JP2012005236A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体モジュール2を複数個積層して構成してなる電力変換装置1。半導体モジュール2は、半導体素子21と放熱板22と封止部23と壁部24と貫通冷媒流路41とを有する。複数の半導体モジュール2は放熱面221の法線方向に積層されている。積層方向の両端に配される半導体モジュール2には蓋部3が配設されている。隣り合う半導体モジュール2の間及び蓋部3と半導体モジュール2との間であって壁部24の内側には、沿面冷媒流路42が形成されている。封止部23は、貫通冷媒流路41に面する側面に凹凸部26を設けてなる。
【選択図】図2
Description
すなわち、半導体モジュール92は、半導体素子921を放熱板922と共に樹脂モールドするとともに、その内部に冷媒流路94となる空間を形成している。
そして、冷媒流路94に冷却媒体Wを流通させることにより、半導体素子921の冷却を行うことができる。
かかる場合において、上記電力変換装置9の構成では、冷却性能の向上が困難となる場合もある。
具体的には、上記電力変換装置9においては、半導体素子921の熱は、主に放熱板922の放熱面925を介して冷却媒体Wに放熱されるが、樹脂からなる封止部923は熱伝導率が低いため、封止部923に覆われた部分からは、半導体素子921が冷却され難い。
それゆえ、放熱板922を介した半導体素子921の冷却のみでは充分な冷却性能が得られない場合、半導体素子921の温度上昇を招いてしまうおそれがある。
上記半導体モジュールは、上記半導体素子と、該半導体素子と熱的に接続された放熱板と、該放熱板の放熱面を露出させた状態で上記半導体素子及び上記放熱板を封止する封止部と、上記放熱面の法線方向に直交する方向における上記封止部の周囲に形成されると共に上記放熱面よりも上記法線方向に突出した壁部と、該壁部と上記封止部との間に形成された貫通冷媒流路とを有し、
複数の上記半導体モジュールは、上記放熱面の法線方向に積層されており、
積層方向の両端に配される上記半導体モジュールには、上記壁部における積層方向の外側の開口部を覆う蓋部が配設されており、
隣り合う上記半導体モジュールの間及び上記蓋部と上記半導体モジュールとの間であって上記壁部の内側には、上記貫通冷媒流路に連通すると共に上記放熱面に沿った沿面冷媒流路が形成されており、
かつ、上記封止部は、上記貫通冷媒流路に面する側面に凹凸部を設けてなることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
したがって、上記電力変換装置によれば、半導体素子の冷却性能の向上を図ることができる。
また、上記半導体モジュールにおける上記放熱板は、上記半導体素子を両側から挟持する状態で配設されていることが好ましいが、上記半導体素子の一方の面側のみに配設されていてもよい。
この場合には、上記凹凸部における、凸部と凸部との間、或いは凹部を、冷却媒体が通過しやすいため、上記凹凸部を設けたことによる冷却媒体の圧力損失の上昇を抑制することができる。その結果、封止部を介した半導体素子の冷却を一層効率的に行うことができる。
この場合には、上記フィンに沿って冷却媒体を流通させることができるため、上記凹凸部を設けたことによる冷却媒体の圧力損失の上昇をより抑制することができる。その結果、封止部を介した半導体素子の冷却をより一層効率的に行うことができる。
本発明の実施例に係る電力変換装置につき、図1〜図6を用いて説明する。
図1、図2に示すごとく、半導体素子21を内蔵した半導体モジュール2を複数個積層して構成してなる。
放熱板22は、半導体素子21と熱的に接続されている。封止部23は、放熱板22の放熱面221を露出させた状態で半導体素子21及び放熱板22を封止している。壁部24は、放熱面221の法線方向に直交する方向における封止部23の周囲に形成されると共に放熱面221よりも法線方向に突出している。貫通冷媒流路41は、壁部24と封止部23との間に形成されている。
積層方向の両端に配される半導体モジュール21には、壁部24における積層方向の外側の開口部を覆う蓋部3が配設されている。
隣り合う半導体モジュール2の間及び蓋部3と半導体モジュール2との間であって壁部24の内側には、貫通冷媒流路41に連通すると共に放熱面221に沿った沿面冷媒流路42が形成されている。
そして、図3〜図5に示すごとく、封止部23は、貫通冷媒流路41に面する側面に凹凸部26を設けてなる。
凹凸部26は、貫通冷媒流路41の流路方向に直交する断面形状が凹凸状であり、鋸歯状である。また、凹凸部26は、複数のフィン261によって形成されている。すなわち、鋸歯の一つ一つの歯に相当する部分を一つのフィン261と捉えることができる。そして、このフィン261は、貫通冷媒流路41の流路方向に平行に配置されている。
半導体モジュール2は、図2に示すごとく、2個の半導体素子21を備えている。具体的には、半導体モジュール2に内蔵された半導体素子21の一方は、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)等からなるスイッチング素子であり、他方は、スイッチング素子に逆並列接続されたFWD(フリーホイールダイオード)等のダイオードである(図6参照)。
また、放熱面221の法線方向に直交する方向の全周にわたって封止部23を囲むように、樹脂製の壁部24が形成されている。
また、壁部24は、一対の放熱面221よりも、放熱面221の法線方向に突出している。
なお、蓋部3、冷媒導入管51及び冷媒排出管52は、金属製、或いはセラミック製等、他の材質とすることもできる。
なお、冷却媒体Wとしては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、HCFC123、HFC134a等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等を用いることができる。
電力変換装置1において、封止部23は、貫通冷媒流路41に面する側面に凹凸部26を設けてなる。そのため、貫通冷媒流路41を流れる冷却媒体Wと封止部23との間の接触面積を大きくすることができる。それゆえ、封止部23を介した冷却媒体Wと半導体素子21との間の熱交換効率を向上させることができる。
したがって、上記電力変換装置1によれば、半導体素子21の冷却性能の向上を図ることができる。
本例は、図7、図8に示すごとく、凹凸部26を、複数の平板状のフィン261によって構成した例である。
すなわち、本例の電力変換装置1における半導体モジュール2は、封止部23から横方向に複数の平板状のフィン261を突出させてなる。複数のフィン261は互いに平行にかつ略等間隔に配設されている。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合にも、実施例1と同様の作用効果を奏する。
本例は、図9〜図11に示すごとく、凹凸部26を、主電極端子251及び制御端子252の突出方向(高さ方向)から見た形状において鋸歯状となるような形状とした例である。
すなわち、凹凸部26を構成する複数のフィン261のそれぞれは、高さ方向に平行に配設されており、これらが封止部23の側面において、積層方向(冷却媒体Wの流路方向)に複数個、連続的に形成されている。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合にも、実施例1と同様の作用効果を奏する。
本例は、図12〜図14に示すごとく、凹凸部26を、多数のピン状のフィン261によって構成した例である。
すなわち、本例の電力変換装置1における半導体モジュール2は、封止部23から横方向に多数のピン状のフィン261を突出させてなる。複数のフィン261は互いに平行にかつ略等間隔に配設されている。
その他は、実施例1と同様である。
本例の場合にも、実施例1と同様の作用効果を奏する。
すなわち、上記半導体モジュール2における封止部23に上記凹凸部26が形成されていればよく、その形状は上記実施例に示したものに限らず、種々の形状を採用することができる。
2 半導体モジュール
21 半導体素子
22 放熱板
221 放熱面
23 封止部
24 壁部
26 凹凸部
3 蓋部
4 冷媒流路
41 貫通冷媒流路
42 沿面冷媒流路
51 冷媒導入管
52 冷媒排出管
Claims (3)
- 半導体素子を内蔵した半導体モジュールを複数個積層して構成してなる電力変換装置であって、
上記半導体モジュールは、上記半導体素子と、該半導体素子と熱的に接続された放熱板と、該放熱板の放熱面を露出させた状態で上記半導体素子及び上記放熱板を封止する封止部と、上記放熱面の法線方向に直交する方向における上記封止部の周囲に形成されると共に上記放熱面よりも上記法線方向に突出した壁部と、該壁部と上記封止部との間に形成された貫通冷媒流路とを有し、
複数の上記半導体モジュールは、上記放熱面の法線方向に積層されており、
積層方向の両端に配される上記半導体モジュールには、上記壁部における積層方向の外側の開口部を覆う蓋部が配設されており、
隣り合う上記半導体モジュールの間及び上記蓋部と上記半導体モジュールとの間であって上記壁部の内側には、上記貫通冷媒流路に連通すると共に上記放熱面に沿った沿面冷媒流路が形成されており、
かつ、上記封止部は、上記貫通冷媒流路に面する側面に凹凸部を設けてなることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置において、上記凹凸部は、上記貫通冷媒流路の流路方向に直交する断面形状が凹凸状であることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項2に記載の電力変換装置において、上記凹凸部は、複数のフィンによって形成されており、該フィンは、上記貫通冷媒流路の流路方向に平行に配置されていることを特徴とする電力変換装置。
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