提供了一种包括通过其获得良好的冷却效果的冷却单元的半导体模块。与从制冷剂导入口延伸的制冷剂导入流路和延伸到制冷剂排出口的制冷剂排出流路两者连通的多个冷却流路(21c)彼此平行地排列在冷却单元(20)中。翼片(22)排列在每个冷却流路(21c)中。半导体元件(32)和(33)排列在冷却单元(20)上,以使半导体元件(32)和(33)热连接到翼片(22)。通过这样做,形成半导体模块(10)。半导体元件(32)和(33)所产生的热被传导到排列在能够冷却流路(21c)的翼片(22),并且沿着每个冷却流路(21c)流动的制冷剂驱散。
1.一种半导体模块,包括:冷却单元,包括:从制冷剂导入口延伸的第一流路,与所述第一流路平行地排列且延伸到制冷剂排出口的第二流路,与所述第一流路和第二流路连通的多个第三流路,以及排列在所述多个第三流路中的散热片;以及热连接到所述冷却单元的至少一个半导体元件,所述冷却单元在所述第一流路内且在所述多个第三流路的至少一个第三流路附近还具有引导制冷剂的引导槽,所述引导槽是多个板式引导槽,且在与制冷剂导入流路的延伸方向垂直的方向上以互相偏移的方式进行配置。
2.如权利要求1所述的半导体模块,其特征在于,所述冷却单元具有:设置有所述散热片的翼片基座;以及包括形成多个第三流路的分隔壁的外壳,所述引导槽形成于所述外壳的底部内面。
3.如权利要求1所述的半导体模块,其特征在于,所述冷却单元具有:设置有所述散热片的翼片基座;以及包括形成多个第三流路的分隔壁的外壳,所述引导槽形成于配置在所述外壳上的翼片基座。
4.如权利要求1所述的半导体模块,其特征在于,所述冷却单元具有:设置有所述散热片的翼片基座;以及包括形成多个第三流路的分隔壁的外壳,所述引导槽形成在所述外壳的底部内面和翼片基座这两者上。
5.如权利要求1所述的半导体模块,其特征在于,所述半导体元件排列在所述多个第三流路中的至少一个第三流路的上方。
6.如权利要求1所述的半导体模块,其特征在于:包括一个半导体元件和产生的热比所述一个半导体元件少的另一个半导体元件,来作为所述半导体元件;并且所述一个半导体元件排列在位于所述冷却单元的上方且在所述第一流路的后端侧,而所述另一个半导体元件排列在位于所述冷却单元的上方且在所述第一流路的前端侧。
7.如权利要求1所述的半导体模块,其特征在于,所述多个第三流路彼此平行地排列。
8.如权利要求1所述的半导体模块,其特征在于,所述多个第三流路被排列成使得所述多个第三流路与所述第一流路和第二流路大致垂直。
9.一种冷却单元,其特征在于,包括:从制冷剂导入口延伸的第一流路;与所述第一流路平行地排列且延伸到制冷剂排出口的第二流路;与所述第一流路和第二流路连通的多个第三流路;以及排列在所述多个第三流路中的散热片,在所述第一流路内且在所述多个第三流路的至少一个第三流路附近还具有引导制冷剂的引导槽,所述引导槽是多个板式引导槽,且在与制冷剂导入流路的延伸方向垂直的方向以互相偏移的方式进行配置。技术领域
本发明涉及包括半导体元件的半导体模块和用于冷却包括在半导体模块中的半导体元件的冷却单元。
背景技术
使用具有销式或板式翼片的散热片的技术作为用于冷却在操作时产生热的半导体元件的技术之一是众所周知的。另外,例如,用于通过沿着由热连接到半导体元件的冷却套等的确定构件中的孔、分隔壁、翼片等构成的制冷剂流路传递制冷剂来冷却半导体元件的技术也是已知的。冷却系统包括空气冷却系统和液体冷却系统,两者在所使用的制冷剂的种类上不同。引用列表专利文献专利文献1:日本公开2000-340727专利文献2:日本公开2001-24125专利文献3:日本公开2002-93974专利文献4:日本公开2006-295178专利文献5:日本公开2007-12722专利文献6:日本公开2007-324351专利文献7:日本公开2008-251932专利文献8:日本公开2008-288330
发明内容
技术问题然而,在常规冷却技术的情况下,取决于例如散热片(翼片)或制冷剂流路的形状或排列,不可能充分地或均匀地冷却半导体元件。冷却不足可因产生热而引起半导体元件的故障或损坏。本发明是在以上描述的背景情况下作出的。本发明的目的在于,提供包括可有效地冷却半导体元件的冷却单元的半导体模块。本发明的另一个目的在于,提供可应用于半导体模块的冷却单元。问题的解决方案根据本发明的一方面,提供了一种包括具有从制冷剂导入口延伸的第一流路的冷却单元的半导体模块,与第一流路平行地排列且延伸到制冷剂排出口的第二流路,与第一流路和第二流路连通的多个第三流路,以及排列在多个第三流路中的散热片;以及热连接到冷却单元的至少一个半导体元件。发明的有益效果在根据本发明的半导体模块的情况下,包括在其中的半导体元件可通过冷却单元来有效地冷却,并且稳定地进行操作。从结合作为示例示出本发明的优选实施例的附图作出的以下描述中,本发明的以上及其他目的、特征和优点将变得显而易见。附图简述图1是半导体模块的示例的示意性立体图。图2是沿图1的点划线取得的示意性截面图。图3是冷却单元的示例的局部示意性立体图。图4示出翼片的形状的示例。图5示出半导体模块的电路图的示例。图6示出半导体模块的第一变体。图7示出半导体模块的第二变体。图8是用于描述冷却单元的冷却性能的视图。图9是外壳的另一示例的示意性立体图。图10示出模拟流速分布的结果的示例。图11是用于描述翼片和外壳的视图。图12示出模拟流速的结果的示例。图13示出外壳和电路元件部分的相对位置。图14示出模拟温度的结果的示例。图15示出模拟制冷剂流速和制冷剂压力损耗之间的关系的结果的示例。图16示出模拟制冷剂压力损耗和温度之间的关系的结果的示例。图17示出外壳的第一至第四变体。图18示出外壳的第五变体。图19示出外壳的第六至第八变体。实施例的描述图1是半导体模块的示例的示意性立体图。图2是沿图1的点划线取得的示意性截面图。图3是冷却单元的示例的局部示意性立体图。图1所示的半导体模块10包括冷却单元20和排列在冷却单元20上的多个电路元件部分30。如图1和2所示,冷却单元20包括外壳(翼片盖子)21和具有翼片(散热片)22的翼片基座23。如图3所示,在冷却单元20的外壳21的一个表面中形成制冷剂导入流路21a、制冷剂排出流路21b和多个(在本示例中为三个)冷却流路21c。另外,在外壳21的相对侧形成用于将制冷剂导入外壳21内部的制冷剂导入口24和用于将导入外壳21内部的制冷剂排到外壳21外部的制冷剂排出口25。制冷剂导入流路21a、制冷剂排出流路21b、冷却流路21c、制冷剂导入口24和制冷剂排出口25各自的横截面大致为正方形。其深度相等。其底部的平面没有差异,换言之,其底部是平的。制冷剂导入流路21a从在外壳21的一侧形成的制冷剂导入口24直线延伸。制冷剂排出流路21b与制冷剂导入流路21a平行地形成,并且直线延伸到在外壳21的与形成有制冷剂导入口24的一侧相对的那一侧形成的制冷剂排出口25。在彼此平行地形成的制冷剂导入流路21a和制冷剂排出流路21d之间的区域中,在彼此平行形成的多个分隔壁21d之间形成多个冷却流路21c。在制冷剂导入流路21a和制冷剂排出流路21b之间,彼此平行地形成多个冷却流路21c,并且与制冷剂导入流路21a和制冷剂排出流路21b连通。在该示例中,多个冷却流路21c在与制冷剂导入流路21a和制冷剂排出流路21b延伸的方向垂直的方向上延伸。从制冷剂导入口24导入外壳21的制冷剂沿着制冷剂导入流路21a、多个冷却流路21c和制冷剂排出流路21b流动,并且从制冷剂排出口25排出。具有以上结构的外壳21可通过使用诸如铝、铝合金、铜、或铜合金之类的金属材料来形成。如果外壳21通过使用金属材料来形成,则外壳21可通过例如模铸来形成,以使外壳21将具有以上制冷剂导入流路21a、制冷剂排出流路21b、多个冷却流路21c、制冷剂导入口24和制冷剂排出口25。可代替用于形成外壳21的金属材料来使用包含碳填料的材料。另外,取决于所使用的制冷剂的种类、在外壳21中流动的制冷剂的温度等,陶瓷材料、树脂材料等可用于形成外壳21。外壳21具有以上结构。如图1和2所示,翼片基座23置于该外壳21的表面上,在该外壳21中形成制冷剂导入流路21a、制冷剂排出流路21b和多个冷却流路21c。多个翼片22排列在翼片基座23上。在例如基座构件26上形成每一个翼片22。其上形成有翼片22的基座构件26与翼片基座23集成。当翼片基座23与翼片22一起放置成面向外壳21时,翼片22排列在外壳21的每个冷却流路21c中。现在将描述翼片22的形状的示例。图4示出翼片的形状的示例。如图4(A)所示,例如,翼片22可以是以规则方式垂直和水平排列的销式翼片22a。这些销式翼片22a被基座构件26和翼片基座23固定住,并且排列在冷却流路21c中。制冷剂在图4(A)中的箭头所指示的方向上流动。如图4(B)所示,例如,翼片22可以是彼此平行排列的板式翼片22b。板式翼片22b被排列成使得其在由图4(B)中的箭头指示的且制冷剂流动(冷却流路21c延伸)的方向上延伸。这些板式翼片22b被基座构件26和翼片基座23固定住,并且排列在冷却流路21c中。在图4(B)中,示出平板式翼片22b。然而,可使用波纹板式翼片22d(图4(D))、交错翼片22c(图4(C))、以P的间距形成且高度为H的波纹翼片22e(图4(E))。如上所述,翼片22可以是销式翼片、平板式翼片、波纹板式翼片等。如图2所示,例如,这些翼片22与翼片基座23集成。翼片22的尺寸(高度)被设置成当翼片基座23与翼片22一起放置成面向外壳21时,在其尖端和外壳21的内底部之间将存在恒定间隙C。如上所述,具有各种形状的翼片(诸如,销式翼片、平板式翼片、或波纹板式翼片)可用作翼片22。然而,在冷却单元20的情况下,翼片22排列在冷却流路21c中。因此,取决于翼片22的形状或大小,翼片22可对沿着冷却流路21c流动的制冷剂提供阻力。在此情况下,发生压力损耗。应当对此加以注意。考虑在制冷剂导入冷却单元20(泵性能等)时制冷剂的种类(速度等)、目标散热量等条件下,适当地设置翼片22的形状和大小。翼片22和翼片基座23可通过使用例如金属材料(诸如铝、铝合金、铜、或铜合金)来形成。翼片22可通过例如将通过使用金属材料所形成的确定销或板(在销式翼片22a、平板式翼片22b等之上)接合到金属基座构件26来形成。以此方式接合有翼片22的基座构件26被接合到例如金属板的翼片基座23的确定区域,即与图2所示的每个冷却流路21c相对应的区域。代替以此方式将接合有多个销式或平板式翼片22的基座构件26例如预先接合到翼片基座23,多个销式或平板式翼片22可被直接接合到翼片基座23。如图1和2所示,最终集成有翼片22的翼片基座23随后置于外壳21上。翼片基座23和外壳21通过使用例如适当的密封材料(未示出)来接合在一起。通过这样做,形成包括外壳21、翼片22和翼片基座23的冷却单元20。在使用冷却单元20时,例如,制冷剂导入口24连接到安装在上游侧的泵,而制冷剂排出口25连接到安装在下游侧的热交换器。结果,形成为闭环且包括冷却单元20、泵和热交换器的制冷剂流路。泵强迫制冷剂沿着该闭环循环。如图1和2所示,多个电路元件部分30排列(在该示例中,电路元件部分30排列成两行和三列,换言之,排列有总共六个电路元件部分30)在冷却单元20上。如图1所示,例如,每个电路元件部分30包括安装在板31上的两种半导体元件。每个电路元件部分30包括两个半导体元件32和两个半导体元件33,即总共四个半导体元件。如图2所示,例如,通过在绝缘板31a的两个表面上形成导体图案31b和31c来获得板31。氮化铝、氧化铝等的陶瓷板可用作板31的绝缘板31a。位于绝缘板31a上的导体图案31b和31c可通过使用诸如铜(铜箔)之类的金属来形成。在该示例中,功率半导体元件用作安装在具有以上结构的板31上的半导体元件32和33。例如,半导体元件32是FWD(续流二极管),而半导体元件33是IGBT(绝缘栅双极晶体管)。半导体元件32和33通过使用焊料等接合层34来接合到板31的导体图案31b侧,并且直接或经由电线(未示出)电连接到导体图案31b。其上安装有半导体元件32和33的板31的导体图案31c经由接合层35接合到冷却单元20的翼片基座23。板31、安装在板31上的半导体元件32和33、以及冷却单元30彼此热连接。用于保护不受污染、腐蚀、外力等的保护层可通过例如在导体图案31b和31c的暴露表面以及电线的表面上镀镍来形成,半导体元件32和33以及导体图案31b经由这些电线电连接。在该示例中,各自具有以上结构的总共六个电路元件部分30排列在冷却单元20的翼片基座23上。例如,可连接这些电路元件部分30,以使逆变器电路将在冷却单元20上形成。图5示出半导体模块的电路图的示例。在图5中,示出用于将直流电流转换成交流电流且将其供应给三相AC电动机41的逆变器电路40。对于三相中的每一相,即对于U相、V相和W相中的每一相,逆变器电路40包括由作为IGBT的半导体元件33和作为FWD的半导体元件32构成的桥接电路。通过控制半导体元件33的开关,直流电流可被转换成交流电流,并且可驱动三相AC电动机41。在以上半导体模块10的情况下,例如,两个此类逆变器电路40可通过使用六个电路元件部分30来形成。如图2所示,排列在冷却单元20上的每个电路元件部分30被排列在位于冷却单元20上的、与冷却单元20的冷却流路21c相对应的区域中。在以上示例中,在图1中排列成一列的两个电路元件部分30被排列在图2和3所示的一个冷却流路21c上。在操作时每个电路元件部分30所产生的热被传输到所接合的翼片基座23,并且随后被传输到翼片基座23下的翼片22。如上所述,翼片22排列在冷却流路21c中。制冷剂沿着冷却流路21c流动,因此冷却翼片22。产生热的每个电路元件部分30以此方式通过冷却单元20来冷却。在半导体模块10的情况下,如已描述的,电路元件部分30排列在冷却单元20的翼片基座23的上侧与冷却流路21c相对应的位置,而翼片22排列在翼片基座23的下侧与电路元件部分30相对应的冷却流路21c中的位置。因此,与翼片22未排列在冷却流路21c中且冷却只通过使制冷剂沿着冷却流路21c流动来执行的情况相比,可有效地冷却电路元件部分30。另外,在半导体模块10的情况下,在制冷剂导入流路21a和制冷剂排出流路21b之间彼此平行地形成三个冷却流路21c。结果,可降低在制冷剂从制冷剂导入口21导入到制冷剂从制冷剂排出口25排出的时间段期间发生的压力损耗。因此,制冷剂可以特定流速或更大流速在冷却单元20中流动,并且可有效地冷却电路元件部分30。稍后将描述这一点的细节。在以上描述中,以包括在半导体模块10中的电路元件部分30的数量为6的情况作为示例。然而,包括在半导体模块10中的电路元件部分30的数量不限于6。图6示出半导体模块的第一变体。图6(A)是半导体模块的示意性立体图,而图6(B)是冷却单元的外壳的局部示意性立体图。在图6(A)所示的半导体模块10A的情况下,电路元件部分30排列成两行和六列,即总共十二个电路元件部分30排列在冷却单元20上。通过适当地组合这些电路元件部分30并将其连接,可形成类似于例如以上图5所示的多个逆变器电路40。在具有以上结构的半导体模块10A的情况下,如图6(B)所示,例如在冷却单元20的外壳21中形成六个冷却流路21c。排列在每个冷却流路21c中的翼片22被排列在置于外壳21上的翼片基座23上。在图6(A)所示的半导体模块10A的情况下,排列成一列的两个电路元件部分30被排列在位于冷却流路21c上的、与冷却流路21c相对应的区域中。这与图2所示的以上示例相同。图7示出半导体模块的第二变体。图7(A)是半导体模块的示意性立体图,而图7(B)是冷却单元的外壳的局部示意性立体图。在图7(A)所示的半导体模块10B的情况下,除了电路元件部分30排列成两行和六列以外,两个电路元件部分30B排列在冷却单元20上。两个附加电路元件部分30B可与结构中的其他十二个电路元件部分30不同。通过适当地结合十二个电路元件部分30并将其连接,可形成类似于例如以上图5所示的多个逆变器电路40。例如,电路元件部分30B可以是通过使用确定数量的IGBT和FWD来形成的升压转换器电路。在此情况下,例如,可采用以下电路结构。升压转换器电路的电路元件部分30B连接到电池和以上逆变器电路40。电池电压通过电路元件部分30B来增大。升压直流电流被逆变器电路40转换成交流电流,并且供应给以上三相AC电动机41。如果新近添加类型与电路元件部分30不同的电路元件部分30B、并且考虑设计或制造中的布线布局等,则如图7(A)所示,比较容易将电路元件部分30B添加到半导体模块10B的边缘部分。在以上半导体模块10B的情况下,例如,使用形成有七个冷却流路21c的冷却单元20的外壳21,如图7(B)所示。排列在每个冷却流路21c中的翼片22被排列在置于外壳21上的翼片基座23上。在图7(A)所示的半导体模块10B的情况下,排列成一列的两个电路元件部分30或两个电路元件部分30B被排列在位于冷却流路21c上的、与冷却流路21c相对应的区域中。这与图2所示的以上示例相同。在图7(A)中,电路元件部分30排列在制冷剂导入口24侧(位于与制冷剂导入流路21a的前端连通的冷却流路21c上),而附加电路元件部分30B排列在制冷剂排出口25侧(位于与制冷剂导入流路21a的后端连通的冷却流路21c上)。如图6和7所示,可根据要冷却的电路元件部分30等的数量来改变冷却单元20的冷却流路21c的数量。顺便地,在冷却单元20中,如上所述,在制冷剂导入流路21a和制冷剂排出流路21b之间彼此平行地形成有与制冷剂导入流路21a的制冷剂排出流路21b垂直的多个冷却流路21c。结果,可降低在制冷剂导入口24和制冷剂排出口25之间发生的制冷剂压力的损耗。现在将更详细地描述这一点。首先将描述对冷却单元20的性能有影响的因素。例如,可给出(1)用于翼片的材料(热导率)及其形状、(2)用于导入制冷剂的泵的性能、(3)制冷剂的特性(黏性、导热性、温度等)、以及(4)制冷剂流路的形状(宽度、深度、平面形状等)作为此类因素。现在将注意因素(2)和(4)对冷却性能的影响。图8是用于描述冷却单元的冷却性能的视图。图8(A)是制冷剂的流速和压力之间的关系的示意性视图,而图8(B)是制冷剂的流速和元件的温度之间的关系的示意性视图。图8(A)中所指示的曲线X表示泵性能。该性能在所使用的泵中是固有的。图8(A)中所指示的曲线Y1和Y2各自表示冷却单元的制冷剂导入口和制冷剂排出口之间的流速和压力损耗之间的关系。根据所使用的冷却单元,该关系在设计时或通过实验来计算。根据表示用于制冷剂计算的泵性能的曲线X与表示流速和压力损耗之间的关系的曲线Y1或Y2交叉的点的位置来确定每个冷却单元可传递的制冷剂的流速。在图8(A)中所指示的示例中,例如,曲线Y1指示压力损耗的增加相对于制冷剂的流速的增加比较小。在获得曲线Y1的冷却单元的情况下,冷却单元可传递的制冷剂的流速为由曲线Y1和曲线X交叉的点给出的Q1。另一方面,曲线Y2指示压力损耗的增加相对于制冷剂的流速的增加比较大。在获得曲线Y2的冷却单元的情况下,冷却单元可传递的制冷剂的流速为由曲线Y2和曲线X交叉的点给出的Q2(<Q1),并且变得更低。制冷剂的流速和元件的温度之间的关系由图8(B)的曲线Z给出。如图8(B)的曲线Z所指示的,有元件的温度随着制冷剂的流速的降低而上升的趋势。因此,与使用可以流速Q1传递制冷剂的冷却单元的情况相比,在使用可以较低流速Q2传递制冷剂的冷却单元的情况下当然难以控制元件温度的上升。在曲线Y2的情况下,发生大的压力损耗。即时使用展现类似于曲线Y2所指示的行为的冷却单元,也可通过使用更高性能的泵来增大冷却单元可传递的制冷剂的流速。结果,可控制元件温度的上升。然而,此类泵的使用引起配备有包括冷却单元的半导体模块的电子设备等的成本的显著增加。因此,使用压力损耗小的冷却单元是用于使可传递的制冷剂的流速保持在特定值或更大值并控制元件温度的上升、同时控制泵的改变所引起的成本的增加的有效方法。现在将描述通过经由模拟检查上述冷却单元20的冷却性能来获得的结果。包括类似于图7(B)所示的、其中在制冷剂导入流路21a和制冷剂排出流路21b之间彼此平行地形成有七个冷却流路21c的外壳21的冷却单元用作冷却单元20。为了方便起见,该外壳21将被称为平行流路类型的外壳。为了与冷却单元20比较起见,还使用分别包括图9(A)和9(B)所示的外壳100和110的冷却单元。在图9(A)所示的外壳100的情况下,制冷剂导入口24和制冷剂排出口25通过一个流路101来连接。外壳100的流路101弯曲以排列在外壳100的流路101上排列(排列成两行和七列)的电路元件部分30和30B.这与以上冷却单元20相同。为了方便起见,该外壳100将被称为七级弯曲流路类型的外壳。在图9(B)所示的外壳110的情况下,制冷剂导入口24和制冷剂排出口25通过一个流路111来连接。这与图9(A)所示的外壳100相同。然而,图9(B)所示的外壳110的流路111弯曲,以使其在电路元件部分30和30B排列在外壳110上的各行的方向上延伸。为了方便起见,该外壳110将被称为五级弯曲流路类型的外壳。首先将描述模拟在平行流路类型的外壳21(图7(B))中流动的制冷剂的流速分布的结果。图10示出模拟流速分布的结果的示例。采用使用包括流动和热传递的物理现象的两个方程的热流体分析作为模拟方法。该分析在稳定操作状态中执行。通过考虑裕度、使芯片损耗增加20%和将制冷剂温度设置成与估计值高10摄氏度的值来获得这些结果。外壳21将从制冷剂导入口24导入的制冷剂传递到冷却流路21c、且随后传递到制冷剂排出流路21b,并且从制冷剂排出口25排出制冷剂。在图10中,方形所包围的数字(0.25、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75和2.00)表示流速(m/s(米/秒))。作为模拟制冷剂的流速分布的结果,如图10所示,从制冷剂导入口24导入外壳21的制冷剂以高流速沿着从制冷剂导入口24直线延伸的制冷剂导入流路21a流动。如从图10可见,制冷剂随后特别流入多个冷却流路21c中最接近制冷剂排出口25的冷却流路21c,即其以比均匀分布的流速高的流速与制冷剂导入流路21a的后端连通。通过执行对其中制冷剂导入口24和制冷剂导入流路21a之间的平面没有差异的外壳21的模拟来获得图10所指示的结果。如果制冷剂导入口24和制冷剂导入流路21a之间的平面有差异,则与制冷剂导入流路21a的后端连通的冷却流路21a中的流速变低,并且存在多个冷却流路21c中的制冷剂的流速的大范围变化。接下来,将描述模拟在平行流路类型的外壳21(图7(B))和五级弯曲流路类型的外壳110(图9(B))各自的制冷剂导入口24和制冷剂排出口25处制冷剂的流速的结果。假设泵性能为30L/min(升/分钟)(0.3MPa)且泵性能是恒定的。另外,翼片排列在外壳21的冷却流路21c和外壳110的流路111中。图11是用于描述翼片和外壳的视图。图11(A)示出翼片的形状,图11(B)是平行流路类型的外壳和翼片的相对位置的示意性视图,而图11(C)是五级弯曲流路类型的外壳和翼片的相对位置的示意性视图。在图11(A)中示出其尺寸的多个板式翼片120排列在外壳21的冷却流路21c和外壳110的流路111中,并且执行模拟。在厚度T为5mm的基座构件121上形成每一个板式翼片120。每个板式翼片120的厚度t被设置为0.5mm,从基座构件121起的每个板式翼片120的高度h被设置为10mm,并且翼片间距p被设置为0.9mm。如图11(B)或11(C)所示,其上形成有各自具有以上结构的多个板式翼片120的基座构件121放置成使其上形成有多个板式翼片120的表面面向外壳21或110。通过这样做,多个板式翼片120排列在冷却流路21c或流路111中。在图11(B)或11(C)中,多个板式翼片120只排列在与放置有基座构件121的区域相对应的冷却流路21c或流路111中。顺便地,在实际半导体模块中,类似于以上图1和2所示的翼片基座23和电路元件部分30热接合在类似于图11(B)或11(C)所示的结构上。图12示出模拟流速的结果的示例。在平行流路类型的外壳21的情况下,如从图12可见,制冷剂的流速在制冷剂导入口24为4.06m/s,而在制冷剂排出口25为3.83m/s。另一方面,在五级弯曲流路类型的外壳110的情况下,制冷剂的流速在制冷剂导入口24为3.67m/s,而在制冷剂排出口25为1.32m/s。换言之,在平行流路类型的外壳21的情况下,制冷剂的流速在制冷剂导入口24只降低其在制冷剂排出口25处的约6%。另一方面,在五级弯曲流路类型的外壳110的情况下,制冷剂的流速在制冷剂导入口24降低其在制冷剂排出口25的约60%。在五级弯曲流路类型的外壳110的情况下,在流路111中存在弯曲部分(折叠部分)。从制冷剂导入口24导入的制冷剂沿着流路111流动,并且从制冷剂排出口25排出。因此,在该时间段,发生相对大的压力损耗。结果,制冷剂从制冷剂排出口25排出的流速相当显著地降低(对应于图8的曲线Y2)。制冷剂的流动在外壳110的流路111中停滞。这可导致冷却排列在外壳110上的多个电路元件部分30和30B的效果减弱的可能性,或难以均匀地冷却多个电路元件部分30和30B的可能性。另一方面,在平行流路类型的外壳21的情况下,在制冷剂导入流路21a和制冷剂排出流路21b之间彼此平行地形成冷却流路21c,因此发生在制冷剂导入口24和制冷剂排出口25之间的压力损耗相对较小。这意味着从制冷剂导入口24导入的制冷剂可相对平滑地流向制冷剂排出口25(对应于图8的曲线Y1)。因此,可有效地冷却排列在外壳21上的多个电路元件部分30和30B,或者可均匀地冷却多个电路元件部分30和30B。现在将描述模拟泵性能的改变所引起的电路元件部分30和30B的温度的改变(半导体元件32和33的表面温度的改变)的结果。泵性能为30L/min、20L/min、或10L/min。在每一情况下,模拟电路元件部分30和30B的温度的改变。首先,使用其中十二个电路元件部分30和两个电路元件部分30B排列在包括其中形成七个冷却流路21c的平行流路类型的外壳21的冷却单元20上的半导体模块(图7)。十二个电路元件部分30排列成两行和六列,而两个电路元件部分30B排列成两行和一列。在操作时,每个电路元件部分30B比每个电路元件部分30生成更多的热。例如,使用图9(A)或9(B)所示的外壳100或110来代替其中形成有七个冷却流路21c的平行流路类型的外壳21的半导体模块也用于作比较。在此情况下,电路元件部分30和30B的排列相同。图13示出外壳和电路元件部分的相对位置。图13(A)示出七级弯曲流路类型的外壳和电路元件部分的相对位置,图13(B)示出五级弯曲流路类型的外壳和电路元件部分的相对位置,而图13(C)示出平行流路类型的外壳和电路元件部分的相对位置。在图13中,同样指示测量温度的点。电路元件部分30和30B分别根据其在图(A)、13(B)和13(C)中所示的相对位置排列在冷却单元的外壳100、110和21上。为了方便起见,外壳100、110和21由图13中的虚线指示。在图13(A)所示的七级弯曲流路类型的外壳100的情况下,生成大量热的电路元件部分30B排列在形成有制冷剂导入口24的一侧的边缘附近。在图13(B)所示的五级弯曲流路类型的外壳110的情况下,生成大量热的电路元件部分30B排列在形成有制冷剂导入口24的一侧的边缘附近。这与图13(A)相同。另一方面,在图13(C)所示的平行流路类型的外壳21的情况下,生成大量热的电路元件部分30B排列在外壳21上,并且排列在形成有制冷剂排出口25的一侧的边缘附近。换言之,在模拟图10所示的流速分布的结果的基础上,生成大量热的电路元件部分30B排列在与其中流速高的外壳21的多个冷却流路21c之一(与制冷剂导入流路21a的后端连通的冷却流路21c)相对应的位置。在图13(A)、13(B)和13(C)中分别示出电路元件部分30和30B与外壳100、电路元件部分30和30B与外壳110、以及电路元件部分30和30B与外壳21的相对位置。测量电路元件部分30和30B的温度的点位于排列在第一行(上面一行)和从左边第四列中的中央电路元件部分30的位置M1,以及排列在第一行和从左边第七列中的最右边电路元件部分30B的位置M2。图14示出模拟温度的结果的示例。图14(A)示出模拟在位置M1的温度的结果,而图14(B)示出模拟在位置M2的温度的结果。如图14(A)所示,如果使用七级弯曲流路类型的外壳100,则随着泵性能从30L/min至20L/min下降到10L/min,在以上电路元件部分30的位置M1的温度从166.2摄氏度通过176.9摄氏度上升到206.1摄氏度。类似地,如果使用五级弯曲流路类型的外壳100,则在以上电路元件部分30的位置M1的温度从155.5摄氏度通过161.9摄氏度上升到174.6摄氏度。如果使用平行流路类型的外壳21,则在以上电路元件部分30的位置M1的温度从162.0摄氏度通过163.1摄氏度上升到173.4摄氏度。如图14(B)所示,如果使用七级弯曲流路类型的外壳100,则随着泵性能从30L/min至20L/min下降到10L/min,在以上电路元件部分30B的位置M2的温度从163.1摄氏度通过181.9摄氏度上升到246.6摄氏度。类似地,如果使用五级弯曲流路类型的外壳110,则在以上电路元件部分30B的位置M2的温度从177.6摄氏度通过190.1摄氏度上升到211.3摄氏度。如果使用平行流路类型的外壳21,则在以上电路元件部分30B的位置M2的温度从164.2摄氏度通过167.3摄氏度上升到175.0摄氏度。与使用七级弯曲流路类型的外壳100或五级弯曲流路类型的外壳110的情况相比,在使用平行流路类型的外壳21的情况下,如从图14(A)和14(B)所示的结果可见,泵性能的退化所引起的温度的上升可能相对较小。换言之,可确定地说,平行流路类型的外壳21冷却电路元件部分30和30B的性能不易受泵性能的影响。如上所述,其原因在于,外壳21具有其中制冷剂压力损耗相对较小的结构。另一方面,在七级弯曲流路类型的外壳100或五级弯曲流路类型的外壳110的情况下,由于存在弯曲部分,压力损耗相对较大,因此,冷却电路元件部分30和30B的性能容易受泵性能的影响。结果,泵性能的退化容易引起制冷剂流速的降低,并且冷却电路元件部分30和30B的效率容易下降。另外,如从图14(A)和14(B)所示的结果可见,所生成热的量不同的电路元件部分30和30B可冷却到大致相同的温度,不管使用平行流路类型的外壳21的泵性能如何。因此,可均匀地冷却包括在半导体模块10B中的多个电路元件部分30和30B。现在将描述通过检查模拟中平行流路类型的外壳21(图7(B))和七级弯曲流路类型的外壳100(图9(A))中的制冷剂流速和制冷剂压力损耗(制冷剂导入口24和制冷剂排出口25处的制冷剂压力的差异)之间的关系所获得的结果。图15示出模拟制冷剂流速和制冷剂压力损耗之间的关系的结果的示例。在平行流路类型的外壳21的情况(曲线Y1a)下和在七级弯曲流路类型的外壳100的情况(曲线Y2a)下,如从图15可见,存在压力损耗随着流速的增加而增加的趋势。然而,与七级弯曲流路类型的外壳100的情况(曲线Y2a)相比,在平行流路类型的外壳21的情况(曲线Y1a)下,压力损耗的增加相对于流速的增加的程度小。曲线Y1a和Y2a指示在将确定翼片分别排列在外壳21的流路21c和外壳100的流路101中的情况下所执行的模拟的结果。在图15中,在未将确定翼片排列在外壳21的流路2c或外壳100的流路101中的情况下所执行的模拟的结果同样分别如曲线Y1b和Y2b所指示。如从图15所指示的结果可见,与使用平行流路类型的外壳21的情况(曲线Y1a和Y2a)相比,在使用七级弯曲流路类型的外壳100的情况(曲线Y2a和Y2b)下,即使制冷剂以相同流速流动,压力损耗也大。换言之,与使用平行流路类型的外壳21的情况相比,在使用七级弯曲流路类型的外壳100的情况下,为了确保甚至在发生压力损耗的情况下冷却所需的特定流速或更高流速,应当使用高性能的泵来循环制冷剂。另外,如从图15所指示的结果可见,与使用七级弯曲流路类型的外壳100的情况相比,在使用平行流路类型的外壳21的情况(曲线Y1a和Y2a)下,如果压力损耗恒定,则制冷剂可以高流速流动。换言之,与使用七级弯曲流路类型的外壳100的情况相比,在使用平行流路类型的外壳21的情况下,如果用于循环制冷剂的泵的性能相等,则可使制冷剂以高流速流动。根据图15所指示的结果,例如,如果使用可适应20kPa的压力损耗的泵,则可使制冷剂在平行流路类型的外壳21中以4m/s或4m/s以上的流速流动。然而,难以使制冷剂在七级弯曲流路类型的外壳100中以1m/s的流速流动。图16示出模拟制冷剂压力损耗和温度之间的关系的结果的示例。图16示出在将电路元件部分30和30B分别以图13(C)和13(A)所示的方式排列在平行流路类型的外壳21和七级弯曲流路类型的外壳100上的情况下的、位置M1和M2处的制冷剂压力损耗和温度之间的关系的模拟结果。在使用平行流路类型的外壳21的情况下和在使用七级弯曲流路类型的外壳100的情况下,如从图16所指示的结果可见,位置M1和M2处的温度随着压力损耗的增加而下降。在压力损耗到达特定值之后,位置M1和M2处的温度在两种情况下变成大致恒定。与使用七级弯曲流路类型的外壳100的情况相比,在使用平行流路类型的外壳21的情况下,位置M1和M2处的温度变成大致恒定时的压力损耗小。换言之,与使用七级弯曲流路类型的外壳100的情况相比,在使用平行流路类型的外壳21的情况下,在使电路元件部分30和30B的温度下降到恒定水平时发生的压力损耗小。换言之,与使用平行流路类型的外壳21的情况相比,在使用七级弯曲流路类型的外壳100的情况下,压力损耗大。因此,为了使电路元件部分30和30B的温度下降到恒定水平,有必要使用更高性能的泵来循环制冷剂。在平行流路类型的外壳21的情况下,有可能冷却电路元件部分30和30B,而无需使用引起成本显著增加的泵。如已描述的,在以上冷却单元20的情况下,使用其中在制冷剂导入流路21a和制冷剂排出流路21b之间彼此平行地形成有多个流路21c的外壳21。通过这样做,压力损耗变小,并且制冷剂以特定流速或更高的流速在冷却单元20中流动。另外,热连接到排列在冷却单元20上的电路元件部分30和30B的翼片22排列在制冷剂沿着其流动的多个冷却流路21c中。通过使用该冷却单元20,可有效地冷却排列在其上的电路元件部分30和30B。此外,在以上冷却单元20的情况下,由于外壳21的结构,沿着与制冷剂导入流路21a连通的多个冷却流路21c之一流动的制冷剂的流速高。因此,如果例如排列各自比每个电路元件部分30生成更多热的电路元件部分30和电路元件部分30B,则电路元件部分30B排列在其中制冷剂的流速高的冷却流路21c上。结果,可有效地冷却电路元件部分30和30B两者,并且排列在冷却单元20上的电路元件部分30和30B可均匀地冷却到大致相同的温度。除了以上结构,冷却单元20的外壳21可具有以下结构。图17示出外壳的第一至第四变体。图17(A)是外壳的第一变体的示意性平面图,图17(B)是外壳的第二变体的示意性平面图,图17(C)是外壳的第三变体的示意性平面图,而图17(D)是外壳的第四变体的示意性平面图。图17(A)所示的外壳21A与以上外壳21的差异在于,倾斜地形成与从制冷剂导入口24延伸的制冷剂导入流路21a和延伸到制冷剂排出口25的制冷剂排出流路21b连通的多个冷却流路21c。换言之,形成多个冷却流路21c,以使制冷剂导入流路21a和制冷剂排出流路21b延伸的方向、以及多个冷却流路21c延伸的方向将倾斜地交叉。通过以此方式形成多个冷却流路21c,制冷剂从制冷剂导入流路21a到多个冷却流路21c的流动以及制冷剂从多个冷却流路21c到制冷剂排出流路21b的流动变得平滑,并且制冷剂沿着多个冷却流路21c流动的流速可增大。图17(B)所示的外壳21B与以上外壳21的差异在于,在外壁中形成从制冷剂导入口24的附近延伸到离制冷剂导入口24最近的冷却流路21c的旁通流路21e。通过使制冷剂沿着旁通流路21e(图17(B)的虚线箭头所指示的)流动,制冷剂沿着制冷剂排出流路21b流动的流动方向性可增强。结果,制冷剂沿着多个冷却流路21c流动的流速可变得均匀。图17(C)所示的外壳21C与以上外壳21的差异在于,在制冷剂导入流路21a的后端侧的外壁中形成旁通流路21f。例如,如果两个电路元件部分30C并排地放置在冷却流路21c上(如图17(C)的虚线所指示的),则两个电路元件部分30C可通过形成旁通流路21f来有效地冷却。换言之,离制冷剂导入流路21a较近的一个电路元件部分30C可通过制冷剂从制冷剂导入流路21a流入冷却流路21c(图17(C)的点划线所指示的)来有效地冷却。离制冷剂排出流路21b较近的其他电路元件部分30C可通过制冷剂从制冷剂导入流路21a经由旁通流路21f流入冷却流路21c(图17(C)的虚线箭头所指示的)来有效地冷却。外壳21C可结合图17(B)所指示的旁通流路21e。图17(D)所示的外壳21D与以上外壳21的差异在于,位于制冷剂导入流路21a的后端侧的冷却流路21c的分隔壁21d大致具有字母“S”的形状。如果形成以上分隔壁21d,则例如两个电路元件部分30D排列在冷却流路21c上,如图17(D)的虚线所指示的。在此情况下,一个电路元件部分30D排列在分隔壁21d的一侧,而另一电路元件部分30D排列在分隔壁21d的另一侧。通过以此方式使两个电路元件部分30D排列在不同的冷却流路21c上,可有效地冷却两个电路元件部分30D。外壳21D可结合图17(B)所指示的旁通流路21e。图18示出外壳的第五变体。FIG.18(A)是外壳的第五变体的示意性平面图,而18(B)是沿着图18(A)的点划线取得的示意性平面图。图18(A)和18(B)所示的外壳21E与以上外壳21的差异在于,通过使每个冷却流路21c的底部的一部分隆起来形成突出部(prominence)21g。通过以此方式在每个冷却流路21c中形成突出部21g,在突出部21g处每个冷却流路21c的截面积变小。结果,制冷剂沿着每个冷却流路21c流动的流速可增大。突出部21g可应用于以上外壳21以及21A至21D中的任一个。在该示例中,通过在每个冷却流路21c的底部形成突出部21g来减小流路的截面积。然而,还可通过使每个冷却流路21c的两侧的分隔壁21d的一部分变厚来减小每个冷却流路21c的截面积。此外,具有以下结构的外壳可用于冷却单元20,以有效地将制冷剂导入每个冷却流路21c。图19示出外壳的第六至第八变体。图19(A)是外壳的第六变体的示意性平面图,图19(B)是外壳的第七变体的示意性平面图,而图19(C)是外壳的第八变体的示意性平面图。图19(A)所示的外壳21F与以上外壳21的差异在于,板式引导槽21h排列在每个冷却流路21c附近的制冷剂导入流路21a上。沿着制冷剂导入流路21a流动的制冷剂可容易通过引导槽21h来分流。换言之,沿着制冷剂导入流路21a流动的制冷剂的一部分流入每个冷却流路21c,而其余制冷剂继续沿着制冷剂导入流路21a流动。引导槽21h可形成在外壳21F的底部,或可形成在置于外壳21F上的翼片基座23上。另外,在考虑对辅助等的需求时,引导槽21h可形成在外壳21F并且可形成在翼片基座23上,以使形成在外壳21F的底部的引导槽21h的边缘将与形成在翼片基座23上的引导槽21h的边缘间隔开、并与其相对。图19(B)所示的外壳21G与以上外壳21的差异在于,中央分隔壁21d延伸到一个外壁部分。结果,可将制冷剂更均匀地导入每个冷却流路21c。图19(C)所示的外壳21H与以上外壳21的差异在于,板式引导槽21i排列在制冷剂导入流路21a上的多个冷却流路21c的附近上方。在该示例中,排列两个引导槽21i,并且一个引导槽21i在与制冷剂导入流路21a延伸的方向垂直的方向上与另一个引导槽21i略有偏移。沿着制冷剂导入流路21a流动的制冷剂还容易通过引导槽21i来分流。换言之,制冷剂的一部分沿着制冷剂导入流路21a流入每个冷却流路21c,而其余制冷剂继续沿着制冷剂导入流路21a流动。这与以上19(A)相同。上述内容被认为只说明了本发明的原理。此外,由于本领域的技术人员将容易地想到各种修改和改变,因此不期望将本发明限于所示和所述的确切构造和应用,并且因此,所有合适的修改和等效分案都被视为落入所附权利要求书及其等效分案中的本发明的范围内。10、10A、10Bxa0半导体模块20xa0冷却单元21、21A至21H、100、110xa0外壳21axa0制冷剂导入流路21bxa0制冷剂排出流路21cxa0冷却流路21dxa0分隔壁21e、21fxa0旁通流路21gxa0突出部21h、21ixa0引导槽22xa0翼片22axa0销式翼片22b、120xa0平板式翼片22cxa0交错翼片22dxa0波纹板式翼片22exa0波纹翼片23xa0翼片基座24xa0制冷剂导入口25xa0制冷剂排出口26、121xa0基座构件30、30B、30Dxa0电路元件部分31xa0板31axa0绝缘板31b、31cxa0导体图案32、33xa0半导体元件34、35xa0接合层40xa0逆变器电路41xa0三相AC电动机101、111xa0流路Cxa0间隙T、txa0厚度h、Hxa0高度p、Pxa0间距M1、M2xa0位置Q1、Q2xa0流速X、Y1、Y2、Y1a、Y2a、Y1b、Y2b、Zxa0曲线