CN103890938A - 半导体模块用冷却器及半导体模块 - Google Patents

半导体模块用冷却器及半导体模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能消除仅一部分半导体元件的温度上升,从而对半导体元件进行均匀且稳定的冷却的半导体模块用冷却器。该半导体模块用冷却器从外部向水套(2A)提供制冷剂,对配置在该半导体模块用冷却器外表面的半导体元件进行冷却。在水套(2A)的左侧壁(2Ab)上配置有导入口(24)及排出口(25),导入口部(21a)和排出口部(22a)均从相同的左侧壁(2Ab)突出。在作为第二流路的制冷剂排出流路(22)上配置有与翅片(2C)相平行的流速调节板(28),该制冷剂排出流路(22)以与作为第一流路的制冷剂导入流路(21)并排且隔开间隔的方式来进行配置。利用制冷剂冲击流路调节板(28)而产生的压力,可对翅片(2C)中的流速分布进行调整。

Description

半导体模块用冷却器及半导体模块
技术领域
本发明涉及用于冷却半导体元件的半导体模块用冷却器、以及从外部向构成冷却器的水套(water-jacket)提供制冷剂,对配置在冷却器外表面的半导体元件进行冷却的半导体模块。
背景技术
在以混合动力汽车、电动汽车等为代表的功率转换装置中,半导体模块的使用非常广泛。在这种构成用于节能的控制装置的半导体模块中,包括有控制大电流的功率半导体元件。普通的功率半导体元件在控制大电流时会发热,并且随着功率转换装置的小型化、高输出化的不断发展,其发热量不断增大。因此,在具备多个功率半导体元件的半导体模块中,功率半导体元件的冷却方法成为较大的问题。
在提高半导体模块的冷却效率这一方面,以往使用液冷式冷却装置。在液冷式冷却装置中,为了提高该冷却装置的冷却效率,尝试了以下各种各样的方法:增加制冷剂流量,将散热用翅片(冷却体)设成热传导率较高的形状,或者增大构成翅片的材料的热传导率等。
然而,若增加进入冷却装置的制冷剂流量,或使用热传导率较高且形状复杂的翅片,则装置内部的制冷剂的压力损耗会增加等,从而导致施加到用于使制冷剂循环的冷却泵的负荷增大。尤其是在使用多个散热器对多个功率半导体元件进行冷却的冷却装置中,在多个流路采用串联连接的流路结构的情况下,压力损耗的增加尤为显著。为了减少压力损耗,理想的情况是采用以较少的制冷剂流量来提高冷却效率的结构,例如只要改善翅片材料的热传导率即可,但若采用具有较高热传导率的翅片材料,则有可能牵涉到装置整体的成本增加。
以往,为了在维持冷却性能的同时实现压力的低损耗化,考虑采用以下冷却装置:将用于导入制冷剂的制冷剂导入流路、和用于排出制冷剂的制冷剂排出流路相互平行地进行排列,并在这两者之间沿大致正交的制冷剂流通方向配置多个散热器(参照专利文献1~8)。在这种情况下,制冷剂在构成散热器的各翅片之间并排地流过,从而能提高冷却性能,并能减少流路内制冷剂的压力损耗(参照专利文献5)。
此外,在专利文献3中,记载有以下液冷式冷却装置。在该液冷式冷却装置中,在模块的同一侧面上配置有导入并排出冷却液的流路(头部水路11a、11b),并在不改变截面积的情况下在与翅片正交的方向上配置各流路(参照图1)。由此,能够将冷却液中产生的压力损耗抑制得尽可能小。
此外,在专利文献6中,记载有以下液冷式冷却装置。在该液冷式冷却装置中,构成冷却液流入部的套管的整个后侧壁从右侧壁侧朝向左侧壁侧平滑地向前侧倾斜,入口头部的流路截面积从冷却液入口侧朝向左侧壁侧逐渐变小。由此,使得套管的并排流路部分在整个流路中的流速分布,即并排流路部分的宽度方向的流速分布均匀化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2001-35981号公报(参照段落编号[0020]、及图1)
专利文献2:日本专利特开2007-12722号公报(参照段落编号[0006]、及图7)
专利文献3:日本专利特开2008-205371号公报(参照段落编号[0021]、及图1)
专利文献4:日本专利特开2008-251932号公报(参照段落编号[0037]、[0038]、及图7)
专利文献5:日本专利特开2006-80211号公报(参照段落编号[0006]、及图1)
专利文献6:日本专利特开2009-231677号公报(参照段落编号[0024]、[0031]、及图2)
专利文献7:日本专利特开2006-295178号公报(参照段落编号[0017]~[0024]、及图2)
专利文献8:日本专利特开2010-203694号公报(参照段落编号[0026]、及图3)
发明内容
发明所要解决的问题
然而,在迄今为止的冷却技术中,由于散热器或制冷剂流路的形状、发热元件的配置方法、或者制冷剂的导入口、排出口的形状等,会导致制冷剂在冷却器内偏向一方流动,从而产生偏流分布。由于这种偏流分布会造成冷却性能的偏差,因此在现有的冷却装置中,较难获得均匀且稳定的冷却性能。而且,还会发生仅配置在与制冷剂的排出口侧相反的端部位置的半导体元件的发热温度会显著上升等不良现象,因此存在元器件寿命降低、或者容易发生故障等问题。
此外,如专利文献6、7所揭示的冷却装置那样,若入口头部的流路截面积在延伸方向上逐渐变小,则可认为具有流路分布得以改善的趋势,但是仍没有解决制冷剂的导入口附近温度上升的问题,仅通过改变导入流路的形状来调节流速,容易导致压力损耗的上升。
然而,在专利文献8的液冷式冷却装置中,将并排流路部分中由多个流路形成的、且具有不同的通路阻力的多个流路群设为沿并排流路部分的宽度方向排列,从而能够使并排流路部分的宽度方向的流速分布均匀化,还能够防止产生因流速降低而引起的冷却性能降低的部分。但是,由于冷却装置的制造过程中所产生的对翅片底座的翘曲等影响,较难得到稳定的冷却性能。
本发明是鉴于上述问题而完成的,其目的在于提供一种半导体模块用冷却器,该半导体模块用冷却器能够通过根据流路中产生的偏流、及半导体元件的发热分布来调节制冷剂的流速分布,由此解决仅一部分半导体元件的温度上升的问题,从而能够对半导体元件进行均匀且稳定的冷却。
此外,本发明的目的还在于提供一种半导体模块,该半导体模块能够通过对半导体元件进行有效的冷却,从而可靠地防止因半导体元件的发热而引起的误动作和损坏。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明为解决上述问题,提供一种半导体模块用冷却器,该半导体模块用冷却器从外部向水套提供制冷剂,并对配置在该冷却器外表面的半导体元件进行冷却。该半导体模块用冷却器的特征在于,包括:散热器,该散热器与所述半导体元件进行热连接;第一流路,该第一流路配置所述水套内,从制冷剂导入口延伸出,且配置有引导部,该引导部具有用于引导所述制冷剂朝向所述散热器的一个侧面的倾斜面;第二流路,该第二流路以与所述第一流路并排且隔开间隔的方式配置在所述水套内,该第二流路朝向制冷剂排出口延伸,且形成有与所述散热器的另一个侧面平行的侧壁;流速调节板,该流速调节板配置在所述第二流路内,并形成为与所述散热器的所述另一个侧面隔开间隔且相互平行;以及第三流路,该第三流路形成在所述水套内的、连通所述第一流路与所述第二流路的位置,所述散热器配置在所述第三流路内。
此外,本发明的半导体模块从外部向构成冷却器的水套提供制冷剂,对配置在所述冷却器外表面的半导体元件进行冷却,该半导体模块的特征在于,包括:散热器,该散热器与所述半导体元件进行热连接;第一流路,该第一流路配置在所述水套内,从制冷剂导入口延伸出,且配置有引导部,该引导部具有用于引导所述制冷剂朝向所述散热器的一个侧面的倾斜面;第二流路,该第二流路以与所述第一流路相平行且隔开间隔的方式配置在所述水套内,该第二流路朝向制冷剂排出口延伸,且形成有与所述散热器的另一个侧面平行的侧壁;流速调节板,该流速调节板配置在所述第二流路内,并形成为与所述散热器的所述另一个侧面隔开间隔且相互平行;以及第三流路,该第三流路形成在所述水套内的、连通所述第一流路与所述第二流路的位置,所述制冷剂导入口和所述制冷剂排出口形成在所述水套的同一壁面上,所述散热器配置在所述第三流路内。
发明的效果
根据本发明的半导体模块用冷却器及半导体模块,通过在朝向制冷剂排出口延伸的第二流路上配置流速调节板,以使该流速调节板与散热器的另一个侧面隔开间隔且相互平行,从而能够对从第一流路流向散热器的一个侧面的制冷剂的流速进行调节。此外,通过在第一流路上并用具有倾斜面的引导部,能够对流入散热器的制冷剂的流速分布进行调节。因此,能够对配置在冷却器外表面的半导体元件进行有效的冷却,从而能够使半导体元件稳定地进行动作。
通过表示作为本发明的示例的优选实施方式的附图以及相关的下述说明,可进一步明确本发明的上述和其他目的、特征以及优点。
附图说明
图1是表示本发明的半导体模块的一个示例的外观立体图。
图2是表示沿图1的半导体模块的L1-L1线得到的向视剖视图。
图3是表示冷却器水套的主要部分结构的立体图。
图4是说明两种翅片的形状的图,图4(A)是表示叶片式翅片的立体图,图4(B)是表示波纹翅片的立体图。
图5是表示作为半导体模块而构成的功率转换电路的一个示例的图。
图6是将现有的半导体模块作为第一比较例来进行说明的图,图6(A)是表示电路元件的配置例的立体图,图6(B)是表示冷却器水套的主要部分结构的立体图。
图7是表示作为第二、第三比较例、与图6(B)的冷却器不同类型的水套的形状的立体图。
图8是将现有的半导体模块作为第四比较例来进行说明的图,图8(A)是表示水套的形状的俯视图,图8(B)是其局部立体图。
图9示出图6至图8的水套的冷却特性,是按照类型来示出电路基板每个位置的制冷剂流速分布的图。
图10是按照类型来示出制冷剂流过图6至图8的半导体模块时、导入口与排出口中的压力损耗差的图。
图11是表示本发明的半导体模块用冷却器所使用的水套的形状的俯视图。
图12是表示图11的半导体模块用冷却器中各类型的流速调节板的尺寸的说明图。
图13示出图11的水套的冷却特性,是按照类型来示出电路基板每个位置的制冷剂流速分布的图。
图14示出图11的水套的冷却特性,是按照类型来示出每个电路元件部正常运行时的发热温度的图。
图15是按照类型来示出制冷剂流过图11的半导体模块时、导入口与排出口之间的压力损耗差的图。
图16是表示本发明的另一个半导体模块用冷却器所使用的水套的形状的俯视图。
图17是表示图16的半导体模块用冷却器中流速调节板、以及导入口和排出口中各类型的流路宽度的尺寸的说明图。
图18示出图16的水套的冷却特性,图18(A)是按照类型来示出电路基板每个位置的制冷剂流速分布的图,图18(B)是按照类型来示出导入口与排出口之间压力损耗差的图。
具体实施方式
图1是表示本发明的半导体模块的一个示例的外观立体图,图2、图3分别是表示沿图1的半导体模块的L1-L1线得到的向视剖视图、以及表示冷却器水套的主要部分结构的立体图。另外,图3中的箭头表示制冷剂的流向。
如图1及图2所示,半导体模块10由冷却器2以及配置在冷却器2上的多个电路元件部3A~3C构成。该冷却器2由作为翅片盖部的水套2A、以及作为散热器而植入设置有多根翅片2C的翅片底座2B构成,多个翅片2C被收纳于水套2A的内部。
在以下的说明中,对于水套2A以及收纳于水套2A内部的翅片2C,将图2中安装有翅片底座2B的一侧设为“上侧”,将图3中水套2A的上侧向上的向视方向设为“前侧”,将形成有制冷剂的导入口部21a及排出口部22a的一侧设为“左侧”等。此外,关于冷却器2内的制冷器的流动,将靠近导入口24的一侧设为“上游侧”。
如图3所示,冷却器2的水套2A的外形为近似长方体形状。在冷却器2的上侧的主面上设置有制冷剂导入流路21、导入口部21a、制冷剂排出流路22、排出口部22a以及用于配置翅片2C的冷却用流路23。并且,在水套2A的左侧壁2Ab上分别设置有用于向内部导入制冷剂的导入口24,以及用于向外部排出制冷剂的排出口25。该制冷剂导入流路21等由前侧壁2Aa、左侧壁2Ab、后侧壁2Ac、右侧壁2Ad及底壁2Ae来划定。另外,在同一图中,为了方便说明还描绘了翅片2C。
制冷剂导入流路21作为沿着制冷剂的流入方向的第一流路,从导入口24开始,经由导入口部21a,以与水套2A的前侧壁2Aa平行的方式延伸至右侧壁2Ad。此外,制冷剂排出流路22作为朝向制冷剂排出口25的第二流路,以与水套2A的后侧壁2Ac平行的方式,从右侧壁2Ad延伸至排出口部22a。该制冷剂导入流路21和制冷剂排出流路22设置在水套2A的内部,以呈直线状且彼此大致平行的方式进行设置。此处,在制冷剂从导入口24流入的制冷剂导入流路21的终端部、以及将制冷剂从排出口25排出的制冷剂排出流路22的始端部,分别形成有具有60°以下的倾斜度的引导部21Si,22So。
在制冷剂导入流路21与制冷剂排出流路22的中间位置配置冷却用流路23来作为第三流路,形成为使得制冷剂导入流路21及制冷剂排出流路22连通。即,冷却用流路23沿着分别与制冷剂导入流路21的延伸方向及制冷剂排出流路22的延伸方向正交的方向延伸。将划定该冷却用流路23的边界的左侧壁2Ab及右侧壁2Ad的内表面形成为分别与冷却用流路23的底面以及后侧壁2Ac的内表面垂直。
在冷却用流路23上配置有散热器,该散热器由植入设置于基材26上的多个翅片2C构成,由这些翅片2C划定的各流路中分别有制冷剂流过。于是,从导入口24导入的制冷剂,在水套2A内通过制冷剂导入流路21、冷却用流路23、以及制冷剂排出流路22,再从排出口25排出。散热器的外形为近似长方体,以使得该散热器的左侧侧面、后侧侧面及右侧侧面与左侧壁2Ab、后侧壁2Ac及右侧壁2Ad的内表面相平行的方式将该散热器配置在冷却用流路23上。
具有这种结构的水套2A可以使用例如铝、铝合金、铜、铜合金等金属材料来形成。在使用这种金属材料来形成水套2A的情况下,可以通过例如压铸来形成上述那样的制冷剂导入流路21、制冷剂排出流路22、冷却用流路23、导入口24、以及排出口25。水套2A也可以使用其他含有碳填充料的材料。此外,根据制冷剂的种类、水套2A内流过的制冷剂的温度等,也可以使用陶瓷材料、树脂材料等。
如图1及图2所示,除了制冷剂的导入口24及排出口25以外,对于具有这种结构的水套2A的形成有制冷剂导入流路21、制冷剂排出流路22、以及多个冷却用流路23的面一侧,利用翅片底座2B进行密封。此外,翅片底座2B的水套2A侧与植入设置有多个翅片2C的基材26相接合。
接着,对构成冷却器2的翅片2C的形状进行说明。
图4是说明两种翅片的形状的图,图4(A)是表示叶片式翅片的立体图,图4(B)是表示波纹翅片的立体图。
冷却器2的翅片2C例如如图4(A)所示,可以形成为由板状的翅片并排设置而成的多个叶片式翅片2Ca。叶片式翅片2Ca配置在冷却用流路23上,制冷剂沿着图4(A)中箭头所示的方向流通。此时,这种叶片式翅片2Ca在冷却用流路20b内由基材26及翅片底座2B保持。
图4(A)中举例示出叶片式翅片2Ca,但也可以使用同一图(B)所示的波纹翅片2Cb。
具有这种叶片式翅片2Ca、或波纹翅片2Cb的形状的翅片2C例如如图2所示,与翅片底座2B形成为一体,且朝向翅片2C侧的水套2A进行配置。形成翅片2C的尺寸(高度),以使得在其前端与水套2A的底壁2Ae之间存在有一定的间隙C。
图2中,将基材26与翅片底座2B构成为一体,且翅片底座2B的翅片2C侧朝向水套2A进行配置,此时,将翅片2C配置于水套2A的冷却用流路23内。另外,通过压铸、钎焊、或者各种焊接等,将翅片2C与翅片底座2B本身形成为一体,或者也可以通过压铸、冲压,从翅片底座2B形成呈凸形状的翅片2C,之后通过切削、电火花线切割法,将翅片2C加工成所希望的翅片形状。
关于这种翅片2C的翅片形状,可以使用具有现有公知的各种形状的翅片。由于翅片2C成为在冷却用流路23内流过的制冷剂的阻碍物,因此优选使用对制冷剂的压力损耗较小的翅片。此外,优选在考虑制冷剂导入冷却器2的导入条件(即、泵性能等)、制冷剂的种类(粘性等)、目标排热量等的情况下,对翅片2C的形状及尺寸进行适当的设定。
此外,由翅片2C构成的散热器的外形为近似长方体,优选为长方体,也可以采用在不损害发明效果的范围内进行倒角或变形后的形状。
翅片2C及翅片底座2B与水套2A一样,也可以使用例如铝、铝合金、铜、铜合金等金属材料来形成。除了上述的叶片式翅片2Ca、波纹翅片2Cb等之外,例如,还可以通过将使用金属材料形成的规定的销或板体与金属制的基材26相接合来形成翅片2C。
由此形成的植入设置有翅片2C的基材26与金属板等的翅片底座2B的规定区域,即与图2所示的冷却用流路23相对应的区域相接合。如上所述,不仅可以将预先植入设置有翅片2C的基材26与翅片底座2B相接合,也可以将多个翅片2C与翅片底座2B直接相结合,由此来构成散热器。
在使用冷却器2时,设置在冷却器2的上游侧的泵与例如导入口24相连接,排出口25与设置在冷却器2的下游侧的热交换器相连接,从而在该冷却器2内构成包含泵及热交换器的闭环制冷器流路。利用泵强制地使制冷剂在这样的闭环内循环流动。
各电路元件部3A~3C例如如图2所示,均具有以下结构:在基板31上分别搭载有两种半导体元件32、33各两个,即总共搭载有4个半导体元件。基板31例如如图2所示,采用以下结构:在绝缘基板31a的两个面上形成有导体图案31b、31c。
基板31的绝缘基板31a可使用例如氮化铝、氧化铝等的陶瓷基板。绝缘基板31a上的导体图案31b、31c可使用铜或铝等金属(例如,铜箔)来形成。
利用焊锡等粘接层34将半导体元件32、33与基板31的导体图案31b侧相接合,从而使半导体元件32、33与该导体图案31b直接进行电连接,或者通过导线(未图示)来进行电连接。搭载有半导体元件32、33的基板31的另一侧、即导体图案31c侧经由粘接层35与冷却器2的翅片底座2B相接合。
由此,基板31及搭载在基板31上的半导体元件32、33处于与冷却器2进行热连接的状态。另外,也可以通过镍镀敷等在导体图案31b、31c露出的表面、使半导体元件32、33与导体图案31b电连接的导线的表面,形成用于保护这些表面不受污染、腐蚀、外力等影响的保护层。
图5是表示作为半导体模块而构成的功率转换电路的一个示例的图。
此处使用功率半导体元件来作为基板31上所搭载的上述半导体元件32、33。作为一个示例,如图5所示,可将一个半导体元件32设为续流二极管(Free WheelingDiode:FWD),将另一个半导体元件33设为绝缘栅双极晶体管(Insulated GateBipolar Transistor:IGBT)。
例如可通过三个电路元件部3A~3C来构成逆变器电路40,以作为半导体模块10。
在图5中,举例示出了将直流电流转换为交流电流、并将该交流电流提供给三相交流电动机41的逆变器电路40。该逆变器电路40对于U相、V相、W相的三相,分别具备由IGBT即半导体元件33和FWD即半导体元件32所构成的桥式电路。通过对半导体元件33的导通截止进行控制,能够将直流电流转换为交流电流,从而对三相交流电动机41进行驱动。
这里,将具有上述结构的电路元件部3A~3C配置在冷却器2的翅片底座2B上。可对这些电路元件部3A~3C进行连接,从而例如在冷却器2上构成逆变器电路。
于是,当这种功率转换电路进行动作时,各电路元件部3A~3C所产生的热量向与其相接合的翅片底座2B传递,之后进一步向翅片底座2B下方的翅片2C传递。由于翅片2C如上所述配置在冷却用流路23内,因此通过使制冷剂在该冷却用流路23中流通,从而对翅片2C进行冷却。发热的电路元件部3A~3C通过该方式被冷却器2冷却。
在上述说明中,举例示出了半导体模块10具有3个电路元件部3A~3C的情况。然而,如接下来作为比较例的图6等所示的半导体模块那样,电路元件部的个数并不一定限于3个。
(比较例)
图6是将现有的半导体模块作为第一比较例来进行说明的图,图6(A)是表示电路元件的配置例的立体图,图6(B)是表示冷却器水套(类型A)的主要部分结构的立体图。
在图6(A)所示的半导体模块10A中,在冷却器2的长边方向上配置有7列(B1~B7),在其短边方向上配置有2行,总计14个电路元件部3D~3I、及3Iu、3Id。通过将这些电路元件部3D~3I、及3Iu、3Id进行适当的组合,可连接并构成多个例如图5所举例示出的逆变器电路40。
在图6(B)所示的类型A的水套2A中,在一个主面侧上,在制冷剂导入流路21、制冷剂排出流路22、以及虚线所示的矩形区域中设置有冷却用流路23,其中将冷却用流路23形成为与翅片2C相对应的大小。翅片2C例如如图2所示,与翅片底座2B形成为一体,且将翅片2C侧朝向水套2A进行配置。于是,如图1及图2所示的那样,最终将与翅片2C形成为一体的翅片底座2B配置在水套2A的内部。
例如通过适当的密封材料(未图示)将翅片底座2B与水套2A相接合。由此,可构成具备水套2A、翅片底座2B及翅片2C的冷却器2。此处,在从导入口24流入制冷剂导入流路21的制冷剂的终端部、以及使制冷剂从排出口25流出的制冷剂排出流路22的始端部,分别形成有具有60°以下的倾斜度的引导部21Si,22So。另外,引导部21Si在相对于冷却用流路23的整个区域中均具有相同的倾斜面。
图7(A)、(B)是表示作为第二、第三比较例、与图6(B)的冷却器不同类型的水套的形状的立体图。
图6(B)中示出了在左侧壁2Ab的同一面侧配置导入口24及排出口25的类型A。然而,由于导入并排出制冷剂的配管的连接方法不同,因此使用以下多种形状的水套2A:例如在彼此相对的左右侧壁2Ab、2Ad的相反的两端位置上分别配置导入口24和排出口25的图7(A)所示的类型B,或者仅在右侧壁2Ad上配置导入口24和排出口25的同一图(B)所示的类型C。由此,需要分别根据实际所使用的水套2A各自的形状来使制冷剂流路的形状最优化。
此外,图8是将现有的半导体模块作为第四比较例来进行说明的图,图8(A)是表示水套的形状的俯视图,图8(B)是其局部立体图。
图8示出相对于图6所示的类型A的水套,在改变其导入口24的宽度的同时,在制冷剂导入流路21内设置分离壁27而得到的改善例(类型D)的水套。
即,在类型D的水套2A中,将引导制冷剂进入制冷剂导入流路21的导入口部21a的截面形成为梯形形状,并改变导入口部21a的流路宽度,以使得制冷剂导入流路21的始端部处的流路宽度w2比导入口24处的流路宽度w1要窄。此外,在该类型D的水套2A中,在制冷剂导入流路21的终端部配置引导部21Si,该引导部21Si分别具有长度为13mm的倾斜部分和5mm的平坦部分。并且,在制冷剂导入流路21内还形成有分离壁27,以使得流路从始端部开始被分成两路。将该分离壁27配置为相对于冷却用流路23内的翅片2C、与制冷剂流入侧的侧面相平行。
此处,配置在制冷剂导入流路21上的分离壁27在制冷剂导入流路21内的整体长度为215mm,并且将其设置为使得形成为宽度10mm的流路被分割成两个流路,其中翅片2C侧的流路宽度为3.5mm,前侧壁2Aa侧的宽度为5mm。另外,分离壁27的上游侧的前端部27a位于制冷剂导入流路21与导入口21a之间的边界部分。
由此,通过形成分离壁27,不仅提高了从导入口24流入的制冷剂的流速,还能够增加流入与该分离壁27的前端部27a相对的翅片2C中的制冷剂的流量。由此,在使得向制冷剂导入流路21内的终端部流动的制冷剂的流速变快的同时,还能够提高对配置在分离壁27的前端部27a的位置上的电路元件部3D(参照图6(A))进行冷却的冷却效果。
即,提高了制冷剂导入流路21内向其终端部流动的制冷剂的流速,根据图6(A)所示的配置在半导体模块10A上的电路元件部3D~3I、3Iu、3Id所产生的损耗,可适当地提高冷却器2的冷却性能。
图9示出了图6至图8的水套的冷却特性,是按照类型来示出电路基板每个位置的制冷剂流速分布的图。图10是按照类型来示出制冷剂流过图6至图8的半导体模块时、导入口与排出口中的压力损耗差的图。
在图9的曲线中,示出当将作为一个示例的图4(A)所示的叶片式翅片2Ca配置在冷却用流路23内,且从导入口24流入流量为10L/min的制冷剂时,在各电路基板的每个位置(B1~B7)处的流过叶片式翅片2Ca间的制冷剂流速。
由这些曲线可知:在各种类型(A~D)的水套2A中,对于每种流路形状均具有流过各个电路基板位置B1~B7的制冷剂流速分布不均匀的偏流特性。例如,在导入口24与排出口25均配置在同一面侧的类型A、或者类型C的水套2A中,分别流过连接有配管的B1或B7侧的制冷剂的流速较快,均在0.15m/秒以上。另一方面,在将导入口24与排出口25配置在对称位置的类型B那样的水套2A中,流过排出口25侧的电路基板位置B7处的制冷剂流速最快(0.10m/秒)。
由此,冷却用流路23内的制冷剂具有如下的偏流特性,即:在将叶片式翅片2Ca形成在制冷剂导入流路21与制冷剂排出流路22之间的并排流路中,在排出口25侧的流速显著变快。此外,可以观察到在对类型A进行改良后得到的类型D中,不仅导入口24侧的制冷剂流速得到了改善,还能够形成与将导入口24和排出口25配置在对称位置的类型B相类似的流速分布(偏流特性)。
此外,在图10所示的压力损耗差的图表中,示出了改善前的类型A~C的各水套2A具有大致相等的压力损耗差(3.2~3.4kPa)。与此相对地,在将制冷剂导入流路21的宽度缩小为2/3、且在制冷剂导入流路21中配置有分离壁27的类型D中,示出压力损耗差变为5.2kPa,增加了三成以上。
接着,对被冷却器2冷却的电路元件部3D~3I、及3Iu、3Id的配置进行说明。
如图6(A)所示,在现有的半导体模块10A中,可在冷却器2的第7列上与2行6列的12个电路元件部3D~3I分开配置2个不同结构的电路元器件以作为电路元件部3Iu、3Id。此时,通过对12个电路元件部3D~3I进行适当的组合,能够进行连接以构成多个例如图5所举例示出的逆变器电路40。此外,电路元件部3Iu、3Id可以构成为例如使用规定数量的IGBT和FWD构成的升压变换电路。
在这种情况下,例如将升压变换电路的电路元件部3Iu、3Id与电池及上述逆变器电路40相连接,利用电路元件部3Iu、3Id对电池电压进行升压。于是,可形成以下电路结构,即,利用逆变器电路40将升压后的直流电流转换为交流电流,并提供给三相交流电动机41。另外,为了新增这种与电路元件部3D~3I不同种类的电路元件部3Iu、3Id,若从电路设计上、或制造上的布线配置等方面来考虑,则如图6(A)所示,在半导体模块10A的端部配置电路元件部3Iu、3Id相对较为容易。
此外,在半导体模块10A中,在翅片2C的内部沿着流过冷却器2的冷却用流路23的制冷剂的流通方向存在有两处发热部。即,两处发热部相对于制冷剂的流动方向而彼此分开,且分别位于上游侧和下游侧。因此,流过下游侧的制冷剂在其温度因在上游侧的发热部的吸热而上升后到达下游侧的发热部。由此,与下游侧相比,配置在上游侧的电路元件部的冷却效率更高。若考虑到这种冷却效率的差异,则只要将电路元件部3D~3I中在其驱动时所产生的热量较高的电路元件部配置在制冷剂导入流路21侧,就能更容易地进行冷却。
并且,流过冷却器2的冷却用流路23的制冷剂的流速分布具有下述偏流特性,即,在相比冷却器2的导入口24侧更靠近排出口25的位置处的制冷剂流速上升。而且,越是在制冷剂快速流过冷却用流路23的高流速部,翅片2C的冷却效率越高。因此,根据电路元件部3D~3I、3Iu、3Id所产生的热量,需要使冷媒以某规定以上的流速在半导体模块10A的冷却用流路23中进行流通。然而,为了使低流速部的流速上升,若仅仅增加从导入口24流入的制冷剂的流量,则会有所需以上的制冷剂流到冷却用流路23的高流速部。其结果是,会需要增加提供给冷却器2的制冷剂流量,为此就必须使用高性能的泵。
通常,为了对这种半导体模块10A中冷却用流路23的流路特性进行仿真,需要进行包含制冷剂流动及热传导、热传递等物理现象的热流体分析。此外,在计算因电路元件部3D~3I、3Iu、3Id的发热而引起的制冷剂的温度上升时,通过提供正常运行状态下所产生的压力损耗,可得到上述分析结果。
此处,若对图6、图7所示的现有的使用类型A~C的水套2A中制冷剂的流速分布进行仿真,则使从导入口24导入水套2A内的制冷剂以被拉引向排出口25的位置的方式进行流动。由此,如图9的制冷剂流速分布图所示,特别是在靠近制冷剂的排出口25的一侧,流入冷却用流路23的制冷剂相对较快地流动。
此外,在所配置的多个电路元件部3D~3I、3Iu、3Id中,通常,要求根据所产生的压力损耗,维持为了冷却半导体元件32、33而所需的制冷剂流速。但是,若由于上述的偏流特性,制冷剂的流速存在较大的差异,则其冷却性能也同样变得不均匀分布。尤其是,在流速变快的排出口25侧的冷却用流路23中,冷却性能相对于流速变化的变化较为迟缓,而在流速容易变慢的导入口24侧,冷却性能的变化较大。这就意味着在排出口25侧产生了难以帮助提高冷却性能的流速分量。
此处,若能够改善这种冷却用流路23的偏流特性,尽可能地获得相同的制冷剂流速,则不仅能够得到更为稳定的冷却性能,还能够提升对电路元件部3D~3I、及3Iu、3Id进行冷却的冷却器2整体的冷却性能。
此外,制冷剂的偏流特性是夹在制冷剂导入流路21和制冷剂排出流路22之间的冷却用流路23内的并排流路中出现的现象。特别是当配置在冷却用流路23上的冷却用翅片2C的间隔较宽时,对从制冷剂导入流路21流入翅片2C的制冷剂的阻力变小,从而制冷剂易于流入冷却用流路23内。由此,若冷却用流路23的翅片2C为间隔较宽的形状,则间隔越宽,偏流特性就越扩大。
另外,在图6及图7所示的类型A~C的水套2A中,如上所述,由于偏流特性互不相同,因此,根据配置在翅片底座2B上的每个电路元件部3D~3I、及3Iu、3Id中各不相同的冷却用流路23内的压力损耗分布,进行均匀且稳定的冷却的方法也各不相同。
在以下的实施方式中,对改良后的半导体模块用冷却器进行说明,该半导体模块用冷却器与图6所示的现有类型A的水套2A相同,将导入口24、排出口25配置在同一个面侧,并对关于半导体模块的流速分布进行调整。以下所述的冷却效果均以制冷剂本身的性质(制冷剂特性)和冷却性能为前提,并以上述通过仿真验证得到的流速分布为基础。
(实施方式1)
此处,对冷却器2进行说明,在该冷却器2中,为了调整半导体模块的偏流,在制冷剂排出流路22与冷却用流路23的边界位置上配置有流速调节板28。
图11是表示本发明的半导体模块用冷却器所使用的水套的形状的俯视图。
这里所示的类型Fc的水套2A被用作图6(A)的半导体模块10A的冷却器2。因此,在该类型Fc的水套2A中,与图6(B)所示的现有的类型A相同,在其左侧壁2Ab上配置有导入口24及排出口25。但是,从导入口24向制冷剂导入流路21导入制冷剂的导入口部21a、以及用于从制冷剂排出流路22向排出口25排出制冷剂的排出口部22a与图6(B)或图3所示的导入口部21a、排出口部22a相比,形成得相对较长。即,将导入口部21a和排出口部22a形成为均从相同的左侧壁2Ab突出。
此外,在类型Fc的水套2A中,导入口部21a和排出口部22a分别形成为与导入口24和排出口25的宽度(W1=W2)相等,例如均为15mm。制冷剂导入流路21的长度x为255.2mm,在其终端部分,在与配置于冷却用流路23上的翅片2C的前侧侧面(制冷剂流入面)相对的前侧壁2Aa的内面侧形成有引导部21Si,该引导部21Si具有约45°的倾斜面。在制冷剂导入流路21的终端部,该引导部21Si与翅片2C之间的间隙y与类型D的水套2A(图8)相同,为2mm。
此处,类型Fc的水套2A中,在制冷剂排出流路22与冷却用流路23的边界位置上配置有流速调节板28。该流速调节板28形成为以下形状:全长为L(=215mm),从水套2A的底面起的高度为h(=9.5mm),宽度为(厚度)为3mm。此外,流速调节板28的侧壁面位于与翅片2C的后侧侧面(制冷剂排出面)平行的位置,且与翅片2C的后侧侧面之间具有间隙y2(=2mm),并且配置为使得该流速调节板28的一个端部与水套2A的左侧壁2Ab之间具有间隙x2(=5mm)。
此外,在制冷剂排出流路22中,与制冷剂导入流路21的引导部21Si一样,在右侧壁2Ad侧的始端部上配置具有约45°的倾斜面的引导部22So。此处,通过将流速调节板28的侧壁面形成为与翅片2C的侧面相平行,由此能够降低因流路截面积的减少而引起的压力损耗增加的比例,并且,通过增大制冷剂排出流路22的流路宽度能获得更好的效果。
图12是表示图11的半导体模块用冷却器中各类型的流速调节板的尺寸的说明图。
此处,除了图11所示的类型Fc的水套2A以外,还对类型E、类型Ea、类型Eb、类型F、类型Fa、及类型Fb的水套2A进行了说明。其中,无论为哪一种类型,关于该水套2A的大小均形成为以下尺寸:制冷剂导入流路21和制冷剂排出流路22的流路宽度(W1、W2)均等于15mm,冷却用流路23的宽度为255mm,其长度为117mm,引导部21Si与翅片2C的间隙y为2mm,流速调节板28与翅片2C的间隙y2为2mm。
此外,在类型E、类型Ea、类型Eb的水套2A中,L和x2均相等,分别为175mm和0mm,但不同点在于流速调节板28的高度h在从9.5mm到5.5mm的范围内变化。此外,对于类型F也是一样,在类型F、Fa、Fb中,将x2设为0mm,且使流速调节板28的高度h在从9.5mm到5.5mm的范围内变化,但不同点在于,将其长度L设为215mm,且与类型E相比形成得较长。另外,与其他任意一种都不同的是,仅在图11所示的类型Fc中,将x2设为5mm而非0mm。
由此,基于图12所示的各类型的流路形状,通过采用改变流速调节板28的长度L、与翅片2C之间的间隔y2、以及与流路左侧壁2Ab之间的间隔x2的结构,能够将制冷剂导入流路21内向终端部流动的制冷剂的流速抑制在恰当的程度。关于这一点,通过以下的图13至图14来进行说明。
另外,即使导入口24的面积相同,利用随着朝向制冷剂的导入方向其截面积连续减少的导入口部21a(参照图8),可改善冷却用流路23中的流速分布。
接着,对具有图12所示的各种类型的流路形状的水套2A所实施的制冷剂流速、以及冷却效果的仿真结果进行说明。此处,在宽度255mm、长度117mm的区域内形成的冷却用流路23上,配置有厚度1.2mm、间距2.1mm、高度10mm的叶片式翅片2Ca,并假设制冷剂以10L/min的流量从导入口24引导入制冷剂导入流路21的情况。此外,通过分别对不同类型的水套2A进行仿真,来确认流速调节板28的长度与位置之间的关系的差异对制冷剂的流速分布的影响。
图13示出图11的水套的冷却特性,是按照类型来示出电路基板每个位置的制冷剂流速分布的图。
同一图中所示的流速分布是对翅片2C之间制冷剂的流速进行仿真后得到的结果,其中,翅片2C配置在配置成7列(位置B1~B7)的电路元件部3D~3I、3Iu、3Id的基板中央部的正下方。此处示出了从导入口24侧流向制冷剂导入流路21的终端部的依次经过B1到B7为止的流速。此外,在该流速分布的仿真中所使用的制冷剂导入流路21的全长均设为255mm,其高度均设为10.5mm。
根据图13所示的仿真结果,当采用将流速调节板28的高度提高到9.5mm后得到的类型E、类型F、类型Fc时,其流速分布的变化较大。此外,在流速调节板28的高度为9.5mm的类型E、类型F中表现出取决于其长度L的流速分布。即,与类型Fb相比,类型E在电路基板的位置B6、B7处的流速得以提高,并且,类型F尤其在位置B7处的流速得以提高。
因此,由于从翅片2C排出的制冷剂冲击流速调节板28时所产生的压力,使得从翅片2C排出的制冷剂的流速降低,因此可进行流速分布的调节。此外,在如类型Fc那样,在流速调节板28的排出口25侧的端部相对于水套2A的左侧壁2Ab设有间隙x2(=5mm)的情况下,由于提高了位置B1处制冷剂的流速,因此翅片2C内的流速分布呈U字形状。即,示出了使用制冷剂排出流路22内的流速调节板28能生成任意的流速分布的情况,以及即使在制冷剂排出流路22的排出口25附近存在有5mm左右的微小间隙,也会对流速调节产生较大的影响的情况。
根据以上的仿真结果,对于图12所示的各种类型的水套2A,能够对与各电路元件部3D~3I、3Iu、3Id处的制冷剂流速相对应的功率半导体元件的发热状态、即冷却特性进行确认。
图14示出图11的水套的冷却特性,是按照类型来示出每个电路元件部正常运行时的发热温度的图。这些均是通过上述方法得到的仿真结果的一个示例。
对于图12所示的每种类型,在对电路元件部3D等进行冷却时,水套2A内的制冷剂所受到的压力损耗互不相同。然而,将水套2A内的热损耗如上述图6(A)所示,分类为从导入口24侧开始的3列电路元件部3D~3F的位置B1~B3、及3列电路元件部3G~3I的位置B4~B6这两组,在同一组内可设定为相同的大小。此外,对于第7列的电路元件部3Iu、3Id,将上游侧的电路元件部3Id和下游侧的电路元件部3Iu中的热损耗设定为彼此互不相同。
图14中将发热温度的比较对象设为IGBT元件,该IGBT元件分别配置在第1列(位置B1)的电路元件部3D、第4列(位置B4)的电路元件部3G各自的下游侧。此外,在第7列(位置B7)处,将电路元件部3Iu、3Id中发生损耗相对较大的上游侧的电路元件部(3Id)作为比较对象。并且,基于制冷剂流速、制冷剂温度及冷却性能之间的关系,将根据电路元件部3D~3I、3Iu、3Id各自的发热量而设定的发生损耗值设定为以下关系:3D<3G<3Iu<3Id。
如图14(C)所示,电路元件部3Id的结温(Tj)在类型E的情况下为136.7℃,在类型F的情况下为134.7℃,在流速分布偏向排出口25侧的类型Fb的情况下为142.0℃。此处,根据流速调节板28的长度可观察到5℃以上的温度降低效果。此外,如同一图(A)、(B)所示,对于其他的电路元件部3D、3G,各IGBT的结温随着B1列下游侧与B4列下游侧的流速分布的变化而变化。然而,还示出了只要调整流速调节板28的长度,以使得形成与各电路元件部3D~3I、3Iu、3Id处的发生损耗相匹配的流速分布,就能分别在冷却器2的长边方向的各列(B1~B7)获得稳定的冷却性能。
由此,在本发明的半导体模块所使用的水套2A中,通过在制冷剂排出流路22与冷却用流路23的边界位置上配置流速调节板28,能够降低功率半导体元件的结温。特别是,在提高发生较大损耗的电路元件部3Id的基板中央部正下方(位置B7)处的流速这一方面效果较为显著。
图15是按照类型来示出制冷剂流过图11的半导体模块时、导入口与排出口之间的压力损耗差的图。根据图15所示的仿真结果,示出了均未达到4.5kPa的值。这表示即使与图8所示的第四比较例,即制冷剂导入流路21侧的改善例(类型D)相比,本实施方式的压力损耗变低,且流速分布大致均匀。由此,通过在制冷剂排出流路22侧配置用于进行流速调整的流速调节板28,由此能够降低压力损耗,并减轻施加到泵上的负荷。
本实施方式的水套2A中,由该水套2A的底壁2Ae的内表面与构成散热器的翅片2C的前侧侧面来划定制冷剂导入流路21,由底壁2Ae的内表面与翅片2C的后侧侧面来划定制冷剂排出流路22。接着,在制冷剂排出流路22上配置流速调节板28,利用从翅片2C流出的制冷剂冲击该流速调节板28的压力,来恰当地调节从制冷剂导入流路21流入翅片2C的制冷剂流速,从而消除翅片2C内的制冷剂流速所产生的偏流。由此,能够对配置在冷却器2上的半导体元件进行均匀且稳定的冷却,从而能够可靠地防止因半导体元件的发热而引起的误动作、损坏。
此外,在实施方式1中,将导入口24及排出口25配置在水套2A的同一面,从而能够构成不同的流路形状,从而可获得与不同的电路元件部3D~3I、Iu、Id所产生的损耗相对应的冷却性能。特别是,对于比从导入口24到排出口25为止的长度更短的水套2A,能够以低廉的价格容易地进行制造。
此外,除了在制冷剂排出流路22上配置流速调节板28,还可以通过调整现有制冷剂导入流路21的宽度、组合使用图8那样的分离壁27,来更充分地发挥流速调节的效果。
另外,使构成散热器的翅片2C的前侧侧面与从导入口24流入的制冷剂的流入方向大致平行,且配置在成为与导入口部21a的内壁同一个面的位置上,以使得制冷剂导入流路21中制冷剂的流动不被阻挡。此外,从水套2A的底壁2Ae到翅片底座2B为止的间隔是固定的,该间隔规定了制冷剂导入流路21的高度。
(实施方式2)
图16是表示本发明的另一个半导体模块用冷却器所使用的水套的形状的俯视图。
在本实施方式中对冷却器进行说明,在该冷却器中,不仅在制冷剂排出流路22内设置流速调节板28,还将该流速调节板28的长度设为与制冷剂排出流路22相同,由此来调整半导体模块中的偏流,从而对半导体元件进行均匀且稳定的冷却。
图16所示的类型G的水套2A中,与图8所示的类型D、或者图11所述的类型Fc均相同,形成有将制冷剂从导入口24引导到制冷剂导入流路21的导入口部21a、以及用于从制冷剂排出流路22向排出口25排出制冷剂的排出口部22a,该导入口部21a、及排出口部22a分别从水套2A的同一个左侧壁2Ab突出。此外,在类型G的水套2A中,不仅在同一面侧形成冷却装置的导入口24、排出口25,还将流速调节板28的长度设为与制冷剂排出流路22的长度x相等,并配置在制冷剂排出流路22与冷却用流路23的边界位置上。
图17是表示图16的半导体模块用冷却器中流速调节板、以及导入口和排出口中各类型的流路宽度的尺寸的说明图。如图17所示,在类型G的制冷剂排出流路22中,以从水套2A的底壁2Ae开始垂直高度不超过8mm的任意高度来形成流速调节板28。此外,冷却用流路23形成在宽度为10mm的制冷剂导入流路21与宽度为15mm的制冷剂排出流路22之间。此处,除了类型G,还示出了类型Ga、类型Gb、类型Gc、类型H、以及类型I的尺寸。
如上所述,流过冷却用流路23的制冷剂流速具有取决于水套2A的排出口25的位置的流速分布。此处,进一步在制冷剂排出流路22内形成长度L=255mm、宽度(厚度)为3mm的流速调节板28(即,与水套2A的左侧壁2Ab之间的间隙x2为0mm),由此,使得从翅片2C排出的制冷剂流速均匀化,并对该制冷剂流速进行调整,以使其具有规定的流速分布。
由此,类型G的水套2A与图12所示的类型E、类型F的水套2A的不同点在于,将流速调节板28的长度设为与制冷剂排出流路22的长度x(即,冷却用流路23的宽度)相同,且流速调节板28与水套2A的左侧壁2Ab(冷却用流路23的制冷剂排出口25侧的侧壁)相连接。
图18示出图16的水套的冷却特性,图18(A)是按照类型来示出电路基板每个位置的制冷剂流速分布的图,图18(B)是按照类型来示出导入口与排出口之间压力损耗差的图。
同一图(A)中所示的流速分布是对配置在图6(A)所示的电路基板位置B1~B7上的电路元件部3D~3I、3Iu、3Id的基板中央部正下方进行仿真而得到的,按照类型对每个位置B1~B7的制冷剂流速分布进行比较。此外,压力损耗差为导入口24与排出口25之间的压力差。
此处,示出关于类型G、类型Ga、类型Gb、类型Gc、类型H、以及类型I的仿真结果。由图可知,在类型G、Ga、Gb、Gc中,在将流路宽度W1设为10mm的制冷剂导入流路21上设置有流速调节板28,各流速调节板28具有不同的高度h,分别为2、4、6、8mm,通过降低尤其是电路基板位置B7处的制冷剂流速,能够对流速分布进行调整以使其均匀化。此外,类型G~Gc、类型H、以及类型I中制冷剂导入流路21的流路宽度W1各不相同,分别为10mm、15mm、12.5mm,根据关于类型G~Gc、类型H、以及类型I的仿真结果,当制冷剂导入流路21的流路宽度W1与制冷剂排出流路22的流路宽度W2之间的差为2.5mm(类型I)时,最高流速与最低流速之间的差最小。并且,在流路宽度W1=W2(=15mm)的类型H中,电路基板位置B1与B7处的流速相反。即,在将制冷剂导入流路21的流路宽度W1设为12.5mm的类型I的水套2A中,实现了最优异的流速分布的均匀化。
原本,即使在将导入口24、及排出口25的各自的宽度W1、W2设为15mm的类型H中,通过将流速调节板28的高度h设为8mm,与现有的未设置流速调节板28的类型A的最低值(=0.04m/秒)相比,也可使制冷剂流速的最低值提高0.05m/秒。因此,实现了冷却用流路23中流速分布的均匀化,并能够根据各电路的发生损耗来进行流速调整。另一方面,根据图18(B)所示的压力损耗,类型I的水套2A中压力差为5.2kPa,且压力损耗的变化取决于制冷剂导入流路21的宽度W1。这表示制冷剂流速分布的均匀化是与压力损耗差之间关系的权衡。
此外,对于翅片2C与流速调节板28之间的间隙y2(此处,无论哪种类型均为2mm),该间隔越窄,则对流速分布进行均匀调整这方面的效果就越好,但是水套2A内的压力损耗也会随之上升。然而,无论在类型G~Gc、类型H、以及类型I的哪个类型中,最大压力差均在6kPa以下,因此这些压力差都在水套2A所假定的10kPa以下的压力损耗差的范围内,即使是现有的泵性能,也能在流过充分的制冷剂流量的情况下不产生影响。
由此,在本实施方式的水套2A中,将冷却装置的导入口24、排出口25形成在同一面侧,同时将流速调节板28配置在制冷剂排出流路22与冷却用流路23的边界位置上,通过使流速调节板28的长度与制冷剂排出流路22相同,并将制冷剂导入流路21的流路宽度w1减小到一定程度,从而能够使偏流分布均匀化。因而,在实施方式2中,通过使水套2A内的制冷剂流速的偏流分布均匀化,从而即使在上游侧的电路元件部与下游侧的电路元件部所产生的热损耗大致恒定的情况下,也能获得冷却效率较高的流速分布。
上述内容仅用于示出本发明的原理。此外,本领域技术人员可对其进行多种变形、变更,本发明并不限于上文所示出和进行了说明的正确结构及应用例,相对应的所有变形例以及等同物均应被视为由所附权利要求及其等同物所限定的本发明的保护范围。
标号说明
2  冷却器
2A  水套
2B  翅片底座
2C  翅片
3A~3I,3Iu,3Id  电路元件部
10,10A  半导体模块
21  制冷剂导入流路
21a  导入口部
21Si,22So  引导部
22  制冷剂排出流路
22a  排出口部
23  冷却用流路
24  导入口
25  排出口
26  基材
27  分离壁
28  流速调节板
31  基板
31a  绝缘基板
31b,31c  导体图案
32,33  半导体元件
34,35  粘接层
40  逆变器电路
41  三相交流电动机
C  间隙
B1~B7  电路基板的位置
x  冷却用流路的宽度
x2,y2  流速调节板的间隙
w1,w2  流路宽度

Claims (7)

1.一种半导体模块用冷却器,该半导体模块用冷却器从外部向水套提供制冷剂,对配置在该半导体模块用冷却器外表面的半导体元件进行冷却,其特征在于,包括:
散热器,该散热器与所述半导体元件进行热连接;
第一流路,该第一流路配置在所述水套内,从制冷剂导入口延伸出,并配置有引导部,所述引导部具有用于引导所述制冷剂朝向所述散热器的一个侧面的倾斜面;
第二流路,该第二流路以与所述第一流路并排且隔开间隔的方式配置在所述水套内,该第二流路朝向制冷剂排出口延伸,且形成有与所述散热器的另一个侧面平行的侧壁;
流速调节板,该流速调节板配置在所述第二流路内,并形成为与所述散热器的所述另一个侧面隔开间隔且相互平行;以及
第三流路,该第三流路形成在所述水套内的、连通所述第一流路与所述第二流路的位置,
所述散热器配置在所述第三流路内。
2.如权利要求1所述的半导体模块用冷却器,其特征在于,
所述流速调节板的一个端部位于所述第二流路的终端部,并配置为与所述散热器的所述另一个侧面隔开间隔,且沿着与所述散热器平行的方向延伸。
3.如权利要求1所述的半导体模块用冷却器,其特征在于,
所述流速调节板在所述第二流路的所述制冷剂排出口侧的一个端部位于与所述第二流路的终端部隔开规定距离的位置,并配置成与从所述散热器的所述另一个侧面隔开间隔,且沿着与所述散热器平行的方向延伸。
4.如权利要求2所述的半导体模块用冷却器,其特征在于,
将所述流速调节板配置成其另一个端部与形成在所述第二流路的始端部的引导部之间的间隔为该流路长度x的0.05x以上。
5.如权利要求2所述的半导体模块用冷却器,其特征在于,
相对于所述第二流路的高度h,将所述流速调节板的从所述水套的底面起的高度形成为0.2h以上、0.9h以下。
6.如权利要求1所述的半导体模块用冷却器,其特征在于,
所述流速调节板具有与所述第二流路相等的长度,且相对于所述第二流路的高度h,将所述流速调节板的从所述水套的底面起的高度形成为0.2h以上、且0.9h以下。
7.一种半导体模块,该半导体模块从外部向构成冷却器的水套提供制冷剂,对配置在所述冷却器外表面的半导体元件进行冷却,其特征在于,包括:
散热器,该散热器与所述半导体元件进行热连接;
第一流路,该第一流路配置在所述水套内,从制冷剂导入口延伸出,并配置有引导部,所述引导部具有用于引导所述制冷剂朝向所述散热器的一个侧面的倾斜面;
第二流路,该第二流路以与所述第一流路并排且隔开间隔的方式配置在所述水套内,该第二流路朝向制冷剂排出口延伸,且形成有与所述散热器的另一个侧面平行的侧壁;
流速调节板,该流速调节板配置在所述第二流路内,并形成为与所述散热器的所述另一个侧面隔开间隔且相互平行;以及
第三流路,该第三流路形成在所述水套内的、连通所述第一流路与所述第二流路的位置,
所述制冷剂导入口与所述制冷剂排出口形成在所述水套的同一壁面上,所述散热器配置在所述第三流路内。
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