WO2024262175A1 - 冷却器、半導体装置、及び車両 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a cooler, a semiconductor device, and a vehicle.
  • Some semiconductor devices used in power conversion devices such as inverter devices are equipped with a cooler that circulates a coolant to dissipate heat generated by semiconductor elements.
  • This type of cooler has multiple fins in the flow path that circulates the coolant (for example, Patent Documents 1 to 5).
  • Patent No. 3469475 specification JP 2018-207017 A Patent No. 5901343 specification Patent No. 6138197 specification Patent No. 3236137 specification
  • the present invention was made in consideration of these points, and one of its objectives is to improve the cooling performance of coolers applied to semiconductor devices.
  • the cooler of one embodiment of the present invention comprises a top plate having a heat dissipation surface formed on a first surface thereof, a bottom plate arranged opposite the top plate and thicker than the top plate, a plurality of fins connected to at least the top plate, and a peripheral wall portion formed between the top plate and the bottom plate to surround the outer periphery of the plurality of fins, and a flow path of the refrigerant is formed by a space surrounded by the top plate, the bottom plate, the plurality of fins, and the peripheral wall portion, and a heat dissipation surface is provided on the top plate, the bottom plate, or the peripheral wall portion at one end side in a first direction of the flow path of the refrigerant.
  • each of the multiple fins includes an inclined portion that, in a first plan view when viewed from a second direction perpendicular to the first direction, extends in a direction displaced toward the refrigerant inlet as it moves away from the first surface of the top plate, and, in a second plan view when viewed from the first direction, extends in a direction displaced in the second direction as it moves away from the first surface of the top plate.
  • the present invention can improve the cooling performance of a cooler applied to a semiconductor device.
  • 1 is a top view illustrating a configuration example of a semiconductor device according to an embodiment
  • 2 is an enlarged top view of a configuration of one circuit forming portion in the semiconductor device of FIG. 1
  • 2 is a cross-sectional side view showing a configuration example of a semiconductor device taken along line A-A' in FIG. 1.
  • 2 is a cross-sectional side view showing an example of the configuration of a semiconductor device taken along line B-B' in FIG. 1.
  • 2 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of an inverter device to which the semiconductor device of FIG. 1 is applied.
  • 1 is a bottom view illustrating a specific example of a fin in a cooler according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a first characteristic of a refrigerant flow in a cooler according to an embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a second characteristic of the flow of refrigerant in the cooler according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a graph illustrating the relationship between the angle of the fin extension direction and the thermal resistance and pressure loss.
  • FIG. 13 is a diagram for supplementing the angle and arrangement of the extension direction of the fins.
  • FIG. 11 is a cross-sectional side view illustrating a first modified example of the configuration of the cooler.
  • FIG. 11 is a cross-sectional side view illustrating a first modified example of the fin arrangement.
  • FIG. 11 is a cross-sectional side view illustrating a second modified example of the fin arrangement.
  • FIG. 11 is a cross-sectional side view showing a first modified example of the configuration of the cooler and the positional relationship between the inlet and outlet of the refrigerant.
  • FIG. 11 is a cross-sectional side view showing a second modified example of the configuration of the cooler and the positional relationship between the inlet and outlet of the refrigerant.
  • FIG. 11 is a cross-sectional side view showing a third modified example of the configuration of the cooler and the positional relationship between the inlet and outlet of the refrigerant.
  • 1 is a schematic plan view showing an example of a vehicle to which a semiconductor device according to the present invention is applied;
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis in each of the referenced drawings are shown for the purpose of defining planes and directions in the illustrated semiconductor device, cooler, etc.
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis are mutually perpendicular and form a right-handed system.
  • the direction parallel to the X-axis is called the X-direction
  • the direction parallel to the Y-axis is called the Y-direction
  • the direction parallel to the Z-axis is called the Z-direction.
  • the Z direction may be referred to as the up-down direction.
  • "up” and “above” are intended to mean the positive side of the Z direction relative to a reference surface, member, position, etc.
  • “down” and “below” are intended to mean the negative side of the Z direction relative to a reference surface, member, position, etc.
  • member B is placed on member A
  • member B is placed on the positive side of the Z direction as viewed from member A.
  • the top surface of member A this surface is the surface located at the end of member A on the positive side of the Z direction and facing the positive side of the Z direction.
  • top view is intended to mean a planar view of the target item (e.g., a semiconductor device, a cooler, etc.) when viewed from the positive side of the Z direction
  • bottom view is intended to mean a planar view of the target item when viewed from the negative side of the Z direction.
  • front view is intended to mean a planar view of the target item when viewed from the negative side of the Y direction.
  • side view refers to a planar view of the target object when viewed from the negative side in the X direction or the positive side in the X direction.
  • a planar view when viewed from the negative side in the X direction is sometimes called a "left side view,” and a planar view when viewed from the positive side in the X direction is sometimes called a "right side view.”
  • These directions and faces are terms used for convenience of explanation, and the corresponding relationship with each of the directions of the X axis, Y axis, and Z axis may change depending on the mounting posture of the semiconductor device.
  • the surface on which the wiring board and semiconductor element of the cooler are arranged is called the upper surface of the cooler in this specification, but it may also be called the lower surface, side surface, etc. of the cooler.
  • the semiconductor device exemplified in the following description may be applied to a power conversion device such as an inverter device for industrial or electrical equipment (e.g., an in-vehicle motor).
  • a power conversion device such as an inverter device for industrial or electrical equipment (e.g., an in-vehicle motor).
  • FIG. 1 is a top view showing an example of the configuration of a semiconductor device according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a top view showing an enlarged configuration of one circuit formation portion in the semiconductor device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional side view showing an example of the configuration of a semiconductor device cut along line A-A' in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a cross-sectional side view showing an example of the configuration of a semiconductor device cut along line B-B' in FIG. 1.
  • the cross-sectional side view of FIG. 3 shows a right side view of a portion of the semiconductor device cut along line A-A' in FIG. 1 to the left of line A-A'.
  • FIG. 4 shows a front view of a portion of the semiconductor device cut along line B-B' in FIG. 1 to the upper side of line B-B'. Note that in FIGS. 2 and 3, the sealant that seals the semiconductor element and the like is omitted, and in FIG. 4, the leads, case, sealant, and the like are omitted.
  • the semiconductor device 1 illustrated in Figures 1 to 4 includes a cooler 2, a wiring board 3, semiconductor elements 4A and 4B, a case 5, wiring components 6A to 6F, and a sealing material 7.
  • the cooler 2 is formed with a refrigerant flow path 260 for dissipating heat generated by the semiconductor elements 4A and 4B of the semiconductor device 1, and is connected to a circulation circuit for circulating the refrigerant.
  • the refrigerant flow path 260 in the cooler 2 is defined by a top plate 200, a bottom plate 230, and a peripheral wall portion 240.
  • the top plate 200 has a roughly rectangular outer shape when viewed from above, and a plurality of fins 210 extending downward from the lower surface 202 are arranged on the lower surface (heat dissipation surface) 202.
  • the peripheral wall portion 240 has a square ring shape in plan view when viewed from above that surrounds the outer periphery of the plurality of fins 210, and is arranged below the top plate 200 so that the upper open end is covered by the top plate 200.
  • the bottom plate 230 is arranged below the peripheral wall portion 240 so as to cover the lower open end of the peripheral wall portion 240.
  • the relationship between the thickness T1 of the top plate 200 and the thickness T2 of the bottom plate 230 arranged opposite the top plate 200 may be T2>T1, as illustrated in Figs. 3 and 4.
  • the thickness T3 of the peripheral wall portion 240 may be T3>T2.
  • the top plate 200, the peripheral wall portion 240, and the bottom plate 230 illustrated in Figs. 3 and 4 are integrated such that the upper surface of the peripheral wall portion 240 is in close contact with the lower surface 202 of the top plate 200, and the lower surface of the peripheral wall portion 240 is in close contact with the upper surface 231 of the bottom plate 230.
  • the method of integrating the top plate 200, the peripheral wall portion 240, and the bottom plate 230 is not limited to a specific method.
  • the peripheral wall portion 240 has an inlet 251 for introducing the refrigerant into the refrigerant flow path 260, and an outlet 252 for discharging the refrigerant from the refrigerant flow path 260.
  • the outlet 252 may be referred to as an outlet for discharging the refrigerant.
  • the semiconductor device 1 illustrated in FIG. 1 has three wiring boards 3 arranged on the top plate 200 of the cooler 2.
  • the three wiring boards 3 have substantially the same configuration and include an insulating substrate 300, conductor patterns 301-303 provided on the upper surface of the insulating substrate 300, and a conductor pattern 304 provided on the lower surface of the insulating substrate 300.
  • the wiring board 3 may be, for example, a DCB (Direct Copper Bonding) substrate or an AMB (Active Metal Brazing) substrate.
  • the wiring board 3 may also be called a laminated substrate, an insulating circuit board, etc.
  • the insulating substrate 300 is not limited to a specific substrate.
  • the insulating substrate 300 may be a ceramic substrate formed of a ceramic material such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), silicon nitride (Si 3 N 4 ), or a composite material of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ).
  • the insulating substrate 300 may be, for example, a substrate formed of an insulating resin such as an epoxy resin, a substrate formed by impregnating a base material such as glass fiber with an insulating resin, or a substrate formed by coating the surface of a flat metal core with an insulating resin.
  • the conductor pattern 304 provided on the underside of the insulating substrate 300 functions as a heat-conducting member that conducts heat generated by the semiconductor elements 4A and 4B to the cooler 2, and is formed, for example, from a metal plate or metal foil such as copper or aluminum.
  • the conductor pattern 304 is joined to the upper surface 204 of the top plate 200 of the cooler 2 by a joining material (not shown) such as solder.
  • the conductor pattern 304 may also be called a heat dissipation layer or heat dissipation pattern.
  • the wiring board 3 may be arranged, for example, by joining the conductor pattern 304 to a base plate separate from the top plate 200, and conducting heat to the top plate 200 via the base plate.
  • the conductor patterns 301-303 provided on the upper surface of the insulating substrate 300 function as wiring components and are formed, for example, from a metal plate or metal foil such as copper or aluminum.
  • the conductor patterns 301-303 provided on the upper surface of the insulating substrate 300 may also be called conductor layers, conductor plates, conductive layers, wiring patterns, etc. In the following description, when distinguishing between the conductor patterns 301-303, they will be referred to as the first conductor pattern 301, the second conductor pattern 302, and the third conductor pattern 303, respectively.
  • a semiconductor element 4A is disposed on the upper surface of the first conductor pattern 301.
  • the first conductor pattern 301 is bonded to a first main electrode (not shown) provided on the lower surface of the semiconductor element 4A with a bonding material (not shown).
  • the bonding material is a well-known bonding material such as solder.
  • a semiconductor element 4B is disposed on the upper surface of the second conductor pattern 302.
  • the second conductor pattern 302 is bonded to a first main electrode (not shown) provided on the lower surface of the semiconductor element 4B with a bonding material (not shown).
  • Each of the semiconductor elements 4A and 4B is composed of, for example, an RC (Reverse Conducting)-IGBT element that integrates the functions of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) element, which is a switching element, and a diode element such as an FWD (Free Wheeling Diode) element connected in inverse parallel to the switching element.
  • Each of these types of semiconductor elements 4A and 4B has a first main electrode on the bottom surface and a second main electrode and a control electrode (gate electrode) on the top surface.
  • the switching elements of the semiconductor elements 4A and 4B are IGBT elements
  • the first main electrode on the bottom surface may be called a collector electrode
  • the second main electrode on the top surface may be called an emitter electrode.
  • the first main electrode provided on the lower surface of the semiconductor element 4A is electrically connected to the first main terminal 501 provided on the case 5 via the first conductor pattern 301.
  • the first conductor pattern 301 and the first main terminal 501 are electrically connected by a well-known method.
  • the first conductor pattern 301 and the first main terminal 501 are electrically connected via a columnar or block-shaped wiring component (not shown) extending upward from the upper surface of the first conductor pattern 301.
  • the second main electrode 401 provided on the upper surface of the semiconductor element 4A is electrically connected to the third main terminal 503 provided on the case 5 via the wiring component 6A and the second conductor pattern 302.
  • the wiring component 6A is formed by bending a conductor plate such as a copper plate, and is called a lead, lead frame, etc.
  • the wiring component 6A is joined to the second main electrode 401 and the second conductor pattern 302 of the semiconductor element 4A by a bonding material not shown.
  • the second conductor pattern 302 and the third main terminal 503 are electrically connected via a columnar conductive member (wiring component 6B) extending upward from the upper surface of the second conductor pattern 302.
  • the second conductor pattern 302 and the third main terminal 503 may be electrically connected by another well-known method.
  • the control electrode 402 provided on the upper surface of the semiconductor element 4A is electrically connected to the control terminal 504 provided on the case 5 by a bonding wire (wiring component 6E).
  • the first main electrode provided on the lower surface of the semiconductor element 4B is electrically connected to the third main terminal 503 provided on the case 5 via the second conductor pattern 302 and the wiring component 6B.
  • the second main electrode 401 provided on the upper surface of the semiconductor element 4B is electrically connected to the second main terminal 502 provided on the case 5 via the wiring component 6C and the third conductor pattern 303.
  • the wiring component 6C is formed by bending a conductor plate such as a copper plate, and is called a lead, lead frame, etc.
  • the wiring component 6C is joined to the second main electrode 401 and the third conductor pattern 303 of the semiconductor element 4B by a bonding material not shown. In the example of FIG.
  • the third conductor pattern 303 and the second main terminal 502 are electrically connected to each other via a columnar conductive member (wiring component 6D) extending upward from the upper surface of the third conductor pattern 303.
  • the control electrode 402 provided on the upper surface of the semiconductor element 4B is electrically connected to a control terminal 505 provided on the case 5 by a bonding wire (wiring component 6F).
  • the case 5 includes an insulating member 500 having an opening at the top and bottom and a hollow portion 510 capable of accommodating the wiring board 3, the semiconductor elements 4A and 4B, and the wiring components 6A to 6F, and the above-mentioned first main terminal 501, second main terminal 502, third main terminal 503, control terminal 504, and control terminal 505.
  • One end of each of the first main terminal 501, second main terminal 502, third main terminal 503, control terminal 504, and control terminal 505 is exposed within the hollow portion 510 of the insulating member 500, and the other end protrudes from the upper surface of the insulating member 500.
  • the first main terminal 501, second main terminal 502, and third main terminal 503 are each bent so that the portion protruding from the upper surface of the insulating member 500 fits along the upper surface of the insulating member 500.
  • a recess for fitting a nut 9 is formed in each of the regions on the upper surface of the insulating member 500 that overlap the first main terminal 501, the second main terminal 502, and the third main terminal 503.
  • the first main terminal 501, the second main terminal 502, and the third main terminal 503 are formed with through holes 521, 522, and 523 that correspond to the screw holes of the nuts 9 that are fitted into the recesses formed on the upper surface of the insulating member 500.
  • the nuts 9 are used to screw in bolts for connecting the first main terminal 501, the second main terminal 502, and the third main terminal 503 to, for example, the terminals of a power supply cable such as a wire harness, or power supply components such as bus bars.
  • the hollow portion 510 of the case 5 is filled with a sealant 7 that seals the wiring board 3, the semiconductor elements 4A and 4B, and the wiring components 6A-6F.
  • the sealant 7 is, for example, an epoxy resin or a silicone gel.
  • the hollow portion 510 of the case 5 may be formed as a single hollow portion without being divided into sections for each wiring board 3 (i.e., without being divided into three separate hollow portions) as shown in FIG. 1.
  • the case 5 has through holes 511 formed at positions that are corners when viewed from above.
  • the case 5 is attached to the top plate 200 of the cooler 2, for example, by screwing the bolts 8 inserted into the through holes 511 into screw holes formed in the top plate 200 of the cooler 2.
  • the positions and number of the through holes 511 for attaching the case 5 to the top plate 200 are not limited to the positions and number exemplified in FIG. 2.
  • the method for attaching the case 5 to the top plate 200 is not limited to any particular method.
  • the semiconductor device 1 illustrated in FIG. 1 includes three single-phase inverter circuits, and can form, for example, a three-phase inverter device.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a circuit configuration of an inverter device to which the semiconductor device of FIG. 1 is applied.
  • FIG. 5 shows an example of a circuit configuration in a voltage-type three-phase inverter device as an example of the inverter device 11.
  • the inverter device 11 includes three single-phase inverter circuits 1101 (U), 1101 (V), and 1101 (W), a smoothing capacitor 1102, and a control circuit 1103.
  • One single-phase inverter circuit includes one wiring board 3 and two semiconductor elements 4A and 4B.
  • the single-phase inverter circuit 1101 (U) converts DC to AC and outputs it as U-phase AC.
  • the single-phase inverter circuit 1101 (V) converts DC to AC and outputs it as V-phase AC.
  • the single-phase inverter circuit 1101 (W) converts DC to AC and outputs it as W-phase AC.
  • the three phases in the three-phase AC are called the U-phase, V-phase, and W-phase, but may be called by other names.
  • Inverter device 11 three single-phase inverter circuits 1101(U), 1101(V), and 1101(W) are connected in parallel with a smoothing capacitor 1102.
  • the circuit configuration of each of the three single-phase inverter circuits 1101(U), 1101(V), and 1101(W) illustrated in the equivalent circuit of FIG. 5 corresponds to the circuit formed by one wiring board 3 and two semiconductor elements 4A and 4B in semiconductor device 1 described above with reference to FIG. 2 and FIG. 3, etc.
  • the inverter device 11 has a first input terminal IN(P) to which the positive electrode of the DC power supply 12 is connected, a second input terminal IN(N) to which the negative electrode of the DC power supply 12 is connected, and output terminals OUT(U), OUT(V), and OUT(W) that output three-phase AC.
  • Each of the single-phase inverter circuits 1101(U), 1101(V), and 1101(W) illustrated in FIG. 5 is a half-bridge inverter circuit.
  • the collector electrode of the switching element 410 e.g., an IGBT element
  • the semiconductor element 4A connected between the first input terminal IN(P) and the output terminal OUT(U), which may be called the upper arm, is connected to the first input terminal IN(P) via the first main terminal 501.
  • the emitter electrode of the switching element 412 in the semiconductor element 4B connected between the second input terminal IN(N) and the output terminal OUT(U), which may be called the lower arm, is connected to the second input terminal IN(N) via the second main terminal 502.
  • the emitter electrode of the upper arm switching element 410 and the collector electrode of the lower arm switching element 412 in the single-phase inverter circuit 1101(U) are connected to an output terminal OUT(U) that outputs U-phase AC in the three-phase AC via a third main terminal 503.
  • a diode element 411 is connected in anti-parallel to the upper arm switching element 410, and a diode element 413 is connected in anti-parallel to the lower arm switching element 412.
  • the other two single-phase inverter circuits 1101(V) and 1101(V) are configured such that the output terminal OUT(U) in the above-mentioned single-phase inverter circuit 1101(U) is replaced with the output terminals OUT(V) and OUT(V), respectively.
  • the AC output from each of the single-phase inverter circuits 1101(U), 1101(V), and 1101(W) is controlled so that the phases are shifted by 120 degrees from each other by a control signal applied from the control circuit 1103 to the gate of the upper arm switching element 410 (control electrode 402 of semiconductor element 4A) via control terminal 504 and a control signal applied to the gate of the lower arm switching element 412 (control electrode 402 of semiconductor element 4B) via control terminal 505.
  • a load e.g., an AC motor
  • a load 13 that operates on AC is connected to the output terminals OUT(U), OUT(V), and OUT(W) of the inverter device 11.
  • the circuit configuration of the inverter device 11 including the semiconductor device 1 of this embodiment is not limited to the circuit configuration illustrated in FIG. 5. Furthermore, the operation of the inverter device 11 including the semiconductor device 1 of this embodiment is not limited to a specific operation.
  • the inverter device 11 including the semiconductor device 1 may be configured by connecting three single-phase full-bridge inverter circuits in parallel.
  • the inverter device 11 described above with reference to FIG. 5 is merely an example of a device to which the semiconductor device 1 according to this embodiment is applied.
  • the switching elements 410 and 412 of the semiconductor elements 4A and 4B are not limited to the IGBT elements described above, and may be, for example, a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), a BJT (Bipolar Junction Transistor), or the like.
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • BJT Bipolar Junction Transistor
  • the main electrodes on the lower surface side of the semiconductor elements 4A and 4B may be called drain electrodes, and the main electrodes on the upper surface side may be called source electrodes.
  • the diode elements 411 and 413 may be, for example, SBD (Schottky Barrier Diode), JBS (Junction Barrier Schottky) diode, MPS (Merged PN Schottky) diode, PN diode, or the like.
  • the control electrode 402 provided on the upper surface of the semiconductor elements 4A and 4B may include a gate electrode and an auxiliary electrode.
  • the auxiliary electrode may be an auxiliary emitter electrode or an auxiliary source electrode that is electrically connected to the main electrode on the upper surface side and serves as a reference potential for the gate potential.
  • the auxiliary electrode may be a temperature sense electrode that is electrically connected to a temperature sense unit that may be included in the inverter device 11, etc., and measures the temperature of the semiconductor elements 4A and 4B.
  • These electrodes (the second main electrode 401, and the control electrode 402 including the gate electrode and the auxiliary electrode) formed on the upper surface of the semiconductor elements 4A and 4B may be collectively called upper surface electrodes.
  • the substrate on which the switching elements 410 and 412 and the diode elements 411 and 413 are formed is not limited to a silicon substrate, and may be, for example, a SiC (silicon carbide) substrate, a GaN (gallium nitride) substrate, etc.
  • the switching element and the diode element described as being included in one semiconductor element in the single-phase inverter circuit described above with reference to FIG. 5 may be provided by separate semiconductor elements.
  • the switching element 410 and the diode element 411 of the upper arm may be provided by a semiconductor element in which the switching element 410 is formed and a semiconductor element in which the diode element 411 is formed.
  • the shape, number, and location of the semiconductor elements can be changed as appropriate.
  • the layout of the conductor patterns as wiring components provided on the upper surface side of the wiring board 3 is changed depending on the type, shape, number, and location of the semiconductor elements.
  • the cooler 2 in the semiconductor device 1 may have a top plate 200 with a plurality of fins 210 arranged on the lower surface 202, a bottom plate 230, and a peripheral wall portion 240, as described above with reference to FIG. 3 and FIG. 4.
  • the cooler 2 illustrated in this embodiment has a refrigerant inlet 251 on the left side in top view (FIG. 1) and front view (FIG. 4), and a refrigerant outlet 252 on the right side.
  • the refrigerant flow path 260 of the cooler 2 defined by the top plate 200, the bottom plate 230, and the peripheral wall portion 240 has an upstream end on the left side and a downstream end on the right side.
  • the number of single-phase inverter circuits (a set of the wiring board 3 and the semiconductor elements 4A and 4B) arranged on the top plate 200 of one cooler 2 is not limited to three.
  • the above-mentioned single-phase inverter circuit and a circuit different from the single-phase inverter circuit may be arranged on the top plate 200.
  • Each of the multiple fins 210 has a columnar outer shape, sometimes called a pin fin, as described below with reference to Figure 6, and is arranged in a two-dimensional lattice on the underside 202 of the top plate 200.
  • the top plate 200 on which the multiple fins 210 are arranged is a member that dissipates heat conducted from the semiconductor elements 4A and 4B via the wiring board 3, and is made of, for example, an aluminum alloy.
  • the extension direction of the fins 210 in the cooler 2 of this embodiment is non-parallel to the normal direction (Z direction) of the underside 202 in both the front view ( Figure 4) and the side view ( Figure 3).
  • each of the multiple fins 210 extends so that it is displaced toward the upstream side of the refrigerant flow path 260 as it moves away from the lower surface 202 of the top plate 200 in a front view (FIG. 4), and displaced toward the horizontal end face side of the refrigerant flow path 260 as it moves away from the lower surface 202 of the top plate 200 in a side view (in other words, the distance from the peripheral wall portion 240 changes).
  • angle ⁇ 1 (hereinafter simply referred to as “angle ⁇ 1") on the acute angle side of the extension direction of the fin 210 in a front view and the angle ⁇ 2 (hereinafter simply referred to as “angle ⁇ 2”) on the acute angle side of the extension direction of the fin 210 in a side view may be the same value or different values.
  • FIG. 6 is a bottom view illustrating a specific example of fins in a cooler according to one embodiment.
  • Each of the multiple fins 210 in the cooler 2 has an inclined columnar shape, as shown in FIG. 6, for example, and is arranged in a two-dimensional lattice shape with a spacing of D1 between adjacent fins 210 in a direction of 45 degrees to the extension direction (X direction and Y direction) of the sides on the underside 202 of the top plate 200.
  • inclined columnar refers to a columnar shape in which the center P1 of the end face (first bottom face) on the underside 202 side of the top plate 200 in the extension direction of the fin 210 and the center P2 of the end face (second bottom face) furthest from the underside 202 do not coincide in a plan view (bottom view).
  • Each of the multiple fins 210 illustrated in FIG. 6 has a square first bottom surface (and second bottom surface), and is arranged so that the extension direction of the sides on the first bottom surface forms a 45-degree angle with respect to the extension direction of the sides on the underside 202 of the top plate 200.
  • the fins 210 are arranged so that the extension direction of the sides on the first bottom surface forms a 45-degree angle with respect to the direction (X-axis direction) from the refrigerant inlet 251 (upstream) to the refrigerant outlet 252 (downstream).
  • the top plate 200 having a plurality of fins 210 each having an inclined columnar shape arranged in a two-dimensional lattice shape as shown in FIG. 6 can be manufactured by applying a known method.
  • the top plate 200 having a plurality of fins 210 each having an inclined columnar shape can be manufactured by simultaneously using a plurality of blades to cut the surface of a metal material.
  • the top plate 200 having a plurality of fins 210 each having an inclined columnar shape can be manufactured by using a molding method called metal injection molding (MIM).
  • MIM metal injection molding
  • the top plate 200 having a plurality of fins 210 each having an inclined columnar shape can be manufactured by using, for example, a 3D printer. Note that the manufacturing method of the top plate 200 having a plurality of fins 210 each having an inclined columnar shape is not limited to the manufacturing method described above.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a first characteristic of the refrigerant flow in a cooler according to one embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a second characteristic of the refrigerant flow in a cooler according to one embodiment.
  • FIG. 9 is a graph illustrating the relationship between the angle of the fin extension direction and the thermal resistance value and pressure loss.
  • FIG. 10 is a diagram providing additional information regarding the angle of the fin extension direction and the arrangement.
  • each of the multiple fins 210 extending downward from the lower surface 202 of the top plate 200 has an inclined columnar shape that is displaced toward the upstream side of the coolant flow path 260 as the portion farther from the top plate 200.
  • the temperature of the upper part of the coolant flowing through the flow path 260 defined in the cooler 2 which is closer to the semiconductor elements 4A and 4B, which are the heat source (heat generating element), tends to be higher than the temperature of the lower part.
  • the temperature of the coolant in the upper part of the flow path 260 becomes high, the efficiency of heat exchange between the fins 210 and the coolant decreases, and the cooling performance decreases.
  • each of the multiple fins 210 in the cooler 2 has an inclined columnar shape that is displaced upstream the farther it is from the top plate 200, as described above.
  • each of the multiple fins 210 has an inclined side surface that is displaced downstream the closer it is to the underside 202 of the top plate 200. For this reason, as illustrated in FIG. 7, a portion of the refrigerant flowing from upstream to downstream in the flow path 260 of the cooler 2 is guided to the upper layer side of the flow path 260 along the inclined side surface of the fin 210. Also, as illustrated in FIG.
  • each of the multiple fins 210 in the cooler 2 has an inclined columnar shape in which the extension direction of the fin 210 is inclined in a direction that is not parallel to the normal direction of the underside 202 of the top plate 200 even when viewed from the side. Therefore, the refrigerant flowing from the upstream to the downstream in the flow path 260 of the cooler 2 near both ends in the horizontal direction in a side view (the left end and the right end in the flow path 260 in FIG. 3) can be guided to the horizontal center along the inclined side of the fin 210.
  • the refrigerant flowing from upstream to downstream repeats branching and merging along the inclined side surface of the fin 210, for example, as shown by the arrow in FIG. 8.
  • the cooler 2 can also suppress the refrigerant stagnation and reduce pressure loss.
  • the horizontal axis in the graph of FIG. 9 is the angle ⁇ 1 (in degrees) of the extension direction of the fins 210 in the ZX plane (when viewed from the front).
  • the left vertical axis is the thermal resistance value (arbitrary units) associated with the cooling performance, and the right vertical axis is the pressure loss (arbitrary units).
  • the graph in Figure 9 shows, as one conventional example, the thermal resistance value and pressure loss when the angle ⁇ 1 of the extension direction of the fins 210 is 90 degrees.
  • the thermal resistance value and pressure loss when the angle ⁇ 1 in the graph in Figure 9 is 85 degrees, 75 degrees, and 60 degrees are examples of measured values when the arrangement spacing S, gap G, and height H of the fins 210 (see Figure 10) are the same as the arrangement spacing S, gap G, and height H of the fins when the angle ⁇ 1 is 90 degrees, and only the angle ⁇ 1 is changed.
  • the thermal resistance value and pressure loss are reduced compared to the conventional example. Also, although not shown in the graph of FIG. 9, if the angle ⁇ 1 is made less than 45 degrees, the inclination of the extension direction of the fins 210 with respect to the flow path 260 of the refrigerant becomes large, and for example, the effect of guiding the refrigerant in the lower part of the flow path 260 to the upper part becomes weaker.
  • the angle ⁇ 1 is made less than 45 degrees, the deviation amount of the center P2 of the second bottom surface with respect to the center P1 of the first bottom surface described above with reference to FIG. 6 becomes large, and for example, when the number of fins 210 does not change compared to the conventional example, the flow path 260 for accommodating the fins 210 becomes large (i.e., the cooler 2 becomes large).
  • the dimensions of the flow path 260 are made to remain the same compared to the conventional example, the number of fins 210 is reduced, thereby reducing the efficiency of heat exchange.
  • the angle ⁇ 1 of the extension direction of the fin 210 relative to the upstream direction of the flow channel 260 when viewed from the front is 45 degrees or more and less than 90 degrees.
  • the angle ⁇ 1 it can be inferred that it is more preferable for the angle ⁇ 1 to be 60 degrees or more and 75 degrees or less.
  • the arrangement interval S and bottom dimensions of the fins 210 to be the same as those of the conventional example with angle ⁇ 1 of 90 degrees and angle ⁇ 1 of less than 90 degrees, the flow rate of the refrigerant flowing from the lower part to the upper part of the flow path 260 along the inclined side surface of the fin 210 becomes faster, and the refrigerant in the lower part and the refrigerant in the upper part can be effectively mixed.
  • the side surface area is larger when the angle ⁇ 1 is less than 90 degrees. Therefore, by setting the height H and bottom dimensions of the fin 210 to be the same as those of the conventional example with an angle ⁇ 1 of 90 degrees and setting the angle ⁇ 1 to less than 90 degrees, the efficiency of heat exchange in one fin 210 can be improved. Therefore, for example, the cooling performance is improved when the arrangement interval (number) of the fins 210 is the same as that of the conventional example with an angle ⁇ 1 of 90 degrees.
  • the number of fins 210 required to achieve the same level of cooling performance as the conventional example with an angle ⁇ 1 of 90 degrees can be reduced, for example, it becomes easier to manufacture a top plate 200 on which multiple fins 210 are arranged. Furthermore, when manufacturing a top plate 200 on which multiple fins 210 are arranged using the above-mentioned metal powder injection molding method or a 3D printer, the number of fins 210 is reduced, which is advantageous in reducing manufacturing costs, for example, by reducing the amount of material required to manufacture the top plate 200.
  • the shape of the fin 210 in the cooler 2 according to the embodiment described above is not limited to the inclined columnar shape with the first and second bottom surfaces being square as described above with reference to Figures 6 and 8, and may be other shapes.
  • the first and second bottom surfaces of the fin 210 may be, for example, diamond-shaped, other polygonal, circular, or oval (elliptical).
  • the fin 210 may also have an outer shape in which the first and second bottom surfaces have different shapes, for example, the first bottom surface being circular and the second bottom surface being square.
  • the fin 210 may have an outer shape in which the first and second bottom surfaces have the same shape but at least one of the orientation or dimensions is different.
  • the fin 210 may have, for example, a square first bottom surface and a square second bottom surface, and may have an outer shape that becomes thicker or thinner as it moves away from the lower surface 202 of the top plate 200, or may have an outer shape twisted about an axis passing through the center P1 of the first bottom surface and the center P2 of the second bottom surface. Furthermore, the fin 210 may have, for example, a portion extending in the normal direction of the lower surface 202 between the lower surface 202 of the top plate 200 and the portion (inclined portion) having the above-mentioned inclined columnar outer shape.
  • FIG. 11 is a cross-sectional side view illustrating a first modified example of the cooler configuration.
  • FIG. 11 shows a right side view of the portion of the semiconductor device 1 cut along line A-A' in FIG. 1 to the left of line A-A'.
  • suppression members 271 and 272 that suppress the flow of the refrigerant from upstream to downstream and promote the stirring of the refrigerant are arranged in the corners of the refrigerant flow path 260 defined by the top plate 200, bottom plate 230, and peripheral wall portion 240, where the stirring of the refrigerant by the fins 210 is unlikely to occur in side view.
  • the distance to the side surface of the fin 210 of the left end face of the refrigerant flow path 260 illustrated in FIG. 11 increases as it goes downward, and if the suppression member 271 is not arranged, the refrigerant that moves to the lower end side along the left end face is unlikely to return to the horizontal center portion. 11, the distance to the side of the fin 210 decreases as the right end surface of the refrigerant flow path 260 moves downward, and if the suppression member 272 is not provided, the refrigerant flowing along the upper right corner of the flow path 260 is unlikely to move downward.
  • the agitation of the refrigerant can be promoted by providing the suppression members 271 and 272.
  • the suppression member 271 provided in the lower left corner of the refrigerant flow path 260 illustrated in FIG. 11 provides an inclined surface that displaces to the horizontal center as it moves downward, and can guide the refrigerant that moves to the lower end along the left side to the horizontal center.
  • angles ⁇ 3 and ⁇ 4 of the inclined surfaces of the suppression members 271 and 272 arranged in the refrigerant flow path 260 in a side view are not limited to a specific angle.
  • the angles ⁇ 3 and ⁇ 4 of the inclined surfaces of the suppression members 271 and 272 may be different from the angle ⁇ 2 of the extension direction of the fin 210, as illustrated in FIG. 11.
  • the cross-sectional shape of the suppression members 271 and 272 in a side view is not limited to the triangle illustrated in FIG. 11.
  • a suppression member other than the suppression members 271 and 272 illustrated in FIG. 11 may be arranged in the refrigerant flow path 260.
  • the shape of any of the top plate 200, the bottom plate 230, and the peripheral wall portion 240 to define the refrigerant flow path 260 may be a shape having an inclined surface corresponding to the inclined surface provided by the suppression members 271 and 272.
  • FIG. 12 is a cross-sectional side view illustrating a first modified example of the fin arrangement.
  • FIG. 13 is a cross-sectional side view illustrating a second modified example of the fin arrangement.
  • FIG. 14 is a cross-sectional side view illustrating a third modified example of the fin arrangement. Note that in FIGS. 12 to 14, some of the components placed on the top plate 200 are not shown, and hatching indicating that the components are cross-sections is omitted.
  • the plurality of fins 210 in the cooler 2 may all have the same shape, or may include fins 210 of two or more different shapes.
  • FIG. 12 shows an example in which two types of fins 210 with different dimensions of the first bottom surface (and second bottom surface) are arranged on the lower surface 202 of the top plate 200.
  • the four fins 210 shown in FIG. 12 have a square first bottom surface, and the dimension D1 of the two fins 210 arranged at both ends in the horizontal direction is larger than the dimension D2 of the two fins 210 arranged in the central part in the horizontal direction.
  • the area of the inclined side surface is increased, and for example, it becomes easier to guide the refrigerant flowing near the horizontal end of the refrigerant flow path 260 in side view to the central part in the horizontal direction.
  • the extension direction of the fins 210 in side view may be two ways.
  • the two fins 210 on the left side of the horizontal center extend at an angle ⁇ 2 in a direction approaching the left end face of the flow path 260 as they go downward
  • the two fins 210 on the right side of the horizontal center extend at an angle ⁇ 2 in a direction approaching the right end face of the flow path 260 as they go downward.
  • the fins 210 By arranging the fins 210 so that they taper from the lower layer part to the upper layer part in the refrigerant flow path 260 in side view, the refrigerant flowing through the horizontal end of the lower layer part in the refrigerant flow path 260 in side view can be evenly guided to the upper layer part. Therefore, it is possible to suppress bias in the temperature distribution of the refrigerant in side view.
  • a suppression member 273 separate from the fins 210 may be arranged on the upper surface 231 of the bottom plate 230 to suppress the flow of the refrigerant downstream and guide the refrigerant to the upper layer portion.
  • the extension direction of the fins 210 in the front view may be two or more.
  • the angle ⁇ 11 of the extension direction of the three upstream fins 210 is smaller than the angle ⁇ 12 of the extension direction of the three downstream fins 210.
  • the thermal resistance value and pressure loss change depending on the angle of the extension direction of the fins 210. Based on the graph of FIG.
  • the thermal resistance value and pressure loss on the upstream side are smaller than the thermal resistance value and pressure loss on the downstream side.
  • the refrigerant is more likely to flow from the upstream to the downstream side on the upstream side than on the downstream side of the flow path 260. This makes it possible to, for example, keep the temperature rise of the refrigerant caused by heat exchange between the fins 210 and the refrigerant on the upstream side of the flow path 260 low, and to prevent a decrease in cooling efficiency on the downstream side.
  • the cooler 2 according to this embodiment is not limited to the above-mentioned configuration, and for example, the peripheral wall portion 240 may be integral with either the top plate 200 or the bottom plate 230.
  • FIG. 15 is a cross-sectional side view illustrating a second modified example of the cooler configuration.
  • FIG. 16 is a cross-sectional side view illustrating a third modified example of the cooler configuration.
  • FIG. 17 is a cross-sectional side view illustrating a fourth modified example of the cooler configuration. All of these figures correspond to FIG. 4.
  • the cooler 2 may have the peripheral wall portion 240 formed integrally with the bottom plate 230 as shown in FIG. 15, or may have the peripheral wall portion 240 formed integrally with the top plate 200 as shown in FIG. 16.
  • the cooler 2 may have, for example, a portion of the peripheral wall portion 240 formed integrally with the bottom plate 230 and the remaining portion of the peripheral wall portion 240 formed integrally with the top plate 200.
  • the cooler 2 may have, as shown in FIG. 17, the top plate 200, the bottom plate 230 and the peripheral wall portion 240 integrated together, and the cavity formed by these may be the flow path 260 for the refrigerant.
  • Such a cooler 2 can be manufactured, for example, by using a 3D printer.
  • the multiple fins 210 in the cooler 2 of this embodiment may have upper ends connected to the lower surface 202 of the top plate 200 and lower ends connected to the upper surface of the bottom plate 230.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a fifth modified example of the cooler configuration.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating a sixth modified example of the cooler configuration.
  • FIGS. 18 and 19 each correspond to a portion including the left end of the cooler 2 illustrated in FIG. 4.
  • the underlined reference numeral 210 is intended to refer to the entire fin.
  • the height H of the fins 210 extending downward from the lower surface 202 of the top plate 200 is approximately equal to the thickness T3 of the peripheral wall portion 240. Therefore, when the top plate 200, the peripheral wall portion 240, and the bottom plate 230 are integrated, the lower surface 211 of the fins 210 contacts the upper surface 231 of the bottom plate 230.
  • the multiple fins 210 in the cooler 2 shown in FIG. 19 extend upward from the upper surface 231 of the bottom plate 230, not from the lower surface 202 of the top plate 200.
  • the fins 210 are formed so that the further the portion of the fin 210 is from the upper surface 231 of the bottom plate 230 in a front view, the more displaced downstream.
  • the height from the upper surface 231 of the bottom plate 230 to the upper surface 212 of the fin 210 is approximately equal to the thickness T3 of the peripheral wall portion 240.
  • the Z-direction position of the upper surface 212 of the fin 210 is lower than the Z-direction position of the upper surface 241 of the peripheral wall portion 240.
  • the upper surface 212 of the fin 210 and the lower surface 202 of the top plate 200 are connected via a member 280 with high thermal conductivity.
  • the configuration of the cooler 2 in which the upper ends of the fins 201 are connected to the lower surface 202 of the top plate 200 and the lower ends are connected to the upper surface 231 of the bottom plate 230 is not limited to the configuration exemplified in FIG. 18 and FIG. 19.
  • the lower surface 211 of the fins 210 extending downward from the lower surface 202 of the top plate 200 and the upper surface 231 of the bottom plate 230 may be connected via a member 280 with high thermal conductivity.
  • the upper surface 212 of the fins 210 extending upward from the upper surface 231 of the bottom plate 230 and the lower surface 202 of the top plate 200 may be in direct contact with each other without the member 280.
  • Figure 20 is a bottom view illustrating a modified example of the positional relationship between the refrigerant inlet and outlet in the cooler.
  • the cooler 2 illustrated in Figures 4 and 14 to 19 has a refrigerant inlet 251 on the left end surface when viewed from the front, and a refrigerant outlet 252 on the right end surface.
  • the positions of the refrigerant inlet 251 and outlet 252 in the cooler 2 according to the present invention are not limited to such positions.
  • the cooler 2 may have the refrigerant inlet 251 and outlet 252 at diagonal positions of the area defining the refrigerant flow path 260 in a plan view (bottom view), sandwiching an area 213 where multiple fins 210 are arranged.
  • the inlet 251 and the outlet 252 may be located on the side, bottom, or top surface, regardless of the configuration of the top plate 200, bottom plate 230, and peripheral wall portion 240, or one may be located on the side and the other on either the top or bottom surface, or one may be located on the top surface and the other on the bottom surface.
  • FIG. 21 is a cross-sectional side view showing a first modified example of the cooler configuration and the positional relationship between the refrigerant inlet and outlet.
  • FIG. 22 is a cross-sectional side view showing a second modified example of the cooler configuration and the positional relationship between the refrigerant inlet and outlet.
  • FIG. 23 is a cross-sectional side view showing a third modified example of the cooler configuration and the positional relationship between the refrigerant inlet and outlet. All of these figures correspond to FIG. 4.
  • 21 shows a cooler 2 in which the peripheral wall portion 240 is integral with the bottom plate 230, and the inlet 251 and the outlet 252 are formed in the top plate 200 as through holes penetrating from the upper surface 204 to the lower surface 202 of the top plate 200.
  • 22 shows a cooler 2 in which the peripheral wall portion 240 is integral with the top plate 200, and the inlet 251 and the outlet 252 are formed in the bottom plate 230 as through holes penetrating from the upper surface 231 to the lower surface 232 of the bottom plate 230.
  • the cooler 2 shows a cooler 2 in which the peripheral wall portion 240 is integral with the top plate 200, and the inlet 251 and the outlet 252 are formed in the top plate 200 as through holes penetrating from the upper surface 204 to the lower surface 202 of the top plate 200.
  • the positional relationship between the inlet 251 and the outlet 252 may be other positional relationships.
  • the cooler 2 may have an inlet 251 formed in the top plate 200 and an outlet 252 formed in the bottom plate 230 or the peripheral wall portion 240.
  • the semiconductor device 1 of the above-described embodiment is not limited to a specific use, but is particularly suitable for use in high temperature environments.
  • the semiconductor device 1 of the above-described embodiment can be applied to a power conversion device such as an inverter device for an in-vehicle motor.
  • a vehicle to which the semiconductor device 1 according to the present invention is applied will be described with reference to FIG. 24.
  • FIG. 24 is a schematic plan view showing an example of a vehicle to which the semiconductor device according to the present invention is applied.
  • the vehicle 1001 shown in FIG. 24 is, for example, a four-wheeled vehicle equipped with four wheels 1002.
  • the vehicle 1001 may be, for example, an electric vehicle in which the wheels are driven by a motor or the like, or a hybrid vehicle that uses power from an internal combustion engine in addition to a motor.
  • the vehicle to which the semiconductor device 1 is applied is not limited to a four-wheeled vehicle, and may be a two-wheeled vehicle, a railroad car, or the like.
  • the vehicle 1001 includes a drive unit 1003 that applies power to the wheels 1002, and a control device 1004 that controls the drive unit 1003.
  • the drive unit 1003 may be composed of at least one of an engine, a motor, or a hybrid of an engine and a motor, for example.
  • the control device 1004 controls the drive unit 1003 (e.g., power control).
  • the control device 1004 includes a semiconductor device 1 including the cooler 2 of the embodiment described above.
  • the semiconductor device 1 can be configured to perform power control for the drive unit 1003.
  • the embodiments of the cooler 2 and semiconductor device 1 according to the present invention are not limited to the above-mentioned embodiments, and may be modified, substituted, or altered in various ways without departing from the spirit of the technical idea. Furthermore, if the technical idea can be realized in a different way due to technological advances or derived other technologies, it may be implemented using that method. Therefore, the claims cover all embodiments that may fall within the scope of the technical idea.
  • the cooler according to the above-mentioned embodiment includes a top plate having a heat dissipation surface formed on a first surface thereof, a bottom plate arranged opposite the top plate and thicker than the top plate, a plurality of fins connected to at least the top plate, and a peripheral wall portion formed between the top plate and the bottom plate to surround the outer periphery of the plurality of fins.
  • a flow path of the refrigerant is formed by a space surrounded by the top plate, the bottom plate, the plurality of fins, and the peripheral wall portion, and a heat dissipation surface is provided on the top plate, the bottom plate, or the peripheral wall portion at one end side in a first direction of the flow path of the refrigerant.
  • the fins each have an inlet for the refrigerant provided at the top plate, the bottom plate, or the peripheral wall at the other end side in the first direction, and an outlet for the refrigerant provided at the top plate, the bottom plate, or the peripheral wall at the other end side in the first direction, and each of the fins includes an inclined portion that, in a first plan view when viewed from a second direction perpendicular to the first direction, extends in a direction displaced toward the inlet for the refrigerant as it moves away from the first surface of the top plate, and, in a second plan view when viewed from the first direction, extends in a direction displaced toward the second direction as it moves away from the first surface of the top plate.
  • the inclined portion of the fin has an angle of 45 degrees or more and less than 90 degrees in the extension direction relative to the first surface of the top plate when viewed in the first plane, and an angle of 45 degrees or more and less than 90 degrees in the extension direction relative to the first surface of the top plate when viewed in the second plane.
  • the flow path of the refrigerant is configured to suppress the flow of the refrigerant in the first direction and promote the agitation of the refrigerant.
  • the cooler according to the above embodiment further includes a suppression member disposed in the flow path of the refrigerant, separate from the plurality of fins, for suppressing the flow of the refrigerant in the first direction.
  • each of the fins has a square bottom shape in a plan view of the first surface of the top plate, and is arranged such that the extension direction of the sides of the square is at 45 degrees to the first direction.
  • the multiple fins include multiple types of fins with different bottom dimensions when viewed in plan on the first surface of the top plate.
  • the dimensions of the fins arranged at the ends in the second direction are greater than the dimensions of the fins arranged in the center part in the second direction.
  • the multiple fins include multiple types of fins that have different combinations of the extension direction of the inclined portion in the first plan view and the extension direction of the inclined portion in the second plan view.
  • the plurality of fins include fins that, in the second plan view, are displaced toward one end of the second direction as the inclined portion moves away from the top plate, and fins that are displaced toward the other end of the second direction.
  • the extension direction of the inclined portions of the fins changes depending on the distance from the upstream side of the refrigerant when viewed in the first plane.
  • the semiconductor device includes the cooler, a wiring board and a semiconductor element arranged on the surface of the top plate opposite the first surface.
  • the vehicle according to the above-mentioned embodiment is equipped with the above-mentioned semiconductor device.
  • the present invention has the effect of improving the cooling performance of a cooler applied to a semiconductor device, and is particularly useful for industrial or electrical semiconductor devices, and vehicles.

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Abstract

半導体装置に適用される冷却器の冷却性能を向上させる。冷却器（２）は、第１の面に放熱面が形成された天板と、天板に対向配置され、天板より厚みの大きい底板と、少なくとも天板に接続された複数のフィン（２１０）と、天板と底板との間で複数のフィンの外周を囲うように形成された周壁部と、を備え、天板、底板、及び周壁部で囲まれた冷媒の流路（２６０）が形成され、冷媒の流路における第１の方向の一方の端側に設けられた冷媒の流入口（２５１）と、第１の方向の他方の端側に設けられた冷媒の排出口（２５２）と、を有し、複数のフィンの各々は、第１の方向と垂直な第２の方向からみたときの第１の平面視では、天板の第１の面から遠ざかるにつれて冷媒の流入口側に変位する方向に延伸し、かつ、第１の方向からみたときの第２の平面視では、天板の第１の面から遠ざかるにつれて第２の方向に変位する方向に延伸する、傾斜部位を含む。

Description

冷却器、半導体装置、及び車両
　本発明は、冷却器、半導体装置、及び車両に関する。
　インバータ装置等の電力変換装置に用いられる半導体装置には、半導体素子が発した熱を放熱するための冷媒を循環させる冷却器を備えたものがある。この種の冷却器は、冷媒を循環させる流路に複数のフィンが設けられている（例えば、特許文献１～５）。
特許第３４６９４７５号明細書 特開２０１８－２０７０１７号公報 特許第５９０１３４３号明細書 特許第６１３８１９７号明細書 特許第３２３６１３７号明細書
　上述した半導体装置では、冷却器の冷却性能の向上が望まれている。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、半導体装置に適用される冷却器の冷却性能を向上させることを一つの目的とする。
　本発明の一態様の冷却器は、第１の面に放熱面が形成された天板と、前記天板に対向配置され、前記天板より厚みの大きい底板と、少なくとも前記天板に接続された複数のフィンと、前記天板と前記底板との間で前記複数のフィンの外周を囲うように形成された周壁部と、を備え、前記天板、前記底板、前記複数のフィン、及び前記周壁部によって囲まれた空間により冷媒の流路が形成され、前記冷媒の流路における第１の方向の一方の端側の前記天板、前記底板もしくは前記周壁部に設けられた前記冷媒の流入口と、前記第１の方向の他方の端側の前記天板、前記底板もしくは前記周壁部に設けられた前記冷媒の排出口と、前記複数のフィンの各々は、前記第１の方向と垂直な第２の方向からみたときの第１の平面視では、前記天板の前記第１の面から遠ざかるにつれて前記冷媒の流入口側に変位する方向に延伸し、かつ、前記第１の方向からみたときの第２の平面視では、前記天板の前記第１の面から遠ざかるにつれて前記第２の方向に変位する方向に延伸する、傾斜部位を含む。
　本発明によれば、半導体装置に適用される冷却器の冷却性能を向上させることができる。
一実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す上面図である。 図１の半導体装置における１つの回路形成部の構成を拡大した上面図である。 図１のＡ－Ａ’線で切断した半導体装置の構成例を示す断面側面図である。 図１のＢ－Ｂ’線で切断した半導体装置の構成例を示す断面側面図である。 図１の半導体装置を適用したインバータ装置の回路構成例を示す図である。 一実施の形態に係る冷却器におけるフィンの具体例を説明する下面図である。 一実施の形態に係る冷却器における冷媒の流れの第１の特徴を説明する図である。 一実施の形態に係る冷却器における冷媒の流れの第２の特徴を説明する図である。 フィンの延伸方向の角度と熱抵抗値及び圧力損失との関係を例示するグラフ図である。 フィンの延伸方向の角度及び配置に関する補足をするための図である。 冷却器の構成の第１の変形例を説明する断面側面図である。 フィンの配列の第１の変形例を説明する断面側面図である。 フィンの配列の第２の変形例を説明する断面側面図である。 フィンの配列の第３の変形例を説明する断面側面図である。 冷却器の構成の第２の変形例を示す断面側面図である。 冷却器の構成の第３の変形例を示す断面側面図である。 冷却器の構成の第４の変形例を示す断面側面図である。 冷却器の構成の第５の変形例を説明する図である。 冷却器の構成の第６の変形例を説明する図である。 冷却器における冷媒の流入口と排出口との位置関係の変形例を説明する下面図である。 冷却器の構成ならびに冷媒の流入口と排出口との位置関係の第１の変形例を示す断面側面図である。 冷却器の構成ならびに冷媒の流入口と排出口との位置関係の第２の変形例を示す断面側面図である。 冷却器の構成ならびに冷媒の流入口と排出口との位置関係の第３の変形例を示す断面側面図である。 本発明に係る半導体装置を適用した車両の一例を示す平面模式図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、参照する各図におけるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、例示する半導体装置や冷却器等における平面や方向を定義する目的で示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は互いに直交し、右手系を成している。以下の説明では、Ｘ軸に平行な方向をＸ方向と呼び、Ｙ軸に平行な方向をＹ方向と呼び、Ｚ軸に平行な方向をＺ方向と呼ぶ。また、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の各方向は、図示されるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の矢印（正負）の方向と関連付ける場合には、「正側」又は「負側」が付される。
　本明細書では、Ｚ方向を上下方向と呼ぶことがある。本明細書において、「上」や「上方」は、基準となる面、部材、位置等よりもＺ方向正側であることを意図し、「下」や「下方」は、基準となる面、部材、位置等よりもＺ方向負側であることを意図する。例えば、「部材Ａの上に部材Ｂが配置される」と記載されるとき、部材Ｂは、部材ＡからみてＺ方向正側に配置される。また、「部材Ａの上面」と記載されるとき、その面は、部材ＡにおけるＺ方向正側の端に位置し、Ｚ方向正側を向いた面である。本明細書において、「上面視」は、対象となる物品（例えば、半導体装置、冷却器等）をＺ方向正側からみたときの平面視を意図し、「下面視」は対象となる物品をＺ方向負側からみたときの平面視を意図する。本明細書において、「正面視」は、対象となる物品をＹ方向負側からみたときの平面視を意図する。本明細書において、「側面視」は、対象となる物品をＸ方向負側又はＸ方向正側からみたときの平面視を意図し、Ｘ方向負側からみたときの平面視を「左側面視」と呼び、Ｘ方向正側からみたときの平面視を「右側面視」と呼ぶこともある。これらの方向や面は、説明の便宜上用いる文言であり、半導体装置の取付姿勢等によっては、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向のそれぞれとの対応関係が変わることがある。例えば、冷却器における配線板及び半導体素子が配置される面は、本明細書では冷却器の上面と呼ぶが、これに限らず、冷却器の下面、側面等と呼ばれてもよい。また、各図における縦横比や各部材同士の大小関係は、あくまで模式的に表されており、実際に製造される半導体装置や冷却器等における関係とは必ずしも一致しない。説明の便宜上、各部材同士の大小関係を誇張して表現している場合も想定される。
　また、以下の説明で例示する半導体装置は、例えば、産業用又は電装用（例えば、車載用モータ）のインバータ装置等の電力変換装置に適用されるものであってよい。このため、以下の説明では、既知の半導体装置と同一の、又は類似した構成、機能、動作、製造方法等についての詳細な説明を省略する。
　図１は、一実施の形態に係る半導体装置の構成例を示す上面図である。図２は、図１の半導体装置における１つの回路形成部の構成を拡大した上面図である。図３は、図１のＡ－Ａ’線で切断した半導体装置の構成例を示す断面側面図である。図４は、図１のＢ－Ｂ’線で切断した半導体装置の構成例を示す断面側面図である。図３の断面側面図は、図１のＡ－Ａ’線で切断した半導体装置のうちのＡ－Ａ’線よりも左側の部分の右側面視を示している。図４の断面側面図は、図１のＢ－Ｂ’線で切断した半導体装置のうちのＢ－Ｂ’線よりも上側の部分の正面視を示している。なお、図２及び図３では、半導体素子等を封止する封止材の図示を省略しており、図４では、リード、ケース、封止材等の図示を省略している。
　図１～図４に例示した半導体装置１は、冷却器２と、配線板３と、半導体素子４Ａ及び４Ｂと、ケース５と、配線部品６Ａ～６Ｆと、封止材７と、を含む。
　冷却器２は、半導体装置１の半導体素子４Ａ及び４Ｂが発した熱を放熱するための冷媒の流路２６０が形成されており、冷媒を循環させる循環回路に接続される。冷却器２における冷媒の流路２６０は、天板２００と、底板２３０と、周壁部２４０とにより画成される。天板２００は、上面視での外形が概略矩形であり、下面（放熱面）２０２に、下面２０２から下方に延伸する複数のフィン２１０が配置されている。周壁部２４０は、上面視での平面形状が複数のフィン２１０の外周を囲う四角環形状であり、上方の開口端が天板２００で覆われるように天板２００の下方に配置される。底板２３０は、周壁部２４０の下方の開口端を覆うように周壁部２４０の下方に配置される。冷却器２は、天板２００の厚みＴ１と、天板２００に対向配置される底板２３０の厚みＴ２との関係が、図３及び図４に例示したように、Ｔ２＞Ｔ１の関係であり得る。また、周壁部２４０の厚みＴ３は、Ｔ３＞Ｔ２であり得る。
　図３及び図４に例示した天板２００と、周壁部２４０と、底板２３０とは、周壁部２４０の上面が天板２００の下面２０２と密着し、周壁部２４０の下面が底板２３０の上面２３１と密着するように一体化されている。天板２００と、周壁部２４０と、底板２３０とを一体化させる方法は、特定の方法に限定されない。また、図３及び図４に例示した冷却器２において、周壁部２４０は、冷媒の流路２６０に冷媒を流入させる流入口２５１と、冷媒の流路２６０から冷媒を排出する排出口２５２とを有する。排出口２５２は、冷媒を流出させる流出口と呼ばれてもよい。冷却器２の構成等についての具体的な説明は、後述する。
　図１に例示した半導体装置１は、冷却器２の天板２００上に３つの配線板３が配置されている。３つの配線板３は、実質的に同一の構成であり、絶縁基板３００と、絶縁基板３００の上面に設けられた導体パターン３０１～３０３と、絶縁基板３００の下面に設けられた導体パターン３０４とを含む。配線板３は、例えば、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板やＡＭＢ（Ａｃｔｉｖｅ　Ｍｅｔａｌ　Ｂｒａｚｉｎｇ）基板であり得る。配線板３は、積層基板、絶縁回路基板等と呼ばれてもよい。
　絶縁基板３００は、特定の基板に限定されない。絶縁基板３００は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）との複合材料等のセラミックス材料によって形成されたセラミックス基板であってよい。絶縁基板３００は、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁樹脂を成形した基板、ガラス繊維等の基材に絶縁樹脂を含侵させた基板、平板状の金属コアの表面を絶縁樹脂でコーティングした基板等であってもよい。
　絶縁基板３００の下面に設けられた導体パターン３０４は、半導体素子４Ａ及び４Ｂが発した熱を冷却器２に伝導する熱伝導部材として機能するものであり、例えば、銅やアルミニウム等の金属板又は金属箔等によって形成される。導体パターン３０４は、はんだ等の接合材（図示せず）によって冷却器２の天板２００の上面２０４に接合される。導体パターン３０４は、放熱層、放熱パターンと呼ばれてもよい。配線板３は、例えば、導体パターン３０４を天板２００とは別のベース板に接合し、そのベース板を介して天板２００に熱を伝導するように配置されてもよい。
　絶縁基板３００の上面に設けられた導体パターン３０１～３０３は、配線部品として機能するものであり、例えば、銅やアルミニウム等の金属板又は金属箔等によって形成される。絶縁基板３００の上面に設けられた導体パターン３０１～３０３は、導体層、導体板、導電層、配線パターン等と呼ばれてもよい。以下の説明では、導体パターン３０１～３０３を区別する場合には、それぞれを、第１の導体パターン３０１、第２の導体パターン３０２、第３の導体パターン３０３、と記載する。
　第１の導体パターン３０１の上面には半導体素子４Ａが配置されている。第１の導体パターン３０１は、半導体素子４Ａの下面に設けられた第１の主電極（図示せず）と接合材（図示せず）により接合されている。接合材は、はんだ等の周知の接合材である。また、第２の導体パターン３０２の上面には半導体素子４Ｂが配置されている。第２の導体パターン３０２は、半導体素子４Ｂの下面に設けられた第１の主電極（図示せず）と接合材（図示せず）により接合されている。
　半導体素子４Ａ及び４Ｂの各々は、例えば、スイッチング素子であるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）素子と、スイッチング素子に逆並列に接続されるＦＷＤ（Ｆｒｅｅ　Ｗｈｅｅｌｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）素子等のダイオード素子の機能とを一体化したＲＣ（Ｒｅｖｅｒｓｅ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ）－ＩＧＢＴ素子で構成される。この種の半導体素子４Ａ及び４Ｂの各々は、下面に第１の主電極が設けられ、上面に第２の主電極及び制御電極（ゲート電極）が設けられている。半導体素子４Ａ及び４Ｂのスイッチング素子がＩＧＢＴ素子である場合、下面側の第１の主電極がコレクタ電極と呼ばれ、上面側の第２の主電極がエミッタ電極と呼ばれてもよい。
　半導体素子４Ａの下面に設けられた第１の主電極は、第１の導体パターン３０１を介して、ケース５に設けられた第１の主端子５０１と電気的に接続されている。第１の導体パターン３０１と第１の主端子５０１とは、周知の方法により電気的に接続されている。例えば、第１の導体パターン３０１と第１の主端子５０１とは、第１の導体パターン３０１の上面から上方に延伸する柱状又はブロック状の配線部品（図示せず）を介して電気的に接続されている。半導体素子４Ａの上面に設けられた第２の主電極４０１は、配線部品６Ａ及び第２の導体パターン３０２を介して、ケース５に設けられた第３の主端子５０３と電気的に接続されている。配線部品６Ａは、銅板等の導体板を折り曲げて形成したものであり、リード、リードフレーム等と呼ばれる。配線部品６Ａは、図示しない接合材により、半導体素子４Ａの第２の主電極４０１及び第２の導体パターン３０２と接合されている。また、図２の例では、第２の導体パターン３０２と第３の主端子５０３とは、第２の導体パターン３０２の上面から上方に延伸する柱状の導電部材（配線部品６Ｂ）を介して電気的に接続されている。第２の導体パターン３０２と第３の主端子５０３とは、別の周知の方法により電気的に接続されていてもよい。半導体素子４Ａの上面に設けられた制御電極４０２は、ボンディングワイヤ（配線部品６Ｅ）により、ケース５に設けられた制御端子５０４と電気的に接続されている。
　半導体素子４Ｂの下面に設けられた第１の主電極は、第２の導体パターン３０２及び配線部品６Ｂを介して、ケース５に設けられた第３の主端子５０３と電気的に接続されている。半導体素子４Ｂの上面に設けられた第２の主電極４０１は、配線部品６Ｃ及び第３の導体パターン３０３を介して、ケース５に設けられた第２の主端子５０２と電気的に接続されている。配線部品６Ｃは、銅板等の導体板を折り曲げて形成したものであり、リード、リードフレーム等と呼ばれる。配線部品６Ｃは、図示しない接合材により、半導体素子４Ｂの第２の主電極４０１及び第３の導体パターン３０３と接合されている。また、図２の例では、第３の導体パターン３０３と第２の主端子５０２とは、第３の導体パターン３０３の上面から上方に延伸する柱状の導電部材（配線部品６Ｄ）を介して電気的に接続されている。半導体素子４Ｂの上面に設けられた制御電極４０２は、ボンディングワイヤ（配線部品６Ｆ）により、ケース５に設けられた制御端子５０５と電気的に接続されている。
　ケース５は、上端及び下端が開口しており、配線板３、半導体素子４Ａ及び４Ｂ、並びに配線部品６Ａ～６Ｆ等を収容可能な中空部５１０を有する絶縁部材５００と、上述した第１の主端子５０１、第２の主端子５０２、第３の主端子５０３、制御端子５０４、及び制御端子５０５と、を含む。第１の主端子５０１、第２の主端子５０２、第３の主端子５０３、制御端子５０４、及び制御端子５０５の各端子は、一端が絶縁部材５００の中空部５１０内で露出しており、他端が絶縁部材５００の上面から突出している。第１の主端子５０１、第２の主端子５０２、及び第３の主端子５０３は、それぞれ、絶縁部材５００の上面から突出した部分が、絶縁部材５００の上面に沿うように折り曲げられている。絶縁部材５００の上面における第１の主端子５０１と重なる領域、第２の主端子５０２と重なる領域、及び第３の主端子５０３と重なる領域には、それぞれ、ナット９をはめ込む凹部が形成されている。第１の主端子５０１、第２の主端子５０２、及び第３の主端子５０３は、それぞれ、絶縁部材５００の上面に形成された凹部にはめ込まれたナット９のねじ穴と対応した貫通穴５２１、５２２、５２３が形成されている。ナット９は、第１の主端子５０１、第２の主端子５０２、及び第３の主端子５０３のそれぞれを、例えば、ワイヤーハーネス等の給電ケーブルの端子、又はバスバー等の給電部品と接続するためのボルトを螺合させることに利用される。
　ケース５の中空部５１０には、配線板３、半導体素子４Ａ及び４Ｂ、並びに配線部品６Ａ～６Ｆ等を封止する封止材７が充填される。封止材７は、例えば、エポキシ樹脂又はシリコーンゲル等である。ケース５の中空部５１０は、図１に例示したように配線板３毎に区分けをせずに（すなわち３つの別個の中空部にせずに）、１つの中空部として形成されていてもよい。
　ケース５は、例えば、図２に示したように、上面視で角部となる位置に貫通穴５１１が形成されている。ケース５は、例えば、貫通穴５１１に挿通したボルト８を冷却器２の天板２００に形成されたねじ穴と螺合させることにより、冷却器２の天板２００に取り付けられる。ケース５を天板２００に取り付けるための貫通穴５１１の位置及び数は、図２に例示した位置及び数に限定されない。また、ケース５を天板２００に取り付ける方法は、特定の方法に限定されない。
　図１に例示した半導体装置１は、３つの単相インバータ回路を含み、例えば、三相インバータ装置を構成することができる。
　図５は、図１の半導体装置を適用したインバータ装置の回路構成例を示す図である。
　図５には、インバータ装置１１の例として、電圧形の三相インバータ装置における回路構成の一例を示している。インバータ装置１１は、３つの単相インバータ回路１１０１（Ｕ）、１１０１（Ｖ）、及び１１０１（Ｗ）と、平滑コンデンサ１１０２と、制御回路１１０３とを含む。１つの単相インバータ回路は、１つの配線板３と、２つの半導体素子４Ａ及び４Ｂとを含む。単相インバータ回路１１０１（Ｕ）は、直流を交流に変換し、Ｕ相の交流として出力する。単相インバータ回路１１０１（Ｖ）は、直流を交流に変換し、Ｖ相の交流として出力する。単相インバータ回路１１０１（Ｗ）は、直流を交流に変換し、Ｗ相の交流として出力する。本明細書では三相交流における３つの相をＵ相、Ｖ相、Ｗ相と呼ぶが、他の呼び方であってもよい。
　インバータ装置１１は、３つの単相インバータ回路１１０１（Ｕ）、１１０１（Ｖ）、及び１１０１（Ｗ）と、平滑コンデンサ１１０２とが並列に接続されている。図５に等価回路で例示した、３つの単相インバータ回路１１０１（Ｕ）、１１０１（Ｖ）、及び１１０１（Ｗ）の各々の回路構成は、図２及び図３等を参照して上述した、半導体装置１における１つの配線板３と２つの半導体素子４Ａ及び４Ｂとにより形成される回路と対応する。
　インバータ装置１１は、直流電源１２の正極を接続する第１の入力端ＩＮ（Ｐ）と、直流電源１２の負極を接続する第２の入力端ＩＮ（Ｎ）と、三相交流を出力する出力端ＯＵＴ（Ｕ）、ＯＵＴ（Ｖ）、ＯＵＴ（Ｗ）とを有する。
　図５に例示した単相インバータ回路１１０１（Ｕ）、１１０１（Ｖ）、及び１１０１（Ｗ）の各々は、ハーフブリッジインバータ回路である。単相インバータ回路１１０１（Ｕ）は、上アームと呼ばれることがある第１の入力端ＩＮ（Ｐ）と出力端ＯＵＴ（Ｕ）との間に接続された半導体素子４Ａにおけるスイッチング素子４１０（例えば、ＩＧＢＴ素子）のコレクタ電極が、第１の主端子５０１を介して第１の入力端ＩＮ（Ｐ）に接続される。また、単相インバータ回路１１０１（Ｕ）は、下アームと呼ばれることがある第２の入力端ＩＮ（Ｎ）と出力端ＯＵＴ（Ｕ）との間に接続された半導体素子４Ｂにおけるスイッチング素子４１２のエミッタ電極が、第２の主端子５０２を介して第２の入力端ＩＮ（Ｎ）に接続される。単相インバータ回路１１０１（Ｕ）における上アームのスイッチング素子４１０のエミッタ電極と下アームのスイッチング素子４１２のコレクタ電極は、第３の主端子５０３を介して、三相交流におけるＵ相の交流を出力する出力端ＯＵＴ（Ｕ）に接続される。また、上アームのスイッチング素子４１０にはダイオード素子４１１が逆並列に接続されており、下アームのスイッチング素子４１２にはダイオード素子４１３が逆並列に接続されている。他の２つの単相インバータ回路１１０１（Ｖ）及び１１０１（Ｖ）は、それぞれ、上述した単相インバータ回路１１０１（Ｕ）における出力端ＯＵＴ（Ｕ）を、出力端ＯＵＴ（Ｖ）及びＯＵＴ（Ｖ）に置き換えた構成である。
　各単相インバータ回路１１０１（Ｕ）、１１０１（Ｖ）、及び１１０１（Ｗ）が出力する交流は、制御回路１１０３から、制御端子５０４を介して上アームのスイッチング素子４１０のゲート（半導体素子４Ａの制御電極４０２）に印加される制御信号、及び制御端子５０５を介して下アームのスイッチング素子４１２のゲート（半導体素子４Ｂの制御電極４０２）に印加される制御信号により、位相が互いに１２０度ずつずれるように制御される。インバータ装置１１の出力端ＯＵＴ（Ｕ）、ＯＵＴ（Ｖ）、ＯＵＴ（Ｗ）には、交流で動作する負荷（例えば、交流モータ）１３が接続される。
　なお、本実施の形態の半導体装置１を含むインバータ装置１１の回路構成は、図５に例示した回路構成に限定されない。また、本実施の形態の半導体装置１を含むインバータ装置１１の動作も特定の動作に限定されない。例えば、半導体装置１を含むインバータ装置１１は、３つの単相フルブリッジインバータ回路が並列に接続されるものであってもよい。
　更に、図５を参照して上述したインバータ装置１１は、本実施の形態に係る半導体装置１が適用される装置の例示に過ぎない。
　半導体素子４Ａ及び４Ｂのスイッチング素子４１０及び４１２は、上述したＩＧＢＴ素子に限らず、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等で構成されてもよい。スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴ素子の場合、半導体素子４Ａ及び４Ｂの下面側の主電極がドレイン電極と呼ばれ、上面側の主電極がソース電極と呼ばれてもよい。また、ダイオード素子４１１及び４１３は、例えば、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ　Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）、ＪＢＳ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）ダイオード、ＭＰＳ（Ｍｅｒｇｅｄ　ＰＮ　Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）ダイオード、ＰＮダイオード等で構成されてもよい。また、半導体素子４Ａ及び４Ｂの上面に設けられる制御電極４０２は、ゲート電極と、補助電極とを含んでもよい。例えば、補助電極は、上面側の主電極と電気的に接続され、ゲート電位に対する基準電位となる補助エミッタ電極あるいは補助ソース電極であってよい。また、補助電極は、インバータ装置１１等に含まれることがある温度センス部と電気的に接続され、半導体素子４Ａ及び４Ｂの温度を測定する温度センス電極であってよい。半導体素子４Ａ及び４Ｂの上面に形成されたこれらの電極（第２の主電極４０１、並びにゲート電極及び補助電極を含む制御電極４０２）は、総じて上面電極と呼ばれてもよい。また、スイッチング素子４１０及び４１２、ダイオード素子４１１及び４１３を形成する基板は、シリコン基板に限らず、例えば、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）基板、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板等であってもよい。
　また、図５を参照して上述した単相インバータ回路において１つの半導体素子に含まれるものとして説明されるスイッチング素子とダイオード素子とは、別個の半導体素子により提供されてもよい。例えば、上アームのスイッチング素子４１０とダイオード素子４１１とは、スイッチング素子４１０が形成された半導体素子と、ダイオード素子４１１が形成された半導体素子とにより提供されてもよい。半導体素子の形状、配置数、配置箇所等は適宜変更が可能である。配線板３の上面側に設けられる配線部品としての導体パターンのレイアウトは、半導体素子の種類、形状、配置する数、配置箇所等に応じて変更される。
　本実施の形態に係る半導体装置１における冷却器２は、例えば、図３及び図４を参照して上述したように、下面２０２に複数のフィン２１０が配置された天板２００と、底板２３０と、周壁部２４０とを有するものであり得る。本実施の形態で例示する冷却器２は、上面視（図１）及び正面視（図４）における左側面に冷媒の流入口２５１が設けられ、右側面に冷媒の排出口２５２が設けられている。言い換えると、天板２００と底板２３０と周壁部２４０とにより画成される冷却器２の冷媒の流路２６０は、左側面が上流端となり、右側面が下流端となる。１つの冷却器２の天板２００上に配置される単相インバータ回路（配線板３と半導体素子４Ａ及び４Ｂとの組）の数は、３つに限定されない。また、天板２００上には、上述した単相インバータ回路と、単相インバータ回路とは異なる回路とが配置されてもよい。
　複数のフィン２１０の各々は、図６を参照して後述するように、ピンフィンと呼ばれることがある柱状の外形を有するフィンであり、天板２００の下面２０２に２次元格子状に配置されている。複数のフィン２１０が配置された天板２００は、半導体素子４Ａ及び４Ｂから配線板３を介して伝導した熱を放熱する部材であり、例えば、アルミニウム合金等により形成される。本実施の形態の冷却器２におけるフィン２１０は、正面視（図４）及び側面視（図３）の両方で、延伸方向が下面２０２の法線方向（Ｚ方向）に対して非平行な方向になっている。より具体的には、複数のフィン２１０の各々は、正面視（図４）では天板２００の下面２０２から遠ざかるにつれて冷媒の流路２６０の上流側に変位し、側面視（図３）では天板２００の下面２０２から遠ざかるにつれて冷媒の流路２６０における水平方向の端面側に変位する（言い換えると、周壁部２４０との距離が変化する）ように延伸する。正面視におけるフィン２１０の延伸方向の鋭角側の角度θ１（以下、単に「角度θ１」と記載する）と、側面視におけるフィン２１０の延伸方向の鋭角側の角度θ２（以下、単に「角度θ２」と記載する）とは、同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。
　図６は、一実施の形態に係る冷却器におけるフィンの具体例を説明する下面図である。
　本実施の形態に係る冷却器２における複数のフィン２１０の各々は、例えば、図６に示すように、傾斜柱状の外形を有し、天板２００の下面２０２における辺の延伸方向（Ｘ方向及びＹ方向）に対して４５度の方向で隣接するフィン２１０の間隔がＤ１となる二次元格子状に配置されている。本明細書における「傾斜柱状」は、フィン２１０の延伸方向における天板２００の下面２０２側の端面（第１の底面）の中心Ｐ１と下面２０２から最遠端の端面（第２の底面）の中心Ｐ２とが、平面視（下面視）において一致しない柱形状を意図する。
　図６に例示した複数のフィン２１０の各々は、第１の底面（及び第２の底面）が正方形であり、第１の底面における辺の延伸方向が天板２００の下面２０２における辺の延伸方向に対して４５度になる向きで配置されている。言い換えると、フィン２１０は、第１の底面における辺の延伸方向が冷媒の流入口２５１（上流）から冷媒の排出口２５２（下流）に向かう方向（Ｘ軸方向）に対して４５度になる向きで配置されている。
　図６に例示したような、各々が傾斜柱状である複数のフィン２１０が二次元格子状に配置された天板２００は、周知の方法を適用して製造することができる。例えば、複数の刃を同時に使用して金属材料の表面を切削加工することにより、各々が傾斜柱状である複数のフィン２１０を有する天板２００を製造することができる。また、各々が傾斜柱状である複数のフィン２１０を有する天板２００は、例えば、金属粉末射出成型法（ＭＩＭ：Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｌｄｉｎｇ）と呼ばれる成型方法を利用して製造することができる。更に、各々が傾斜柱状である複数のフィン２１０を有する天板２００は、例えば、３Ｄプリンタを利用して製造することができる。なお、各々が傾斜柱状である複数のフィン２１０を有する天板２００の製造方法は、上述した製造方法に限定されない。
　本実施の形態に係る冷却器２を適用することによる作用効果を、図７～図１０を参照して説明する。
　図７は、一実施の形態に係る冷却器における冷媒の流れの第１の特徴を説明する図である。図８は、一実施の形態に係る冷却器における冷媒の流れの第２の特徴を説明する図である。図９は、フィンの延伸方向の角度と熱抵抗値及び圧力損失との関係を例示するグラフ図である。図１０は、フィンの延伸方向の角度及び配置に関する補足をするための図である。
　本実施の形態に係る冷却器２では、図７に示したように、天板２００の下面２０２から下方に延伸する複数のフィン２１０の各々が、天板２００から遠い部位ほど冷媒の流路２６０の上流側に変位している傾斜柱状の外形を有する。本実施の形態に係る半導体装置１を動作させたとき、天板２００の上に配置された半導体素子４Ａ及び４Ｂが発した熱の一部は、配線板３を介して冷却器２の天板２００に伝導し、フィン２１０と流路２６０を流れる冷媒との間での熱交換により放熱される。フィン２１０と冷媒との間の熱交換は、熱源（発熱体）に近い位置でより活発であるため、冷却器２内に画成された流路２６０を流れる冷媒は、熱源（発熱体）である半導体素子４Ａ及び４Ｂにより近い上層部分の温度が下層部分の温度よりも高くなる傾向がある。流路２６０の上層部分の冷媒の温度が高くなると、フィン２１０と冷媒との間の熱交換の効率が低下し、冷却性能が低下する。
　これに対し、本実施の形態に係る冷却器２における複数のフィン２１０の各々は、上述のように、天板２００から遠い部位ほど上流側に変位している傾斜柱状の外形を有する。言い換えると、複数のフィン２１０の各々は、天板２００の下面２０２に近い部位ほど下流側に変位する傾斜した側面を有する。このため、図７に例示したように、冷却器２の流路２６０を上流から下流に向かって流れる冷媒の一部は、フィン２１０の傾斜した側面に沿って流路２６０の上層側に導かれる。また、本実施の形態に係る冷却器２の複数のフィン２１０の各々は、図３に例示したように、側面視においてもフィン２１０の延伸方向が天板２００の下面２０２の法線方向に対して平行にならない方向に傾いた傾斜柱状の外形を有する。このため、冷却器２の流路２６０を上流から下流に向かって流れる冷媒のうちの側面視において水平方向の両端側（図３の流路２６０における左端及び右端）に近い部分を流れる冷媒を、フィン２１０の傾斜した側面に沿って水平方向の中央部分に導くことができる。これにより、流路２６０の下層部分や配線板３からの熱が伝導しにくい端部を流れる比較的低温の冷媒と、流路２６０の上層部分の比較的高温になった冷媒とを攪拌することができ、流路２６０の上層部分における冷媒の温度の上昇を抑制することができる。このため、流路２６０の上層部分におけるフィン２１０と冷媒との間の熱交換の効率の低下を効果的に抑制することができ、冷却性能を向上させることができる。また、冷却性能の向上により、配線板３から冷却器２に所定の熱量の熱を伝導させるための配線板３と天板２０との接触面積（寸法Ｌ１）を小さくすることが可能となり、配線板３の小型化、半導体装置１の小型化が可能になる。
　また、図８に示したように、フィン２１０の第１の底面を正方形とし、第１の底面における辺の延伸方向を冷媒の流路における上流から下流に向かう方向に対して４５度傾けた場合、上流から下流に向かって流れる冷媒は、例えば、図８中に矢印で示したように、フィン２１０に傾斜した側面に沿って分岐と合流とを繰り返す。このような平面視（下面視）における冷媒の分岐及び合流と、図７を参照して上述した冷媒の攪拌とが冷却器２の流路２６０を流れる冷媒に生じることにより、例えば、フィン２１０の側面の内の下流側を向いた面に沿った部分での冷媒の滞留が軽減し、熱交換により温度が上昇した冷媒をスムーズに下流の排出口２５２に導くことができる。すなわち、本実施の形態に係る冷却器２は、冷媒の滞留を抑制して圧力損失を低減することもできる。
　本実施の形態に係る冷却器２による冷却性能及び圧力損失に対する効果の一例を、図９のグラフ図に示している。図９のグラフ図における横軸は、ＺＸ平面内（正面視）におけるフィン２１０の延伸方向の角度θ１（単位は度）である。図９のグラフ図において、左縦軸は冷却性能と関連付けられる熱抵抗値（任意単位）であり、右縦軸は圧力損失（任意単位）である。
　図９のグラフ図には、従来例の１つとして、フィン２１０の延伸方向の角度θ１を９０度にした場合の熱抵抗値及び圧力損失を示している。図９のグラフ図における角度θ１を８５度、７５度、及び６０度にしたときの熱抵抗値及び圧力損失は、それぞれ、フィン２１０の配置間隔Ｓ、間隙Ｇ、及び高さＨ（図１０を参照）を、角度θ１を９０度にしたフィンの配置間隔Ｓ、間隙Ｇ、及び高さＨと同じにし、角度θ１のみを変更した場合の測定値の一例である。
　図９のグラフ図からわかるように、正面視での流路２６０の上流に向かう方向（－Ｘ方向）に対するフィン２１０の延伸方向の角度θ１を９０度未満にすることにより、従来例と比べて、熱抵抗値及び圧力損失が低減する。また、図９のグラフ図には示されていないが、角度θ１を４５度未満にすると、冷媒の流路２６０に対するフィン２１０の延伸方向の傾きが大きくなり、例えば、流路２６０の下層部分の冷媒を上層部分に導く効果が弱くなる。また、角度θ１を４５度未満にすると、図６を参照して上述した第１の底面の中心Ｐ１に対する第２の底面の中心Ｐ２のずれ量が大きくなり、例えば、従来例と比べてフィン２１０の数が変わらない場合には、フィン２１０を収容するための流路２６０が大きくなる（すなわち冷却器２が大きくなる）。一方、従来例と比べて流路２６０の寸法が変わらないようにする場合、フィン２１０の数が減少することにより熱交換の効率が低下する。従って、正面視での流路２６０の上流に向かう方向に対するフィン２１０の延伸方向の角度θ１は、４５度以上、９０度未満にすることが好ましい。特に、図９のグラフ図からは、角度θ１が６０度以上、７５度以下であることがより好ましいと推測できる。
　また、図１０に例示したように、角度θ１が９０度である従来例のフィン（二点鎖線）と、角度θ１を９０度未満にしたフィン２１０（実線）の配置間隔Ｓ及び底面の寸法が同じであると、角度θ１が９０度未満であるフィン２１０の側面同士の側面に垂直な方向での間隙ＧＴは、天板２００の下面２０２と平行な方向での間隙Ｇよりも短くなる（Ｔ＞ＧＴとなる）。このため、角度θ１が９０度である従来例とフィン２１０の配置間隔Ｓ及び底面の寸法を同じ条件にして角度θ１を９０度未満にすることで、フィン２１０の傾斜した側面に沿って流路２６０の下層部分から上層部分に向かって流れる冷媒の流速が速くなり、下層部分の冷媒と上層部分の冷媒とを効果的に攪拌することができる。
　また、角度θ１が９０度である従来例のフィンと、角度θ１を９０度未満にしたフィン２１０の高さＨ及び底面の寸法が同じであると、角度θ１を９０度未満にしたときのほうが、側面の面積が大きくなる。このため、角度θ１が９０度である従来例とフィン２１０の高さＨ及び底面の寸法を同じ条件にして角度θ１を９０度未満にすることで、１本のフィン２１０における熱交換の効率を向上させることができる。従って、例えば、角度θ１が９０度である従来例とフィン２１０の配置間隔（数）を同じにすると冷却性能が向上する。一方、角度θ１が９０度である従来例と同程度の冷却性能を実現するために必要となるフィン２１０の数を少なくすることができるため、例えば、複数のフィン２１０が配置された天板２００の製造が容易になる。また、上述した金属粉末射出成型法や３Ｄプリンタを用いて複数のフィン２１０が配置された天板２００を製造する場合、フィン２１０の数が少なくなることにより、例えば、天板２００の製造に必要となる材料の量を低減することができ、製造コストの低減に有利である。
　なお、上述した実施の形態に係る冷却器２におけるフィン２１０の形状は、図６や図８を参照して上述した第１の底面及び第２の底面が正方形である傾斜柱状の外形に限らず、他の外形であってもよい。例えば、フィン２１０の第１の底面及び第２の底面は、例えば、ひし形、その他の多角形、円形、又は長円形（楕円形）であってもよい。また、フィン２１０は、例えば、第１の底面が円形で第２の底面が正方形のように、第１の底面と第２の底面の形状が異なる外形であってもよい。フィン２１０は、例えば、第１の底面と第２の底面とが同一形状であって向き若しくは寸法の少なくとも一方が異なる外形であってもよい。具体的には、フィン２１０は、例えば、第１の底面及び第２の底面が正方形であり、天板２００の下面２０２から遠ざかるにつれて太くなる又は細くなる外形であってもよいし、第１の底面の中心Ｐ１と第２の底面の中心Ｐ２を通る軸でねじったような外形であってもよい。更に、フィン２１０は、例えば、天板２００の下面２０２と、上述した傾斜柱状の外形を有する部分（傾斜部位）との間に、下面２０２の法線方向に延伸する部分が存在してもよい。
　図１１は、冷却器の構成の第１の変形例を説明する断面側面図である。図１１には、図１のＡ－Ａ’線で切断した半導体装置１のうちのＡ－Ａ’線よりも左側の部分の右側面視を示している。図１１に例示した半導体装置１の冷却器２は、天板２００と底板２３０と周壁部２４０とにより画成される冷媒の流路２６０のうちの、側面視においてフィン２１０による冷媒の攪拌が起こりにくい角部に、冷媒の上流から下流への流れを抑制して冷媒の攪拌を促進する抑制部材２７１及び２７２が配置されている。図１１に例示した冷媒の流路２６０における左端面は、下に向かうにつれてフィン２１０の側面までの距離が増加しており、抑制部材２７１が配置されていない場合、左端面に沿って下端側に移動した冷媒が水平方向の中央部分に戻りにくい。また、図１１に例示した冷媒の流路２６０における右端面は、下に向かうにつれてフィン２１０の側面までの距離が減少しており、抑制部材２７２が配置されていない場合、流路２６０の右上角部に沿って流れる冷媒が下方に移動しにくい。このように、側面視におけるフィン２１０の延伸方向及び配置に依存して冷媒の攪拌が起こりにくくなる箇所が冷媒の流路２６０に存在する場合、抑制部材２７１及び２７２を配置することにより、冷媒の攪拌を促進することができる。例えば、図１１に例示した冷媒の流路２６０の左下角部に配置した抑制部材２７１は、下に向かうにつれて水平方向の中央部分に変位する傾斜面を提供し、左側面に沿って下端側に移動した冷媒を水平方向の中央部分に導くことができる。また、図１１に例示した冷媒の流路２６０の右上角部に配置した抑制部材２７２は、天板２００の下面２０２と鈍角で接する傾斜面を提供しており、下面２０２に沿って右端面の方向に移動する冷媒が右上角部に滞留することを抑制し、冷媒を流路の下端側に導くことができる。
　なお、冷媒の流路２６０に配置する抑制部材２７１及び２７２の側面視での傾斜面の角度θ３及びθ４は、特定の角度に限定されない。抑制部材２７１及び２７２の傾斜面の角度θ３及びθ４は、図１１に例示したように、フィン２１０の延伸方向の角度θ２と異なっていてもよい。また、抑制部材２７１及び２７２の側面視での断面形状は、図１１に例示した三角形に限定されない。更に、冷媒の流路２６０には、図１１に例示した抑制部材２７１及び２７２とは別の抑制部材が配置されてもよい。抑制部材２７１及び２７２を配置する代わりに、例えば、冷媒の流路２６０を画成するために天板２００、底板２３０および周壁部２４０のいずれかの形状を、抑制部材２７１及び２７２により提供される傾斜面と対応する傾斜面を有する形状にしてもよい。
　図１２は、フィンの配列の第１の変形例を説明する断面側面図である。図１３は、フィンの配列の第２の変形例を説明する断面側面図である。図１４は、フィンの配列の第３の変形例を説明する断面側面図である。なお、図１２～図１４は、天板２００の上に配置される部品のいくつかの図示を省略するとともに、部品の断面であることを示すハッチングを省略している。
　上述した実施の形態に係る冷却器２における複数のフィン２１０は、すべてのフィン２１０が単一の同一形状であってもよいし、２通り以上の複数の形状のフィン２１０を含んでもよい。例えば、図１２には、天板２００の下面２０２に、第１の底面（及び第２の底面）の寸法が異なる２種類のフィン２１０を配置した例を示している。図１２に例示した４本のフィン２１０は、第１の底面が正方形であり、水平方向の両端に配置される２本のフィン２１０の寸法Ｄ１が、水平方向の中央部分に配置される２本のフィン２１０の寸法Ｄ２よりも大きくなっている。このように、側面視で水平方向の両側に配置されるフィン２１０の寸法を大きくする（太くする）ことにより、傾斜した側面の面積が大きくなり、例えば、冷媒の流路２６０における、側面視で水平方向の端部に近い位置を流れる冷媒を水平方向の中央部分に導きやすくなる。
　また、例えば、図１３に示すように、側面視でのフィン２１０の延伸方向は、２通りであってもよい。図１３に例示した４本のフィン２１０のうち、水平方向の中心よりも左側の２本のフィン２１０は、下に向かうにつれて流路２６０の左端面に近づく方向に角度θ２で延伸しており、水平方向の中心よりも右側の２本のフィン２１０は、下に向かうにつれて流路２６０の右端面に近づく方向に角度θ２で延伸している。側面視で、冷媒の流路２６０における下層部分から上層部分に向かって先細りとなるようにフィン２１０を配置することにより、側面視で、冷媒の流路２６０における下層部分の水平方向の端部を流れる冷媒を、均等に上層部分に導くことができる。このため、側面視における冷媒の温度分布の偏りを抑制することができる。なお、図１３を参照して上述したようにフィン２１０を配列する場合、例えば、底板２３０の上面２３１にフィン２１０とは別の、冷媒の下流への流れを抑制して冷媒を上層部分に導くための抑制部材２７３を配置してもよい。
　更に、例えば、図１４に示すように、正面視でのフィン２１０の延伸方向が２通り以上であってもよい。図１４に例示した６本のフィン２１０のうち、上流側の３本のフィン２１０の延伸方向の角度θ１１は、下流側の３本のフィン２１０の延伸方向の角度θ１２よりも小さい。図９を参照して上述したように、フィン２１０の延伸方向の角度に依存して、熱抵抗値及び圧力損失が変化する。図９のグラフ図に基づいて、例えば、正面視での上流側の３本のフィン２１０の延伸方向の角度θ１１を７５度とし、下流側の３本のフィン２１０の延伸方向の角度θ１２を８５度とすると、上流側での熱抵抗値及び圧力損失が下流側での熱抵抗値及び圧力損失よりも小さくなる。このため、図１４に例示した冷却器２では、例えば、流路２６０の下流側よりも上流側で、冷媒は上流から下流に向かって流れやすくなる。このため、例えば、流路２６０の上流側でのフィン２１０と冷媒との間の熱交換による冷媒の温度上昇を低く抑え、下流側での冷却効率の低下を抑制することができる。
　本実施の形態に係る冷却器２は、上述した構成に限定されるものではなく例えば、周壁部２４０が天板２００もしくは底板２３０のいずれかと一体であってもよい。
　図１５は、冷却器の構成の第２の変形例を説明する断面側面図である。図１６は、冷却器の構成の第３の変形例を説明する断面側面図である。図１７は、冷却器の構成の第４の変形例を説明する断面側面図である。これらはいずれも図４に対応する図である。
　冷却器２は、図１５に示すように、周壁部２４０が底板２３０と一体に形成されていてもよいし、図１６に示すように、周壁部２４０が天板２００と一体に形成されてもよい。また、図示は省略するが、冷却器２は、例えば、周壁部２４０の一部分が底板２３０と一体に形成されており、周壁部２４０の残りの部分が天板２００と一体に形成されていてもよい。更に、冷却器２は、図１７に示すように、天板２００と底板２３０と周壁部２４０が一体となっており、これらで形成された空洞が冷媒の流路２６０となっていてもよい。このような冷却器２は、例えば、３Ｄプリンタを利用して製造することができる。
　本実施の形態に係る冷却器２における複数のフィン２１０は、上端が天板２００の下面２０２と接続し、下端が底板２３０の上面と接続していてもよい。
　図１８は、冷却器の構成の第５の変形例を説明する図である。図１９は、冷却器の構成の第６の変形例を説明する図である。図１８及び図１９には、それぞれ、図４に例示した冷却器２における左端を含む一部分と対応する。図１８及び図１９において、下線を引いた符号２１０はフィン全体を指すことを意図する。
　図１８に示した冷却器２は、天板２００の下面２０２から下方に延伸するフィン２１０の高さＨと、周壁部２４０の厚みＴ３とが略一致している。このため、天板２００と、周壁部２４０と、底板２３０とが一体化されたとき、フィン２１０の下面２１１が底板２３０の上面２３１と接触する。図１９に示した冷却器２における複数のフィン２１０は、天板２００の下面２０２からではなく、底板２３０の上面２３１から上方に延伸している。底板２３０の上面２３１に複数のフィン２１０を形成する場合、フィン２１０は、正面視において底板２３０の上面２３１から遠い部位ほど下流側に変位するように形成する。底板２３０の上面２３１からのフィン２１０の上面２１２までの高さは、周壁部２４０の厚みＴ３と略一致させる。図１９では、フィン２１０の上面２１２のＺ方向の位置が周壁部２４０の上面２４１のＺ方向の位置よりも下方になっている。このような冷却器２では、例えば、天板２００と、周壁部２４０と、フィン２１０が形成された底板２３０とを一体化するときに、熱伝導率の高い部材２８０を介してフィン２１０の上面２１２と天板２００の下面２０２とを接続する。
　なお、フィン２０１の上端を天板２００の下面２０２と接続し、下端を底板２３０の上面２３１と接続した冷却器２の構成は、図１８及び図１９に例示した構成に限定されない。例えば、天板２００の下面２０２から下方に延伸するフィン２１０の下面２１１と底板２３０の上面２３１とが、熱伝導率の高い部材２８０を介して接続されてもよい。また、例えば、底板２３０の上面２３１から上方に延伸するフィン２１０の上面２１２と天板２００の下面２０２とが、部材２８０を介さずに、直接密着されてもよい。
　図２０は、冷却器における冷媒の流入口と排出口との位置関係の変形例を説明する下面図である。
　図４及び図１４～図１９等に例示した冷却器２は、正面視における左端面に冷媒の流入口２５１が設けられ、右端面に冷媒の排出口２５２が設けられている。しかしながら、本発明に係る冷却器２における冷媒の流入口２５１及び排出口２５２の位置は、そのような位置に限定されない。冷却器２は、例えば、図２０に示すように、平面視（下面視）において冷媒の流路２６０が画成される領域の対角となる位置に、複数のフィン２１０が配置される領域２１３を挟んで冷媒の流入口２５１と排出口２５２とが設けられていてもよい。
　同様に、流入口２５１および排出口２５２は、天板２００、底板２３０、周壁部２４０の構成の如何によらず、側面に配置されていても、底面に配置されていても、上面に配置されていてもよく、また一方が側面、他方が上面か下面のいずれかであっても、一方が上面、他方が下面であってもよい。
　図２１は、冷却器の構成ならびに冷媒の流入口と排出口との位置関係の第１の変形例を示す断面側面図である。図２２は、冷却器の構成ならびに冷媒の流入口と排出口との位置関係の第２の変形例を示す断面側面図である。図２３は、冷却器の構成ならびに冷媒の流入口と排出口との位置関係の第３の変形例を示す断面側面図である。これらはいずれも図４に対応する図である。
　図２１に示す冷却器２は、周壁部２４０が底板２３０と一体であり、流入口２５１及び排出口２５２が、天板２００の上面２０４から下面２０２まで貫通する貫通穴として、天板２００に形成されている。図２２に示す冷却器２は、周壁部２４０が天板２００と一体であり、流入口２５１、及び排出口２５２が、底板２３０の上面２３１から下面２３２まで貫通する貫通穴として、底板２３０に形成されている。図２３に示す冷却器２は、周壁部２４０が天板２００と一体であり、流入口２５１、排出口２５２が、天板２００の上面２０４から下面２０２まで貫通する貫通穴として、天板２００に形成されている。なお、上述したように、流入口２５１と排出口２５２との位置関係は、他の位置関係であってもよい。例えば、冷却器２は、天板２００に流入口２５１が形成されており、底板２３０又は周壁部２４０に排出口２５２が形成されていてもよい。
　上述した実施の形態の半導体装置１は、特定の用途に限定されないが、特に、高温度の環境下で使用することに適している。例えば、上述した実施形態の半導体装置１は、車載用モータのインバータ装置等の電力変換装置に適用され得る。図２４を参照して、本発明に係る半導体装置１が適用された車両について説明する。
　図２４は、本発明に係る半導体装置を適用した車両の一例を示す平面模式図である。図２４に示す車両１００１は、例えば、４つの車輪１００２を備えた四輪車で構成される。車両１００１は、例えば、モータ等によって車輪を駆動させる電気自動車、モータの他に内燃機関の動力を用いたハイブリッド車であってもよい。また、半導体装置１を適用する車両は、四輪車に限らず、二輪車や鉄道車両等であってもよい。
　車両１００１は、車輪１００２に動力を付与する駆動部１００３と、駆動部１００３を制御する制御装置１００４と、を備える。駆動部１００３は、例えば、エンジン、モータ、エンジンとモータのハイブリッドの少なくとも１つで構成されてよい。
　制御装置１００４は、駆動部１００３の制御（例えば、電力制御）を実施する。制御装置１００４は、上述した実施の形態の冷却器２を含む半導体装置１を備える。半導体装置１は、駆動部１００３に対する電力制御を実施するように構成され得る。
　本発明に係る冷却器２及び半導体装置１の実施形態は、上述した実施形態に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらに、技術の進歩又は派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
　以下、上述した実施の形態における特徴点を整理する。
　上述した実施の形態に係る冷却器は、第１の面に放熱面が形成された天板と、前記天板に対向配置され、前記天板より厚みの大きい底板と、少なくとも前記天板に接続された複数のフィンと、前記天板と前記底板との間で前記複数のフィンの外周を囲うように形成された周壁部と、を備え、前記天板、前記底板、前記複数のフィン、及び前記周壁部によって囲まれた空間により冷媒の流路が形成され、前記冷媒の流路における第１の方向の一方の端側の前記天板、前記底板もしくは前記周壁部に設けられた前記冷媒の流入口と、前記第１の方向の他方の端側の前記天板、前記底板もしくは前記周壁部に設けられた前記冷媒の排出口とを有し、前記複数のフィンの各々は、前記第１の方向と垂直な第２の方向からみたときの第１の平面視では、前記天板の前記第１の面から遠ざかるにつれて前記冷媒の流入口側に変位する方向に延伸し、かつ、前記第１の方向からみたときの第２の平面視では、前記天板の前記第１の面から遠ざかるにつれて前記第２の方向に変位する方向に延伸する、傾斜部位を含む。
　上記実施の形態に係る冷却器において、前記フィンの前記傾斜部位は、前記第１の平面視での前記天板の前記第１の面に対する延伸方向の角度が４５度以上９０度未満であり、かつ、前記第２の平面視での前記天板の前記第１の面に対する延伸方向の角度が４５度以上９０度未満である。
　上記実施の形態に係る冷却器において、前記冷媒の流路が、前記冷媒の前記第１の方向への流れを抑制して前記冷媒の攪拌を促進するように構成される。
　上記実施の形態に係る冷却器は、前記冷媒の流路に配置された、前記複数のフィンとは別の前記冷媒の前記第１の方向への流れを抑制する抑制部材をさらに備える。
　上記実施の形態に係る冷却器において、前記複数のフィンの各々は、前記天板の前記第１の面の平面視での底面の形状が正方形であり、かつ前記正方形の辺の延伸方向が前記第１の方向に対して４５度になる向きで配置されている。
　上記実施の形態に係る冷却器において、前記複数のフィンは、前記天板の前記第１の面の平面視での底面の寸法が異なる複数種類のフィンを含む。
　上記実施の形態に係る冷却器は、前記第２の方向の端部に配置されるフィンの寸法が、前記第２の方向の中央部分に配置されるフィンの寸法よりも大きい。
　上記実施の形態に係る冷却器において、前記複数のフィンは、前記第１の平面視での前記傾斜部位の延伸方向と前記第２の平面視での前記傾斜部位の延伸方向との組み合わせが異なる複数種類のフィンを含む。
　上記実施の形態に係る冷却器において、前記複数のフィンは、前記第２の平面視で、前記傾斜部位が前記天板から遠ざかるにつれて前記第２の方向の一方の端側に変位するフィンと、前記第２の方向の他方の端側に変位するフィンとを含む。
　上記実施の形態に係る冷却器において、前記複数のフィンは、前記第１の平面視で、前記冷媒の上流側からの距離に応じて前記傾斜部位の延伸方向が変化する。
　上述した実施の形態に係る半導体装置は、上記冷却器と、前記天板の前記第１の面とは反対側の面に配置された配線板及び半導体素子と、を備える。
　上述した実施の形態に係る車両は、上記半導体装置を備える。
　以上説明したように、本発明は、半導体装置に適用される冷却器の冷却性能を向上することができるという効果を有し、特に、産業用又は電装用の半導体装置、及び車両に有用である。
　本出願は、２０２３年６月２０日出願の特願２０２３－１００９３８に基づく。この内容は、全てここに含めておく。

Claims (12)

  1. 　第１の面に放熱面が形成された天板と、
    　前記天板に対向配置され、前記天板より厚みの大きい底板と、少なくとも前記天板に接続された複数のフィンと、前記天板と前記底板との間で前記複数のフィンの外周を囲うように形成された周壁部と、を備え、
    　前記天板、前記底板、前記複数のフィン、及び前記周壁部によって囲まれた空間により冷媒の流路が形成され、
    　前記冷媒の流路における第１の方向の一方の端側の前記天板、前記底板もしくは前記周壁部に設けられた前記冷媒の流入口と、前記第１の方向の他方の端側の前記天板、前記底板もしくは前記周壁部に設けられた前記冷媒の排出口とを有し、
    　前記複数のフィンの各々は、前記第１の方向と垂直な第２の方向からみたときの第１の平面視では、前記天板の前記第１の面から遠ざかるにつれて前記冷媒の流入口側に変位する方向に延伸し、かつ、前記第１の方向からみたときの第２の平面視では、前記天板の前記第１の面から遠ざかるにつれて前記第２の方向に変位する方向に延伸する、傾斜部位を含む、
    冷却器。
  2. 　前記フィンの前記傾斜部位は、前記第１の平面視での前記天板の前記第１の面に対する延伸方向の角度が４５度以上９０度未満であり、かつ、前記第２の平面視での前記天板の前記第１の面に対する延伸方向の角度が４５度以上９０度未満である、請求項１に記載の冷却器。
  3. 　前記冷媒の流路が、前記冷媒の前記第１の方向への流れを抑制して前記冷媒の攪拌を促進するように構成される、請求項１に記載の冷却器。
  4. 　前記冷媒の流路に配置された、前記複数のフィンとは別の前記冷媒の前記第１の方向への流れを抑制する抑制部材をさらに備える、請求項３に記載の冷却器。
  5. 　前記複数のフィンの各々は、前記天板の前記第１の面の平面視での底面の形状が正方形であり、かつ前記正方形の辺の延伸方向が前記第１の方向に対して４５度になる向きで配置されている、請求項１に記載の冷却器。
  6. 　前記複数のフィンは、前記天板の前記第１の面の平面視での底面の寸法が異なる複数種類のフィンを含む、請求項１に記載の冷却器。
  7. 　前記第２の方向の端部に配置されるフィンの寸法が、前記第２の方向の中央部分に配置されるフィンの寸法よりも大きい、請求項６に記載の冷却器。
  8. 　前記複数のフィンは、前記第１の平面視での前記傾斜部位の延伸方向と前記第２の平面視での前記傾斜部位の延伸方向との組み合わせが異なる複数種類のフィンを含む、請求項１に記載の冷却器。
  9. 　前記複数のフィンは、前記第２の平面視で、前記傾斜部位が前記天板から遠ざかるにつれて前記第２の方向の一方の端側に変位するフィンと、前記第２の方向の他方の端側に変位するフィンとを含む、請求項１に記載の冷却器。
  10. 　前記複数のフィンは、前記第１の平面視で、前記冷媒の上流側からの距離に応じて前記傾斜部位の延伸方向が変化する、請求項１に記載の冷却器。
  11. 　請求項１～１０のいずれか一項に記載の冷却器と、前記天板の前記第１の面とは反対側の面に配置された配線板及び半導体素子と、を備える、半導体装置。
  12. 　請求項１１に記載の半導体装置を備える、車両。
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