[发明专利]半导体模块用冷却器及半导体模块

说明书

技术领域

本发明涉及用于冷却半导体元件的半导体模块用冷却器、以及从外部向构成冷却器的水套（water-jacket）提供制冷剂，来对配置在冷却器外表面的半导体元件进行冷却的半导体模块。

背景技术

在以混合动力汽车、电动汽车等为代表的功率转换装置中，半导体模块的使用非常广泛。在这种构成用于节能的控制装置的半导体模块中，包括有控制大电流的功率半导体元件。普通的功率半导体元件在控制大电流时会发热，并且随着功率转换装置的小型化、高输出化的不断发展，其发热量不断增大。因此，对于具备多个功率半导体元件的半导体模块，功率半导体元件的冷却方法成为较大的问题。

在提高半导体模块的冷却效率这一方面，以往使用液冷式冷却装置。在液冷式冷却装置中，为了提高该冷却装置的冷却效率，尝试了以下各种各样的方法，例如增加制冷剂流量、将散热用翅片（冷却体）设成热传导率较高的形状、或者增大构成翅片的材料的热传导率等。

然而，若增加进入冷却装置的制冷剂流量，或使用热传导率较高的复杂的翅片形状，则装置内部的制冷剂的压力损耗会增加等，从而导致施加到用于使制冷剂循环的冷却泵的负荷增大。尤其是在使用多个散热器对多个功率半导体元件进行冷却的冷却装置中，当多个流路采用串联连接的流路结构时，压力损耗的增加尤为显著。为了减少压力损耗，理想情况是采用以较少的制冷剂流量提高冷却效率的结构，例如只要改善翅片材料的热传导率即可，但若采用具有较高热传导率的翅片材料，则有可能牵涉到装置整体的成本增加。

以往，为了在维持冷却性能的同时实现压力的低损耗化，考虑采用以下冷却装置：将用于导入制冷剂的制冷剂导入流路、以及用于排出制冷剂的制冷剂排出流路相互平行地进行排列，并在这两者之间沿与制冷剂流通方向大致正交的方向上配置多个散热器（参照专利文献1～8）。在这种情况下，制冷剂在构成散热器的各翅片之间并排地流过，从而能提高冷却性能，并能减少流路内制冷剂的压力损耗（参照专利文献5）。

此外，在专利文献3中，记载有以下液冷式冷却装置，在该液冷式冷却装置中，在模块的同一侧面上配置有导入并排出冷却液的流路（集流水路11a、11b），并在不改变截面积的情况下在与翅片正交的方向上配置各流路（参照图1）。由此，能够将冷却液中产生的压力损耗抑制得尽可能小。

此外，在专利文献6中，记载有以下液冷式冷却装置：即，构成冷却液流入部的壳体的整个后侧壁从右侧壁侧起朝向左侧壁侧平滑地向前侧倾斜，入口集流部的流路截面积从冷却液入口侧起朝向左侧壁侧逐渐变小。由此，使得壳体的并排流路部分的整个流路中的流速分布，即并排流路部分的宽度方向上的流速分布均匀化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2001-35981号公报（参照段落编号[0020]、及图1）

专利文献2：日本专利特开2007-12722号公报（参照段落编号[0006]、及图7）

专利文献3：日本专利特开2008-205371号公报（参照段落编号[0021]、及图1）

专利文献4：日本专利特开2008-251932号公报（参照段落编号[0037]、[0038]、及图7）

专利文献5：日本专利特开2006-80211号公报（参照段落编号[0006]、及图1）

专利文献6：日本专利特开2009-231677号公报（参照段落编号[0024]、[0031]、及图2）

专利文献7：日本专利特开2006-295178号公报（参照段落编号[0017]～[0024]、及图2）

专利文献8：日本专利特开2010-203694号公报（参照段落编号[0026]、及图3）

发明内容

发明所要解决的技术问题

然而，在迄今为止的冷却技术中，由于散热器或制冷剂流路的形状、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，会导致制冷剂在冷却器内偏向一方流动，从而产生偏流分布。由于这种偏流分布会造成冷却性能的偏差，因此在现有的冷却装置中，较难获得均匀且稳定的冷却性能。而且，还会发生只有配置在与制冷剂的排出口侧对角位置上的半导体元件的发热温度显著上升等不良现象，因此存在元器件寿命降低、或者容易发生故障等问题。