特許 5700034 半導体モジュール及び冷却器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5700034

(24)【登録日】2015年2月27日

(45)【発行日】2015年4月15日

(54)【発明の名称】半導体モジュール及び冷却器

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/473 20060101AFI20150326BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/46 Z

【請求項の数】2

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2012-501045(P2012-501045)

(86)(22)【出願日】2010年7月28日

(65)【公表番号】特表2012-533868(P2012-533868A)

(43)【公表日】2012年12月27日

(86)【国際出願番号】JP2010004791

(87)【国際公開番号】WO2011018882

(87)【国際公開日】20110217

【審査請求日】2012年1月23日

(31)【優先権主張番号】特願2009-185722(P2009-185722)

(32)【優先日】2009年8月10日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092152

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 毅巖

(72)【発明者】

【氏名】郷原 広道

(72)【発明者】

【氏名】両角 朗

(72)【発明者】

【氏名】樋口 恵一

【審査官】 麻川 倫広

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１９１０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１７９７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２９５７１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１０３４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８６７０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０４６４８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３６８１６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−００２１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７１８４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−００５６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０４３０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２５２９６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ２３／２９

２３／３４−２３／３６

２３／３７３−２３／４２７

２３／４４

２３／４６７−２３／４７３

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筐体と、前記筐体の一側面に設けられた冷媒の導入口から前記冷媒の導入方向に向かって直線状に前記筐体内に延在された第１流路と、前記第１流路に並列に配置され、前記筐体の前記一側面の反対側の一側面に設けられた前記冷媒の排出口に向かって前記排出口まで直線状に前記筐体内に延在された第２流路と、前記筐体内の前記第１，第２流路の間の領域に略等間隔に平行に並設された複数の隔壁間の部分として、前記第１，第２流路の延在方向と直交して形成されて、前記第１，第２流路と連通する複数の第３流路と、前記第３流路に配置されたフィンと、前記第１流路内で、前記第３流路の少なくとも１つの近傍に、前記第１流路に導入された冷媒の一部を前記第３流路に分岐するガイドとを有する冷却器と、
前記冷却器に熱的に接続され、前記冷却器の前記延在方向及び前記第３流路の形成方向に対して垂直上方であって、前記第１流路の前記導入方向の終端側の前記第３流路上に配置された一の半導体素子と、
前記冷却器に熱的に接続され、前記冷却器の前記垂直上方であって、前記第１流路の前記導入口側の前記第３流路上に配置され、前記一の半導体素子よりも発熱の少ない他の半導体素子と、
を含むことを特徴とする半導体モジュール。

【請求項2】

一の半導体素子と、他の半導体素子とにそれぞれ熱的に接続される冷却器であって、
筐体と、
前記筐体の一側面に設けられた冷媒の導入口から前記冷媒の導入方向に向かって直線状に前記筐体内に延在された第１流路と、
前記第１流路に並列に配置され、前記筐体の前記一側面の反対側の一側面に設けられた前記冷媒の排出口に向かって前記排出口まで直線状に前記筐体内に延在された第２流路と、
前記筐体内の前記第１，第２流路の間の領域に略等間隔に平行に並設された複数の隔壁間の部分として、前記第１，第２流路の延在方向と直交して形成されて、前記第１，第２流路と連通する複数の第３流路と、
前記第３流路に配置されたフィンと、
前記第１流路内で、前記第１流路と連通する前記第３流路の連通部近傍に跨って、前記直交方向にずらしてそれぞれ配置され、前記第１流路に導入された冷媒の一部を前記第３流路に分岐する複数の板状のガイドと、
を有し、
前記一の半導体素子が、前記延在方向及び前記第３流路の形成方向に対して垂直上方であって、前記第１流路の前記導入方向の終端側の前記第３流路上に配置され、
前記一の半導体素子よりも発熱の少ない他の半導体素子が、前記垂直上方であって、前記第１流路の前記導入口側の前記第３流路上に配置される、
ことを特徴とする冷却器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体素子を備える半導体モジュール、及び半導体モジュールが備える半導体素子を冷却するための冷却器に関する。

【背景技術】

【0002】

動作時に発熱する半導体素子を冷却する技術の１つとして、ピン状や板状のフィンを有するヒートシンクを用いる技術が広く知られている。このほか、半導体素子に熱的に接続される冷却ジャケット等の所定の部材内に、孔、隔壁、フィン等によって冷媒流路を構成し、その流路内に冷媒を流通させることで、半導体素子を冷却する技術等も知られている。冷却方式としては、用いる冷媒の種類により、空冷式と液冷式がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−３４０７２７号公報

【特許文献2】特開２００１−２４１２５号公報

【特許文献3】特開２００２−９３９７４号公報

【特許文献4】特開２００６−２９５１７８号公報

【特許文献5】特開２００７−１２７２２号公報

【特許文献6】特開２００７−３２４３５１号公報

【特許文献7】特開２００８−２５１９３２号公報

【特許文献8】特開２００８−２８８３３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、これまでの冷却技術では、ヒートシンク（フィン）や冷媒流路の形状、配置等によっては、半導体素子を十分に且つ均一に冷却することができない場合があった。冷却不足は、発熱による半導体素子の誤動作や破壊を招くおそれがある。

【0005】

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、半導体素子を効果的に冷却することのできる冷却器を備えた半導体モジュールを提供することを目的とする。

【0006】

また、本発明は、半導体モジュールに適用可能な冷却器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一観点によれば、筐体と、前記筐体の一側面に設けられた冷媒の導入口から前記冷媒の導入方向に向かって直線状に前記筐体内に延在された第１流路と、前記第１流路に並列に配置され、前記筐体の前記一側面の反対側の一側面に設けられた前記冷媒の排出口に向かって前記排出口まで直線状に前記筐体内に延在された第２流路と、前記筐体内の前記第１，第２流路の間の領域に略等間隔に平行に並設された複数の隔壁間の部分として、前記第１，第２流路の延在方向と直交して形成されて、前記第１，第２流路と連通する複数の第３流路と、前記第３流路に配置されたフィンと、前記第１流路内で、前記第３流路の少なくとも１つの近傍に、前記第１流路に導入された冷媒の一部を前記第３流路に分岐するガイドとを有する冷却器と、前記冷却器に熱的に接続され、前記冷却器の前記延在方向及び前記第３流路の形成方向に対して垂直上方であって、前記第１流路の前記導入方向の終端側の前記第３流路上に配置された一の半導体素子と、前記冷却器に熱的に接続され、前記冷却器の前記垂直上方であって、前記第１流路の前記導入口側の前記第３流路上に配置され、前記一の半導体素子よりも発熱の少ない他の半導体素子と、を含む半導体モジュールが提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明の半導体モジュールによれば、それが備える半導体素子を冷却器によって効果的に冷却することが可能になり、半導体素子を安定して動作させることが可能になる。

【0009】

本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】半導体モジュールの一例の斜視模式図である。

【図2】図１のＬ−Ｌ矢視断面模式図である。

【図3】冷却器の一例の要部斜視模式図である。

【図4】フィン形状の例を示す図である。

【図5】半導体モジュールの回路図の一例である。

【図6】半導体モジュールの第１変形例を示す図である。

【図7】半導体モジュールの第２変形例を示す図である。

【図8】冷却器の冷却性能の説明図である。

【図9】筐体の別例の斜視模式図である。

【図10】流速分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図11】フィン及び筐体の説明図である。

【図12】流速のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図13】筐体と回路素子部の配置関係を示す図である。

【図14】温度のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図15】冷媒の流速と圧力損失のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図16】冷媒の圧力損失と温度のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【図17】筐体の第１〜第４変形例を示す図である。

【図18】筐体の第５変形例を示す図である。

【図19】筐体の第６〜第８変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は半導体モジュールの一例の斜視模式図、図２は図１のＬ−Ｌ矢視断面模式図である。図３は冷却器の一例の要部斜視模式図である。

【0012】

図１に示す半導体モジュール１０は、冷却器２０、及び、冷却器２０の上に配置された複数の回路素子部３０を有している。冷却器２０は、図１及び図２に示すように、筐体（フィンカバー）２１及び、フィン（ヒートシンク）２２を有するフィンベース２３を含んでいる。

【0013】

冷却器２０の筐体２１には、図３に示すように、その一方の主面側に、冷媒導入流路２１ａ、冷媒排出流路２１ｂ、及び複数（一例として、ここでは３列）の冷却用流路２１ｃが設けられている。更に、筐体２１には、対向する側面に、冷媒を筐体２１の内部に導入するための導入口２４、及び筐体２１の内部に導入された冷媒を筐体２１の外部に排出するための排出口２５が設けられている。尚、冷媒導入流路２１ａ、冷媒排出流路２１ｂ、冷却用流路２１ｃ、導入口２４、及び排出口２５の各部の断面は略方形であり、深さは等しく、底部には段差がなく平坦である。

【0014】

冷媒導入流路２１ａは、筐体２１の一側面に設けられた冷媒の導入口２４から、冷媒の流入方向に向かって直線状に延在されている。また、冷媒排出流路２１ｂは、冷媒導入流路２１ａと並列に設けられており、筐体２１の導入口２４が設けられている側と反対側の側面に設けられた、冷媒の排出口２５に向かって、その排出口２５まで直線状に延在されている。複数の冷却用流路２１ｃは、このような並列の冷媒導入流路２１ａと冷媒排出流路２１ｂとの間の領域に並設された複数の隔壁２１ｄ間の部分として形成されている。

【0015】

複数の冷却用流路２１ｃは、冷媒導入流路２１ａと冷媒排出流路２１ｂとの間に並設され、冷媒導入流路２１ａ及び冷媒排出流路２１ｂと連通している。複数の冷却用流路２１ｃは、ここでは、冷媒導入流路２１ａの延在方向、及び冷媒排出流路２１ｂの延在方向と直交する方向に延在されている。

【0016】

導入口２４から筐体２１内に導入された冷媒は、冷媒導入流路２１ａ、冷却用流路２１ｃ及び冷媒排出流路２１ｂを通って、排出口２５から排出されるようになっている。

【0017】

このような構成を有する筐体２１は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属材料を用いて形成することができる。このように金属材料を用いて筐体２１を形成する場合には、例えば、上記のような冷媒導入流路２１ａ、冷媒排出流路２１ｂ、冷却用流路２１ｃ、導入口２４及び排出口２５を有するように、ダイキャストにより筐体２１を形成することができる。

【0018】

筐体２１は、このほか、カーボンフィラーを含有する材料を用いることもできる。また、用いる冷媒の種類、筐体２１内を流れる冷媒の温度等によっては、セラミック材料や樹脂材料等を用いて筐体２１を形成することも可能である。

【0019】

上記のような構成を有する筐体２１の、冷媒導入流路２１ａ、冷媒排出流路２１ｂ及び複数の冷却用流路２１ｃの形成面側に、図１及び図２に示したようにフィンベース２３が設けられる。フィンベース２３には、複数のフィン２２が設けられている。フィン２２は、例えば、基材２６上に形成され、フィン２２が形成された基材２６をフィンベース２３と一体化し、そのフィンベース２３をフィン２２側を筐体２１に向けて配置したときに、筐体２１の各冷却用流路２１ｃ内に配置されるようになっている。
ここで、フィン２２の形状の例について述べる。
図４はフィン形状の例を示す図である。

【0020】

フィン２２は、例えば、図４（Ａ）に示すように、縦横に整列配置した複数のピン状フィン２２ａとすることができる。このような複数のピン状フィン２２ａが、基材２６及びフィンベース２３に保持されて冷却用流路２１ｃ内に配置され、図４（Ａ）に矢印で示したような方向に冷媒が流通される。

【0021】

また、フィン２２は、例えば、図４（Ｂ）に示すように、並設された複数の板状フィン２２ｂとすることもできる。板状フィン２２ｂは、図４（Ｂ）に矢印で示したような冷媒の流通方向（冷却用流路２１ｃの延在方向）に沿って、延在されるように配置される。そして、このような板状フィン２２ｂが、基材２６及びフィンベース２３に保持されて冷却用流路２１ｃ内に配置される。尚、図４（Ｂ）には、平板の板状フィン２２ｂを例示したが、波板状フィン２２ｄ（同図（Ｄ））、ちどり状フィン２２ｃ（同図（Ｃ））、コルゲートフィン２２ｅ（ピッチＰ，高さＨ；同図（Ｅ））等を用いることもできる。

【0022】

このようにピン状、平板状、波板状等の形状とすることができるフィン２２は、例えば、図２に示したように、フィンベース２３と一体化してそれをフィン２２側を筐体２１に向けて配置したときに、先端と筐体２１の底部内面との間に、一定のクリアランスＣが存在するような寸法（高さ）とすることができる。

【0023】

尚、このようにフィン２２には、ピン状、平板状、波板状等、種々の形状のものを用いることが可能である。但し、この冷却器２０は、その冷却用流路２１ｃ内にフィン２２を配置する構造であるため、その形状及び寸法によっては、冷却用流路２１ｃ内を流れる冷媒の抵抗となり、圧力損失を発生し得る点に留意する。フィン２２の形状及び寸法は、冷却器２０への冷媒の導入条件（ポンプ性能等）、冷媒の種類（粘性等）、目的とする除熱量等を考慮し、適宜設定する。

【0024】

フィン２２及びフィンベース２３は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属材料を用いて形成することができる。フィン２２は、例えば、金属材料を用いて形成された所定のピンや板（上記のピン状フィン２２ａや板状フィン２２ｂ等）を、金属の基材２６に接合することによって形成することができる。このようにしてフィン２２を接合した基材２６が、金属板等のフィンベース２３の所定領域、即ち図２に示したような冷却用流路２１ｃに対応する領域に接合される。

【0025】

尚、このように予め複数のピン状或いは板状等のフィン２２を接合した基材２６をフィンベース２３に接合するほか、フィンベース２３に直接複数のピン状や板状のフィン２２を接合することも可能である。

【0026】

そして、最終的にフィン２２と一体化されたフィンベース２３は、図１及び図２に示したように筐体２１上に配置される。フィンベース２３と筐体２１とは、例えば、適当なシール材（図示せず）を用いて接合される。これにより、筐体２１、フィン２２及びフィンベース２３を備える冷却器２０が構成される。

【0027】

冷却器２０の使用時には、例えば、導入口２４がその上流側に設けられるポンプに接続され、排出口２５がその下流側に設けられる熱交換器に接続されて、これら冷却器２０、ポンプ及び熱交換器を含む閉ループの冷媒流路が構成される。冷媒は、このような閉ループ内を、ポンプによって強制循環される。

【0028】

このような冷却器２０の上には、図１及び図２に示したように、複数（一例として、ここでは２行３列の計６個）の回路素子部３０が配置されている。

【0029】

各回路素子部３０は、例えば、図１に示したように、基板３１上に、２種類の半導体素子３２，３３が２個ずつ、計４個搭載された構成を有する。基板３１は、例えば、図２に示したように、絶縁基板３１ａの両面に導体パターン３１ｂ，３１ｃが形成された構成とされる。

【0030】

基板３１の絶縁基板３１ａには、例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等のセラミック基板を用いることができる。絶縁基板３１ａ上の導体パターン３１ｂ，３１ｃは、銅等の金属（例えば、銅箔）を用いて形成することができる。

【0031】

このような基板３１上に搭載する半導体素子３２，３３として、ここではパワー半導体を用いる。例えば、一方の半導体素子３２を、フリーホイールダイオード（Free Wheeling Diode；ＦＷＤ）とし、他方の半導体素子３３を、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor；ＩＧＢＴ）とする。

【0032】

半導体素子３２，３３は、はんだ等の接合層３４を用いて基板３１の導体パターン３１ｂ側に接合され、その導体パターン３１ｂに直接或いはワイヤ（図示せず）を介して電気的に接続される。半導体素子３２，３３が搭載された基板３１は、もう一方の導体パターン３１ｃ側で、接合層３５を介して、冷却器２０のフィンベース２３に接合される。基板３１、基板３１上に搭載された半導体素子３２，３３、及び冷却器２０が、熱的に接続された状態になっている。

【0033】

尚、導体パターン３１ｂ，３１ｃの露出表面や、半導体素子３２，３３と導体パターン３１ｂとを電気的に接続するワイヤ表面には、ニッケルめっき等により、それらの表面を汚れ、腐食、外力等から保護するための保護層を形成するようにしてもよい。

【0034】

ここでは、上記のような構成を有する回路素子部３０が、冷却器２０のフィンベース２３の上に、計６個配置されている。これらの回路素子部３０は、例えば、冷却器２０上でインバータ回路を構成するように接続することができる。

【0035】

図５は半導体モジュールの回路図の一例である。

【0036】

図５には、直流電流を交流電流に変換して三相交流モータ４１に供給するインバータ回路４０を例示している。このインバータ回路４０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相についてそれぞれ、ＩＧＢＴである半導体素子３３と、ＦＷＤである半導体素子３２とのブリッジ回路を備える。半導体素子３３のスイッチング制御を行うことで、直流電流を交流電流に変換し、三相交流モータ４１を駆動することができるようになっている。

【0037】

例えば、上記半導体モジュール１０には、その６個の回路素子部３０により、このようなインバータ回路４０を２つ構成することが可能である。

【0038】

冷却器２０の上に配置される各回路素子部３０は、図２に示したように、冷却器２０の冷却用流路２１ｃの上方で、冷却用流路２１ｃに対応する領域内に、配置される。上記の例では、図２及び図３に示した１列分の冷却用流路２１ｃの上方に、図１の列方向に並ぶ２個の回路素子部３０が配置されるようになる。

【0039】

動作時に各回路素子部３０で発生した熱は、それが接合されているフィンベース２３へと伝わり、更にその下のフィン２２へと伝わる。フィン２２は、上記のように、冷却用流路２１ｃ内に配置されており、この冷却用流路２１ｃに冷媒が流通されることで、フィン２２が冷却される。発熱する回路素子部３０は、このようにして冷却器２０により冷却される。

【0040】

このように半導体モジュール１０では、冷却器２０のフィンベース２３の上面に冷却用流路２１ｃの位置に対応させて回路素子部３０を配置し、且つ、その下方の回路素子部３０の位置に対応する冷却用流路２１ｃ内であってフィンベース２３の下面にフィン２２を配置する。そのため、冷却用流路２１ｃ内にフィン２２を設けず、冷却用流路２１ｃへの冷媒流通のみで冷却を行った場合に比べて、回路素子部３０を効果的に冷却することが可能になっている。

【0041】

また、この半導体モジュール１０では、冷媒導入流路２１ａと冷媒排出流路２１ｂとの間に、３列の冷却用流路２１ｃを並設するようにしたことで、冷媒が導入口２４から導入され、排出口２５から排出される間の、圧力損失を低減することが可能になっている。そのため、冷却器２０内に一定以上の流速で冷媒を流通させることができ、回路素子部３０を効果的に冷却することができる。この点の詳細については後述する。

【0042】

尚、以上の説明では、半導体モジュール１０の回路素子部３０を６個とした場合を例示したが、その個数はこれに限定されるものではない。

【0043】

図６は半導体モジュールの第１変形例を示す図であって、（Ａ）は半導体モジュールの斜視模式図、（Ｂ）は冷却器の筐体の要部斜視模式図である。

【0044】

図６（Ａ）に示す半導体モジュール１０Ａは、２行６列の計１２個の回路素子部３０が冷却器２０の上に配置されている。これらの回路素子部３０は、適当に組み合わせ、例えば、上記図５に例示したようなインバータ回路４０を複数構成するように接続することができる。

【0045】

このような半導体モジュール１０Ａの場合、冷却器２０の筐体２１には、例えば、図６（Ｂ）に示すように、６列の冷却用流路２１ｃを設けたものを用いる。この筐体２１上に配置するフィンベース２３には、各冷却用流路２１ｃ内に配置されることとなるフィン２２を設ける。

【0046】

そして、上記の図２に示した例と同様に、この図６（Ａ）の半導体モジュール１０Ａにおいても、１列の冷却用流路２１ｃにつき、列方向に並ぶ２個の回路素子部３０が、その冷却用流路２１ｃの上方であって冷却用流路２１ｃに対応する領域内に、配置される。

【0047】

図７は半導体モジュールの第２変形例を示す図であって、（Ａ）は半導体モジュールの斜視模式図、（Ｂ）は冷却器の筐体の要部斜視模式図である。

【0048】

図７（Ａ）に示す半導体モジュール１０Ｂは、２行６列の回路素子部３０のほかに、更に２個の回路素子部３０Ｂが冷却器２０の上に配置されている。ここで追加する２個の回路素子部３０Ｂには、その他の１２個の回路素子部３０とは異なる構成を有するものを用いることができる。

【0049】

１２個の回路素子部３０は、適当に組み合わせ、例えば、上記図５に例示したようなインバータ回路４０を複数構成するように接続することができる。また、回路素子部３０Ｂは、例えば、所定数のＩＧＢＴとＦＷＤを用いて構成される昇圧コンバータ回路とすることができる。このような場合には、例えば、昇圧コンバータ回路の回路素子部３０Ｂをバッテリー及び上記インバータ回路４０に接続し、バッテリー電圧を回路素子部３０Ｂで昇圧し、その昇圧された直流電流をインバータ回路４０によって交流電流に変換して上記三相交流モータ４１に供給するような回路構成とすることが可能である。

【0050】

尚、このように回路素子部３０とは種類の異なる回路素子部３０Ｂを新たに追加する場合、設計上或いは製造上の配線レイアウト等を考慮すると、図７（Ａ）に示したように、回路素子部３０Ｂを半導体モジュール１０Ｂの端部に追加することが比較的容易である。

【0051】

上記のような半導体モジュール１０Ｂの場合、冷却器２０の筐体２１には、例えば、図７（Ｂ）に示すように、７列の冷却用流路２１ｃを設けたものを用いる。この筐体２１上に配置するフィンベース２３には、各冷却用流路２１ｃ内に配置されることとなるフィン２２を設ける。

【0052】

そして、上記の図２に示した例と同様に、この図７（Ａ）の半導体モジュール１０Ｂにおいても、１列の冷却用流路２１ｃにつき、列方向に並ぶ２個の回路素子部３０又は回路素子部３０Ｂが、その冷却用流路２１ｃの上方であって冷却用流路２１ｃに対応する領域内に、配置される。尚、ここでは、回路素子部３０を、導入口２４側（冷媒導入流路２１ａの始端側に連通する冷却用流路２１ｃの上方）に配置し、追加する回路素子部３０Ｂを排出口２５側（冷媒導入流路２１ａの終端側に連通する冷却用流路２１ｃの上方）に配置している。

【0053】

図６及び図７に示したように、冷却器２０の冷却用流路２１ｃの数は、冷却を行う回路素子部３０等の個数に応じて変更することが可能である。

【0054】

ところで、上記のように、冷却器２０では、冷媒導入流路２１ａと冷媒排出流路２１ｂとの間に、これらに直交する、複数の冷却用流路２１ｃを並設するようにしており、これにより、導入口２４から排出口２５までの間の冷媒の圧力損失を低減することが可能になっている。以下、この点について、より詳細に説明する。

【0055】

そこで、まず、冷却器２０の性能に影響を及ぼす因子について説明する。そのような因子としては、例えば、（１）フィン２２の材質（熱伝導率）及び形状、（２）冷媒導入のためのポンプの性能、（３）冷媒の性質（粘性、熱伝導率、温度等）、（４）冷媒流路の形状（幅、深さ、平面形状等）、等を挙げることができる。ここでは、（２），（４）の因子が冷却性能に及ぼす影響に着目する。

【0056】

図８は冷却器の冷却性能の説明図であって、（Ａ）は冷媒の流速と圧力の関係を模式的に示す図、（Ｂ）は冷媒の流速と素子温度の関係を模式的に示す図である。

【0057】

図８（Ａ）に示す曲線Ｘは、ポンプ性能を示しており、使用するポンプに固有の性能である。また、図８（Ａ）に示す曲線Ｙ１，Ｙ２はそれぞれ、ある冷却器の導入口と排出口との間における流速と圧力損失の関係を示しており、使用する冷却器ごとに、設計上或いは実験的に求められる。それぞれの冷却器に流通可能な冷媒の流速は、冷媒循環に使用するポンプのポンプ性能を示す曲線Ｘと、流速と圧力損失の関係を示す曲線Ｙ１又は曲線Ｙ２との交点の位置で決まってくる。

【0058】

例えば、図８（Ａ）に示す例では、冷媒の流速の増加に対する圧力損失の増加が比較的小さい曲線Ｙ１を示す冷却器の場合、曲線Ｘとの交点より、その冷却器に流通可能な冷媒の流速はＱ１となる。一方、冷媒の流速の増加に対する圧力損失の増加が比較的大きい曲線Ｙ２を示す冷却器の場合には、曲線Ｘとの交点より、その冷却器に流通可能な冷媒の流速はＱ２（＜Ｑ１）となり、より少なくなる。

【0059】

冷媒の流速と素子温度との関係について見ると、図８（Ｂ）に曲線Ｚで示すように、素子温度は、冷媒の流速の減少に伴って増加していく傾向がある。そのため、上記のように、流通可能な冷媒の流速がＱ１の冷却器を用いた場合よりも、流通可能な冷媒の流速が少ないＱ２の冷却器を用いた場合の方が、当然、素子温度の上昇を抑えることは難しくなる。

【0060】

尚、圧力損失が大きくなる曲線Ｙ２のような挙動を示す冷却器の場合でも、より性能の優れたポンプを使用すれば、その冷却器に流通可能な冷媒の流速を増加させることができ、従って、素子温度の上昇を抑えることも可能になる。しかしながら、そのようなポンプの使用は、その冷却器を有する半導体モジュールを搭載した電子機器等の大幅なコストアップを招く一因となる。

【0061】

そのため、ポンプ変更によるコストアップを抑えつつ、流通可能な冷媒の流速を一定以上確保して素子温度の上昇を抑えるためには、圧力損失の小さい冷却器を用いることが有効な手段となる。

【0062】

以下では、上記説明した冷却器２０の冷却性能をシミュレーションにより検証した結果について説明していく。

【0063】

ここでは、冷却器２０として、上記の図７（Ｂ）に示したような、冷媒導入流路２１ａと冷媒排出流路２１ｂとの間に７列の冷却用流路２１ｃが並設された筐体２１を備えているものを用いている。尚、このような筐体２１を、便宜上、ここでは並列流路タイプと言う。また、この冷却器２０との比較のため、次の図９（Ａ），（Ｂ）に示すような筐体１００，１１０を備えた冷却器も用いている。

【0064】

図９（Ａ）に示す筐体１００は、冷媒の導入口２４から排出口２５までが１本の流路１０１でつながっている。この筐体１００の流路１０１は、上記冷却器２０と同様にしてその上方に配置される回路素子部３０，３０Ｂの配置（２行７列）に合わせて、蛇行させた形状としている。尚、このような筐体１００を、便宜上、ここでは蛇行７段流路タイプと言う。

【0065】

また、図９（Ｂ）に示す筐体１１０も、図９（Ａ）に示した筐体１００と同様、冷媒の導入口２４から排出口２５までが１本の流路１１１でつながっている。但し、この図９（Ｂ）に示した筐体１１０の流路１１１は、筐体１１０の上方に配置される回路素子部３０，３０Ｂの行方向に延在されるように蛇行させた形状としている。尚、このような筐体１１０を、便宜上、ここでは蛇行５段流路タイプと言う。

【0066】

まず、並列流路タイプの筐体２１（図７（Ｂ））内を流れる冷媒の流速分布をシミュレーションした結果について述べる。

【0067】

図１０は流速分布のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【0068】

シミュレーションの方法は、流れと熱伝達の物理現象を含む２方程式による熱流体解析であり、定常運転状態の解析結果である。この結果はマージンを考慮し、チップ損失を２割増し、冷媒温度を１０℃高く見積もり設定した値である。

【0069】

筐体２１は、導入口２４から導入された冷媒を、冷却用流路２１ｃから冷媒排出流路２１ｂへと流し、排出口２５から排出させる構造としている。尚、図１０中、四角で囲んだ数字（０．２５，０．５０，０．７５，１．００，１．２５，１．５０，１．７５，２．００）は、流速（ｍ／ｓ）を表している。

【0070】

冷媒の流速分布をシミュレーションすると、図１０に示すように、導入口２４から筐体２１内に導入された冷媒は、導入口２４から直線状に延在する冷媒導入流路２１ａを速い流速で流れる。そして、図１０より、冷媒は、複数ある冷却用流路２１ｃのうち、特に、冷媒の排出口２５に近い側、即ち冷媒導入流路２１ａの終端側に連通する冷却用流路２１ｃに比較的速い流速で、均一な分布で流れ込んでいる。尚、図１０は、導入口２４と冷媒導入流路２１ａとの間に段差がない筐体２１についてシミュレーションした結果である。導入口２４と冷媒導入流路２１ａとの間に段差があると、冷媒導入流路２１ａの終端側に連通する冷却用流路２１ｃでの流速が遅くなるとともに、各冷却用流路２１ｃ間の流速の分布の幅が大きくなる。

【0071】

続いて、並列流路タイプの筐体２１（図７（Ｂ））と蛇行５段流路タイプの筐体１１０（図９（Ｂ））について、導入口２４と排出口２５における冷媒の流速をシミュレーションした結果について述べる。

【0072】

ここでは、ポンプ性能を３０Ｌ／ｍｉｎ（０．３ＭＰａ）で一定とする。また、筐体２１の冷却用流路２１ｃ、及び筐体１１０の流路１１１には、いずれもフィンを配置する。

【0073】

図１１はフィン及び筐体の説明図であって、（Ａ）はフィン形状を示す図、（Ｂ）は並列流路タイプの筐体とフィンとの配置関係を概念的に示す図、（Ｃ）は蛇行５段流路タイプの筐体とフィンとの配置関係を概念的に示す図である。

【0074】

シミュレーションにあたり、筐体２１の冷却用流路２１ｃ、及び筐体１１０の流路１１１に配置するフィンには、図１１（Ａ）に示すような寸法を有する複数の板状フィン１２０を用いる。各板状フィン１２０は、厚さＴが５ｍｍの基材１２１の上に形成され、その厚さｔを０．５ｍｍ、基材１２１からの高さｈを１０ｍｍ、ピッチｐを０．９ｍｍに設定している。

【0075】

このような複数の板状フィン１２０を形成した基材１２１を、図１１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、板状フィン１２０形成面側を筐体２１，１１０側に向けて配置し、各冷却用流路２１ｃ内、及び各流路１１１内に、それぞれ複数の板状フィン１２０を配置する。尚、図１１（Ｂ），（Ｃ）において、板状フィン１２０は、基材１２１配置領域の、各冷却用流路２１ｃ内のみ、及び各流路１１１内のみに配置されるものとする。因みに、実際の半導体モジュールでは、この図１１（Ｂ），（Ｃ）に示したような構造の上に、上記の図１及び図２に示したようなフィンベース２３、回路素子部３０，３０Ｂが熱的に接合されることになる。
図１２は流速のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【0076】

図１２より、並列流路タイプの筐体２１の場合、その導入口２４における冷媒の流速は４．０６ｍ／ｓで、その排出口２５における冷媒の流速は３．８３ｍ／ｓとなる。一方、蛇行５段流路タイプの筐体１１０の場合には、その導入口２４における冷媒の流速は３．６７ｍ／ｓで、その排出口２５における冷媒の流速は１．３２ｍ／ｓとなる。

【0077】

このように、並列流路タイプの筐体２１では、導入口２４の流速に対する排出口２５の流速が６％程度の減少で抑えられるのに対し、蛇行５段流路タイプの筐体１１０では、導入口２４の流速に対する排出口２５の流速が６０％程度減少する。

【0078】

蛇行５段流路タイプの筐体１１０では、流路１１１に蛇行部（折り返し部）が存在するため、導入口２４から導入された冷媒が流路１１１を通って排出口２５から排出されるまでの間に、比較的大きな圧力損失が生じる。その結果、排出口２５から排出される冷媒の流速は、比較的大きく減少してしまう（上記図８の曲線Ｙ２に相当）。筐体１１０の流路１１１内で冷媒の流れが滞ることで、その上方に配置されることとなる複数の回路素子部３０，３０Ｂそれぞれの冷却効果が低下してしまったり、複数の回路素子部３０，３０Ｂを均一に冷却することが難しくなったりする可能性がある。

【0079】

一方、並列流路タイプの筐体２１では、冷媒導入流路２１ａと冷媒排出流路２１ｂとの間に冷却用流路２１ｃを並設している構造上、導入口２４から排出口２５までの間の圧力損失が比較的小さくなる。そのため、導入口２４から導入された冷媒を排出口２５まで比較的スムーズに流すことができる（上記図８の曲線Ｙ１に相当）。従って、この筐体２１の上方に配置されることとなる複数の回路素子部３０，３０Ｂのそれぞれを効果的に冷却したり、複数の回路素子部３０，３０Ｂを均一に冷却したりすることが可能になる。

【0080】

続いて、ポンプ性能を変化させた場合における、回路素子部３０，３０Ｂの温度変化（半導体素子３２又は３３の表面温度の変化）をシミュレーションした結果について述べる。

【0081】

ここでは、ポンプ性能が３０Ｌ／ｍｉｎ，２０Ｌ／ｍｉｎ，１０Ｌ／ｍｉｎの各場合における、回路素子部３０，３０Ｂの温度変化をシミュレーションしている。シミュレーションでは、まず、冷却用流路２１ｃが７列の並列流路タイプの筐体２１を備えた冷却器２０の上に、１２個の回路素子部３０が２行６列で配置され、それらよりも動作時の発熱が大きい２個の回路素子部３０Ｂが２行１列で配置された構造を用いる（図７）。また、比較のため、７列の並列流路タイプの筐体２１に替えて、図９（Ａ），（Ｂ）に示した筐体１００，１１０を用いた構造も用いる。尚、回路素子部３０，３０Ｂの配置は変えないものとする。

【0082】

図１３は筐体と回路素子部の配置関係を示す図であって、（Ａ）は筐体が蛇行７段流路タイプの場合、（Ｂ）は筐体が蛇行５段流路タイプの場合、（Ｃ）は筐体が並列流路タイプの場合である。尚、図１３には、温度測定箇所も併せて図示している。

【0083】

回路素子部３０，３０Ｂは、冷却器の筐体１００，１１０，２１のそれぞれとの間で、この図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示すような位置関係で配置する。尚、便宜上、図１３では、筐体１００，１１０，２１を点線で図示している。

【0084】

図１３（Ａ）に示した蛇行７段流路タイプの筐体１００の場合、発熱の大きい回路素子部３０Ｂは、冷媒の導入口２４が配設されている側の端部に配置する。図１３（Ｂ）に示した蛇行５段タイプの筐体１１０の場合も、発熱の大きい回路素子部３０Ｂは、冷媒の導入口２４が配設されている側の端部に配置する。

【0085】

一方、図１３（Ｃ）に示した並列流路タイプの筐体２１の場合には、発熱の大きい回路素子部３０Ｂは、筐体２１の上方で、冷媒の排出口２５が配設されている側の端部に配置する。即ち、上記の図１０に示した流速分布のシミュレーション結果を踏まえ、筐体２１に存在する複数の冷却用流路２１ｃのうち、流速が大きくなる冷却用流路２１ｃ（冷媒導入流路２１ａの終端側に連通する冷却用流路２１ｃ）に対応する位置に、発熱の大きい回路素子部３０Ｂを配置する。

【0086】

筐体１００，１１０，２１との間でこの図１３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したような配置関係を有する回路素子部３０，３０Ｂの温度測定箇所は、１行目（上段）、図面左から第４列目に配置される中央部の回路素子部３０の位置Ｍ１と、第７列目に配置される端部の回路素子部３０Ｂの位置Ｍ２としている。

【0087】

図１４は温度のシミュレーション結果の一例を示す図であって、（Ａ）は位置Ｍ１での結果、（Ｂ）は位置Ｍ２での結果である。

【0088】

図１４（Ａ）に示すように、蛇行７段流路タイプの筐体１００を用いた場合、ポンプ性能を３０Ｌ／ｍｉｎ，２０Ｌ／ｍｉｎ，１０Ｌ／ｍｉｎと低下させるのに伴い、位置Ｍ１の回路素子部３０における温度は、１６６．２℃，１７６．９℃，２０６．１℃と上昇していく。同様に、蛇行５段流路タイプの筐体１１０を用いた場合には、位置Ｍ１の回路素子部３０における温度は、１５５．５℃，１６１．９℃，１７４．６℃と上昇していく。また、並列流路タイプの筐体２１を用いた場合では、位置Ｍ１の回路素子部３０における温度は、１６２．０℃，１６３．１℃，１７３．４℃と上昇していく。

【0089】

また、図１４（Ｂ）に示すように、蛇行７段流路タイプの筐体１００を用いた場合、ポンプ性能を３０Ｌ／ｍｉｎ，２０Ｌ／ｍｉｎ，１０Ｌ／ｍｉｎと低下させるのに伴い、位置Ｍ２の回路素子部３０Ｂにおける温度は、１６３．１℃，１８１．９℃，２４６．６℃と上昇していく。同様に、蛇行５段流路タイプの筐体１１０を用いた場合には、位置Ｍ２の回路素子部３０Ｂにおける温度は、１７７．６℃，１９０．１℃，２１１．３℃と上昇していく。また、並列流路タイプの筐体２１を用いた場合では、位置Ｍ２の回路素子部３０Ｂにおける温度は、１６４．２℃，１６７．３℃，１７５．０℃と上昇していく。

【0090】

この図１４（Ａ），（Ｂ）の結果より、並列流路タイプの筐体２１を用いた場合には、蛇行７段流路タイプの筐体１００及び蛇行５段流路タイプの筐体１１０を用いた場合に比べ、ポンプ性能を低下させたときの温度の上昇幅を、比較的小さく抑えることが可能になっている。即ち、並列流路タイプの筐体２１は、回路素子部３０，３０Ｂの冷却性能について、ポンプ性能の影響を受け難くなっていると言える。これは、上記のように、このような筐体２１が、冷媒の圧力損失が比較的小さくなる構造となっているためである。これに対し、蛇行７段流路タイプの筐体１００及び蛇行５段流路タイプの筐体１１０は、蛇行部の存在により比較的圧力損失が大きくなるため、ポンプ性能の影響を受け易く、従って、ポンプ性能の低下により、冷媒の流速が低下し易く、回路素子部３０，３０Ｂの冷却効率が低下し易い。

【0091】

更に、図１４（Ａ），（Ｂ）の結果より、並列流路タイプの筐体２１を用いると、いずれのポンプ性能の場合にも、発熱量の異なる回路素子部３０，３０Ｂを、ほぼ同程度の温度に冷却することができる。従って、半導体モジュール１０Ｂに含まれる複数の回路素子部３０，３０Ｂを、均一性良く冷却することが可能になる。

【0092】

続いて、並列流路タイプの筐体２１（図７（Ｂ））と蛇行７段流路タイプの筐体１００（図９（Ａ））について、冷媒の流速と圧力損失（導入口２４と排出口２５での冷媒の圧力差）の関係をシミュレーションにより検証した結果について述べる。

【0093】

図１５は冷媒の流速と圧力損失のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【0094】

図１５より、並列流路タイプの筐体２１の場合（曲線Ｙ１ａ）、蛇行７段流路タイプの筐体１００の場合（曲線Ｙ２ａ）共に、流速の増加に伴って圧力損失は大きくなる傾向がある。但し、流速の増加に対する圧力損失の増加の程度は、並列流路タイプの筐体２１の場合（曲線Ｙ１ａ）の方が小さくなる。尚、曲線Ｙ１ａ，Ｙ２ａは、筐体２１，１００の各流路２１ｃ，１０１に所定のフィンを配置した場合のシミュレーション結果である。また、図１５には、筐体２１，１００の各流路２１ｃ，１０１に所定のフィンを配置しなかった場合のそれぞれのシミュレーション結果を、曲線Ｙ１ｂ，Ｙ２ｂとして併せて図示している。

【0095】

この図１５に示した結果より、同じ流速の冷媒を流す場合にも、蛇行７段流路タイプの筐体１００を用いたとき（曲線Ｙ２ａ，Ｙ２ｂ）の方が、並列流路タイプの筐体２１を用いたとき（曲線Ｙ１ａ，Ｙ２ａ）に比べ、圧力損失が大きい。即ち、圧力損失が生じてもなお、冷却に必要な一定以上の流速を確保するためには、蛇行７段流路タイプの筐体１００では、並列流路タイプの筐体２１に比べ、より高性能のポンプを使用して冷媒を循環させなければならない。

【0096】

また、図１５に示した結果によれば、圧力損失を一定とした場合には、並列流路タイプの筐体２１を用いたとき（曲線Ｙ１ａ，Ｙ２ａ）の方が、蛇行７段流路タイプの筐体１００を用いたとき（曲線Ｙ２ａ，Ｙ２ｂ）に比べ、より大きな流速で冷媒を流すことができる。即ち、冷媒の循環に用いるポンプの性能が同等であれば、並列流路タイプの筐体２１の方が、蛇行７段流路タイプの筐体１００に比べ、より大きな流速で冷媒を流すことができる。例えば、この図１５のシミュレーション結果によれば、２０ｋＰａの圧力損失に対応できるポンプを使用する場合、並列流路タイプの筐体２１では４ｍ／ｓ以上の冷媒を流すことができるが、蛇行７段流路タイプの筐体１００では１ｍ／ｓの冷媒を流すことも難しい。

【0097】

図１６は冷媒の圧力損失と温度のシミュレーション結果の一例を示す図である。

【0098】

図１６には、並列流路タイプの筐体２１と蛇行７段流路タイプの筐体１００について、上記の図１３（Ａ），（Ｃ）に示したように回路素子部３０，３０Ｂを配置したときの、冷媒の圧力損失と位置Ｍ１，Ｍ２の温度の関係をシミュレーションした結果を示す。

【0099】

図１６に示した結果より、並列流路タイプの筐体２１を用いたときの位置Ｍ１，Ｍ２の温度、及び蛇行７段流路タイプの筐体１００を用いたときの位置Ｍ１，Ｍ２の温度は、いずれも圧力損失の増加に伴って低下していき、ある圧力損失からほぼ一定の値で推移するようになる。そして、位置Ｍ１，Ｍ２の温度がほぼ一定の値で推移するようになるときの圧力損失は、蛇行７段流路タイプの筐体１００を用いたときよりも、並列流路タイプの筐体２１を用いたときの方が小さくなる。即ち、並列流路タイプの筐体２１を用いたときの方が、回路素子部３０，３０Ｂの温度を一定レベルまで低下させるときの圧力損失が小さい。

【0100】

換言すれば、蛇行７段流路タイプの筐体１００を用いたときには、並列流路タイプの筐体２１を用いたときに比べて圧力損失が大きいため、回路素子部３０，３０Ｂの温度を一定レベルまで低下させるのに、より高性能のポンプを使用して冷媒を循環させる必要がある。並列流路タイプの筐体２１では、大きなコストアップを招くようなポンプを使用しなくても、回路素子部３０，３０Ｂを冷却することが可能になっている。

【0101】

以上説明したように、上記の冷却器２０では、冷媒導入流路２１ａと冷媒排出流路２１ｂとの間に複数の冷却用流路２１ｃを並設した筐体２１を用いることにより、圧力損失を小さく抑え、冷却器２０内に一定以上の流速で冷媒を流通させる。更に、この冷却器２０では、その上に配置される回路素子部３０，３０Ｂと熱的に接続されたフィン２２が、冷媒の流れる冷却用流路２１ｃ内に配置される。このような冷却器２０を用いることにより、その上に配置される回路素子部３０，３０Ｂを効果的に冷却することができる。

【0102】

また、上記の冷却器２０では、その筐体２１の構造上、複数の冷却用流路２１ｃのうち、冷媒導入流路２１ａの終端側に連通する冷却用流路２１ｃを流れる冷媒の流速が速くなる。そのため、例えば、回路素子部３０と、それより発熱の大きい回路素子部３０Ｂを配置するような場合には、発熱の大きい回路素子部３０Ｂを、冷媒の流速が速くなる冷却用流路２１ｃの上方に配置する。それにより、回路素子部３０，３０Ｂ共に効果的に冷却することができ、冷却器２０上の回路素子部３０，３０Ｂを均一性良く同程度の温度まで冷却することができる。

【0103】

尚、冷却器２０に用いる筐体２１は、上記したような構成のほか、以下に示すような構成とすることもできる。

【0104】

図１７は筐体の第１〜第４変形例を示す図であって、（Ａ）は第１変形例の平面模式図、（Ｂ）は第２変形例の平面模式図、（Ｃ）は第３変形例の平面模式図、（Ｄ）は第４変形例の平面模式図である。

【0105】

図１７（Ａ）に示す筐体２１Ａは、冷媒の導入口２４から延在する冷媒導入流路２１ａと、排出口２５に向かって延在する冷媒排出流路２１ｂとに連通する複数の冷却用流路２１ｃが、斜めに設けられている点で、上記筐体２１と相違する。即ち、冷媒導入流路２１ａ及び冷媒排出流路２１ｂの延在方向と、冷却用流路２１ｃの延在方向が、斜めに交差するように、冷却用流路２１ｃが設けられている。このように冷却用流路２１ｃを設けることにより、冷媒導入流路２１ａから冷却用流路２１ｃへの冷媒の流れ、冷却用流路２１ｃから冷媒排出流路２１ｂへの冷媒の流れがスムーズになると共に、冷却用流路２１ｃを流れる冷媒の流速を増加させることが可能になる。

【0106】

図１７（Ｂ）に示す筐体２１Ｂは、その外壁部内に、導入口２４の近傍から、導入口２４に直近の冷却用流路２１ｃに達する、バイパス流路２１ｅが設けられている点で、上記筐体２１と相違する。このようなバイパス流路２１ｅに冷媒を流すことにより（図１７（Ｂ）点線矢印）、冷媒排出流路２１ｂを流れる冷媒の流速指向性を増加させ、それにより、冷却用流路２１ｃを流れる冷媒の流速を均一にすることが可能になる。

【0107】

図１７（Ｃ）に示す筐体２１Ｃは、冷媒導入流路２１ａの終端側の外壁部内に、バイパス流路２１ｆが設けられている点で、上記筐体２１と相違する。このようなバイパス流路２１ｆを設けることにより、例えば、図１７（Ｃ）に点線で示したように、冷却用流路２１ｃの上方に２個の回路素子部３０Ｃが並設されるような場合に、双方の回路素子部３０Ｃを共に効果的に冷却することが可能になる。即ち、冷媒導入流路２１ａに近い側の、一方の回路素子部３０Ｃは、冷媒導入流路２１ａから冷却用流路２１ｃに流れ込む冷媒（図１７（Ｃ）鎖線矢印）で効果的に冷却することができる。また、冷媒排出流路２１ｂに近い側の、もう一方の回路素子部３０Ｃは、冷媒導入流路２１ａからバイパス流路２１ｆを経て冷却用流路２１ｃに流れ込む冷媒（図１７（Ｃ）点線矢印）で効果的に冷却することができる。尚、この筐体２１Ｃに、上記図１７（Ｂ）で述べたバイパス流路２１ｅを組み合わせることもできる。

【0108】

図１７（Ｄ）に示す筐体２１Ｄは、冷媒導入流路２１ａの終端側の冷却用流路２１ｃの隔壁２１ｄを略Ｓ字状にしている点で、上記筐体２１と相違する。このような隔壁２１ｄを設ける場合には、例えば、図１７（Ｄ）に点線で示したように、冷却用流路２１ｃの上方に２個の回路素子部３０Ｄを隔壁２１ｄの一方の側と他方の側にそれぞれ１個ずつ配置する。このように２個の回路素子部３０Ｄを異なる冷却用流路２１ｃに配置することにより、双方の回路素子部３０Ｃを共に効果的に冷却することが可能になる。尚、この筐体２１Ｄに、上記図１７（Ｂ）で述べたバイパス流路２１ｅを組み合わせることもできる。

【0109】

また、図１８は筐体の第５変形例を示す図であって、（Ａ）は平面模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＬ１−Ｌ１矢視断面模式図である。

【0110】

図１８（Ａ），（Ｂ）に示す筐体２１Ｅは、冷却用流路２１ｃの底部内面を部分的に上方に隆起させた隆起部２１ｇを有している点で、上記筐体２１と相違する。このように冷却用流路２１ｃに隆起部２１ｇを設けることにより、その隆起部２１ｇにおいては冷却用流路２１ｃの流路面積が減少するため、その冷却用流路２１ｃを流れる冷媒の流速を増加させることが可能になる。

【0111】

尚、このような隆起部２１ｇは、上記の筐体２１，２１Ａ〜２１Ｄのいずれにも適用することが可能である。また、ここでは、冷却用流路２１ｃの底部内面に隆起部２１ｇを設けることで流路面積を減少させるようにしたが、冷却用流路２１ｃ両側の隔壁２１ｄを部分的に肉厚にすることで冷却用流路２１ｃの流路面積を減少させることも可能である。

【0112】

また、冷却器２０には、その冷却用流路２１ｃに効率的に冷媒を誘導するため、以下に示すような構成を有する筐体を用いることもできる。

【0113】

図１９は筐体の第６〜第８変形例を示す図であって、（Ａ）は第６変形例の平面模式図、（Ｂ）は第７変形例の平面模式図、（Ｃ）は第８変形例の平面模式図である。

【0114】

図１９（Ａ）に示す筐体２１Ｆは、冷媒導入流路２１ａの、各冷却用流路２１ｃの近傍に、板状のガイド２１ｈが設けられている点で、上記筐体２１と相違する。このようなガイド２１ｈにより、冷媒導入流路２１ａを流れる冷媒は、そのまま冷媒導入流路２１ａを流れるものと、冷却用流路２１ｃに流れ込むものとに分岐され易くなる。尚、このガイド２１ｈは、筐体２１Ｆの底部内面に形成されていても、或いは、この筐体２１Ｆ上に配置されるフィンベース２３に形成されていても、いずれであってもよい。また、ガイド２１ｈは、筐体２１Ｆの底部内面とフィンベース２３の両方に、抵抗等を考慮し必要に応じて両者の先端を離間させて、対向するように形成されていてもよい。

【0115】

図１９（Ｂ）に示す筐体２１Ｇは、中心部の隔壁２１ｄを、一方の外壁部まで延在させている点で、上記筐体２１と相違する。これにより、各冷却用流路２１ｃに、より均等に冷媒を誘導することが可能になる。

【0116】

図１９（Ｃ）に示す筐体２１Ｈは、冷媒導入流路２１ａに、複数の冷却用流路２１ｃの近傍に跨って、板状のガイド２１ｉが設けられている点で、上記筐体２１と相違する。ここでは、一例として、２枚のガイド２１ｉを、冷媒導入流路２１ａの延在方向と直交する方向に若干ずらして配置した場合を例示している。このようなガイド２１ｉによっても、上記図１９（Ａ）の場合と同様、冷媒導入流路２１ａを流れる冷媒は、そのまま冷媒導入流路２１ａを流れるものと、冷却用流路２１ｃに流れ込むものとに分岐され易くなる。

【0117】

上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。

【符号の説明】

【0118】

１０，１０Ａ，１０Ｂ 半導体モジュール
２０ 冷却器
２１，２１Ａ〜２１Ｈ，１００，１１０ 筐体
２１ａ 冷媒導入流路
２１ｂ 冷媒排出流路
２１ｃ 冷却用流路
２１ｄ 隔壁
２１ｅ，２１ｆ バイパス流路
２１ｇ 隆起部
２１ｈ，２１ｉ ガイド
２２ フィン
２２ａ ピン状フィン
２２ｂ，１２０ 板状フィン
２２ｃ ちどり状フィン
２２ｄ 波板状フィン
２２ｅ コルゲートフィン
２３ フィンベース
２４ 導入口
２５ 排出口
２６，１２１ 基材
３０，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ 回路素子部
３１ 基板
３１ａ 絶縁基板
３１ｂ，３１ｃ 導体パターン
３２，３３ 半導体素子
３４，３５ 接合層
４０ インバータ回路
４１ 三相交流モータ
１０１，１１１ 流路
Ｃ クリアランス
Ｔ，ｔ 厚さ
ｈ，Ｈ 高さ
ｐ，Ｐ ピッチ
Ｍ１，Ｍ２ 位置
Ｑ１，Ｑ２ 流速
Ｘ，Ｙ１，Ｙ２，Ｙ１ａ，Ｙ２ａ，Ｙ１ｂ，Ｙ２ｂ，Ｚ 曲線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】