JP6645590B2 - 半導体モジュール - Google Patents

半導体モジュール Download PDF

Info

Publication number
JP6645590B2
JP6645590B2 JP2018557590A JP2018557590A JP6645590B2 JP 6645590 B2 JP6645590 B2 JP 6645590B2 JP 2018557590 A JP2018557590 A JP 2018557590A JP 2018557590 A JP2018557590 A JP 2018557590A JP 6645590 B2 JP6645590 B2 JP 6645590B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
protrusions
wiring layer
metal wiring
semiconductor chip
refrigerant passage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018557590A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2018116653A1 (ja
Inventor
明夫 北村
明夫 北村
新一郎 安達
新一郎 安達
新井　伸英
伸英 新井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Publication of JPWO2018116653A1 publication Critical patent/JPWO2018116653A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6645590B2 publication Critical patent/JP6645590B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/532—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body characterised by the materials
    • H01L23/53204—Conductive materials
    • H01L23/53209—Conductive materials based on metals, e.g. alloys, metal silicides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/07—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
    • H01L27/0705—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type
    • H01L27/0711—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with bipolar transistors and diodes, or capacitors, or resistors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Description

本発明は、半導体モジュールに関する。
従来、突出部を有する冷却構造が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。また、従来、複数のスリットを有するプレートを複数積層して構成されたヒートシンクが知られている（例えば、特許文献３参照）。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２００８−１７２０１４号公報
［特許文献２］ 特開２００２−１４１１６４号公報
［特許文献３］ 特開２０１４−３３０６３号公報
半導体チップと当該半導体チップから出る熱を冷却する冷却部とを電気的に絶縁したうえで、半導体チップを効率よく冷却する。
本発明の第１の態様においては、半導体モジュールを提供する。半導体モジュールは、半導体チップと、冷却部と、積層基板とを備えてよい。冷却部は、冷媒通過部を内部に有してよい。冷媒は冷媒通過部を通過してよい。積層基板は、第１金属配線層と、第２金属配線層と、絶縁物とを有してよい。第１金属配線層は、冷却部よりも半導体チップに近くてよい。第２金属配線層は、半導体チップよりも冷却部に近くてよい。絶縁物は、第１金属配線層と第２金属配線層との間に設けられてよい。冷却部は、天板と、底板と、複数の突起部とを有してよい。天板は、積層基板に近接して設けられてよい。底板は、天板に対向して設けられてよい。複数の突起部は、底板の冷媒通過部に接する面上に設けられてよい。複数の突起部は、冷媒の上流から下流に向かう流れ方向において互いに離間してよい。複数の突起部は、流れ方向に直交する冷媒通過部の幅方向に各々連続して設けられてよい。複数の突起部は、流れ方向における第２金属配線層の一端と重なる位置と、半導体チップと重なる位置とに少なくとも設けられてよい。
第２金属配線層は、天板上に設けられてよい。絶縁物は、第２金属配線層の上方に設けられてよい。第１金属配線層は、絶縁物の上方に設けられてよい。半導体チップは、第１金属配線層上に設けられてよい。
複数の突起部のうち２つの突起部において、下流に近い位置に設けられた突起部の高さは、上流に近い位置に設けられた突起部の高さよりも高くてよい。
複数の突起部のうち下流に近い位置に設けられた２つの突起部の間隔は、複数の突起部のうち上流に近い位置に設けられた２つの突起部の間隔よりも狭くてよい。
複数の突起部は、各々前面を有してよい。前面は、上流からの冷媒の流れに面してよい。複数の突起部のうち２つの突起部において、下流に近い位置に設けられた突起部における傾斜角度は、上流に近い位置に設けられた突起部における傾斜角度よりも大きくてよい。傾斜角度は、前面の底板に対する角度であってよい。
冷却部は、上方冷媒通過部と、下方冷媒通過部とを有してよい。上方冷媒通過部および下方冷媒通過部は、それぞれ複数の突起部を有してよい。上方冷媒通過部は、底板から天板に向かう高さ方向において相対的に第２金属配線層に近い位置に設けられてよい。下方冷媒通過部は、高さ方向において上方冷媒通過部の下に重ねて設けられてよい。
上方冷媒通過部における複数の突起部と、下方冷媒通過部における複数の突起部とは、高さ方向において重ならなくてよい。
上方冷媒通過部における複数の突起部の各々と、下方冷媒通過部における複数の突起部の各々とが、高さ方向において重なってよい。
上方冷媒通過部は、積層基板と熱交換してよい。上方冷媒通過部は、下方冷媒通過部と熱交換してよい。
上方冷媒通過部の複数の突起部においては、次の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）のいずれか１つ以上が満たされてよい。（ａ）上方冷媒通過部における複数の突起部のうち２つの突起部において、下流に近い位置に設けられた突起部の高さは、上流に近い位置に設けられた突起部の高さよりも高い。（ｂ）上方冷媒通過部における複数の突起部のうち下流に近い位置に設けられた２つの突起部の間隔は、上方冷媒通過部における複数の突起部のうち上流に近い位置に設けられた２つの突起部の間隔よりも狭い。（ｃ）複数の突起部は上流からの冷媒の流れに面する前面を各々有し、上方冷媒通過部における複数の突起部のうち２つの突起部において、下流に近い位置に設けられた突起部における前面の底板に対する傾斜角度は、上流に近い位置に設けられた突起部における前面の底板に対する傾斜角度よりも大きい。
半導体チップは、ＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップであってよい。ＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップは、ＩＧＢＴ領域およびＦＷＤ領域を有してよい。ＩＧＢＴ領域およびＦＷＤ領域は、ストライプ状に設けられてよい。幅方向における複数の突起部の延伸方向は、ＩＧＢＴ領域およびＦＷＤ領域の長手方向に平行であってよい。
半導体モジュールは、流れ方向において半導体チップとは異なる位置に、追加の半導体チップをさらに有してよい。複数の突起部の少なくとも１つは、半導体チップと追加の半導体チップとの間にも設けられてよい。
冷却部において、天板および底板は、底板から天板に向かう高さ方向において天板と底板との間に設けられた側板を介して一体化されていてよい。
第１金属配線層および第２金属配線層の厚みは、０．６ｍｍ以上であってよい。
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。
本発明の実施形態に係る半導体モジュール１００の概要を示す斜視図である。 （Ａ）第１実施形態におけるＡ‐Ａ'断面図である。（Ｂ）冷媒通過部２０の上面図である。（Ｃ）半導体チップ５０の上面図である。 複数の半導体モジュール１００を有するインバータ回路の回路図である。 突起部２２の高さＨ２３が流れ方向２７において変化する例を示す図である。 突起部２２の間隔Ｌ２４が流れ方向２７において変化する例を示す図である。 突起部２２の前面２５の傾斜角度θが流れ方向２７において変化する例を示す図である。 （Ａ）は、比較例における冷却部１０のフィン構造の断面図である。（Ｂ）は、比較例における冷却部１０のフィン構造の上面図である。 本例および比較例の熱抵抗値を比較した実験結果である。 第２実施形態におけるＡ‐Ａ'断面図である。 第２実施形態の変形例におけるＡ‐Ａ'断面図である。 第３実施形態における冷媒通過部２０の上面図である。 第４実施形態における冷媒通過部２０の上面図である。 第５実施形態におけるＡ‐Ａ'断面図である。 第５実施形態の第１変形例におけるＡ‐Ａ'断面図である。 第５実施形態の第２変形例におけるＡ‐Ａ'断面図である。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の実施形態に係る半導体モジュール１００の概要を示す斜視図である。本例の半導体モジュール１００は、冷却部１０と、積層基板３０と、複数の半導体チップ５０‐１、５０‐２、５０‐３と、複数の半導体チップ５０‐４、５０‐５、５０‐６とを備える。なお、図１においては省略するが、半導体モジュール１００は、必要に応じて、ワイヤ、端子、ケースおよび固定具等の他の部材を含んでもよい。
冷却部１０は、半導体チップ５０からの熱を冷却する機能を有する。本例の冷却部１０の一部は、直方体形状を有する。本例においては、互いに対向する天板１２および底板１４と、天板１２および底板１４との間に設けられた２つの側板１６とを一体化することにより、冷却部１０の直方体形状を構成する。
これに対して、天板１２とフィン構造とは一体化されているが、天板１２および底板１４が一体化されていない比較例の冷却部１０を考える。この比較例の冷却部１０においては、フィン構造が冷媒通過部２０に位置する。この比較例の場合、冷却部１０の剛性を確保するべく、天板１２の厚みを４ｍｍ以上とする必要がある。さらには、底板１４の厚みも５ｍｍ以上１０ｍｍ以下とする必要がある。比較例の冷却部１０については、後述の図５も参照されたい。
これに対して、本例の冷却部１０は、天板１２、底板１４および側板１６を一体化することにより冷却部１０の機械的強度を担保することができる。それゆえ、本例の冷却部１０は、上記比較例の冷却部１０に比べて、天板１２を薄くすることができる。本例においては、天板１２の厚み（即ち、Ｚ方向の長さ）を２ｍｍ以下としてよく、１ｍｍとしてもよい。このように、本例は、比較例に比べて冷却部１０を小型化できるので、半導体モジュール１００を小型化できる。
冷却部１０の天板１２、底板１４および側板１６は、熱伝導率が比較的高い金属により形成されてよい。本例の天板１２、底板１４および側板１６は、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）で形成される。冷却部１０を熱伝導率が比較的高い金属で形成することにより、熱伝導率が比較的低い絶縁物等で形成する場合と比べて、冷媒１８と冷却部１０との熱交換を促進させることができる。
本例の冷却部１０は、内部に冷媒通過部２０を有する。本例の冷媒通過部２０は、冷媒１８が通過する空洞部である。冷媒１８は、冷媒通過部２０を上流から下流に向かって流れる。本例においては、Ｘ軸の負方向が冷媒１８の上流であり、Ｘ軸の正方向が冷媒１８の下流である。図１において、冷媒１８が流れる流れ方向２７は、Ｘ軸方向と平行である。なお、流れ方向２７は、冷媒通過部２０における冷媒１８の大局的な流れの方向であり、局所的な流れの方向ではない。
また、本例における冷媒通過部２０の幅方向２８は、Ｙ軸方向に平行な方向である。当該幅方向２８は、流れ方向２７に直交する。幅方向２８は、Ｙ軸の負方向に位置する側板１６‐２からＹ軸正方向に位置する側板１６‐１へ向かう方向でもある。さらに、本例において、底板１４から天板１２に向かう高さ方向２９は、Ｚ軸方向に平行な方向である。
本例のＺ軸は、Ｘ軸およびＹ軸に直交する軸である。本例のＸ、ＹおよびＺ軸は、右手系を構成する。Ｘ、ＹおよびＺ軸は、半導体モジュール１００の相対的な方向を示すために用いられる。Ｚ軸方向は、必ずしも重力方向と平行でなくてよい。本明細書における「上」、「下」、「上方」および「下方」の用語もまた、重力方向における上下方向に限定されない。これらの用語は、Ｚ軸に対する相対的な方向を指すに過ぎない。
本例の積層基板３０は、冷却部１０の天板１２に近接して天板１２上に設けられる。本例の積層基板３０は、第１金属配線層３２と、絶縁物３４と、第２金属配線層とを有する。本例の第１金属配線層３２および第２金属配線層は、絶縁物３４に比べて、Ｘ軸およびＹ軸方向の長さが小さい。それゆえ、図１において、第２金属配線層は絶縁物３４に隠れており、図示されていない。第２金属配線層は絶縁物３４と冷却部１０の天板１２との間に設けられる。
第１金属配線層３２上には、複数の半導体チップ５０が設けられてよい。第１金属配線層３２は、複数の半導体チップ５０間を電気的に接続する配線を含んでよい。第１金属配線層３２は、電気的に絶縁された複数の配線あるいは領域を含んでよい。第１金属配線層３２は、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）で形成された配線層であってよい。第１金属配線層３２の厚みは０．６ｍｍ以上であってよい。０．６ｍｍ以上の厚みとすることにより、半導体チップ５０からの放熱特性を向上させることができる。本例の第１金属配線層３２は、０．８ｍｍの厚みを有する銅配線層である。
絶縁物３４は、第１金属配線層３２と第２金属配線層との間に設けられた絶縁基板であってよい。絶縁物３４は、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮｘ）または酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の焼結体であってよい。
絶縁物３４は、大電流が流れる半導体チップ５０と金属製の冷却部１０との電気的絶縁を確保する機能を有してよい。これにより、冷却部１０全体を金属で形成しても、半導体チップ５０と冷却部１０との電気的絶縁は担保される。冷却部１０の一部または全体を絶縁物で形成する場合に比べて、冷却部１０全体を金属で形成すれば、天板１２と冷媒１８との熱交換ならびに冷却部１０の製造工程および製造費用等の面で優位性を得ることができる。
図２の（Ａ）は、第１実施形態におけるＡ‐Ａ'断面図である。図２の（Ｂ）は、冷媒通過部２０の上面図である。図２の（Ｃ）は、半導体チップ５０の上面図である。
積層基板３０の第２金属配線層３６は、はんだ部を介して天板１２上に固定されてよい。第２金属配線層３６も、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）で形成された配線層であってよい。第２金属配線層３６および第１金属配線層３２は、同じ体積を有してよい。これにより、第１金属配線層３２および第２金属配線層３６の熱変形による反り量の違いに起因して絶縁物３４に応力がかかり、絶縁物３４にクラックが発生することを抑制することができる。これにより、絶縁物３４の絶縁信頼性を担保することができる。
第２金属配線層３６は、第１金属配線層３２に比べて層内の配線が密に設けられてよい。それゆえ、第２金属配線層３６の厚みは、第１金属配線層３２に比べて薄くてよい。第２金属配線層３６の厚みも０．６ｍｍ以上であってよい。０．６ｍｍ以上の厚みとすることにより、半導体チップ５０からの放熱性を向上させることができる。本例の第２金属配線層３６は、０．７５ｍｍの厚みを有する銅配線層である。
本例の半導体チップ５０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）で形成されてよく、シリコン（Ｓｉ）で形成されてもよい。半導体チップ５０は動作時（例えば、オン状態であるとき）に熱を発する。半導体チップ５０の熱は、冷却部１０よりも半導体チップに近い第１金属配線層３２から、絶縁物３４を経て、半導体チップ５０よりも冷却部１０に近い第２金属配線層３６へ伝達する。半導体チップ５０から積層基板３０へ伝達される熱の広がりを破線により示す。
本例の冷却部１０は、複数の突起部２２を有する。複数の突起部２２は、底板１４の冷媒通過部２０に接する面上に設けられてよい。複数の突起部２２は、流れ方向２７において互いに離間してよい。本例において、複数の突起部２２は、流れ方向２７において２．４ｍｍ間隔で設けられる。
複数の突起部２２は、天板１２から離間して設けられてよい。本例の複数の突起部２２は、底板１４から高さ方向２９において１ｍｍの高さを有する。また、本例において、複数の突起部２２の上部と天板１２との間隔は１ｍｍである。
冷媒通過部２０を通過する冷媒１８の一部が突起部２２の前面２５に衝突することにより、冷媒１８の一部は突起部２２上においては天板１２に向かって流れる。突起部２２上における冷媒１８の流れは、流れ方向２７に対して所定角度だけ高さ方向２９を向いたベクトル成分を有してよい。図２の（Ａ）において、当該上向きのベクトル成分を矢印により示す。上向きのベクトル成分を有する冷媒１８の流れは、天板１２に当たることにより天板１２と熱交換する。これにより、冷媒１８は、積層基板３０および半導体チップ５０を冷却することができる。本例の冷媒１８は、全体が流れ方向２７と平行に流れる場合に比べて、より効率的に積層基板３０および半導体チップ５０を冷却することができる。
突起部２２の１つは、Ｚ軸方向の上方から見たとき、流れ方向２７における第２金属配線層３６の一端と重なる位置に設けられてよい。第２金属配線層３６の端部の直下をより冷却することにより、ヒートサイクルにおいてはんだ層が劣化することを抑制することができる。これにより、第２金属配線層３６の端部の直下に突起部２２を設けない場合に比べて、半導体モジュール１００の寿命を長くすることができる。なお、第２金属配線層３６の一端はＹ軸（幅方向２８）と平行であってよい。
また、突起部２２は、半導体チップ５０と重なる位置に少なくとも設けられてよい。本例において、２以上の突起部２２が半導体チップ５０の下に設けられる。これにより、積層基板３０の熱広がり分布に応じて、効率的に半導体チップ５０を冷却することができる。
複数の半導体チップ５０は、流れ方向２７において異なる位置に設けられてよい。図２の（Ａ）において、半導体チップ５０‐４および半導体チップ５０‐５は、流れ方向２７において異なる位置に設けられる。半導体チップ５０から発せられる熱は、積層基板３０の下方に行くに従いＸ軸およびＹ軸方向に拡散する。これにより、隣接する２つの半導体チップ５０からの熱が干渉する熱干渉領域３８が形成される。図２の（Ａ）においては、半導体チップ５０‐４および５０‐５の間に熱干渉領域３８が形成される。熱干渉領域３８は、積層基板３０の他の領域に比べて温度が高くなる。
熱干渉領域３８を冷却するべく、流れ方向２７において隣接する２つの半導体チップ５０の間に、少なくとも１つの突起部２２を設けてよい。本例においては、半導体チップ５０‐４および５０‐５間の直下に１以上の突起部２２を設ける。これにより、半導体チップ５０‐４および５０‐５間に突起部２２を設けない場合と比べて、より効率的に熱干渉領域３８を冷却することができる。
図２の（Ｂ）に示す様に、本例の複数の突起部２２は、開口付プレート１２０の一部である。開口付プレート１２０は、複数の突起部２２と複数の側部２１とを有してよい。本例の開口付プレート１２０は、Ｙ軸方向両端部における一組の側部２１と複数の突起部２２を有する。本例の突起部２２は、幅方向２８に延伸する。これに対して、本例の側部２１は、流れ方向２７と平行に延伸する。
図２の（Ｂ）に示す様に、複数の突起部２２は、幅方向２８において各々連続する。つまり、突起部２２は、幅方向２８に隣接する側部２１間において離散的ではなく連続的に設けられる。本例においては、所定の排水量を有するポンプを使用する場合に、幅方向２８において冷媒通過部２０を複数の独立した領域に分割する場合に比べて、冷却部１０での圧力損失を下げることができる。
なお、本例の開口付プレート１２０においては、流れ方向２７に隣接する２つの突起部２２と、幅方向２８に隣接する２つの側部２１とが１つの開口部２６を形成する。開口部２６は底板１４を冷媒通過部２０に露出させる。側部２１は、突起部２２と同じ高さを有してよく、底板１４から天板１２に渡って設けられてもよい。
図２の（Ｃ）に示す様に、本例の半導体チップ５０は、ＲＣ‐ＩＧＢＴ（Ｒｅｖｅｒｓｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ＩＧＢＴ）半導体チップである。本例のＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップは、ストライプ状に設けられたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）領域５２およびＦＷＤ（Ｆｒｅｅ Ｗｈｅｅｌｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）領域５４を有する。なお、本例のストライプは、幅方向２８と平行に延伸する。理解を容易にするために、ＦＷＤ領域５４にドットを付す。
本例のＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップにおいて、ＩＧＢＴ領域５２およびＦＷＤ領域５４は、流れ方向２７において交互に設けられる。また、本例のＲＣ‐ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴ領域５２およびＦＷＤ領域５４をＸＹ平面において囲むように、エッジ終端領域５６を有する。エッジ終端領域５６は、ＩＧＢＴ領域５２およびＦＷＤ領域５４における電界集中を緩和する機能を有してよい。
ＩＧＢＴ領域５２のゲートは、制御電極パッド５８を介して外部から入力される制御信号により、オン／オフが制御されてよい。制御信号によりＩＧＢＴ領域５２がオン状態である場合には、ＩＧＢＴ領域５２に電流が流れるので、ＩＧＢＴ領域５２が発熱する。これに対して、制御信号によりＩＧＢＴ領域５２がオフ状態である場合には、ＦＷＤ領域５４に電流が流れるので、ＦＷＤ領域５４が発熱する。
このように、本例のＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップは、ＩＧＢＴ領域５２のオン／オフに応じて、ＩＧＢＴ領域５２およびＦＷＤ領域５４が交互に発熱する。つまり、半導体モジュール１００の使用中において、本例のＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップは、ＩＧＢＴ領域５２がオン状態でもオフ状態でも発熱する。半導体チップ５０がＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップである場合に、１つの半導体チップ５０当たりの損失は、例えば３００Ｗ以上である。なお、ＩＧＢＴ領域５２が発熱する場合に、ＦＷＤ領域５４およびエッジ終端領域５６は、熱を拡散させる機能を有してよい。同様に、ＦＷＤ領域５４が発熱する場合に、ＩＧＢＴ領域５２およびエッジ終端領域５６は、熱を拡散させる機能を有してよい。
本例の半導体チップ５０は、流れ方向２７に平行な長辺と幅方向２８に平行な短辺とを有する。本例の半導体チップ５０の長辺の長さは、１４ｍｍである。これに対して、本例において、流れ方向２７における隣接する突起部２２間の間隔は２．４ｍｍであるので、半導体チップ５０の直下には５つまたは６つの突起部２２が位置してよい。
本例において、複数の突起部２２は、ＩＧＢＴ領域５２およびＦＷＤ領域５４の長手方向に平行に延伸する。これにより、突起部２２は、幅方向２８の全体に渡って半導体チップ５０を冷却することができる。
ＩＧＢＴ領域５２のみを有する半導体チップ５０とＦＷＤ領域５４のみを有する半導体チップ５０とを積層基板３０上に設ける場合に比べて、本例の半導体チップ５０‐４および５０‐５から積層基板３０へ熱が拡散する範囲は、流れ方向２７において広くなる。本例においては、上流側における第２金属配線層３６の端部の直下から下流側における第２金属配線層３６の端部の直下まで、複数の突起部２２が予め定められた間隔で設けられる。これにより、積層基板３０上に位置する全てのＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップを効率的に冷却することができる。
また、２つの半導体チップ５０がＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップである場合に、上述した熱干渉領域３８が形成される。本例においては、半導体チップ５０‐４および５０‐５の間の熱干渉領域３８の直下にも、突起部２２を設ける。これにより、熱干渉領域３８を冷却することができるので、熱干渉領域３８の直下に突起部２２を設けない場合と比較して、複数の半導体チップ５０をより効率的に冷却することができる。これにより、熱干渉領域３８の直下においても、第２金属配線層３６と天板１２との間のはんだ層への熱的負荷を低減することができる。
図３は、複数の半導体モジュール１００を有するインバータ回路の回路図である。半導体モジュール１００‐１において、複数の半導体チップ５０‐１、５０‐２および５０‐３と、複数の半導体チップ５０‐４、５０‐５および５０‐６とは、それぞれＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップである。この場合に、半導体チップ５０‐１、５０‐２および５０‐３のコレクタ電極およびエミッタ電極は入力端子Ｐ１と出力端子Ｕとに、並列に、それぞれ電気的に接続されてよく、半導体チップ５０‐４、５０‐５および５０‐６のコレクタ電極およびエミッタ電極は出力端子Ｕと他の入力端子Ｎ１とに、並列に、それぞれ電気的に接続されてよい。なお、半導体チップ５０‐１、５０‐２および５０‐３の制御電極パッド５８と、半導体チップ５０‐４、５０‐５および５０‐６の制御電極パッド５８とは、Ｙ軸方向に離れる方向で、流れ方向２７（Ｘ軸方向）に整列する方向にそれぞれ配置されてよい（制御電極パッド５８については、図２の（Ａ）および（Ｃ）を参照）。
半導体チップ５０‐１、５０‐２および５０‐３と半導体チップ５０‐４、５０‐５および５０‐６は、制御電極パッド５８に入力される信号により交互にスイッチングされ、また発熱してよい。入力端子Ｐ１は外部電源の正極に、他の入力端子Ｎ１は負極に、出力端子Ｕは負荷に接続されてよい。複数の半導体チップ５０‐１、５０‐２および５０‐３がインバータ回路における上アームを、複数の半導体チップ５０‐４、５０‐５および５０‐６が同インバータ回路における下アームを構成してよい。各アームに含まれる複数の半導体チップ５０は、本例のように３つであってもよいし、１つ、２つあるいは４つ以上であってもよい。例えば、炭化ケイ素で形成された半導体チップ５０を２０個程度含んでもよい。第１金属配線層３２は、第１の領域と、第１の領域とは異なる領域であって第１の領域から電気的に絶縁された第２の領域とを含んでよい。また、上アームを構成する複数の半導体チップ５０が第１の領域に設けられ、下アームを構成する複数の半導体チップ５０が第２の領域に設けられてよい。
半導体モジュール１００‐２および１００‐３も、半導体モジュール１００‐１と同様の構成を有する。ただし、半導体モジュール１００‐２においては、半導体チップ５０‐１、５０‐２および５０‐３のコレクタ電極およびエミッタ電極は入力端子Ｐ２と出力端子Ｖとにそれぞれ電気的に接続されてよく、半導体チップ５０‐４、５０‐５および５０‐６のコレクタ電極およびエミッタ電極は出力端子Ｖと他の入力端子Ｎ２とにそれぞれ電気的に接続されてよい。また、半導体モジュール１００‐３においては、半導体チップ５０‐１、５０‐２および５０‐３のコレクタ電極およびエミッタ電極は入力端子Ｐ３と出力端子Ｗとにそれぞれ電気的に接続されてよく、半導体チップ５０‐４、５０‐５および５０‐６のコレクタ電極およびエミッタ電極は出力端子Ｗと他の入力端子Ｎ３とに電気的に接続されてよい。入力端子Ｐ１、Ｐ２およびＰ３は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も電気的に接続されてよい。本例のインバータ回路は、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。半導体モジュール１００‐１、半導体モジュール１００‐２および１００‐３は、互いに連結して、あるいは、ケースに搭載されて一体化されてよい。
図４Ａは、突起部２２の高さＨ２３が流れ方向２７において変化する例を示す図である。下流に近い位置に設けられた突起部２２の高さＨ２３は、上流に近い位置に設けられた突起部２２の高さＨ２３よりも高くてよい。なお、本例では、半導体チップ５０‐４の直下を上流、半導体チップ５０‐５の直下を中流、半導体チップ５０‐６の直下を下流とする。本例では、中流の突起部２２の高さＨ２３‐２は、上流の突起部２２の高さＨ２３‐１よりも高い。また、下流の突起部２２の高さＨ２３‐３は、中流の突起部２２の高さＨ２３‐２よりも高い。さらに、下流の突起部２２の高さＨ２３‐３は、上流の突起部２２の高さＨ２３‐１よりも高い。
突起部２２の高さＨ２３は、上流から下流に向かって徐々に高くなってよい。また、上流、中流および下流の各領域内では一定の高さであり、下流の領域に進むにつれて段階的に突起部２２の高さＨ２３が高くなってもよい。また、突起部２２の高さＨ２３は、上流および中流（低）と下流（高）との二段階の高さ変化を有してよく、上流（低）と中流および下流（高）との二段階の高さ変化を有してもよい。
冷媒１８は、下流に近いほど上流で蓄積した熱が増加していく。それゆえ、下流に進むほど、冷却部１０の冷却機能が低下する可能性がある。冷却部１０は、流速が大きいほど冷却機能を向上させることができる。なお、冷媒１８が流れる空間が狭くなるほど圧力損失は大きくなり得る。
本例では、下流ほど突起部２２の高さＨ２３を高くするので、全ての突起部２２の高さＨ２３を下流の突起部２２の高さＨ２３‐３と同じにする場合に比べて、冷媒通過部２０内での圧力損失を低減し、かつ、下流での冷却効率の低下を防ぐことができる。
図４Ｂは、突起部２２の間隔Ｌ２４が流れ方向２７において変化する例を示す図である。下流に近い位置に設けられた隣接する２つの突起部２２の間隔Ｌ２４は、上流に近い位置に設けられた隣接する２つの突起部２２の間隔Ｌ２４よりも狭くてよい。本例では、中流における突起部２２の間隔Ｌ２４‐２は、上流における突起部２２の間隔Ｌ２４‐１よりも狭い。また、下流における突起部２２の間隔Ｌ２４‐３は、中流における突起部２２の間隔Ｌ２４‐２よりも狭い。さらに、下流における突起部２２の間隔Ｌ２４‐３は、上流における突起部２２の間隔Ｌ２４‐１よりも狭い。
突起部２２の間隔Ｌ２４は、上流から下流に向かって徐々に狭くなってよい。また、上流、中流および下流の各領域内では一定の間隔Ｌ２４であり、下流の領域に進むにつれて段階的に突起部２２の間隔Ｌ２４が狭くなってもよい。また、突起部２２の間隔Ｌ２４は、上流および中流（広）と下流（狭）との二段階の間隔Ｌ２４変化を有してよく、上流（広）と中流および下流（狭）との二段階の間隔Ｌ２４変化を有してもよい。
突起部２２の間隔Ｌ２４が狭いほど、流れ方向２７における単位長さ当たりの突起部２２と天板１２との平均流路高さが狭くなる。それゆえ、突起部２２の間隔Ｌ２４が狭いほど、流速を大きくすることができる。本例では、下流ほど突起部２２の間隔Ｌ２４を狭くするので、全ての突起部２２の間隔Ｌ２４を下流の突起部２２の間隔Ｌ２４‐３と同じにする場合に比べて、冷媒通過部２０内での圧力損失を低減し、かつ、下流での冷却効率の低下を防ぐことができる。
図４Ｃは、突起部２２の前面２５の傾斜角度θが流れ方向２７において変化する例を示す図である。本例においては、上流からの冷媒１８の流れに面する前面２５と底板１４とより規定される傾斜角度が、流れ方向２７において異なる。下流に近い位置に設けられた突起部２２の傾斜角度θは、上流に近い位置に設けられた突起部２２の傾斜角度θよりも大きくてよい。
本例では、中流における突起部２２の傾斜角度θ２は、上流における突起部２２の傾斜角度θ１よりも大きい。また、下流における突起部２２の傾斜角度θ３は、中流における突起部２２の傾斜角度θ２よりも大きい。さらに、下流における突起部２２の傾斜角度θ３は、上流における突起部２２の傾斜角度θ１よりも大きい。例えば、θ１、θ２およびθ３は、２０度≦θ１＜θ２＜θ３≦９０度を満たす。
突起部２２の傾斜角度θは、上流から下流に向かって徐々に大きくなってよい。また、上流、中流および下流の各領域内では一定の傾斜角度θであり、下流の領域に進むにつれて段階的に突起部２２の傾斜角度θが大きくなってもよい。また、突起部２２の傾斜角度θは、上流および中流（傾斜角度θ小）と下流（傾斜角度θ大）との二段階の傾斜角度θ変化を有してよく、上流（傾斜角度θ小）と中流および下流（傾斜角度θ大）との二段階の傾斜角度θ変化を有してもよい。
下流に行くほど天板１２に向かうベクトル成分を大きくすることができる。これにより、下流における冷却機能の低下を抑制するメリットがあると考えられる。なお、図４Ａ、４Ｂおよび４Ｃの３つの例うち２つの例を組み合わせてよく、３つの例全てを組み合わせてもよい。これにより、各例の有利な効果を相乗的に享受することができる。
図５の（Ａ）は、比較例における冷却部１０のフィン構造の断面図である。図５の（Ｂ）は、比較例における冷却部１０のフィン構造の上面図である。図５の（Ｂ）は、図５の（Ａ）のＢ‐Ｂ'断面図でもある。上述のように、比較例において、天板１２とフィン構造とは一体化されているが、天板１２と底板１４とは別体として構成されており、一体化されていない。比較例において、幅方向２８において直線状に設けられたフィンは、流れ方向２７において半ピッチずれて設けられる。冷媒１８は、金属製のフィンと主として熱交換してよい。これにより、冷却部１０は半導体チップ５０を冷却してよい。
図６は、本例および比較例の熱抵抗値を比較した実験結果である。縦軸は、規格化された熱抵抗値［％］である。図６においては、上述した比較例において、圧力損失が８［ｋＰａ］である場合の半導体チップ５０の熱抵抗値で規格化した。それゆえ、縦軸は、割合［％］として示されている。図６においては、縦軸の数値が大きいほど、冷却部１０の冷却機能が低いことを意味する。横軸は、冷媒通過部２０において発生する圧力損失［ｋＰａ］である。同一の冷却部１０の構造においては、圧力損失［ｋＰａ］が大きいほど、冷媒１８の流速が大きいことを意味する。図６から明らかな様に、本例においては、圧力損失が１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下、特には４ｋＰａ以上１２ｋＰａ以下の範囲で、比較例に比べて熱抵抗率を１０％以上低減することができた。
図７Ａは、第２実施形態におけるＡ‐Ａ'断面図である。本例の冷媒通過部２０は、上方冷媒通過部４２と下方冷媒通過部４４とを有する。上方冷媒通過部４２は、高さ方向２９において下方冷媒通過部４４上に設けられる。かかる点が、第１実施形態との主要な相違点であるが、その他の点においては第１実施形態またはその変形例を組み合わせて適用してもよい。第１実施形態の変形例における（ａ）突起部２２の高さＨ２３、（ｂ）突起部２２の間隔Ｌ２４および（ｃ）突起部２２における前面２５の傾斜角度θのいずれか１つ以上を本例に適用してもよい。
上方冷媒通過部４２は、高さ方向２９において相対的に第２金属配線層３６に近い位置に設けられる。上方冷媒通過部４２は、積層基板３０と熱交換してよく、下方冷媒通過部４４とも熱交換してよい。下方冷媒通過部４４は、上方冷媒通過部４２の下に重ねて設けられる。下方冷媒通過部４４は、上方冷媒通過部４２と熱交換してよい。本例においては、第１実施形態に比べて冷却部１０の冷却効率を向上させることができる。
本例の上方冷媒通過部４２および下方冷媒通過部４４は、各々複数の突起部２２を有する。本例において、上方冷媒通過部４２における複数の突起部２２と、下方冷媒通過部４４における複数の突起部２２とは、高さ方向２９において重ならない。本例では、上方冷媒通過部４２における開口部２６の直下に、下方冷媒通過部４４の突起部２２を配置することができる。これにより、上方冷媒通過部４２において温められた後に天板１２から底板１４に向かう冷媒１８を、下方冷媒通過部４４の各突起部２２の上部において冷却することができる。このように、上方冷媒通過部４２および下方冷媒通過部４４間で効率的な冷却を実現することができる。
なお、本例において、上方冷媒通過部４２の底板１４‐１は下方冷媒通過部４４の天板１２‐２を兼ねるが、上方冷媒通過部４２の底板１４‐１と下方冷媒通過部４４の天板１２‐２とを個別に設けてもよい。また、本例において、上方冷媒通過部４２および下方冷媒通過部４４は独立した２つの流路を構成するが、底板１４‐１に貫通孔を設けることにより、冷媒１８自体を上方冷媒通過部４２および下方冷媒通過部４４間において交換してもよい。
図７Ｂは、第２実施形態の変形例におけるＡ‐Ａ'断面図である。上方冷媒通過部４２における複数の突起部２２の各々と、下方冷媒通過部４４における複数の突起部２２の各々とは、高さ方向２９において重なってよい。本例において、上方冷媒通過部４２の突起部２２と下方冷媒通過部４４の突起部２２とは、高さ方向２９において完全に重なる。つまり、流れ方向２７および幅方向２８における突起部２２の位置は、上方冷媒通過部４２および下方冷媒通過部４４において一致する。ただし、開口付プレート１２０の製造および配置の少なくとも一つに起因する誤差によって、上方冷媒通過部４２の突起部２２と下方冷媒通過部４４の突起部２２とは完全には重ならなくてもよい。つまり、重なりに多少のずれが生じてもよい。本例は、係る点において第２実施形態と異なるが、他の点は第２実施形態と同じであってよい。
本例においては、上方冷媒通過部４２および下方冷媒通過部４４において、同一の開口付プレート１２０を用いて冷却部１０を製造することができる。それゆえ、冷却部１０の部品コストおよび組立コストの面で有利である。なお、本例においても、底板１４‐１に貫通孔を設けることにより、冷媒１８自体を上方冷媒通過部４２および下方冷媒通過部４４間において交換してもよい。
図８は、第３実施形態における冷媒通過部２０の上面図である。図８は、図２の（Ｂ）に対応する。本例において、幅方向２８の端部に位置していない側部２１（つまり、幅方向２８の中央付近に位置する側部２１）は、高さ方向２９において底板１４から天板１２まで延伸して設けられる。これにより、幅方向２８の中央付近に位置する側部２１は、幅方向２８において冷媒通過部２０を複数の独立した領域に分割してよい。本例において、幅方向２８の中央付近に位置する側部２１は、幅方向２８において冷媒通過部２０を冷媒通過部２０‐１、２０‐２および２０‐３の三つの領域に分割する。当該構成により、本例の冷媒１８自体は、冷媒通過部２０内の幅方向２８においてはお互いに交換されなくてよい。
本例の突起部２２も各独立した領域内で幅方向２８において連続である。冷媒通過部２０が側部２１によって幅方向２８において複数の独立した領域に分割されている本例において、突起部２２が幅方向２８において連続するとは、各独立した領域内における突起部２２が幅方向２８において連続であることを意味する。本例においては、第１実施形態と同じ冷媒１８の排水量を有するポンプを使用する場合に、冷却部１０での圧力損失は増えるが、第１実施形態に比べて冷媒通過部２０内における冷媒１８の流速を上げることができる。なお、第１実施形態の変形例における（ａ）突起部２２の高さＨ２３、（ｂ）突起部２２の間隔Ｌ２４および（ｃ）突起部２２における前面２５の傾斜角度θのいずれか１つ以上を本例に適用してもよい。さらに、第１実施形態の変形例に加えてまたはこれとは別に、本例と第２実施形態とを組み合わせてもよい。
図９は、第４実施形態における冷媒通過部２０の上面図である。図９は、図２の（Ｂ）に対応する。本例においては、冷媒通過部２０に設けられる開口部２６の配置が図８の例とは異なる。本例では、冷媒通過部２０‐２の開口部２６が、冷媒通過部２０‐１および２０‐３の開口部２６と比較して、流れ方向２７にずれて設けられる。ずれ量は、開口部２６の流れ方向２７における長さの半分であってよい。本例においても、複数の突起部２２が、幅方向２８において各々連続して設けられる。本例においても、各冷媒通過部２０は、幅方向２８の中央付近に位置する側部２１によって幅方向２８において複数の独立した領域（冷媒通過部２０‐１、２０‐２および２０‐３）に分割されている。
本例の突起部２２も各独立した領域内で幅方向２８において連続である。本例においても、第１実施形態と同じ有利な効果を得ることができる。また、第１実施形態の変形例における（ａ）突起部２２の高さＨ２３、（ｂ）突起部２２の間隔Ｌ２４および（ｃ）突起部２２における前面２５の傾斜角度θのいずれか１つ以上を本例に適用してもよい。さらに、第１実施形態の変形例に加えてまたはこれとは別に、本例と第２実施形態とを組み合わせてもよい。
図１０Ａは、第５実施形態におけるＡ‐Ａ'断面図である。本例における複数の突起部２２は、天板１２の冷媒通過部２０に接する面にも設けられる。天板１２に設けられた複数の突起部２２も幅方向２８において連続であってよい。天板１２に設けられた複数の突起部２２もまた、流れ方向２７において互いに離間してよく、流れ方向２７において２．４ｍｍ間隔で設けられてよい。
天板１２に設けられた複数の突起部２２は、天板１２に設けられた開口付プレート１２０の一部であってよい。また、天板１２に設けられた開口付プレート１２０は、底板１４に設けられた開口付プレート１２０と一体的に構成されてもよい。両者が一体的に構成される場合、個別に構成される場合に比べて、冷却部１０の組立コストの面で有利であってよい。
天板１２に設けられた複数の突起部２２と底板１４に設けられた複数の突起部２２とは、高さ方向２９において互いに重ならなくてよい。本例において、天板１２に設けられた複数の突起部２２の各々は、底板１４に設けられた複数の突起部２２のうち流れ方向２７において隣接する２つの突起部２２の間に設けられる。一例において、天板１２に設けられた複数の突起部２２は、底板１４に設けられた複数の突起部２２に対して流れ方向２７において半ピッチずれて設けられてよい。半ピッチとは、底板１４に設けられた複数の突起部２２のうち流れ方向２７において隣接する２つの突起部２２の距離の半分を意味してよい。
冷媒通過部２０は、天板１２に設けられた複数の突起部２２と底板１４に設けられた複数の突起部２２とが流れ方向２７において重ならない領域を有してよい。ただし、他の例においては、天板１２に設けられた複数の突起部２２と底板１４に設けられた複数の突起部２２とが、流れ方向２７において重なってもよい。いずれにしても、冷媒１８の一部は、底板１４の突起部２２の前面２５および天板１２の突起部２２の前面２５に交互に衝突することにより、天板１２に向かっておよび底板１４に向かって交互に流れてよい。これにより、冷媒１８の流れは、流れ方向２７に対して所定角度だけ高さ方向２９を向いたベクトル成分を有し、かつ、流れ方向２７に対して所定角度だけ高さ方向２９とは逆方向を向いたベクトル成分を有する。
本例においても、冷媒１８全体が流れ方向２７と平行に流れる場合に比べて、より効率的に積層基板３０および半導体チップ５０を冷却することができる。本例においては、第１実施形態に比べて圧力損失が上昇する可能性があるが、第１実施形態に比べて冷媒１８の流速を上げることができる。また、本例においても第１実施形態と同様の構成については、同様の有利な効果を享受することができる。
また、第１実施形態の変形例における（ａ）突起部２２の高さＨ２３、（ｂ）突起部２２の間隔Ｌ２４および（ｃ）突起部２２における前面２５の傾斜角度θのいずれか１つ以上を本例に適用してもよい。さらに、第１実施形態の変形例に加えてまたはこれとは別に、本例と第２実施形態とを組み合わせてもよく、本例と第３実施形態または第４実施形態とを組み合わせてもよい。
図１０Ｂは、第５実施形態の第１変形例におけるＡ‐Ａ'断面図である。本例においては、天板１２に設けられた突起部２２の下端と、底板１４に設けられた突起部２２の上端とが、高さ方向２９において一致する。なお、本例において、天板１２の突起部２２の下端と底板１４の突起部２２の上端とは、冷媒通過部２０の高さ方向２９の中点において一致する。冷媒通過部２０の高さ方向２９の中点を点線により示す。本例の冷媒通過部２０において、冷媒１８は流れ方向２７に直進することができない。係る点が、図１０Ａの例と異なるが、本例においても図１０Ａの例と同じ有利な効果を得ることができる。なお、他の例においては、天板１２の突起部２２の下端と底板１４の突起部２２の上端とが高さ方向２９において一致する位置は、上述の中点よりも天板１２に近くてよく、上述の中点よりも底板１４に近くてもよい。
図１０Ｃは、第５実施形態の第２変形例におけるＡ‐Ａ'断面図である。本例においては、天板１２に設けられた突起部２２と底板１４に設けられた突起部２２とが噛み合うように配置される。つまり、本例においては、天板１２に設けられた突起部２２の下端が、底板１４に設けられた突起部２２の上端よりも下に位置する。言い換えると、底板１４に設けられた突起部２２の上端が、天板１２に設けられた突起部２２の下端よりも上に位置する。なお、点線は図１０Ｂの例と同じ、冷媒通過部２０の高さ方向２９の中点である。本例においても、冷媒１８は冷媒通過部２０内部において、流れ方向２７に直進することができない。係る点が、図１０Ａの例と異なるが、本例においても図１０Ａの例と同じ有利な効果を得ることができる。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又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。その様な変更又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。
１０・・冷却部、１２・・天板、１４・・底板、１６・・側板、１８・・冷媒、２０・・冷媒通過部、２１・・側部、２２・・突起部、２３・・高さＨ、２４・・間隔Ｌ、２５・・前面、２６・・開口部、２７・・流れ方向、２８・・幅方向、２９・・高さ方向、３０・・積層基板、３２・・第１金属配線層、３４・・絶縁物、３６・・第２金属配線層、３８・・熱干渉領域、４２・・上方冷媒通過部、４４・・下方冷媒通過部、５０・・半導体チップ、５２・・ＩＧＢＴ領域、５４・・ＦＷＤ領域、５６・・エッジ終端領域、５８・・制御電極パッド、１００・・半導体モジュール、１２０・・開口付プレート

Claims (14)

  1. 半導体チップと、
    冷媒が通過する冷媒通過部を内部に有する冷却部と、
    前記冷却部よりも前記半導体チップに近い第１金属配線層と、前記半導体チップよりも前記冷却部に近い第２金属配線層と、前記第１金属配線層と前記第２金属配線層との間に設けられた絶縁物とを有する、積層基板と
    を備え、
    前記冷却部は、
    前記積層基板に近接して設けられる天板と、
    前記天板に対向して設けられる底板と、
    前記底板の前記冷媒通過部に接する面上に設けられ、前記冷媒の上流から下流に向かう流れ方向において互いに離間し、前記流れ方向に直交する前記冷媒通過部の幅方向に各々連続して設けられる、複数の突起部と
    を有し、
    前記複数の突起部は、前記流れ方向における前記第２金属配線層の一端と重なる位置と、前記半導体チップと重なる位置とに少なくとも設けられる
    半導体モジュール。
  2. 前記第２金属配線層は、前記天板上に設けられ、
    前記絶縁物は、前記第２金属配線層の上方に設けられ、
    前記第１金属配線層は、前記絶縁物の上方に設けられ、
    前記半導体チップは、前記第１金属配線層上に設けられる、
    請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. 前記複数の突起部のうち２つの突起部において、前記下流に近い位置に設けられた突起部の高さは、前記上流に近い位置に設けられた突起部の高さよりも高い
    請求項１または２に記載の半導体モジュール。
  4. 前記複数の突起部のうち前記下流に近い位置に設けられた２つの突起部の間隔は、前記複数の突起部のうち前記上流に近い位置に設けられた２つの突起部の間隔よりも狭い
    請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  5. 前記複数の突起部は、前記上流からの前記冷媒の流れに面する前面を各々有し、
    前記複数の突起部のうち２つの突起部において、前記下流に近い位置に設けられた突起部における前記前面の前記底板に対する傾斜角度は、前記上流に近い位置に設けられた突起部における前記前面の前記底板に対する傾斜角度よりも大きい
    請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  6. 前記冷却部は、
    前記底板から前記天板に向かう高さ方向において相対的に前記第２金属配線層に近い位置に設けられ、前記複数の突起部を有する上方冷媒通過部と、
    前記高さ方向において前記上方冷媒通過部の下に重ねて設けられ、前記複数の突起部を有する下方冷媒通過部と
    を有する
    請求項１または２に記載の半導体モジュール。
  7. 前記上方冷媒通過部における前記複数の突起部と、前記下方冷媒通過部における前記複数の突起部とは、前記高さ方向において重ならない
    請求項６に記載の半導体モジュール。
  8. 前記上方冷媒通過部における前記複数の突起部の各々と、前記下方冷媒通過部における前記複数の突起部の各々とが、前記高さ方向において重なる
    請求項６に記載の半導体モジュール。
  9. 前記上方冷媒通過部は、前記積層基板と熱交換し、
    前記上方冷媒通過部は、前記下方冷媒通過部と熱交換する、
    請求項６から８のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  10. （ａ）前記上方冷媒通過部における前記複数の突起部のうち２つの突起部において、前記下流に近い位置に設けられた突起部の高さは、前記上流に近い位置に設けられた突起部の高さよりも高い、
    （ｂ）前記上方冷媒通過部における前記複数の突起部のうち前記下流に近い位置に設けられた２つの突起部の間隔は、前記上方冷媒通過部における前記複数の突起部のうち前記上流に近い位置に設けられた２つの突起部の間隔よりも狭い、および
    （ｃ）前記複数の突起部は前記上流からの前記冷媒の流れに面する前面を各々有し、前記上方冷媒通過部における前記複数の突起部のうち２つの突起部において、前記下流に近い位置に設けられた突起部における前記前面の前記底板に対する傾斜角度は、前記上流に近い位置に設けられた突起部における前記前面の前記底板に対する傾斜角度よりも大きい、
    のいずれか１つ以上を満たす
    請求項６から９のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  11. 前記半導体チップは、ストライプ状に設けられたＩＧＢＴ領域およびＦＷＤ領域を有するＲＣ‐ＩＧＢＴ半導体チップであり、
    前記幅方向における前記複数の突起部の延伸方向は、前記ＩＧＢＴ領域および前記ＦＷＤ領域の長手方向に平行である
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  12. 前記流れ方向において前記半導体チップとは異なる位置に、追加の半導体チップをさらに有し、
    前記複数の突起部の少なくとも１つは、前記半導体チップと前記追加の半導体チップとの間にも設けられる
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  13. 前記冷却部において、前記天板および前記底板は、前記底板から前記天板に向かう高さ方向において前記天板と前記底板との間に設けられた側板を介して一体化されている
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
  14. 前記第１金属配線層および前記第２金属配線層の厚みは０．６ｍｍ以上である
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
JP2018557590A 2016-12-20 2017-11-01 半導体モジュール Active JP6645590B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016246597 2016-12-20
JP2016246597 2016-12-20
PCT/JP2017/039642 WO2018116653A1 (ja) 2016-12-20 2017-11-01 半導体モジュール

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018116653A1 JPWO2018116653A1 (ja) 2019-04-04
JP6645590B2 true JP6645590B2 (ja) 2020-02-14

Family

ID=62626211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018557590A Active JP6645590B2 (ja) 2016-12-20 2017-11-01 半導体モジュール

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10756001B2 (ja)
EP (1) EP3454367B1 (ja)
JP (1) JP6645590B2 (ja)
CN (1) CN109219880B (ja)
WO (1) WO2018116653A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021005650A1 (ja) * 2019-07-05 2021-01-14 三菱電機株式会社 サーボアンプ
JP7459539B2 (ja) 2020-02-07 2024-04-02 富士電機株式会社 半導体装置
DE112021002109T5 (de) * 2020-03-31 2023-03-09 Marelli Corporation Kühlvorrichtung
JP6984778B1 (ja) * 2021-05-20 2021-12-22 富士電機株式会社 冷却装置および冷却装置を備える半導体装置
JP2023023518A (ja) * 2021-08-05 2023-02-16 日本電産株式会社 液冷ジャケット、および冷却装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3982180B2 (ja) * 2000-02-16 2007-09-26 株式会社日立製作所 電力変換装置
US6414867B2 (en) * 2000-02-16 2002-07-02 Hitachi, Ltd. Power inverter
JP2002141164A (ja) * 2000-10-31 2002-05-17 Miyaden Co Ltd 大電力高周波誘導加熱用トランジスタインバータ装置
JP2003188326A (ja) * 2001-12-20 2003-07-04 Hitachi Ltd 冷却装置付電気機器
JP4789813B2 (ja) 2007-01-11 2011-10-12 トヨタ自動車株式会社 半導体素子の冷却構造
JP4777264B2 (ja) * 2007-01-11 2011-09-21 株式会社ティラド フィンタイプ液冷ヒートシンク
JP4920071B2 (ja) * 2009-11-12 2012-04-18 株式会社日本自動車部品総合研究所 半導体素子の冷却装置
JP5423811B2 (ja) * 2010-01-08 2014-02-19 トヨタ自動車株式会社 半導体モジュール
WO2013054615A1 (ja) * 2011-10-12 2013-04-18 富士電機株式会社 半導体モジュール用冷却器及び半導体モジュール
JP2013165097A (ja) * 2012-02-09 2013-08-22 Nissan Motor Co Ltd 半導体冷却装置
JP2013197483A (ja) * 2012-03-22 2013-09-30 Ihi Corp 冷却装置
JP6026808B2 (ja) 2012-08-03 2016-11-16 株式会社ティラド 積層型ヒートシンクのコア
WO2014045766A1 (ja) * 2012-09-19 2014-03-27 富士電機株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP6262422B2 (ja) * 2012-10-02 2018-01-17 昭和電工株式会社 冷却装置および半導体装置
US10037348B2 (en) * 2013-04-08 2018-07-31 Nuodb, Inc. Database management system with database hibernation and bursting
KR101827186B1 (ko) * 2013-09-04 2018-02-07 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 반도체 모듈 및 인버터 장치
JP2015073012A (ja) * 2013-10-03 2015-04-16 富士電機株式会社 半導体装置
JP6164304B2 (ja) * 2013-11-28 2017-07-19 富士電機株式会社 半導体モジュール用冷却器の製造方法、半導体モジュール用冷却器、半導体モジュール及び電気駆動車両
US11003227B2 (en) 2015-06-03 2021-05-11 Mitsubishi Electric Corporation Liquid-type cooling apparatus and manufacturing method for heat radiation fin in liquid-type cooling apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2018116653A1 (ja) 2019-04-04
EP3454367B1 (en) 2021-08-25
WO2018116653A1 (ja) 2018-06-28
CN109219880A (zh) 2019-01-15
EP3454367A4 (en) 2019-07-17
US10756001B2 (en) 2020-08-25
EP3454367A1 (en) 2019-03-13
CN109219880B (zh) 2022-06-14
US20190148265A1 (en) 2019-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6645590B2 (ja) 半導体モジュール
JP6604926B2 (ja) 半導体モジュール
JP7039917B2 (ja) 冷却器
US20140185242A1 (en) Power semiconductor module
TWI676255B (zh) 半導體裝置
JP7040032B2 (ja) 半導体装置
KR20190095144A (ko) 반도체 장치
US8916960B2 (en) Semiconductor unit
JP6888742B2 (ja) 半導体装置
WO2022059272A1 (ja) 半導体装置
US9953902B2 (en) Semiconductor device including semiconductor chips electrically connected via a metal plate
JP7491043B2 (ja) 半導体モジュール
JP7413720B2 (ja) 半導体モジュール
US20200286877A1 (en) Semiconductor device
JP7186645B2 (ja) 半導体装置
JP6540587B2 (ja) パワーモジュール
US11990391B2 (en) Semiconductor device
US20240030211A1 (en) Semiconductor module
US20180233464A1 (en) Semiconductor module
US20230345637A1 (en) Semiconductor device
KR101897304B1 (ko) 파워 모듈
JP7035868B2 (ja) 半導体装置
JP7159609B2 (ja) 半導体装置
CN116613156A (zh) 一种碳化硅功率模块的封装结构
JP2021193732A (ja) 供給線路用の接続舌片を備えたモジュール

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181127

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181217

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191210

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191223

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6645590

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250