CN116469851A - 冷却器和半导体装置 - Google Patents

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CN116469851A CN202211511978.5A CN202211511978A CN116469851A CN 116469851 A CN116469851 A CN 116469851A CN 202211511978 A CN202211511978 A CN 202211511978A CN 116469851 A CN116469851 A CN 116469851A
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cooling
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cooling flow
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讚岐育孝
中村淳
藤本裕地
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Abstract

本发明提供冷却器和半导体装置。高效冷却半导体装置。冷却器具备沿Y方向延伸的主体部,主体部具备:外壁,其包括供半导体模块配置的外表面和与外表面相反的一侧的内表面;流入路径,其沿Y方向延伸,制冷剂自其一端流入;流出路径,其沿Y方向延伸,制冷剂自其一端流出;多个冷却流路,其将内表面作为壁面的一部分;间壁,其在与内表面垂直的Z方向上与外壁空开间隔地配置并将流入路径以及流出路径与多个冷却流路分隔;以及节流部,其设于将冷却流路与流入路径连通的连通部分,多个冷却流路在与外表面垂直的Z方向位于流入路径与外壁之间及流出路径与外壁之间,各冷却流路将流入路径和流出路径在与Y方向交叉的X方向上连通。

Description

冷却器和半导体装置
技术领域
本发明涉及冷却器和半导体装置。
背景技术
已知有使用冷却水等制冷剂对包括开关元件等发热器件的半导体装置进行冷却的方法。
例如,在专利文献1中公开了如下结构:通过使用冷却流体对与发热器件热结合的传热板进行冷却,从而对发热器件进行冷却。
另外,例如,在专利文献2中,作为对包括作为发热源的半导体芯片的半导体封装的瞬态热进行测量的装置,公开了一种包括对半导体封装进行外部冷却的外部冷却机构的装置。
外部冷却机构例如利用液体制冷剂对形成半导体封装的下表面的散热器进行冷却。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2020-073845号公报
专利文献2:日本特开2021-027097号公报
发明内容
发明要解决的问题
在对半导体装置进行冷却的冷却器中,要求高效地对半导体装置进行冷却。
考虑到以上的情况,本发明的一个技术方案的目的之一在于提供一种高效地冷却半导体装置的冷却器。
用于解决问题的方案
本发明的优选的技术方案为一种冷却器,其中,该冷却器具备沿第1方向延伸的冷却主体部,所述冷却主体部具备:冷却壁,其包括供发热体配置的第1面和与所述第1面相反的一侧的第2面;第1流路,其沿所述第1方向延伸,制冷剂自该第1流路的一端流入;第2流路,其沿所述第1方向延伸,所述制冷剂自该第2流路的一端流出;多个冷却流路,其将所述第2面作为壁面的一部分;间壁,其在与所述第1面垂直的第3方向上与所述冷却壁空开间隔地配置,该间壁将所述第1流路与所述多个冷却流路分隔,并且将所述第2流路与所述多个冷却流路分隔;以及第1节流部,其设于所述多个冷却流路中的第1冷却流路与所述第1流路连通的连通部分,所述多个冷却流路在所述第1方向上排列,并且沿与所述第1方向交叉的第2方向延伸,所述多个冷却流路在所述第3方向上位于所述第1流路与所述冷却壁之间以及所述第2流路与所述冷却壁之间,所述多个冷却流路分别将所述第1流路与所述第2流路在所述第2方向上连通。
本发明的优选的另一技术方案为一种冷却器,其中,该冷却器具备沿第1方向延伸的冷却主体部,所述冷却主体部具备:冷却壁,其包括供发热体配置的第1面和与所述第1面相反的一侧的第2面;第1流路,其沿所述第1方向延伸,制冷剂自该第1流路的一端流入;第2流路,其沿所述第1方向延伸,所述制冷剂自该第2流路的一端流出;多个冷却流路,其将所述第2面作为壁面的一部分;间壁,其在与所述第1面垂直的第3方向上与所述冷却壁空开间隔地配置,该间壁将所述第1流路与所述多个冷却流路分隔,并且将所述第2流路与所述多个冷却流路分隔;以及第2节流部,其设于所述多个冷却流路中的第1冷却流路,所述多个冷却流路在所述第1方向上排列,并且沿与所述第1方向交叉的第2方向延伸,所述多个冷却流路在所述第3方向上位于所述第1流路与所述冷却壁之间以及所述第2流路与所述冷却壁之间,所述多个冷却流路分别将所述第1流路与所述第2流路在所述第2方向上连通。
本发明的优选的技术方案的半导体装置具备上述的冷却器。
附图说明
图1是示意性地表示第1实施方式的电力转换装置的主要部分的分解立体图。
图2是用于说明图1所示的头部的说明图。
图3是用于说明图1所示的主体部的说明图。
图4是表示图3所示的喷嘴的配置的一个例子的平面图。
图5是用于说明图1所示的主体部的另一说明图。
图6是用于说明对比例的电力转换装置的一个例子的说明图。
图7是表示电力转换装置整体的概略的内部构造的一个例子的立体图。
图8是用于说明第2实施方式的电力转换装置的一个例子的说明图。
图9是用于说明第3实施方式的电力转换装置的一个例子的说明图。
图10是用于说明图9所示的冷却器的作用的说明图。
图11是用于说明第4实施方式的电力转换装置的一个例子的说明图。
图12是用于说明第1变形例的电力转换装置的一个例子的说明图。
图13是用于说明第2变形例的电力转换装置的一个例子的说明图。
附图标记说明
10、10A、10B、10C、10D、10E、10Z、电力转换装置;100、100A、100B、100C、100D、100E、100Z、冷却器;102、120、120A、120B、120C、120Z、主体部;122a、122b、122Ab、122c、122d、122e、122ea、122eb、132ia、132oa、132ib、132ob、132ic、132oc、132id、132od、132ie、132oe、142a、142c、142e、142f、外壁;124a、124Aa、124Ba、124b、124c、144、间壁;120E、冷却管;130i、130o、输送管;140、头部;160、供给管;162、排出管;200u、200v、200w、半导体模块;202u、202v、202w、204u、204v、204w、输入端子;206u、206v、206w、输出端子;208u、208v、208w、控制端子;300、电容器;400、控制基板;500、框体;520、输入连接器;540、输出连接器;CV、突出部;FP1、流入路径;FP2、流出路径;FP3、冷却流路;Hi、供给口;Ho、排出口;Ht、贯通孔;IFa、IFb、IFb1、IFb2、IFc、IFd、内表面;OFa、外表面;SFa10、SFa11、SFa12、SFa101、SFa102、SFa103、SFa104、SFb1、SFb2、面;N、喷嘴;PL、安装板。
具体实施方式
以下,参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。在各附图中,各部分的尺寸和比例与实际的适当地有所不同。
另外,以下所述的实施方式是本发明的优选的具体例,因此附加了技术上优选的各种限定,但只要在以下的说明中没有表示特别限定本发明的意思的记载,本发明的范围就不限定于这些方式。
A.实施方式
以下,对本发明的实施方式进行说明。
首先,参照图1对第1实施方式的电力转换装置10的概要的一个例子进行说明。
A1:第1实施方式
图1是示意性地表示第1实施方式的电力转换装置10的主要部分的分解立体图。
此外,以下,为了便于说明,导入具有互相正交的X轴、Y轴以及Z轴的三轴的正交坐标系。
以下,将X轴的箭头所指的方向称为+X方向,将+X方向的相反方向称为-X方向。将Y轴的箭头所指的方向称为+Y方向,将+Y方向的相反方向称为-Y方向。
另外,将Z轴的箭头所指的方向称为+Z方向,将+Z方向的相反方向称为-Z方向。
以下,有时不特别区分+Y方向和-Y方向而称为Y方向,不特别区分+X方向和-X方向而称为X方向。
另外,有时不特别区分+Z方向和-Z方向而称为Z方向。
+Y方向和-Y方向分别是“第1方向”的一个例子,+X方向和-X方向分别是“第2方向”的一个例子,+Z方向和-Z方向分别是“第3方向”的一个例子。另外,以下,有时将从特定的方向观察对象物称为俯视。
作为电力转换装置10,例如能够采用逆变器和转换器等任意的功率半导体装置。
此外,电力转换装置10是“半导体装置”的一个例子。在本实施方式中,作为电力转换装置10,假定将输入到电力转换装置10的直流电力转换为U相、V相以及W相这三相的交流电力的功率半导体装置。
例如,电力转换装置10具有将直流电力转换为交流电力的3个半导体模块200u、200v以及200w和对半导体模块200u、200v以及200w进行冷却的冷却器100。
半导体模块200u、200v以及200w是“发热体”的一个例子。
半导体模块200u、200v以及200w例如分别是将包括开关元件等功率半导体元件的功率半导体芯片(例如,图3所示的半导体芯片CH1和CH2等)收纳于树脂壳体而成的功率半导体模块。
作为开关元件,例如相当于功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)和IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor:绝缘栅双极型晶体管)等。
半导体模块200u例如具有输入端子202u和204u、输出端子206u和多个控制端子208u。
例如,半导体模块200u将输入至输入端子202u和204u的直流电力转换为3相的交流电力中的U相的交流电力,并自输出端子206u输出U相的交流电力。
例如,输入端子202u的电位高于输入端子204u的电位。
另外,向多个控制端子208u输入用于对半导体模块200u所具有的开关元件等的动作进行控制的控制信号。
半导体模块200v和200w除了分别输出3相的交流电力中的V相和W相的交流电力以外,与半导体模块200u相同。
例如,半导体模块200v具有输入端子202v和204v、输出端子206v以及多个控制端子208v,自输出端子206v输出V相的交流电力。
另外,例如,半导体模块200w具有输入端子202w和204w、输出端子206w以及多个控制端子208w,自输出端子206w输出W相的交流电力。
以下,有时将半导体模块200u、200v以及200w统称为半导体模块200。另外,有时将输入端子202u、202v以及202w统称为输入端子202,将输入端子204u、204v以及204w统称为输入端子204,将输出端子206u、206v以及206w统称为输出端子206。
冷却器100具有:主体部120,其沿Y方向延伸;供给管160,其向主体部120供给制冷剂;排出管162,其将制冷剂自主体部120排出;以及头部140,其将供给管160与主体部120以及排出管162与主体部120连接。
此外,图1的虚线的箭头表示制冷剂的流动的一个例子。
在本实施方式中,假定制冷剂为水等液体的情况。
主体部120是“冷却主体部”的一个例子。
在图1中,对主体部120的概要进行说明。
在后述的图3、图4以及图5中对主体部120的详细情况进行说明。
另外,在后述的图2中对头部140进行说明。
主体部120例如是形成为沿Y方向延伸的长方体的中空的结构体。
例如,主体部120具有:流入路径FP1,其沿Y方向延伸,制冷剂自该流入路径FP1的一端流入;流出路径FP2,其沿Y方向延伸,制冷剂自该流出路径FP2的一端流出;以及多个冷却流路FP3。
此外,流入路径FP1和流出路径FP2各自的另一端(+Y方向上的端部)由外壁122e划定。
流入路径FP1是“第1流路”的一个例子,流出路径FP2是“第2流路”的一个例子。
另外,主体部120具有供半导体模块200配置的外壁122a。
外壁122a包括供半导体模块200配置的外表面OFa和与外表面OFa相反的一侧的内表面IFa。
内表面IFa是多个冷却流路FP3的壁面的一部分。
此外,外壁122a是“冷却壁”的一个例子,外表面OFa是“第1面”的一个例子,内表面IFa是“第2面”的一个例子。
多个冷却流路FP3在Y方向上排列,并且沿与Y方向交叉的X方向延伸。
多个冷却流路FP3各自的一端和另一端分别由外壁122c和122d划定。
另外,例如,主体部120具有在Y方向上排列且沿X方向延伸的多个间壁124c。
多个冷却流路FP3中的互相邻接的两个冷却流路FP3利用位于该两个冷却流路FP3之间的间壁124c互相分隔。
此外,在图1中,为了容易理解制冷剂的流动,将多个间壁124c与外壁122a分开地记载,但在本实施方式中,如图5所示,假定多个间壁124c与外壁122a一体地形成的情况。
此外,间壁124c的数量并不限定于多个。
例如,在冷却流路FP3的数量为两个的情况下,间壁124c的数量也可以是一个。
另外,多个冷却流路FP3在与外表面OFa垂直的Z方向上位于流入路径FP1与外壁122a之间以及流出路径FP2与外壁122a之间。
而且,多个冷却流路FP3分别将流入路径FP1与流出路径FP2在X方向上连通。
冷却器100利用在将外壁122a的内表面IFa作为壁面的一部分的多个冷却流路FP3中流动的制冷剂,对配置于外壁122a的外表面OFa的半导体模块200进行冷却。
例如,由半导体模块200产生的热经由外壁122a向制冷剂散热。
在此,主体部120由导热性优异的材料形成。
作为主体部120的具体的构成材料,例如可举出铜、铝或它们中的任一者的合金等金属。
另外,头部140、供给管160以及排出管162例如由与主体部120相同的材料形成。
即,作为头部140、供给管160以及排出管162的具体的构成材料,例如可举出铜、铝或它们中的任一者的合金等金属。
此外,头部140、供给管160以及排出管162的一部分或全部也可以由与主体部120不同的材料形成。
此外,主体部120的形状并不限定于沿Y方向延伸的长方体。
例如,自-Y方向观察时的主体部120的形状也可以是具有曲线的形状。
即,外壁122c和122d可以弯曲。
接着,参照图2对头部140进行说明。
图2是用于说明图1所示的头部140的说明图。
此外,图2的第1平面图是从+Z方向俯视时的冷却器100和半导体模块200的平面图,第2平面图是从-Y方向观察时的冷却器100和半导体模块200的平面图。
另外,图2的A1-A2剖视图是冷却器100的沿着第1平面图中的A1-A2线的剖视图。
此外,在图2中,为了容易观察附图,省略了输入端子202u等的附图标记的记载。
在图2以后的附图中,也适当省略输入端子202u等的附图标记的记载。
头部140例如是具有与流入路径FP1连通的开口、与流出路径FP2连通的开口、供给口Hi以及排出口Ho的中空的长方体。
如第2平面图所示,供给口Hi和排出口Ho是贯通与X-Z平面大致平行的外壁142e的孔。
此外,“大致平行”等是包含误差的概念。
例如,“大致平行”只要在设计上平行即可。
在外壁142e连接供给管160和排出管162。
例如,供给管160以供给管160内的流路与供给口Hi连通的方式与外壁142e连接,排出管162以排出管162内的流路与排出口Ho连通的方式与外壁142e连接。
另外,如A1-A2剖视图所示,头部140除了外壁142e之外,还具有与X-Y平面大致平行的外壁142a和142b、与Y-Z平面大致平行的外壁142c和142d、与X-Z平面大致平行的外壁142f和142g。
而且,头部140具有与Y-Z平面大致平行的间壁144。
外壁142f和142g例如与外壁142e在+Y方向上分开地配置,并分别与主体部120的外壁122c和122d连接。
而且,将自供给口Hi到流入路径FP1的流路和自流出路径FP2到排出口Ho的流路分隔的间壁144在X方向上配置于主体部120的外壁122c和122d之间。
例如,间壁144与外壁142a和142b连接,并且间壁144与主体部120的多个间壁124c中最靠近头部140的间壁124c、主体部120的间壁124a、图3中后述的主体部120的间壁124b连接。
此外,头部140的形状并不限定于图2所示的形状。
例如,从-Y方向观察时的头部140的形状也可以是具有曲线的形状。
即,外壁142c和142d也可以弯曲。
接着,参照图3、图4以及图5对主体部120进行说明。
图3是用于说明图1所示的主体部120的说明图。
此外,图3是电力转换装置10的沿着图2的第1平面图所示的B1-B2线的剖视图。
图中的虚线箭头表示制冷剂的流动。
另外,在半导体模块200的剖视图中,省略了半导体模块200所包含的半导体芯片CH1和CH2以外的要素的记载。
在图3以后所示的半导体模块200的剖视图中,也省略半导体模块200所包含的半导体芯片CH1和CH2以外的要素的记载。
各半导体模块200具有成为发热源的半导体芯片CH1和CH2。
半导体芯片CH1和CH2例如是包含开关元件等功率半导体元件的功率半导体芯片。
主体部120除了图1中说明的外壁122a、122b、122c、122d以及122e和间壁124c之外,还具有间壁124a和124b。
而且,主体部120具有与多个冷却流路FP3一一对应的多个安装板PL、和安装于多个安装板PL的各安装板PL的多个喷嘴N。
间壁124a是“间壁”的一个例子。
间壁124a配置于外壁122a和122b之间。
即,间壁124a在-Z方向上与外壁122a空开间隔地配置。
在本实施方式中,假定间壁124a与外壁122a大致平行的情况。
例如,间壁124a的面中与外壁122a的内表面IFa相对的面SFa10与外壁122a的内表面IFa大致平行。
此外,间壁124a的面SFa10也可以不与外壁122a的内表面IFa平行。
例如,间壁124a的面SFa10也可以以面SFa10的-X方向上的缘部靠近外壁122a的方式倾斜。
配置于外壁122a和122b之间的间壁124a将流入路径FP1与多个冷却流路FP3分隔,并且将流出路径FP2与多个冷却流路FP3分隔。
在本实施方式中,例如,间壁124a的+X方向上的缘部与外壁122c的内表面IFc连接,在间壁124a的-X方向上的缘部与外壁122d的内表面IFd之间确保了将流出路径FP2与多个冷却流路FP3连通的空间。
此外,在间壁124a中位于间壁124a的+X方向上的缘部与后述的间壁124b之间的部分形成有贯通间壁124a的多个贯通孔Ht。
在多个贯通孔Ht分别以堵塞该贯通孔Ht的方式安装有安装板PL。
另外,在安装板PL安装有多个喷嘴N,该多个喷嘴N沿着Z方向延伸并使制冷剂自流入路径FP1流向冷却流路FP3。
在本实施方式中,在从+Z方向观察时,多个喷嘴N与作为发热源的半导体芯片CH1重叠。
此外,多个喷嘴N是“第1节流部”的一个例子。
另外,在本实施方式中,假定在多个冷却流路FP3的各冷却流路FP3与流入路径FP1连通的连通部分设有多个喷嘴N的情况。
因而,多个冷却流路FP3分别是“第1冷却流路”的一个例子。
间壁124b配置于外壁122c和122d之间,与间壁124a和外壁122b连接。
间壁124b例如是与Y-Z平面大致平行的壁,将流入路径FP1与流出路径FP2分隔。
例如,间壁124b的面SFb1是间壁124b的面中与外壁122c的内表面IFc相对的面,并与外壁122c的内表面IFc大致平行。
另外,间壁124b的面SFb2是间壁124b的面中与外壁122d的内表面IFd相对的面,并与外壁122d的内表面IFd大致平行。
例如,间壁124a的面SFa11、间壁124b的面SFb1、外壁122b的内表面IFb1是流入路径FP1的壁面的一部分。
另外,间壁124a的面SFa12、间壁124b的面SFb2、外壁122b的内表面IFb2是流出路径FP2的壁面的一部分。
此外,间壁124a的面SFa11是与面SFa10相反的一侧的面中比间壁124b靠+X方向的部分,间壁124a的面SFa12是与面SFa10相反的一侧的面中比间壁124b靠-X方向的部分。
另外,外壁122b的内表面IFb1是外壁122b的内表面IFb中比间壁124b靠+X方向的部分,外壁122b的内表面IFb2是外壁122b的内表面IFb中比间壁124b靠-X方向的部分。
流入到流入路径FP1的制冷剂通过多个喷嘴N向多个冷却流路FP3流入。
然后,流入到多个冷却流路FP3的制冷剂通过间壁124a的-X方向上的缘部与外壁122d的内表面IFd之间,向流出路径FP2流入。
即,在本实施方式中,多个冷却流路FP3分别在一端与流入路径FP1连通,在另一端与流出路径FP2连通。
间壁124c是与外壁122a大致垂直的壁,沿X方向延伸。
例如,间壁124c配置于间壁124a与外壁122a之间,与外壁122a、122c和122d以及间壁124a连接。
即,在本实施方式中,间壁124c连接于间壁124a和外壁122a这两者。
此外,间壁124c也可以仅连接于间壁124a和外壁122a中的一者。
多个冷却流路FP3例如分别形成于多个间壁124c中的互相相邻的间壁124c之间。
另外,外壁122a的内表面IFa和间壁124a的面SFa10是多个冷却流路FP3的壁面的一部分。
在本实施方式中,半导体模块200配置于包含作为多个冷却流路FP3的壁面的一部分的内表面IFa的外壁122a的外表面OFa。
由此,例如,由半导体模块200产生的热(更详细而言,由半导体芯片CH1和CH2等产生的热)自半导体模块200的表面中的与外壁122a的外表面OFa相对的面,向多个冷却流路FP3内的制冷剂传递。
利用所谓的单面冷却,对半导体模块200进行冷却。
在图3中,虽然没有特别图示,但在半导体模块200与外壁122a的外表面OFa之间也可以存在导热性的油脂、导热性的粘接剂、导热性的薄片以及焊料等TIM(ThermalInterface Material:导热界面材料)。
另外,在本实施方式中,流入路径FP1内的制冷剂利用沿Z方向延伸的多个喷嘴N相对于外壁122a大致垂直地喷射,向多个冷却流路FP3流入。
由此,在从+Z方向观察时,制冷剂与外壁122a的内表面IFa中的包含与多个喷嘴N重叠的部分在内的区域AR1碰撞。
碰撞到内表面IFa中的区域AR1的制冷剂例如向与内表面IFa大致平行的-X方向移动。
在外壁122a的内表面IFa中,与远离制冷剂碰撞到的区域AR1的部分相比,靠近制冷剂碰撞到的区域AR1的部分的热高效地向碰撞到区域AR1的制冷剂传递。
在本实施方式中,在从+Z方向观察时,区域AR1与半导体芯片CH1重叠。
因而,在本实施方式中,半导体芯片CH1利用碰撞到外壁122a的区域AR1的制冷剂高效地冷却。
此外,内表面IFa中的区域AR2是通过向在-X方向上移动的制冷剂传递热而被冷却的区域,是与区域AR1相比由制冷剂碰撞内表面IFa所产生的冷却效果较小的区域。
内表面IFa中的区域AR2的冷却效率例如通过使在区域AR2与间壁124a的面SFa10之间通过的制冷剂的流速增加而提高。
因此,在本实施方式中,通过减小区域AR2与间壁124a的面SFa10之间的距离DIS1,从而与区域AR2与面SFa10之间的距离DIS1较大的情况相比,使在区域AR2与面SFa10之间通过的制冷剂的流速增加。
由此,在本实施方式中,能够高效地冷却从+Z方向观察时与区域AR2重叠的半导体芯片CH2等。
另外,在本实施方式中,多个冷却流路FP3在Z方向上位于流入路径FP1与外壁122a之间以及流出路径FP2与外壁122a之间,因此能够在半导体模块200的端子(例如,输入端子202、204和输出端子206等)的Z方向上确保空间。
例如,流入路径FP1和流出路径FP2位于比分隔多个冷却流路FP3的间壁124c靠-Z方向的位置。
由此,在本实施方式中,能够将划定多个冷却流路FP3各自的一端的外壁122c的内表面IFc设为流入路径FP1的壁面的一部分,将划定多个冷却流路FP3各自的另一端的外壁122d的内表面IFd设为流出路径FP2的壁面的一部分。
在该情况下,由于在半导体模块200的端子的Z方向上确保了空间,因此能够容易地将布线等与半导体模块200的端子连接。
图4是表示图3所示的喷嘴N的配置的一个例子的平面图。
在图4中,示出从+Z方向观察安装有安装板PL的间壁124a的情况下的平面图。
在间壁124a形成有与多个冷却流路FP3一一对应的多个贯通孔Ht。
如在图3中说明的那样,在多个贯通孔Ht分别安装有堵塞该贯通孔Ht的安装板PL。
在图4所示的示例中,在各安装板PL安装有沿着Y方向排列成两列的8个喷嘴N。
此外,安装于各安装板PL的喷嘴N的数量和配置并不限定于图4所示的例子。
例如,在各安装板PL既可以安装有配置成3行3列的9个喷嘴N,也可以安装有配置成两行两列的4个喷嘴N。
或者,也可以在各安装板PL仅安装有一个喷嘴N。
即,在各安装板PL安装有一个以上的喷嘴N。
另外,在间壁124a也可以形成沿Y方向延伸的一个贯通孔Ht(例如,将图4所示的多个贯通孔Ht之间连接起来的一个贯通孔Ht)而代替多个贯通孔Ht。
图5是用于说明图1所示的主体部120的另一说明图。
此外,图5的平面图是从+Z方向观察时的冷却器100的平面图。
另外,图5的C1-C2剖视图是冷却器100的沿着图5的平面图中的C1-C2线的剖视图,图5的D1-D2剖视图是冷却器100的沿着图5的平面图中的D1-D2线的剖视图。
图中的虚线箭头表示制冷剂的流动。
此外,在图5的C1-C2剖视图中,省略了安装板PL和喷嘴N的记载。
自供给管160流入到流入路径FP1的制冷剂经由图4所示的多个喷嘴N中的任一者而向多个冷却流路FP3中的任一者流入。
然后,在流入到多个冷却流路FP3的制冷剂与半导体模块200之间进行热交换。
另外,流入到多个冷却流路FP3的制冷剂流向流出路径FP2。
然后,流入到流出路径FP2的制冷剂自排出管162排出。
这样,在本实施方式中,能够利用自流入路径FP1向多个冷却流路FP3流入的新鲜的制冷剂,对半导体模块200(更详细而言,例如半导体芯片CH1和CH2等)进行冷却。
新鲜的制冷剂例如是与半导体模块200进行热交换之前的制冷剂、或者和与半导体模块200进行热交换之前的制冷剂大致相同的温度的制冷剂等。
另外,在本实施方式中,如C1-C2剖视图和D1-D2剖视图所示,多个间壁124c与外壁122a一体地形成。
例如,外壁122a和多个间壁124c互相一体地形成的结构物与制冷剂的接触面积大于未连接有多个间壁124c的情况下的外壁122a与制冷剂的接触面积。
因此,在本实施方式中,能够提高自半导体模块200经由外壁122a向制冷剂传递热的情况下的热传递的效率。
在图5中,外壁122e中的与外壁122a一体地形成的部分也被称为外壁122ea,外壁122e中的除外壁122ea以外的部分也被称为外壁122eb。
此外,多个间壁124c等的制造方法没有特别限定。
例如,与外壁122a一体地形成的多个间壁124c可以与间壁124a连接,也可以不与间壁124a连接。
另外,例如,多个间壁124c也可以不与外壁122a一体地形成。
在该情况下,多个间壁124c可以与间壁124a一体地形成。
与间壁124a一体地形成的多个间壁124c可以与外壁122a连接,也可以不与外壁122a连接。
或者,与外壁122a和间壁124a独立地形成的多个间壁124c也可以连接于外壁122a和间壁124a中的一者或两者。
接下来,作为与电力转换装置10对比的形态,参照图6说明从主体部120中省略了安装板PL和喷嘴N的形态(以下也称为对比例)。
图6是用于说明对比例的电力转换装置10Z的一个例子的说明图。
此外,在图6中示出了与图3所示的电力转换装置10的剖面对应的电力转换装置10Z的剖面。
对于与图1至图5中说明的要素相同的要素,标注相同的附图标记,并省略详细的说明。
图中的虚线箭头表示制冷剂的流动。
电力转换装置10Z除了具有冷却器100Z来代替图1等所示的冷却器100以外,与图1等所示的电力转换装置10相同。
冷却器100Z除了具有主体部120Z来代替图1等所示的主体部120以外,与图1等所示的冷却器100相同。
主体部120Z除了从主体部120中省略了图3所示的安装板PL和喷嘴N,并具有间壁124Za来代替间壁124a以外,与主体部120相同。
例如,间壁124Za配置于外壁122a与122b之间。
间壁124Za与外壁122a大致平行,将流入路径FP1与多个冷却流路FP3分隔,并且将流出路径FP2与多个冷却流路FP3分隔。
此外,在冷却器100Z中,在间壁124Za的+X方向上的缘部与外壁122c的内表面IFc之间确保有将流入路径FP1与多个冷却流路FP3连通的空间。
另外,在间壁124Za的-X方向上的缘部与外壁122d的内表面IFd之间,与冷却器100同样地确保有将流出路径FP2与多个冷却流路FP3连通的空间。
即,在冷却器100Z中,多个冷却流路FP3也分别在一端与流入路径FP1连通,在另一端与流出路径FP2连通。
这样,在冷却器100Z中,在流入路径FP1与多个冷却流路FP3连通的连通部分未设置喷嘴N。
另外,在冷却器100Z中,外壁122a的内表面IFa与间壁124Za的面SFa10之间的距离DISz大于冷却器100的外壁122a的内表面IFa(区域AR2)与间壁124a的面SFa10之间的距离DIS1。
因而,在冷却器100Z中,在多个冷却流路FP3的各冷却流路FP3中流动的制冷剂的流速比在冷却器100的多个冷却流路FP3的各冷却流路FP3中流动的制冷剂的流速慢。
即,冷却器100Z利用低速流动的制冷剂,将半导体模块200的整体均匀地冷却。
因此,在冷却器100Z中,与冷却器100相比,成为发热源的半导体芯片CH1和CH2的冷却效率降低。
与此相对,在本实施方式中,利用沿Z方向延伸的多个喷嘴N相对于外壁122a大致垂直地喷射制冷剂,因此能够高效地冷却成为发热源的半导体芯片CH1。
另外,在本实施方式中,通过使冷却器100的多个冷却流路FP3分别比冷却器100Z的多个冷却流路FP3的各冷却流路FP3节流,从而使制冷剂的流速增加。
其结果,在本实施方式中,与冷却器100Z相比,能够高效地冷却成为发热源的半导体芯片CH1和CH2等。
接着,参照图7对电力转换装置10整体的概略的内部构造进行说明。
图7是表示电力转换装置10整体的概略的内部构造的一个例子的立体图。
电力转换装置10除了图1等所示的冷却器100和半导体模块200以外,还具有电容器300、控制基板400、框体500、输入连接器520以及输出连接器540等。
电容器300使施加于半导体模块200的输入端子202和204之间的直流电压平滑化。
在控制基板400设有对半导体模块200进行控制的控制电路等。
框体500收纳冷却器100、半导体模块200、电容器300以及控制基板400等电力转换装置10的内部部件。
另外,在框体500设有输入连接器520和输出连接器540。
例如,自未图示的直流电源经由输入连接器520对半导体模块200的输入端子202和204之间施加直流电压。
另外,例如,U相、V相及W相这3相的交流电力自半导体模块200的输出端子206经由输出连接器540输出至未图示的外部装置(例如,马达)。
此外,电力转换装置10的结构并不限定于图7所示的例子。
例如,在本实施方式中,半导体模块200从单面被冷却,因此能够减小冷却器100的Z方向上的大小。
因此,在本实施方式中,能确保在半导体模块200的+Z方向上配置其他构件等的空间。
例如,控制基板400也可以配置为从+Z方向观察时一部分与半导体模块200重叠。
在该情况下,能够抑制电力转换装置10的Z方向上的大小变大,并且减小电力转换装置10的X方向上的大小。
综上,在本实施方式中,电力转换装置10具有冷却器100。
冷却器100具有沿Y方向延伸的主体部120。
主体部120具有外壁122a,该外壁122a包括供半导体模块200配置的外表面OFa和与外表面OFa相反的一侧的内表面IFa。
而且,主体部120具有:流入路径FP1,其沿Y方向延伸,制冷剂自该流入路径FP1的一端流入;流出路径FP2,其沿Y方向延伸,制冷剂自该流出路径FP2的一端流出;多个冷却流路FP3,其将内表面IFa作为壁面的一部分;间壁124a;以及多个喷嘴N。
间壁124a在与外表面OFa垂直的Z方向上与外壁122a空开间隔地配置,该间壁124a将流入路径FP1与多个冷却流路FP3分隔,并且将流出路径FP2与多个冷却流路FP3分隔。
多个喷嘴N设于多个冷却流路FP3的各冷却流路FP3与流入路径FP1连通的连通部分。
多个冷却流路FP3沿Y方向排列,并且沿与Y方向交叉的X方向延伸。
另外,多个冷却流路FP3在Z方向上位于流入路径FP1与外壁122a之间以及流出路径FP2与外壁122a之间。
而且,多个冷却流路FP3分别将流入路径FP1和流出路径FP2在X方向上连通。
这样,在本实施方式中,流入路径FP1内的制冷剂经由多个喷嘴N中的任一者向多个冷却流路FP3中的任一者流入。
自喷嘴N喷射出的制冷剂例如与外壁122a的内表面IFa的一部分(例如,区域AR1)碰撞。
例如,在本实施方式中,通过使制冷剂自喷嘴N喷出并与外壁122a中的靠近半导体模块200所包含的发热源(例如,半导体芯片CH1)的部分碰撞,能够高效地冷却半导体模块200内的发热源。
即,在本实施方式中,通过自喷嘴N喷射制冷剂,能够高效地冷却半导体模块200中靠近多个冷却流路FP3与流入路径FP1连通的连通部分的部分的热。
这样,在本实施方式中,能够高效地冷却半导体模块200。
即,在本实施方式中,能够提供高效地冷却半导体模块200的冷却器100。
另外,在本实施方式中,使制冷剂自流入路径FP1流向多个冷却流路FP3的多个喷嘴N沿着Z方向延伸。
由此,在本实施方式中,在从Z方向观察时,能够将外壁122a的内表面IFa中的包含与多个喷嘴N重叠的部分在内的区域AR1的热高效地传递至制冷剂。
因而,在本实施方式中,能够高效地对半导体模块200中靠近外壁122a的区域AR1的部分进行冷却。
另外,在本实施方式中,在从Z方向观察时,多个喷嘴N包括与半导体模块200所包含的作为发热源的半导体芯片CH1重叠的部分。
因此,在本实施方式中,能够高效地冷却半导体模块200所包含的作为发热源的半导体芯片CH1。
A2:第2实施方式
图8是用于说明第2实施方式的电力转换装置10A的一个例子的说明图。
此外,在图8中,示出了与图3所示的电力转换装置10的剖面对应的电力转换装置10A的剖面。
对与在图1至图7中说明的要素相同的要素标注相同的附图标记,并省略详细的说明。
图中的虚线箭头表示制冷剂的流动。
电力转换装置10A除了具有冷却器100A来代替图1等所示的冷却器100以外,与图1等所示的电力转换装置10相同。
冷却器100A除了具有主体部120A来代替图1等所示的主体部120以外,与图1等所示的冷却器100相同。
电力转换装置10A是“半导体装置”的另一例子,主体部120A是“冷却主体部”的另一例子。
主体部120A除了具有间壁124Aa来代替图3所示的间壁124a以外,与主体部120相同。
间壁124Aa是“间壁”的另一例子。
间壁124Aa除了具有突出部CV以外,与间壁124a相同。
在本实施方式中,假定与多个冷却流路FP3一一对应的多个突出部CV形成于间壁124Aa的情况。
突出部CV例如设于距流出路径FP2的距离小于距流入路径FP1的距离的位置。
例如,突出部CV自间壁124Aa中的将流出路径FP2与多个冷却流路FP3分隔的部分的至少一部分向靠近外壁122a的方向突出。
即,突出部CV自间壁124Aa中的间壁124Aa的-X方向上的缘部与间壁124b之间的一部分向+Z方向突出。
在本实施方式中,假定突出部CV以从+Z方向观察时包括与半导体芯片CH2重叠的部分的方式形成的情况。
此外,突出部CV是“第1部分”的一个例子。
突出部CV的面中与外壁122a的内表面IFa相对的面SFa101是间壁124Aa的面SFa10的一部分。
在本实施方式中,假定突出部CV的面SFa101与外壁122a的内表面IFa大致平行的情况。
此外,突出部CV的面SFa101也可以不与外壁122a的内表面IFa平行。
例如,突出部CV的面SFa101也可以以面SFa101的-X方向上的缘部靠近外壁122a的方式倾斜。
在图8中,与外壁122a的内表面IFa相对的面SFa10中比突出部CV的面SFa101靠+X方向的部分也被称为面SFa102。
另外,内表面IFa中与突出部CV的面SFa101相对的部分也被称为区域AR2a。
例如,突出部CV的面SFa101与外壁122a的区域AR2a之间的距离DIS2小于间壁124Aa的面SFa102与外壁122a的内表面IFa之间的距离DIS1。
即,在本实施方式中,间壁124Aa形成为,突出部CV的面SFa101与内表面IFa之间的距离DIS2小于将流入路径FP1与多个冷却流路FP3分隔的部分的面SFa102与内表面IFa之间的距离DIS1。
因此,在本实施方式中,通过外壁122a的内表面IFa与间壁124Aa的面SFa102之间并向外壁122a的区域AR2a与突出部CV的面SFa101之间流入的制冷剂的流动被节流。
即,在本实施方式中,将突出部CV的面SFa101和外壁122a的区域AR2a作为壁面的一部分的节流部分别置于多个冷却流路FP3。
因而,本实施方式中,多个冷却流路FP3各自也是“第1冷却流路”的一个例子。
另外,将突出部CV的面SFa101和外壁122a的区域AR2a作为壁面的一部分的节流部(外壁122a的区域AR2a与突出部CV的面SFa101之间的空间)是“第2节流部”的一个例子。
以下,将突出部CV的面SFa101和外壁122a的区域AR2a作为壁面的一部分的节流部也被简称为冷却流路FP3的节流部。
在着眼于冷却流路FP3的情况下,冷却流路FP3的位于突出部CV的面SFa101内的部分的截面积小于冷却流路FP3的位于贯通孔Ht与突出部CV之间的部分的截面积。
冷却流路FP3的截面积例如是在沿与X方向垂直的面将主体部120A剖切的情况下的剖视时所掌握的冷却流路FP3的面积。
此外,位于突出部CV的面SFa101内是“位于第2节流部内”的一个例子,位于贯通孔Ht与突出部CV之间是“位于第1冷却流路与第1流路连通的连通部分同第2节流部之间”的一个例子。
在本实施方式中,向外壁122a的区域AR2a与突出部CV的面SFa101之间流入的制冷剂的流动被节流,因此能够使在外壁122a的区域AR2a与突出部CV的面SFa101之间通过的制冷剂的流速增加。
由此,在本实施方式中,能够高效地冷却从+Z方向观察时与突出部CV重叠的半导体芯片CH2。
综上,在本实施方式中,也能够得到与上述的第1实施方式同样的效果。
而且,在本实施方式中,冷却器100A具有分别设于多个冷却流路FP3的节流部(将突出部CV的面SFa101和外壁122a的区域AR2a作为壁面的一部分的节流部)。
由此,在本实施方式中,能够高效地冷却半导体模块200所包含的发热源中的从+Z方向观察时与冷却流路FP3的节流部重叠的半导体芯片CH2。
另外,在本实施方式中,突出部CV设于距流出路径FP2的距离小于距流入路径FP1的距离的位置。
即,在本实施方式中,冷却流路FP3的节流部设于距流出路径FP2的距离小于距流入路径FP1的距离的位置。
由此,在本实施方式中,能够高效地冷却半导体模块200所包含的发热源中的位于远离流入路径FP1的场所的半导体芯片CH2。
另外,在本实施方式中,冷却流路FP3的位于冷却流路FP3的节流部内(例如,位于面SFa101内)的部分的截面积小于冷却流路FP3的位于将冷却流路FP3和流入路径FP1连通的连通部分与冷却流路FP3的节流部之间的部分的截面积。
由此,在本实施方式中,能够使通过冷却流路FP3的节流部的制冷剂的流速增加。
其结果,在本实施方式中,能够将半导体模块200所包含的发热源中的从+Z方向观察时与冷却流路FP3的节流部重叠的半导体芯片CH2的热高效地向制冷剂传递。
另外,在本实施方式中,间壁124Aa形成为,作为将流出路径FP2与冷却流路FP3分隔的部分的至少一部分的突出部CV与外壁122a的内表面IFa之间的距离DIS2小于将流入路径FP1与冷却流路FP3分隔的部分与内表面IFa之间的距离DIS1。
突出部CV包括成为冷却流路FP3的节流部的壁面的一部分的面。
由此,在本实施方式中,能够抑制冷却流路FP3的Y方向上的大小变小,并且能够减小冷却流路FP3的位于冷却流路FP3的节流部内的部分的截面积。
即,在本实施方式中,能够抑制外壁122a的内表面IFa与制冷剂的接触面积变小,并且使通过冷却流路FP3的节流部的制冷剂的流速增加。
其结果,在本实施方式中,能够高效地对半导体模块200所包含的发热源中的从+Z方向观察时与冷却流路FP3的节流部重叠的半导体芯片CH2进行冷却。
A3:第3实施方式
图9是用于说明第3实施方式的电力转换装置10B的一个例子的说明图。
此外,在图9中,示出了与图3所示的电力转换装置10的剖面对应的电力转换装置10B的剖面。
对与图1至图8中说明的要素相同的要素标注相同的附图标记,并省略详细的说明。
图中的虚线箭头表示制冷剂的流动。
电力转换装置10B除了具有冷却器100B来代替图1等所示的冷却器100以外,与图1等所示的电力转换装置10相同。
冷却器100B除了具有主体部120B来代替图1等所示的主体部120以外,与图1等所示的冷却器100相同。
电力转换装置10B是“半导体装置”的另一例子,主体部120B是“冷却主体部”的另一例子。
主体部120B除了喷嘴N相对于Z方向倾斜以外,与图8所示的主体部120A相同。
即,冷却器100B除了喷嘴N相对于Z方向倾斜以外,与图8所示的冷却器100A相同。
喷嘴N以成为制冷剂的出口的端部(+Z方向上的端部)相对于成为制冷剂的入口的端部(-Z方向上的端部)位于-X方向的方式倾斜。
例如,多个喷嘴N各自的+Z方向上的端部在从+Z方向观察时位于半导体芯片CH1的沿着Y方向的两条边的靠+X方向的边与该两条边的中心之间。
接下来,参照图10,对使喷嘴N倾斜的情况的作用进行说明。
图10是用于说明图9所示的冷却器100B的作用的说明图。
图10的图表的纵轴表示外壁122a与制冷剂之间的热传导率,图表的横轴表示以与外壁122a碰撞的制冷剂的碰撞位置CT为中心的情况下的距中心的距离。
在图10中,以制冷剂的碰撞位置CT与半导体芯片CH1的X方向上的中心一致的情况为例,对使喷嘴N倾斜的情况的作用进行说明。
图10的“无倾斜”的图表表示喷嘴N沿着Z方向延伸的情况下的热传导率与距制冷剂的碰撞位置CT的距离之间的关系。
另外,图10的“有倾斜”的图表表示喷嘴N相对于Z方向倾斜的情况下的热传导率与距制冷剂的碰撞位置CT的距离之间的关系。
此外,图10的“有倾斜”的图表的虚线表示喷嘴N沿着Z方向延伸的情况下的热传导率与距制冷剂的碰撞位置CT的距离之间的关系(图10的“无倾斜”的图表)。
在喷嘴N沿着Z方向延伸的情况下,热传递率的最大值大于喷嘴N相对于Z方向倾斜的情况下的热传递率的最大值。
但是,远离制冷剂的碰撞位置CT的位置处的热传递率小于喷嘴N相对于Z方向倾斜的情况下的热传递率。
例如,在喷嘴N相对于Z方向的倾斜角θ较小的情况下,与倾斜角θ较大的情况相比,热传递率的最大值变大,热传递率提高的范围变小。
因此,在本实施方式中,通过使喷嘴N相对于Z方向倾斜,从而与喷嘴N沿着Z方向延伸的情况相比,提高较大范围的热传递率。
例如,在高效地冷却X方向上的大小为距离WD的半导体芯片CH1的情况下,优选以满足表达式(1)且半导体芯片CH1的X方向上的中心与制冷剂的碰撞位置CT大致一致的方式配置喷嘴N:
DIS1·tanθ≤WD/2…(1)。
此外,在满足表达式(1)的情况下,多个喷嘴N各自的+Z方向上的端部也可以在从+Z方向观察时不与半导体芯片CH1重叠。
综上,在本实施方式中,也能够得到与上述的第2实施方式同样的效果。
另外,在本实施方式中,使制冷剂自流入路径FP1流向冷却流路FP3的一个以上的喷嘴N相对于Z方向倾斜。
由此,在本实施方式中,与喷嘴N沿着Z方向延伸的情况相比,能够以外壁122a与制冷剂的碰撞位置CT为中心提高较大范围的热传递率。
A4:第4实施方式
图11是用于说明第4实施方式的电力转换装置10C的一个例子的说明图。
此外,在图11中,示出了与图3所示的电力转换装置10的剖面对应的电力转换装置10C的剖面。
对与在图1至图10中说明的要素相同的要素标注相同的附图标记,并省略详细的说明。
图中的虚线箭头表示制冷剂的流动。
电力转换装置10C除了具有冷却器100C来代替图1等所示的冷却器100以外,与图1等所示的电力转换装置10相同。
冷却器100C除了具有主体部120C来代替图1等所示的主体部120以外,与图1等所示的冷却器100相同。
电力转换装置10C是“半导体装置”的另一例子,主体部120C是“冷却主体部”的另一例子。
主体部120C除了从主体部120中省略了图3所示的安装板PL和喷嘴N,并具有间壁124Ba而代替间壁124a以外,与主体部120相同。
间壁124Ba是“间壁”的另一例子。
例如,间壁124Ba配置于外壁122a和122b之间,将流入路径FP1与多个冷却流路FP3分隔,并且将流出路径FP2与多个冷却流路FP3分隔。
间壁124Ba中将流入路径FP1与多个冷却流路FP3分隔的部分是比间壁124b靠+X方向的部分,将流出路径FP2与多个冷却流路FP3分隔的部分是比间壁124b的靠-X方向的部分。
此外,在冷却器100C中,在间壁124Ba的+X方向上的缘部与外壁122c的内表面IFc之间确保有将流入路径FP1与多个冷却流路FP3连通的空间。
另外,在间壁124a的-X方向上的缘部与外壁122d的内表面IFd之间,与冷却器100同样地确保有将流出路径FP2与多个冷却流路FP3连通的空间。
即,在冷却器100C中,多个冷却流路FP3分别在一端与流入路径FP1连通,在另一端与流出路径FP2连通。
另外,在本实施方式中,间壁124Ba形成为与外壁122a的内表面IFa相对的面SFa10相对于内表面IFa倾斜。
例如,间壁124Ba中比间壁124b靠+X方向的部分以+X方向上的缘部远离外壁122a的方式倾斜,间壁124Ba中比间壁124b靠-X方向的部分以-X方向上的缘部靠近外壁122a的方式倾斜。
因而,间壁124Ba的面SFa10中比间壁124b靠+X方向的部分的面SFa104以+X方向上的缘部远离外壁122a的内表面IFa的方式倾斜。
另外,间壁124Ba的面SFa10中比间壁124b靠-X方向的部分的面SFa103以-X方向上的缘部靠近外壁122a的内表面IFa的方式倾斜。
例如,间壁124Ba的面SFa104的+X方向上的缘部与外壁122a的内表面IFa之间的距离DIS3为间壁124Ba的面SFa10的X方向上的中心与内表面IFa之间的距离DIS1以上。
另外,例如,间壁124Ba的面SFa103的-X方向上的缘部与外壁122a的内表面IFa之间的距离DIS2小于距离DIS1。
即,间壁124Ba的+X方向上的缘部与外壁122a的内表面IFa之间的距离DIS3大于间壁124Ba的-X方向上的缘部与外壁122a的内表面IFa之间的距离DIS2。
此外,间壁124Ba的+X方向上的缘部是间壁124Ba的沿着Y方向的两个缘部中的靠近流入路径FP1的缘部,是“第1缘部”的一个例子。
另外,间壁124Ba的-X方向上的缘部是间壁124Ba的沿着Y方向的两个缘部中的靠近流出路径FP2的缘部,是“第2缘部”的一个例子。
在图11中,外壁122a的内表面IFa中与间壁124Ba的面SFa103相对的部分也被称为区域AR2a。
在本实施方式中,通过外壁122a的内表面IFa与间壁124Ba的面SFa104之间并向外壁122a的区域AR2a与间壁124Ba的面SFa103之间流入的制冷剂的流动被节流。
即,在本实施方式中,将间壁124Ba的面SFa103和外壁122a的区域AR2a作为壁面的一部分的节流部分别设于多个冷却流路FP3。
因而,本实施方式中,多个冷却流路FP3各自也是“第1冷却流路”的一个例子。
另外,将间壁124Ba的面SFa103和外壁122a的区域AR2a作为壁面的一部分的节流部(外壁122a的区域AR2a与间隔壁124Ba的面SFa103之间的空间)是“第2节流部”的另一例子。
以下,将间壁124Ba的面SFa103和外壁122a的区域AR2a作为壁面的一部分的节流部也被简称为冷却流路FP3的节流部。
在本实施方式中,向外壁122a的区域AR2a与间壁124Ba的面SFa103之间流入的制冷剂的流动被节流,因此能够使在外壁122a的区域AR2a与间壁124Ba的面SFa103之间通过的制冷剂的流速增加。
例如,靠近间壁124Ba的面SFa103的-X方向上的缘部的位置的制冷剂的流速比远离面SFa103的-X方向上的缘部的位置的制冷剂的流速快。
在此,例如,靠近面SFa103的-X方向上的缘部的位置的制冷剂是与半导体模块200进行了热交换的制冷剂。
因此,靠近面SFa103的-X方向上的缘部的位置的制冷剂的温度高于远离面SFa103的-X方向上的缘部的位置的制冷剂的温度。
因此,在本实施方式中,通过使靠近面SFa103的-X方向上的缘部的位置的制冷剂的流速快于远离面SFa103的-X方向上的缘部的位置的制冷剂的流速,从而抑制了靠近面SFa103的-X方向上的缘部的位置的冷却效率的降低。
其结果,在本实施方式中,能够高效地冷却从+Z方向观察时与间壁124Ba的面SFa103重叠的半导体芯片CH2。
另外,在本实施方式中,从+Z方向观察时,间壁124Ba的+X方向上的缘部位于外壁122a的内表面IFa的沿着Y方向的两个缘部中的靠近流入路径FP1的缘部与半导体芯片CH1之间。
由此,自流入路径FP1向冷却流路FP3流入的制冷剂朝向+Z方向与-X方向之间的方向移动,并与外壁122a的内表面IFa的区域AR1碰撞。
因而,在本实施方式中,能够利用与区域AR1碰撞的制冷剂,高效地冷却靠近区域AR1的半导体芯片CH1。
此外,冷却器100C的结构并不限定于图11所示的例子。
例如,在图11中,在间壁124Ba中比间壁124b靠+X方向的部分和比间壁124b靠-X方向的部分,相对于外壁122a的内表面IFa的倾斜角不同,但倾斜角也可以在+X方向的部分和-X方向的部分相同。
另外,间壁124Ba中比间壁124b靠+X方向的部分也可以形成为与外壁122a的内表面IFa大致平行。
或者,间壁124Ba中比间壁124b靠+X方向的部分也可以与图3或图8所示的间壁124Aa同样地形成。
在该情况下,也可以与图3或图8同样地,在间壁124Ba中比间壁124b靠+X方向的部分(与间壁124Aa同样地形成的部分)安装喷嘴N。
或者,在间壁124Ba中比间壁124b靠+X方向的部分与间壁124Aa同样地形成的情况下,也可以不安装喷嘴N。
另外,间壁124Ba中比间壁124b靠-X方向的部分也可以与图3或图8所示的间壁124Aa同样地形成。
综上,在本实施方式中,也能够得到与上述的实施方式同样的效果。
例如,在本实施方式中,间壁124Ba的沿着Y方向的两个缘部中的靠近流入路径FP1的缘部与外壁122a的内表面IFa之间的距离DIS3大于该两个缘部中的靠近流出路径FP2的缘部与内表面IFa之间的距离DIS2。
另外,间壁124Ba中将流出路径FP2与冷却流路FP3分隔的部分包括成为冷却流路FP3的节流部的壁面的一部分的面SFa103。
由此,在本实施方式中,能够使在外壁122a的内表面IFa与间壁124Ba的面SFa103之间通过的制冷剂的流速增加。
其结果,在本实施方式中,能够高效地冷却从+Z方向观察时与间壁124Ba的面SFa103重叠的半导体芯片CH2。
B:变形例
以上例示的实施方式能够进行各种变形。
以下例示能够应用于上述的实施方式的具体的变形的方式。
也可以将从以下的例示中任意选择出的两个以上的方式在不相互矛盾的范围内合并。
B1:第1变形例
在上述的第1实施方式中,例示了具有设有喷嘴N的间壁124a的冷却器100,但本发明并不限定于这样的方式。例如,冷却器100也可以不具有喷嘴N。
图12是用于说明第1变形例的电力转换装置10D的一个例子的说明图。
此外,在图12中,示出了与图3所示的电力转换装置10的剖面对应的电力转换装置10D的剖面。
对与在图1至图11中说明的要素相同的要素标注相同的附图标记,并省略详细的说明。
图中的虚线箭头表示制冷剂的流动。
电力转换装置10D除了具有冷却器100D来代替图1等所示的冷却器100以外,与图1等所示的电力转换装置10相同。
冷却器100D除了具有主体部120D来代替图1等所示的主体部120以外,与图1等所示的冷却器100相同。
主体部120D除了从主体部120省略图3所示的安装板PL和喷嘴N以外,与主体部120相同。
在本变形例中,例如,流入到流入路径FP1的制冷剂通过多个贯通孔Ht而向多个冷却流路FP3流入。
然后,流入到多个冷却流路FP3的制冷剂通过间壁124a的-X方向上的缘部与外壁122d的内表面IFd之间,向流出路径FP2流入。
此外,在本变形例中,多个冷却流路FP3各自与流入路径FP1连通的连通部分被贯通孔Ht节流。
因而,在本变形例中,贯通孔Ht是“第1节流部”的一个例子。
例如,在本变形例中,利用与多个冷却流路FP3一一对应的多个贯通孔Ht,流入路径FP1内的制冷剂相对于外壁122a大致垂直地喷射而向多个冷却流路FP3流入。
由此,制冷剂与外壁122a的内表面IFa中包括在从+Z方向观察时与多个贯通孔Ht重叠的部分在内的区域AR1碰撞。
与内表面IFa中的区域AR1碰撞后的制冷剂例如向与内表面IFa大致平行的-X方向移动。
以上,在本变形例中,也能够得到与上述的第1实施方式同样的效果。
此外,在本变形例中,图8所示的突出部CV也可以形成于间壁124a。
在该情况下,能够得到与上述的第2实施方式同样的效果。
B2:第2变形例
在上述的实施方式中,例示了具有头部140的冷却器100,但本发明并不限定于这样的方式。
例如,冷却器100也可以不具有头部140。
图13是用于说明第2变形例的电力转换装置10E的一个例子的说明图。
此外,在图13中,示出了电力转换装置10E的立体图、B1-B2剖视图以及C1-C2剖视图。
图13的B1-B2剖视图是电力转换装置10E的沿着图13的立体图中的B1-B2线的剖视图。
另外,图13的C1-C2剖视图是冷却管120E和半导体模块200的沿着图13的立体图中的C1-C2线的剖视图。
图中的虚线箭头表示制冷剂的流动。
对与在图1至图12中说明的要素相同的要素标注相同的附图标记,并省略详细的说明。
电力转换装置10E例如具有3个半导体模块200u、200v以及200w和对半导体模块200u、200v以及200w进行冷却的冷却器100E。
冷却器100E具有在Y方向上延伸的主体部102、供给管160以及排出管162。
电力转换装置10E是“半导体装置”的另一例子,主体部102是“冷却主体部”的另一例子。
主体部102具有:冷却管120E,其包括在Y方向上排列且沿X方向延伸的多个冷却流路FP3;输送管130i,其包括沿Y方向延伸的流入路径FP1;以及输送管130o,其包括沿Y方向延伸的流出路径FP2。
冷却管120E例如具有与X-Y平面大致平行的外壁122a和122Ab、与Y-Z平面大致平行的外壁122c和122d、与X-Z平面大致平行的外壁122e和122f。
此外,在外壁122Ab的+X方向上的缘部与外壁122c之间确保有将流入路径FP1与多个冷却流路FP3连通的空间。
同样地,在外壁122Ab的-X方向上的缘部与外壁122d之间确保有将流出路径FP2与多个冷却流路FP3连通的空间。
即,冷却管120E是具有与流入路径FP1连通的开口以及与流出路径FP2连通的开口的中空的长方体。
另外,在外壁122Ab的沿着Y方向的两个缘部中的靠近流出路径FP2的缘部,与图8所示的间壁124Aa同样地形成有突出部CV。
在冷却管120E中,也在多个冷却流路FP3分别设有基于突出部CV形成的节流部。
另外,冷却管120E具有在X方向上延伸且沿Y方向排列的多个间壁124c。
多个间壁124c例如分别是与X-Z平面大致平行的壁,并与外壁122a、122Ab、122c以及122d连接。
此外,多个间壁124c的各间壁也可以不与外壁122a和122Ab中的一者连接。
或者,多个间壁124c的各间壁也可以不与外壁122c和122d连接。
利用多个间壁124c将冷却管120E内的空间分隔成多个冷却流路FP3。
在冷却管120E中,供半导体模块200配置的外壁122a的内表面IFa也成为多个冷却流路FP3的壁面的一部分。
输送管130i例如具有与X-Y平面大致平行的外壁132ia和132ib、与Y-Z平面大致平行的外壁132ic和132id、与X-Z平面大致平行的外壁132ie和132if。
此外,在外壁132ia的-X方向上的缘部与外壁132id之间确保有将流入路径FP1与多个冷却流路FP3连通的空间。
另外,在外壁132ie形成有贯通外壁132ie的供给口Hi。
即,输送管130i是具有与多个冷却流路FP3连通的开口和供给口Hi的中空长方体。
输送管130o例如具有与X-Y平面大致平行的外壁132oa和132ob、与Y-Z平面大致平行的外壁132oc和132od、与X-Z平面大致平行的外壁132oe和132of。
此外,在外壁132oa的+X方向上的缘部与外壁132od之间确保有将流出路径FP2与多个冷却流路FP3连通的空间。
另外,在外壁132oe形成有贯通外壁132oe的排出口Ho。
即,输送管130o是具有与多个冷却流路FP3连通的开口和排出口Ho的中空的长方体。
冷却管120E与输送管130i的外壁132ia和132id、以及输送管130o的外壁132oa和132od连接。
由此,多个冷却流路FP3的各冷却流路将流入路径FP1与流出路径FP2在X方向上连通。
另外,在本变形例中,也是多个冷却流路FP3在Z方向上位于流入路径FP1与外壁122a之间以及流出路径FP2与外壁122a之间。
此外,冷却管120E、输送管130i以及输送管130o各自的形状并不限定于沿Y方向延伸的长方体。
例如,从-Y方向观察时的输送管130i和130o各自的形状也可以是具有曲线的形状。
同样地,从-Y方向观察时的冷却管120E的形状也可以是具有曲线的形状。
此外,输送管130i、输送管130o、供给管160以及排出管162也可以分别由相同的材料形成。
另外,输送管130i的外壁132ib也可以与输送管130o的外壁132ob一体地形成。
在该情况下,输送管130i和130o可以具有将流入路径FP1和流出路径FP2分隔的共用的间壁(例如,与图3所示的间壁124a同样的间壁)来代替外壁132id和132od。
综上,在本变形例中,也能够得到与上述的实施方式和变形例同样的效果。
例如,在本变形例中,也能够高效地冷却从+Z方向观察时与突出部CV重叠的半导体芯片CH2。
另外,在本变形例中,由于未设置头部140,因此能够减小冷却器100E的Y方向上的大小。
此外,在本变形例中,冷却管120E也可以在多个冷却流路FP3各自与流入路径FP1连通的连通部分具有图3或图8所示的一个以上的喷嘴N。
在该情况下,能够得到与上述的第2实施方式和第3实施方式同样的效果。
B3:第3变形例
在上述的第2实施方式中,也可以从主体部120B省略安装板PL和喷嘴N。或者,在上述的第2实施方式和第3实施方式中,安装板PL和一个以上的喷嘴N也可以安装于间壁124Aa与外壁122c之间。
在该情况下,一个以上的喷嘴N也可以在X方向上位于半导体芯片CH1与外壁122c之间。
以上,在本变形例中,也能够得到与上述的实施方式和变形例同样的效果。
B4:第4变形例
在上述的第1实施方式、第2实施方式以及第3实施方式中,例示了在多个冷却流路FP3各自与流入路径FP1连通的连通部分设有一个以上的喷嘴N的情况,但本发明并不限定于这样的方式。
例如,也可以是,在多个冷却流路FP3中的一部分冷却流路FP3中,在冷却流路FP3与流入路径FP1连通的连通部分未设置安装板PL和喷嘴N。
在该情况下,供制冷剂自设有安装板PL和喷嘴N的连通部分流入的冷却流路FP3相当于“第1冷却流路”。
以上,在本变形例中,也能够得到与上述的第1实施方式、第2实施方式以及第3实施方式同样的效果。
此外,也可以代替喷嘴N而设置利用冲孔或翻边等加工形成的孔部。
在该情况下,间壁124a与安装板PL也可以一体地形成。
上述孔部也可以形成为在流动方向上变窄的锥状、或相对于板厚方向倾斜地形成。
B5:第5变形例
在上述的第2实施方式、第3实施方式以及第2变形例中,例示了在多个冷却流路FP3分别设置基于突出部CV形成的节流部的情况,但本发明并不限定于这样的方式。
例如,也可以在多个冷却流路FP3中的一部分冷却流路FP3不设置基于突出部CV形成的节流部。
在该情况下,设有基于突出部CV形成的节流部的冷却流路FP3相当于“第1冷却流路”。
以上,在本变形例中,也能够得到与上述的第2实施方式、第3实施方式以及第2变形例同样的效果。
B6:第6变形例
在上述的实施方式和变形例中,例示了多个冷却流路FP3分别在一端与流入路径FP1连通,在另一端与流出路径FP2连通的情况,但本发明并不限定于这样的方式。
例如,也可以是,多个冷却流路FP3分别在X方向上,在外壁122c的内表面IFc与间壁124b的面SFb1之间的中间附近同流入路径FP1连通,在外壁122d的内表面IFd与间壁124b的面SFb2之间的中间附近同流出路径FP2连通。
以上,在本变形例中,也能够得到与上述的实施方式和变形例同样的效果。

Claims (17)

1.一种冷却器,其中,
该冷却器具备沿第1方向延伸的冷却主体部,
所述冷却主体部具备:
冷却壁,其包括供发热体配置的第1面和与所述第1面相反的一侧的第2面;
第1流路,其沿所述第1方向延伸,制冷剂自该第1流路的一端流入;
第2流路,其沿所述第1方向延伸,所述制冷剂自该第2流路的一端流出;
多个冷却流路,其将所述第2面作为壁面的一部分;
间壁,其在与所述第1面垂直的第3方向上与所述冷却壁空开间隔地配置,该间壁将所述第1流路与所述多个冷却流路分隔,并且将所述第2流路与所述多个冷却流路分隔;以及
第1节流部,其设于所述多个冷却流路中的第1冷却流路与所述第1流路连通的连通部分,
所述多个冷却流路在所述第1方向上排列,并且沿与所述第1方向交叉的第2方向延伸,
所述多个冷却流路在所述第3方向上位于所述第1流路与所述冷却壁之间以及所述第2流路与所述冷却壁之间,
所述多个冷却流路分别将所述第1流路与所述第2流路在所述第2方向上连通。
2.根据权利要求1所述的冷却器,其中,
该冷却器具有沿所述第3方向延伸并使所述制冷剂自所述第1流路流向所述第1冷却流路的一个以上的喷嘴作为所述第1节流部。
3.根据权利要求1所述的冷却器,其中,
该冷却器具有相对于所述第3方向倾斜并使所述制冷剂自所述第1流路流向所述第1冷却流路的一个以上的喷嘴作为所述第1节流部。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的冷却器,其中,
在从所述第3方向俯视观察时,所述第1节流部包括与所述发热体所包含的作为发热源的半导体芯片重叠的部分。
5.根据权利要求1~3中任一项所述的冷却器,其中,
该冷却器还具备第2节流部,该第2节流部设于所述第1冷却流路。
6.根据权利要求5所述的冷却器,其中,
所述第2节流部设于距所述第2流路的距离小于距所述第1流路的距离的位置。
7.根据权利要求6所述的冷却器,其中,
所述第1冷却流路的位于所述第2节流部内的部分的截面积小于所述第1冷却流路的位于所述第1冷却流路与所述第1流路连通的连通部分同所述第2节流部之间的部分的截面积。
8.根据权利要求5所述的冷却器,其中,
所述间壁形成为,
作为将所述第2流路和所述第1冷却流路分隔的部分的至少一部分的第1部分与所述第2面之间的距离小于将所述第1流路和所述第1冷却流路分隔的部分与所述第2面之间的距离,
所述第1部分包括成为所述第2节流部的壁面的一部分的面。
9.根据权利要求5所述的冷却器,其中,
所述间壁包括靠近所述第1流路的第1缘部和靠近所述第2流路的第2缘部而作为沿所述第1方向延伸的两个缘部,
所述第1缘部与所述第2面之间的距离大于所述第2缘部与所述第2面之间的距离,
所述间壁包括将所述第2流路与所述第1冷却流路分隔的部分,该部分包括成为所述第2节流部的壁面的一部分的面。
10.一种半导体装置,其中,
该半导体装置具备权利要求1~3中任一项所述的冷却器。
11.一种冷却器,其中,
该冷却器具备沿第1方向延伸的冷却主体部,
所述冷却主体部具备:
冷却壁,其包括供发热体配置的第1面和与所述第1面相反的一侧的第2面;
第1流路,其沿所述第1方向延伸,制冷剂自该第1流路的一端流入;
第2流路,其沿所述第1方向延伸,所述制冷剂自该第2流路的一端流出;
多个冷却流路,其将所述第2面作为壁面的一部分;
间壁,其在与所述第1面垂直的第3方向上与所述冷却壁空开间隔地配置,该间壁将所述第1流路与所述多个冷却流路分隔,并且将所述第2流路与所述多个冷却流路分隔;以及
第2节流部,其设于所述多个冷却流路中的第1冷却流路,
所述多个冷却流路在所述第1方向上排列,并且沿与所述第1方向交叉的第2方向延伸,
所述多个冷却流路在所述第3方向上位于所述第1流路与所述冷却壁之间以及所述第2流路与所述冷却壁之间,
所述多个冷却流路分别将所述第1流路与所述第2流路在所述第2方向上连通。
12.根据权利要求11所述的冷却器,其中,
所述第2节流部设于距所述第2流路的距离小于距所述第1流路的距离的位置。
13.根据权利要求12所述的冷却器,其中,
所述第1冷却流路的位于所述第2节流部内的部分的截面积小于所述第1冷却流路的位于所述第1冷却流路与所述第1流路连通的连通部分同所述第2节流部之间的部分的截面积。
14.根据权利要求11~13中任一项所述的冷却器,其中,
所述间壁形成为,
作为将所述第2流路和所述第1冷却流路分隔的部分的至少一部分的第1部分与所述第2面之间的距离小于将所述第1流路和所述第1冷却流路分隔的部分与所述第2面之间的距离,
所述第1部分包括成为所述第2节流部的壁面的一部分的面。
15.根据权利要求11~13中任一项所述的冷却器,其中,
所述间壁包括靠近所述第1流路的第1缘部和靠近所述第2流路的第2缘部而作为沿所述第1方向延伸的两个缘部,
所述第1缘部与所述第2面之间的距离大于所述第2缘部与所述第2面之间的距离,
所述间壁包括将所述第2流路与所述第1冷却流路分隔的部分,该部分包括成为所述第2节流部的壁面的一部分的面。
16.根据权利要求15所述的冷却器,其中,
所述第2面包括沿所述第1方向延伸的两个缘部,
在从所述第3方向俯视观察时,所述第1缘部位于所述第2面的所述两个缘部中的靠近所述第1流路的缘部与所述发热体所包括的作为发热源的半导体芯片之间。
17.一种该半导体装置,其中,
该半导体装置具备权利要求11~13中任一项所述的冷却器。
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