CN103597591A - 半导体元件的冷却构造 - Google Patents

Abstract

半导体元件的冷却构造具备在冷却风通路（31）中的冷却风流的下游侧设置的侧壁（22）、形成冷却风分支通路（41）的多片冷却翅片（43）以及形成冷却风分支通路（51）的多片冷却翅片（53）。冷却翅片（43、53）在向冷却风通路（31）延伸的顶端具有端部（43p、53p）。在多片冷却翅片（43）之间连结端部（43p）而得到的假想线（61）和在多片冷却翅片（53）之间连结端部（53p）而得到的假想线（71）的、相对于冷却风通路（31）中的冷却风的流动方向的斜度，在冷却风通路（31）中的冷却风流的上游侧比在下游侧大。

Description

半导体元件的冷却构造

技术领域

本发明通常涉及半导体元件的冷却构造，更具体地说，涉及在搭载于车辆的功率控制单元（PCU：Power Control Unit）中所适用的半导体元件的冷却构造。

背景技术

关于现有的半导体元件的冷却构造，例如，在日本特开2006-295178号公报中公开了以如下目的制成的电子元件用散热器装置：均匀维持吸热流体的流量以使得与电子元件接触的面的温度恒定（专利文献1）。

专利文献1所公开的散热器用装置具有：多个流路，其通过多个流路壁以预定间隔进行区划；和流入引导部，其将通过流入口而流入的吸热流体分别向多个流路引导。在流入引导部设有线性倾斜的流入引导板，以使得该流入引导部的流路截面积距离流入口越远则越小。另外，在其他的散热器用装置中，多个流路壁的一端以距离流入口越远则向流入引导部侧延伸越长的方式形成，以使得流入引导部的流路截面积距离流入口越远则越小。

另外，在日本特开2003-33002号公报中公开了以如下目的制成的电力变换装置：能够防止其他的散热器的热干涉，并且，在不增加与冷却气体相对的部分的面积的情况下增加半导体元件的数量（专利文献2）。在专利文献2所公开的电力变换装置中，将多个散热翅片安装于受热板而构成散热器。散热器的入口侧的散热翅片以距离冷却气体的入口越远则突出越大的方式形成为阶梯状。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2006-295178号公报

专利文献2：日本特开2003-33002号公报

发明内容

发明要解决的问题

如上述的专利文献所公开的那样，在变换器电路等所使用的半导体元件（功率半导体元件）的工作中，会伴随非常大的发热，因此采用了各种冷却构造。

在使用这些冷却构造一并冷却多个半导体元件的情况下，在供给到各半导体元件的冷媒的流量产生差别时，有可能无法均匀冷却多个半导体元件。在半导体元件的温度产生偏差（不均）时，需要以冷却效率低的半导体元件为基准来设定用于供给冷媒的风扇的性能、和/或限制半导体元件的负荷率的开始温度，因此会导致冷却构造大型化、由半导体元件发挥的性能下降等。

因此，本发明的目的在于解决上述问题，提供一种均匀冷却多个半导体元件的半导体元件的冷却构造。

用于解决问题的手段

按照本发明的半导体元件的冷却构造为如下构造：形成有供冷媒流通的冷媒通路、和从冷媒通路分支并分别配置在夹着冷媒通路的两侧的第一分支通路及第二分支通路，通过在第一分支通路和第二分支通路中流通的冷媒对多个半导体元件进行冷却。半导体元件的冷却构造具备：壁部，其设置在冷媒通路中的冷媒流的下游侧；多片第一翅片部，其在冷媒通路中的冷媒的流动方向上彼此隔开间隔配置，在彼此相邻的位置形成第一分支通路；以及多片第二翅片部，其在冷媒通路中的冷媒的流动方向上彼此隔开间隔配置，在彼此相邻的位置形成第二分支通路。第一翅片部和第二翅片部在向冷媒通路延伸的顶端具有端部。

多片第一翅片部被设置成第一翅片部的端部不比与该第一翅片部在冷媒通路中的冷媒流的下游侧相邻的第一翅片部的端部向冷媒通路延伸得多。多片第二翅片部被设置成第二翅片部的端部不比与该第二翅片部在冷媒通路中的冷媒流的下游侧相邻的第二翅片部的端部向冷媒通路延伸得多。在多片第一翅片部之间连结端部而得到的假想线和在多片第二翅片部之间连结端部而得到的假想线的、相对于冷媒通路中的冷媒的流动方向的斜度，在冷媒通路中的冷媒流的上游侧比在下游侧大。

根据这样构成的半导体元件的冷却构造，在冷媒通路中的冷媒流的下游侧，在冷媒通路中流通的冷媒与壁部冲撞而流入第一分支通路和第二分支通路，因此，会产生以下倾向：第一分支通路和第二分支通路的冷媒流量在冷媒通路中的冷媒流的下游侧比在上游侧大。对此，通过使在多片第一翅片部之间连结端部而得到的假想线的斜度和在多片第二翅片部之间连结端部而得到的假想线的斜度在冷媒通路中的冷媒流的上游侧比在下游侧大，从而与冷媒通路中的冷媒流的下游侧相比，在上游侧，在冷媒通路中流通的冷媒更容易流入第一冷媒通路和第二冷媒通路。由此，能够对第一分支通路和第二分支通路的冷媒流量在冷媒通路中的冷媒流的上游侧与下游侧之间产生偏差进行抑制，能够更加均匀地对多个半导体元件进行冷却。

另外优选，连结端部而得到的假想线，在冷媒通路中的冷媒流的下游侧，在与冷媒通路中的冷媒的流动方向平行的方向上延伸，在冷媒通路中的冷媒流的上游侧，在相对于冷媒通路中的冷媒的流动方向倾斜的方向上延伸。另外优选，连结端部而得到的假想线，从冷媒通路中的冷媒流的下游侧向上游侧一边使相对于冷媒通路中的冷媒的流动方向的斜度增大一边弯曲。

根据这样构成的半导体元件的冷却构造，能够更有效地对第一分支通路和第二分支通路的冷媒流量在冷媒通路中的冷媒流的上游侧与下游侧之间产生偏差进行抑制。

另外优选，半导体元件的冷却构造还具备：壳体，其具有壁部，并且收容第一翅片部和第二翅片部；和风扇，其向壳体供给冷媒。在壳体形成有在冷媒通路中的冷媒流的上游侧开口的开口部。风扇与开口部直接连接。

根据这样构成的半导体元件的冷却构造，能够不使整流用的管道介于风扇和壳体之间而均匀冷却多个半导体元件。

另外优选，风扇是离心风扇，与开口部连接，使得：在与开口部连接的截面上，从第1翅片部侧越靠近第2翅片部侧，则冷媒流量越小。在多片第二翅片部之间连结端部而得到的假想线的斜度比在多片第一翅片部之间连结端部而得到的假想线的斜度大。

根据这样构成的半导体元件的冷却构造，通过使在多片第二翅片部之间连结端部而得到的假想线的斜度比在多片第一翅片部之间连结端部而得到的假想线的斜度大，由此在冷媒通路中流通的冷媒相比于第一冷媒通路更容易流入第二冷媒通路。由此，能够与在供给到冷媒通路的冷媒流量产生偏差的离心风扇的特性无关而抑制第一分支通路和第二分支通路中的冷媒流量彼此产生偏差。

另外优选，半导体元件的冷却构造还具备突出部，该突出部设置在壁部，在第一分支通路与第二分支通路之间向冷媒通路突出。

根据这样构成的半导体元件的冷却构造，能够使在冷媒通路中流通的冷媒更加顺畅地流入第一分支通路和第二分支通路。

发明的效果

如以上的说明所述，根据本发明，能够提供一种均匀地对多个半导体元件进行冷却的半导体元件的冷却构造。

附图说明

图1是表示与混合动力汽车的电动发电机控制相关的结构的电路图。

图2是表示本发明的实施方式1的半导体元件的冷却构造的剖视图。

图3是放大表示图2中的双点划线III所示的范围的剖视图。

图4是放大表示图2中的双点划线IV所示的范围的剖视图。

图5是示意表示用于比较的半导体元件的冷却构造的图。

图6是示意表示用于比较的半导体元件的冷却构造的另一图。

图7是示意表示用于比较的半导体元件的冷却构造的又一图。

图8是表示图2中的半导体元件的冷却构造的第一变形例的剖视图。

图9是表示图2中的半导体元件的冷却构造的第二变形例的剖视图。

图10是表示图2中的半导体元件的冷却构造的第三变形例的剖视图。

图11是表示图2中的半导体元件的冷却构造的第四变形例的剖视图。

具体实施方式

参照附图，对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下参照的附图中，对相同或与其相当的构件标注相同标号。

（实施方式1）

图1是表示与混合动力汽车的电动发电机控制相关的结构的电路图。在本实施方式中，本发明的半导体元件的冷却构造适用于混合动力汽车所搭载的功率控制单元（PCU：Power Control Unit）。

参照图1，首先，对混合动力汽车的电动发电机控制进行说明，混合动力汽车以汽油发动机、柴油发动机等内燃机和被从能够充放电的二次电池（电池）供给电力的马达为动力源。

混合动力汽车具有电池单元140、车辆用驱动装置120和未图示的发动机。车辆用驱动装置120具有电动发电机MG1、MG2、在未图示的发动机与电动发电机MG1、MG2之间分配动力的动力分配机构126以及进行电动发电机MG1、MG2的控制的功率控制单元121。

电动发电机MG1主要作为发电机发挥功能，利用发动机的输出进行发电。另外，电动发电机MG1在发动机启动时作为起动器（starter）工作。电动发电机MG2主要作为电动机发挥功能，辅助发动机的输出来提高驱动力。另外，电动发电机MG2在再生制动时进行发电，对电池B进行充电。

在电池单元140设有端子141、142。在PCU121设有DC端子143、144。端子141与DC端子143之间以及端子142与DC端子144之间分别通过电缆106和电缆108电连接。

电池单元140具有电池B、在电池B的正极与端子141之间连接的系统主继电器SMR2、在电池B的负极与端子142之间连接的系统主继电器SMR3、以及在电池B的正极与端子141之间串联连接的系统主继电器SMR1和限制电阻R。系统主继电器SMR1～SMR3的导通/非导通状态根据从后述的控制装置130提供的控制信号SE进行控制。

电池单元140具有对电池B的端子间电压VB进行测定的电压传感器110和对在电池B中流动的电流IB进行检测的电流传感器111。作为电池B，可以使用镍氢、锂离子等二次电池和/或燃料电池等。作为取代电池B的蓄电装置，也可以使用双电层电容器等大容量电容器。

功率控制单元121具有与电动发电机MG1、MG2分别对应设置的变换器122、114、对变换器122、114共同设置的升压转换器112、以及控制装置130。

升压转换器112对DC端子143、144间的电压进行升压。升压转换器112具有一端与端子143连接的电抗器132、升压用IPM（Intelligent PowerModule：智能功率模块）113以及平滑用电容器133。升压用IPM113具有在输出升压后的电压VH的升压转换器112的输出端子间串联连接的IGBT元件Q1、Q2和分别与IGBT元件Q1、Q2并联连接的二极管D1、D2。平滑用电容器133使由升压转换器112升压后的电压平滑化。

电抗器132的另一端与IGBT元件Q1的发射极及IGBT元件Q2的集电极连接。二极管D1的阴极与IGBT元件Q1的集电极连接，二极管D1的阳极与IGBT元件Q1的发射极连接。二极管D2的阴极与IGBT元件Q2的集电极连接，二极管D2的阳极与IGBT元件Q2的发射极连接。

变换器114将升压转换器112输出的直流电压变换为三相交流并向驱动车轮的电动发电机MG2输出。变换器114将伴随再生制动而在电动发电机MG2中发电产生的电力返回至升压转换器112。此时，升压转换器112由控制装置130进行控制以作为降压电路工作。

变换器114具有构成行驶用IPM118的U相臂115、V相臂116和W相臂117。U相臂115、V相臂116和W相臂117在升压转换器112的输出线间并联连接。

U相臂115具有串联连接的IGBT元件Q3、Q4和分别与IGBT元件Q3、Q4并联连接的二极管D3、D4。二极管D3的阴极与IGBT元件Q3的集电极连接，二极管D3的阳极与IGBT元件Q3的发射极连接。二极管D4的阴极与IGBT元件Q4的集电极连接，二极管D4的阳极与IGBT元件Q4的发射极连接。

V相臂116具有串联连接的IGBT元件Q5、Q6和分别与IGBT元件Q5、Q6并联连接的二极管D5、D6。二极管D5的阴极与IGBT元件Q5的集电极连接，二极管D5的阳极与IGBT元件Q5的发射极连接。二极管D6的阴极与IGBT元件Q6的集电极连接，二极管D6的阳极与IGBT元件Q6的发射极连接。

W相臂117具有串联连接的IGBT元件Q7、Q8和分别与IGBT元件Q7、Q8并联连接的二极管D7、D8。二极管D7的阴极与IGBT元件Q7的集电极连接，二极管D7的阳极与IGBT元件Q7的发射极连接。二极管D8的阴极与IGBT元件Q8的集电极连接，二极管D8的阳极与IGBT元件Q8的发射极连接。

各相臂的中间点与电动发电机MG2的各相线圈的各相端连接。即，电动发电机MG2是三相的永磁体同步马达，U、V、W相的三个线圈的各自一端均与中性点连接。U相线圈的另一端与IGBT元件Q3、Q4的连接节点连接。V相线圈的另一端与IGBT元件Q5、Q6的连接节点连接。W相线圈的另一端与IGBT元件Q7、Q8的连接节点连接。

电流传感器125将在电动发电机MG1中流动的电流检测为马达电流值MCRT1，并将马达电流值MCRT1输出至控制装置130。电流传感器124将在电动发电机MG2中流动的电流检测为马达电流值MCRT2，并将马达电流值MCRT2输出至控制装置130。

变换器122和变换器114并联连接于升压转换器112。变换器122将升压转换器112输出的直流电压变换为三相交流并向电动发电机MG1输出。变换器122从升压转换器112接受升压后的电压，例如为了使发动机启动而驱动电动发电机MG1。

另外，变换器122将通过从发动机的曲轴传递来的旋转转矩而由电动发电机MG1发电产生的电力返回至升压转换器112。此时，升压转换器112由控制装置130进行控制以作为降压电路工作。此外，由于变换器122的内部结构与变换器114是同样的，所以不反复进行详细的说明。

控制装置130接受转矩指令值TR1、TR2、马达转速MRN1、MRN2、电压VB、VL、VH、电流IB的各值、马达电流值MCRT1、MCRT2以及起动信号IGON。

在此，转矩指令值TR1、马达转速MRN1和马达电流值MCRT1与电动发电机MG1相关，转矩指令值TR2、马达转速MRN2和马达电流值MCRT2与电动发电机MG2相关。电压VB是电池B的电压，电流IB是在电池B中流动的电流。电压VL是升压转换器112的升压前电压，电压VH是升压转换器112的升压后电压。

控制装置130对升压转换器112输出进行升压指示的控制信号PWU、进行降压指示的控制信号PWD和指示动作禁止的信号CSDN。

控制装置130对变换器114输出将作为升压转换器112的输出的直流电压变换为用于驱动电动发电机MG2的交流电压的驱动指示PWMI2、和将由电动发电机MG2发电产生的交流电压变换为直流电压并返回至升压转换器112侧的再生指示PWMC2。控制装置130对变换器122输出将直流电压变换为用于驱动电动发电机MG1的交流电压的驱动指示PWMI1、和将由电动发电机MG1发电产生的交流电压变换为直流电压并返回至升压转换器112侧的再生指示PWMC1。

图2是表示本发明实施方式1的半导体元件的冷却构造的剖视图。接着，对适用于图1中的功率控制单元的半导体元件的冷却构造进行说明。

参照图2，本实施方式的半导体元件的冷却构造具有作为壳体的冷却器壳体21、多片冷却翅片43、多片冷却翅片53和离心风扇（多叶片式风扇）28。

冷却器壳体21具有在箭头102所示的方向上延伸的筒形状。冷却器壳体21由金属形成，在本实施方式中由铝形成。冷却器壳体21具有侧壁22、侧壁24和底壁25。

冷却器壳体21在由与呈筒形状延伸的方向正交的平面切断了的情况下具有矩形形状的截面。侧壁22形成该矩形截面中的一边，侧壁24形成另一边，进而底壁25形成其他的另一边。侧壁22和侧壁24在与箭头102所示的方向正交的的箭头101所示的方向上彼此隔开距离而相对。底壁25在侧壁22与侧壁24之间沿着箭头101所示的方向延伸。在侧壁24形成有使冷却器壳体21的内外连通的开口部23。在与开口部23相对的位置配置有侧壁22。

在底壁25的外表面接合有多个半导体元件26。在本实施方式中，作为多个半导体元件26而设置有构成行驶用IPM118（U相臂115、V相臂116和W相臂117）的六个功率半导体模块。

离心风扇28设置为用于向冷却器壳体21内部供给空气的风扇。离心风扇28是利用离心力将空气从风扇的旋转中心侧向其半径方向送出的风扇。离心风扇28具有使空气从风扇流出的喷出口29。喷出口29在风扇的旋转方向的切线方向上开口。离心风扇28与开口部23直接连接。离心风扇28与冷却器壳体21连接，以使得喷出口29与开口部23连续。

此外，供给到冷却器壳体21的冷媒不限于气体，也可以是LLC（longlife coolant：长效冷却剂）和/或油等液体。另外，并不特别限定半导体元件26的数量，但本实施方式的半导体元件的冷却构造更优选用于一并冷却四个以上的半导体元件26的情况。

多片冷却翅片43和多片冷却翅片53收容于冷却器壳体21。多片冷却翅片43和多片冷却翅片53配置于在箭头102所示的方向上彼此相互隔开距离的位置。

在多片冷却翅片43与多片冷却翅片53之间形成有冷却风通路31。即，夹着冷却风通路31而在一侧配置有多片冷却翅片43，夹着冷却风通路31而在另一侧配置有多片冷却翅片53。冷却风通路31在箭头101所示的一个方向上延伸。在冷却风通路31中的冷却风流（冷却风流体）的上游侧配置有开口部23，在下游侧配置有侧壁22。伴随离心风扇28的驱动，冷却风通过开口部23而向冷却风通路31供给。供给到冷却风通路31中的冷却风在箭头101所示的方向上流通。

多片冷却翅片43在冷却风通路31中的冷却风的流动方向上相互隔开间隔配置。多片冷却翅片43等间隔配置。多片冷却翅片43在侧壁22与侧壁24之间连续排列。多片冷却翅片53在冷却风通路31中的冷却风的流动方向上相互隔开间隔配置。多片冷却翅片53等间隔配置。多片冷却翅片53在侧壁22与侧壁24之间连续排列。

冷却翅片43和冷却翅片53从底壁25突出，在与冷却风通路31中的冷却风的流动方向正交的方向上呈直线状延伸。冷却翅片43和冷却翅片53配置于在与冷却风通路31中的冷却风的流动方向正交的方向上延伸的同一线上。

冷却翅片43和冷却翅片53由金属形成，在本实施方式中由铝形成。冷却翅片43和冷却翅片53可以与冷却器壳体21一体成形，也可以是分开单独形成的冷却翅片43和冷却翅片53与底壁25接合。

在彼此相邻的冷却翅片43之间形成有冷却风分支通路41，在彼此相邻的冷却翅片53之间形成有冷却风分支通路51。冷却风分支通路41和冷却风分支通路51从冷却风通路31向彼此相反的方向分支，在与冷却风通路31中的冷却风的流动方向正交的方向上呈直线状延伸。多个冷却风分支通路41在冷却风通路31中的冷却风的流动方向上排列，多个冷却风分支通路51在冷却风通路31中的冷却风的流动方向上排列。

在本实施方式中，在图2中所示的俯视状态下，三个半导体元件26配置在与冷却风分支通路41重叠的位置，三个半导体元件26配置在与冷却风分支通路51重叠的位置。配置在与冷却风分支通路41重叠的位置的三个半导体元件26被配置为不在冷却风分支通路41延伸的方向、即冷却风分支通路41中的冷却风的流动方向上串联排列。配置在与冷却风分支通路51重叠的位置的三个半导体元件26被配置为不在冷却风分支通路51延伸的方向、即冷却风分支通路51中的冷却风的流动方向上串联排列。

图3是放大表示图2中的双点划线III所示的范围的剖视图。图4是放大表示图2中的双点划线IV所示的范围的剖视图。

参照图2至图4，冷却翅片43和冷却翅片53分别具有端部43p和端部53p。端部43p配置在冷却翅片43向冷却风通路31延伸的顶端。端部53p配置在冷却翅片53向冷却风通路31延伸的顶端。端部43p与端部53p隔着冷却风通路31彼此相对。

在本实施方式的半导体元件的冷却构造中，多片冷却翅片43被设置为，某个冷却翅片43的端部43p不比与该冷却翅片43在冷却风通路31中的冷却风流的下游侧相邻的冷却翅片43的端部43p向冷却风通路31延伸得多。换言之，在观察在冷却风通路31中的冷却风的流动方向上彼此相邻配置的2个冷却翅片43的情况下，配置于上游侧的冷却翅片43的端部43p和配置于下游侧的冷却翅片43的端部43p在冷却风通路31中的冷却风的流动方向上彼此对齐配置，或者是，配置于下游侧的冷却翅片43的端部43p比配置于上游侧的冷却翅片43的端部43p向冷却风通路31延伸得多。

例如，在图3中，冷却翅片43A、冷却翅片43B和冷却翅片43C按举出的顺序从冷却风通路31中的冷却风流的上游侧向下游侧排列，在图4中，冷却翅片43D、冷却翅片43E和冷却翅片43F按举出的顺序从冷却风通路31中的冷却风流的上游侧向下游侧排列。在图3中，冷却翅片43A的端部43p不比冷却翅片43B的端部43p向冷却风通路31延伸得多，冷却翅片43B的端部43p不比冷却翅片43C的端部43p向冷却风通路31延伸得多。在图4中，冷却翅片43D的端部43p不比冷却翅片43E的端部43p向冷却风通路31延伸得多，冷却翅片43E的端部43p不比冷却翅片43F的端部43p向冷却风通路31延伸得多。

同样地，多片冷却翅片53被设置为，某个冷却翅片53的端部53p不比与该冷却翅片53在冷却风通路31中的冷却风流的下游侧相邻的冷却翅片53的端部53p向冷却风通路31延伸得多。

连结多片冷却翅片43的端部43p而得到假想线61，连结多片冷却翅片53的端部53p而得到假想线71。在本实施方式的半导体元件的冷却构造中，对于假想线61相对于冷却风通路31中的冷却风的流动方向的斜度，与冷却风通路31中的冷却风流的下游侧（通过图4放大的图2中的区域91）相比在上游侧（通过图3放大的图2中的区域92）更大。

更具体地说，如图4中所示，在冷却风通路31中的冷却风流的下游侧，冷却翅片43D、冷却翅片43E和冷却翅片43F被设置为各冷却翅片的端部43p的位置在箭头102所示的方向上对齐。即，假想线61由与冷却风通路31中的冷却风的流动方向平行的直线表示，假想线61相对于冷却风通路31中的冷却风的流动方向的斜度为零。

另一方面，如图3中所示，在冷却风通路31中的冷却风流的上游侧，冷却翅片43B的端部43p比冷却翅片43A的端部43p向冷却风通路31延伸得多，冷却翅片43C的端部43p比冷却翅片43B的端部43p向冷却风通路31延伸得多。假想线61由相对于冷却风通路31中的冷却风的流动方向具有一定斜度的直线表示。在冷却风通路31中的冷却风流的上游侧，多片冷却翅片43的端部43p呈阶梯状配置。

同样地，对于假想线71相对于冷却风通路31中的冷却风的流动方向的斜度，与冷却风通路31中的冷却风流的下游侧（通过图4放大的图2中的区域91）相比在上游侧（通过图3放大的图2中的区域92）更大。

在本实施方式中，多片冷却翅片43和多片冷却翅片53夹着冷却风通路31而设置成对称的形状。

接着，对由本实施方式的半导体元件的冷却构造发挥的作用效果进行说明。

图5至图7是示意表示用于比较的半导体元件的冷却构造的图。参照图5至图7，用于比较的半导体元件的冷却构造具有用于形成冷却风通路81的多片冷却翅片83和用于将从离心风扇28供给的冷却风向冷却风通路81引导的整流用管道85。在与冷却风通路81重叠的位置配置有多个半导体元件26。

在图5中，离心风扇28与整流用管道85连接，使得从离心风扇28流入整流用管道85的冷却风的流动方向与冷却风通路81中的冷却风的流动方向正交。在图6中，离心风扇28与整流用管道85连接，使得从离心风扇28流入整流用管道85的冷却风的流动方向与冷却风通路81中的冷却风的流动方向为彼此相反的方向。在图7中，离心风扇28与整流用管道85连接，使得从离心风扇28流入整流用管道85的冷却风的流动方向与冷却风通路81中的冷却风的流动方向为相同的方向。

在本实施方式中，与一个电动发电机对应设置的变换器由六个半导体元件26构成。在对这些多个半导体元件26一并进行冷却的情况下，存在均匀冷却多个半导体元件26这一要求。对此，在上述比较例中，为了将从离心风扇28供给的冷却风均等地向多个半导体元件26引导而设置使从离心风扇28供给的冷却风整流化的整流用管道85。然而，在这样的结构中，会招致半导体元件的冷却构造的大型化。

另一方面，在图2至图4中所示的本实施方式的半导体元件的冷却构造中，通过将多片冷却翅片43和多片冷却翅片53设置在夹着冷却风通路31的两侧，从而使从离心风扇28供给到冷却风通路31中的冷却风呈T字状流通。并且，通过在其下游侧的冷却风分支通路41和冷却风分支通路51上并列配置多个半导体元件26，从而实现了不使用整流用管道而使冷却风均等地流向多个半导体元件26的构造。

此时，在冷却风通路31中的冷却风流的下游侧，在冷却风通路31中流通的冷却风与侧壁22冲撞而流入冷却风分支通路41和冷却风分支通路51，因此，在冷却风分支通路41和冷却风分支通路51中流通的冷却风的流量有可能会在冷却风通路31中的冷却风流的上游侧比在下游侧小。

与此相对，在本实施方式的半导体元件的冷却构造中，在冷却风通路31中的冷却风流的上游侧，假想线61和假想线71相对于冷却风通路31中的冷却风的流动方向具有斜度。在该情况下，如图3中所示，在冷却风通路31中流通的冷却风与冷却翅片43冲撞，从而产生与冷却翅片43平行的方向的分散流。该分散流流入在相邻的冷却翅片43之间形成的冷却风分支通路41，因此，冷却风分支通路41中的冷却风的流量增大。另外，由于同样的理由，冷却风分支通路51中的冷却风的流量增大。

另一方面，在冷却风通路31中的冷却风流的下游侧，由于假想线61和假想线71相对于冷却风通路31中的冷却风的流动方向的斜度为零，所以没有上述那样的由冷却翅片43和冷却翅片53产生的分散流的效果。其结果，消除了在冷却风通路31中的冷却风流的上游侧与下游侧之间产生的冷却风分支通路41和冷却风分支通路51中的冷却风的流量的偏差，因此，能够通过均等流量的冷却风来对多个半导体元件26进行冷却。

对以上说明的本发明实施方式1的半导体元件的冷却构造进行汇总说明，本实施方式的半导体元件的冷却构造为如下构造：形成有作为供作为冷媒的冷却风流通的冷媒通路的冷却风通路31、和从冷却风通路31分支并分别配置在夹着冷却风通路31的两侧的作为第一分支通路的冷却风分支通路41和作为第二分支通路的冷却风分支通路51，通过在冷却风分支通路41和冷却风分支通路51中流通的冷却风来对多个半导体元件26进行冷却。半导体元件的冷却构造具备：作为壁部的侧壁22，其设置在冷却风通路31中的冷却风流的下游侧；多片作为第一翅片部的冷却翅片43，其在冷却风通路31中的冷却风的流动方向上彼此隔开间隔配置，在彼此相邻的位置形成冷却风分支通路41；以及多片作为第二翅片部的冷却翅片53，其在冷却风通路31中的冷却风的流动方向上彼此隔开间隔配置，在彼此相邻的位置形成冷却风分支通路51。冷却翅片43和冷却翅片53分别在向冷却风通路31延伸的顶端具有端部43p和端部53p。

多片冷却翅片43被设置成冷却翅片43的端部43p不比与该冷却翅片43在冷却风通路31中的冷却风流的下游侧相邻的冷却翅片43的端部43p向冷却风通路31延伸得多。多片冷却翅片53被设置成冷却翅片53的端部53p不比与该冷却翅片53在冷却风通路31中的冷却风流的下游侧相邻的冷却翅片53的端部53p向冷却风通路31延伸得多。在多片冷却翅片43之间连结端部43p而得到的假想线61和在多片冷却翅片53之间连结端部53p而得到的假想线71的、相对于冷却风通路31中的冷却风的流动方向的斜度，在冷却风通路31中的冷却风流的上游侧比在下游侧大。

根据这样构成的本发明实施方式1的半导体元件的冷却构造，通过使在多片冷却翅片43之间连结端部43p而得到的假想线61和在多片冷却翅片53之间连结端部53p而得到的假想线71的、相对于冷却风通路31中的冷却风的流动方向的斜度在冷却风通路31中的冷却风流的上游侧比在下游侧大，从而能够抑制冷却风分支通路41和冷却风分支通路51中的冷却风的流量在冷却风通路31中的冷却风流的上游侧和下游侧之间产生偏差。由此，能够更加均匀地对多个半导体元件26进行冷却。

此外，也能够将本发明适用于以燃料电池和二次电池为动力源的燃料电池混合动力车（FCHV：Fuel Cell Hybrid Vehicle）或电动汽车（EV：Electric Vehicle）所搭载的功率控制单元。在本实施方式的混合动力汽车中，在燃料经济性最佳工作点驱动内燃机，与此相对，在燃料电池混合动力车中，在发电效率最佳工作点驱动燃料电池。另外，关于二次电池的使用，在双方的混合动力汽车中基本不变。

另外，本发明不限于功率控制单元，还可以适用于需要半导体元件冷却的各种装置。

（实施方式2）

在本实施方式中，对实施方式1的半导体元件的冷却构造的各种变形例进行说明。以下，对于与实施方式1的半导体元件的冷却构造重复的构造，不反复进行说明。

图8是表示图2中的半导体元件的冷却构造的第一变形例的剖视图。参照图8，在本变形例中，假想线61和假想线71从冷却风通路31中的冷却风流的下游侧向上游侧一边使相对于冷却风通路31中的冷却风的流动方向的斜度增大一边弯曲。假想线61和假想线71在侧壁22与侧壁24之间连续弯曲。

图9是表示图2中的半导体元件的冷却构造的第二变形例的剖视图。参照图9，在本变形例中，假想线61和假想线71通过以下直线表示，所述直线在冷却风通路31中的冷却风流的下游侧（区域91）和上游侧（区域92）这两方都相对于冷却风通路31中的冷却风的流动方向具有一定的斜度。冷却风通路31中的冷却风流的上游侧（区域92）的假想线61和假想线71的斜度比冷却风通路31中的冷却风流的下游侧（区域91）的假想线61和假想线71的斜度大。

假想线61和假想线71的斜度越大，则通过在冷却风通路31中流通的冷却风与冷却翅片43和冷却翅片53的冲撞而产生的分散流越大，因此，冷却风分支通路41和冷却风分支通路51中的冷却风流量增大的现象变得显著。因此，为了抑制冷却风分支通路41和冷却风分支通路51中的冷却风的流量的偏差，调整多片冷却翅片43和多片冷却翅片53的长短，调整（tuning）假想线61和假想线71的斜度。此时，如实施方式1和上述变形例所示，也可以使假想线61和假想线71为对斜率不同的直线、曲线等进行适当组合而得到的形态。

图10是表示图2中的半导体元件的冷却构造的第三变形例的剖视图。参照图10，在本变形例中，假想线61和假想线71从冷却风通路31中的冷却风流的下游侧向上游侧一边使相对于冷却风通路31中的冷却风的流动方向的斜度变大一边弯曲。此时，当在冷却风通路31中的冷却风流的相同地点进行比较时，连结多片冷却翅片53的端部53p而得到的假想线71的斜度比连结多片冷却翅片43的端部43p而得到的假想线61的斜度大。

在使用了离心风扇28对冷却风通路31供给冷却风的情况下，会产生如下现象：在从离心风扇28的旋转中心观察时，从外周侧送出的冷却风的流量大，从内周侧送出的冷却风的流量小。由于这样的现象，在图10中所示的离心风扇28的连接方式中，在离心风扇28与开口部23连接的截面产生如下流量分布：从冷却翅片43侧越靠近冷却翅片53侧，则冷却风的流量越小（箭头103所示的流量分布）。

对此，在本变形例中，由于连结多片冷却翅片53的端部53p而得到的假想线71的斜度比连结多片冷却翅片43的端部43p而得到的假想线61的斜度大，所以在冷却翅片53侧，冷却风分支通路41和冷却风分支通路51中的冷却风流量增大的现象更加显著。其结果，能够与离心风扇28的上述特性无关而对冷却风分支通路41中的冷却风的流量与冷却风分支通路51中的冷却风的流量的偏差进行抑制。

图11是表示图2中的半导体元件的冷却构造的第四变形例的剖视图。在图中示出了与图4所示的范围相同的范围。

参照图11，在本变形例中，在侧壁22设有突出部96。突出部96被设置成从侧壁22的内表面向冷却风通路31突出。突出部96配置在冷却风分支通路41与冷却风分支通路51之间。突出部96具有在冷却风分支通路41侧和冷却风分支通路51侧对称的形状。在图11中所示的俯视状态下，突出部96为在向冷却风通路31突出的顶端具有顶点的三角形状。

根据本变形例，在冷却风通路31中流通的冷却风通过突出部96而顺畅地向冷却风分支通路41和冷却风分支通路51分流，因此，能够减少冷却风流的压力损失。由此，能够减小离心风扇28的体型，实现半导体元件的冷却构造的小型化。

根据这样构成的本发明实施方式2的半导体元件的冷却构造，能够同样得到实施方式1所记载的效果。

应该认为，本次公开的实施方式在所有方面都是例示而不是限制性内容。本发明的范围不是通过上述说明来表示，而是通过权力要求书来表示，意在包含与权利要求书等同的含义以及范围内的所有变更。

产业上的可利用性

本发明主要适用于搭载半导体元件的各种装置的冷却构造。

标号说明

21冷却器壳体，22、24侧壁，23开口部，25底壁，26半导体元件，28离心风扇，29喷出口，31、81冷却风通路，41、51冷却风分支通路，43、43A～43F、53、83冷却翅片，43p、53p端部，85整流用管道，91、92区域，96突出部，106、108电缆，110电压传感器，111电流传感器，112升压转换器，113升压用IPM，114、122变换器，115U相臂，116V相臂，117W相臂，118行驶用IPM，120车辆用驱动装置，121功率控制单元，124、125电流传感器，126动力分配机构，130控制装置，132电抗器，133平滑用电容器，140电池单元，141、142端子，143、144DC端子。

Claims (6)

1.一种半导体元件的冷却构造，形成有供冷媒流通的冷媒通路（31）、和从所述冷媒通路（31）分支并分别配置在夹着所述冷媒通路（31）的两侧的第一分支通路（41）及第二分支通路（51），通过在所述第一分支通路（41）和所述第二分支通路（51）中流通的冷媒对多个半导体元件（26）进行冷却，所述半导体元件的冷却构造具备：

壁部（22），其设置在所述冷媒通路（31）中的冷媒流的下游侧；

多片第一翅片部（43），其在所述冷媒通路（31）中的冷媒的流动方向上彼此隔开间隔配置，在彼此相邻的位置形成所述第一分支通路（41）；以及

多片第二翅片部（53），其在所述冷媒通路（31）中的冷媒的流动方向上彼此隔开间隔配置，在彼此相邻的位置形成所述第二分支通路（51），

所述第一翅片部（43）和所述第二翅片部（53）在向所述冷媒通路（31）延伸的顶端具有端部（43p、53p），

多片所述第一翅片部（43）被设置成所述第一翅片部（43）的所述端部（43p）不比与该第一翅片部（43）在所述冷媒通路（31）中的冷媒流的下游侧相邻的所述第一翅片部（43）的所述端部（43p）向所述冷媒通路（31）延伸得多，多片所述第二翅片部（53）被设置成所述第二翅片部（53）的所述端部（53p）不比与该第二翅片部（53）在所述冷媒通路（31）中的冷媒流的下游侧相邻的所述第二翅片部（53）的所述端部（53p）向所述冷媒通路（31）延伸得多，

在多片所述第一翅片部（43）之间连结所述端部（43p）而得到的假想线（61）和在多片所述第二翅片部（53）之间连结所述端部（53p）而得到的假想线（71）的、相对于所述冷媒通路（31）中的冷媒的流动方向的斜度，在所述冷媒通路（31）中的冷媒流的上游侧比在下游侧大。

2.根据权利要求1所述的半导体元件的冷却构造，其中，

连结所述端部（43p、53p）而得到的假想线（61、71），在所述冷媒通路（31）中的冷媒流的下游侧，在与所述冷媒通路（31）中的冷媒的流动方向平行的方向上延伸，在所述冷媒通路（31）中的冷媒流的上游侧，在相对于所述冷媒通路（31）中的冷媒的流动方向倾斜的方向上延伸。

3.根据权利要求1所述的半导体元件的冷却构造，其中，

连结所述端部（43p、53p）而得到的假想线（61、71），从所述冷媒通路（31）中的冷媒流的下游侧向上游侧一边使相对于所述冷媒通路（31）中的冷媒的流动方向的斜度增大一边弯曲。

4.根据权利要求1所述的半导体元件的冷却构造，还具备：

壳体（21），其具有所述壁部（22），并且收容所述第一翅片部（43）和所述第二翅片部（53）；和

风扇（28），其向所述壳体（21）供给冷媒，

在所述壳体（21）形成有在所述冷媒通路（31）中的冷媒流的上游侧开口的开口部（23），

所述风扇（28）与所述开口部（23）直接连接。

5.根据权利要求4所述的半导体元件的冷却构造，其中，

所述风扇（28）是离心风扇，与所述开口部（23）连接，使得：在与所述开口部（23）连接的截面上，从所述第1翅片部（43）侧越靠近所述第2翅片部（53）侧，则冷媒流量越小，

在多片所述第二翅片部（53）之间连结所述端部（53p）而得到的假想线（71）的斜度比在多片所述第一翅片部（43）之间连结所述端部（43p）而得到的假想线的斜度大。

6.根据权利要求1所述的半导体元件的冷却构造，其中，

还具备突出部（96），所述突出部（96）设置在所述壁部（22），在所述第一分支通路（41）与所述第二分支通路（51）之间向所述冷媒通路（31）突出。

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