JP7116576B2 - 冷却装置、半導体モジュールおよび車両 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置、半導体モジュールおよび車両に関する。

従来、パワー半導体チップ等の半導体素子を含む半導体モジュールにおいて、冷却装置を設けた構成が知られている（例えば、特許文献１－３参照）。
特許文献１ 特開２００６－３２４６４７号公報
特許文献２ 特開２０１０－９３０２０号公報
特許文献３ 特開２０１０－２５１４４３号公報

半導体素子が配置される絶縁基板等と、冷却装置との線膨張係数の違いにより、冷却器が山なりに反る場合がある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、半導体チップを含む半導体モジュール用の冷却装置を提供する。冷却装置は、天板を備えてよい。冷却装置は、ケース部を備えてよい。ケース部は、冷媒流通部を有してよい。ケース部は、冷媒流通部を囲む外縁部を有してよい。ケース部は、天板と対向して配置された底板を有してよい。底板は天板と対向する上面と、上面とは逆側の下面とを有してよい。冷媒流通部は天板の下面と底板の上面との間に配置されてよい。ケース部は、外縁部において天板の下面に直接または間接に密着して配置されてよい。冷却装置は、冷媒流通部に配置された冷却フィンを備えてよい。冷却装置は、底板の下面に固定された補強板を備えてよい。

補強板は、底板の下面の９０％以上の領域を覆ってよい。

補強板は、底板の下面と平行な面において、底板の下面より大きくてよい。

ケース部は、底板と一体に設けられ、天板と底板の間に冷媒流通部を画定する側壁を有してよい。底板の下面の総面積に対して補強板が底板の下面を覆っている面積の割合が、側壁の側面の総面積に対して補強板が側壁の側面を覆っている面積の割合よりも大きくてよい。

底板は、上面視において、１組の対向する長辺と、１組の対向する短辺とを有してよい。底板の短辺に接続している側壁には、上面視において湾曲した形状を有する絞り部が、側壁の上端から下端まで設けられてよい。底板の長辺に接続している側壁には、絞り部が設けられていなくてよい。

底板には、冷媒流通部に冷媒を導入または導出する２つの底板開口部が設けられてよい。補強板には、底板開口部と重なる位置に、底板開口部より開口面積の小さい補強板開口部が設けられていてよい。

補強板は、底板の下面に固定されるベース部を有してよい。補強板は、ベース部から上方に突出して設けられ、側壁に固定される突出部を有してよい。

補強板は、上面視において、１組の対向する長辺と、１組の対向する短辺とを有してよい。突出部は、補強板のそれぞれの辺に少なくとも一つ設けられてよい。少なくとも１つの長辺には２つ以上の突出部が設けられていてよい。

補強板が複数枚積層されていてよい。補強板は、ケース部と同一の材料で形成されていてよい。補強板は、ケース部の底板と同一の厚みを有してよい。

本発明の第２の態様においては、第１の態様に係る冷却装置と、天板の上方に配置された半導体装置とを備える半導体モジュールを提供する。

本発明の第３の態様においては、第２の態様に係る半導体モジュールを備える車両を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す模式的な断面図である。 パイプ９０を接続した状態の半導体モジュール１００を示す図である。 上面視（ｘｙ面）における天板２０の形状の一例を示す図である。 上面視（ｘｙ面）におけるケース部４０の形状の一例を示す図である。 上面視（ｘｙ面）における補強板３０の形状の一例を示す図である。 天板２０、ケース部４０および補強板３０を分離して示した斜視図である。 図５とはｚ軸方向の向きを反転させた、補強板３０およびケース部４０の斜視図である。 補強板３０の他の例を示す上面図である。 図７に示した補強板３０の斜視図である。 ケース部４０の他の例を示す下面図である。 絞り部４４の近傍の斜視図である。 補強板開口部４３と、底板開口部４２の一例を示す図である。 図１１に示した補強板開口部４３および底板開口部４２の近傍における、底板６４および補強板３０の断面図である。 冷却装置１０の他の例を示す断面図である。 補強板３０の他の例を示す図である。 本発明の一つの実施形態に係る車両２００の概要を示す図である。 本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の主回路図である。

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１Ａは、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す模式的な断面図である。半導体モジュール１００は、半導体装置７０および冷却装置１０を備える。本例の半導体装置７０は、冷却装置１０に配置されている。本明細書では、半導体装置７０が配置されている冷却装置１０の面をｘｙ面とし、ｘｙ面と垂直な面をｚ軸とする。本明細書では、ｚ軸方向において冷却装置１０から半導体装置７０に向かう方向を上、逆の方向を下と称するが、上および下の方向は、重力方向に限定されない。また本明細書では、各部材の面のうち、上側の面を上面、下側の面を下面、上面および下面の間の面を側面と称する。

半導体装置７０は、パワー半導体チップ等の半導体チップ７８を１つ以上含む。一例として半導体チップ７８には、シリコン等の半導体基板に形成された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が設けられている。

半導体装置７０は、回路基板７６と、収容部７２とを有する。回路基板７６は、一例として絶縁基板に回路パターンが設けられた基板である。回路基板７６には、はんだ等を介して半導体チップ７８が固定されている。収容部７２は、樹脂等の絶縁材料で形成されている。収容部７２は、半導体チップ７８、回路基板７６および配線等を収容する内部空間を有する。収容部７２の内部空間には、半導体チップ７８、回路基板７６および配線等を封止する封止部７４が充填されていてよい。封止部７４は、例えばシリコーンゲルまたはエポキシ樹脂等の絶縁部材である。

冷却装置１０は、天板２０およびケース部４０を有する。天板２０は、ｘｙ面と平行な上面２２および下面２４を有する板状の金属板であってよい。一例として天板２０は、アルミニウムを含む金属で形成されている。天板２０の上面２２には、半導体装置７０が配置される。天板２０には、半導体チップ７８が発生した熱が伝達される。例えば天板２０および半導体チップ７８の間は、回路基板７６、金属板およびはんだ等の熱伝導性の部材が配置されている。回路基板７６は、はんだ等により天板２０の上面２２に直接的に固定されていてよい。この場合、収容部７２は、天板２０の上面２２において回路基板７６等が配置された領域を囲んで設けられる。他の例では、半導体装置７０は収容部７２の下面に露出する金属板を有しており、当該金属板の上面に回路基板７６が固定され、当該金属板が天板２０の上面２２に固定されていてもよい。

ケース部４０は、冷媒流通部９２、冷媒流通部９２を囲む外縁部４１、および天板２０と対向して配置された底板６４を含む。底板６４は天板２０と対向する上面６５と、上面６５とは逆側の下面６６とを有する。冷媒流通部９２は、天板２０の下面２４と底板６４の上面６５との間に配置されている。ケース部４０は、天板２０と一体に形成されていてよく、別部材として形成されていてもよい。冷媒流通部９２は、水等の冷媒が流通する領域である。冷媒流通部９２は、天板２０の下面２４に接する密閉空間であってよい。また、ケース部４０は、ｘｙ面において冷媒流通部９２を囲む外縁部４１において、天板２０の下面２４に直接または間接に密着して配置されている。これにより、冷媒流通部９２を密閉している。なお、間接に密着とは、天板２０の下面２４とケース部４０との間に設けられた、シール材、接着剤、または、その他の部材を介して、天板２０の下面２４とケース部４０とが密着している状態を指す。密着は、冷媒流通部９２の内部の冷媒が、当該密着部分から漏れ出ない状態を指す。

冷媒流通部９２の内部には冷却フィン９４が配置されている。冷却フィン９４は、天板２０の下面２４と接続されていてよい。冷却フィン９４の近傍に冷媒を通過させることで、半導体チップ７８が発生した熱を冷媒に受け渡す。これにより、半導体装置７０を冷却できる。本例のケース部４０は、枠部６２、底板６４および側壁６３を有する。外縁部４１は少なくとも枠部６２を含んでよい。

枠部６２は、ｘｙ面において冷媒流通部９２を囲んで配置されている。枠部６２は、天板２０の下面２４に直接または間接に密着して配置されている。つまり、枠部６２と、天板２０の下面２４とは、冷媒流通部９２を密閉するように設けられている。枠部６２と、天板２０の下面２４との間には、シール材または他の部材が設けられていてよい。

本例では、天板２０およびケース部４０の間はロウ付けされている。一例として、天板２０およびケース部４０は、同一組成の材料（本例では金属）で形成されており、ロウ材は、天板２０等よりも融点の低い金属で形成されている。

底板６４は、天板２０とｚ軸方向において対向して、且つ、天板２０の下面２４との間に冷媒流通部９２を有して配置されている。底板６４は、ケース部４０において天板２０と離れて配置された部分のうち、天板２０と平行な部分を指してよい。側壁６３は、枠部６２と、底板６４とを接続することで、冷媒流通部９２を画定する。底板６４は、天板２０と対向する上面６５と、上面６５とは逆側の下面６６とを有する。側壁６３は、底板６４から天板２０に向かって延伸している。本例の底板６４には、冷媒流通部９２に冷媒を導入し、または、導出する２つ以上の底板開口部４２が設けられている。他の例では、底板開口部４２は側壁６３に設けられていてもよい。

天板２０とケース部４０は、互いを締結するためのネジ等が挿入される貫通孔が設けられてよい。貫通孔は、半導体モジュール１００を外部の装置に固定するために用いられてもよい。貫通孔は、天板２０および枠部６２が、直接または間接に密着してｚ軸方向において重なって配置された領域に設けられている。

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

冷却装置１０は、底板６４の下面６６に固定された補強板３０を更に備える。補強板３０は、底板６４の下面６６の少なくとも一部を覆って設けられた板状の部材である。補強板３０は、底板６４の下面６６の面積の９０％以上を覆ってよく、全体を覆ってもよい。補強板３０は、底板６４の下面６６と同一形状であってよい。補強板３０は、底板６４の下面６６より大きくてもよい。

補強板３０は、ケース部４０と同一組成の金属で形成されていてよい。一例として補強板３０は、アルミニウムを含む金属で形成されている。アルミニウムを含む金属として、Ａｌ－Ｍｎ系合金（３０００系アルミニウム合金）、Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金（６０００系アルミニウム合金）などのアルミニウム合金が用いられてよい。ロウ材としてＡｌ－Ｓｉ系合金（４０００系アルミニウム合金）などのアルミニウム合金が用いられてよい。天板２０も、ケース部４０と同一組成の金属で形成されていてよい。補強板３０は、天板２０およびケース部４０より引張強さが高い材料で形成されていてもよい。引張強さは、断面積が一様な棒状材料に引張荷重を加えて破断させたときの最大荷重を、当該断面積で除算した値を用いてよい。

底板６４に補強板３０を設けることで、冷却装置１０が、ｚ軸方向に反ることを抑制できる。また、補強板３０を設けることで、ケース部４０全体の厚み（特に側壁６３の厚み）を大きくせずに、冷却装置１０の強度を向上できる。このため、側壁６３等を鍛造加工する場合に、加工が容易になる。

本例の補強板３０は、底板６４の下面６６と平行に配置され、下面６６に固定されるベース部３２と、ベース部３２から上方（ｚ軸方向）に突出して設けられ、側壁６３に固定される突出部３４とを有する。突出部３４は、ベース部３２のｘｙ面における周縁部分に離散的に配置されている。ベース部３２および突出部３４は、一体に形成されていてよい。つまりベース部３２および突出部３４は、一枚の板状部材を折り曲げ加工したものであってよい。

ベース部３２は、底板６４の下面６６に沿った形状を有してよい。下面６６が平面の場合、ベース部３２は平板形状であることが好ましい。下面６６に凹凸が設けられている場合、ベース部３２は、下面６６に沿った凹凸を有してもよい。本例のベース部３２は、下面６６に重なる部分の全体が、下面６６に密着して固定されている。

側壁６３の少なくとも一部には、補強板３０が設けられていない。本例の側壁６３は、突出部３４を除き、補強板３０が固定されていない。側壁６３のほとんどの部分に補強板３０を設けていないので、側壁６３は、底板６４に比べて変形しやすくなる。このため、仮に底板６４が微小に反ってしまった場合であっても、当該反りを側壁６３で吸収して、枠部６２に伝わる応力を低減できる。このため、枠部６２と天板２０との密着性を維持できる。また、底板６４に底板開口部４２が設けられている場合には、補強板３０を設けることで、図１Ｂにおいて後述するパイプ９０の接続時等に力が加わる箇所を補強できる。

底板６４に底板開口部４２が設けられている場合、補強板３０には、底板開口部４２と重なる位置に補強板開口部４３が設けられている。冷媒は、底板開口部４２および補強板開口部４３の両方を通過して、冷媒流通部９２に導入または導出される。

本例では、天板２０、ケース部４０および補強板３０の各部材の間はロウ付けされている。一例として、天板２０、ケース部４０および補強板３０は、同一組成の金属で形成されており、ロウ材は、天板２０等よりも融点の低い金属で形成されている。

図１Ｂは、パイプ９０が接続された状態の半導体モジュール１００を示す図である。パイプ９０は、Ｏリング等のシール材を介して補強板３０に固定される。パイプ９０は、冷媒を冷媒流通部９２に導入または導出する。なお、冷媒流通部９２に冷媒を導入または導出する手段は、パイプ９０に限定されない。

図２は、上面視（ｘｙ面）における天板２０の形状の一例を示す図である。天板２０は、上面視において２組の対向する辺２６、２８を有する。本例の天板２０は、短辺２６と、長辺２８とを有する略矩形形状である。本明細書では、短辺２６が伸びる方向をｘ軸とし、長辺２８が伸びる方向をｙ軸とする。

天板２０には、図１Ａにおいて説明した、天板２０とケース部４０を互いに締結し、または、半導体モジュール１００を外部装置に固定するために用いられる貫通孔の一部である貫通孔８２が設けられている。本例の貫通孔８２は、天板２０の４つの角に設けられているが、貫通孔８２の位置および個数はこれに限定されない。また、天板２０の形状は、図２に示したような矩形に限定されない。天板２０は、ｘｙ面において各辺から突出した部分を有してよい。貫通孔８２は、当該突出部分に設けられてもよい。

図３は、上面視（ｘｙ面）におけるケース部４０の形状の一例を示す図である。本例のケース部４０のｘｙ面における外形は、天板２０の外形と同一である。本例では、枠部６２の外形が、ケース部４０の外形に相当する。なお図１Ａに示した冷却装置１０の断面は、図３におけるＡ－Ａ断面に対応する。

ケース部４０のそれぞれの角にも、貫通孔８２と対応する位置に貫通孔８６が設けられている。本例では、枠部６２に貫通孔８６が設けられている。

ｘｙ面において枠部６２の内側には、底板６４が設けられている。本例の底板６４には、２つの底板開口部４２が設けられている。本例の底板開口部４２は、底板６４の２つの対角に配置されているが、底板開口部４２の位置はこれに限定されない。

図４は、上面視（ｘｙ面）における補強板３０の形状の一例を示す図である。本例の補強板３０は、ベース部３２が底板６４と同一の外形を有している。ベース部３２の周縁に沿って、複数の突出部３４が離散的に配置されている。

本例の補強板３０は、ｘｙ面において平行な２つの対向する短辺３６と、ｘｙ面において平行な２つの対向する長辺３８を有する。本例の短辺３６および長辺３８は直角に配置されている。突出部３４は、２つの短辺３６、および、２つの長辺３８の各辺に少なくとも一つずつ配置されている。また、少なくとも一つの長辺３８には、２つ以上の突出部３４が配置されていることが好ましい。

このように突出部３４を少なくとも５つ配置することで、補強板３０をケース部４０の底板６４に固定する場合に、補強板３０がケース部４０に対して位置ずれし、または、回転することを防ぐことができる。一例として、補強板３０は、ケース部４０の底板６４にロウ付けされる。突出部３４を設けることで、ロウ材を溶融したときに補強板３０が移動することを防げる。なおロウ材は、ベース部３２と底板６４との間、および、突出部３４と側壁６３との間に設けられてよい。

なお、長辺３８に設けられた突出部３４は、対向する長辺３８に設けられた突出部３４とは、ｘ軸方向に対向しない位置に設けられてよい。つまり、長辺３８に設けられた突出部３４は、対向する長辺３８に設けられた突出部３４とは、ｙ軸における位置が異なっていてよい。これにより、ロウ材を溶融したときに補強板３０が回転することを抑制できる。また、短辺３６に設けられた突出部３４は、対向する短辺３６に設けられた突出部３４とは、ｙ軸方向に対向しない位置に設けられてよく、対向する位置に設けられてもよい。

また、補強板３０において、底板開口部４２と重なる位置には、補強板開口部４３が設けられている。補強板開口部４３と底板開口部４２の形状および大きさは同一であってよく、異なっていてもよい。

長辺３８に設けられた突出部３４は、当該長辺３８に最も近い補強板開口部４３とは、ｘ軸方向において対向しない位置に設けられてよい。つまり、長辺３８に設けられた突出部３４は、当該長辺３８に最も近い補強板開口部４３とは、ｙ軸方向における位置が異なっていてよい。補強板開口部４３が設けられたことにより補強板３０の幅が細くなった領域を避けて、突出部３４を設けることで、当該領域への応力を緩和できる。長辺３８に設けられた突出部３４は、当該長辺３８に最も遠い補強板開口部４３とは、ｘ軸方向において対向して設けられてもよい。

短辺３６に設けられた突出部３４は、いずれの補強板開口部４３とも、ｙ軸方向において対向しない位置に設けられてよい。短辺３６に設けられた突出部３４は、短辺３６の中央に配置されてよい。

図５は、天板２０、ケース部４０および補強板３０を分離して示した斜視図である。上述したように、天板２０およびケース部４０は、ｘｙ面においてほぼ同一の外形を有してよい。補強板３０およびケース部４０の底板６４は、ｘｙ面においてほぼ同一の外形を有してよい。図５においては、天板２０、ケース部４０および補強板３０をロウ付け等で固定した場合に重なる位置を、破線で示している。なお図５においては、冷媒流通部９２に配置される冷却フィン９４は省略している。また、各部材間のロウ材も省略している。

図５に示すように、枠部６２は、冷媒流通部９２を囲んで配置されており、天板２０とともに冷媒流通部９２を密閉している。ケース部４０は、天板２０から離れて配置された底板６４と、底板６４および枠部６２を接続する側壁６３を有する。天板２０の下面２４、およびケース部４０により、冷媒流通部９２が画定されている。

また、天板２０、補強板３０およびケース部４０の底板６４は、同一の厚みを有してよい。また、ケース部４０は、枠部６２および側壁６３が一体に設けられていてよい。枠部６２および側壁６３は、一枚の板状の金属を鍛造加工することで形成してよい。また、底板６４は、側壁６３と一体に設けられてよく、側壁６３にロウ付けされていてもよい。底板６４、枠部６２および側壁６３は、同一の厚みを有してよい。それぞれの部材が同一の厚みを有することで、共通の金属ロール材を用いて冷却装置１０を製造できる。

上述したように、補強板３０には、上方（ｚ軸方向において、天板２０に向かう方向）に突出した突出部３４が設けられている。突出部３４のｚ軸方向における長さは、側壁６３のｚ軸方向の高さより小さくてよく、同一であってもよい。

図６は、図５とはｚ軸方向の向きを反転させた、補強板３０およびケース部４０の斜視図である。上述したように、補強板３０は、ケース部４０の底板６４における下面６６の全体を覆ってよい。下面６６全体にロウ材を設けて補強板３０を固定する場合に、補強板３０で下面６６全体を覆うことで、ロウ材が露出し、または、ロウ材が垂れることを抑制できる。

下面６６の一部にロウ材が設けられている場合、補強板３０は、ロウ材が設けられた領域を覆い、ロウ材が設けられていない領域の少なくとも一部の領域を覆わなくてもよい。なおロウ材は、補強板３０に設けられていてもよい。補強板３０により覆われずに露出した下面６６には、外部の被冷却部材を接触させてもよい。

また、側壁６３は、ほとんどの領域が補強板３０に覆われていない。底板６４の下面６６の総面積に対して補強板３０（本例ではベース部３２）が底板６４の下面６６を覆っている面積の割合をＲ１とする。また、側壁６３の側面６７の総面積に対して補強板３０（本例では突出部３４）が側壁６３の側面６７を覆っている面積の割合をＲ２とする。割合Ｒ１は割合Ｒ２よりも大きい。一例として割合Ｒ１は９０％以上であってよく、１００％であってもよい。割合Ｒ２は、２０％以下であってよく、１０％以下であってよく、０％であってもよい。

図７は、補強板３０の他の例を示す上面図である。図６においては、底板６４の下面６６と重なる位置を点線で示している。本例の補強板３０は、底板６４の下面６６よりも大きい。図４に示した例では、突出部３４は、補強板３０の長辺３８および短辺３６よりも外側に突出して設けられていたが、本例の突出部３４は、補強板３０の長辺３８および短辺３６よりも内側に設けられている。

なお図７の例では、補強板３０は、下面６６の外周の全体にわたって、下面６６よりも外側に突出しているが、他の例では、補強板３０は、下面６６の外周の一部において、下面６６よりも外側に突出していてもよい。補強板３０が下面６６よりも外側に突出する部分を有することで、補強板３０および底板６４との間に設けられたロウ材を溶融した場合に、ロウ材が下方に垂れることを抑制できる。

図８は、図７に示した補強板３０の斜視図である。それぞれの突出部３４は、補強板３０の長辺３８および短辺３６と側面が面一となるように設けられてよい。

図９は、ケース部４０の他の例を示す下面図である。本例のケース部４０は、図１Ａから図８において説明したいずれの形態に適用してもよい。本例のケース部４０の底板６４は、ｘｙ面において１組の対向する長辺４８と、１組の対向する短辺４６とを有する。底板６４の短辺４６に接続している少なくとも一つの側壁６３には、ｘｙ面において湾曲した形状を有する絞り部４４が設けられている。

本例においては、絞り部４４は、両方の短辺４６に対して設けられている。それぞれの短辺４６において絞り部４４は複数設けられてよい。本例においては、２つの絞り部４４が、補強板３０の突出部３４をｘ軸方向において挟むように配置されている。図９においては、突出部３４が配置される位置を破線で示している。

図１０は、絞り部４４の近傍の斜視図である。絞り部４４は、ｘｙ面における湾曲した形状が、側壁６３の上端５２から下端５４まで連続して設けられている。側壁６３の上端５２とは、枠部６２と側壁６３との境界であり、下端５４とは、底板６４と側壁６３との境界である。側壁６３の上端５２および下端５４は、側壁６３の傾きが一定（例えば、天板２０に対して垂直）である範囲の上端および下端であってよい。

絞り部４４を設けることで、側壁６３の強度を向上させることができる。また、突出部３４を挟むように絞り部４４を設けることで、応力がかかりやすい領域を絞り部４４で挟むことができ、側壁６３の強度を更に向上させることができる。

また、底板６４の長辺４８に接続している側壁６３には、絞り部４４が設けられていない。他の例では、長辺４８に接続している側壁６３には、ｘｙ面において絞り部４４よりも曲率半径の大きい湾曲部が設けられていてもよい。長辺４８に絞り部４４を設けないことで、底板６４のｚ軸方向の反りの一部を、長辺４８で吸収できる。

図１１は、補強板開口部４３と、底板開口部４２の一例を示す図である。本例の補強板開口部４３と、底板開口部４２は、図１Ａから図１０において説明したいずれの態様に適用してもよい。

上述したように、補強板開口部４３と、底板開口部４２は、ｘｙ面において重なる位置に設けられている。本例では、補強板開口部４３の開口面積は、底板開口部４２の開口面積よりも小さい。つまり、補強板開口部４３の開口の縁は、底板開口部４２の開口の縁の内側に配置されている。

図１２は、図１１に示した補強板開口部４３および底板開口部４２の近傍における、底板６４および補強板３０の断面図である。本例では、底板６４および補強板３０の間には、ロウ材５６が設けられている。

上述したように、補強板開口部４３の縁部４９は、ｘｙ面において、底板開口部４２の縁部５０の内側に配置されている。補強板開口部４３を打ち抜き加工等で形成すると、補強板開口部４３の縁部４９には、ｚ軸方向に突出したバリ等が形成される場合がある。

本例によれば、補強板開口部４３の縁部４９にバリ等が形成されても、当該バリを底板開口部４２の内側に収容できる。このため、当該バリによる底板６４と補強板３０との密着性の低下を抑制できる。また、補強板３０が、底板開口部４２の内側まで突出しているので、ロウ材５６が垂れるのを抑制できる。また本例によれば、補強板３０のｘｙ面における位置がずれた場合であっても、補強板開口部４３を、底板開口部４２と重なる位置に配置しやすくなる。底板開口部４２および補強板開口部４３のｘｙ面における形状は、円、卵形、角丸四角形や楕円等のオーバル形であってよい。底板開口部４２および補強板開口部４３の形状は互いに相似であってよい。

図１３は、冷却装置１０の他の例を示す断面図である。本例の冷却装置１０は、補強板３０がｚ軸方向に複数枚積層されている。補強板３０が複数積層（図１３では、補強板３０－１および補強板３０－２）された構造は、図１Ａから図１２において説明したいずれの態様に適用してもよい。それぞれの補強板３０は、同一の厚みを有してよい。このような構造により、底板６４の強度を更に向上できる。

なお、それぞれの補強板３０には、補強板開口部４３が設けられる。底板６４から離れた補強板３０ほど、補強板開口部４３の開口面積は小さくてよい。それぞれの補強板開口部４３は、ｚ軸方向において上方に形成された、それぞれの開口部の内側に配置されてよい。

また、それぞれの補強板３０には、突出部３４が設けられてよい。この場合、それぞれの補強板３０における突出部３４は、他の補強板３０の突出部３４と接触しない位置に設けられる。他の例では、底板６４に隣接する補強板３０だけに突出部３４が設けられてもよい。

図１４は、補強板３０の他の例を示す図である。本例の補強板３０は、ｘｙ面において天板２０と同一の形状を有している。本例の補強板３０は、図１Ａから図１３において説明したいずれの態様に適用してもよい。また図１４においては、天板２０とケース部４０を互いに締結し、または、半導体モジュール１００を外部装置に固定するために用いられる貫通孔７９を模式的に示している。貫通孔７９の位置は、図１４に示した位置に限定されない。

本例の補強板３０には、貫通孔７９と対向する位置に、貫通孔８１が設けられている。貫通孔７９および貫通孔８１には、ネジ等の共通の締結材が挿入される。これにより、補強板３０を底板６４に対して押圧することができる。冷媒が漏れるのを防ぐべく、補強板３０と底板６４との間にシール部材が設けられている場合、本例の構造により、シール部材をより強く押さえることができる。

図１５は、本発明の一つの実施形態に係る車両２００の概要を示す図である。車両２００は、少なくとも一部の推進力を、電力を用いて発生する車両である。一例として車両２００は、全ての推進力をモーター等の電力駆動機器で発生させる電気自動車、または、モーター等の電力駆動機器と、ガソリン等の燃料で駆動する内燃機関とを併用するハイブリッド車である。

車両２００は、モーター等の電力駆動機器を制御する制御装置２１０（外部装置）を備える。制御装置２１０には、半導体モジュール１００が設けられている。半導体モジュール１００は、電力駆動機器に供給する電力を制御してよい。

図１６は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の主回路図である。半導体モジュール１００は、車両のモーターを駆動する車載用ユニットの一部であってよい。半導体モジュール１００は、出力端子Ｕ、ＶおよびＷを有する三相交流インバータ回路として機能してよい。

半導体チップ７８‐１、７８‐２および７８‐３は半導体モジュール１００における下アームを、複数の半導体チップ７８‐４、７８‐５および７８‐６は半導体モジュール１００における上アームを構成してよい。一組の半導体チップ７８‐１、７８－４はレグを構成してよい。一組の半導体チップ７８‐２、７８－５、一組の半導体チップ７８‐３、７８－６も同様にレグを構成してよい。半導体チップ７８‐１においては、エミッタ電極が入力端子Ｎ１に、コレクタ電極が出力端子Ｕに、それぞれ電気的に接続してよい。半導体チップ７８‐４においては、エミッタ電極が出力端子Ｕに、コレクタ電極が入力端子Ｐ１に、それぞれ電気的に接続してよい。同様に、半導体チップ７８‐２、７８－３においては、エミッタ電極がそれぞれ入力端子Ｎ２、Ｎ３に、コレクタ電極がそれぞれ出力端子Ｖ、Ｗに、電気的に接続してよい。さらに、半導体チップ７８‐５、７８‐６においては、エミッタ電極がそれぞれ出力端子Ｖ、Ｗに、コレクタ電極がそれぞれ入力端子Ｐ２、Ｐ３に、電気的に接続してよい。

各半導体チップ７８‐１から７８‐６は、半導体チップ７８の制御電極パッドに入力される信号により交互にスイッチングされてよい。本例において、各半導体チップ７８はスイッチング時に発熱してよい。入力端子Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は外部電源の正極に、入力端子Ｎ１、Ｎ２およびＮ３は負極に、出力端子Ｕ、Ｖ，およびＷは負荷にそれぞれ接続してよい。入力端子Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は互いに電気的に接続されてよく、また、他の入力端子Ｎ１、Ｎ２およびＮ３も互いに電気的に接続されてよい。

半導体モジュール１００において、複数の半導体チップ７８‐１から７８‐６は、それぞれＲＣ‐ＩＧＢＴ（逆導通ＩＧＢＴ）半導体チップであってよい。ＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップにおいて、ＩＧＢＴおよび還流ダイオード（ＦＷＤ）は一体形成され、且つ、ＩＧＢＴおよびＦＷＤは逆並列に接続されてよい。複数の半導体チップ７８‐１から７８‐６は、それぞれＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのトランジスタとダイオードとの組み合わせを含んでよい。トランジスタおよびダイオードのチップ基板は、シリコン基板、炭化けい素基板や窒化ガリウム基板であってよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

１０・・・冷却装置、２０・・・天板、２２・・・上面、２４・・・下面、２６・・・短辺、２８・・・長辺、３０・・・補強板、３２・・・ベース部、３４・・・突出部、３６・・・短辺、３８・・・長辺、４０・・・ケース部、４１・・・外縁部、４２・・・底板開口部、４３・・・補強板開口部、４４・・・絞り部、４６・・・短辺、４８・・・長辺、４９・・・縁部、５０・・・縁部、５２・・・上端、５４・・・下端、５６・・・ロウ材、６２・・・枠部、６３・・・側壁、６４・・・底板、６５・・・上面、６６・・・下面、６７・・・側面、７０・・・半導体装置、７２・・・収容部、７４・・・封止部、７６・・・回路基板、７８・・・半導体チップ、７９・・・貫通孔、８１・・・貫通孔、８２・・・貫通孔、８６・・・貫通孔、９０・・・パイプ、９２・・・冷媒流通部、９４・・・冷却フィン、１００・・・半導体モジュール、２００・・・車両、２１０・・・制御装置

Claims (7)

1. 半導体チップを含む半導体モジュール用の冷却装置であって、
   天板と、
   冷媒流通部、前記冷媒流通部を囲む外縁部、および前記天板と対向して配置された底板を含み、前記底板は前記天板と対向する上面と、前記上面とは逆側の下面とを有し、前記冷媒流通部は前記天板の下面と前記底板の上面との間に配置され、且つ、前記外縁部において前記天板の下面に直接または間接に密着して配置されたケース部と、
   前記冷媒流通部に配置された冷却フィンと、
   前記底板の下面に固定された補強板と
   を備え、
   前記ケース部は、前記底板と一体に設けられ、前記天板と前記底板の間に前記冷媒流通部を画定する側壁を更に有し、
   前記補強板は、前記側壁の少なくとも一部を覆っており、
   前記底板の前記下面の総面積に対して前記補強板が前記底板の前記下面を覆っている面積の割合が、前記側壁の側面の総面積に対して前記補強板が前記側壁の前記側面を覆っている面積の割合よりも大きい冷却装置。
2. 前記補強板は、前記底板の前記下面の９０％以上の領域を覆っている
   請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記補強板は、前記底板の前記下面と平行な面において、前記底板の前記下面より大きい
   請求項２に記載の冷却装置。
4. 半導体チップを含む半導体モジュール用の冷却装置であって、
   天板と、
   冷媒流通部、前記冷媒流通部を囲む外縁部、および前記天板と対向して配置された底板を含み、前記底板は前記天板と対向する上面と、前記上面とは逆側の下面とを有し、前記冷媒流通部は前記天板の下面と前記底板の上面との間に配置され、且つ、前記外縁部において前記天板の下面に直接または間接に密着して配置されたケース部と、
   前記冷媒流通部に配置された冷却フィンと、
   前記底板の下面に固定された補強板と
   を備え、
   前記ケース部は、前記底板と一体に設けられ、前記天板と前記底板の間に前記冷媒流通部を画定する側壁を更に有し、
   前記底板は、上面視において、１組の対向する長辺と、１組の対向する短辺とを有しており、
   前記底板の前記短辺に接続している前記側壁には、上面視において湾曲した形状を有する絞り部が、前記側壁の上端から下端まで設けられており、
   前記底板の前記長辺に接続している前記側壁には、前記絞り部が設けられていない冷却装置。
5. 半導体チップを含む半導体モジュール用の冷却装置であって、
   天板と、
   冷媒流通部、前記冷媒流通部を囲む外縁部、および前記天板と対向して配置された底板を含み、前記底板は前記天板と対向する上面と、前記上面とは逆側の下面とを有し、前記冷媒流通部は前記天板の下面と前記底板の上面との間に配置され、且つ、前記外縁部において前記天板の下面に直接または間接に密着して配置されたケース部と、
   前記冷媒流通部に配置された冷却フィンと、
   前記底板の下面に固定された補強板と
   を備え、
   前記底板には、前記冷媒流通部に冷媒を導入または導出する２つの底板開口部が設けられており、
   前記補強板には、前記底板開口部と重なる位置に、前記底板開口部より開口面積の小さい補強板開口部が設けられている冷却装置。
6. 半導体チップを含む半導体モジュール用の冷却装置であって、
   天板と、
   冷媒流通部、前記冷媒流通部を囲む外縁部、および前記天板と対向して配置された底板を含み、前記底板は前記天板と対向する上面と、前記上面とは逆側の下面とを有し、前記冷媒流通部は前記天板の下面と前記底板の上面との間に配置され、且つ、前記外縁部において前記天板の下面に直接または間接に密着して配置されたケース部と、
   前記冷媒流通部に配置された冷却フィンと、
   前記底板の下面に固定された補強板と
   を備え、
   前記ケース部は、前記底板と一体に設けられ、前記天板と前記底板の間に前記冷媒流通部を画定する側壁を更に有し、
   前記補強板は、
   前記底板の下面に固定されるベース部と、
   前記ベース部から上方に突出して設けられ、前記側壁に固定される突出部と
   を有する冷却装置。
7. 前記補強板は、上面視において、１組の対向する長辺と、１組の対向する短辺とを有しており、
   前記突出部は、前記補強板のそれぞれの辺に少なくとも一つ設けられており、
   少なくとも１つの前記長辺には２つ以上の前記突出部が設けられている
   請求項６に記載の冷却装置。

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