JP4158648B2 - Semiconductor cooling unit - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換回路を構成する電子部品の冷却手段を備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device provided with a cooling means for electronic components constituting a power conversion circuit.
従来より、例えば、IGBT等の電力用半導体素子を収容した半導体モジュールは、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流を生成するインバータ回路に用いられることがある。
一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等では、交流モータから大きな駆動トルクを得るため、通電すべき駆動電流は大電流となる傾向にある。
そのため、その駆動電流を制御する上記半導体モジュールでは、IGBT等の電力用半導体素子から発生する発熱量が大きくなる。
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a semiconductor module containing a power semiconductor element such as an IGBT may be used in an inverter circuit that generates a drive current for energizing an AC motor that is a power source of an electric vehicle or a hybrid vehicle.
Generally, in an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like, a drive current to be energized tends to be a large current in order to obtain a large drive torque from an AC motor.
Therefore, in the semiconductor module that controls the drive current, the amount of heat generated from a power semiconductor element such as an IGBT becomes large.
そこで、半導体モジュールに冷却手段を設けた半導体冷却ユニットが提案されている。該半導体冷却ユニットでは、放熱効率の向上を目的として、半導体モジュールの放熱面と、上記冷却手段の冷却面との接触面積を広く確保するための工夫がなされる場合がある。
例えば、半導体モジュールからの放熱を促進するため、該半導体モジュールの放熱面を凸状に形成した上、該放熱面を冷却手段の冷却面と当接させた半導体冷却ユニットがある(例えば、特許文献1参照。)。
Therefore, a semiconductor cooling unit in which a cooling means is provided in the semiconductor module has been proposed. In the semiconductor cooling unit, for the purpose of improving the heat dissipation efficiency, a device for ensuring a wide contact area between the heat dissipation surface of the semiconductor module and the cooling surface of the cooling means may be used.
For example, in order to promote heat dissipation from the semiconductor module, there is a semiconductor cooling unit in which the heat dissipation surface of the semiconductor module is formed in a convex shape and the heat dissipation surface is in contact with the cooling surface of the cooling means (for example, Patent Documents) 1).
該半導体冷却ユニットは、上記凸状の放熱面と上記冷却面との間に当接荷重を作用させることにより、冷却面の面形状に倣って、上記凸状の放熱面を積極的に変形させるように構成してある。
そして、上記半導体冷却ユニットでは、上記のごとく放熱面と冷却面とを当接することで、両者間の接触面積を広く確保している。
The semiconductor cooling unit positively deforms the convex heat radiating surface according to the surface shape of the cooling surface by applying a contact load between the convex heat radiating surface and the cooling surface. It is constituted as follows.
And in the said semiconductor cooling unit, the contact area between both is ensured widely by contact | abutting a thermal radiation surface and a cooling surface as mentioned above.
しかしながら、上記従来の半導体冷却ユニットでは、次のような問題がある。すなわち、上記凸状の放熱面の変形に伴って上記半導体モジュールに歪みを生じ、内部の半導体素子自体や、半田接合部等にトラブルを生じるおそれがある。
すなわち、半導体素子の特性変動による性能低下や、半田接合部の半田クラック等による耐久性低下を生じるおそれがある。
That is, there is a risk of performance degradation due to characteristic fluctuations of the semiconductor element and durability degradation due to solder cracks at the solder joints.
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、高い放熱性能と、長期間に渡る動作信頼性を両立した半導体冷却ユニットを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor cooling unit that achieves both high heat dissipation performance and long-term operation reliability.
本発明は,電力用の半導体素子を含む半導体モジュールと,冷媒を流動させる中空部を有する扁平形状の冷却チューブとを組み合わせてなる半導体冷却ユニットにおいて,
上記半導体モジュールは,上記半導体素子を挟むように,相互に対面する2枚の平板状の電極放熱板を有していると共に,相互に対面する一対の上記冷却チューブの間に配設してあり,
上記冷却チューブは,直接的又は間接的に,上記電極放熱板と当接する吸熱面を有してなり,
該吸熱面をなす管壁の板厚を,上記電極放熱板の板厚よりも薄くしてあり,
また,上記電極放熱板は銅合金により形成してあり,上記冷却チューブは上記電極放熱板をなす銅合金よりも軟らかいアルミニウム合金により形成してあることを特徴とする半導体冷却ユニットにある(請求項1)。
The present invention relates to a semiconductor cooling unit comprising a combination of a semiconductor module including a power semiconductor element and a flat cooling tube having a hollow portion through which a coolant flows.
The semiconductor module has two flat electrode heat sinks facing each other so as to sandwich the semiconductor element, and is disposed between the pair of cooling tubes facing each other. ,
The cooling tube has a heat absorbing surface that directly or indirectly contacts the electrode heat sink,
The thickness of the tube wall forming the suction hot surface, Ri thinner Citea than the plate thickness of the electrode heat sink
In the semiconductor cooling unit, the electrode heat sink is formed of a copper alloy, and the cooling tube is formed of an aluminum alloy that is softer than the copper alloy forming the electrode heat sink. 1).
本発明の電力変換装置では、上記管壁の板厚を、上記電極放熱板の板厚よりも薄くしてある。
そのため,上記各冷却チューブと上記半導体モジュールとの間に当接荷重を作用させた場合、板厚の薄い冷却チューブ側に変形を生じ易いため、半導体モジュールに歪み等を生じるおそれが少ない。
それ故、本発明の電力変換装置では、上記半導体モジュールにトラブルを生じるおそれを抑制しながら、該半導体モジュールと上記冷却チューブとの間の接触面積を広く確保することができる。
In the power conversion device of the present invention, the thickness of the tube wall is made thinner than the thickness of the electrode heat dissipation plate.
For this reason, when a contact load is applied between each of the cooling tubes and the semiconductor module, the semiconductor module is less likely to be distorted because the thin cooling plate tends to be deformed.
Therefore, in the power conversion device of the present invention, it is possible to ensure a wide contact area between the semiconductor module and the cooling tube while suppressing the possibility of causing trouble in the semiconductor module.
したがって、本発明の半導体冷却ユニットは、放熱性と、信頼性とを両立した優れた電力変換装置となる。
なお、上記吸熱面と上記電極放熱板との間に、電気的な絶縁性を有する層として、薄板状の絶縁板や、上記吸熱面或いは上記電極放熱板の表面に形成した絶縁被膜などを配置して、両者を間接的に当接することができる。
或いは、上記吸熱面と上記電極放熱板とを、電気的に接触させた状態で、直接的に当接させる一方、上記各冷却チューブを、冷媒や他の冷却チューブ等、他の部分と電気的に絶縁することも可能である。
Therefore, the semiconductor cooling unit of the present invention is an excellent power conversion device that achieves both heat dissipation and reliability.
In addition, a thin insulating plate or an insulating film formed on the heat absorbing surface or the surface of the electrode heat dissipation plate is disposed as an electrically insulating layer between the heat absorption surface and the electrode heat dissipation plate. Thus, the two can be contacted indirectly.
Alternatively, the heat absorption surface and the electrode heat dissipation plate are brought into direct contact with each other, while the cooling tubes are electrically connected to other parts such as a refrigerant and other cooling tubes. It is also possible to insulate.
本発明においては、重量比90%以上のアルミニウムを含有したアルミニウム合金から上記冷却チューブを形成することが好ましい。
上記アルミニウム合金は、一般に、軟質の金属材料であるため、上記冷却チューブの変形を容易に生じさせるこができ、相対的に、上記半導体モジュールに歪みが生じるおそれを抑制することができる。
さらに、重量比60%以上の銅を含有した銅合金から上記電極放熱板を形成することが好ましい。
上記銅合金は、一般的に、硬質の金属材料であるため、上記電極放熱板は、上記半導体モジュールの内部に収容した半導体素子等を保護するのに役立つ。
In the present invention, it is preferable to form the cooling tube from an aluminum alloy containing aluminum of 90% by weight or more.
Since the aluminum alloy is generally a soft metal material, the cooling tube can be easily deformed, and the risk of distortion of the semiconductor module can be relatively suppressed.
Furthermore, it is preferable to form the said electrode heat sink from the copper alloy containing copper 60% or more of weight ratio.
Since the copper alloy is generally a hard metal material, the electrode heat dissipating plate is useful for protecting a semiconductor element and the like housed in the semiconductor module.
また,上記管壁の板厚は,上記電極放熱板の板厚の0.6倍よりも薄くしてあることが好ましい。
この場合には,上記半導体モジュールの剛性に対して,上記冷却チューブの剛性をさらに抑制することができる。
そして,上記半導体モジュールと上記冷却チューブとの間に当接荷重を作用させた際に生じるおそれのある上記半導体モジュールのトラブルをさらに抑制することができる。
Further, the thickness of the tube wall, it is not preferable that is thinner than 0.6 times the thickness of the electrode radiator plate.
In this case, the rigidity of the cooling tube can be further suppressed relative to the rigidity of the semiconductor module.
And the trouble of the said semiconductor module which may arise when a contact load is made to act between the said semiconductor module and the said cooling tube can further be suppressed.
また,上記管壁の板厚は,上記電極放熱板の板厚の0.3倍よりも薄くしてあることが好ましい。
この場合には,上記半導体モジュールの剛性に対して,上記冷却チューブの剛性をさらに抑制することができる。
そして,上記半導体モジュールと上記冷却チューブとの間に当接荷重を作用させた際には,上記冷却チューブを適切に変形させて,両者間の接触面積を広く確保することができる。
Further, the thickness of the tube wall, it is not preferable that is thinner than 0.3 times the thickness of the electrode radiator plate.
In this case, the rigidity of the cooling tube can be further suppressed relative to the rigidity of the semiconductor module.
When a contact load is applied between the semiconductor module and the cooling tube, the cooling tube can be appropriately deformed to ensure a wide contact area between the two.
また,上記半導体冷却ユニットは,上記半導体モジュールと上記冷却チューブとを交互に積層し,少なくも2層以上の上記半導体モジュールの層を有してなることが好ましい(請求項2)。
この場合には,上記半導体モジュールと上記冷却チューブとを適切に当接させるためには,積層方向の荷重を大きくする必要があるため,本発明による効果が特に有効である。
Further, the semiconductor cooling unit, the semiconductor module and the said cooling tubes are alternately stacked, at least it is preferable that the have a layer of two or more layers of the semiconductor module (claim 2).
In this case, in order to bring the semiconductor module and the cooling tube into contact with each other properly, it is necessary to increase the load in the stacking direction. Therefore, the effect of the present invention is particularly effective.
また,上記冷媒の流動方向に直交する方向における上記吸熱面の断面形状は,上記電極放熱板に向かって突出する凸状であることが好ましい(請求項3)。
この場合には,上記冷却チューブと上記電極放熱板との接触領域の内周部において,確実性高く両者を接触させることができる。
なお,上記吸熱面の突出高さとしては,20μm〜100μm程度が好ましい。突出高さが20μm未満であると,吸熱面と電極放熱板との接触面積を広く確保できないおそれがある。
一方,突出高さが100μmを超えると,必要となる当接荷重が大きくなり,該当接荷重により半導体モジュールに歪みを生じるおそれがある。
The cross-sectional shape of the absorbing surface in the direction perpendicular to the flow direction of the coolant is preferably a convex shape protruding toward the electrode radiating plate (claim 3).
In this case, both can be brought into contact with high reliability at the inner peripheral portion of the contact area between the cooling tube and the electrode heat sink.
The protrusion height of the endothermic surface is preferably about 20 μm to 100 μm. If the protruding height is less than 20 μm, there is a possibility that a wide contact area between the heat absorbing surface and the electrode heat radiating plate cannot be secured.
On the other hand, if the protruding height exceeds 100 μm, the required contact load becomes large, and the semiconductor module may be distorted by the corresponding contact load.
また,上記冷媒の流動方向に直交する方向における上記吸熱面の断面形状は,上記電極放熱板に向かって突出する凸状をなす略円弧形状であることが好ましい(請求項4)。
この場合には,上記冷却チューブと上記電極放熱板との接触領域における荷重を,中心部において大きく,外周部において小さくなるように適切に分布させることができる。
そのため,上記冷却チューブと上記電極放熱板との接触領域の全面において,両者を隙間なく接触させることができる。
Moreover, it is preferable that the cross-sectional shape of the said heat absorption surface in the direction orthogonal to the flow direction of the said refrigerant | coolant is a substantially circular arc shape which makes the convex shape which protrudes toward the said electrode heat sink (Claim 4 ).
In this case, the load in the contact region between the cooling tube and the electrode heat sink can be appropriately distributed so as to be large at the center and small at the outer periphery.
Therefore, both can be contacted with no gap over the entire contact area between the cooling tube and the electrode heat sink.
また,上記吸熱面の裏面に当たる上記中空部の内壁面には,上記冷媒の流動方向に沿って上記中空部を区画するリブを形成してあることが好ましい(請求項5)。
この場合には,上記冷却チューブと,上記冷媒との熱伝達効率を向上して,半導体モジュールの冷却性能をさらに向上することができる。
Further, on the inner wall surface of the hollow portion which corresponds to the back surface of the heat-absorbing surface, it is preferable that is formed with ribs for partitioning the hollow portion along the flow direction of the refrigerant (claim 5).
In this case, the cooling performance of the semiconductor module can be further improved by improving the heat transfer efficiency between the cooling tube and the refrigerant.
(実施例1)
本例の半導体冷却ユニット1について、図1〜図6を用いて説明する。
この半導体冷却ユニット1は、電力用の半導体素子11を含む半導体モジュール10と,冷媒を流動させる中空部21を有する扁平形状の冷却チューブ20とを組み合わせてなるユニットである。
上記半導体モジュール10は、上記半導体素子11を挟むように、相互に対面する平板状の2枚の電極放熱板15を有してなると共に、相互に対面する一対の上記冷却チューブ20の間に配設してある。
上記冷却チューブ20は、電気的な絶縁性を有する絶縁部材30を介して上記電極放熱板15に当接する放熱面200を有してなり、該放熱面200をなす管壁210の板厚aを、上記電極放熱板15の板厚bよりも薄くしてある。
以下に、この内容について詳しく説明する。
(Example 1)
The
The
The
The
This content will be described in detail below.
本例の半導体冷却ユニット1は、図1に示すごとく、例えば、電気自動車用の走行モータに通電する駆動電流を生成する電力変換装置(図示略)の一部をなし、該電力変換装置におけるインバータ回路或いは、DC−DCコンバータ回路の全部又は一部を構成するユニットである。
本例の半導体冷却ユニット1は、電力用半導体素子であるIGBT素子11を収容した半導体モジュール10を有してなる。
As shown in FIG. 1, the
The
本例では、図1に示すごとく、半導体モジュール10と冷却チューブ20とを交互に積層して、少なくとも2層以上の半導体モジュール10の層を有してなる多層積層構造の半導体冷却ユニット1を構成してある。
すなわち、本例の半導体冷却ユニット1は、半導体モジュール10を3層積層してなる半導体積層ユニット(以下、半導体積層ユニット1と記載する。)として構成してある。
また、この半導体積層ユニット1は、図2に示すごとく、隣接して積層した冷却チューブ10の間に、2個の半導体モジュールを並列配置してなり、全体として、6個の半導体モジュールを有してなる。
In this example, as shown in FIG. 1, the
That is, the
In addition, as shown in FIG. 2, the semiconductor laminated
また、本例の半導体積層ユニット1では、図1及び図2に示すごとく、半導体モジュール10の電極放熱板15と、冷却チューブ20の放熱面200との間の絶縁部材30として、厚さ320μmのSiNのセラミック板を積層してある。
これに代えて、窒化アルミニウムやアルミナ等のセラミック板を絶縁部材として用いることもできる。さらに、窒化アルミニウム、SiN、アルミナ、DLC等による絶縁塗膜や、ポリイミド等の有機絶縁物等よりなる絶縁塗膜を上記絶縁部材として利用することも可能である。
Moreover, in the semiconductor laminated
Alternatively, a ceramic plate such as aluminum nitride or alumina can be used as the insulating member. Further, an insulating coating film made of aluminum nitride, SiN, alumina, DLC, or the like, or an insulating coating film made of an organic insulator such as polyimide can be used as the insulating member.
なお、上記絶縁部材を省略して、放熱面200と電極放熱板15とを直接的に接触させることもできる。この場合には、冷媒や、隣接する他の冷却チューブ等、他の部分と、各冷却チューブ20との電気的な絶縁性を確保する必要がある。
冷却チューブ20と冷媒とを電気的に絶縁する方法としては、中空部21の内周壁に絶縁被膜を形成する方法や、電気的な絶縁性を有する冷媒を採用する等の方法がある。
一方、各冷却チューブ20を、他の部分から電気的に絶縁する方法としては、各冷却チューブ20を接続するベローズパイプ400(図2)自体に電気的な絶縁性をもたせる方法がある。例えば、電気的な絶縁性を有する素材によりベローズパイプ400を形成する方法や、電気的な絶縁性を有する絶縁被膜をベローズパイプ400の表面に形成する方法などがある。
他に、ベローズパイプ400と、各冷却チューブ20との間に、電気的な絶縁性を有する部材を配置する等の方法を採用することもできる。
In addition, the said insulating member can be abbreviate | omitted and the
As a method of electrically insulating the cooling
On the other hand, as a method of electrically insulating each cooling
In addition, a method such as arranging an electrically insulating member between the
上記半導体モジュール10は、図3に示すごとく、電力用半導体素子であるIGBT素子11と、モータの回転を滑らかにするために必要なフライホイールダイオード素子12とを相互に対面する一対の電極放熱板15の間に挟持したモジュールである。
該半導体モジュール10は、2枚の電極放熱板15と、その間隙の各素子11、12とを、モールド樹脂により一体成形してなる。
なお、本例では、上記電極放熱板は、90%の銅を含む銅合金より形成してなり、その板厚はbとしてある。
As shown in FIG. 3, the
The
In this example, the electrode heat sink is made of a copper alloy containing 90% copper, and the thickness thereof is b.
この半導体モジュール10は、図4に示すごとく、その両面において電極放熱板15が露出するように樹脂成形してなり、この露出する電極放熱板15が放熱面として機能するように構成してある。
なお、図3では、電極放熱板15と、外部端子150、160と、モールド樹脂との関係の理解を容易にするため、便宜上、モールド樹脂(点線で示す部分)を上下に分割して示してある。
As shown in FIG. 4, the
In FIG. 3, for ease of understanding of the relationship between the electrode
上記半導体モジュール10では、図3及び図4に示すごとく、電力信号用の端子であって上記各電極放熱板15と一体をなす電力端子150と、制御信号用の端子であってモールド樹脂中に保持した制御端子160とを有してなる。そして、電力端子150と制御端子160とを、上記電極放熱板15に平行な面内において対向配置してある。
そのため、この半導体モジュール10と冷却チューブ20とを積層した上記半導体積層ユニット1(図1)においては、該半導体積層ユニット1の表面側に電力端子150を突出させ、裏面側に制御端子160を突出させることができる。
In the
Therefore, in the semiconductor laminated unit 1 (FIG. 1) in which the
本例の冷却チューブ20は、図1に示すごとく、内部に冷媒を流動させる中空部21を有してなる扁平形状の配管部材20である。なお、本例では、97%のアルミを含有したアルミ合金より、上記冷却チューブを形成した。
そして、この冷却チューブ20は、その扁平形状をなす平坦表面の一部に、上記絶縁部材30を介して電極放熱板15に当接する吸熱面200を形成してなる。該吸熱面200をなす管壁210は、その板厚aを、電極放熱板の板厚bのおよそ32%としてある。
As shown in FIG. 1, the cooling
And this cooling
また、上記冷却チューブ20は、両端付近の平坦表面に、冷媒の供給及び排出用の貫通穴(図示略)を穿孔してなる。そして、隣接する冷却チューブ20の各貫通穴には、図2に示すごとく、長さ方向に伸縮可能なアルミニウムよりなる管状のベローズパイプ400を接合してある。
また、冷却チューブ20の両端には、封止用のキャップ部材201を接合してある。
The cooling
Further, sealing
上記半導体積層ユニット1では、図2に示すごとく、上記ベローズパイプ400により、冷媒供給用のヘッダ部41と排出用のヘッダ部42とを形成してある。
すなわち、ベローズパイプ400は、隣接して積層した冷却チューブ20の間隙に配置してなり、隣接する冷却チューブ20の中空部21相互の連通を実現している。そして、積層した冷却チューブ20の各間隙に配置した複数のベローズパイプ400が、全体として、冷媒の各ヘッダ部41、42を形成している。
In the semiconductor laminated
In other words, the
なお、ここで、上記半導体モジュール10を冷却チューブ20の間に挟持する際には、同図に示すごとく、上記各ヘッダ部41、42のベローズパイプ400を伸ばした状態で半導体モジュール10を冷却チューブ20の間に配置した後、各ベローズパイプ400を縮めることにより、冷却チューブ20と半導体モジュール10とを密着させる。
Here, when the
また、本例の半導体積層ユニット1は、図5に示すごとく、ガイドユニット50と組み合わせて組み付けるように構成してある。そして、該ガイドユニット50は、組み付けた半導体積層ユニット1に対して、その積層方向に荷重を作用するように構成してある。
このガイドユニット50は、半導体積層ユニット1の積層方向の一方の端面に当接するベースプレート部51と、他方の端面に当接する挟圧プレート部52と、ベースプレート部51と挟圧プレート部52とを所定の間隙を空けて保持する一対のガイド部53とからなるユニットである。
Further, as shown in FIG. 5, the semiconductor laminated
The
図5に示すごとく、ガイド部53における長手方向のベースプレート部51側の端面には、該ベースプレート部51に固定するためのフランジ(図示略)を形成してある。
そして、ガイド部53は、フランジをベースプレート部51にボルト固定することにより、該ベースプレート部51に対して直立した状態で固定するように構成してある。
ベースプレート部51は、一対のヘッダ部41、42に連通する冷媒流路511、512を形成してなり、半導体積層ユニット1をガイドユニット50に組み付けたとき、冷媒流路511、512と各ヘッダ部41、42とが連通するように構成してある。
As shown in FIG. 5, a flange (not shown) for fixing to the
And the
The
上記挟圧プレート部52は、図5に示すごとく、一定の間隔を空けて配置した一対のガイド部53を、ブリッジ状に連結するように構成してある。
この挟圧プレート部52は、その両端部に、固定用のボルトを挿通するボルト穴を穿孔してなり、該ボルト穴に挿入したボルトにより、各ガイド部53の長手方向の端面に固定するように構成してある。
As shown in FIG. 5, the clamping
The clamping
挟圧プレート部52は、図5に示すごとく、上記両端部のボルト穴の間に、上記半導体積層ユニット1の積層方向の端面に当接する当接部520を有してなる。
該当接部520は、上記ボルト穴を形成した両端部よりも板厚を厚く形成してなり、上記ガイド部53に固定したとき、半導体積層ユニット1に向けて突出するように構成してある。
そして、この挟圧プレート部52は、ガイド部53の端面にボルト結合する際のボルトの締め付けトルクに応じて、当接部520から半導体積層ユニット1に向けて荷重を作用するように構成してある。
As shown in FIG. 5, the clamping
The
And this clamping
すなわち、本例の半導体積層ユニット1では、図6に示すごとく、上記締め付けトルクの調整により、冷却チューブ20と半導体モジュール10との間に作用する当接荷重を調整することができる。
そのため、本例の半導体積層ユニット1では、上記挟圧プレート部52から適切な荷重を作用させることで、冷却チューブ20と半導体モジュール10との間に適正な当接荷重を作用させることができる。
それ故、本例の半導体積層ユニット1では、図6に示すごとく、板厚を薄く設定してある上記冷却チューブ20の管壁210を、当接する電極放熱板15の面形状に倣って変形させ、放熱面200と電極放熱板15との接触状態を適切にすることができる。
That is, in the semiconductor laminated
Therefore, in the semiconductor laminated
Therefore, in the semiconductor laminated
また、上記電極放熱板15は、銅合金により形成してある一方、上記吸熱面200をなす冷却チューブ20は、電極放熱板15をなす銅合金よりも軟らかいアルミニウム合金より形成してある。
そのため、電極放熱板15と吸熱面200とを当接させた際には、吸熱面200をなす冷却チューブ20の側において、積極的に変形を生じさせることができ、相対的に、電極放熱板15を有する半導体モジュール10側における変形や歪み等の発生を抑制することができる。
それ故、本例の冷却チューブ20と半導体モジュール10との組み合わせによれば、半導体モジュール10に歪み等を生じさせるおそれを少なく、両者間の接触面積を広く確保することができる。
The electrode
Therefore, when the electrode
Therefore, according to the combination of the cooling
さらにまた、本例の半導体積層ユニット1は、図1に示すごとく、半導体モジュール10の両面に冷却チューブ20を配置し、積層方向に荷重を作用した状態で積層してある。
そのため、半導体モジュール10に対しては、その積層方向の両側から均等に荷重を作用させることができる。
それ故、本例の半導体積層ユニット1においては、半導体モジュール10に対して、不均一に荷重が作用するおそれが少なく、半導体モジュール10に歪みを生じるおそれが少ない。
したがって、本例の半導体モジュール10は、半田接合部のクラックや素子特性の変動等が生じにくく、良好な耐久性を実現できる。
Furthermore, as shown in FIG. 1, the semiconductor laminated
Therefore, a load can be applied to the
Therefore, in the semiconductor laminated
Therefore, the
(実施例2)
本例は、実施例1を基にして、冷却チューブの断面形状を変更した例である。この例について、図7を用いて説明する。
本例の冷却チューブでは、同図に示すごとく、その吸熱面200に当接荷重が作用しない状態において、冷媒の流動方向に直交する方向における吸熱面200の断面形状が、電極放熱板15に向かって突出する略円弧状を呈するように形成してある。
(Example 2)
In this example, the cross-sectional shape of the cooling tube is changed based on the first embodiment. This example will be described with reference to FIG.
In the cooling tube of this example, as shown in the figure, the cross-sectional shape of the
特に、本例の冷却チューブ20では,吸熱面200の頂点の位置と、半導体モジュール10におけるIGBT素子11との配設位置とが略一致するようにしてある。なお、本例では、吸熱面200の突出高さgを40μmとしてある。
そのため、発熱源であるIGBT素子11の配設位置において、吸熱面200と電極放熱板15とを、絶縁部材30を介在して確実に当接させると共に、両者間の接触面積を広く確保することができる。
In particular, in the cooling
Therefore, at the position where the
(実施例3)
本例は、実施例1を基にして、冷却チューブの中空部の形状を変更した例である。この例について、図8を用いて説明する。
本例の冷却チューブ20の中空部21には、冷媒の流動方向に沿って中空部21を区画する複数のリブ22を形成してある。
(Example 3)
In this example, the shape of the hollow portion of the cooling tube is changed based on the first embodiment. This example will be described with reference to FIG.
In the
冷媒の流動方向に直交する方向における各リブ22の断面形状は、中央側から外方に向けて突出する屈曲線状(くさび状)を呈している。
そして、本例では、中空部21が、幅方向に線対称の形状を呈するようにリブ22を形成してなる。
リブ22は、その屈曲部220に、弾性変形が容易な弾性部225を形成してなり、該弾性部225の弾性変形により屈曲変形を容易にしてある。そして、リブ22の屈曲変形によれば、積層方向の荷重による冷却チューブ20の凸状の吸熱面200が平坦面に近づくような変形が容易になる。
すなわち、本例の冷却チューブ20の吸熱面200は、電極放熱板15との間に当接荷重が作用したとき、電極放熱板15の面形状に倣って容易に変形することができる。
The cross-sectional shape of each
And in this example, the
The
That is, the
また、本例の冷却チューブ20の中空部21には、幅方向に線対称形状をなすようにリブ22を形成してある。
そのため、冷却チューブ20から電極放熱板15に作用する荷重分布は、幅方向に線対称な分布となる。
それ故、この冷却チューブ20から半導体モジュール10へ、バランス良く荷重を作用させることができ、アンバランスな当接荷重に起因して半導体モジュール10内部に歪みを生じるおそれが少ない。
Further,
Therefore, the load distribution that acts on the electrode
Therefore, a load can be applied from the cooling
以上のように本例の冷却チューブ20によれば、中空部21に配設したリブ22により、冷媒と冷却チューブ20との間の熱交換効率を向上できる。をさらに促進できる。
さらに、弾性部225を形成したリブ22によれば、凸状の吸熱面200の変形を阻害することなく、該吸熱面200と電極面15との接触面積を広く確保することができる。
As described above, according to the cooling
Furthermore, according to the
1 半導体冷却ユニット(半導体積層ユニット)
10 半導体モジュール
11 IGBT素子
12 フライホイールダイオード素子
20 冷却チューブ
200 吸熱面
30 絶縁部材
41、42 ヘッダ部
400 ベローズパイプ
50 ガイドユニット
51 ベースプレート部
52 挟圧プレート部
53 ガイド部
1 Semiconductor cooling unit (semiconductor laminated unit)
DESCRIPTION OF
Claims (5)
上記半導体モジュールは,上記半導体素子を挟むように,相互に対面する2枚の平板状の電極放熱板を有していると共に,相互に対面する一対の上記冷却チューブの間に配設してあり,
上記冷却チューブは,直接的又は間接的に,上記電極放熱板と当接する吸熱面を有してなり,
該吸熱面をなす管壁の板厚を,上記電極放熱板の板厚よりも薄くしてあり,
また,上記電極放熱板は銅合金により形成してあり,上記冷却チューブは上記電極放熱板をなす銅合金よりも軟らかいアルミニウム合金により形成してあることを特徴とする半導体冷却ユニット。 In a semiconductor cooling unit formed by combining a semiconductor module including a power semiconductor element and a flat cooling tube having a hollow portion through which a coolant flows,
The semiconductor module has two flat electrode heat sinks facing each other so as to sandwich the semiconductor element, and is disposed between the pair of cooling tubes facing each other. ,
The cooling tube has a heat absorbing surface that directly or indirectly contacts the electrode heat sink,
The thickness of the tube wall forming the suction hot surface, Ri thinner Citea than the plate thickness of the electrode heat sink
The electrode cooling plate is made of a copper alloy, and the cooling tube is made of an aluminum alloy that is softer than the copper alloy forming the electrode heat sink .
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