JP2010087002A - Heating component cooling structure - Google Patents
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Abstract
【課題】高冷却効率、かつ、高組み付け性を実現する発熱部品冷却構造を提供することを課題とする。
【解決手段】半導体冷却構造1は、本体部と、該本体部から絶縁部材2a、2bを介して突出される大電流端子3・3、リード4・4・・・とを有する半導体モジュール2・2・・・を、内部に収納して冷却する。半導体冷却構造1は、半導体モジュール2の絶縁部材2a・2bの形状に応じた開口部11・11・・・、12・12・・・を有する冷却ケース10と、半導体モジュール2に電流を供給するバスバ20と、半導体モジュール2の作動を制御する制御回路基板30と、冷却ケース10内に冷媒を導入する冷却路40・40と、を具備し、半導体モジュール2は、冷却ケース10の開口部11・12を位置基準として組み付けられ、かつ、半導体モジュール2の本体部と冷却ケース10との間に空隙を有する。
【選択図】図2An object of the present invention is to provide a heat generating component cooling structure that realizes high cooling efficiency and high assemblability.
A semiconductor cooling structure includes a main body, a large current terminal and a lead that protrude from the main body through insulating members. 2 ... are accommodated inside and cooled. The semiconductor cooling structure 1 supplies a current to the cooling case 10 having the openings 11, 11, 12, 12,... According to the shape of the insulating members 2 a, 2 b of the semiconductor module 2, and the semiconductor module 2. A bus bar 20, a control circuit board 30 that controls the operation of the semiconductor module 2, and cooling paths 40 and 40 for introducing a refrigerant into the cooling case 10 are provided. The semiconductor module 2 includes an opening 11 of the cooling case 10. -It is assembled | attached on the basis of 12 and it has a space | gap between the main-body part of the semiconductor module 2, and the cooling case 10. FIG.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、発熱部品冷却構造に関する。 The present invention relates to a heat generating component cooling structure.
DC−DCコンバータ、インバータ等の電力変換装置は、電力を電気的に変換する電力変換用の半導体素子、リアクトル、スナバコンデンサ等の発熱部品を有する。近年、このような電力変換装置は、電気自動車、ハイブリッド自動車等の駆動源である電気モータに通電する駆動電流を生成する用途に幅広く知られている。特に、このような次世代自動車における駆動力の増大の要請に伴い、電力変換装置の大電流化が求められている。
しかしながら、大電流化によって電力変換回路を構成するIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)等の電力用半導体素子を含む半導体モジュールからの発熱も大きくなってしまう。このような半導体モジュールの耐熱温度を超えないように、これら半導体モジュールの冷却効率を向上させる技術の要請が強い。また、大電流化によってリアクトル、スナバコンデンサ等の発熱も同様に大きくなるため、このような発熱部品全体に対する冷却効率を向上させる技術が求められている。
A power conversion device such as a DC-DC converter or an inverter includes heat-generating components such as a semiconductor element for power conversion that electrically converts power, a reactor, and a snubber capacitor. In recent years, such power conversion devices are widely known for use in generating a drive current that is applied to an electric motor that is a drive source of an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like. In particular, with the demand for an increase in driving force in such next-generation automobiles, there is a demand for a large current in the power conversion device.
However, heat generation from a semiconductor module including a power semiconductor element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) that constitutes a power conversion circuit increases due to an increase in current. There is a strong demand for a technique for improving the cooling efficiency of these semiconductor modules so as not to exceed the heat-resistant temperature of such semiconductor modules. In addition, since the heat generation of the reactor, the snubber capacitor, and the like is similarly increased due to the increase in current, a technique for improving the cooling efficiency for such a heat generating component as a whole is required.
特許文献1は、複数の半導体モジュールと複数の冷却用チューブとを交互に積層することによって冷却効率を向上させる電力変換装置を開示している。この電力変換装置では、半導体モジュールと冷却用チューブとの間に熱伝導率を向上させるためのグリスが介在し、これらを積層する際に圧縮する必要が生じる。圧縮の際に、半導体モジュールの外部端子の位置にズレが生じてしまうため、係る位置ズレに起因する不具合を未然に防止するための部材等が別途必要となり、組み付け性に劣る。さらに、特許文献1に開示されるような電力変換装置では、新たな半導体モジュールの使用、又は半導体モジュールの形態が改良、開発等によって、装置に用いる半導体モジュールが変化した場合に、その半導体モジュールの形態に応じた新たな冷却構造を用意する必要があり、汎用性に劣る点でも不利である。
また、従来の電力変換装置における半導体冷却構造は、半導体モジュールの限られた面からしか冷却することができず、高い冷却効率の実現は困難であった。
Moreover, the semiconductor cooling structure in the conventional power conversion device can cool only from a limited surface of the semiconductor module, and it is difficult to realize high cooling efficiency.
本発明は、高冷却効率、かつ、高組み付け性を実現する発熱部品冷却構造を提供することを課題とする。 It is an object of the present invention to provide a heat generating component cooling structure that realizes high cooling efficiency and high assemblability.
請求項1に記載の発熱部品冷却構造は、本体部と、該本体部から絶縁部材を介して突出される外部端子とを有する発熱部品を、冷却するための発熱部品冷却構造であって、
前記発熱部品を収納し、該発熱部品の絶縁部材の形状に応じた開口部を有する冷却ケースと、前記冷却ケース内に冷媒を導入する冷却路と、を具備し、前記発熱部品は、前記冷却ケースの開口部を位置基準として組み付けられ、かつ、前記発熱部品の本体部と冷却ケースとの間に空隙を有する。
The heat generating component cooling structure according to
A cooling case that houses the heat generating component and has an opening corresponding to the shape of the insulating member of the heat generating component; and a cooling path that introduces a refrigerant into the cooling case. The case is assembled with the opening of the case as a position reference, and there is a gap between the main body of the heat generating component and the cooling case.
請求項2に記載のように、前記発熱部品の外部端子と絶縁部材との界面は、冷却ケースの外側に配置されることが好ましい。
As described in
本発明によれば、高冷却効率、かつ、高組み付け性を実現する発熱部品冷却構造を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heat-emitting component cooling structure which implement | achieves high cooling efficiency and high assembly | attachment property can be provided.
以下では、図1〜図3を参照して、本発明に係る発熱部品冷却構造の第一実施形態である半導体冷却構造1について説明する。半導体冷却構造1は、インバータ、DC−DCコンバータ等の電力変換装置に備わる電力用半導体モジュール2・2・・・を内部に収納して冷却する。
半導体モジュール2は、使用状態に応じて発熱する発熱部品であり、パワー半導体素子(IGBT、Di、MOS等のパワーデバイス)を本体部に内蔵し、矩形状の本体部の対向する二面から複数の電流供給用の外部端子(大電流端子)3・3、及び複数の制御信号送受信用の外部端子(リード)4・4・・・を、それぞれ絶縁部材2a、2bを介して突出する構造である。
また、絶縁部材2a、2bは半導体モジュール2の本体部から突出している。
Below, with reference to FIGS. 1-3, the
The
Further, the
図1及び図2に示すように、半導体冷却構造1は、半導体モジュール2・2・・・、冷却ケース10、バスバ20、制御回路基板30、及び冷却路40・40等を具備する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
冷却ケース10は、半導体モジュール2・2・・・を内部に収納する筐体であり、例えば樹脂成形によって成形される。収納する半導体モジュール2・2・・・の外部端子の形態に応じて、冷却ケース10の対向する二面の適宜位置には、複数の開口部11・11・・・、12・12・・・がそれぞれ設けられる。一面側の開口部11からは、半導体モジュール2の大電流端子3側が突出し、他面側の開口部12からは、半導体モジュール2のリード4側が突出する。
半導体モジュール2の大電流端子3側の突出部(絶縁部材2a)、リード4側の突出部(絶縁部材2b)は、それぞれ開口部11、開口部12に嵌入される。これにより、開口部11・12が封止され、冷却ケース10の開口部11・12におけるシール性が担保される。
図2に示すように、半導体モジュール2・2・・・の本体部と冷却ケース10との間には空隙が存在し、本体部の表面全面(六面)が冷却ケース10内の空間に面した状態である。
The
The protruding portion (
As shown in FIG. 2, there is a gap between the main body of the
なお、開口部11・12と半導体モジュール2との間にシール性接着剤、O−リング、成型ゴムパッキン等のシール材を設ける、若しくは開口部11・12と半導体モジュール2とを超音波溶着すること等によって封止する、又はこれらの複合によって、冷却ケース10の開口部11・12を塞ぎ、内部の冷媒を漏らさない構成とすることもできる。
このようなシール構造により、冷却ケース10のシール性を確保して半導体冷却構造1の信頼性を向上できる。
A sealing material such as a sealing adhesive, an O-ring, or a molded rubber packing is provided between the
With such a sealing structure, the sealing property of the
また、図2に示すように、半導体モジュール2・2・・・の大電流端子3と絶縁部材2aとの界面(より厳密には、大電流端子3の基端部と絶縁部材2aの端面との界面)、及びリード4と絶縁部材2bとの界面(より厳密には、リード4の基端部と絶縁部材2bの端面との界面)は共に冷却ケース10の外側に配置される。
これにより、半導体モジュール2・2・・・の絶縁部材2a・2bと大電流端子3・3、リード4・4・・・との界面からの吸湿を防止でき、各半導体モジュール2の内部の汚染・腐食を防止して寿命を向上できる。これにより、半導体モジュール2自体の使用信頼性を向上できる。
2, the interface between the large
This prevents moisture absorption from the interface between the
また、冷却ケース10は、開口部11・11・・・が形成される側と、開口部12・12・・・が形成される側との二つの本体部材10a・10bを適宜の締結具、接着剤等により接合することにより構成される。
図2に示すように、第一本体部材10aは板状の部材であり、第二本体部材10bは一面が開口した箱状の部材である。第二本体部材10bの開口縁に外側に向けた鍔状の接合部が設けられ、この接合部において本体部材10a・10bが互いに接合される。なお、この接合部において、本体部材10a・10bは適宜のシール材を介して接合され、本体部材10a・10bの接合部における冷却ケース10内のシール性が十分に確保される。
図3に示すように、第二本体部材10bには、冷却ケース10に冷却路40・40を取り付けるための二つの開口部が設けられる。
In addition, the
As shown in FIG. 2, the first
As shown in FIG. 3, the
バスバ20は、半導体モジュール2・2・・・に電流を供給するモジュールであり、バッテリ等の図示せぬ電源装置と接続される。バスバ20は、銅板を樹脂封止することによって得られる平板状の部材である。バスバ20には、半導体モジュール2における大電流端子3・3に応じた位置に開口部が設けられ、その開口部内に大電流端子を挿入することによってバスバ20と大電流端子3・3とを接続し、半導体モジュール2に対する通電を可能とする。
The
制御回路基板30は、半導体モジュール2・2・・・の作動を制御するモジュールであり、十分な剛性を有する基板上に適宜の電子回路をプリントすることによって得られる平板状の部材である。制御回路基板30には、半導体モジュール2におけるリード4・4・・・に応じた位置に開口部が設けられ、その開口部内にリードを挿入することによって半導体モジュール2と制御回路基板30とが電気的に接続される。
The
冷却路40・40は、半導体モジュール2を冷却するための冷媒である冷却水を冷却ケース10内に供給し、冷却ケース10内から排出するための通路である。冷却路40・40は、第二本体部材10bの開口部に一体的に取り付けられる。
なお、本実施形態では冷却用の冷媒として水を使用(例えば、ハイブリッドカーのエンジン冷却水を併用)するが、一般的に冷却用冷媒として用いられる流体であれば代用可能である。
また、冷却路40・40を冷却ケース10と別体として組み付けても良い。
The
In this embodiment, water is used as a cooling refrigerant (for example, combined with engine cooling water of a hybrid car), but any fluid that is generally used as a cooling refrigerant can be substituted.
Further, the cooling
以上のように構成される半導体冷却構造1によれば、図2及び図3に示すように、冷却路40・40を介して冷却水を冷却ケース10内に導入することによって、半導体モジュール2・2・・・の本体部の表面全面に冷却水を直接接触させて冷却することが可能となり、高い冷却効率を得ることができる。
また、図2に示すように、半導体モジュール2の大電流端子3・3と絶縁部材2aとの界面は冷却ケース10の外側に配置され、かつ、半導体モジュール2のリード4・4・・・と絶縁部材2bとの界面は冷却ケース10の外側に配置される。加えて、冷却ケース10の高いシール性により半導体モジュール2・2・・・の絶縁部材2a・2bと大電流端子3・3、リード4・4・・・との界面からの吸湿を防止でき、各半導体モジュール2の内部の汚染、腐食を防止して寿命を向上できる。これにより、半導体モジュール2自体の使用信頼性を向上でき、ひいては半導体冷却構造1の信頼性を向上できる。
According to the
2, the interface between the large
以下では、図4を参照して、半導体冷却構造1の組み付け方法について説明する。
Hereinafter, a method for assembling the
次の(1)から(5)に示す工程によって半導体冷却構造1が組み付けられる。
(1)第二本体部材10bの開口部12・12・・・の位置を基準として、半導体モジュール2のリード4・4・・・側の絶縁部材2b・2b・・・を開口部12・12・・・の中途部まで嵌入する。このとき、第二本体部材10bと半導体モジュール2の本体部との間に空隙を有する程度まで嵌入する。
(2)第一本体部材10aの開口部11・11・・・と半導体モジュール2の大電流端子3・3側の絶縁部材2a・2a・・・との位置を一致させて、半導体モジュール2を第一本体部材10aに嵌入する。このとき、第一本体部材10aと半導体モジュール2の本体部との間に空隙を有する程度まで嵌入する。
(3)本体部材10a・10bを互いに接合する。
(4)バスバ20の開口部の位置と大電流端子3・3・・・の位置とを一致させて、バスバ20と大電流端子3・3・・・とを接続してバスバ20を第一本体部材10aに固定する。
この場合、半導体モジュール2が第二本体部材10bの開口部12・12・・・を基準として予め位置決めされていて、各半導体モジュール2の大電流端子3・3・・・がバスバ20の各開口部の位置に対応した位置に配置されることとなっているので、バスバ20と大電流端子3・3・・・とを接続する際に、バスバ20の複数の開口部と複数の半導体モジュール2の大電流端子3・3・・・とを容易に位置合わせすることが可能となっている。
(5)制御回路基板30の開口部の位置とリード4・4・・・の位置とが一致するように制御回路基板30とリード4・4・・・とを接続して制御回路基板30を第二本体部材10bに固定する。
この場合、半導体モジュール2が第一本体部材10aの開口部11・11・・・を基準として予め位置決めされていて、各半導体モジュール2のリード4・4・・・が制御回路基板30の各開口部の位置に対応した位置に配置されることとなっているので、制御回路基板30とリード4・4・・・とを接続する際に、制御回路基板30の複数の開口部と複数の半導体モジュール2のリード4・4・・・とを容易に位置合わせすることが可能となっている。
The
(1) The insulating
(2) The positions of the openings 11, 11... Of the first
(3) The
(4) The position of the opening of the
In this case, the
(5) The
In this case, the
以上のように、半導体冷却構造1を組み付ける際は、冷却ケース10の開口部11・11・・・、12・12・・・が、半導体モジュール2・2・・・の組み付け位置の基準となり、半導体モジュール2・2・・・を高精度に組み付けることができる。ひいては、半導体冷却構造1の組み付け性を向上できる。
さらに、第一本体部材10a、第二本体部材10bに対して、バスバ20、制御回路基板30の位置基準をそれぞれ予め設けておくことによって、大電流端子3・3・・・とバスバ20との位置決め、及びリード4・4・・・と制御回路基板30との位置決めを高精度に行うことができるとともに、複数個の半導体モジュール2・2・・・のバスバ20、制御回路基板30への組み付けを容易にすることができる。
なお、上記の組み付け方法において、本体部材10a・10bの接合方法、バスバ20の固定方法、制御回路基板30の固定方法等は特に限定されるものではなく、ボルト・ナット止め、ねじ止め、接着剤を用いる等の一般的な接合方法、固定方法等から適宜選択可能である。
As described above, when assembling the
Further, by providing in advance the position reference of the
In the above assembling method, the joining method of the
以下では、図5〜図7を参照して、本発明に係る発熱部品冷却構造の第二実施形態である半導体冷却構造51について説明する。なお、半導体冷却構造51の主な構成は第一実施形態の半導体冷却構造1と略同じであるので、相違する点に着目して説明を行う。
Below, with reference to FIGS. 5-7, the
半導体冷却構造51は、半導体モジュール52・52・・・を冷却する。
図5に示すように、半導体モジュール52は、本体部にパワー半導体素子を内蔵し、矩形状の本体部の対向する二面から複数の大電流端子53・53、及び複数のリード54・54・・・を、それぞれ絶縁部材52a、52bを介して突出する構造に加え、本体部に貫通孔55を有する。この貫通孔55は、絶縁部材52a・52bが突出する二面(図示における上下二面)の他の対向する二面(図示における左右二面)を貫通して設けられ、その内部を冷却水(冷媒)が通過可能な構造である。
The
As shown in FIG. 5, the
半導体モジュール52・52・・・は、冷却ケース56内に収納される。この冷却ケース56は、冷却ケース10と同様の開口部を有する筐体であり、半導体モジュール52に応じた開口部を有する。また、冷却ケース56は、冷却ケース10と同様に二つの本体部材56a・56bを互いに接合することによって得られる。
The
図6に示すように、冷却ケース56には、内部における半導体モジュール52・52・・・の冷却効率を向上するために、整流部材57・57、58・58・・・が設けられる。
As shown in FIG. 6, the cooling
第一整流部材57・57は、冷却ケース56内に導入される冷却水を半導体モジュール52・52・・・側へ誘導する流路を形成する板状部材である。
なお、本実施形態では、冷却水の供給側又は排出側から最も遠い箇所の半導体モジュール52・52近傍に第一整流部材57・57を二つ設けているが、冷媒である水を効率良く半導体モジュール52・52・・・側へ誘導可能であれば設置個数、設置箇所は限定されない。
The
In the present embodiment, the two
第二整流部材58は、互いに隣接する半導体モジュール52・52の貫通孔55・55を通過する流路を形成する板状部材である。
第二整流部材58は、第一本体部材56aの内側面に設けられる整流板58a・58aと第二本体部材56bの内側面に設けられる整流板58b・58bとからなる。整流板58a・58a及び整流板58b・58bはそれぞれ互いに貫通孔55と同じ間隔を空けた状態で設けられる。これにより、図7に示すように、半導体モジュール52の貫通孔55を通過した冷却水は第二整流部材58を通過して、さらに、隣接する下流側の半導体モジュール52の貫通孔55を通過する。
The
The
以上のように構成される半導体冷却構造51によれば、半導体モジュール52・52・・・の本体部の表面全面に冷却水(冷媒)を直接接触させることが可能となる。これに加えて、図6及び図7に示すように、第一整流部材57・57により、冷却ケース56内に導入された冷却水を効率良く半導体モジュール52・52・・・に誘導し直接接触させることが可能となるとともに、第二整流部材58・58・・・により、半導体モジュール52の貫通孔55内部に導入された冷却水を効率良く下流側の半導体モジュール52の貫通孔55内に誘導することが可能となるので、さらに高い冷却効率を得ることができる。
また、本実施形態のように、冷却する半導体モジュール52・52・・・の形態に変更がある場合にも、第一実施形態に係る半導体冷却構造1と略同じ構成の半導体冷却構造51を用いることができる。このように、冷却対象である半導体モジュールの変更がある場合にも、冷却構造の全体的な形態を変更する必要がないので、汎用性に優れる冷却構造を提供できる。
また、半導体冷却構造51は、第一実施形態の半導体冷却構造1と同様の組み付け方法によって組み付けることが可能であるため、半導体モジュール52・52・・・を高精度に組み付けることができ、ひいては半導体冷却構造51の高組み付け性を実現できる。
According to the
Moreover, even when there is a change in the form of the
In addition, since the
以下では、図8及び図9を参照して、本発明に係る発熱部品冷却構造の第三実施形態である半導体冷却構造61について説明する。なお、半導体冷却構造61の主な構成は第一実施形態の半導体冷却構造1と略同じであるので、相違する点に着目して説明を行う。
Below, with reference to FIG.8 and FIG.9, the semiconductor cooling structure 61 which is 3rd embodiment of the heat-emitting component cooling structure which concerns on this invention is demonstrated. Since the main configuration of the semiconductor cooling structure 61 is substantially the same as that of the
半導体冷却構造61は、半導体モジュール62・62・・・を冷却する。
図8に示すように、半導体モジュール62は、本体部にパワー半導体素子を内蔵し、矩形状の本体部の対向する二面から複数の大電流端子63・63、及び複数のリード64・64・・・を、それぞれ絶縁部材62a、62bを介して突出する構造に加え、絶縁部材62bが本体部より側方に突出した構造を有する。言い換えれば、半導体モジュール62は、リード64側から見て(図示において上面視)絶縁部材62bの外郭が本体部の外郭よりも大きい構造である。
The semiconductor cooling structure 61 cools the
As shown in FIG. 8, the
半導体モジュール62は、冷却ケース66内に収納される。この冷却ケース66は、半導体モジュール62・62・・・に応じた開口部67・67・・・、68・68・・・を有する筐体であり、樹脂成形等による一体成形によって成形される。開口部67・67・・・、68・68・・・は、それぞれ半導体モジュール62の絶縁部材62a、62bに応じた形状に形成される。
The
以上のように構成される半導体冷却構造61によれば、図8に示すように、冷却水を半導体モジュール62・62・・・の表面(五面)に直接接触させて冷却することが可能となり、高い冷却効率を得ることができる。この場合、半導体モジュール62・62・・・の本体部の残りの一面は冷却ケース66の外側における自然冷却となる。
また、冷却ケース66を分割構造にする必要がなく部品点数の削減に寄与できる。
なお、半導体モジュール62は、本実施形態の構造に限らず、貫通孔55を有する半導体モジュール52と同様に貫通孔を有する半導体モジュールを採用しても良い。これによれば、半導体モジュール62の冷却効率をさらに向上できる。
According to the semiconductor cooling structure 61 configured as described above, as shown in FIG. 8, it is possible to cool the cooling water by directly contacting the surface (five sides) of the
In addition, the cooling
The
以下では、図9を参照して、半導体冷却構造61の組み付け方法について説明する。なお、半導体冷却構造1の組み付け方法と相違する点に着目して説明を行う。
Hereinafter, a method for assembling the semiconductor cooling structure 61 will be described with reference to FIG. Note that description will be made focusing on differences from the method of assembling the
半導体冷却構造61の組み付け方法は、次に示すように半導体モジュール62の冷却ケース66への収納方法に特徴を有する。
すなわち、冷却ケース66の開口部67・67・・・に半導体モジュール62の絶縁部材62aを嵌入するとともに、開口部68・68・・・に半導体モジュール62の絶縁部材62bを嵌入する。このとき、絶縁部材62bが開口部67を完全に塞ぐとともに、絶縁部材62aと冷却ケース66との間に空隙を有する程度まで嵌入する、ことによって半導体モジュール62・62・・・が冷却ケース66内に収納される。
The method for assembling the semiconductor cooling structure 61 is characterized by a method for housing the
That is, the insulating
以上のように、半導体冷却構造61を組み付ける際は、半導体モジュール62を冷却ケース66に対して、開口部68側から一方向に組み付けることができるので、さらに高い組み付け性を実現できる。
また、半導体冷却構造61は、例えば半導体モジュール62・62・・・の発熱程度が比較的低い場合等、冷却性能より組み付け性に重点を置く場合に特に有効である。
As described above, when the semiconductor cooling structure 61 is assembled, the
Further, the semiconductor cooling structure 61 is particularly effective when emphasizing the assemblability rather than the cooling performance, for example, when the heat generation degree of the
以下では、図10を参照して、本発明に係る発熱部品冷却構造の第四実施形態である半導体冷却構造71について説明する。なお、半導体冷却構造71の主な構成は第一実施形態の半導体冷却構造1と略同じであるので、相違する点に着目して説明を行う。
Below, with reference to FIG. 10, the semiconductor cooling structure 71 which is 4th embodiment of the heat-emitting component cooling structure which concerns on this invention is demonstrated. Since the main configuration of the semiconductor cooling structure 71 is substantially the same as that of the
半導体冷却構造71は、半導体モジュール72・72・・・を冷却する。
図10に示すように、半導体モジュール72は、本体部にパワー半導体素子を内蔵し、矩形状の本体部一面から複数の大電流端子73・73、及び駆動回路、保護回路、温度検出回路等の素子固有の回路を内蔵する第二本体部を、絶縁部材72aを介して一方向に突出し、第二本体部から複数のリード74・74・・・を突出する構造に加え、絶縁部材72aが本体部より側方に突出した構造を有する。また、リード74・74・・・の基端部は大電流端子73・73の先端部より突出した構造である。
The semiconductor cooling structure 71 cools the
As shown in FIG. 10, the
半導体モジュール72は、冷却ケース76内に収納される。この冷却ケース76は、半導体モジュール72・72・・・に応じた開口部77・77・・・を有する筐体であり、樹脂成形等による一体成形によって形成される。開口部77・77・・・は、絶縁部材72aに応じた形状に形成される。
また、半導体モジュール72は、冷却ケース76内に収納された状態において、その本体部と冷却ケース76との間に空隙を有する。
The
Further, the
以上のように構成される半導体冷却構造71によれば、図10に示すように、冷媒である水を半導体モジュール72・72・・・の表面(五面)に直接接触させて冷却することが可能となり、高い冷却効率を得ることができる。この場合、半導体モジュール72・72・・・の本体部の残りの一面は冷却ケース76の外側における自然冷却となる。
また、冷却ケース76を分割構造にする必要がなく部品点数の削減に寄与できる。
なお、半導体モジュール72は、本実施形態の構造に限らず、貫通孔55を有する半導体モジュール52と同様に貫通孔を有する半導体モジュールを採用しても良い。これによれば、半導体モジュール72の冷却効率をさらに向上できる。
According to the semiconductor cooling structure 71 configured as described above, as shown in FIG. 10, water that is a coolant can be cooled by directly contacting the surface (five sides) of the
In addition, the cooling
The
半導体冷却構造71の組み付け方法は、第三実施形態の半導体冷却構造61の組み付け方法と本質的に同様であり、半導体モジュール72・72・・・等を冷却ケース76の開口部77・77・・・側の一方向から組み付けるので、高い組み付け性を実現できる。
The assembling method of the semiconductor cooling structure 71 is essentially the same as the assembling method of the semiconductor cooling structure 61 of the third embodiment, and the
以下では、図11を参照して、本発明の発熱部品冷却構造の第五実施形態である半導体冷却構造81について説明する。なお、半導体冷却構造81の主な構成は第一実施形態の半導体冷却構造1と略同じであるので、相違する点に着目して説明を行う。
Below, with reference to FIG. 11, the
図11に示すように、半導体冷却構造81は、半導体モジュール82・82・・・、及びリアクトル83を冷却する。
半導体モジュール82は、本体部にパワー半導体素子を内蔵し、矩形状の本体部の対向する二面から、それぞれ絶縁部材を介して複数の外部端子を突出する構造である。リアクトル83は、受動素子であり、矩形状の部材である。
図11に示すように、半導体モジュール82・82・・・は、冷却水の自然な流路に沿って傾斜した状態に配置される(図示においては、上面視略「ハ」の字状)。
なお、半導体モジュール82・82・・・の配置位置、配置角度等は限定されるものではなく、冷却水の流水抵抗、冷却効率、制御回路基板のアートワーク等に最適な配置を適宜選択可能である。
As shown in FIG. 11, the
The
As shown in FIG. 11, the
In addition, the arrangement position, arrangement angle, etc. of the
半導体モジュール82・82・・・、及びリアクトル83は、冷却ケース86に収納される。図11に示すように、冷却ケース86は、半導体モジュール82・82・・・に応じた位置・形状に開口部を有するとともに、冷却水を半導体モジュール82・82・・・、リアクトル83近傍に最適に誘導するための仕切り部材87、整流部材88を有する。
仕切り部材87は、冷却水を半導体モジュール82・82・・・側とリアクトル83側とに分割するための板状部材であり、冷却水の供給側から排出側にかけて設けられる。
整流部材88は、半導体モジュール82・82間の流路を形成する板状部材であり、半導体モジュール82とこれに隣接する半導体モジュール82との間に設けられる。
The
The
The rectifying
以上のように構成される半導体冷却構造81によれば、図11に示すように、仕切り部材87により、冷却ケース86内に導入される冷却水を効率良く半導体モジュール82・82・・・側とリアクトル83側に分割できるので、半導体モジュールに加えて異形の発熱部品を同一の冷却構造内に収納する場合にも、高い冷却効率を得ることができる。これに加えて、整流部材88により、冷却ケース86内に導入される冷却水を効率良く半導体モジュール82・82・・・に誘導し直接接触させることが可能となるので、さらに高い冷却効率を得ることができる。
なお、半導体冷却構造81の組み付け方法についての詳しい説明は省略するが、上述の実施形態と同様の組み付け方法を採用することができ、高組み付け性は担保される。
また、半導体モジュール82は、本実施形態の構造に限らず、貫通孔55を有する半導体モジュール52と同様に貫通孔を有する半導体モジュールを採用しても良い。これによれば、半導体モジュール82の冷却効率をさらに向上できる。
According to the
In addition, although detailed description about the assembly method of the
Further, the
また、本発明に係る発熱部品冷却構造によれば、熱伝導によらない冷却構造を提供できるので、グリス等の熱抵抗低減部材が不要となるとともに、冷却ケースを樹脂材料等の成形性、加工性、量産性の良い材料で製造できる。これにより、本発明に係る開口部の形状、大きさ等を容易に変更でき、その他冷却が必要なリアクトル、スナバコンデンサ等の発熱部品の冷却構造も容易に共有できる。なお、第一実施形態〜第五実施形態では、冷却対象である発熱部品として、半導体モジュールのみ、又は、半導体モジュールとリアクトルとの組み合わせを冷却するための冷却構造を示したが、発熱部品はこれらに限定されず、リアクトルのみ、スナバコンデンサのみ、又はこれらと半導体モジュールとの組み合わせ等でも良く、使用状態等に応じて発熱する半導体部品、電子部品等を広く含むものとする。
また、半導体モジュール、及び、冷却水の流路を形成するための整流部材を冷却ケース内に自由なレイアウトで設けることが可能であるので、冷媒の抵抗、冷却効率、制御回路基板のアートワーク等に応じた最適な半導体モジュール配置を容易に実現できる。
また、本発明に係る発熱部品冷却構造によって冷却する対象となる半導体モジュールは、第一実施形態〜第五実施形態に示すように、一つの種類の半導体モジュールに限定されないので、本発明によれば、汎用性に優れる発熱部品冷却構造を提供でき、半導体モジュールの改良・開発に追従できる発熱部品冷却構造を提供できる。
Further, according to the heat generating component cooling structure according to the present invention, a cooling structure that does not depend on heat conduction can be provided, so that a thermal resistance reducing member such as grease is not necessary, and the cooling case is formed and processed with a resin material or the like. It can be manufactured with good material and mass productivity. Thereby, the shape, size, etc. of the opening according to the present invention can be easily changed, and the cooling structure of the heat generating components such as the reactor and the snubber condenser that need to be cooled can be easily shared. In the first embodiment to the fifth embodiment, the cooling structure for cooling only the semiconductor module or the combination of the semiconductor module and the reactor is shown as the heat generating component to be cooled. However, the present invention is not limited to this, and only a reactor, only a snubber capacitor, or a combination of these with a semiconductor module may be used, and widely includes semiconductor components, electronic components, and the like that generate heat according to usage conditions.
In addition, since it is possible to provide a semiconductor module and a flow regulating member for forming a cooling water flow path in a free layout, the resistance of the refrigerant, the cooling efficiency, the artwork of the control circuit board, etc. It is possible to easily realize the optimal semiconductor module arrangement according to the requirements.
Further, the semiconductor module to be cooled by the heat generating component cooling structure according to the present invention is not limited to one type of semiconductor module as shown in the first embodiment to the fifth embodiment. Therefore, it is possible to provide a heat generating component cooling structure that is excellent in versatility, and to provide a heat generating component cooling structure that can follow improvement and development of semiconductor modules.
1 半導体冷却構造(発熱部品冷却構造)
2 半導体モジュール(発熱部品)
3 大電流端子(外部端子)
4 リード(外部端子)
10 冷却ケース
11 開口部
12 開口部
20 バスバ
30 制御回路基板
40 冷却路
1 Semiconductor cooling structure (heating component cooling structure)
2 Semiconductor module (heat generating component)
3 Large current terminal (external terminal)
4 Lead (external terminal)
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記発熱部品を収納し、該発熱部品の絶縁部材の形状に応じた開口部を有する冷却ケースと、
前記冷却ケース内に冷媒を導入する冷却路と、を具備し、
前記発熱部品は、前記冷却ケースの開口部を位置基準として組み付けられ、かつ、前記発熱部品の本体部と冷却ケースとの間に空隙を有する発熱部品冷却構造。 A heat generating component cooling structure for cooling a heat generating component having a main body portion and an external terminal protruding from the main body portion through an insulating member,
A cooling case that houses the heat generating component and has an opening according to the shape of the insulating member of the heat generating component;
A cooling path for introducing a refrigerant into the cooling case,
The heat generating component cooling structure, wherein the heat generating component is assembled with the opening of the cooling case as a position reference, and a gap is provided between the main body of the heat generating component and the cooling case.
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