半導體模塊用冷卻器及半導體模塊的制作方法

半導體模塊用冷卻器及半導體模塊的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種能消除僅一部分半導體元件的溫度上升，從而均勻且穩定地對半導體元件進行冷卻的半導體模塊用冷卻器。該半導體模塊用冷卻器從外部向水套（2A）提供制冷劑，對配置在其外表面的半導體元件進行冷卻。在水套（2A）的左側壁（2Ab）上配置有導入口（24）及排出口（25），導入口部（21a）和排出口部（22a）均從相同的左側壁（2Ab）突出。在作為第二流路的制冷劑排出流路（22）上配置有與翅片（2C）相平行的流速調節板（28），該制冷劑排出流路（22）與作為第一流路的制冷劑導入流路（21）并排且隔開間隔進行配置。利用制冷劑沖擊流路調節板（28）而產生的壓力可對翅片（2C）中的流速分布進行調整。
【專利說明】半導體模塊用冷卻器及半導體模塊
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于冷卻半導體元件的半導體模塊用冷卻器、以及從外部向構成冷卻器的水套(water-jacket)提供制冷劑，來對配置在冷卻器外表面的半導體元件進行冷卻的半導體模塊。
【背景技術】
[0002]在以混合動力汽車、電動汽車等為代表的功率轉換裝置中，半導體模塊的使用非常廣泛。在這種構成用于節能的控制裝置的半導體模塊中，包括有控制大電流的功率半導體元件。普通的功率半導體元件在控制大電流時會發熱，并且隨著功率轉換裝置的小型化、高輸出化的不斷發展，其發熱量不斷增大。因此，對于具備多個功率半導體元件的半導體模塊，功率半導體元件的冷卻方法成為較大的問題。
[0003]在提高半導體模塊的冷卻效率這一方面，以往使用液冷式冷卻裝置。在液冷式冷卻裝置中，為了提高該冷卻裝置的冷卻效率，嘗試了以下各種各樣的方法，例如增加制冷劑流量、將散熱用翅片(冷卻體)設成熱傳導率較高的形狀、或者增大構成翅片的材料的熱傳
導率等。
[0004]然而，若增加進入冷卻裝置的制冷劑流量，或使用熱傳導率較高的復雜的翅片形狀，則裝置內部的制冷劑的壓力損耗會增加等，從而導致施加到用于使制冷劑循環的冷卻泵的負荷增大。尤其是在使用多個散熱器對多個功率半導體元件進行冷卻的冷卻裝置中，當多個流路采用串聯連接的流路結構時，壓力損耗的增加尤為顯著。為了減少壓力損耗，理想情況是采用以較少的制冷劑流量提高冷卻效率的結構，例如只要改善翅片材料的熱傳導率即可，但若采用具有較高熱傳導率的翅片材料，則有可能牽涉到裝置整體的成本增加。
[0005]以往，為了在維持冷卻性能的同時實現壓力的低損耗化，考慮采用以下冷卻裝置:將用于導入制冷劑的制冷劑導入流路、以及用于排出制冷劑的制冷劑排出流路相互平行地進行排列，并在這兩者之間沿與制冷劑流通方向大致正交的方向上配置多個散熱器(參照專利文獻I?8)。在這種情況下，制冷劑在構成散熱器的各翅片之間并排地流過，從而能提高冷卻性能，并能減少流路內制冷劑的壓力損耗(參照專利文獻5)。
[0006]此外，在專利文獻3中，記載有以下液冷式冷卻裝置，在該液冷式冷卻裝置中，在模塊的同一側面上配置有導入并排出冷卻液的流路(集流水路lla、llb)，并在不改變截面積的情況下在與翅片正交的方向上配置各流路(參照圖1)。由此，能夠將冷卻液中產生的壓力損耗抑制得盡可能小。
[0007]此外，在專利文獻6中，記載有以下液冷式冷卻裝置:即，構成冷卻液流入部的殼體的整個后側壁從右側壁側起朝向左側壁側平滑地向前側傾斜，入口集流部的流路截面積從冷卻液入口側起朝向左側壁側逐漸變小。由此，使得殼體的并排流路部分的整個流路中的流速分布，即并排流路部分的寬度方向上的流速分布均勻化。
現有技術文獻 專利文獻[0008]專利文獻1:日本專利特開2001-35981號公報(參照段落編號[0020]、及圖1)
專利文獻2:日本專利特開2007-12722號公報(參照段落編號[0006]、及圖7)
專利文獻3:日本專利特開2008-205371號公報(參照段落編號[0021]、及圖1)
專利文獻4:日本專利特開2008-251932號公報(參照段落編號[0037]、[0038]、及圖
7)
專利文獻5:日本專利特開2006-80211號公報(參照段落編號[0006]、及圖1)
專利文獻6:日本專利特開2009-231677號公報(參照段落編號[0024]、[0031]、及圖
2)
專利文獻7:日本專利特開2006-295178號公報(參照段落編號[0017]?[0024]、及圖
2)
專利文獻8:日本專利特開2010-203694號公報(參照段落編號[0026]、及圖3)

【發明內容】

發明所要解決的技術問題
[0009]然而，在迄今為止的冷卻技術中，由于散熱器或制冷劑流路的形狀、發熱元件的配置方法、或者制冷劑的導入口、排出口的形狀等，會導致制冷劑在冷卻器內偏向一方流動，從而產生偏流分布。由于這種偏流分布會造成冷卻性能的偏差，因此在現有的冷卻裝置中，較難獲得均勻且穩定的冷卻性能。而且，還會發生只有配置在與制冷劑的排出口側對角位置上的半導體元件的發熱溫度顯著上升等不良現象，因此存在元器件壽命降低、或者容易發生故障等問題。
[0010]此外，如專利文獻6、7所揭示的冷卻裝置那樣，若入口集流部的流路截面積在延伸方向上逐漸變小，則可認為具有流路分布得以改善的趨勢，但是仍沒有解決制冷劑的導入口附近溫度上升的問題，僅通過改變導入流路的形狀來調節流速容易導致壓力損耗的上升。
[0011]然而，在專利文獻8的液冷式冷卻裝置中，將并排流路部分中的由多個流路形成的、且具有不同的通路電阻的多個流路組設為沿并排流路部分的寬度方向排列，從而能夠使并排流路部分的寬度方向上的流速分布均勻化，還能夠防止產生因流速降低而引起的冷卻性能降低的部分。但是，由于冷卻裝置的制造過程中所發生的翅片底座的翹曲等影響，較難得到穩定的冷卻性能。
[0012]本發明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種半導體模塊用冷卻器，該半導體模塊用冷卻器能夠根據流路中產生的偏流、及半導體元件的發熱分布來調節制冷劑的流速分布，從而解決只有一部分的半導體元件溫度上升的問題，并能夠對半導體元件進行均勻且穩定的冷卻。
[0013]此外，本發明的目的還在于提供一種半導體模塊，該半導體模塊能夠通過對半導體元件進行有效的冷卻，來可靠地防止因半導體元件的發熱而引起的誤動作和損壞。
解決技術問題所采用的技術方案
[0014]本發明為解決上述問題，提供一種半導體模塊用冷卻器作為解決方案，該半導體模塊用冷卻器從外部向水套提供制冷劑，并對配置在其外表面的半導體元件進行冷卻。該半導體模塊用冷卻器的特征在于，包括:散熱器，該散熱器與所述半導體元件進行熱連接；第一流路，該第一流路配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，且配置有引導部，該引導部具有用于引導所述制冷劑向所述散熱器的一個側面流動的傾斜面；第二流路，該第二流路以與所述第一流路并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，并朝向制冷劑排出口進行延伸，且形成有與所述散熱器的另一個側面平行的側壁；流速調節板，該流速調節板配置在所述第二流路內，并形成為與所述散熱器的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及第三流路，該第三流路形成在所述水套內的連通所述第一流路與所述第二流路的位置，所述散熱器配置在所述第三流路內。
[0015]此外，本發明的半導體模塊從外部向構成冷卻器的水套提供制冷劑，對配置于所述冷卻器外表面的半導體元件進行冷卻，該半導體模塊的特征在于，包括:散熱器，該散熱器與所述半導體元件進行熱連接；第一流路，該第一流路配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，且配置有引導部，該引導部具有用于引導所述制冷劑向所述散熱器的一個側面流動的傾斜面；第二流路，該第二流路以與所述第一流路并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，并朝向制冷劑排出口進行延伸，且形成有與所述散熱器的另一個側面平行的側壁；流速調節板，該流速調節板配置在所述第二流路內，并形成為與所述散熱器的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及第三流路，該第三流路形成在所述水套內的連通所述第一流路與所述第二流路的位置，所述制冷劑導入口和所述制冷劑排出口形成在所述水套的同一壁面上，所述散熱器配置在所述第三流路內。
[0016]本發明提供另一種半導體模塊用冷卻器，該半導體模塊用冷卻器從外部向水套提供制冷劑，并對配置在其外表面的半導體元件進行冷卻。該半導體模塊用冷卻器的特征在于，包括:散熱器，該散熱器與所述半導體元件進行熱連接；第一流路，該第一流路配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，且配置有多個引導部，該多個引導部用于引導所述制冷劑向所述散熱器的一個側面流動且具有互不相同的傾斜面；第二流路，該第二流路以與所述第一流路并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，并朝向制冷劑排出口進行延伸，且形成有與所述散熱器的另一個側面平行的側壁；流速調節板，該流速調節板配置在所述第二流路內，并形成為與所述散熱器的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及第三流路，該第三流路形成在所述水套內的連通所述第一流路與所述第二流路的位置，所述散熱器配置在所述第三流路內。
[0017]此外，本發明的半導體模塊從外部向構成冷卻器的水套提供制冷劑，對配置于所示冷卻器外表面的半導體元件進行冷卻，該半導體模塊的特征在于，包括:散熱器，該散熱器與所述半導體元件進行熱連接；第一流路，該第一流路配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，且配置有多個引導部，該多個引導部用于引導所述制冷劑向所述散熱器的一個側面流動且具有互不相同的傾斜面；第二流路，該第二流路以與所述第一流路并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，并朝向制冷劑排出口進行延伸，且形成有與所述散熱器的另一個側面平行的側壁；流速調節板，該流速調節板配置在所述第二流路內，并形成為與所述散熱器的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及第三流路，該第三流路形成在所述水套內的連通所述第一流路與所述第二流路的位置，所述制冷劑導入口和所述制冷劑排出口形成在所述水套的同一壁面上，或在所述水套中的與所述制冷劑導入口的位置成對角的位置上形成所述制冷劑排出口，所述散熱器配置在所述第三流路內。
[0018]本發明提供又一種半導體模塊用冷卻器，該半導體模塊用冷卻器從外部向水套提供制冷劑，并對配置在其外表面的半導體元件進行冷卻。該半導體模塊用冷卻器的特征在于，包括:散熱單元，該散熱單元與所述半導體元件進行熱連接；第一流路單元，該第一流路單元配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，且配置有引導單元，該引導單元具有用于引導所述制冷劑向所述散熱單元的一個側面流動的傾斜面；第二流路單元，該第二流路單元以與所述第一流路單元并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，并朝向制冷劑排出口進行延伸，且形成有與所述散熱單元的另一個側面平行的側壁；流速調節單元，該流速調節單元配置在所述第二流路單元內，并形成為與所述散熱單元的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及第三流路單元，該第三流路單元形成在所述水套內的連通所述第一流路單元與所述第二流路單元的位置，所述散熱單元配置在所述第三流路單元內。
[0019]此外，本發明的半導體模塊從外部向構成冷卻器的水套提供制冷劑，對配置于所述冷卻器的外表面的半導體元件進行冷卻，該半導體模塊的特征在于，包括:散熱單元，該散熱單元與所述半導體元件進行熱連接；第一流路單元，該第一流路單元配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，且配置有引導單元，該引導單元具有用于引導所述制冷劑向所述散熱單元的一個側面流動的傾斜面；第二流路單元，該第二流路單元以與所述第一流路單元并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，并朝向制冷劑排出口進行延伸，且形成有與所述散熱單元的另一個側面平行的側壁；流速調節單元，該流速調節單元配置在所述第二流路單元內，并形成為與所述散熱單元的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及第三流路單元，該第三流路單元形成在所述水套內的連通所述第一流路單元與所述第二流路單元的位置，所述制冷劑導入口和所述制冷劑排出口形成在所述水套的同一壁面上，所述散熱單元配置在所述第三流路單元內。
[0020]本發明提供又一種半導體模塊用冷卻器，該半導體模塊用冷卻器從外部向水套提供制冷劑，并對配置在其外表面的半導體元件進行冷卻。該半導體模塊用冷卻器的特征在于，包括:散熱單元，該散熱單元與所述半導體元件進行熱連接；第一流路單元，該第一流路單元配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，且配置有多個引導單元，該多個引導單元用于引導所述制冷劑向所述散熱單元的一個側面流動且具有互不相同的傾斜面；第二流路單元，該第二流路單元以與所述第一流路單元并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，并朝向制冷劑排出口進行延伸，且形成有與所述散熱單元的另一個側面平行的側壁；流速調節單元，該流速調節單元配置在所述第二流路單元內，并形成為與所述散熱單元的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及第三流路單元，該第三流路單元形成在所述水套內的連通所述第一流路單元與所述第二流路單元的位置，所述散熱單元配置在所述第二流路單兀內。
[0021]此外，本發明的半導體模塊從外部向構成冷卻器的水套提供制冷劑，對配置于所述冷卻器外表面的半導體元件進行冷卻，該半導體模塊的特征在于，包括:散熱單元，該散熱單元與所述半導體元件進行熱連接；第一流路單元，該第一流路單元配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，且配置有多個引導單元，該多個引導單元用于引導所述制冷劑向所述散熱單元的一個側面流動且具有互不相同的傾斜面；第二流路單元，該第二流路單元以與所述第一流路單元并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，并朝向制冷劑排出口進行延伸，且形成有與所述散熱單元的另一個側面平行的側壁；流速調節單元，該流速調節單元配置在所述第二流路單元內，并形成為與所述散熱單元的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及第三流路單元，該第三流路單元形成在所述水套內的連通所述第一流路單元與所述第二流路單元的位置，所述制冷劑導入口和所述制冷劑排出口形成在所述水套的同一壁面上，或在所述水套中的與所述制冷劑導入口的位置成對角的位置上形成所述制冷劑排出口，所述散熱單元配置在所述第三流路單元內。
發明效果
[0022]根據本發明的半導體模塊用冷卻器及半導體模塊，通過在朝向制冷劑排出口延伸的第二流路上，以與散熱器的另一個側面隔開間隔且相互平行的方式配置流速調節板，從而能夠對從第一流路流向散熱器的一個側面的制冷劑的流速進行調節。此外，通過在第一流路上并用具有傾斜面的引導部，能夠對流入散熱器的制冷劑的流速分布進行調節。因此，能夠對配置在冷卻器的外表面的半導體元件進行有效地冷卻，從而能夠使半導體元件穩定地進行動作。
[0023]通過表示作為本發明的示例的優選實施方式的附圖以及相關的下述說明可進一步明確本發明的上述和其他目的、特征以及優點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是表示本發明的半導體模塊的一個示例的外觀立體圖。
圖2是表示沿圖1的半導體模塊的Ll-Ll線的向視剖視圖。
圖3是表示冷卻器水套的主要部分結構的立體圖。
圖4是說明兩種翅片形狀的圖，圖4 (A)是表不平板翅片的立體圖，圖4 (B)是表不波紋翅片的立體圖。
圖5是表示作為半導體模塊而構成的功率轉換電路的一個示例的圖。
圖6是將現有的半導體模塊作為第一比較例來進行說明的圖，圖6 (A)是表示電路元件的配置例的立體圖，圖6 (B)是表示冷卻器水套的主要部分結構的立體圖。
圖7是表示作為第二、第三比較例的、與圖6 (B)的冷卻器不同種類的水套的形狀的立體圖。
圖8是將現有的半導體模塊作為第四比較例來進行說明的圖，圖8 (A)是表示水套的形狀的俯視圖，圖8 (B)是這部分的立體圖。
圖9示出圖6至圖8的水套的冷卻特性，是按照類型示出電路基板每個位置的制冷劑流速分布的圖。
圖10是按照類型示出制冷劑流過圖6至圖8的半導體模塊時導入口與排出口中的壓力損耗差的圖。
圖11是表示本發明的半導體模塊用冷卻器所使用的水套的形狀的俯視圖。
圖12是表示圖11的半導體模塊用冷卻器中各類型的流速調節板的尺寸的說明圖。
圖13示出圖11的水套的冷卻特性，是按照類型示出電路基板每個位置的制冷劑流速分布的圖。
圖14示出圖11的水套的冷卻特性，是按照類型示出每個電路元件部正常運行時的發熱溫度的圖。
圖15是按照類型示出制冷劑流過圖11的半導體模塊時導入口與排出口中的壓力損耗差的圖。 圖16是表示本發明的另一個半導體模塊用冷卻器所使用的水套的形狀的俯視圖。
圖17是表示圖16的半導體模塊用冷卻器中各類型的流速調節板、以及導入口和排出口中流路寬度的尺寸的說明圖。
圖18示出圖16的水套的冷卻特性，圖18 (A)是按照類型示出電路基板每個位置的制冷劑流速分布的圖，圖18 (B)是按照類型示出導入口與排出口中壓力損耗差的圖。
圖19是表示半導體模塊用冷卻器所使用的水套的結構例的圖。
圖20是表示引導部的結構例的圖。
圖21是L2-L2線的剖視圖。
圖22是表示水套的變形例的圖。
圖23是表示水套的變形例的圖。
附圖標記 2 冷卻器 2 A水套 2B翅片底座 2C翅片
3A?31，3Iu, 3Id電路元件部 10，IOA半導體模塊 21制冷劑導入流路 21a導入口部 21Si, 22So引導部 22制冷劑排出流路 22a排出口部 23冷卻用流路
24導入口
25排出口 26基材 27分離壁
28流速調節板 31基板 31a絕緣基板 31b, 31c導體圖案 32，33半導體元件 34，35接合層 40逆變器電路 41三相交流電動機 C間隙
BI?B7電路基板的位置 X冷卻用流路的寬度 x2, y2流速調節板的間隙 wl,w2流路寬度【具體實施方式】
[0025]圖1是表示本發明的半導體模塊的一個示例的外觀立體圖，圖2、圖3分別是表示沿圖1的半導體模塊的Ll-Ll線的向視剖視圖、以及表示冷卻器水套的主要部分結構的立體圖。另外，圖3中的箭頭表示制冷劑的流向。
[0026]如圖1及圖2所示，半導體模塊10由冷卻器2以及配置在冷卻器2上的多個電路元件部3A?3C構成。該冷卻器2由作為翅片蓋部的水套2A、以及植入設置有多片翅片2C作為散熱器的翅片底座2B構成，多片翅片2C被收納于水套2A的內部。
[0027]在以下的說明中，對于水套2A以及收納于水套2A內部的翅片2C，將圖2中安裝翅片底座2B的一側設為“上側”，將圖3中水套2A的上側向上的向視方向設為“前側”，將形成制冷劑的導入口部21a及排出口部22a的一側設為“左側”等。此外，關于冷卻器2內的制冷劑的流動，將靠近導入口 24的一側設為“上游側”。
[0028]如圖3所示，冷卻器2的水套2A的外形為近似長方體形狀。在冷卻器2的上側的主面上設置有制冷劑導入流路21、導入口部21a、制冷劑排出流路22、排出口部22a以及用于配置翅片2C的冷卻用流路23。并且，在水套2A的左側壁2Ab上分別設置有用于向內部導入制冷劑的導入口 24，以及用于向外部排出制冷劑的排出口 25。這些制冷劑導入流路21等由前側壁2Aa、左側壁2Ab、后側壁2Ac、右側壁2Ad及底壁2Ae來劃定。另外，在同一圖中，為了方便說明還描繪有翅片2C。
[0029]制冷劑導入流路21作為沿著制冷劑的流入方向的第一流路，從導入口 24開始，經由導入口部21a，以與水套2A的前側壁2Aa平行的方式延伸至右側壁2Ad。此外，制冷劑排出流路22作為朝向制冷劑排出口 25的第二流路，以與水套2A的后側壁2Ac平行的方式，從右側壁2Ad延伸至排出口部22a。該制冷劑導入流路21和制冷劑排出流路22設置在水套2A的內部，呈直線狀且彼此大致平行。此處，在制冷劑從導入口 24流入的制冷劑導入流路21的終端部、以及將制冷劑從排出口 25排出的制冷劑排出流路22的始端部，分別形成有具有60°以下的傾斜度的引導部21Si，22So。
[0030]在制冷劑導入流路21與制冷劑排出流路22的中間位置配置冷卻用流路23來作為第三流路，形成為使得制冷劑導入流路21及制冷劑排出流路22連通。即，冷卻用流路23沿著分別與制冷劑導入流路21的延伸方向及制冷劑排出流路22的延伸方向正交的方向延伸。劃定該冷卻用流路23的邊界的左側壁2Ab及右側壁2Ad的內表面形成為分別與冷卻用流路23的底面以及后側壁2Ac的內表面垂直。
[0031]在冷卻用流路23中配置有散熱器，該散熱器由植入設置于基材26上的多個翅片2C構成，由這些翅片2C劃定的各流路中分別有制冷劑流過。于是，從導入口 24導入的制冷劑，在水套2A內通過制冷劑導入流路21、冷卻用流路23、以及制冷劑排出流路22，最后從排出口 25排出。散熱器的外形為近似長方體，以使該散熱器的左側側面、后側側面及右側側面與左側壁2Ab、后側壁2Ac及右側壁2Ad的內表面相平行的方式將該散熱器配置在冷卻用流路23中。
[0032]具有這種結構的水套2A可以使用例如鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬材料來形成。在使用這種金屬材料來形成水套2A的情況下，可以通過例如壓鑄來形成上述那樣的制冷劑導入流路21、制冷劑排出流路22、冷卻用流路23、導入口 24、以及排出口 25。水套2A也可以使用其他含有碳粒填充料的材料。此外，根據制冷劑的種類、水套2A內流過的制冷劑的溫度等，也可以使用陶瓷材料、樹脂材料等。
[0033]如圖1及圖2所示，除了制冷劑的導入口 24及排出口 25以外，具有上述結構的水套2A的形成有制冷劑導入流路21、制冷劑排出流路22、以及多個冷卻用流路23的面的一側由翅片底座2B密封。此外，翅片底座2B的水套2A —側與植入設置有多個翅片2C的基材26相接合。
[0034]接著，對構成冷卻器2的翅片2C的形狀進行說明。圖4是說明兩種翅片的形狀的圖，圖4 (A)是表示平板翅片的立體圖，圖4 (B)是表示波紋翅片的立體圖。
[0035]冷卻器2的翅片2C例如如圖4 (A)所示，可以形成為由板狀的翅片并排設置而成的多個平板翅片2Ca。平板翅片2Ca配置在冷卻用流路23中，制冷劑沿著圖4 (A)中箭頭所示的方向流動。此時，這種平板翅片2Ca在冷卻用流路20b內由基材26及翅片底座2B保持。
[0036]圖4 (A)中舉例示出平板翅片2Ca，但也可以使用圖4 (B)所示的波紋翅片2Cb。 具有這種平板翅片2Ca、或波紋翅片2Cb的形狀的翅片2C例如圖2所示那樣，與翅片底
座2B形成為一體，并配置成在翅片2C —側朝向水套2A。翅片2C的尺寸(高度)形成為在其前端與水套2A的底壁2Ae之間存在有一定的間隙C。
[0037]圖2中，當基材26與翅片底座2B構成為一體，翅片底座2B的翅片2C —側朝向水套2A進行配置時，翅片2C被配置在水套2A的冷卻用流路23內。另外，通過壓鑄、釬焊、或者各種焊接等，將翅片2C與翅片底座2B本身形成為一體，或者也可以通過壓鑄、沖壓，從翅片底座2B上形成呈凸形狀的翅片2C，而后通過切削、電火花線切割將翅片2C加工成所希望的翅片形狀。
[0038]關于這種翅片2C的翅片形狀，可以使用現有公知的各種形狀。由于翅片2C成為在冷卻用流路23內流動的制冷劑的阻礙物，因此優選使用對制冷劑的壓力損耗較小的翅片。此外，優選在考慮制冷劑導入冷卻器2的導入條件(S卩、泵性能等)、制冷劑的種類(粘性等)、目標排熱量等的基礎上，對翅片2C的形狀及尺寸進行適當地設定。
[0039]此外，由翅片2C構成的散熱器的外形為近似長方體，優選為長方體，也可以采用在不損害發明效果的范圍內進行倒角或變形后的形狀。
翅片2C及翅片底座2B與水套2A —樣，也可以使用例如鋁、鋁合金、銅、銅合金等金屬材料來形成。除了上述的平板翅片2Ca、波紋翅片2Cb等之外，例如，還可以通過將使用金屬材料形成的規定的銷或板體與金屬制的基材26相接合來形成翅片2C。
[0040]由此形成的植入設置有翅片2C的基材26與金屬板等的翅片底座2B的規定區域，即與圖2所示的冷卻用流路23相對應的區域相接合。如上所述不僅可以使預先植入設置有翅片2C的基材26與翅片底座2B相接合，也可以使多個翅片2C直接與翅片底座2B相結合，由此來構成散熱器。
[0041]在使用冷卻器2時，設置在冷卻器2的上游側的泵與例如導入口 24相連接，排出口 25與設置在冷卻器2的下游側的熱交換器相連接，從而構成包含該冷卻器2、泵、及熱交換器的閉環的制冷劑流路。利用泵來強制使制冷劑在上述閉環內循環流動。
[0042]各電路元件部3A?3C例如如圖2所示，均具有以下結構:在基板31上分別搭載有兩種半導體元件32、33各兩個，總共搭載有4個半導體元件。基板31例如圖2所示，采用以下結構:在絕緣基板31a的兩個面上形成有導體圖案31b、31c。
[0043]基板31的絕緣基板31a可使用例如氮化鋁、氧化鋁等的陶瓷基板。絕緣基板31a上的導體圖案31b、31c可使用銅或鋁等金屬(例如，銅箔)來形成。
[0044]利用焊錫等接合層34使半導體元件32、33與基板31的導體圖案31b—側相接合，從而使半導體元件32、33與該導體圖案31b直接進行電連接，或者通過引線(未圖示)來進行電連接。在安裝有半導體元件32、33的基板31的另一側，即導體圖案31c側，經由接合層35與冷卻器2的翅片底座2B相接合。
[0045]由此，基板31及安裝在基板31上的半導體元件32、33處于與冷卻器2進行熱連接的狀態。另外，也可以在導體圖案31b、31c露出的表面上，或使半導體元件32、33與導體圖案31b電連接的引線的表面上，通過鍍鎳等形成用于保護這些表面不受污染、腐蝕、外力等影響的保護層。
[0046]圖5是表示作為半導體模塊而構成的功率轉換電路的一個示例的圖。
此處使用功率半導體元件來作為上述基板31上所安裝的半導體元件32、33。作為一個示例，如圖5所示，可將一個半導體元件32設為續流二極管(Free Wheeling Diode:FWD),將另一個半導體元件33設為絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)。
[0047]例如可通過三個電路元件部3A?3C構成逆變器電路40，來作為半導體模塊10。 在圖5中，舉例示出了將直流電流轉換為交流電流，并將該交流電流提供給三相交流
電動機41的逆變器電路40。該逆變器電路40對于U相、V相、W相的三相，分別具備由IGBT即半導體元件33和FWD即半導體元件32形成的橋式電路。通過對半導體元件33的導通截止進行控制，能夠將直流電流轉換為交流電流，從而對三相交流電動機41進行驅動。
[0048]這里，具有上述結構的電路元件部3A?3C配置在冷卻器2的翅片底座2B上。可對這些電路元件部3A?3C進行連接，使其例如在冷卻器2上構成逆變器電路。
[0049]于是，當上述功率轉換電路進行動作時，各電路元件部3A?3C所產生的熱量向與其相接合的翅片底座2B傳遞，而后進一步向翅片底座2B的下方的翅片2C傳遞。由于翅片2C如上所述那樣配置在冷卻用流路23內，因此通過使制冷劑在該冷卻用流路23中流動，來對翅片2C進行冷卻。發熱的電路元件部3A?3C通過上述方式被冷卻器2冷卻。
[0050]在上述說明中，舉例示出了半導體模塊10具有三個電路元件部3A?3C的情況。然而，像接下來作為比較例的圖6等所示的半導體模塊那樣，電路元件部的個數并不一定限定為三個。
[0051](比較例)
圖6是將現有的半導體模塊作為第一比較例來進行說明的圖，圖6 (A)是表示電路元件的配置例的立體圖，圖6 (B)是表示冷卻器水套(類型A)的主要部分結構的立體圖。
[0052]在圖6(A)所示的半導體模塊IOA中，在冷卻器2的長邊方向上配置有七列(BI?B7)，短邊方向上配置有2行，總計14個電路元件部3D?31，及3Iu，3Id。通過將這些電路元件部3D?31，及3Iu，3Id進行適當地組合，可連接以構成多個例如圖5所舉例示出的逆變器電路40。
[0053]在圖6(B)所示的類型A的水套2A中，在一個主面側上設置有制冷劑導入流路21、制冷劑排出流路22、以及虛線所示的矩形區域中的冷卻用流路23，其中冷卻用流路23形成為與翅片2C相對應的大小。翅片2C例如圖2所示，與翅片底座2B形成為一體，且翅片2C一側朝向水套2A進行配置。于是，如圖1及圖2所示的那樣，最終與翅片2C形成為一體的翅片底座2B配置在水套2A的內部。
[0054]例如通過使用適當的密封材料(未圖示)使翅片底座2B與水套2A相接合。由此，可構成具備水套2A、翅片底座2B及翅片2C的冷卻器2。此處，在從導入口 24流入制冷劑導入流路21的制冷劑的終端部、以及制冷劑從排出口 25流出的制冷劑排出流路22的始端部，分別形成有具有60°以下的傾斜度的引導部21Si，22So。另外，引導部21Si在相對于冷卻用流路23的整個區域中均具有相同的傾斜面。
[0055]圖7 (A)、(B)是表示作為第二、第三比較例的、與圖6 (B)的冷卻器不同類型的水套的形狀的立體圖。
圖6 (B)中示出在左側壁2Ab的同一面側配置有導入口 24及排出口 25的類型A。然而，由于導入并排出制冷劑的配管的連接方法不同，因此使用以下多種形狀的水套2A，例如在彼此相對的左右側壁2Ab、2Ad的對角的位置上分別配置有導入口 24和排出口 25的圖7
(A)所示的類型B，或者僅在右側壁2Ad上配置導入口 24和排出口 25的圖7 (B)所示的類型C等。由此，需要分別根據實際所使用的水套2A的每種形狀來最優化制冷劑流路的形狀。
[0056]此外，圖8是將現有的半導體模塊作為第四比較例來進行說明的圖，圖8 (A)是表示水套的形狀的俯視圖，圖8 (B)是這部分的立體圖。
圖8示出相對于圖6所示的類型A的水套，在改變其導入口 24的寬度的同時，在制冷劑導入流路21內設置分離壁27而得到的改善例(類型D)的水套。
[0057]S卩，在類型D的水套2A中，改變導入口部21a的流路寬度，以使得引導制冷劑進入制冷劑導入流路21的導入口部21a的截面形成為梯形形狀，并使得制冷劑導入流路21的始端部處的流路寬度w2比導入口 24處的流路寬度wl要窄。此外，在該類型D的水套2A中，在制冷劑導入流路21的終端部配置引導部21Si，該引導部21Si具有長度為13_的傾斜部分和長度為5_的平坦部分。并且，在制冷劑導入流路21內還形成有分離壁27，以使得流路從始端部開始被分成兩路。該分離壁27以與其制冷劑流入側的側面相平行的方式來相對于冷卻用流路23內翅片2C進行配置。
[0058]此處，配置在制冷劑導入流路21中的分離壁27在制冷劑導入流路21內的整個長度為215mm，并且設置為使得所形成的寬度為IOmm的流路被分割成兩個流路，其中翅片2C側的流路寬度為3.5mm,前側壁2Aa側的寬度為5mm。另外，分離壁27的上游側的前端部27a位于制冷劑導入流路21與導入口 21a之間的邊界部分。
[0059]由此，通過形成分離壁27，不僅提高了從導入口 24流入的制冷劑的流速，還能夠增加流入與該前端部27a相對的翅片2C中的制冷劑的流量。由此，在使得向制冷劑導入流路21內的終端部流動的制冷劑的流速變快的同時，還能夠提高對配置在分離壁27的前端部27a的位置上的電路元件部3D (參照圖6 (A))進行冷卻的冷卻效果。
[0060]S卩，提高了制冷劑導入流路21內朝向其終端部流動的制冷劑的流速，根據圖6(A)所示的配置在半導體模塊IOA上的電路元件部3D?3I，3Iu，3Id所產生的損耗，可適當地提高冷卻器2的冷卻性能。
[0061]圖9示出圖6至圖8的水套的冷卻特性，是按照類型示出電路基板每個位置的制冷劑流速分布的圖。圖10是按照類型示出制冷劑流過圖6至圖8的半導體模塊時、導入口與排出口中的壓力損耗差的圖。
[0062]在圖9的曲線中，當將作為一個示例的圖4 (A)所示的平板翅片2Ca配置在冷卻用流路23內，且從導入口 24流入流量為10L/min的制冷劑時，以各個電路基板的每個位置(BI?B7)來示出平板翅片2Ca之間流動的制冷劑流速。
[0063]由這些曲線可知，在各種類型(A?D)的水套2A中，對于每種流路形狀均具有流過各個電路基板位置BI?B7的制冷劑流速分布不均勻的偏流特性。例如，在將導入口 24與排出口 25都配置在同一面側的類型A、或者類型C的水套2A中，分別流過連接有配管的B1、或者B7—側的制冷劑的流速較快，均在0.15m/秒以上。另一方面，在將導入口 24與排出口 25配置在對稱位置的類型B那樣的水套2A中，流過排出口 25 —側的電路基板位置B7處的制冷劑流速最快(0.1Om/秒)。
[0064]由此，冷卻用流路23內的制冷劑具有如下的偏流特性，即:在制冷劑導入流路21與制冷劑排出流路22之間由平板翅片2Ca形成的并排流路中，在排出口 25 —側的流速顯著變快。此外，可以觀察到在對類型A進行改良后得到的類型D中，不僅導入口 24—側的制冷劑流速也得到了改善，還能夠形成與導入口 24和排出口 25配置在對稱位置的類型B相類似的流速分布(偏流特性)。
[0065]此外，在圖10所示的壓力損耗差的圖表中，示出改善前的類型A?C的各水套2A具有大致相等的壓力損耗差(3.2?3.4kPa)。與此不同的是，在將制冷劑導入流路21的寬度縮小到2/3、且在制冷劑導入流路21中配置有分離壁27的類型D中示出壓力損耗差變為5.2kPa，增加了三成以上的情況。
[0066]接著，對被冷卻器2冷卻的電路元件部3D?31、及3Iu、3Id的配置進行說明。 如圖6 (A)所示，在現有的半導體模塊IOA中，可在冷卻器2的第七列上與兩行六列的
12個電路元件部3D?31分開配置兩個不同結構的電路元器件作為電路元件部3Iu、3Id。此時，通過對12個電路元件部3D?31進行適當地組合，能夠連接以構成多個例如圖5所舉例示出的逆變器電路40。此外，電路元件部3Iu、3Id可以構成為例如使用規定數量的IGBT和FWD的升壓變換電路。
[0067]在這種情況下，例如將升壓變換電路的電路元件部3Iu、3Id與電池及上述逆變器電路40相連接，利用電路元件部3Iu、3Id對電池電壓進行升壓。于是，可形成以下電路結構:即，利用逆變器電路40將升壓后的直流電流轉換為交流電流，并提供給三相交流電動機41。另外，對于新增這種與電路元件部3D?31不同種類的電路元件部3Iu、3Id，若從電路設計上、或制造上的布線配置等方面來考慮，則如圖6 (A)所示，在半導體模塊IOA的端部配置電路元件部3Iu、3Id相對較為容易。
[0068]此外，在半導體模塊IOA中，在翅片2C的內部沿著流過冷卻器2的冷卻用流路23的制冷劑的流通方向存在有兩處發熱部。即，兩處發熱部彼此分開，且相對于制冷劑的流通方向分別位于上游側和下游側。因此，流過下游側的制冷劑溫度在因上游側的發熱部的吸熱而上升后到達下游側的發熱部。由此，與下游側相比，配置在上游側的電路元件部的冷卻效率更高。若考慮到這種冷卻效率的差異，則只要將電路元件部3D?31中在其驅動時所產生的熱量較高的電路元件部配置在制冷劑導入流路21 —側，就能更容易地進行冷卻。
[0069]并且，流過冷卻器2的冷卻用流路23的制冷劑的流速分布具有下述偏流特性:即，在相比冷卻器2的導入口 24 —側更靠近排出口 25的位置處的制冷劑流速上升。而且，在制冷劑快速流過冷卻用流路23的高流速部，翅片2C的冷卻效率越高。因此，需要根據電路元件部3D?31、3Iu、3Id所產生的熱量，使冷媒以某規定以上的流速在半導體模塊IOA的冷卻用流路23中進行流通。然而，為了使低流速部的流速上升，若僅僅增加從導入口 24流入的制冷劑的流量，則會有過量的制冷劑流到冷卻用流路23的高流速部。其結果是，會產生增加提供給冷卻器2的制冷劑流量的需求，為此就必須使用高性能的泵。
[0070]通常，為了對這種半導體模塊IOA中冷卻用流路23的流路特性進行模擬，需要進行包含制冷劑流動及熱傳導、熱傳遞等物理現象的熱流體分析。此外，在計算因電路元件部3D?31、3Iu、3Id的發熱而引起的制冷劑的溫度上升時，通過提供正常運行狀態下所產生的壓力損耗，可得到上述分析結果。
[0071]此處，若對圖6、圖7所示的使用現有類型A?C的水套2A的制冷劑的流速分布進行模擬，則從導入口 24導入至水套2A內的制冷劑以被拉引向排出口 25的位置的方式進行流動。由此，如圖9的制冷劑流速分布圖所示，特別是在靠近制冷劑的排出口 25的一側，流入冷卻用流路23的制冷劑相對較快地進行流動。
[0072]此外，在所配置的多個電路元件部3D?31、3Iu、3Id中，通常，根據所產生的壓力損耗，為了對半導體元件32、33進行冷卻，要求維持所需的制冷劑流速。但是，若由于上述的偏流特性，制冷劑的流速存在較大的差異，則其冷卻性能也同樣地具有不均勻分布。尤其是，在流速變快的排出口 25—側的冷卻用流路23中，相對于流速的變化冷卻性能的變化較為遲緩，而在流速容易變慢的導入口 24—側，冷卻性能的變化較大。這就意味著在排出口25 一側產生了難以有助于提高冷卻性能的流速分量。
[0073]因此，若能夠改善這種冷卻用流路23的偏流特性，盡可能地獲得相同的制冷劑流速，則不僅能夠得到更為穩定的冷卻性能，還能夠提升對電路元件部3D?31、及3Iu、3Id進行冷卻的冷卻器2整體的冷卻性能。
[0074]此外，制冷劑的偏流特性是夾在制冷劑導入流路21和制冷劑排出流路22之間的冷卻用流路23內的并排流路中出現的現象。特別是當配置在冷卻用流路23上的冷卻用翅片2C的間隔較寬時，對于從制冷劑導入流路21流入翅片2C的制冷劑的阻力變小，從而制冷劑較為容易地流入冷卻用流路23內。由此，若冷卻用流路23的翅片2C為間隔較寬的形狀，則間隔越寬，偏流特性就越擴展。
[0075]另外，在圖6及圖7所示的類型A?C的水套2A中，由于上述偏流特性互不相同，因此，根據配置在翅片底座2B上的每個電路元件部3D?31、及3Iu、3Id中各不相同的冷卻用流路23內的壓力損耗分布，進行均勻且穩定的冷卻的方法也各不相同。
在以下的實施方式中，對改良后的半導體模塊用冷卻器進行說明，該半導體模塊用冷卻器與圖6所示的現有類型A的水套2A相同，將導入口 24、排出口 25配置在同一個面側，并對關于半導體模塊的流速分布進行調整。以下所述的冷卻效果均以制冷劑本身的性質(制冷劑特性)和冷卻性能為前提，并以上述通過模擬驗證得到的流速分布為基礎。
[0077](實施方式I)
此處，對以下冷卻器2進行說明，在該冷卻器2中，為了調整半導體模塊的偏流，在制冷劑排出流路22與冷卻用流路23之間的邊界位置上配置有流速調節板28。
[0078]圖11是表示本發明的半導體模塊用冷卻器所使用的水套的形狀的俯視圖。 這里所示的類型Fe的水套2A用作圖6 (A)的半導體模塊IOA的冷卻器2。因此，在該類型Fe的水套2A中，與圖6 (B)所示的現有的類型A相同，在其左側壁2Ab上配置有導入口 24及排出口 25。但是，從導入口 24向制冷劑導入流路21導入制冷劑的導入口部21a、以及用于從制冷劑排出流路22向排出口 25排出制冷劑的排出口部22a與圖6 (B)或圖3所示的導入口部21a、排出口部22a相比，形成得相對較長。S卩，導入口部21a和排出口部22a均以相同的從左側壁2Ab突出的方式來形成。
[0079]此外，在類型Fe的水套2A中，導入口部21a和排出口部22a分別形成為與導入口 24和排出口 25的寬度(W1=W2)相等，例如均為15mm。制冷劑導入流路21的長度x為255.2mm，在其終端部分，與配置在冷卻用流路23上的翅片2C的前側側面(制冷劑流入面)相對的前側壁2Aa的內面側形成有具有約45°的傾斜面的引導部21Si。在制冷劑導入流路21的終端部的該引導部21Si與翅片2C之間的間隙y與類型D的水套2A (圖8)相同，為 2mm。
[0080]此處，類型Fe的水套2A中，在制冷劑排出流路22與冷卻用流路23之間的邊界位置上配置有流速調節板28。該流速調節板28形成為以下形狀:全長L(=215mm)，從水套2A的底面起算的高度h (=9.5mm),寬度(厚度)為3mm。此外，流速調節板28的側壁面位于與翅片2C的后側側面(制冷劑排出面)隔著間隙(=2mm)平行的位置，并且配置為使得該流速調節板28的一個端部與水套2A的左側壁2Ab之間存在有間隙x2 (=5mm)。
[0081]此外，在制冷劑排出流路22中，與制冷劑導入流路21的引導部21Si—樣，在右側壁2Ad —側的始端部上配置有具有約45°的傾斜面的引導部22So。此處，通過將流速調節板28的側壁面形成為與翅片2C的側面相平行，能夠降低因流路截面積的減少而引起的壓力損耗增加的比例，并且，通過增大制冷劑排出流路22的流路寬度能獲得更好的效果。
[0082]圖12是表示圖11的半導體模塊用冷卻器中各類型的流速調節板的尺寸的說明圖。
此處，除了圖11所示的類型Fe的水套2A以外，還對類型E、類型Ea、類型Eb、類型F、類型Fa、及類型Fb的水套2A進行了說明。其中，無論為哪一種類型，關于該水套2A的尺寸均形成為以下尺寸:制冷劑導入流路21和制冷劑排出流路22的流路寬度(Wl、W2)均等于15臟，冷卻用流路23的寬度為255mm，其長度為117mm，引導部21Si與翅片2C之間的間隙I為2mm，流速調節板28與翅片2C之間的間隙y2為2mm。
[0083]此外，在類型E、類型Ea、類型Eb的水套2A中，L、x2均相等，分別為175mm、0mm，但不同點在于流速調節板28的高度h在9.5mm到5.5mm的范圍內變化。此外，對于類型F也是一樣，在類型F、Fa、Fb中，x2設為0mm，且流速調節板28的高度h在9.5mm到5.5mm的范圍內變化，但不同點在于，其長度L設為215_，與類型E相比形成得較長。另外，與其他任意一種都不同的是，僅在圖11所示的類型Fe中，x2設為5mm而不是0mm。
[0084]由此，基于圖12所示的各類型的流路形狀，通過采用改變流速調節板28的長度L、與翅片2C之間的間隔y2、以及與流路左側壁2Ab之間的間隔x2的結構，能夠將制冷劑導入流路21內向終端部流動制冷劑的流速抑制在恰當的程度。關于這一點，通過以下的圖13至圖14來進行說明。
[0085]另外，即使導入口 24的面積相同，通過設置隨著朝向制冷劑的導入方向其截面積連續減少的導入口部21a (參照圖8)，可改善冷卻用流路23中的流速分布。[0086]接著，對具有圖12所示的各種類型的流路形狀的水套2A所實施的制冷劑流速、以及冷卻效果的模擬結果進行說明。此處，在寬度255_、長度117_的區域內形成的冷卻用流路23上配置有厚度1.2mm、間距2.1mm、高度IOmm的平板翅片2Ca，并假設制冷劑以IOL/min的流量從導入口 24導入至制冷劑導入流路21的情況。此外，通過分別對不同類型的水套2A進行模擬，來確認流速調節板28的長度與位置之間關系的差異對制冷劑的流速分布等的影響。
[0087]圖13示出圖11的水套的冷卻特性，是按照類型示出電路基板每個位置的制冷劑流速分布的圖。
同一圖中所示的流速分布是對翅片2C之間制冷劑的流速進行模擬后得到的結果，其中，翅片2C配置在配置成7列(位置BI?B7)的電路元件部3D?31、3Iu、3Id的基板中央部的正下方。此處示出從導入口 24—側流向制冷劑導入流路21的終端部的依次經過BI到B7為止的流速。此外，在該流速分布的模擬中所使用的制冷劑導入流路21的全長均設為255mm，其高度均設為10.5mm。
[0088]根據圖13所示的模擬結果，當采用將流速調節板28的高度提高到9.5mm而得到的類型E、類型F、類型Fe時，其流速分布的變化較大。此外，在將流速調節板28的高度設為9.5mm的類型E、類型F中，示出了依賴于其長度L的流速分布。即，與類型Fb相比，類型E在電路基板的位置B6、B7處的流速提高，并且，類型F尤其在位置B7處的流速得到了提聞。
[0089]因此，由于從翅片2C排出的制冷劑沖擊流速調節板28時所產生的壓力，使得翅片2C排出的制冷劑的流速降低，從而可進行流速分布的調節。此外，在如類型Fe那樣，在流速調節板28的排出口 25 —側的端部與水套2A的左側壁2Ab之間設有間隙x2 (=5mm)的情況下，由于提高了位置BI處的制冷劑的流速，因此翅片2C內的流速分布呈U字形狀。SP，示出使用制冷劑排出流路22內的流速調節板28可生成任意的流速分布，以及即使在制冷劑排出流路22的排出口 25附近存在有5_左右的微小間隙，也會對流速調節產生較大的影響。
[0090]根據以上的模擬結果，對于圖12所示的各種類型的水套2A，能夠對與各電路元件部3D?31、3Iu、3Id處的制冷劑流速相對應的功率半導體元件的發熱狀態、即冷卻特性進行確認。
[0091]圖14示出圖11的水套的冷卻特性，是按照類型示出每個電路元件部正常運行時的發熱溫度的圖。這些均是通過上述方法得到的模擬結果的一個示例。
[0092]對于圖12所示的每種類型，在對電路元件部3D等進行冷卻時，水套2A內的制冷劑所受到的壓力損耗互不相同。然而，將水套2A內的熱損耗如上述圖6 (A)所示，分類為從導入口 24 —側開始的三列電路元件部3D?3F的位置BI?B3、及三列電路元件部3G?31的位置B4?B6這兩組，在同一組內可設定為相同的大小。此外，對于第七列的電路元件部3Iu、3Id，將上游側的電路元件部3Id和下游側的電路元件部3Iu中的熱損耗設定為彼此互不相同。
[0093]將圖14中發熱溫度的比較對象設為IGBT元件，該IGBT元件分別配置在第一列(位置BI)的電路元件部3D、第四列(位置B4)的電路元件部3G各自的下游側。此外，在第七列(位置B7)處，將電路元件部3Iu、3Id中發生損耗相對較大的上游側的電路元件部(3Id)作為比較對象。并且，基于制冷劑流速、制冷劑溫度及冷卻性能之間的關系，將根據電路元件部3D?31、3Iu、3Id各自的發熱量而設定的發生損耗值設定為以下關系:3D < 3G < 3Iu< 3Id。
[0094]如圖14 (C)所示，電路元件部3Id的結溫(Tj)在類型E的情況下為136.7°C，在類型F的情況下為134.7°C，在流速分布偏向排出口 25—側的類型Fb的情況下為142.(TC。此處，根據改變流速調節板28的長度可觀察到5°C以上的溫度降低效果。此外，如圖14(A)、
(B)所示，對于其他的電路元件部3D、3G，各IGBT的結溫隨著BI列下游側與B4列下游側的流速分布的變化而變化。然而，也示出只要調整流速調節板28的長度，使得形成與各電路元件部3D?31、3Iu、3Id處的發生損耗相匹配的流速分布，就能分別在冷卻器2的長邊方向的各列(BI?B7)獲得穩定的冷卻性能。
[0095]由此，在本發明的半導體模塊所使用的水套2A中，通過在制冷劑排出流路22與冷卻用流路23之間的邊界位置上配置流速調節板28，能夠降低功率半導體元件的結溫。特別是，在提高發生損耗較大的電路元件部3Id的基板中央部正下方(位置B7)處的流速這一方面效果較為顯著。
[0096]圖15是按照類型示出制冷劑流過圖11的半導體模塊時、導入口與排出口之間的壓力損耗差的圖。根據圖15所示的模擬結果，示出均未達到4.5kPa的值。這表示即使與圖8所示的第四比較例，即制冷劑導入流路21側的改善例(類型D)相比，本實施方式的壓力損耗變低，且流速分布大致均勻。由此，通過在制冷劑排出流路22 —側配置用于進行流速調節的流速調節板28，能夠降低壓力損耗，并減輕施加到泵上的負荷。
[0097]本實施方式的水套2A中，由該水套2A的底壁2Ae的內表面與構成散熱器的翅片2C的前側側面來劃定制冷劑導入流路21，由底壁2Ae的內表面與翅片2C的后側側面來劃定制冷劑排出流路22。接著，在制冷劑排出流路22上配置流速調節板28，利用從翅片2C流出的制冷劑沖擊該流速調節板28的壓力，來恰當地調節從制冷劑導入流路21流入翅片2C的制冷劑流速，從而消除翅片2C內的制冷劑流速所產生的偏流。由此，能夠對配置在冷卻器2上的半導體元件進行均勻且穩定地冷卻，從而能夠可靠地防止因半導體元件的發熱而引起的誤動作、損壞。
[0098]此外，在實施方式I中，將導入口 24及排出口 25配置在水套2A的同一面上，并能夠構成不同的流路形狀，以使得獲得與不同的電路元件部3D?31、Iu、Id的發生損耗相對應的冷卻性能。特別是，對于從導入口 24到排出口 25為止的長度更短的水套2A，能夠以低廉的價格容易地進行制造。
[0099]此外，除了在制冷劑排出流路22上配置流速調節板28以外，還可以通過調整現有制冷劑導入流路21的寬度、組合使用圖8那樣的分離壁27，來更充分地發揮流速調節的效
果O
[0100]另外，使構成散熱器的翅片2C的前側側面與從導入口 24流入的制冷劑的流入方向大致平行，且配置在成為與導入口部21a的內壁同一個面的位置上，以使得制冷劑導入流路21中制冷劑的流動不被阻擋。此外，從水套2A的底壁2Ae到翅片底座2B的間隔是固定的，該間隔規定了制冷劑導入流路21的高度。
[0101](實施方式2)
圖16是表示本發明的另一個半導體模塊用冷卻器所使用的水套的形狀的俯視圖。[0102]在本實施方式中對以下冷卻器進行說明，在該冷卻器中，不僅在制冷劑排出流路22內設置流速調節板28，還將其長度設為與制冷劑排出流路22相同，由此來調整半導體模塊中的偏流，從而對半導體元件進行均勻且穩定的冷卻。
[0103]圖16所示的類型G的水套2A中，與圖8所示的類型D、或者圖11所述的類型Fe等均相同，形成有將制冷劑從導入口 24導入至制冷劑導入流路21的導入口部21a、以及用于從制冷劑排出流路22向排出口 25排出制冷劑的排出口部22a，該導入口部21a、及排出口部22a分別從水套2A的同一個左側壁2Ab突出。此外，在類型G的水套2A中，不僅在同一面側形成冷卻裝置的導入口 24、排出口 25，還將流速調節板28配置在制冷劑排出流路22與冷卻用流路23之間的邊界位置上，該流速調節板28的長度設為與制冷劑排出流路22的長度X相等。
[0104]圖17是表示圖16的半導體模塊用冷卻器中各類型的流速調節板、以及導入口和排出口中流路寬度的尺寸的說明圖。如圖17所示，以從水套2A的底壁2Ae面開始垂直高度不超過8_的任意高度在類型G的制冷劑排出流路22中形成流速調節板28。此外，冷卻用流路23形成在寬度為IOmm的制冷劑導入流路21與寬度為15mm的制冷劑排出流路22之間。此處，除了類型G以外，還示出了類型Ga、類型Gb、類型Ge、類型H、以及類型I的尺寸。
[0105]如上所述，流過冷卻用流路23的制冷劑流速具有取決于水套2A的排出口 25的位置的流速分布。此處，進一步在制冷劑排出流路22內形成長度L=255mm、寬度(厚度)為3mm的流速調節板28(8卩，與水套2A的左側壁2Ab之間的間隙x2為0mm)，由此，使得從翅片2C排出的制冷劑流速均勻化，并對該制冷劑流速進行調整，以使其具有規定的流速分布。
[0106]由此，類型G的水套2A與圖12所示的類型E、類型F的水套2A的不同點在于，流速調節板28的長度與制冷劑排出流路22的長度X (S卩，冷卻用流路23的寬度)相同，流速調節板28與水套2A的左側壁2Ab (冷卻用流路23的排出口 25 —側的側壁)相連接。
[0107]圖18示出圖16的水套的冷卻特性，圖18 (A)是按照類型示出電路基板每個位置的制冷劑流速分布的圖，圖18 (B)是按照類型示出導入口與排出口之間壓力損耗差的圖。
[0108]圖18 (A)中所示的流速分布是對配置在圖6 (A)所示的電路基板位置BI?B7上的電路元件部3D?31、3Iu、3Id的基板中央部正下方進行模擬后而得到的，按照類型對每個位置BI?B7的制冷劑流速分布進行比較。此外，壓力損耗差為導入口 24與排出口 25之間的壓力差。
[0109]此處，示出關于類型G、類型Ga、類型Gb、類型Ge、類型H、以及類型I的模擬結果。由圖可知，在類型G、Ga、Gb、Ge中，在流路寬度Wl設為IOmm的制冷劑導入流路21上設置有流速調節板28,各流速調節板28具有不同的高度h,分別為2mm、4mm、6mm、8mm,通過降低制冷劑流速，尤其是降低電路基板位置B7處的制冷劑流速，能夠對流速分布進行調整，使其均勻化。此外，類型G?Ge、類型H、以及類型I中制冷劑導入流路21的流路寬度Wl各不相同，分別為10mm、15mm、12.5mm,根據類型G?Ge、類型H、以及類型I的模擬結果，當制冷劑導入流路21的流路寬度Wl與制冷劑排出流路22的流路寬度W2之間的差為2.5mm時(類型I)，最高流速與最低流速之間的差最小。并且，在流路寬度Wl=W2(=15mm)的類型H中，電路基板位置BI與B7處的流速大小反轉。即，在制冷劑導入流路21的流路寬度Wl為
12.5mm的類型I的水套2A中，實現了最優異的流速分布的均勻化。[0110]但是，即使在導入口 24、及排出口 25的各自的寬度W1、W2設為15mm的類型H中，通過將類型H的流速調節板28的高度h設為8mm，與現有的沒有設置流速調節板28的類型A的制冷劑流速最低值(=0.04m/秒)相比，也可將制冷劑流速的最低值提高到0.05m/秒。由此，實現了冷卻用流路23中的流速分布的均勻化，并能夠根據各電路的發生損耗來進行流速調節。另一方面，根據圖18 (B)所示的壓力損耗可知，類型I的水套2A中的壓力差為
5.2kPa，且壓力損耗的變化取決于制冷劑導入流路21的寬度W1。這表示制冷劑流速分布的均勻化與壓力損耗差之間存在權衡關系。
[0111]此外，對于翅片2C與流速調節板28之間的間隙y2(此處，無論哪種類型均為2mm)，該間隔越窄，將流速分布調節得較為均勻這方面的效果就越好，但是水套2A內的壓力損耗也會隨之上升。然而，無論在類型G?Ge、類型H、以及類型I的哪個類型中，最大壓力差均在6kPa以下，因此這些水套2A中，在假設的IOkPa以下的壓力損耗差的范圍內，即使是現有的泵性能，也不會對流過充分的制冷劑流量產生障礙。
[0112]由此，在本實施方式的水套2A中，將冷卻裝置的導入口 24、排出口 25形成在同一面側，并同時將流速調節板28配置在制冷劑排出流路22與冷卻用流路23的邊界位置上，通過使流速調節板28的長度與制冷劑排出流路22相同，并將制冷劑導入流路21的流路寬度wl減小到一定程度，從而能夠使偏流分布均勻化。因而,在實施方式2中,通過使水套2A內的制冷劑流速的偏流分布均勻化，從而即使在上游側的電路元件部與下游側的電路元件部所產生的熱損耗大致恒定的情況下，也能獲得冷卻效率較高的流速分布。
[0113]接著說明以下實施方式:S卩，在制冷劑導入流路內設置多個引導部，來有效調節多個并排構成的冷卻用流路的流速分布。
圖19是表示半導體模塊用冷卻器所使用的水套的結構例的圖。半導體模塊用冷卻器的水套2A-0的外形大致為長方形。
[0114]在水套2A-0中設置有制冷劑導入流路21、導入口部2la、制冷劑排出流路22、排出口部22a以及用于配置翅片2C的冷卻用流路23。該制冷劑導入流路21等由前側壁2Aa、左側壁2Ab、后側壁2Ac、右側壁2Ad及水套2A-0的底面來劃定。另外，在同一圖中，為了方便說明還描繪有翅片2C。
[0115]另外，水套2A-0中，對于用于將制冷劑導入到內部的導入口 24和用于將制冷劑排出至外部的排出口 25，將排出口 25的位置形成在導入口 24的對角位置。例如，在圖19的情況下，在水套2A-0的左側壁2Ab的下部設置導入口 24，在右側壁2Ad的上部設置排出口
25(另外，也可以采用在左側壁2Ab的上部設置導入口 24，在右側壁2Ad的下部設置排出口25的結構)。此外，將導入口 24的制冷劑導入方向與排出口 25的制冷劑排出方向設置為朝向同一方向。
[0116]另外，在制冷劑排出流路22與冷卻用流路23的邊界位置上，在制冷劑排出流路22的大至中央部配置有流速調節板28。對流速調節板28進行配置，使得其側壁面位于隔著間隙12與翅片2C的制冷劑流出面相平行的位置，并且其一側端部與左側壁2Ab的側面之間形成有間隙x2a，其另一側端部與右側壁2Ad的側面之間形成有間隙x2b。
[0117]而且，對使制冷劑從排出口 25流出的制冷劑排出流路22的始端部實施倒角，以使得形成具有大約45°傾斜角的引導部22So。而且，進一步在制冷劑導入流路21內設置引導部 21So-l、21So-2。[0118]圖20是表示引導部的結構例的圖。對圖19所示的結構的引導部21So-l、21So_2及其周邊進行擴大表示。引導部21SO-1在冷卻用流路23 —側的面上具有引導壁SI，引導部21SO-1的與引導壁SI相反側的面與前側壁2Aa相接。
[0119]引導部21SO-1的引導壁SI按照以下方式傾斜:S卩，使得從導入口 24起朝著制冷劑導入流路21內的碰撞壁al的方向，制冷劑導入流路21的導入流路截面積會變小。
[0120]另一方面，弓丨導部21SO-2在冷卻用流路23 —側的面上具有引導壁S2a、S2b，弓丨導部21So-2的與引導壁S2a、S2b的相反側的面與引導部21So_l的引導壁SI相接。另外，弓丨導部21So-2的引導壁S2a、S2b以傾斜拐點P為界而形成。
[0121]引導壁S2a以從導入口 24向著傾斜拐點P、使制冷劑導入流路21的導入流路截面積減小的方式進行傾斜。而且，引導壁S2b以從傾斜拐點P起向著制冷劑導入流路21內的碰撞壁al、使制冷劑導入流路21的導入流路截面積會變小的方式進行傾斜。
[0122]此處，將制冷劑導入流路21的長邊方向的直線與引導壁S2a所成的角度設為傾斜角α，將制冷劑導入流路21的長邊方向的直線與引導壁S2b所成的角度設為傾斜角β。
[0123]此時，β < a，S卩，引導壁S2a的傾斜角α大于引導壁S2b的傾斜角β。此外，翅片2C與引導壁S2b在碰撞壁al形成有間隔(最小值)y0。
[0124]圖21是L2-L2線的剖視圖。圖示出了從箭頭A的方向來觀察以圖19所示的L2-L2線所獲得的截面。此處，將引導部21SO-1距離制冷劑導入流路21的底面的高度、即引導壁SI的高度設為hi。
[0125]另外，將位于靠近引導部21SO-1位置的引導部21SO-2距離制冷劑導入流路21的底面的高度、即引導壁S2a、S2b的高度設為h2。在這種情況下，具有h2 < hi這一關系。
[0126]例如將高度h1、h2設置如下:即，將引導壁S2a、S2b的高度h2大致設為翅片2C距離制冷劑導入流路21的底面的1/2的長度，將引導壁SI的高度hi大致設為基材26(圖2)的翅片2C的安裝面距離制冷劑導入流路21的底面的長度。
[0127]此外，在上文中采用了以下結構:即，作為制冷劑導入流路21內的兩個引導部而設置有引導部21So-l、21So-2，引導部21So-l高于引導部21So_2。
[0128]若在制冷劑導入流路21內設置三個以上的多個引導部的情況下使上述結構一般化，則使得水套2A-0的與前側壁2Aa相接的引導部(相當于引導部21So_l)的側面(相當于引導壁SI)是多個引導部中最高的引導部。然后，隨著從與前側壁2Aa相接的引導部向著位于距離冷卻用流路23較近的引導部靠近，引導部的側面的高度不斷降低。
[0129]由此，將制冷劑導入流路21內的、與水套2A-0的前側壁2Aa相接的引導部的引導壁的高度設為最高，隨著引導部逐漸遠離前側壁2Aa而接近冷卻用流路23，將引導壁的高度設定得較低，從而在制冷劑導入流路21中將多個引導部的高度形成為階梯狀。
[0130]由此，隨著逐漸遠離前側壁2Aa而接近冷卻用流路23，多個引導部的引導壁各自的高度呈階梯狀降低，從而能更簡單且有效地調節冷卻用流路23的流速分布。
[0131]此處，考慮以下情況:S卩，在水套2A-0中，用于將制冷劑導入到內部的導入口 24、和用于將制冷劑排出到外部的排出口 25被設置在相互對象的位置上，而不具有引導部21So-l、21So-2。
[0132]在該水套結構中，制冷劑在排出口 25 —側更易流動，因此，冷卻用流路23內的制冷劑的流速分布具有以下特征:即，在導入口 24 —側的流速較低，而在排出口 25 —側的流速會集中地升高。
[0133]另一方面，通過對上述結構設置引導部21SO-1，能增加導入口 24 —側的制冷劑的流動，因此，能抑制冷卻用流路23內的制冷劑的流速分布集中性地在排出口 25 —側升高這一現象。另外，通過進一步設置引導部21SO-2，從而能進一步增加導入口 24—側的制冷劑的流動。
[0134]因而，在考慮到安裝于基材26的電路元件的發熱分布時，在對基材26的導入口 24的周邊部及排出口 25的周邊部安裝損耗密度較高且發熱較大的電路元件部、對基材26的中央部安裝損耗密度較低且發熱較小的電路元件部的情況下，具有引導部21So-l、21So-2的水套2A-0能有效地冷卻上述電路元件部。
[0135]接下來說明水套2 A -O的變形例。圖22是表示水套的變形例的圖。主要說明與圖19所示結構的不同之處。
[0136]在第一變形例的水套2A-1中，水套2 A— I的導入口 24與排出口 25設置在同一側面。在圖22的情況下，在水套2A-1的左側壁2Ab的下部設置導入口 24，在左側壁2Ab的上部設置排出口 25。此外，將導入口 24的制冷劑導入方向與排出口 25的制冷劑排出方向設置為朝向相反方向。
[0137]另外，在制冷劑排出流路22和冷卻用流路23的邊界位置上，在離排出口 25較近的制冷劑排出流路22中配置有流速調節板28-1，在制冷劑排出流路22的大至中央位置，與流速調節板28-1相鄰地配置有流速調節板28-2。
[0138]此處，若將流速調節板28-1距離制冷劑排出流路22的底面的高度設為ha，將流速調節板28-2距離制冷劑排出流路22的底面的高度設為hb，則滿足ha < hb。
例如將流速調節板28-1的高度ha設為大致為翅片2C距離制冷劑排出流路22的底面的1/2的長度，將流速調節板28-2的高度hb大致設為基材26的翅片2C的安裝面距離制冷劑排出流路22的底面的長度。此外，引導部等的其他結構都與圖19的結構基本相同。
[0139]水套2A-1的流速分布中，在配置有導入口 24 —側和排出口 25的左側壁2Ab附近的位置制冷劑流速上升，且在右側壁2Ad附近的位置制冷劑流速上升。另外，在冷卻用流路23的大致中央部，能抑制制冷劑流速的上升。
[0140]由此，在第一變形例的水套2A-1中，采用以下結構:即，在同一側面設置導入口 24和排出口 25，在制冷劑導入流路21內具有多個引導部21So-l、21So-2，在制冷劑排出流路22和冷卻用流路23的邊界位置上配置高度不同的流速調節板28-1、28-2。
[0141]由此，在配置有導入口 24和排出口 25的一個壁側的附近位置上的冷卻用流路23中流動的制冷劑的流速分布得以提高，且在未配置有導入口 24和排出口 25的另一個壁側附近位置上的冷卻用流路23中流動的制冷劑的流速分布也得以提高。另外，在冷卻用流路23的大致中央部，能抑制制冷劑流速的上升。
[0142]在根據上述偏流特性來考慮安裝于基材26的電路元件的發熱分布時，在對基材26的配置有導入口 24及排出口 25的一側、及未配置有導入口 24及排出口 25的另一側安裝損耗密度較高且發熱較大的電路元件部，并對基材26的中央部安裝損耗密度較低且發熱較小的電路元件部的情況下，能有效地冷卻上述電路元件。
[0143]圖23是表示水套的變形例的圖。主要說明與圖19所示結構的不同之處。第二變形例的水套2A-2中，水套2A-2的導入口 24和排出口 25形成為如下，即水套2A-2的導入口 24形成在排出口 25的對角位置上。例如，在圖23的情況下，在水套2A-2的左側壁2Ab的下部設置導入口 24，在右側壁2Ad的上部設置排出口 25，使導入口 24的制冷劑導入方向與排出口 25的制冷劑排出方向互為直角方向。此外，流速調節板、引導部等的其他結構都與圖19的結構基本相同。
[0144]由此，在第二變形例的水套2A-2中，將導入口 24和排出口 25設置在對象的位置上，并將導入口 24的制冷劑導入方向與排出口 25的制冷劑排出方向設為互為直角的方向。然后采用以下結構:即，在制冷劑導入流路21內具有多個引導部21So-l、21So-2，在制冷劑排出流路22與冷卻用流路23的邊界位置上配置流速調節板28。
[0145]由此，在配置有導入口 24的一個壁側附近位置上的冷卻用流路23中流動的制冷劑的流速分布得以提高，且在配置有排出口 25的另一個壁側附近位置上的冷卻用流路23中流動的制冷劑的流速分布也得以提高。另外，在冷卻用流路23的大致中央部，能抑制制冷劑流速的上升。
[0146]因而，在根據偏流特性考慮安裝于基材26的電路元件的發熱分布時，在對基材26的導入口 24的周邊部及排出口 25的周邊部安裝損耗密度較高且發熱較大的電路元件部，對基材26的中央部安裝損耗密度較低且發熱較小的電路元件部的情況下，能有效地冷卻上述電路元件。
[0147]此外，在圖19、23中，在將制冷劑導入流路21的寬度設為wa，將制冷劑排出流路22的寬度設為wb的情況下，若wa≤wb，則優選使用圖19所示的水套2A-0。另外，若wa≥wb,則優選使用圖23所示的水套2A-2。
[0148]如上述所說明的那樣，通過在制冷劑導入流路21內設置多個引導部，從而能夠調節制冷劑導入流路21內的制冷劑的壓力分布，因而能容易且有效地調節冷卻用流路23的流速分布，能高效地冷卻安裝于基材26的電路元件。
[0149]上述內容僅為示出本發明的原理。此外，本領域技術人員可對其進行多種變形、變更，本發明并不限于上文所示出的和進行了說明的正確結構及應用例，相對應的所有變形例以及等同物均應被視為由所附權利要求及其等同物所限定的本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種半導體模塊用冷卻器， 該半導體模塊用冷卻器從外部向水套提供制冷劑，對配置在其外表面的半導體元件進行冷卻，其特征在于，包括: 散熱器，該散熱器與所述半導體元件進行熱連接； 第一流路，該第一流路配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，并配置有引導部，所述引導部具有用于引導所述制冷劑向所述散熱器的一個側面流動的傾斜面； 第二流路，該第二流路以與所述第一流路并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，該第二流路朝向制冷劑排出口延伸，且形成有與所述散熱器的另一個側面平行的側壁；流速調節板，該流速調節板配置在所述第二流路內，并形成為與所述散熱器的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及 第三流路，該第三流路形成在所述水套內的連通所述第一流路與所述第二流路的位置， 所述散熱器配置在所述第三流路內。
2.如權利要求1所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 將所述流速調節板配置為其一個端部位于所述第二流路的終端部，并且與所述散熱器的所述另一個側面隔開間隔地沿著與所述散熱器平行的方向延伸。
3.如權利要求1所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 將所述流速調節板配置為，在所述第二流路的`所述制冷劑排出口側，其一個端部位于與所述第二流路的終端部隔開規定距離的位置，并且與所述散熱器的所述另一個側面隔開間隔地沿著與所述散熱器平行的方向延伸。
4.如權利要求2所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 將所述流速調節板配置為其另一個端部與形成在所述第二流路的始端部的引導部之間隔開的間隔為該流路長度X的0.05x以上。
5.如權利要求2所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 相對于所述第二流路的高度h，所述流速調節板的從所述水套的底面起算的高度形成為0.2h以上0.9h以下的高度。
6.如權利要求1所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 所述流速調節板具有與所述第二流路相等的長度，且相對于所述第二流路的高度h，所述流速調節板的從所述水套的底面起算的高度形成為0.2h以上且0.9h以下的高度。
7.—種半導體模塊， 該半導體模塊從外部向構成冷卻器的水套提供制冷劑，對配置在所述冷卻器的外表面的半導體元件進行冷卻，其特征在于，包括: 散熱器，該散熱器與所述半導體元件進行熱連接； 第一流路，該第一流路配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，并配置有引導部，所述引導部具有用于引導所述制冷劑向所述散熱器的一個側面流動的傾斜面； 第二流路，該第二流路以與所述第一流路并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，該第二流路朝向制冷劑排出口延伸，且形成有與所述散熱器的另一個側面平行的側壁；流速調節板，該流速調節板配置在所述第二流路內，并形成為與所述散熱器的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及第三流路，該第三流路形成在所述水套內的連通所述第一流路與所述第二流路的位置， 所述制冷劑導入口與所述制冷劑排出口形成在所述水套的同一壁面上，所述散熱器配置在所述第三流路內。
8.—種半導體模塊用冷卻器， 該半導體模塊用冷卻器從外部向水套提供制冷劑，對配置在其外表面的半導體元件進行冷卻，其特征在于，包括: 散熱器，該散熱器與所述半導體元件進行熱連接； 第一流路，該第一流路配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，并配置有多個引導部，所述多個引導部用于引導所述制冷劑向所述散熱器的一個側面流動且具有互不相同的傾斜面； 第二流路，該第二流路以與所述第一流路并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，該第二流路朝向制冷劑排出口延伸，且形成有與所述散熱器的另一個側面相平行的側壁；流速調節板，該流速調節板配置在所述第二流路內，并形成為與所述散熱器的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及 第三流路，該第三流路形成在所述水套內的連通所述第一流路與所述第二流路的位置， 所述散熱器配置在所述第三流路內。·
9.如權利要求8所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 所述多個引導部從所述第一流路的底面起算的高度互不相同，并相互具有任意的所述傾斜面。
10.如權利要求9所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 將所述多個引導部形成為，與所述水套的側面相接的引導部的高度最高，配置位置越靠近所述第三流路，引導部的高度越低，從所述第一流路的底面起形成為階梯狀。
11.如權利要求8所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 將所述多個引導部的所述傾斜面形成為使得向著所述制冷劑導入口的延伸方向，所述第一流路的截面積減小。
12.如權利要求8所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 所述多個引導部包括與所述水套的側面相接的第一引導部、及在橫跨面對所述第三流路的范圍內與所述第一引導部相接的第二引導部，將所述第一引導部的高度形成為大于所述第二引導部的高度。
13.如權利要求12所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 所述第一引導部的所述傾斜面在面對所述第三流路的范圍內具有相同的斜率，且所述第一引導部的所述傾斜面形成為使得向著所述制冷劑導入口的延伸方向，所述第一流路的截面積減小， 所述第二引導部的所述傾斜面在面對所述第三流路的范圍內具有多個不同的斜率，且所述第二引導部的所述傾斜面形成為使得向著所述制冷劑導入口的延伸方向，所述第一流路的截面積減小。
14.一種半導體模塊，該半導體模塊從外部向構成冷卻器的水套提供制冷劑，對配置在所述冷卻器的外表面的半導體元件進行冷卻，其特征在于，包括: 散熱器，該散熱器與所述半導體元件進行熱連接； 第一流路，該第一流路配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，并配置有多個引導部，所述多個引導部用于引導所述制冷劑向所述散熱器的一個側面流動且具有互不相同的傾斜面； 第二流路，該第二流路以與所述第一流路并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，該第二流路朝向制冷劑排出口延伸，且形成有與所述散熱器的另一個側面平行的側壁； 流速調節板，該流速調節板配置在所述第二流路內，并形成為與所述散熱器的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及 第三流路，該第三流路形成在所述水套內的連通所述第一流路與所述第二流路的位置， 所述制冷劑導入口與所述制冷劑排出口形成在所述水套的同一壁面上，或在所述水套內在與所述制冷劑入口的位置呈對角的位置上形成所述制冷劑排出口，所述散熱器配置在所述第三流路內。
15.—種半導體模塊用冷卻器， 該半導體模塊用冷卻器從外部向水套提供制冷劑，對配置在其外表面的半導體元件進行冷卻，其特征在于，包括: 散熱單元，該散熱單元與所述半導體元件進行`熱連接； 第一流路單元，該第一流路度配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，并配置有引導單元，所述引導單元具有用于引導所述制冷劑向所述散熱單元的一個側面流動的傾斜面； 第二流路單元，該第二流路單元以與所述第一流路單元并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，該第二流路單元朝向制冷劑排出口延伸，且形成與所述散熱單元的另一個側面相平行的側壁； 流速調節單元，該流速調節單元配置在所述第二流路單元內，并形成為與所述散熱單元的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及 第三流路單元，該第三流路單元形成在所述水套內的連通所述第一流路單元與所述第二流路單元的位置， 所述散熱單元配置在所述第三流路單元內。
16.如權利要求15所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 將所述流速調節單元配置為，其一個端部位于所述第二流路單元的終端部，并且與所述散熱單元的所述另一個側面隔開間隔地沿著與所述散熱單元平行的方向延伸。
17.如權利要求15所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 將所述流速調節單元配置為，在所述第二流路單元的所述制冷劑排出口側，其一個端部位于與所述第二流路單元的終端部隔開規定距離的位置，并且與所述散熱單元的所述另一個側面隔開間隔地沿著與所述散熱單元平行的方向延伸。
18.如權利要求16所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 將所述流速調節單元配置為，其另一個端部與形成在所述第二流路單元的始端部的引導單元之間的間隔為該流路單元長度X的0.05x以上。
19.如權利要求16所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 相對于所述第二流路單元的高度h，所述流速調節單元的從所述水套的底面起算的高度形成為0.2h以上0.9h以下的高度。
20.如權利要求15所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 所述流速調節單元具有與所述第二流路單元的長度相等的長度，且相對于所述第二流路單元的高度h，所述流速調節單元的從所述水套的底面起算的高度形成為0.2h以上且0.9h以下的高度。
21.—種半導體模塊， 該半導體模塊從外部向構成冷卻器的水套提供制冷劑，對配置在所述冷卻器的外表面的半導體元件進行冷卻，其特征在于，包括: 散熱單元，該散熱單元與所述半導體元件進行熱連接； 第一流路單元，該第一流路單元配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，并配置有引導單元，所述引導單元具有用于引導所述制冷劑向所述散熱單元的一個側面流動的傾斜面； 第二流路單元，該第二流路單元以與所述第一流路單元并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，該第二流路單元朝向制冷劑排出口延伸，且形成有與所述散熱單元的另一個側面平行的側壁；· 流速調節單元，該流速調節單元配置在所述第二流路單元內，并形成為與所述散熱單元的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及 第三流路單元，該第三流路單元形成在所述水套內的連通所述第一流路單元與所述第二流路單元的位置， 所述制冷劑導入口與所述制冷劑排出口形成在所述水套的同一壁面上，所述散熱單元配置在所述第三流路單元內。
22.—種半導體模塊用冷卻器， 該半導體模塊用冷卻器從外部向水套提供制冷劑，對配置在其外表面的半導體元件進行冷卻，其特征在于，包括: 散熱單元，該散熱單元與所述半導體元件進行熱連接； 第一流路單元，該第一流路單元配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，并配置有多個引導單元，所述多個引導單元用于引導所述制冷劑向所述散熱單元的一個側面流動且具有互不相同的傾斜面； 第二流路單元，該第二流路單元以與所述第一流路單元并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，該第二流路單元朝向制冷劑排出口延伸，且形成有與所述散熱單元的另一個側面平行的側壁； 流速調節單元，該流速調節單元配置在所述第二流路單元內，并形成為與所述散熱單元的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及 第三流路單元，該第三流路單元形成在所述水套內的連通所述第一流路單元與所述第二流路單元的位置， 所述散熱單元配置在所述第三流路單元內。
23.如權利要求22所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 所述多個引導單元從所述第一流路單元的底面起算的高度互不相同，并相互具有任意的所述傾斜面。
24.如權利要求23所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 將所述多個引導單元形成為與所述水套的側面相接的引導單元的高度最高，配置位置越靠近所述第三流路單元，引導單元的高度越低，從所述第一流路單元的底面起形成為階梯狀。
25.如權利要求22所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 將所述多個引導單元的所述傾斜面形成為使得向著所述制冷劑導入口的延伸方向，所述第一流路單元的截面積減小。
26.如權利要求22所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 所述多個引導單元包括與所述水套的側面相接的第一引導單元、及在橫跨面對所述第三流路單元的范圍內與所述第一引導單元相接的第二引導單元，將所述第一引導單元的高度形成為大于所述第二引導單元的高度。
27.如權利要求26所述的半導體模塊用冷卻器，其特征在于， 所述第一引導單元的所述傾斜面在面對所述第三流路單元的范圍內具有相同的斜率，且所述第一引導單元的所述傾斜面形成為使得向著所述制冷劑導入口的延伸方向，所述第一流路單元的截面積減小， 所述第二引導單元的所述傾斜面在面對所述第三流路單元的范圍內具有多個不同的斜率，且所述第二引導單元的所述傾斜面`形成為使得向著所述制冷劑導入口的延伸方向，所述第一流路單元的截面積減小。
28.—種半導體模塊， 該半導體模塊從外部向構成冷卻器的水套提供制冷劑，對配置在所述冷卻器的外表面的半導體元件進行冷卻，其特征在于，包括: 散熱單元，該散熱單元與所述半導體元件進行熱連接； 第一流路單元，該第一流路單元配置在所述水套內，從制冷劑導入口開始進行延伸，并配置有多個引導單元，所述多個引導單元用于引導所述制冷劑向所述散熱單元的一個側面流動且具有互不相同的傾斜面； 第二流路單元，該第二流路單元以與所述第一流路單元并排且隔開間隔的方式配置在所述水套內，該第二流路單元朝向制冷劑排出口延伸，且形成有與所述散熱單元的另一個側面平行的側壁； 流速調節單元，該流速調節單元配置在所述第二流路單元內，并形成為與所述散熱單元的所述另一個側面隔開間隔且相互平行；以及 第三流路單元，該第三流路單元形成在所述水套內的連通所述第一流路單元與所述第二流路單元的位置， 所述制冷劑導入口與所述制冷劑排出口形成在所述水套的同一壁面上，或在所述水套內在與所述制冷劑入口的位置呈對角的位置上形成所述制冷劑排出口，所述散熱單元配置在所述第三流路單元內。
【文檔編號】H05K7/20GK103858224SQ201280049849
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年10月12日 優先權日:2011年10月12日
【發明者】市村武, 鄉原廣道, 兩角朗 申請人:富士電機株式會社