WO2021186891A1 - 半導体モジュール - Google Patents

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WO2021186891A1
WO2021186891A1 PCT/JP2021/002072 JP2021002072W WO2021186891A1 WO 2021186891 A1 WO2021186891 A1 WO 2021186891A1 JP 2021002072 W JP2021002072 W JP 2021002072W WO 2021186891 A1 WO2021186891 A1 WO 2021186891A1
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semiconductor module
top plate
fin
pin
module according
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PCT/JP2021/002072
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義博 立石
竜彦 浅井
貴裕 小山
広道 郷原
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富士電機株式会社
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Publication date
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    • H05K7/20254—Cold plates transferring heat from heat source to coolant
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor module.
  • Patent Document 1 a semiconductor module including a cooling device including cooling fins is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the semiconductor module includes a cooling device, and the cooling device is provided on the top plate, the side wall connected to the top plate, and the side wall facing the top plate.
  • the flow path is located at the inlet of the refrigerant whose center of the flow path is located close to a part of one long side of the fin region in a visual view, and at a position close to a part of the other long side of the fin region in a plan view.
  • the matrix direction of multiple pin fins is at an angle to the straight line connecting the inlet and outlet positions, and the length of the line segment that crosses the fin region of the straight line is Provided are semiconductor modules that are longer than the length of the short side of the fin region.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of a semiconductor module 100 according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic perspective view showing an example of a cooling device 10 of the semiconductor module 100.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the semiconductor module 100 according to one embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cooling device in the semiconductor module 100 according to one embodiment of the present invention. It is a figure which shows an example of the arrangement of the fin region 95 of 10 and the semiconductor device 70, the shape of pin fin 94, and the flow direction of a refrigerant.
  • FIG. 3 shows a state in which both the semiconductor chip 78 of the U-phase assembly 70U in the semiconductor module 100 shown in FIG.
  • FIG. 4 the U-phase assembly 70U, the V-phase assembly 70V, and the W-phase assembly 70W shown in FIG. 1 are shown by broken lines.
  • the area [A] shown by the broken line in FIG. 3 is an enlarged area shown in FIG. 12, which will be described later.
  • the semiconductor module 100 includes a cooling device 10.
  • a semiconductor device 70 is mounted on the cooling device 10 of this example.
  • the plane of the cooling device 10 on which the semiconductor device 70 is mounted is defined as the xy plane, and the axis perpendicular to the xy plane is defined as the z axis.
  • the xyz axis is a right-handed system.
  • the direction from the cooling device 10 to the semiconductor device 70 in the z-axis direction is referred to as an upward direction, and the opposite direction is referred to as a downward direction, but the upward and downward directions are not limited to the gravity direction.
  • the upper surface is referred to as an upper surface
  • the lower surface is referred to as a lower surface
  • the surface between the upper surface and the lower surface is referred to as a side surface.
  • the plan view means the case where the semiconductor module 100 is viewed from the positive direction of the z-axis.
  • the semiconductor device 70 includes a semiconductor chip 78 and a circuit board 76 on which the semiconductor chip 78 is mounted.
  • the semiconductor device 70 of this example may include three circuit boards 76, and two semiconductor chips 78 may be mounted on each circuit board 76.
  • the semiconductor device 70 of this example is a power semiconductor device, which is a U-phase assembly 70U including a circuit board 76, a semiconductor chip 78-1, and a semiconductor chip 78-4, a circuit board 76, a semiconductor chip 78-2, and a semiconductor chip. It may have a V-phase assembly 70V including 78-5 and a W-phase assembly 70W including a circuit board 76 and a semiconductor chip 78-3 and a semiconductor chip 78-6.
  • the semiconductor module 100 of this example may function as a device constituting a three-phase AC inverter.
  • the semiconductor chips 78 of the U-phase assembly 70U, the V-phase assembly 70V, and the W-phase assembly 70W serve as heat sources that generate heat when the semiconductor module 100 operates.
  • the semiconductor chip 78 is a vertical semiconductor element and has an upper surface electrode and a lower surface electrode.
  • the semiconductor chip 78 includes elements such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a MOS field effect transistor (MOSFET), and a freewheeling diode (FWD) formed on a semiconductor substrate such as silicon.
  • the semiconductor chip 78 may be a reverse conductive IGBT (RC-IGBT) in which the IGBT and the FWD are formed on one semiconductor substrate. In the RC-IGBT, the IGBT and the FWD may be connected in anti-parallel.
  • the bottom electrode of the semiconductor chip 78 is connected to the top surface of the circuit board 76.
  • the top electrode of the semiconductor chip 78 may be an emitter, source or anode electrode, and the bottom electrode may be a collector, drain or cathode electrode.
  • the semiconductor substrate in the semiconductor chip 78 may be silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN).
  • the semiconductor chip 78 including switching elements such as IGBTs and MOSFETs has control electrodes.
  • the semiconductor module 100 may have a control terminal connected to a control electrode of the semiconductor chip 78.
  • the switching element can be controlled by an external control circuit via a control terminal.
  • the circuit board 76 is a laminated board including an insulating plate having an upper surface and a lower surface, a circuit layer provided on the upper surface of the insulating plate, and a metal layer provided on the lower surface in order.
  • the circuit board 76 has an upper surface and a lower surface, and the lower surface is arranged on the upper surface of the cooling device 10.
  • the circuit board 76 is fixed to the upper surface of the cooling device 10 by solder or the like via a metal layer.
  • two semiconductor chips 78 are fixed to the upper surface side of the circuit board 76 via a circuit layer.
  • the circuit board 76 may be, for example, a DCB (Direct Copper Bonding) board or an AMB (Active Metal Brazing) board.
  • the insulating plate may be formed by using a ceramic material such as alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (Al N), and silicon nitride (Si 3 N 4).
  • the circuit layer and the metal layer may be a plate material containing a conductive material such as copper or a copper alloy.
  • the circuit layer is fixed to the upper surface side of the insulating plate by solder, brazing, or the like.
  • the semiconductor chip 78 is electrically and mechanically connected to the upper surface of the circuit layer by solder or the like, that is, is directly connected to the electric circuit.
  • the semiconductor chip 78 and the circuit layer may be electrically connected to other conductive members such as main terminals by wires or the like.
  • the cooling device 10 has a base plate 40 and a bottom plate 64.
  • the base plate 40 includes a top plate 20 on which the semiconductor device 70 is mounted, a side wall 36 connected to the top plate 20, and a plurality of pin fins 94 connected to the top plate 20.
  • One end of the plurality of pin fins 94 is connected to a rectangular fin region 95 on the surface of the top plate 20 facing the bottom plate 64, which is separated from the side wall 36.
  • the plurality of pin fins 94 are arranged apart in a matrix in a plan view.
  • the top plate 20 is a plate-shaped member having a main surface extending in an xy plane.
  • the top plate 20 of this example is a substantially rectangular shape having a long side and a short side in a plan view. Further, in the top plate 20 of this example, the short side is parallel to the x-axis and the long side is parallel to the y-axis.
  • the top plate 20 includes a fastening portion 21 for fastening to an external device on which the semiconductor module 100 is mounted.
  • the fastening portion 21 is located outside the side wall 36 connected to the top plate 20 in a plan view, and has a through hole 80 into which a bolt or the like of an external device is inserted.
  • the fastening portion 21 of this example has a total of four through holes 80, one at each of the four corners of the substantially rectangular top plate 20.
  • the side wall 36 has a substantially constant thickness and constitutes the side surface of the cooling device 10.
  • the side wall 36 of this example has a substantially rectangular contour having a long side and a short side in the xy plane. Since the side wall 36 constitutes the side surface of the cooling device 10, the short side of the contour of the side wall 36 is parallel to the x-axis and the long side is parallel to the y-axis in a plan view. Further, the side wall 36 of this example is located inside the fastening portion 21 of the top plate 20 in a plan view, and extends from the top plate 20 in the negative direction on the z-axis.
  • a plurality of pin fins 94 are provided in the fin region 95.
  • the arrangement of the pin fins 94 defines the flow path of the refrigerant.
  • Each pin fin 94 has a substantially rhombic cross-sectional shape in the xy plane.
  • one or more pin fins 94 may be simply referred to as pin fins 94.
  • the pin fin 94 extends from the top plate 20 in the negative direction on the z-axis.
  • the pin fin 94 is located inside the side wall 36 in a plan view and is surrounded by the side wall 36.
  • the plurality of pin fins 94 may be provided at equal intervals in the fin region. The distance between the pin fins may be, for example, 0.6 mm or more and 2.0 mm or less.
  • the fin region 95 which is the region where the pin fins 94 are provided, is indicated by dots.
  • the fin region 95 may be rectangular in plan view, its short side may be parallel to the x-axis, and its long side may be parallel to the y-axis.
  • the top plate 20, the side wall 36, and the pin fins 94 are integrally formed.
  • the top plate 20, the side wall 36, and the pin fin 94 may be integrally formed from one continuous plate member.
  • the top plate 20, the side wall 36, and the pin fins 94 are integrated by punching a continuous plate member using a die corresponding to the shapes of the top plate 20, the side wall 36, and the pin fins 94. May be formed as a target.
  • the top plate 20, the side wall 36, and the pin fin 94 may be integrally formed by molding by casting.
  • the number of parts can be reduced as compared with the form in which the separately formed ones are fixed to each other.
  • the bottom plate 64 is a plate-shaped member.
  • the bottom plate 64 of this example is a substantially rectangular shape having a long side and a short side in a plan view. Further, in the bottom plate 64 of this example, the short side is parallel to the x-axis and the long side is parallel to the y-axis direction.
  • the bottom plate 64 constitutes the bottom surface of the refrigerant flow unit 92.
  • the bottom plate 64 is connected to the side wall 36 and faces the top plate 20.
  • the top plate 20, the side wall 36, and the bottom plate 64 define a refrigerant flow section 92 for flowing the refrigerant.
  • the side wall 36 is arranged so as to surround the refrigerant flow portion 92 on the xy surface, and the top plate 20 and the bottom plate 64 are arranged so as to face each other with the refrigerant flow portion 92 interposed therebetween in the z-axis direction. Therefore, the contour of the refrigerant flow section 92 in the xy plane is defined by the inner circumference of the side wall 36, and the refrigerant flow section 92 has a substantially rectangular shape having a long side and a short side in the xy plane.
  • the bottom plate 64 of this example is formed with an inlet 41 which is a through hole for introducing the refrigerant into the refrigerant flow section 92 and an outlet 42 which is a through hole for leading out the refrigerant from the refrigerant flow section 92. ing.
  • the inlet 41 and the outlet 42 may not be provided on the bottom plate 64.
  • the inlet 41 and the outlet 42 may be provided on the side wall 36 of the base plate 40.
  • the bottom plate 64 of this example may have a stepped portion 65 for determining a position where the side wall 36 is fixed on the side facing the top plate 20.
  • the contour of the step portion 65 of this example is smaller than the contour of the bottom plate 64, and may be a substantially rectangular shape having a long side and a short side like the bottom plate 64. Further, in the step portion 65 of this example, the short side may be parallel to the x-axis and the long side may be parallel to the y-axis direction.
  • the bottom plate 64 may have any other step that can determine the position where the side wall 36 is fixed, instead of the step portion 65 shown in FIGS. 2 to 4 and the like. Further, the bottom plate 64 does not have to have the step portion 65.
  • a pipe communicating with an external refrigerant supply source can be connected to each of the inlet 41 and the outlet 42, in other words, the cooling device 10 can be connected to the external refrigerant supply source by two pipes. Therefore, the cooling device 10 can carry the refrigerant from one pipe through the inlet 41, and the refrigerant can be circulated inside the refrigerant flow section 92 and then carried out to the other pipe through the outlet 42.
  • the bottom plate 64 and the refrigerant supply source may be connected via a sealant arranged around the inlet 41 and the outlet 42.
  • the inlet 41 and the outlet 42 are located on one side of the cooling device 10 and on the other side opposite to one side in the x-axis direction, and on one side and one side of the cooling device 10 in the y-axis direction. Located on opposite sides, respectively. That is, the inlet 41 and the outlet 42 are located at both ends of the refrigerant flow section 92 facing each other in the diagonal direction of the refrigerant flow section 92 having a substantially rectangular shape in the xy plane. In plan view, the inlet 41 and the outlet 42 may be provided in the first header 30-1 and the second header 30-2, respectively. The inlet 41 and the outlet 42 may be provided at positions Pi and Po outside the fin region 95, respectively.
  • the outlet 42 may be provided on the opposite side of the fin region 95 with respect to the inlet 41 in the direction of the long side of the fin region.
  • the length L1 of the line segment crossing the fin region 95 of the straight line IO connecting the position Pi and the position Po is longer than the length L2 of the short side 93 of the fin region 95.
  • the straight line IO may have an angle of 30 ° or more and 60 ° or less, preferably substantially 45 °, with respect to the short side direction of the fin region 95.
  • the inlet 41 and outlet 42 may have circular, rounded rectangular or oval openings in plan view.
  • the positions Pi and Po are defined by the centers of the openings at the inlet 41 and the outlet 42, respectively.
  • the center of the flow path of the inlet 41 is arranged at a position Pi close to a part of one long side 96 of the fin region 95 in a plan view.
  • the center of the flow path of the outlet 42 is arranged at a position Po close to a part of the other long side 96 of the fin region 95 in a plan view.
  • the semiconductor chip 78 is, for example, rectangular in a plan view, and is arranged so as to overlap a part of the fin region 95 in a plan view so that the longitudinal direction of the semiconductor chip 78 coincides with the lateral direction of the fin region 95. Has been done.
  • the top plate 20 has an upper surface (front surface) 22 and a lower surface (back surface) 24 parallel to the xy surface.
  • the top plate 20 is made of metal as an example, and is made of a metal containing aluminum as a more specific example.
  • a plating layer such as nickel may be formed on the surface of the top plate 20.
  • the semiconductor device 70 is placed on the upper surface 22 of the top plate 20.
  • the circuit board 76 of the semiconductor device 70 may be directly fixed to the upper surface 22 of the top plate 20 by solder or the like.
  • the heat generated in each semiconductor chip 78 is transferred to the top plate 20.
  • the top plate 20, the circuit board 76, and the semiconductor chip 78 are arranged in this order in the positive direction of the z-axis.
  • the top plate 20 and the circuit board 76, and the circuit board 76 and the semiconductor chip 78 may be thermally connected. When the members are fixed with solder, they are thermally connected via the solder.
  • the semiconductor device 70 may additionally have an accommodating portion 72.
  • the accommodating portion 72 is a frame formed of an insulating material such as a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin, and is provided on the upper surface 22 of the top plate 20 so as to surround the region where the circuit board 76 or the like is arranged. good.
  • the accommodating portion 72 may be adhered to the upper surface 22 of the top plate 20.
  • the accommodating portion 72 defines an internal space that can accommodate the semiconductor chip 78, the circuit board 76, and other circuit elements.
  • the accommodating portion 72 may accommodate each component including the circuit board 76 and the semiconductor chip 78 of the semiconductor device 70 in the internal space.
  • the internal space of the accommodating portion 72 may be filled with a sealing portion 74 that seals the semiconductor chip 78, the circuit board 76, and other circuit elements.
  • the sealing portion 74 is an insulating member containing a resin such as a silicone gel or an epoxy resin. In FIG. 1, for the purpose of simplifying the description, the housing portion 72 and the sealing portion 74 are not
  • the refrigerant distribution unit 92 is arranged on the lower surface 24 side of the top plate 20. As shown in FIG. 4, the refrigerant flow section 92 is a substantially rectangular shape having a long side 96 and a short side 93 in a cross section parallel to the main surface of the top plate 20.
  • Refrigerants such as LLC (Long Life Coolant; antifreeze) and water are distributed to the refrigerant distribution unit 92.
  • the refrigerant is introduced from the inlet 41 communicating with one side in the direction of the short side 93 and is led out from the outlet 42 communicating with the other side in the direction of the short side 93.
  • the refrigerant contacts the lower surface 24 of the top plate 20 on which the circuit board 76 is arranged and the pin fins 94, and cools the semiconductor device 70.
  • the refrigerant flow section 92 may be a closed space in contact with each of the top plate 20, the side wall 36, and the bottom plate 64.
  • the bottom plate 64 is arranged in close contact with the lower end of the side wall 36 in the negative direction of the z-axis directly or indirectly, and the refrigerant flow portion 92 is sealed by the top plate 20, the side wall 36, and the bottom plate 64.
  • Indirect adhesion means the lower end of the side wall 36 via a sealing material, an adhesive, a brazing material, or a fixing agent 98 which is another member provided between the lower end of the side wall 36 and the bottom plate 64.
  • the bottom plate 64 are in close contact with each other.
  • Adhesion refers to a state in which the refrigerant inside the refrigerant flow unit 92 does not leak from the intimate portion.
  • the lower end of the side wall 36 and the bottom plate 64 are preferably brazed.
  • the base plate 40 and the bottom plate 64 may be made of a metal having the same composition, and the brazing material may be made of a metal having a melting point lower than that of the base plate 40 or the like, for example, a metal containing aluminum.
  • the pin fin 94 is arranged in the fin region 95 in the refrigerant flow section 92, and extends between the top plate 20 and the bottom plate 64.
  • the pin fins 94 of this example extend in the z-axis direction so that the axes of the fins and the main surfaces of the top plate 20 and the bottom plate 64 are substantially orthogonal to each other.
  • the pin fins 94 of this example are arranged in a grid pattern on the xy plane, and extend in the z-axis direction so as to be substantially orthogonal to the main planes of the top plate 20 and the bottom plate 64.
  • the pin fin 94 is a quadrangle such as a rhombus, a square, a rectangle, or a polygon such as a hexagon in the cross section of the xy plane.
  • the pin fin 94 of this example may be substantially rhombic in cross section of the xy plane.
  • Each pin fin 94 may have an angle of 90 °.
  • the lengths of the pair of diagonal lines of the rhombus may be the same or different from each other.
  • the plurality of pin fins 94 are provided at equal intervals and one side of each is parallel to the mainstream direction MS.
  • the mainstream direction MS is a direction that forms an angle greater than ⁇ 45 ° and less than 45 ° with respect to the straight line IO.
  • the matrix directions of the plurality of pin fins 94 are arranged so as to form an angle with respect to the straight line IO.
  • One side of each of the plurality of pin fins 94 parallel to the matrix direction of the plurality of pin fins 94 is ⁇ 40 ° or more and ⁇ 20 ° or less or 10 ° or more and 40 ° or less with respect to the straight line IO.
  • FIG. 5 to 7 are diagrams showing an example of arrangement of the fin region 95, the inlet 41, the outlet 42, and the pin fin 94 in the cooling device 10.
  • the plurality of pin fins 94 are arranged so that the mainstream direction MS forms an angle ⁇ 1 of about 35 ° with the straight line IO.
  • the plurality of pin fins 94 are arranged so that the mainstream direction MS forms an angle ⁇ 1 of about ⁇ 35 ° with the straight line IO.
  • the plurality of pin fins 94 are arranged so that the mainstream direction MS forms an angle of 0 ° with the straight line IO.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the angle ⁇ 1 (degree) formed by the straight line IO connecting the centers of the inlet 41 and the outlet 42 and the mainstream direction MS of the refrigerant and the flow velocity of the refrigerant.
  • the flow velocity of the refrigerant is the minimum value of the flow velocity directly below the six semiconductor chips 78 arranged in the y-axis direction as shown in FIG.
  • the flow velocity of the refrigerant was obtained by thermo-fluid simulation.
  • the mainstream direction MS is -40 ° or more and -20 ° or less or 10 ° or more and 40 ° or less
  • the minimum flow velocity of the refrigerant is improved as compared with the case where the mainstream direction MS is 0 °.
  • the mainstream direction MS is ⁇ 40 ° or more and ⁇ 30 ° or less or 30 ° or more and 40 ° or less, the minimum flow velocity of the refrigerant is further improved.
  • the thermal performance is compared with the case where the mainstream direction MS is 0 °. It was clarified that the pressure loss was also reduced.
  • FIG. 9 is a diagram showing a modified example of the arrangement of the fin region 95, the inlet 41, the outlet 42, and the pin fin 94 in the cooling device 10.
  • Each of the plurality of diamond-shaped pin fins 94 may have diagonal lines of different lengths and angles greater than 60 ° and less than 90 ° on the xy plane.
  • FIG. 10 shows a diamond-shaped pin fin 94 having an angle ⁇ of 90 ° on the xy plane.
  • the plurality of pin fins 94 are provided so as to be equidistant from each other at an interval g and their sides to be parallel to the mainstream direction MS.
  • the pin fins 94 are arranged on a regular grid in the xy plane. At this time, the diagonal line of the pin fin 94 is parallel to the arrangement direction AD.
  • FIG. 11 shows a rhombic pin fin 94 having an angle ⁇ greater than 60 ° and less than 90 ° on the xy plane.
  • the plurality of pin fins 94 are provided so as to be equidistant from each other at an interval g and their sides to be parallel to the mainstream direction MS.
  • the pin fins 94 are arranged on an oblique grid in the xy plane. At this time, the diagonal line of the pin fin 94 is parallel to the arrangement direction AD.
  • the distance g between the pin fins 94 is, for example, 0.6 mm or more and 2.0 mm or less, preferably 0.9 mm or more and 1.5 mm or less.
  • the pin fin 94 may be manufactured by cutting, and the corner of the cut side surface may be left as it is, or the corner of the pin fin 94 may be chamfered.
  • the R dimension for chamfering is, for example, 0.5 mm or less.
  • the cross-sectional area of the pin fin 94 on the xy plane is, for example, 1 mm 2 or more and 9 mm 2 or less. If the pin fin 94 is square in a plan view, the length of one side of the pin fin 94 is about 1 mm to 3 mm.
  • the height of the pin fin 94 is, for example, 4 mm or more and 6 mm or less.
  • the pin fin 94 has an upper end and a lower end facing each other in the z-axis direction, and the upper end is thermally and mechanically connected to the lower surface 24 of the top plate 20 toward the refrigerant flow portion 92 from the lower surface 24 of the top plate 20. It is postponed.
  • the pin fin 94 is integrally formed with the top plate 20
  • the upper end of the pin fin 94 integrally protrudes from the lower surface 24 of the top plate 20 and extends from the lower surface 24 of the top plate 20 toward the refrigerant flow portion 92. do.
  • the lower end of the pin fin 94 of this example is fixed to the bottom plate 64 by the fixing agent 98.
  • the lower end of the pin fin 94 may be separated from the bottom plate 64.
  • each semiconductor chip 78 is cooled.
  • the fin region 95 of the refrigerant flow unit 92 is a rectangle that is longer in the direction of the long side 96 than in the direction of the short side 93 in a plan view.
  • a larger number of pin fins 94 may be arranged in the unit length in the direction of the long side 96 of the refrigerant flow unit 92 than in the direction of the short side 93.
  • the ratio of the number of pin fins 94 arranged in the direction of the long side 96 of the refrigerant flow section 92 to the number of pin fins 94 arranged in the direction of the short side 93 of the refrigerant flow section 92 is It may be in a predetermined range.
  • the fin region 95 includes a region where the pin fins 94 are provided and a flow path between the pin fins 94. Further, as shown in the figure, in the fin region 95 of this example, the pin fins 94 are squarely arranged, but instead of this, they may be arranged in a staggered manner. The distance between adjacent pin fins 94 may be narrower than the width of the pin fins 94 themselves. As shown in FIG. 4, the U-phase assembly 70U, the V-phase assembly 70V, and the W-phase assembly 70W of this example are all arranged inside the fin region 95, but a part of them is outside the fin region 95. It may be arranged.
  • the refrigerant flow unit 92 includes a first header 30-1 and a second header 30-2 arranged so as to sandwich the fin region 95 in a plan view.
  • the header 30 refers to a space having a height equal to or higher than a predetermined height (length in the z-axis direction) in the refrigerant flow unit 92.
  • the predetermined height may be the distance between the top plate 20 and the bottom plate 64.
  • the first header 30-1 is provided on one side of the fin region 95 in the direction of the short side 93, communicates with the inlet 41 arranged at the position Pi, and extends in the direction of the long side 96.
  • the second header 30-2 is provided on the other side of the fin region 95 in the direction of the short side 93, communicates with the outlet 42 arranged at the position Po, and extends in the direction of the long side 96.
  • the direction in which the first header 30-1 and the second header 30-2 extend may be parallel to the direction of the long side 96 of the fin region 95.
  • the first header 30-1 is an example of one communication area
  • the second header 30-2 is an example of another communication area.
  • a step ST may be formed by the plurality of pin fins 94 along the outer edge of the fin region 95.
  • the flow of the refrigerant can be adjusted by the step ST, and the distribution of the refrigerant flow velocity in the long side direction (y-axis direction) of the fin region can be improved.
  • a plurality of step STs may be provided along the outer edge of the fin region 95, and the lengths of adjacent step STs may be the same or different.
  • the main flow direction of the refrigerant flowing in the refrigerant flow section 92 having a substantially rectangular cross section in the xy plane is determined. It is in the direction of the short side 93 of a substantially rectangular shape, and the cross-sectional shape of the pin fin 94 arranged in the refrigerant flow section 92 in the xy plane has a rhombus shape.
  • the semiconductor module 100 of the present embodiment the flow velocity loss of the refrigerant flowing in the refrigerant flow section 92 is reduced while uniformly cooling the plurality of heat sources of the semiconductor device 70 that generates heat during the operation of the semiconductor module 100. It can be made smaller to improve heat dissipation efficiency.
  • the inlet 41 and the outlet 42 in the cooling device 10 are located at both ends of the refrigerant flow section 92 facing each other in the diagonal direction of the refrigerant flow section 92 having a substantially rectangular shape in the xy plane. do.
  • more pin fins 94 are arranged in the direction of the long side 96 of the refrigerant flow section 92 than in the direction of the short side 93, and are longer in the direction of the long side 96 than in the direction of the short side 93. It has a substantially rectangular shape.
  • the refrigerant flow unit 92 includes a first header 30-1 and a second header 30-2 arranged so as to sandwich the fin region 95 in a plan view, and the first header 30-1 is from the fin region 95. Is located on one side in the direction of the short side 93, communicates with the inlet 41, and extends in the direction of the long side 96.
  • the second header 30-2 is located on the other side of the fin region 95 in the direction of the short side 93, communicates with the outlet 42, and extends in the direction of the long side 96.
  • the refrigerant flowing into the refrigerant flow section 92 from the inlet 41 collides with the pin fins 94 of the fin region 95 and enters the first header 30-1. While diffusing in, the refrigerant flows toward the outlet 42 located opposite the inlet 41 in the diagonal direction of the refrigerant flow section 92, and is discharged from the outlet 42.
  • FIG. 12 is a partially enlarged view of the region A in FIG. However, FIG. 12 illustrates a state in which the region A in FIG. 3 is rotated by 180 degrees.
  • the thickness of the fastening portion 21 of the top plate 20 in the z-axis direction is indicated by T1
  • the thickness of the top plate 20 in the fin region 95 in the z-axis direction is indicated by T2
  • the thickness of the side wall 36 in the x-axis direction Is indicated by T3
  • the thickness of the bottom plate 64 in the z-axis direction is indicated by T4.
  • the thickness T1 of the fastening portion 21 may be thicker than the thickness T2 of the fin region 95 on the top plate 20.
  • the thickness of the fin region 95 in the top plate 20 heat from the semiconductor device 70 arranged on the upper surface 22 of the top plate 20 can be efficiently transferred to the refrigerant flowing in the refrigerant flow section 92.
  • the strength of the fastening portion 21 it is possible to prevent the fastening portion 21 from being damaged by the strong fastening force that can be applied when the semiconductor module 100 is firmly fastened to an external device with a bolt or the like. ..
  • the thickness T3 of the side wall 36 may be thicker than the thickness T2 of the fin region 95 on the top plate 20.
  • the thickness T4 of the bottom plate 64 may be thicker than any of the thickness T2 of the top plate 20 at least in the fin region 95 and the thickness T3 of the side wall 36, and further, from the thickness T1 of the fastening portion 21 of the top plate 20. May be thick.
  • the inlet 41 and the outlet 42 are each formed on the bottom plate 64. By forming the inlet 41 and the outlet 42, which are through holes, in the bottom plate 64 having the largest thickness, the strength of the cooling device 10 can be improved and the processing of the cooling device 10 can be facilitated.
  • the contour of the bottom plate 64 in a plan view is shown by C1
  • the contour of the side wall 36 is shown by C2.
  • the contour C1 of the bottom plate 64 may be located inside the contour C2 of the side wall 36.
  • the stepped portion 65 of this example protrudes from the main surface of the bottom plate 64 of the bottom plate 64, is slightly smaller than the inner circumference of the side wall 36 in a plan view, and has a contour that substantially coincides with the inner circumference of the side wall 36.
  • the step portion 65 comes into contact with the side wall 36 on at least two different surfaces when the bottom plate 64 and the side wall 36 are fixed, and functions to determine the position where the side wall 36 is fixed to the bottom plate 64.
  • the bottom plate 64 of this example may have a chamfered corner on the side to be fixed to the side wall 36 in the contour in a plan view.
  • the chamfered portion of the bottom plate 64 may be referred to as a chamfered portion 66.
  • a fixing agent 98 such as wax
  • wax dripping may occur on the outside of the fixed region.
  • the bottom plate 64 is chamfered so as to have the above-mentioned chamfered portion 66, and the bottom plate 64 is placed on the upper side in the gravity direction with respect to the side wall 36 as shown until the fixing agent 98 solidifies.
  • the fixing agent 98 has a region for forming a fillet, and it is possible to prevent wax dripping.
  • the chamfered portion 66 may be C chamfered or R chamfered.
  • the corners of the lower end of the side wall 36 and the pin fin 94 in the negative direction of the z-axis may also be chamfered.
  • FIG. 13 is a diagram showing an outline of the vehicle 200 according to one embodiment of the present invention.
  • the vehicle 200 is a vehicle that generates at least a part of propulsive force by using electric power.
  • the vehicle 200 is an electric vehicle in which all propulsive force is generated by a power driving device such as a motor, or a hybrid vehicle in which a power driving device such as a motor and an internal combustion engine driven by a fuel such as gasoline are used in combination. ..
  • the vehicle 200 includes a control device 210 (external device) that controls a power drive device such as a motor.
  • the control device 210 is provided with a semiconductor module 100.
  • the semiconductor module 100 may control the electric power supplied to the electric power drive device.
  • the inner surfaces of the side wall 36 of the cooling device 10 and the side wall 37 of the cooling device 11 may be octagonal in plan view, respectively.
  • the first header 30-1 is on one side of the fin region 95 in the short side direction
  • the second header 30- is on the other side. 2
  • pin fins 94 may be placed between the first header 30-1 and the second header 30-2.
  • the pin fins 94 may be arranged in a grid pattern, preferably in a diagonal grid pattern or a rhombic grid pattern.
  • the inlet 41 and the outlet 42 may be provided diagonally adjacent to the fin region 95 in the refrigerant flow section 92.
  • the openings of the inlet 41 and the outlet 42 may have a length in the long side 99 direction larger than a length in the short side 91 direction in a plan view.
  • FIG. 14 is a main circuit diagram of the semiconductor module 100 according to a plurality of embodiments of the present invention.
  • the semiconductor module 100 functions as a three-phase AC inverter circuit having output terminals U, V, and W, and may be a part of an in-vehicle unit that drives a vehicle motor.
  • the semiconductor chips 78-1, 78-2 and 78-3 may form an upper arm, and the semiconductor chips 78-4, 78-5 and 78-6 may form a lower arm.
  • a set of semiconductor chips 78-1 and 78-4 may form a leg (U phase).
  • a set of semiconductor chips 78-2 and 78-5 and a set of semiconductor chips 78-3 and 78-6 may also form legs (V phase, W phase) in the same manner.
  • the emitter electrode may be electrically connected to the input terminal N1 and the collector electrode may be electrically connected to the output terminal U.
  • the emitter electrode may be electrically connected to the output terminal U, and the collector electrode may be electrically connected to the input terminal P1.
  • the emitter electrode may be electrically connected to the input terminals N2 and N3, respectively, and the collector electrode may be electrically connected to the output terminals V and W, respectively.
  • the emitter electrode may be electrically connected to the output terminals V and W, respectively, and the collector electrode may be electrically connected to the input terminals P2 and P3, respectively.
  • Each semiconductor chip 78-1 to 78-6 may be switched alternately by a signal input to the corresponding control terminal.
  • each semiconductor chip 78 may generate heat during switching.
  • the input terminals P1, P2, and P3 may be connected to the positive electrode of the external power supply, the input terminals N1, N2, and N3 may be connected to the negative electrode of the external power supply, and the output terminals U, V, and W may be connected to the load.
  • the input terminals P1, P2, and P3 may be electrically connected to each other, and the other input terminals N1, N2, and N3 may also be electrically connected to each other.
  • the plurality of semiconductor chips 78-1 to 78-6 may be RC-IGBT (reverse conductive IGBT) semiconductor chips, respectively. Further, the semiconductor chips 78-1 to 78-6 may include a combination of a transistor and a diode such as a MOSFET or an IGBT, respectively.
  • the top plates 20, 25, the side walls 36, 37, 35 and the pin fins 94 have been described as integrally formed in the base plates 40 and 45, but instead of this, the ceiling
  • the plate 20, the side wall 36, etc. and the pin fin 94 may be individually formed and then fixed to each other with a fixing agent 98, etc., and the top plate 20, the side wall 36, etc. and the side wall 36, etc. are integrally formed and formed separately.
  • the pin fins 94 may be fixed to the top plate 20 or the like, or the top plate 20 or the like and the pin fins 94 may be integrally formed, and the separately formed side walls 36 or the like may be fixed to the top plate 20 or the like. ..
  • the pin fin 94 is described as being integrally formed with the top plate 20 and the like and extending toward the bottom plates 64 and 67, but instead of this, the pin fin 94 is , It may be formed integrally with the bottom plate 64 or the like and extend from the bottom plate 64 or the like toward the top plate 20 or the like. In this case, the tip of the pin fin 94 and the top plate 20 or the like may be fixed with a fixing agent 98 or the like.
  • the pin fin 94 extends between the top plate 20 and the like and the bottom plates 64 and 67 in the normal direction of the main surface of the top plate 20, that is, the top plate 20 and the like and
  • the pin fin 94 is provided between the top plate 20 and the like and the bottom plate 64 and the like in the normal direction of the main surface of the top plate 20 and the like. It may extend diagonally so as to have an angle with respect to.
  • the dimension of the cross section of the pin fin 94 in the xy plane may be constant or variable in the z-axis direction, and as a more specific example, the top plate 20 is tapered toward the tip. Etc. and bottom plate 64 and the like may extend from one of them to the other.
  • the semiconductor device 70 has been described as being directly fixed to the upper surface 22 of the top plate 20 or the like of the cooling devices 10, 11, 12, and 13, but instead of this, the semiconductor device 70 has been described.
  • the device 70 may have a base plate exposed on the lower surface of the accommodating portion 72, the circuit board 76 may be fixed to the upper surface of the base plate, and the base plate may be fixed to the upper surface 22 of the top plate 20 or the like.

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Abstract

冷却装置における冷媒の流速分布を小さくすることができる半導体モジュールを提供する。冷却装置を備える半導体モジュールであって、冷却装置は、天板と、天板に接続された側壁と、天板に対面し側壁に接続された底板と、天板の底板に対面する面の側壁と離間した長方形のフィン領域（９５）に一端が接続され、平面視で行列状に離間して配置された複数の多角形のピンフィン（９４）と、平面視でフィン領域（９５）の一方の長辺の一部と近接する位置（Ｐｉ）に流路の中央が配置された冷媒の入口（４１）と、平面視でフィン領域（９５）の他方の長辺の一部と近接する位置（Ｐｏ）に流路の中央が配置された冷媒の出口（４２）を備え、複数のピンフィン（９４）の行列方向が、位置（Ｐｉ）および位置（Ｐｏ）を結ぶ直線（ＩＯ）に対して角度をなし、直線（ＩＯ）のフィン領域（９５）を横切る線分の長さ（Ｌ１）が、フィン領域（９５）の短辺の長さ（Ｌ２）より長い。

Description

半導体モジュール
　本発明は半導体モジュールに関する。
　従来、冷却フィンを含む冷却装置を備える半導体モジュールが知られている（例えば特許文献１参照）。
国際公開第２０１２／１５７２４７号
　上記の半導体モジュールでは、冷却装置における冷媒の流速分布が十分に小さくなかった。
　上記課題を解決するために、本発明の態様においては、冷却装置を備える半導体モジュールであって、冷却装置は、天板と、天板に接続された側壁と、天板に対面し、側壁に接続された底板と、天板の底板に対面する面の側壁と離間した長方形のフィン領域に一端が接続され、平面視で行列状に離間して配置された複数の多角形のピンフィンと、平面視でフィン領域の一方の長辺の一部と近接する位置に流路の中央が配置された冷媒の入口と、平面視でフィン領域の他方の長辺の一部と近接する位置に流路の中央が配置された冷媒の出口とを備え、複数のピンフィンの行列方向が、入口の位置および出口の位置を結ぶ直線に対して角度をなし、直線のフィン領域を横切る線分の長さが、フィン領域の短辺の長さより長い、半導体モジュールを提供する。
本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す模式的な斜視図である。 本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の冷却装置１０の一例を示す模式的な斜視図である。 本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００における、冷却装置１０のフィン領域９５およびアセンブリ７０Ｕ、７０Ｖ、７０Ｗの配置、ピンフィン９４の形状、ならびに冷媒の流れ方向の一例を示す図である。 冷却装置１０における、フィン領域９５、入口４１、出口４２およびピンフィン９４の配置の例を示す図である。 冷却装置１０における、フィン領域９５、入口４１、出口４２およびピンフィン９４の配置の例を示す図である。 冷却装置１０における、フィン領域９５、入口４１、出口４２およびピンフィン９４の配置の参考例を示す図である。 直線ＩＯと主流方向ＭＳがなす角θ１（度）と冷媒の流速の関係を示すグラフである。 冷却装置１０における、フィン領域９５、入口４１、出口４２およびピンフィン９４の配置の変形例を示す図である。 ピンフィン９４の拡大図である。 別の例のピンフィン９４の拡大図である。 図３における領域Ａの部分拡大図である。 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１は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す模式的な斜視図であり、図２は、半導体モジュール１００の冷却装置１０の一例を示す模式的な斜視図である。また、図３は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００の一例を示す模式的な断面図であり、図４は、本発明の一つの実施形態に係る半導体モジュール１００における、冷却装置１０のフィン領域９５および半導体装置７０の配置、ピンフィン９４の形状、ならびに冷媒の流れ方向の一例を示す図である。図３では、図１に示す半導体モジュール１００におけるＵ相アセンブリ７０Ｕの半導体チップ７８と、図２に示す冷却装置１０の出口４２との両方をｘｚ平面で仮想的に切断した状態を示している。図４では、図１に示すＵ相アセンブリ７０Ｕ、Ｖ相アセンブリ７０ＶおよびＷ相アセンブリ７０Ｗを破線で示している。なお、図３に破線で示す領域［Ａ］は、後述する図１２において拡大して示す領域である。
　図１～図４に示すように、半導体モジュール１００は冷却装置１０を備える。本例の冷却装置１０には半導体装置７０が載置されている。本実施形態の説明では、半導体装置７０が載置されている冷却装置１０の面をｘｙ面とし、ｘｙ面と垂直な軸をｚ軸とする。ｘｙｚ軸は右手系をなす。本実施形態の説明では、ｚ軸方向において冷却装置１０から半導体装置７０に向かう方向を上、逆の方向を下と称するが、上および下の方向は、重力方向に限定されない。また本実施形態の説明では、各部材の面のうち、上側の面を上面、下側の面を下面、上面および下面の間の面を側面と称する。本実施形態の説明において、平面視は、ｚ軸正方向から半導体モジュール１００を見た場合を意味する。
　半導体装置７０は、半導体チップ７８と、半導体チップ７８を実装する回路基板７６とを有する。本例の半導体装置７０は、３枚の回路基板７６を含んでもよく、各回路基板７６には２つの半導体チップ７８が搭載されてもよい。本例の半導体装置７０は、パワー半導体装置であって、回路基板７６および半導体チップ７８―１および半導体チップ７８－４を含むＵ相アセンブリ７０Ｕと、回路基板７６および半導体チップ７８―２および半導体チップ７８－５を含むＶ相アセンブリ７０Ｖと、回路基板７６および半導体チップ７８―３および半導体チップ７８－６を含むＷ相アセンブリ７０Ｗを有してもよい。本例の半導体モジュール１００は、三相交流インバータを構成する装置として機能してもよい。なお、Ｕ相アセンブリ７０Ｕ、Ｖ相アセンブリ７０ＶおよびＷ相アセンブリ７０Ｗの各半導体チップ７８は、半導体モジュール１００が動作した場合に熱を生じる発熱源となる。
　半導体チップ７８は縦型の半導体素子であり、上面電極および下面電極を有する。半導体チップ７８は、一例として、シリコン等の半導体基板に形成された絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、ＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）および還流ダイオード（ＦＷＤ）等の素子を含む。半導体チップ７８は、ＩＧＢＴおよびＦＷＤが一枚の半導体基板に形成された逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ）であってもよい。ＲＣ－ＩＧＢＴにおいてＩＧＢＴとＦＷＤは逆並列に接続されてよい。
　半導体チップ７８の下面電極は、回路基板７６の上面に接続されている。半導体チップ７８の上面電極はエミッタ、ソースあるいはアノード電極であってよく、下面電極はコレクタ、ドレインあるいはカソード電極であってよい。半導体チップ７８における半導体基板は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）であってもよい。
　ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子を含む半導体チップ７８は制御電極を有する。半導体モジュール１００は半導体チップ７８の制御電極に接続される制御端子を有してもよい。スイッチング素子は、制御端子を介し、外部の制御回路により制御され得る。
　回路基板７６は、一例として、上面と下面を有する絶縁板と、絶縁板の上面に設けられた回路層と、下面に設けられた金属層とを順に含む積層基板である。回路基板７６は、上面および下面を有し、下面が冷却装置１０の上面に配置される。回路基板７６は、一例として、金属層を介して半田等によって冷却装置１０の上面に固定されている。また、回路基板７６の上面側には、一例として、回路層を介して２つの半導体チップ７８が固定されている。
　回路基板７６は、例えば、ＤＣＢ（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板やＡＭＢ（Ａｃｔｉｖｅ　Ｍｅｔａｌ　Ｂｒａｚｉｎｇ）基板であってよい。絶縁板は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）等のセラミックス材料を用いて形成されてよい。回路層および金属層は、銅あるいは銅合金などの導電材料を含む板材であってよい。回路層は、半田やロウ等によって絶縁板の上面側に固定されている。回路層の上面には、半導体チップ７８が半田等によって電気的、機械的に接続され、すなわち電気回路的に直接接続されている。なお、半導体チップ７８および回路層は、ワイヤー等により、主端子など他の導電部材と電気的に接続されてもよい。
　冷却装置１０は、ベースプレート４０と、底板６４とを有する。ベースプレート４０は、半導体装置７０が実装される天板２０と、天板２０に接続される側壁３６と、天板２０に接続される複数のピンフィン９４とを含む。複数のピンフィン９４の一端は、天板２０の底板６４に対面する面の、側壁３６と離間した長方形のフィン領域９５に接続されている。複数のピンフィン９４は、平面視で行列状に離間して配置される。
　天板２０は、ｘｙ平面に広がる主面を有する、板状の部材である。本例の天板２０は、平面視において、長辺および短辺を有する略長方形である。また、本例の天板２０は、短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸に平行である。天板２０は、半導体モジュール１００が実装される外部の装置と締結するための締結部２１を含む。締結部２１は、平面視において、天板２０に接続される側壁３６よりも外側に位置し、外部の装置のボルトなどが挿入される貫通孔８０を有する。本例の締結部２１は、略長方形の天板２０の四隅のそれぞれに１つずつ、計４つの貫通孔８０を有する。
　側壁３６は、略一定の厚みを有し、冷却装置１０の側面を構成する。本例の側壁３６は、ｘｙ平面において、長辺および短辺を有する略長方形の輪郭を有する。側壁３６が冷却装置１０の側面を構成することから、平面視において、側壁３６の輪郭の短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸に平行である。また、本例の側壁３６は、平面視において、天板２０の締結部２１よりも内側に位置し、天板２０からｚ軸負方向に延在する。
　フィン領域９５に複数のピンフィン９４が設けられる。ピンフィン９４の配列により冷媒の流路が画定される。ピンフィン９４はそれぞれ、ｘｙ平面における断面形状が実質的に菱形である。以降の説明において、１または複数のピンフィン９４を、単にピンフィン９４と称する場合がある。ピンフィン９４は、天板２０からｚ軸負方向に延伸している。ピンフィン９４は、平面視において、側壁３６よりも内側に位置し、側壁３６によって囲まれている。複数のピンフィン９４は、フィン領域において、等間隔に設けられてよい。ピンフィンの間隔は、例えば、０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であってよい。
　図２の冷却装置１０では、簡略化のため、ピンフィン９４を図示する代わりに、ピンフィン９４が設けられた領域であるフィン領域９５をドットで示している。フィン領域９５は、平面視において長方形であってよく、短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸に平行であってもよい。
　本例のベースプレート４０において、天板２０、側壁３６およびピンフィン９４は一体的に形成されている。例えば、天板２０、側壁３６およびピンフィン９４は、連続した一枚の板部材から一体的に形成してもよい。例えば、連続した一枚の板部材に対して、天板２０、側壁３６およびピンフィン９４の形状に対応する金型を用いた打ち抜き加工を行うことによって、天板２０、側壁３６およびピンフィン９４を一体的に形成してもよい。他の例として、インパクトプレスなどを用いる常温環境下での冷間鍛造や、高温環境下での温間鍛造、熱間鍛造、溶湯鍛造などの任意の鍛造法を用いた成型を行うことによって、あるいは鋳造による成型を行うことによって、天板２０、側壁３６およびピンフィン９４を一体的に形成してもよい。本実施形態の半導体モジュール１００は、天板２０、側壁３６およびピンフィン９４を一体的に形成することにより、別個に形成されたものを互いに固着する形態に比べて部品点数を削減することができる。
　底板６４は、板状の部材である。本例の底板６４は、平面視において、長辺および短辺を有する略長方形である。また、本例の底板６４は、短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸方向に平行である。底板６４は、冷媒流通部９２の底面を構成する。底板６４は、側壁３６に接続され、天板２０に対面する。
　天板２０、側壁３６および底板６４によって、冷媒を流通させるための冷媒流通部９２が画定される。換言すると、側壁３６は、ｘｙ面において、冷媒流通部９２を囲んで配置され、天板２０および底板６４は、ｚ軸方向において、冷媒流通部９２を挟んで互いに対面して配置される。よって、ｘｙ平面における冷媒流通部９２の輪郭は、側壁３６の内周によって画定され、冷媒流通部９２は、ｘｙ平面において長辺および短辺を有する略長方形を有する。
　また、本例の底板６４には、冷媒流通部９２に冷媒を導入するための貫通孔である入口４１と、冷媒流通部９２から冷媒を導出するための貫通孔である出口４２とが形成されている。なお、入口４１及び出口４２は底板６４に設けられていなくてもよい。例えば、入口４１及び出口４２はベースプレート４０の側壁３６に設けられていてもよい。また、本例の底板６４は、一例として、天板２０に対面する側において、側壁３６を固着する位置を決めるための段差部６５を有してもよい。平面視において、本例の段差部６５の輪郭は、底板６４の輪郭よりも小さく、底板６４と同様に、長辺および短辺を有する略長方形であってよい。また、本例の段差部６５は、短辺がｘ軸に平行であり、長辺がｙ軸方向に平行であってよい。なお、底板６４は、図２から４等に図示する段差部６５に代えて、側壁３６を固着する位置を決めることが可能な他の任意の段差を有してもよい。また、底板６４は、段差部６５を有さなくてもよい。
　入口４１および出口４２は、それぞれ外部の冷媒供給源に連通するパイプが接続され得、換言すると、冷却装置１０は、２本のパイプによって外部の冷媒供給源に接続され得る。従って、冷却装置１０は、入口４１を介して一方のパイプから冷媒を搬入され得、冷媒は冷媒流通部９２内部を循環した後に出口４２を介して他方のパイプへと搬出され得る。底板６４と冷媒供給源は、入口４１および出口４２の周りに配置されるシーリング材を介し接続されてもよい。
　入口４１および出口４２は、ｘ軸方向において、冷却装置１０の一側と、一側の反対の他側にそれぞれ位置し、且つ、ｙ軸方向において、冷却装置１０の一側と、一側の反対の他側にそれぞれ位置する。すなわち、入口４１および出口４２は、ｘｙ平面において略長方形を有する冷媒流通部９２の対角線方向で、冷媒流通部９２の対向する両端に位置する。平面視において、入口４１および出口４２はそれぞれ、第１のヘッダー３０－１および第２のヘッダー３０－２に設けられてよい。入口４１および出口４２はそれぞれ、フィン領域９５の外側の位置ＰｉおよびＰｏに設けられてよい。出口４２は、入口４１に対し、フィン領域９５の反対側に、フィン領域の長辺方向に離れて設けられてよい。位置Ｐｉおよび位置Ｐｏを結ぶ直線ＩＯのフィン領域９５を横切る線分の長さＬ１は、フィン領域９５の短辺９３の長さＬ２より長い。直線ＩＯは、フィン領域９５の短辺方向に対し、３０°以上６０°以下の角度を、好ましくは実質的に４５°の角度をなしてよい。入口４１および出口４２は、平面視において、円形、角丸長方形または楕円形の開口を有してよい。位置ＰｉおよびＰｏはそれぞれ、入口４１および出口４２の開口の中心により定義される。入口４１は、平面視でフィン領域９５の一方の長辺９６の一部と近接する位置Ｐｉに流路の中央が配置されている。出口４２は、平面視でフィン領域９５の他方の長辺９６の一部と近接する位置Ｐｏに流路の中央が配置されている。
　本実施形態の半導体モジュール１００は、冷却装置１０の上面でｙ軸方向に並べられた各半導体チップ７８から生じた熱を、冷却装置１０の入口４１を介して冷媒流通部９２に流入し、冷媒流通部９２内を全体に亘って拡散し、出口４２を介して流出する冷媒によって効率的に冷却する。半導体チップ７８は、例えば平面視で矩形（長方形）であり、半導体チップ７８の長手方向がフィン領域９５の短手方向と一致するように平面視でフィン領域９５内の一部に重なるように配置されている。
　図３に示す通り、天板２０は、ｘｙ面と平行な上面（おもて面）２２および下面（裏面）２４を有する。天板２０は、一例として金属で形成され、より具体的な一例としてアルミニウムを含む金属で形成されている。天板２０は、表面にニッケルなどのめっき層が形成されてもよい。天板２０の上面２２には、半導体装置７０が載置される。この場合、天板２０の上面２２には、半導体装置７０の回路基板７６が半田等によって直接固定されてもよい。天板２０には、各半導体チップ７８において発生した熱が伝達される。天板２０、回路基板７６および半導体チップ７８は、ｚ軸正方向に向かってこの順に配置される。天板２０および回路基板７６の間、ならびに、回路基板７６および半導体チップ７８の間は、熱的に接続されてよい。それぞれの部材間が半田で固定されている場合は、当該半田を介して熱的に接続される。
　半導体装置７０は追加的に、収容部７２を有してもよい。収容部７２は、例えば熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂等の絶縁材料で形成された枠体であり、天板２０の上面２２において回路基板７６等が配置された領域を囲んで設けられてよい。収容部７２は、天板２０の上面２２に接着されてもよい。収容部７２は、半導体チップ７８、回路基板７６およびその他の回路要素を収容し得る内部空間を画定する。収容部７２は、内部空間において、半導体装置７０の回路基板７６および半導体チップ７８を含む各構成要素を収容してもよい。収容部７２の内部空間には、半導体チップ７８、回路基板７６およびその他の回路要素を封止する封止部７４が充填されてよい。封止部７４は、例えばシリコーンゲルまたはエポキシ樹脂等の樹脂を含む絶縁部材である。なお、図１においては、説明の簡略化を目的として、収容部７２および封止部７４の図示を省略してある。
　冷媒流通部９２は、天板２０の下面２４側に配置されている。図４に示す通り、冷媒流通部９２は、天板２０の主面に平行な断面において、長辺９６および短辺９３を有する略長方形である。
　冷媒流通部９２には、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ　Ｌｉｆｅ　Ｃｏｏｌａｎｔ；不凍液）や水等の冷媒が流通する。冷媒流通部９２において、冷媒は、短辺９３の方向の一の側に連通する入口４１から導入されて短辺９３の方向の他の側に連通する出口４２から導出される。冷媒は、回路基板７６が配置される天板２０の下面２４およびピンフィン９４に接触し、半導体装置７０を冷却する。
　冷媒流通部９２は、天板２０、側壁３６および底板６４のそれぞれに接する密閉空間であってよい。底板６４は、側壁３６のｚ軸負方向の下端に直接または間接に密着して配置され、天板２０、側壁３６および底板６４によって冷媒流通部９２を密閉している。なお、間接に密着とは、側壁３６の下端と底板６４との間に設けられた、シール材、接着剤、ロウ材、または、その他の部材である固着剤９８を介して、側壁３６の下端と底板６４とが密着している状態を指す。密着は、冷媒流通部９２の内部の冷媒が、当該密着部分から漏れ出ない状態を指す。側壁３６の下端と底板６４とは、好ましくはロウ付けされる。なお、ベースプレート４０および底板６４は同一組成の金属で形成され、ロウ材はベースプレート４０等よりも融点の低い金属、例えばアルミニウムを含む金属で形成されてよい。
　ピンフィン９４は、冷媒流通部９２において、フィン領域９５に配置され、天板２０と底板６４との間に延在する。本例のピンフィン９４はそれぞれ、天板２０および底板６４のそれぞれの主面とフィンの軸が実質的に直交するように、ｚ軸方向に延在する。本例のピンフィン９４は、図４に示す通り、ｘｙ面において格子状に配置され、天板２０および底板６４のそれぞれの主面と略直交するようにｚ軸方向に延在する。
　ピンフィン９４は、ｘｙ平面の断面において、菱形、正方形、長方形等の四角形や六角形等の多角形である。例えば、本例のピンフィン９４は、ｘｙ平面の断面において、実質的に菱形であってよい。ピンフィン９４はそれぞれ９０°の角を有してよい。菱形の一対の対角線の長さは、互いに同じであってもよいし異なってもよい。
　複数のピンフィン９４は、等間隔に、かつ、それぞれの一の辺が主流方向ＭＳに平行になるように設けられる。主流方向ＭＳは、直線ＩＯに対し、－４５°より大きく４５°未満の角をなす方向である。複数のピンフィン９４の行列方向は、直線ＩＯに対して角度をなすように配置されている。複数のピンフィン９４の行列方向に平行な複数のピンフィン９４のそれぞれの一の辺は、直線ＩＯに対して、－４０°以上－２０°以下または１０°以上４０°以下である。
　図５～７は、冷却装置１０における、フィン領域９５、入口４１、出口４２およびピンフィン９４の配置の例を示す図である。図５の例において、複数のピンフィン９４は、主流方向ＭＳが直線ＩＯと約３５°の角θ１をなすように配置されている。図６の例において、複数のピンフィン９４は、主流方向ＭＳが直線ＩＯと約－３５°の角θ１をなすように配置されている。図７の例において、複数のピンフィン９４は、主流方向ＭＳが直線ＩＯと０°の角をなすように配置されている。
　図８は、入口４１および出口４２の中心を結んだ直線ＩＯと冷媒の主流方向ＭＳがなす角θ１（度）と、冷媒の流速との関係を示すグラフである。冷媒の流速は、図４に示すようにｙ軸方向に配置した６つの半導体チップ７８の直下における流速の最低値である。冷媒の流速は熱流体シミュレーションにより求めた。グラフから明らかなように、主流方向ＭＳが－４０°以上－２０°以下または１０°以上４０°以下であるとき、主流方向ＭＳが０°の場合に比べて、冷媒の最低流速が向上し、主流方向ＭＳが－４０°以上－３０°以下または３０°以上４０°以下であるとき、更に冷媒の最低流速が向上する。
　また、６つの半導体チップ７８の直下における熱抵抗値を評価した別のシミュレーションによれば、主流方向ＭＳが３５°である半導体モジュール１０では、主流方向ＭＳが０°である場合に対し、熱性能が改善され、さらに、圧力損失も低減されることが明らかとなった。
　図９は、冷却装置１０における、フィン領域９５、入口４１、出口４２およびピンフィン９４の配置の変形例を示す図である。複数の菱形ピンフィン９４はそれぞれ、ｘｙ面において、長さの異なる対角線と６０°より大きく９０°未満の角とを有してよい。
　図１０、１１は、ピンフィン９４の拡大図である。図１０はｘｙ面において角αが９０°の菱形ピンフィン９４を示す。複数のピンフィン９４は、互いが間隔ｇで等間隔に、かつ、それぞれの辺が主流方向ＭＳと平行になるよう設けられる。ピンフィン９４はｘｙ面において正格子上に配置される。このときピンフィン９４の対角線は配列方向ＡＤと平行になる。図１１はｘｙ面において角βが６０°より大きく９０°未満の菱形ピンフィン９４を示す。複数のピンフィン９４は、互いが間隔ｇで等間隔に、かつ、それぞれの辺が主流方向ＭＳと平行になるよう設けられる。ピンフィン９４はｘｙ面において斜格子上に配置される。このときピンフィン９４の対角線は配列方向ＡＤと平行になる。
　ピンフィン９４の間隔ｇは、例えば０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、好ましくは０．９ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。ピンフィン９４を切削で製造して、切削された側面の角がそのままでもよいし、ピンフィン９４の角が面取りされてもよい。面取りする場合のＲ寸法は例えば０．５ｍｍ以下である。ピンフィン９４のｘｙ平面の断面積は、例えば１ｍｍ２以上９ｍｍ２以下である。ピンフィン９４が平面視で正方形であれば、ピンフィン９４の１辺の長さは１ｍｍ～３ｍｍ程度である。ピンフィン９４の高さは、例えば４ｍｍ以上６ｍｍ以下である。
　ピンフィン９４は、ｚ軸方向において対向する上端と下端とを有し、上端が天板２０の下面２４に熱的および機械的に接続され、天板２０の下面２４から冷媒流通部９２に向かって延在する。ピンフィン９４が天板２０と一体的に形成されている場合は、ピンフィン９４の上端が天板２０の下面２４から一体的に突出し、天板２０の下面２４から冷媒流通部９２に向かって延在する。本例のピンフィン９４の下端は、固着剤９８によって底板６４に固着されている。ピンフィン９４の下端は、底板６４から離れていてもよい。ピンフィン９４と底板６４との間に隙間があれば、底板６４に反り等が生じても、ピンフィン９４と底板６４との間で応力が生じ難い。各半導体チップ７８が発した熱は、ピンフィン９４の近傍を通過する冷媒に移動する。これにより、各半導体チップ７８を冷却する。
　図４において破線で示す通り、冷媒流通部９２のフィン領域９５は、平面視において、短辺９３の方向よりも長辺９６の方向に長い長方形である。ピンフィン９４は、単位長さにおいて、冷媒流通部９２の長辺９６の方向に短辺９３の方向よりも数多く配されてもよい。一例として、フィン領域９５において、冷媒流通部９２の長辺９６の方向に配されたピンフィン９４の本数と、冷媒流通部９２の短辺９３の方向に配されたピンフィン９４の本数との比は所定の範囲であってもよい。フィン領域９５には、ピンフィン９４が設けられた領域と、ピンフィン９４間の流路とが含まれる。また、図示の通り、本例のフィン領域９５においては、ピンフィン９４は正方配列されているが、これに代えて、千鳥配列されてもよい。なお、隣接するピンフィン９４同士の間隔は、ピンフィン９４自体の幅よりも狭くてもよい。なお、図４に示す通り、本例のＵ相アセンブリ７０Ｕ、Ｖ相アセンブリ７０ＶおよびＷ相アセンブリ７０Ｗは何れも、フィン領域９５の内側に配されているが、一部がフィン領域９５の外側に配されてもよい。
　また、冷媒流通部９２は、平面視において、フィン領域９５を挟んで配置された第１のヘッダー３０－１および第２のヘッダー３０－２を含む。ヘッダー３０は、冷媒流通部９２において、所定の高さ（ｚ軸方向の長さ）以上の高さを有する空間を指す。所定の高さとは、天板２０および底板６４の間の距離であってよい。
　第１のヘッダー３０－１は、フィン領域９５よりも短辺９３の方向の一の側に設けられ、位置Ｐｉに配置された入口４１に連通し、長辺９６の方向に延在する。第２のヘッダー３０－２は、フィン領域９５よりも短辺９３の方向の他の側に設けられ、位置Ｐｏに配置された出口４２に連通し、長辺９６の方向に延在する。第１のヘッダー３０－１および第２のヘッダー３０－２が延在する方向は、フィン領域９５の長辺９６の方向と平行であってもよい。なお、第１のヘッダー３０－１は一の連通領域の一例であり、第２のヘッダー３０－２は他の連通領域の一例である。
　図４に示すように、主流方向ＭＳに複数のピンフィン９４を配列することにより、フィン領域９５の外縁に沿って、複数のピンフィン９４による段差ＳＴが形成されてもよい。段差ＳＴにより冷媒の流れを調整でき、フィン領域の長辺方向（ｙ軸方向）における冷媒流速の分布を改善できる。段差ＳＴはフィン領域９５の外縁に沿って複数設けられてもよく、隣り合う段差ＳＴの長さは同じであっても異なってもよい。
　以上の構成を備える本実施形態の半導体モジュール１００によれば、半導体装置７０に実装される冷却装置１０において、ｘｙ平面における断面が略長方形の冷媒流通部９２内を流れる冷媒の主たる流れ方向が、略長方形の短辺９３の方向であり、冷媒流通部９２に配置されるピンフィン９４のｘｙ平面における断面形状が菱形を有する。これにより、本実施形態の半導体モジュール１００によれば、半導体モジュール１００の動作中に発熱する半導体装置７０の複数の熱源を一様に冷却しつつ、冷媒流通部９２内を流れる冷媒の流速損失を小さくして放熱効率を向上できる。
　更に、本実施形態の半導体モジュール１００によれば、冷却装置１０における入口４１および出口４２は、ｘｙ平面において略長方形を有する冷媒流通部９２の対角線方向で、冷媒流通部９２の対向する両端に位置する。冷媒流通部９２のフィン領域９５は、ピンフィン９４が、冷媒流通部９２の長辺９６の方向に短辺９３の方向よりも数多く配され、短辺９３の方向よりも長辺９６の方向に長い略長方形を有する。冷媒流通部９２は、平面視において、フィン領域９５を挟んで配置された第１のヘッダー３０－１および第２のヘッダー３０－２を含み、第１のヘッダー３０－１は、フィン領域９５よりも短辺９３の方向の一の側に位置して入口４１に連通し、長辺９６の方向に延在する。第２のヘッダー３０－２は、フィン領域９５よりも短辺９３の方向の他の側に位置して出口４２に連通し、長辺９６の方向に延在する。
　このような構成を備える本実施形態の半導体モジュール１００によれば、入口４１から冷媒流通部９２内へ流入した冷媒は、フィン領域９５のピンフィン９４に衝突して、第１のヘッダー３０－１内で拡散しつつ、冷媒流通部９２の対角線方向において入口４１の反対に位置する出口４２へ向かって進んでいき、出口４２から排出される。これにより、本実施形態の半導体モジュール１００によれば、冷媒の流入口と流出口とが冷媒流通部９２の短辺９３の方向で冷媒流通部９２の対向する両端に位置する場合（θ＝０°）に比べて、半導体モジュール１００の動作中に発熱する半導体装置７０の複数の熱源を、より一層効率的に一様に冷却できる。
　図１２は、図３における領域Ａの部分拡大図である。ただし、図１２では、図３における領域Ａを１８０度回転させた状態を図示している。また、図１２では、天板２０の締結部２１のｚ軸方向の厚みをＴ１で示し、天板２０のフィン領域９５におけるｚ軸方向の厚みをＴ２で示し、側壁３６のｘ軸方向の厚みをＴ３で示し、底板６４のｚ軸方向の厚みをＴ４で示してある。
　図１２に示す通り、本例の冷却装置１０において、締結部２１の厚みＴ１は、天板２０におけるフィン領域９５の厚みＴ２よりも厚くてもよい。天板２０におけるフィン領域９５の厚みを薄くすることによって、天板２０の上面２２に配置される半導体装置７０からの熱を、冷媒流通部９２内を流れる冷媒へと効率的に移動させることができる一方で、締結部２１の強度を高めることによって、半導体モジュール１００を外部の装置とボルトなどで強固に締結する場合に印加され得る強い締結力によって締結部２１が破損してしまうことを抑止できる。
　また、側壁３６の厚みＴ３は、天板２０におけるフィン領域９５の厚みＴ２よりも厚くてもよい。天板２０におけるフィン領域９５の厚みを薄くすることによって、上記と同様に冷却効率を高めることができる一方で、天板２０と接続されている側壁３６の強度を高めることによって、天板２０におけるフィン領域９５が機械的または熱的な影響によって捩じれなどの変形を起こすことを抑止できる。
　また、底板６４の厚みＴ４は、天板２０の少なくともフィン領域９５における厚みＴ２および側壁３６の厚みＴ３の何れの厚みよりも厚くてもよく、更に、天板２０の締結部２１の厚みＴ１よりも厚くてもよい。上述した通り、入口４１および出口４２はそれぞれ、底板６４に形成されている。貫通孔である入口４１および出口４２を、厚みが最も大きい底板６４に形成することで、冷却装置１０の強度を向上でき、且つ、冷却装置１０の加工を容易化することができる。
　また、図１２において、平面視における底板６４の輪郭をＣ１で示し、側壁３６の輪郭をＣ２で示してある。本例の冷却装置１０において、底板６４の輪郭Ｃ１は、側壁３６の輪郭Ｃ２よりも内側に位置していてもよい。
　また、本例の段差部６５は、底板６４の底板６４の主面から突出し、平面視において、側壁３６の内周よりも僅かに小さく、側壁３６の内周と略一致する輪郭を有する。これにより、段差部６５は、底板６４と側壁３６とを固着するときに異なる少なくとも２つの面で側壁３６と接触し、底板６４に対して側壁３６を固着する位置を決めるように機能する。
　また、本例の底板６４は、平面視における輪郭における、側壁３６と固着される側の角部が面取りされていてもよい。以降の説明において、底板６４における当該面取りされた箇所を面取り部６６と称する場合がある。ロウ等などの固着剤９８によって底板６４と側壁３６とを固着する場合、固着した領域の外側にロウだれが生じる可能性がある。これに対して、底板６４が上記の面取り部６６を有するように面取り加工しておき、固着剤９８が凝固するまで図示のように底板６４を側壁３６に対して重力方向の上側にし、底板６４と側壁３６とを固着することで、固着剤９８がフィレットを形成する領域を有するようになり、ロウだれが生じることを防止できる。
　なお、面取り部６６は、Ｃ面取り加工されていてもよく、Ｒ面取り加工されていてもよい。なお、同様の目的で、側壁３６およびピンフィン９４のｚ軸負方向の下端の角部も面取りされていてもよい。
　図１３は、本発明の一つの実施形態に係る車両２００の概要を示す図である。車両２００は、少なくとも一部の推進力を、電力を用いて発生する車両である。一例として車両２００は、全ての推進力をモーター等の電力駆動機器で発生させる電気自動車、または、モーター等の電力駆動機器と、ガソリン等の燃料で駆動する内燃機関とを併用するハイブリッド車である。
　車両２００は、モーター等の電力駆動機器を制御する制御装置２１０（外部装置）を備える。制御装置２１０には、半導体モジュール１００が設けられている。半導体モジュール１００は、電力駆動機器に供給する電力を制御してよい。
　図４に示す実施形態において、冷却装置１０の側壁３６および冷却装置１１の側壁３７の内面はそれぞれ、平面視において、８角形であってよい。両実施形態において、側壁３６，３７により画定される冷媒流通部９２において、フィン領域９５の短辺方向の一の側に第１のヘッダー３０－１を、他の側に第２のヘッダー３０－２を並置し、第１のヘッダー３０－１および第２のヘッダー３０－２の間にピンフィン９４を配置してよい。さらに両実施形態において、ピンフィン９４は、格子状に、好ましくは斜格子状あるいは菱形格子状に配置されてよい。両実施形態において、入口４１および出口４２は、冷媒流通部９２において、フィン領域９５と隣接し、対角線上に設けられてよい。入口４１および出口４２の開口は、平面視において、長辺９９方向の長さが短辺９１方向の長さより大きくてよい。
　図１４は、本発明の複数の実施形態に係る半導体モジュール１００の主回路図である。半導体モジュール１００は、出力端子Ｕ、ＶおよびＷを有する三相交流インバータ回路として機能し、車両のモーターを駆動する車載用ユニットの一部であってよい。
　半導体モジュール１００において、半導体チップ７８－１、７８－２および７８－３は上アームを、半導体チップ７８－４、７８－５および７８－６は下アームを構成してよい。一組の半導体チップ７８－１、７８－４はレグ（Ｕ相）を構成してよい。一組の半導体チップ７８－２、７８－５、一組の半導体チップ７８－３、７８－６も同様にレグ（Ｖ相、Ｗ相）を構成してよい。半導体チップ７８－４において、エミッタ電極が入力端子Ｎ１に、コレクタ電極が出力端子Ｕに、それぞれ電気的に接続してよい。半導体チップ７８－１において、エミッタ電極が出力端子Ｕに、コレクタ電極が入力端子Ｐ１に、それぞれ電気的に接続してよい。同様に、半導体チップ７８－５、７８－６において、エミッタ電極がそれぞれ入力端子Ｎ２、Ｎ３に、コレクタ電極がそれぞれ出力端子Ｖ、Ｗに、電気的に接続してよい。さらに、半導体チップ７８－２、７８－３において、エミッタ電極がそれぞれ出力端子Ｖ、Ｗに、コレクタ電極がそれぞれ入力端子Ｐ２、Ｐ３に、電気的に接続してよい。
　各半導体チップ７８－１から７８－６は、対応する制御端子に入力される信号により交互にスイッチングされてよい。本例において、各半導体チップ７８はスイッチング時に発熱してよい。入力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は外部電源の正極に、入力端子Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３は外部電源の負極に、出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗは負荷にそれぞれ接続してよい。入力端子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は互いに電気的に接続されてよく、また、他の入力端子Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３も互いに電気的に接続されてよい。
　半導体モジュール１００において、複数の半導体チップ７８－１から７８－６は、それぞれＲＣ‐ＩＧＢＴ（逆導通ＩＧＢＴ）半導体チップであってよい。また、半導体チップ７８－１から７８－６は、それぞれＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのトランジスタとダイオードとの組み合わせを含んでよい。
　以上の複数の実施形態の説明において、例えば「略同じ」、「略一致」、「略一定」、「略対称」、「略菱形」などのように、「略」との言葉を一緒に用いて特定の状態を表現している場合があるが、これらは何れも、厳密に当該特定の状態であるものだけでなく、実質的に当該特定の状態であるものを含む意図である。
　以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
　例えば、上記の実施形態においては、ベースプレート４０、４５において、天板２０、２５、側壁３６、３７、３５およびピンフィン９４は一体的に形成されている構成として説明したが、これに代えて、天板２０等、側壁３６等およびピンフィン９４は、それぞれ個別に形成された後に固着剤９８などで互いに固着されてもよく、天板２０等および側壁３６等が一体的に形成されて、別個に形成されたピンフィン９４が天板２０等に固着されてもよく、天板２０等およびピンフィン９４が一体的に形成されて、別個に形成された側壁３６等が天板２０等に固着されてもよい。
　また、例えば、上記の実施形態においては、ピンフィン９４は、天板２０等と一体的に形成され、底板６４、６７に向かって延在する構成として説明したが、これに代えて、ピンフィン９４は、底板６４等と一体的に形成され、底板６４等から天板２０等に向かって延在してもよい。なお、この場合において、ピンフィン９４の先端と天板２０等との間が固着剤９８などで固着されてもよい。
　また、例えば、上記の実施形態においては、ピンフィン９４は、天板２０等と底板６４、６７との間を、天板２０の主面の法線方向に延在する、すなわち天板２０等および底板６４等に対して垂直に延在する構成として説明したが、これに代えて、ピンフィン９４は、天板２０等と底板６４等との間を、天板２０等の主面の法線方向に対して角度を有するように斜めに延在してもよい。また、ピンフィン９４のｘｙ平面における断面の寸法は、ｚ軸方向において一定であってもよく、変化してもよく、より具体的な一例として、先端に向かって先細りになるように、天板２０等および底板６４等の何れか一方から他方へと延在してもよい。
　また、例えば、上記の実施形態においては、半導体装置７０は、冷却装置１０、１１、１２、１３の天板２０等の上面２２に直接固定される構成として説明したが、これに代えて、半導体装置７０は、収容部７２の下面に露出するベース板を有し、当該ベース板の上面に回路基板７６が固定され、当該ベース板が天板２０等の上面２２に固定されていてもよい。
　特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
　１０、１１、１２、１３　冷却装置、２０、２５　天板、２１　締結部、２２　上面、２４　下面、２６　支持ピン、３０　ヘッダー、３０－１　第１のヘッダー、３０－２　第２のヘッダー、３６、３７、３５　側壁、３５－１、３６－１、３７－１　スロープ面、３７－２　非スロープ面、３８　ピン、３９　溝、４０、４５　ベースプレート、４１　入口、４２　出口、５０　スロープ部、５１　溝、６４、６７　底板、６５　段差部、６６　面取り部、６８　穴、７０　半導体装置、７０Ｕ　Ｕ相アセンブリ、７０Ｖ　Ｖ相アセンブリ、７０Ｗ　Ｗ相アセンブリ、７２　収容部、７４　封止部、７６　回路基板、７８　半導体チップ、８０　貫通孔、９２　冷媒流通部、９１　短辺、９３　短辺、９６　長辺、９４、９７　ピンフィン、９５　フィン領域、９８　固着剤、９９　長辺、１００　半導体モジュール、２００　車両、２１０　制御装置、２２１　ポンプ、２２２　入口配管、２２３　出口配管

Claims (15)

  1. 　冷却装置を備える半導体モジュールであって、
    　前記冷却装置は、
    　天板と、
    　前記天板に接続された側壁と、
    　前記天板に対面し、前記側壁に接続された底板と、
    　前記天板の前記底板に対面する面の前記側壁と離間した長方形のフィン領域に一端が接続され、平面視で行列状に離間して配置された複数の多角形のピンフィンと、
    　平面視で前記フィン領域の一方の長辺の一部と近接する位置に流路の中央が配置された冷媒の入口と、
    　平面視で前記フィン領域の他方の長辺の一部と近接する位置に流路の中央が配置された冷媒の出口と、
    　を備え、
    　複数の前記ピンフィンの行列方向が、前記入口の位置および前記出口の位置を結ぶ直線に対して角度をなし、
    　前記直線の前記フィン領域を横切る線分の長さが、前記フィン領域の短辺の長さより長い、
    　半導体モジュール。
  2. 　前記複数のピンフィンのそれぞれの一の辺が、前記直線に対し、－４０°以上－２０°以下または１０°以上４０°以下である請求項１に記載の半導体モジュール。
  3. 　前記ピンフィンが平面視で菱形である請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
  4. 　前記ピンフィンの角が平面視で９０°である請求項１又は２に記載の半導体モジュール。
  5. 　前記ピンフィンの断面積は、１ｍｍ２以上９ｍｍ２以下である請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
  6. 　前記ピンフィンの高さは、４ｍｍ以上６ｍｍ以下である請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
  7. 　前記複数のピンフィンの間隔は、等間隔である請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
  8. 　複数の前記ピンフィンの間隔が、０．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
  9. 　前記ピンフィンは、断面のそれぞれの角部において、曲率半径が０．５ｍｍ以下の丸みを有する請求項１～８のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
  10. 　前記直線は、前記フィン領域の短辺方向に対し、３０°以上６０°以下の角度をなす請求項１～９のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
  11. 　前記天板、前記側壁および前記ピンフィンは一体的に形成されている請求項１～１０のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
  12. 　前記ピンフィンの他端は前記底板に接続されている、請求項１～１０のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
  13. 　前記底板は、前記入口及び出口を有する、請求項１～１２のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
  14. 　前記底板は、前記天板および前記側壁の何れの厚みよりも厚い、請求項１～１３のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
  15. 　前記天板上に、長方形の半導体チップが実装された回路基板を有し、
    　前記半導体チップは、該半導体チップの長手方向が前記フィン領域の短手方向と一致するように平面視で前記フィン領域内の一部に重なるように配置されている請求項１～１４のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
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