 1 has a structure in which the flow area of at least one of the introduction flow path and the discharge flow path is larger at a position farther than the predetermined position than the predetermined position, the inlet and the outlet. There is a problem that the pressure loss in the vicinity of is increased, and the power of the pump through which the refrigerant flows is increased. In order to reduce the power of the pump, it is necessary to enlarge the flow path area in the vicinity of the inlet and the outlet, which causes a problem that the cooler becomes large.
  • Patent Document 2 since the end of the fin on the refrigerant outlet side is bent in the refrigerant discharge direction, the refrigerant fluctuation at the end of the fin on the refrigerant outlet side is small as in the simulation result of the comparative example described later. There was a problem that the heat transfer performance of the cooler was lowered.
  • an object of the present invention is to provide a cooler with improved cooling performance and a semiconductor module using the same.
  • a cooler includes a top plate as a cooling main surface, a bottom plate disposed opposite to the top plate, and a side wall connecting the outer periphery of the top plate and the bottom plate.
  • a jacket provided with a refrigerant flow space inside the top plate, the bottom plate and the side wall; a refrigerant inflow pipe and a refrigerant outflow pipe connected to two through holes provided in the side wall;
  • a refrigerant introduction path that forms part of the refrigerant flow space and communicates with the refrigerant inflow pipe, a refrigerant lead-out path that forms part of the refrigerant flow space and communicates with the refrigerant outflow pipe, the refrigerant introduction path, and the refrigerant
  • a fin unit including a plurality of fins, each of which has a main surface spaced apart from the lead-out path and thermally connected to the top plate.
  • the end of the refrigerant in the refrigerant introduction path Re disposed oriented at an acute angle to the direction, the second end of the fin is characterized in that it is arranged and oriented at an acute angle relative to the direction of flow of the refrigerant in the refrigerant lead-out passage.
  • the refrigerant flows into the fin unit at the first end of the fin, the flow direction of which is changed acutely from the flow direction of the refrigerant introduction path, and flows into the fin unit at the second end of the fin. Since the flow direction is changed at an acute angle from the flow direction of the refrigerant and flows out in the flow direction of the refrigerant outlet passage, the refrigerant fluctuates in the vicinity of the first and second ends, and the fluctuation propagates between the fins in the center of the fin unit. But it fluctuates. If it does so, the heat transfer resistance of a refrigerant
  • coolant will become small and the heat transfer performance of a fin will improve.
  • a baffle plate is disposed in the refrigerant outlet path.
  • the fluctuation of the refrigerant flow between the fin unit and the refrigerant outlet path can be promoted, so that the cooling performance of the cooler can be improved.
  • the height of the baffle plate is lower than the height of the refrigerant outlet path.
  • the refrigerant passes through the gap between the baffle plate and the top plate or the gap between the baffle plate and the bottom plate. If it does so, the pressure loss of the refrigerant path which flows toward a refrigerant
  • the baffle plate is disposed in contact with the bottom plate.
  • the strength of the bottom plate of the jacket can be reinforced by the baffle plate.
  • the material of the jacket may be metal or resin.
  • the baffle plate is disposed in contact with the top plate.
  • the heat transfer area can be increased, and further the cooling performance of the cooler can be improved.
  • the baffle plate is disposed away from a side wall facing the side wall connected to the refrigerant outflow pipe.
  • an increase in pressure loss can be mitigated even when the baffle plate is raised.
  • the refrigerant flows along the baffle plate and then flows to the refrigerant outflow pipe.
  • the main surface of the fin is corrugated.
  • the surface area of the fin per unit area can be increased, and heat transfer from the fin to the refrigerant can be improved.
  • the top plate when the corrugated fins are connected to the top plate, the top plate can be improved in rigidity, and the top plate can be made thinner than when the straight fins are used. Since the thickness of the top plate is reduced, the thermal resistance is reduced and the cooling performance of the cooler can be improved.
  • the cooler of the present invention includes a first wavy fin and a second wavy fin adjacent to the first wavy fin, and the convex portion of the second wavy fin includes the first wavy fin. It is preferable that the first corrugated fin is on the side of the first corrugated fin than a line connecting adjacent concave portions linearly.
  • the flow direction of the refrigerant introduction path and the flow direction of the refrigerant discharge path are antiparallel.
  • the cooler can be made compact.
  • the refrigerant is preferably a liquid.
  • the semiconductor module of the present invention includes a semiconductor module unit in which a semiconductor element is disposed on a surface of the top plate opposite to a surface to which the fin unit is connected.
  • the heat of the semiconductor module unit can be efficiently transferred to the cooler, and the rated output of the semiconductor module can be increased.
  • the flow direction of the refrigerant flowing into the fin unit from the refrigerant introduction path and the flow of the refrigerant flowing out from the fin unit to the refrigerant discharge path can be changed in the flow direction at an acute angle.
  • the refrigerant fluctuates in the vicinity of the second end, and the refrigerant moves so as to fluctuate between the fins in the center of the fin unit. If it does so, the heat transfer resistance of a refrigerant
  • coolant will become small and the heat transfer performance of a fin will improve.
  • FIG. 1 is a bird's-eye view of a semiconductor module in which a cooler according to a first embodiment of the present invention and a plurality of semiconductor module units are combined.
  • FIG. 2 is a plan view of the inside of the cooler according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the cooler according to the first embodiment of the present invention.
  • the cooler 100 includes a top plate 1, a bottom plate 2a, and a side wall 2b, and the upper portion of the side wall 2b is joined to the back surface of the top plate 1 so that the refrigerant flow space 2c is formed inside.
  • the jacket 2 provided, the refrigerant inflow pipe 3 and the refrigerant outflow pipe 4 respectively connected to the two through holes 2d provided in the side wall 2b, and part of the refrigerant flow space 2c are communicated with the refrigerant inflow pipe 3
  • the fin unit 5 has a plurality of fins 5a which are bent in a wave shape when seen in a plan view and are arranged in a state where the main surfaces are separated from each other.
  • the first end 5b of each fin 5a is inclined so as to form an acute angle with respect to the refrigerant flow direction 6 in the refrigerant introduction path 3a, in other words, the refrigerant inflow direction along the first end 5b is returned.
  • the second ends 5c of the fins 5a are arranged so as to form an acute angle with the refrigerant flow direction 7 in the refrigerant outlet passage 4a, in other words, the refrigerant flow along the second ends 5c. It is arranged so that the outflow direction is inclined in the returning direction.
  • the third end 5 d located on the top plate 1 side of the fin unit 5 is thermally connected to the top plate 1.
  • the flow direction 6 of the refrigerant introduction path 3a and the flow direction 7 of the refrigerant outlet path 4a are antiparallel.
  • the height of the baffle plate 8 is lower than the height of the refrigerant flow space 2 c and is disposed in the refrigerant outlet passage 4 a and is separated from the side wall facing the side surface 2 b connected to the refrigerant outlet pipe 4.
  • the baffle plate 8 is disposed in contact with the bottom plate 2a in the refrigerant outlet passage 4a.
  • Each fin 5a of the fin unit 5 has a corrugated main surface between the end 5b of the fin 5a and the end 5c. If it does in this way, seeing a cooler from the upper surface, the surface area of the fin per unit area can be increased, and the cooling capacity of a cooler can be improved.
  • the interval between the fins is determined in consideration of the diameter of particles that may be mixed into the refrigerant.
  • the cooler provided with the corrugated fin includes a first corrugated fin and a second corrugated fin adjacent to the first corrugated fin, and the convex portion of the second corrugated fin includes the first corrugated fin. It is desirable for the structure to be closer to the first wavy fin side than the line connecting the concave portions adjacent to each other in a straight line. In other words, it is desirable that the fin interval be such that a linear refrigerant path does not occur between the first wavy fins and the second wavy fins. When expressed in mathematical formulas, the fin interval satisfies the following formulas 1 and 2.
  • L is the minimum wavy fin spacing at which clogging does not occur between the wavy fins
  • Pf is the fin spacing
  • Pp is the distance between adjacent vertices of the wavy fins
  • H is the recess of the wavy fin.
  • ⁇ is the flow direction 7 in the refrigerant outlet passage 4a and the second end 5c of the corrugated fin 5a. Means angle.
  • the simulation was performed with the angle ⁇ formed as 65 degrees and the fin spacing of 0.9 mm.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the cooler 101 according to the second embodiment of the present invention.
  • the baffle plate 8 is disposed in contact with the top plate 1 in the refrigerant outlet path 4a.
  • Other configurations of the cooler of the second embodiment are the same as those of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a plan view of the inside of the cooler 102 according to the third embodiment of the present invention.
  • the cooler 102 of the third embodiment is different from the first embodiment in the fin unit 5 and the other parts are the same. That is, in the cooler 102 of the third embodiment, the space between the first end 5b and the second end 5c of each fin 5a is linear.
  • the first end 5b of each fin 5a is arranged so as to form an acute angle with respect to the flow direction 6 of the refrigerant in the refrigerant introduction path 3a, and the first end 5b of the fin 5a.
  • the second end 5c is arranged so as to make an acute angle with the refrigerant flow direction 7 in the refrigerant outlet passage 4a.
  • the baffle plate 8 is disposed in contact with the bottom plate 2a in the refrigerant outlet path 4a, the baffle plate 8 may be disposed in contact with the top plate 1 as in the second embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view of the inside of the cooler of the comparative example.
  • the cooler 103 according to the comparative example has the same configuration as that of the first embodiment except that the fin unit 5 of the first embodiment is reversed left and right. That is, a plurality of the fin units 5 of the comparative example are arranged in a state where the main surfaces of the bent corrugated fins 5e are separated from each other, and the first ends 5f of the fins 5e are in the refrigerant flow direction 6 in the refrigerant introduction path 3a.
  • the refrigerant inflow direction along the first end 5f is oriented so as to incline in the traveling direction, and the second end 5g of the fin 5d is connected to the refrigerant outlet passage 4a.
  • the refrigerant is disposed so that the obtuse angle with respect to the refrigerant flow direction 7 in other words, in other words, the refrigerant outflow direction along the second end 5g is inclined in the traveling direction.
  • a third end located on the top plate 1 side of the fin unit 5 is thermally connected to the top plate 1.
  • the thermal resistance of the semiconductor chip on the refrigerant outflow side was 0.145 (° C./W) in the structure of Example 1, In the structure of the comparative example, it was 0.147 (° C./W).
  • Example 1 improved the cooling performance of the cooler by 1.4% compared to the structure of the comparative example.
  • Example 4 A fourth embodiment showing an example of the semiconductor module of the present invention will be described with reference to FIG.
  • This semiconductor module 300 is a combination of the cooler according to the first embodiment of the present invention and a plurality of semiconductor module units.
  • the semiconductor module 300 includes a plurality of semiconductor module units 200 having semiconductor elements on the surface opposite to the surface on which the fin units 5 of the top plate 1 of the cooler of Embodiment 1 are disposed.
  • the semiconductor module unit 200 includes at least one set of circuits configured by connecting an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a free wheeling diode (FWD) in antiparallel.
  • a three-phase inverter circuit is configured by combining a plurality of semiconductor module units 200 in one semiconductor module. Since the other configuration of the cooler is the same as the structure of the cooler of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.
  • a cooler with improved cooling performance and a semiconductor module using the cooler can be provided.

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Abstract

　本発明の冷却器１００は、天板１と、底板２ａと側壁２ｂで囲われ側壁２ｂの上部が天板１の裏面と接合されて内部に冷媒通流空間を備えたジャケット２と、側壁２ｂに備えられた２つの貫通孔にそれぞれ接続された冷媒流入配管３および冷媒流出配管４と、曲がった複数のフィン５ａの主面をそれぞれ離間させた状態で配置され、フィン５ａの第一の端５ｂが冷媒流入配管３から流入する冷媒の流れ方向に対して鋭角に配向して配置され、フィン５ａの第二の端５ｃが冷媒流出配管４へ流出する冷媒の流れ方向に対して鋭角に配向して配置され、かつ、第一の端５ａと第二の端５ｃの間にある第三の端５ｄが天板１に熱的に接続されたフィンユニット５と、を備え、冷却性能を向上した冷却器およびそれを用いた半導体モジュールを提供する。

Description

冷却器およびそれを用いた半導体モジュール
　本発明は、冷却性能を向上した冷却器およびそれを用いた半導体モジュールに関する。
　冷却性能を向上しうる冷却器に関する文献として、次の特許文献１、２の構造が知られている。
　特許文献１には、電子部品の被冷却部を冷却する冷却流路と、当該冷却流路に入口から冷却媒体を導入する導入流路と、前記冷却流路から前記冷却媒体を出口へ排出する排出流路とを含むとともに、前記導入流路及び前記排出流路の少なくともいずれかの流路面積は、所定位置においてよりも、前記入口又は前記出口から当該所定位置よりも遠い位置において大きいことを特徴とする冷却器が記載されている。
　特許文献２には、波形のフィンを備えた冷却器が記載されている。
特開２０１２－１７４９６３号公報（図１） 特開２０１３－１６５２９８号公報（図３）
　特許文献１は、導入流路及び排出流路の少なくともいずれかの流路面積は、所定位置においてよりも、入口又は出口から当該所定位置よりも遠い位置において大きいという構造であるため、入口および出口の近傍での圧力損失が大きくなり、冷媒を通流させるポンプの動力が大きくなるという問題点があった。ポンプの動力を下げるためには、入口および出口の近傍の流路面積を拡大する必要があり、そのため、冷却器が大きくなるという問題があった。
　特許文献２は、フィンの冷媒出口側の端が、冷媒の排出方向に曲げられているため、後述する比較例のシミュレーション結果と同様に、フィンの冷媒出口側の端での冷媒の揺らぎが少なく、冷却器の伝熱性能が低くなるという問題があった。
　上記の課題を解決するべく、本発明は、冷却性能を向上した冷却器およびそれを用いた半導体モジュールを提供することを課題とする。
　上記課題を解決するため、本発明の冷却器は、冷却主面である天板と、前記天板に対向配置された底板と、前記天板及び前記底板の外周を接続する側壁と、を有し、前記天板、前記底板および前記側壁で囲まれる内部に冷媒通流空間を備えたジャケットと、前記側壁に設けられた２つの貫通孔にそれぞれ接続された冷媒流入配管および冷媒流出配管と、前記冷媒通流空間の一部をなし前記冷媒流入配管に連通する冷媒導入路と、前記冷媒通流空間の一部をなし前記冷媒流出配管に連通する冷媒導出路と、前記冷媒導入路及び冷媒導出路との間に、主面がそれぞれ離間して配置され、前記天板に熱的に接続された、複数枚のフィンからなるフィンユニットと、を備える冷却器において、前記フィンの第一の端が前記冷媒導入路における冷媒の流れ方向に対して鋭角に配向して配置され、前記フィンの第二の端が前記冷媒導出路における冷媒の流れ方向に対して鋭角に配向して配置されていることを特徴とする。
　このような構成によれば、冷媒が、フィンの第一の端において冷媒導入路の流れ方向から鋭角的に流れ方向を変えられてフィンユニットへ流入し、フィンの第二の端においてフィンユニット内の流れ方向から鋭角的に流れ方向を変えられて冷媒導出路の流れ方向へ流出するため、第一及び第二の端付近で冷媒が揺らぎ、その揺らぎが伝播してフィンユニット中央部のフィン間でも揺らぐように流れる。そうすると、冷媒の伝熱抵抗が小さくなり、フィンの伝熱性能が向上する。
　本発明の冷却器において、前記冷媒導出路に邪魔板が配置されていることが好ましい。
　このような構成によれば、前記フィンユニットと前記冷媒導出路との間の冷媒の流れの揺らぎを促進できるので、冷却器の冷却性能を向上できる。
　また、本発明の冷却器において、前記邪魔板の高さが前記冷媒導出路の高さよりも低いことが好ましい。
　このような構成によれば、邪魔板の高さと冷媒導出路の高さとが異なるために、邪魔板と天板との隙間、または邪魔板と底板との隙間を冷媒が通るようになる。そうすると、フィンユニットから冷媒流出配管へ向かって流れる冷媒経路の圧力損失を低減できる。
　本発明の冷却器において、前記邪魔板は、前記底板に接して配置されていることが好ましい。
　このような構成によれば、邪魔板によってジャケットの底板の強度を補強できる。ジャケットの材質は、金属であっても樹脂であってもよい。金属製のジャケットを製造する場合は、金属の薄板をプレス成形し、底板と、側壁と、底板から突出させた邪魔板部分を一体として形成することが望ましい。また、樹脂でモールド成形する場合は、底板と邪魔板を一体に成形することが望ましい。
　もしくは、本発明の冷却器において、前記邪魔板は、前記天板に接して配置されていることが好ましい。
　このような構成によれば、天板の熱が邪魔板へ伝達されるため、伝熱面積を増やすことができ、さらに冷却器の冷却性能を向上できる。
　本発明の冷却器において、前記邪魔板は、前記冷媒流出配管を接続した側壁と対向する側壁からは離間して配置されていることが好ましい。
　このような構成によれば、邪魔板を高くした場合であっても、圧力損失の増大を緩和することができる。なお、邪魔板と冷媒通流空間の高さが同じである場合は、冷媒は邪魔板に沿って移動した後に冷媒流出配管へ流れることになる。
　本発明の冷却器において、前記フィンの主面は、波状であることが好ましい。
　このような構成によれば、単位面積当たりのフィンの表面積を増やして、フィンから冷媒への伝熱を向上できる。さらに、波状のフィンを天板に接続した場合は、天板の剛性が向上でき、直線状のフィンを用いた場合に比べて、天板の厚さを薄くできる。天板の厚さが薄くしたので熱抵抗が小さくなり、冷却器の冷却性能を向上できる。
前記波状のフィンに関して、本発明の冷却器が、第１の波状フィンと、前記第１の波状フィンに隣り合う第２の波状フィンを備え、前記第２の波状フィンの凸部が、前記第１の波状フィンの隣り合う凹部を直線状に結んだ線よりも第１の波状フィン側にあることが好ましい。
このような構成によれば、第１の波状フィンと第２の波状フィンとの間に直線状の冷媒経路が生じないようにでき、冷媒と波状フィンとの伝熱効率を向上できる。
　本発明の冷却器において、前記冷媒導入路の流れ方向と、前記冷媒導出路の流れ方向とが、逆平行であることが好ましい。
　このような構成によれば、冷却器をコンパクトにできる。
　本発明の冷却器において、前記冷媒は、液体であることが好ましい。
　このような構成によれば、気体の冷媒に比べて比熱が大きいため、冷却器の冷却性能を向上できる。
　本発明の半導体モジュールは、前記天板の、前記フィンユニットが接続された面とは反対側の面に、半導体素子を配置した半導体モジュールユニットを備えることを特徴とする。
　このような構成によれば、半導体モジュールユニットの熱を効率的に冷却器へ伝熱でき、半導体モジュールの定格出力を大きくすることが可能になる。
　本発明によれば、冷媒導入路からフィンユニットへ流入する冷媒の流れや、フィンユニットから冷媒導出路へ流出する冷媒の流れが、鋭角的に流れ方向を変えられるため、フィンの第一の端、及び第二の端付近で冷媒が揺らぐようになり、冷媒がフィンユニット中央部のフィン間でも揺らぐように移動する。そうすると、冷媒の伝熱抵抗が小さくなり、フィンの伝熱性能が向上する。
本発明の第１の実施例に係る冷却器と複数の半導体モジュールユニットを組み合わせた半導体モジュールの鳥瞰図である。 本発明の第１の実施例に係る冷却器の内部の平面図である。 本発明の第１の実施例に係る冷却器の断面図である。 本発明の第２の実施例に係る冷却器の断面図である。 本発明の第３の実施例に係る冷却器の内部の平面図である。 比較例の冷却器の内部の平面図である。
　以下、図面を参照しながら本発明に係る半導体モジュールの実施形態を説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
（実施例１）
　本発明に係る第１の実施例について説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係る冷却器と複数の半導体モジュールユニットを組み合わせた半導体モジュールの鳥瞰図である。図２は、本発明の第１の実施例に係る冷却器の内部の平面図である。図３は、本発明の第１の実施例に係る冷却器の断面図である。
　本発明の第１の実施例に係る冷却器１００は、天板１と、底板２ａと側壁２ｂで囲われ側壁２ｂの上部が天板１の裏面と接合されて内部に冷媒通流空間２ｃを備えたジャケット２と、側壁２ｂに備えられた２つの貫通孔２ｄにそれぞれ接続された冷媒流入配管３および冷媒流出配管４と、前記冷媒通流空間２ｃの一部をなし冷媒流入配管３に連通する冷媒導入路３ａと、前記冷媒通流空間２ｃの一部をなし冷媒流出配管４に連通する冷媒導出路４ａと、天板１に熱的に接続されたフィンユニット５と、冷媒導出路４ａの一部に配置された邪魔板８とを備えている。
　フィンユニット５は、平面的に見て波状に曲折されて、主面がそれぞれ離間した状態で配置された複数枚のフィン５ａを有している。各フィン５ａの第一の端５ｂは、冷媒導入路３ａにおける冷媒の流れ方向６に対して鋭角をなすように、言い換えると、第一の端５ｂに沿った冷媒の流入方向が戻る方向に傾くように配向して配置され、フィン５ａの第二の端５ｃは、冷媒導出路４ａにおける冷媒の流れ方向７に対して鋭角をなすように、言い換えると、第二の端５ｃに沿った冷媒の流出方向が戻る方向に傾くように配向して配置されている。そして、フィンユニット５の天板１側に位置する第三の端５ｄが天板１に熱的に接続されている。
　冷媒導入路３ａの流れ方向６と、冷媒導出路４ａの流れ方向７とは、逆平行である。
　邪魔板８の高さが冷媒通流空間２ｃの高さより低く、冷媒導出路４ａに配置され、冷媒流出配管４と接続した側面２ｂと対向する側壁からは離間している。
　図３に示すように、邪魔板８は、冷媒導出路４ａにおいて底板２ａに接触して配置されている。
　フィンユニット５の各フィン５ａは、フィン５ａの端５ｂと、端５ｃの間の主面は、波状である。このようにすると、冷却器を上面から見て、単位面積当たりのフィンの表面積を増やすことができ、冷却器の冷却能力を向上できる。
　なお、フィンの間隔は、冷媒に混入する可能性のある粒子の径を考慮して決定される。さらに、波状フィンを備えた冷却器は、第１の波状フィンと、前記第１の波状フィンに隣り合う第２の波状フィンを備え、前記第２の波状フィンの凸部が、前記第１の波状フィンの隣り合う凹部を直線状に結んだ線よりも第１の波状フィン側にあるような構造であることが望ましい。言い換えれば、第１の波状フィンと第２の波状フィンとの間に直線状の冷媒経路が生じないようなフィン間隔にすることが望ましい。数式で表現すると、次の式１と式２を満たすフィン間隔である。
　Ｌ≦Ｐｆ＜Ｈ・・・式１
　Ｈ＝Ｐｐ／（２ｔａｎθ）・・・式２
　上記式１、式２において、Ｌは波状フィン間で目詰まりが生じない最小の波状フィンの間隔、Ｐｆはフィン間隔、Ｐｐは波状フィンの隣接する頂点間の距離、Ｈは波状フィンの凹部の頂点を結んだ直線から同波状フィンの凸部の頂点の間の距離、言い換えれば、波状フィンの振幅、θは冷媒導出路４ａにおける流れ方向７と波状フィン５ａの第二の端５ｃとのなす角度を意味する。
　本実施例では、後述のシミュレーション実験で、このなす角θを６５度とし、フィンの間隔を０．９ｍｍとしてシミュレーションした。
（実施例２）
　本発明に係る第２の実施例について説明する。図４は、本発明の第２の実施例に係る冷却器１０１の断面図である。第２の実施例の冷却器は、図４に示すように、邪魔板８が、冷媒導出路４ａにおいて天板１に接触して配置されている。第２の実施例の冷却器のその他の構成は、第１の実施例と同じである。
（実施例３）
　本発明に係る第３の実施例について説明する。図５は、本発明の第３の実施例に係る冷却器１０２の内部の平面図である。第３の実施例の冷却器１０２は、第１の実施例とはフィンユニット５が相違しており、その他の部分は、同じである。すなわち、第３の実施例の冷却器１０２では、各フィン５ａの第一の端５ｂと第二の端５ｃとの間が直線状になっている。そして、第１の実施例と同様に、各フィン５ａの第一の端５ｂは、冷媒導入路３ａにおける冷媒の流れ方向６に対して鋭角をなすように配向して配置され、フィン５ａの第二の端５ｃは、冷媒導出路４ａにおける冷媒の流れ方向７に対して鋭角をなすように配向して配置されている。邪魔板８は、冷媒導出路４ａにおいて底板２ａに接触して配置されているが、第２の実施例と同様に、邪魔板８を天板１に接触して配置してもよい。
（比較例）
　比較例について説明する。図６は、比較例の冷却器の内部の平面図である。比較例に係る冷却器１０３は、上記実施例１のフィンユニット５を左右逆にした点を除いて、実施例１と同じ構成を備えている。すなわち、比較例のフィンユニット５は、曲折した波状のフィン５ｅの主面をそれぞれ離間させた状態で複数枚配置され、フィン５ｅの第一の端５ｆが冷媒導入路３ａにおける冷媒の流れ方向６に対して鈍角をなすように、言い換えると、第一の端５ｆに沿った冷媒の流入方向が進行方向に傾くように配向して配置され、フィン５ｄの第二の端５ｇが冷媒導出路４ａにおける冷媒の流れ方向７に対して鈍角をなすように、言い換えると、第二の端５ｇに沿った冷媒の流出方向が進行方向に傾くように配向して配置されている。そして、フィンユニット５の天板１側に位置する第三の端が天板１に熱的に接続されている。
　実施例１の冷却器と、比較例の冷却器において、シミュレーションによる流体解析を実施したところ、冷媒流出側の半導体チップの熱抵抗は、実施例１の構造では０．１４５（℃／Ｗ）、比較例の構造では０．１４７（℃／Ｗ）であった。
　以上のように、実施例１の構造は、比較例の構造に比べて、冷却器の冷却性能を１．４％向上できた。
（実施例４）
　本発明の半導体モジュールの一例を示す第４の実施例について、図１を参照して説明する。この半導体モジュール３００は、本発明の第１の実施例に係る冷却器と複数の半導体モジュールユニットを組み合わせたものである。半導体モジュール３００は、実施例１の冷却器の天板１のフィンユニット５が配置された面とは反対側の面に、半導体素子を持った半導体モジュールユニット２００を複数備えている。半導体モジュールユニット２００は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）と、フリーホイーリングダイオード（ＦＷＤ：Ｆｒｅｅ　Ｗｈｅｅｌｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）を逆並列に接続して構成される回路を少なくとも１組備えている。１つの半導体モジュールに複数の半導体モジュールユニット２００を組み合せて３相のインバーター回路を構成している。それ以外の冷却器の構成は、実施例１の冷却器の構造と同じであるため、詳細な説明は省略する。
　以上のように、本発明の実施例によれば、冷却性能を向上した冷却器およびそれを用いた半導体モジュールを提供できる。
１ 天板
２ ジャケット
２ａ 底板
２ｂ 側壁
２ｃ 冷媒通流空間
２ｄ 貫通孔
３ 冷媒流入配管
３ａ 冷媒導入路
４ 冷媒流出配管
４ａ 冷媒導出路
５ フィンユニット
５ａ フィン
５ｂ フィンの第一の端
５ｃ フィンの第二の端
５ｄ フィンの第三の端
６ 冷媒の流れ方向
７ 冷媒の流れ方向
８ 邪魔板
１００ 冷却器
１０１ 冷却器
１０２ 冷却器
１０３ 冷却器
２００ 半導体モジュールユニット
３００ 半導体モジュール

Claims (11)

  1. 　冷却主面である天板と、前記天板に対向配置された底板と、前記天板及び前記底板の外周を接続する側壁と、を有し、前記天板、前記底板および前記側壁で囲まれる内部に冷媒通流空間を備えたジャケットと、
    　前記側壁に設けられた２つの貫通孔にそれぞれ接続された冷媒流入配管および冷媒流出配管と、
    　前記冷媒通流空間の一部をなし前記冷媒流入配管に連通する冷媒導入路と、
    　前記冷媒通流空間の一部をなし前記冷媒流出配管に連通する冷媒導出路と、
    　前記冷媒導入路及び冷媒導出路との間にあって、主面がそれぞれ離間して配置され、前記天板と熱的に接続された、複数枚のフィンからなるフィンユニットと、
    を備える冷却器において、
    　前記フィンの第一の端が前記冷媒導入路における冷媒の流れ方向に対して鋭角に配向して配置され、前記フィンの第二の端が前記冷媒導出路における冷媒の流れ方向に対して鋭角に配向して配置されていることを特徴とする冷却器。
  2. 　請求項１に記載の冷却器において、
    　前記冷媒導出路に邪魔板が配置されていることを特徴とする冷却器。
  3. 　請求項２に記載の冷却器において、
    　前記邪魔板の高さが前記冷媒導出路の高さよりも低いことを特徴とする冷却器。
  4. 　請求項３に記載の冷却器において、
    　前記邪魔板は、前記底板に接して配置されていることを特徴とする冷却器。
  5. 　請求項３に記載の冷却器において、
    　前記邪魔板は、前記天板に接して配置されていることを特徴とする冷却器。
  6. 　請求項２～５のいずれか一項に記載の冷却器において、
    　前記邪魔板は、前記冷媒流出配管を接続した側壁と対向する側壁からは離間して配置されていることを特徴とする冷却器。
  7. 　請求項２～６のいずれか一項に記載の冷却器において、
    　前記フィンの主面は、波状であることを特徴とする冷却器。
  8. 　請求項７に記載の冷却器において、
    　第１の波状フィンと、前記第１の波状フィンに隣り合う第２の波状フィンを備え、
    　前記第２の波状フィンの凸部が、前記第１の波状フィンの隣り合う凹部を直線状に結んだ線よりも前記第１の波状フィン側にあることを特徴とする冷却器。
  9. 　請求項１～８のいずれか一項に記載の冷却器において、
    　前記冷媒導入路の流れ方向と、前記冷媒導出路の流れ方向とが、逆平行であることを特徴とする冷却器。
  10. 　請求項１～９のいずれか一項に記載の冷却器において、
    　前記冷媒は、液体であることを特徴とする冷却器。
  11. 　請求項１～１０のいずれか一項に記載の冷却器を備えた半導体モジュールにおいて、
    　前記天板の、前記フィンユニットが接続された面とは反対側の面に、半導体素子を配置した半導体モジュールユニットを備えることを特徴とする半導体モジュール。
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