[发明专利]半导体模块用冷却器以及半导体模块

说明书

技术领域

本发明涉及一种从外部向水套提供制冷剂、冷却配置于其外面的半导体元件的半导体模块用冷却器、以及具备该冷却器的半导体模块。

背景技术

在以混合动力汽车与电动车等为代表的电力转换装置中，广泛地利用着半导体模块。在用来构成节能控制装置的半导体模块中，为了控制大电流而具备功率半导体元件。

这样的功率半导体元件在控制大电流时，发热量有增大的趋势。特别是随着功率半导体元件的小型化与高输出化的进展，发热量也变得非常大，因此在具备多个功率半导体元件的半导体模块中，其冷却方法成为大的问题。

在提高半导体模块的冷却效率方面，以往在半导体模块上通常使用液冷式冷却器(以下也称为“冷却装置”。)。在使制冷剂循环的液冷式冷却装置中，为了提高其冷却效率，采用了增加制冷剂流量，并使散热用的翅片(冷却体)制成具有良好的导热率的形状，或者提高构成翅片的材料的导热率等各种各样的方法。

但是，在向冷却装置增加制冷剂流量、或者采用具有良好的导热率的翅片形状的情况下，容易产生流经装置内部的制冷剂的压力损失增加等缺陷。特别是在使用多个散热片冷却多个功率半导体元件的冷却装置中，在串联多个流路的曲折形状的流路中，压力损失的增加较为明显。为了减小这样的压力损失，以较少的制冷剂流量提高冷却效率的结构较为理想。为此，例如可以改善翅片材料的导热率，也可以采用新型翅片材料，但这将会提高装置整体的成本。

作为能够保持冷却性能并谋求对制冷剂的低压力损失的冷却装置，可考虑使用于导入制冷剂的制冷剂导入流路和用于排出制冷剂的制冷剂排出流路相互平行地配置、并在它们之间大致垂直的制冷剂的流通方向上配置多个散热片的方法(参照专利文献1～7)。此时，如果散热片构成为使制冷剂并列地流经各翅片之间，则能够提高单位压力损失下的冷却性能。另外，根据翅片与半导体元件的距离，使单位流路的压力损失不同，以此可以减小整体流路内的制冷剂的压力损失并改善冷却效率(参照专利文献5)。

另外，在专利文献6中，记载了外壳的后侧壁的整体从右侧壁侧朝左侧壁侧向前侧平缓地倾斜，进水头部的流路截面积从冷却液入口侧向左侧壁侧逐渐变小的液冷式冷却装置(参照[0024]、[0031]段以及图2)。

此外，在专利文献3中，记载了导入并排出制冷剂的流路配置于模块的同一侧面，各个流路截面积不变地配置于与翅片垂直方向的液冷式冷却装置(参照图1)。

【专利文献1】日本专利文献特开2001-35981号公报

【专利文献2】日本专利文献特开2007-12722号公报

【专利文献3】日本专利文献特开2008-205371号公报

【专利文献4】日本专利文献特开2008-251932号公报

【专利文献5】日本专利文献特开2006-80211号公报

【专利文献6】日本专利文献特开2009-231677号公报

【专利文献7】日本专利文献特开2006-295178号公报

发明内容

但是，在以往的冷却技术中，因散热片与制冷剂流路的形状、发热元件的配置方法、或者制冷剂的导入口、排出口的形状等，会产生制冷剂偏向流动的偏流分布。在传统的冷却装置中，这样的偏流分布会使冷却性能出现偏向，因此在冷却装置整体上难以获得均匀而稳定的冷却性能。而且，由于还会发生仅配置在与制冷剂排出口侧相对的位置上的半导体元件的发热温度显著上升等不良情况，因此存在元件寿命降低或者容易产生故障等问题。

另外，如专利文献6、7所公开的冷却装置，如果进水头部的流路截面积向延伸设置的方向逐渐缩小，虽然流量分布会有所改善，但并不能解决在制冷剂的导入口附近的温度上升的问题。

本发明是鉴于这些问题而提出的，其目的在于提供一种半导体模块用冷却器，其能够解决在制冷剂的流路上产生的偏流，有效地使配置于外面的半导体元件冷却，能够切实防止因半导体元件发热而造成的误操作及破坏。

另外，本发明的目的还在于提供一种在这种冷却器的外面配置半导体元件的半导体模块。