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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitereinheit und insbesondere auf eine Technik zur Kühlung einer wärmeerzeugenden Komponente, die mit einem Gehäuse abgedeckt ist.
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STAND DER TECHNIK
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Die Wärmeabstrahlung einer Leistungshalbleitereinheit, bei der es sich um eine wärmeerzeugende Komponente handelt, ist mit einem Kühlkörper (einer Wärmesenke), einem Lüfter und dergleichen ausgelegt. Eine Leistungshalbleitereinheit weist zum Beispiel eine Konfiguration auf, bei der ein Kühlkörper, der einen Basisbereich und Rippen aufweist, an eine Oberfläche eines Leistungshalbleiterelements geschraubt ist. Die Wärme, die von dem Leistungshalbleiterelement erzeugt wird, wird mittels Kühlluft abgestrahlt, die von dem Lüfter o. dgl. erzeugt wird und durch die Rippen des Kühlkörpers hindurchströmt.
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Die Kühlwirkung der Komponente, die nicht an dem Kühlkörper angebracht ist, ist jedoch geringer als die Kühlwirkung des Leistungshalbleiterelements, das an dem Kühlkörper angebracht ist. Ferner besteht bisher ein Problem dahingehend, dass diese Komponenten Wärme aufnehmen, die in dem Leistungshalbleiterelement erzeugt wird, und überhitzt werden.
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Das Patentdokument 1 offenbart eine elektronische Vorrichtung, in der ein Durchgangsloch angeordnet ist, das sich durch einen Basisbereich hindurch erstreckt, an dem eine wärmeerzeugende Komponente montiert ist. Das Durchgangsloch beseitigt eine Luftstagnation aufgrund von Komponenten, die eine Lüftung blockieren, und verbessert die Kühlwirkung.
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DOKUMENT ZUM STAND DER TECHNIK
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Patentdokument
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Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift
JP 2014-165 409 A -
KURZBESCHREIBUNG
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Mit der Erfindung zu lösendes Problem
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Bei der im Patentdokument 1 beschriebenen elektronischen Vorrichtung ist ein Luftströmungspfad, in dem Kühlluft strömt, nicht ausgebildet, und andere wärmeerzeugende Komponenten als die wärmeerzeugende Komponente, die an dem Basisbereich angebracht ist, werden nicht gekühlt.
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Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das vorstehend beschriebene Problem zu lösen, und ihre Aufgabe besteht darin, eine Halbleitereinheit anzugeben, bei der ein Luftströmungspfad in einem Gehäuse ausgebildet ist und bei der nicht nur ein an einem Kühlkörper montiertes Halbleitermodul, sondern auch eine in dem Gehäuse angeordnete elektronische Komponente gekühlt werden können.
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Mittel zum Lösen des Problems
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Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Halbleitereinheit Folgendes auf: einen Kühlkörper, der Rippen, die einen ersten Luftströmungspfad bilden, in dem eine erste Kühlluft von dem einen Ende in Richtung zu dem anderen Ende strömt, und einen Basisbereich aufweist, der die Form einer Platte aufweist, und der mit einem Halbleitermodul an der einen Oberfläche des Basisbereichs und den Rippen versehen ist, die an der anderen Oberfläche des Basisbereichs stehen; ein Gehäuse, das an dem Basisbereich des Kühlkörpers angebracht ist und die eine Oberfläche des Basisbereichs, das Halbleitermodul, eine elektronische Komponente, die in Verbindung mit dem Halbleitermodul betrieben wird, sowie eine Leiterplatte abdeckt, an der die elektronische Komponente montiert ist, wobei das Gehäuse das Halbleitermodul in einem Raum aufnimmt, der zwischen der einen Oberfläche und dem Gehäuse ausgebildet ist; einen Lüfter, der so konfiguriert ist, dass er die erste Kühlluft in Richtung zu dem ersten Luftströmungspfad schickt, um die Rippen zu kühlen; eine erste Lüftungsöffnung, die eine Verbindung zwischen dem Innenbereich des Gehäuses und dem Außenbereich des Gehäuses herstellt und so konfiguriert ist, dass sie eine zweite Kühlluft in das Gehäuse einsaugt oder aufnimmt; sowie eine zweite Lüftungsöffnung, die eine Verbindung zwischen dem Innenbereich des Gehäuses und dem Außenbereich des Gehäuses herstellt und so konfiguriert ist, dass sie die in das Gehäuse eingesaugte oder aufgenommene zweite Kühlluft in den Außenbereich des Gehäuses ablässt.
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Die erste Lüftungsöffnung ist oberhalb einer halben Höhe eines höchsten Bereichs in Bezug auf die Höhe der elektronischen Komponente von der Leiterplatte aus angeordnet, wobei die elektronische Komponente an einer Oberfläche der Leiterplatte in dem Gehäuse montiert ist. Die zweite Lüftungsöffnung erstreckt sich durch die eine Oberfläche in dem Gehäuse und die andere Oberfläche des Basisbereichs hindurch.
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Aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Innenbereich des Gehäuses und dem Außenbereich des Gehäuses, der aufgrund eines Stroms der ersten Kühlluft an der zweiten Lüftungsöffnung ausgebildet ist, bilden die erste Lüftungsöffnung und die zweite Lüftungsöffnung in dem Gehäuse einen zweiten Luftströmungspfad, in den die zweite Kühlluft aus der ersten Lüftungsöffnung eingesaugt oder aufgenommen wird und aus der zweiten Lüftungsöffnung in den Außenbereich des Gehäuses abgelassen wird. Eine Luftströmungsgeschwindigkeit der zweiten Kühlluft an der Oberfläche der Leiterplatte ist geringer als eine Luftströmungsgeschwindigkeit der zweiten Kühlluft an der elektronischen Komponente.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der Erfindung wird eine Halbleitereinheit angegeben, bei der ein Luftströmungspfad in einem Gehäuse ausgebildet ist und nicht nur ein an einem Kühlkörper angebrachtes Halbleitermodul, sondern auch eine in dem Gehäuse angeordnete elektronische Komponente gekühlt werden.
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Diese und weitere Ziele, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch deutlicher ersichtlich.
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Figurenliste
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
- 2 eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 darstellt;
- 3 eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Kühlkörpers darstellt, der in der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 enthalten ist;
- 4 ein Schaubild, dass eine Druckverteilung zu einem Zeitpunkt darstellt, wenn Luft im Innenbereich und im Außenbereich der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 geblasen wird;
- 5 ein Schaubild, das eine Strömungsverteilung zu einem Zeitpunkt darstellt, wenn Luft im Innenbereich und im Außenbereich der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 geblasen wird;
- 6 ein Schaubild, das eine Temperaturverteilung zu einem Zeitpunkt darstellt, wenn Luft im Innenbereich und im Außenbereich der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 geblasen wird;
- 7 eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß einer Modifikation 1 der Ausführungsform 1 darstellt;
- 8 eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß einer Modifikation 2 der Ausführungsform 1 darstellt;
- 9 eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß einer Modifikation 3 der Ausführungsform 1 darstellt;
- 10 eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß einer Modifikation 4 der Ausführungsform 1 darstellt;
- 11 eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration der Halbleitereinheit gemäß der Modifikation 4 der Ausführungsform 1 darstellt;
- 12 eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 darstellt;
- 13 eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 darstellt;
- 14 eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 darstellt;
- 15 eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Kühlkörpers darstellt, der in der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 enthalten ist;
- 16 eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 3 darstellt;
- 17 eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 4 darstellt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ausführungsform 1
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Konfiguration einer Halbleitereinheit
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Es wird eine Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 schematisch darstellt. 2 ist eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 schematisch darstellt und einen Querschnitt entlang einer in 1 dargestellten Linie A-A' zeigt. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Kühlkörpers 5 schematisch darstellt, der in der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 enthalten ist.
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Bei der Ausführungsform 1 verläuft die Montagerichtung der Halbleitereinheit derart, dass sich das eine Ende 3a (das erste Ende) des Kühlkörpers 5 auf der unteren Seite befindet und sich das andere Ende 3b (das zweite Ende) auf der oberen Seite befindet.
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Wie in 2 dargestellt, weist die Halbleitereinheit Folgendes auf: einen Kühlkörper 5, an dem ein Halbleitermodul 2 angebracht ist, ein Gehäuse 6, einen Lüfter 7, eine erste Lüftungsöffnung 8 sowie eine zweite Lüftungsöffnung 9. Die Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 weist zusätzlich zu der vorstehenden Konfiguration eine Leiterplatte 1 sowie elektronische Komponenten 10 auf. Bei dem Halbleitermodul 2 handelt es sich zum Beispiel um ein Leistungshalbleitermodul.
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Das Leistungshalbleitermodul weist zum Beispiel zumindest ein (nicht gezeigtes) Halbleiterelement auf. Bei dem Halbleiterelement handelt es sich zum Beispiel um ein Leistungshalbleiterelement, das einen Halbleiter mit großer Bandlücke aufweist, wie beispielsweise SiC oder GaN. Bei der Halbleitereinheit handelt es sich zum Beispiel um eine Leistungshalbleitereinheit, die ein Leistungshalbleiterelement aufweist.
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Der Kühlkörper 5 weist Rippen 3, die einen ersten Luftströmungspfad WP1 bilden, in dem die erste Kühlluft von dem einen Ende 3a zu dem anderen Ende 3b strömt, und einen Basisbereich 4 auf, der die Form einer Platte aufweist. Das Halbleitermodul 2 ist an der einen Oberfläche 4a (der ersten Oberfläche) des Basisbereichs 4 angeordnet, und die Rippen 3 sind so angeordnet, dass sie auf der anderen Oberfläche 4b (der zweiten Oberfläche) stehen. Wie in 3 dargestellt, ist gemäß Ausführungsform 1 eine Mehrzahl von Rippen 3 angeordnet, und die Rippen 3 sind jeweils parallel zueinander angeordnet.
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Ferner ist der Basisbereich 4 mit einem ausgeschnittenen Bereich 4c versehen, der sich durch die eine Oberfläche 4a und die andere Oberfläche 4b hindurch erstreckt. Der ausgeschnittene Bereich 4c ist an zumindest einem Bereich der einen Seite angeordnet, welche die Plattenform des Basisbereichs 4 bildet. Die eine Seite, an welcher der ausgeschnittene Bereich 4c angeordnet ist, befindet sich auf der Seite des anderen Endes 3b der Rippen 3. Der ausgeschnittene Bereich 4c erstreckt sich durch den Basisbereich 4 und die Rippen 3 hindurch.
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Die Form des ausgeschnittenen Bereichs 4c ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der ausgeschnittene Bereich kann eine Struktur aufweisen, die sich durch den Basisbereich 4 hindurch erstreckt, und kann eine Struktur aufweisen, die sich nicht durch die Rippen 3 hindurch erstreckt. Wenngleich der ausgeschnittene Bereich 4c in einer Draufsicht eine rechteckige Gestalt aufweist, ist die Gestalt nicht auf ein Rechteck beschränkt und kann irgendeine Gestalt sein.
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Das Gehäuse 6 ist an dem Basisbereich 4 des Kühlkörpers 5 angebracht und deckt die eine Oberfläche 4a des Basisbereichs 4, das Halbleitermodul 2, die elektronischen Komponenten 10 sowie die Leiterplatte 1 ab. Das Gehäuse 6 nimmt das Halbleitermodul 2 in einem Raum auf, der zwischen der einen Oberfläche 4a des Basisbereichs 4 und dem Gehäuse 6 ausgebildet ist. Bei den elektronischen Komponenten 10 handelt es sich um elektronische Komponenten, die in Verbindung mit dem Halbleitermodul betrieben werden.
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Die elektronischen Komponenten 10 sind an einer Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 montiert. Außerdem sind die elektronischen Komponenten 10 gemäß Ausführungsform 1 auch auf der rückwärtigen Oberfläche 1b der Leiterplatte 1 angeordnet. Ferner trägt die Leiterplatte 1 das in dem Gehäuse 6 angeordnete Halbleitermodul 2.
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Der Lüfter 7 schickt die erste Kühlluft zu den Rippen 3, das heißt, zu dem ersten Luftströmungspfad WP1, und kühlt die Rippen 3. Gemäß Ausführungsform 1 ist der Lüfter 7 auf der Seite des einen Endes 3a der Rippen 3 angeordnet. Das heißt, der Lüfter 7 ist auf der Seite angeordnet, die dem ausgeschnittenen Bereich 4c gegenüberliegt. Der Lüfter 7 schickt die erste Kühlluft aus, indem Luft von der Seite des einen Endes 3a in Richtung zu der Seite des anderen Endes 3b geschickt wird. Dadurch kühlt der Lüfter 7 zwangsweise den Kühlkörper 5 mit Luft.
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Die erste Lüftungsöffnung 8 stellt eine Verbindung zwischen dem Innenbereich des Gehäuses 6 und dem Außenbereich des Gehäuses 6 her und saugt die zweite Kühlluft in das Gehäuse 6 ein. Die erste Lüftungsöffnung 8 ist oberhalb der halben Höhe des höchsten Bereichs in Bezug auf die Höhe der elektronischen Komponenten 10 von der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 aus angeordnet. Von den elektronischen Komponenten 10 ist hierbei die Höhe des später beschriebenen Kondensators 10a von der Leiterplatte 1 aus die größte. Daher ist die erste Lüftungsöffnung 8 oberhalb der halben Höhe 15 des obersten Bereichs 110a der Kondensatoren 10a angeordnet.
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Bei der in 2 dargestellten Halbleitereinheit handelt es sich bei der Richtung, in der sich das andere Ende 3b der Rippen 3 befindet (d.h. die rechte Seite in der Zeichnung), um die Richtung nach oben. Die erste Lüftungsöffnung 8 ist derart angeordnet, dass sich die Mitte 8a der ersten Lüftungsöffnung 8 oberhalb der halben Höhe 15 befindet und sie sich insgesamt oberhalb der halben Höhe 15 befindet. Gemäß Ausführungsform 1 ist die erste Lüftungsöffnung 8 in dem Gehäuse 6 angeordnet.
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Hierbei ist die erste Lüftungsöffnung 8 an der oberen Oberfläche 6a des Gehäuses 6 auf der Seite des anderen Endes 3b der Rippen 3 angeordnet, das heißt, oberhalb des ausgeschnittenen Bereichs 4c des Basisbereichs 4. Und wenngleich die erste Lüftungsöffnung 8 in 1 eine rechteckige Gestalt aufweist, ist die Gestalt nicht auf ein Rechteck beschränkt und kann irgendeine Gestalt sein. Ferner kann es sich bei der ersten Lüftungsöffnung 8 um ein Loch oder ein Gitter handeln, das aus einer Mehrzahl von Löchern gebildet ist.
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Die zweite Lüftungsöffnung 9 erstreckt sich durch die eine Oberfläche 4a in dem Gehäuse 6 und die andere Oberfläche 4b des Basisbereichs 4 hindurch. Gemäß Ausführungsform 1 ist die zweite Lüftungsöffnung 9 durch den ausgeschnittenen Bereich 4c des Basisbereichs 4 gebildet. Die zweite Lüftungsöffnung 9 kann so konfiguriert sein, dass sie zumindest einen Bereich des ausgeschnittenen Bereichs 4c des Basisbereichs 4 umfasst.
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Wie in 2 dargestellt, ist die zweite Lüftungsöffnung 9 zum Beispiel bevorzugt oberhalb der halben Höhe 15 der obersten Bereiche 110a der Kondensatoren 10a angeordnet, bei denen es sich um die höchsten elektronischen Komponenten 10 handelt. Die zweite Lüftungsöffnung 9 stellt eine Verbindung zwischen dem Innenbereich des Gehäuses 6 und dem Außenbereich des Gehäuses 6 her und lässt die zweite Kühlluft, die in das Gehäuse 6 eingesaugt oder aufgenommen wurde, in den Außenbereich des Gehäuses 6 ab.
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Aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Innenbereich des Gehäuses 6 und dem Außenbereich des Gehäuses 6, der aufgrund des Stroms der ersten Kühlluft an der zweiten Lüftungsöffnung 9 ausgebildet ist, bilden die erste Lüftungsöffnung 8 und die zweite Lüftungsöffnung 9 den zweiten Luftströmungspfad WP2, in den die zweite Kühlluft aus der ersten Lüftungsöffnung 8 eingesaugt oder aufgenommen wird und aus der zweiten Lüftungsöffnung 9 in den Außenbereich des Gehäuses 6 abgelassen wird. Gemäß Ausführungsform 1 sind die Querschnittsfläche der ersten Lüftungsöffnung 8 und die Querschnittsfläche der zweiten Lüftungsöffnung 9 im Wesentlichen gleich.
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Die elektronischen Komponenten 10 sind entlang des zweiten Luftströmungspfads WP2 in dem Gehäuse 6 angeordnet. Die elektronische Komponente 10 weist eine elektrische/elektronische Komponente auf und ist zum Beispiel ein Kondensator 10a. Alternativ weist die elektronische Komponente 10 zum Beispiel ein anderes Halbleitermodul 10b auf. Bei dem Kondensator 10a handelt es sich zum Beispiel um einen Kondensator 10a mit großen Abmessungen, der größer als das Halbleitermodul 2 oder das andere Halbleitermodul 10b ist. Die elektronische Komponente 10 ist nicht auf den Kondensator 10a beschränkt und kann zum Beispiel auch einen Transformator oder eine Spule aufweisen.
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Das Gehäuse 6 deckt auch die Leiterplatte 1 und die elektronischen Komponenten 10 ab und ist an dem Basisbereich 4 des Kühlkörpers 5 angebracht. Ferner kann das Gehäuse 6 mit einem externen Verbindungsanschluss 11 versehen sein. Der externe Verbindungsanschluss 11 ist über die Leiterplatte 1 mit dem Halbleitermodul 2 und den elektronischen Komponenten 10 verbunden.
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Kühlbetrieb der Halbleitereinheit
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Als Nächstes wird der Betrieb der Halbleitereinheit beschrieben. 4 ist ein Schaubild, das eine Druckverteilung zu einem Zeitpunkt darstellt, wenn Luft im Innenbereich und im Außenbereich der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 geblasen wird. 5 ist ein Schaubild, das eine Strömungsverteilung zu einem Zeitpunkt darstellt, wenn Luft im Innenbereich und im Außenbereich der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 geblasen wird. 6 ist ein Schaubild, das eine Temperaturverteilung zu einem Zeitpunkt darstellt, wenn Luft im Innenbereich und im Außenbereich der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 geblasen wird. Die 4 bis 6 stellen Resultate einer Analyse mittels des Verfahrens der finiten Elemente dar.
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Das Analyse-Modell ist wie folgt. Die Abmessungen des Gehäuses 6 sind 90 mm in der Tiefe x 150 mm in der Breite x 150 mm in der Höhe. In 4 handelt es sich bei der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Papierblatts um die Tiefenrichtung, bei der horizontalen Richtung handelt es sich um die Breitenrichtung, und bei der vertikalen Richtung handelt es sich um die Höhenrichtung. Die Abmessungen des Kühlkörpers sind 90 mm in der Tiefe x 150 mm in der Breite x 100 mm in der Höhe.
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Die Abmessungen der ersten Lüftungsöffnung 8 sind 50 mm in der Tiefe x 20 mm in der Breite. Die Abmessungen des ausgeschnittenen Bereichs 4c, das heißt, der zweiten Lüftungsöffnung 9, sind 50 mm in der Tiefe x 20 mm in der Breite. Der kalorische Wert des Halbleitermoduls ist 20 W. Es ist anzumerken, dass die sonstigen Komponenten keine Wärme erzeugen. Der Lüfter 7 schickt die erste Kühlluft mit einer Luftströmungsgeschwindigkeit von 5 m/s. Es ist anzumerken, dass eine Luftströmungsgeschwindigkeit um das Gehäuse 6 herum nicht vorgegeben ist. Die Lufttemperatur im Außenbereich des Gehäuses 6 beträgt 20 °C.
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Wenn der Lüfter 7 angetrieben wird, strömt die erste Kühlluft von dem einen Ende 3a der Rippen 3 in Richtung zu dem anderen Ende 3b. Wie in 4 dargestellt, strömt die erste Kühlluft, so dass dadurch der Druck im Außenbereich des Gehäuses 6 an der zweiten Lüftungsöffnung 9, das heißt, an dem ausgeschnittenen Bereich 4c des Basisbereichs 4, gemäß Ausführungsform 1 abnimmt. Die Luft in dem Gehäuse 6 ist von dem Gehäuse 6 und dem Basisbereich 4 eingeschlossen; daher ist der Druck in dem Gehäuse 6 höher als der Druck der Luft, die durch die Rippen 3 unmittelbar unterhalb des Basisbereichs 4 strömt.
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Das gasförmige Volumen strömt von einem Bereich mit hohem Druck zu einem Bereich mit niedrigem Druck; wie in 5 dargestellt, wird daher die Luft mit hohem Druck in dem Gehäuse 6 durch die zweite Lüftungsöffnung 9 in den Außenbereich des Gehäuses 6 abgelassen, wo der Druck niedrig ist. Wenn die Luft im Innenbereich des Gehäuses 6 durch die zweite Lüftungsöffnung 9 abgelassen wird, weist der Druck im Innenbereich des Gehäuses 6 die Tendenz auf, niedriger zu werden; daher strömt Außenluft vom Außenbereich des Gehäuses 6 durch die erste Lüftungsöffnung 8 in das Gehäuse 6 hinein.
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Im Ergebnis wird ein Luftströmungspfad gebildet, in dem die zweite Kühlluft von der ersten Lüftungsöffnung 8 zu der zweiten Lüftungsöffnung 9 strömt. Bei dem Luftströmungspfad, in dem die zweite Kühlluft strömt, handelt es sich um den in 2 dargestellten zweiten Luftströmungspfad WP2, und der zweite Luftströmungspfad WP2 ist so ausgebildet, dass er die erste Lüftungsöffnung 8 und die zweite Lüftungsöffnung 9 verbindet.
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Wenngleich in 5 nicht dargestellt, da die Auflösung nicht ausreichend ist, ist die Luftströmungsgeschwindigkeit der zweiten Kühlluft an der Oberfläche 1 a der Leiterplatte 1 geringer als die Luftströmungsgeschwindigkeit der zweiten Kühlluft an den Kondensatoren 10a. Die Luftströmungsgeschwindigkeit der zweiten Kühlluft an der Oberfläche 1 a der Leiterplatte 1 ist zum Beispiel geringer als die Luftströmungsgeschwindigkeit der zweiten Kühlluft an den obersten Bereichen 110a der Kondensatoren 10a, bei denen es sich um die elektronischen Komponenten 10 handelt, welche die größte Höhe von der Oberfläche 1a aus aufweisen.
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Wie in 6 dargestellt, kühlt die Halbleitereinheit mittels der zweiten Kühlluft die elektronischen Komponenten 10, wie beispielsweise das Halbleitermodul 2 und die Kondensatoren 10a, die nahe bei dem zweiten Luftströmungspfad WP2 angeordnet sind, in dem die zweite Kühlluft strömt. Insbesondere der obere Bereich der Kondensatoren 10a wird gekühlt. Ferner kühlt die Halbleitereinheit außerdem den Kühlkörper 5 mittels der ersten Kühlluft, und im Ergebnis wird das Halbleitermodul 2 gekühlt.
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Wirkungen
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Zusammengefasst weist die Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 Folgendes auf: den Kühlkörper 5, das Gehäuse 6, den Lüfter 7, die erste Lüftungsöffnung 8 sowie die zweite Lüftungsöffnung 9. Der Kühlkörper 5 weist die Rippen 3, die den ersten Luftströmungspfad WP1 bilden, in dem die erste Kühlluft von dem einen Ende 3a (dem ersten Ende) in Richtung zu dem anderen Ende 3b (dem zweiten Ende) strömt, und den Basisbereich 4 auf, der die Form einer Platte aufweist. Der Kühlkörper 5 ist mit dem Halbleitermodul 2 auf der einen Oberfläche 4a (der ersten Oberfläche) und den Rippen 3 versehen, die auf der anderen Oberfläche 4b (der zweiten Oberfläche) des Basisbereichs 4 stehen.
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Das Gehäuse 6 ist an dem Basisbereich 4 des Kühlkörpers 5 angebracht und deckt die eine Oberfläche 4a des Basisbereichs 4, das Halbleitermodul 2, die elektronischen Komponenten 10, die in Verbindung mit dem Halbleitermodul 2 betrieben werden, sowie die Leiterplatte 1 ab, an der die elektronischen Komponenten 10 montiert sind. Das Gehäuse 6 nimmt das Halbleitermodul 2 in einem Raum auf, der zwischen der einen Oberfläche 4a und dem Gehäuse 6 ausgebildet ist. Der Lüfter 7 ist so konfiguriert, dass er die erste Kühlluft in Richtung zu dem ersten Luftströmungspfad WP1 schickt, um die Rippen 3 zu kühlen.
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Die erste Lüftungsöffnung 8 stellt eine Verbindung zwischen dem Innenbereich des Gehäuses 6 und dem Außenbereich des Gehäuses 6 her und ist so konfiguriert, dass sie die zweite Kühlluft in das Gehäuse 6 einsaugt oder aufnimmt. Die zweite Lüftungsöffnung 9 stellt eine Verbindung zwischen dem Innenbereich des Gehäuses 6 und dem Außenbereich des Gehäuses 6 her und ist so konfiguriert, dass sie die in das Gehäuse 6 eingesaugte oder aufgenommene zweite Kühlluft in den Außenbereich des Gehäuses 6 ablässt.
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Die erste Lüftungsöffnung 8 ist oberhalb der Hälfte der Höhe des höchsten Bereichs (der obersten Bereiche 110a) in Bezug auf die Höhe der elektronischen Komponenten 10 von der Leiterplatte 1 aus angeordnet, wobei die elektronischen Komponenten an einer Oberfläche (der Oberfläche 1a) der Leiterplatte 1 in dem Gehäuse 6 montiert sind. Die zweite Lüftungsöffnung 9 erstreckt sich durch die eine Oberfläche 4a in dem Gehäuse 6 und die andere Oberfläche 4b des Basisbereichs 4 hindurch.
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Aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Innenbereich des Gehäuses 6 und dem Außenbereich des Gehäuses 6, der aufgrund des Stroms der ersten Kühlluft an der zweiten Lüftungsöffnung 9 ausgebildet ist, bilden die erste Lüftungsöffnung 8 und die zweite Lüftungsöffnung 9 in dem Gehäuse 6 den zweiten Luftströmungspfad WP2, in den die zweite Kühlluft aus der ersten Lüftungsöffnung 8 eingesaugt oder aufgenommen wird und aus der zweiten Lüftungsöffnung 9 in den Außenbereich des Gehäuses 6 abgelassen wird. Eine Luftströmungsgeschwindigkeit der zweiten Kühlluft an der Oberfläche (der Oberfläche 1a) der Leiterplatte 1 ist geringer als eine Luftströmungsgeschwindigkeit der zweiten Kühlluft an den elektronischen Komponenten 10.
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Mit der vorstehenden Konfiguration kann die Halbleitereinheit den zweiten Luftströmungspfad WP2, in dem die zweite Kühlluft strömt, zwischen der ersten Lüftungsöffnung 8 und der zweiten Lüftungsöffnung 9 bilden. Die Halbleitereinheit kann bewirken, dass die zweite Kühlluft in dem Gehäuse 6 strömt, ohne das Leistungsvermögen des Kühlkörpers 5 zu verschlechtern.
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Dementsprechend kann eine Stagnation von Luft, die nahe bei dem Halbleitermodul 2 in dem Gehäuse 6 erzeugt wird, beseitigt werden, und die heiße Luft, die sich um das Halbleitermodul 2 herum ansammelt, kann abgelassen werden. Ferner kühlt die Halbleitereinheit außerdem die elektronischen Komponenten 10, die in der Nähe des zweiten Luftströmungspfads WP2 montiert sind.
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Auch wenn zum Beispiel elektronische Komponenten 10 mit großen Abmessungen montiert sind, wie beispielsweise die Kondensatoren 10a, führt die Halbleitereinheit eine Kühlung effizient durch. Im Ergebnis werden die Lebensdauern der Kondensatoren 10a verlängert, und darüber hinaus wird die Zuverlässigkeit der Halbleitereinheit verbessert. Die erste Lüftungsöffnung 8 befindet sich oberhalb der halben Höhe 15 der obersten Bereiche 110a der Kondensatoren 10a, bei denen es sich um die höchsten elektronischen Komponenten von den an der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 montierten elektronischen Komponenten 10 handelt.
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Daher kann die Halbleitereinheit Luft mit einer hohen Temperatur in dem Gehäuse 6 effizient ablassen, ohne die Luftströmungsgeschwindigkeit nahe bei der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 zu erhöhen. Darüber hinaus ist es unwahrscheinlich, dass Fremdstoffe, wie beispielsweise Staub, an der Leiterplatte 1 haften; daher ist es nicht notwendig, Maßnahmen gegen Fremdstoffe zu ergreifen, wie beispielsweise eine Beschichtung an der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1.
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Wenn die Luftströmungsgeschwindigkeit nahe bei der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 zum Beispiel gleich 0,3 m/s ist, ist es unwahrscheinlich, dass Fremdstoffe, wie beispielsweise Schmutz und Staub, an dieser haften, so dass es nicht notwendig ist, Maßnahmen gegen Fremdstoffe zu ergreifen. Dementsprechend können durch das Erfüllen der Relation „Luftströmungsgeschwindigkeit des zweiten Luftströmungspfads WP2“ ≥ 0,3 m/s ≥ „Luftströmungsgeschwindigkeit nahe bei der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1“ eine Verkleinerung, eine Gewichtsreduktion und eine Kostenreduktion für die Halbleitereinheit realisiert werden.
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Bei der vorstehend beschriebenen Luftströmungsgeschwindigkeit handelt es sich um ein Beispiel, und es kann sich um irgendeine Luftströmungsgeschwindigkeit handeln, bei der die Halbleitereinheit nicht aufgrund von Schmutz oder Staub versagt. Bei den jeweiligen Positionen der ersten Lüftungsöffnung 8 und der zweiten Lüftungsöffnung 9 oder der Anordnung der elektronischen Komponenten 10, die bei der Ausführungsform 1 dargestellt sind, handelt es sich um ein Beispiel, und diese sind nicht auf das Vorstehende beschränkt. Die Anordnung der ersten Lüftungsöffnung 8 und der zweiten Lüftungsöffnung 9 kann zum Beispiel gemäß der Anordnung der an der Leiterplatte 1 montierten elektronischen Komponenten 10 bestimmt werden.
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Das heißt, die erste Lüftungsöffnung 8 und die zweite Lüftungsöffnung 9 können so angeordnet sein, dass der zweite Luftströmungspfad WP2 gemäß der Anordnung der elektronischen Komponenten 10 ausgebildet ist. Ferner schließt die Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 die Leiterplatte 1, das Halbleitermodul 2 sowie die elektronischen Komponenten 10 mit dem Gehäuse 6 und dem Kühlkörper 5 ein; daher werden Geräusche reduziert, die vom Außenbereich des Gehäuses 6 in das Gehäuse 6 hinein übertragen werden.
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Ferner ist die zweite Lüftungsöffnung 9 der Halbleitereinheit der Ausführungsform 1 oberhalb der halben Höhe 15 des höchsten Bereichs (des obersten Bereichs 110a) in Bezug auf die Höhe von der Leiterplatte 1 aus angeordnet.
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Eine derartige Halbleitereinheit kann bewirken, dass die Luftströmungsgeschwindigkeit der zweiten Kühlluft an der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 geringer als die Luftströmungsgeschwindigkeit der zweiten Kühlluft an den elektronischen Komponenten ist. Daher kann die Halbleitereinheit Luft mit einer hohen Temperatur in dem Gehäuse 6 ablassen, während die Haftung von Fremdstoffen an der Oberfläche 1a der Leiterplatte reduziert wird.
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Außerdem ist die erste Lüftungsöffnung 8 der Ausführungsform 1 in dem Gehäuse 6 angeordnet. Der Basisbereich 4 weist einen ausgeschnittenen Bereich 4c, der sich durch die eine Oberfläche 4a und die andere Oberfläche 4b hindurch erstreckt, an zumindest einem Bereich der einen Seite auf, welche die Plattenform bildet. Die eine Seite, in welcher der ausgeschnitten Bereich 4c angeordnet ist, befindet sich auf der Seite des anderen Endes 3b der Rippen 3. Die zweite Lüftungsöffnung 9 umfasst zumindest einen Bereich des ausgeschnittenen Bereichs 4c.
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Ohne zusätzliche Kühlelemente zu erfordern, wie beispielsweise den Lüfter 7, verbessert die Halbleitereinheit mit einer derartigen Konfiguration das Kühlleistungsvermögen für den Innenbereich des Gehäuses, wobei lediglich Prozesskosten für die Bildung der ersten Lüftungsöffnung 8 und der zweiten Lüftungsöffnung 9 hinzugefügt werden. Und wenn es sich bei der ersten Lüftungsöffnung 8 um ein Gitter handelt, wird verhindert, dass Staub in das Gehäuse 6 gelangt.
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Der ausgeschnittene Bereich 4c muss eine Konfiguration aufweisen, bei welcher der ausgeschnittene Bereich 4c den Innenbereich des Gehäuses 6 und den Außenbereich des Gehäuses 6 ausdehnt, und solange die Konfiguration wie jene ist, bei der sich der ausgeschnittene Bereich 4c durch den vorstehend beschriebenen Basisbereich 4 hindurch erstreckt, ist es möglich, dass ein Durchdringen der Rippen nicht erforderlich ist. Darüber hinaus kann der ausgeschnittene Bereich 4c als die zweite Lüftungsöffnung 9 irgendeine Konfiguration aufweisen, solange ermöglicht wird, dass die zweite Kühlluft in einer Richtung senkrecht zu der Richtung strömt, in der die erste Kühlluft strömt.
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Auch wenn der ausgeschnittene Bereich 4c, bei dem es sich um die zweite Lüftungsöffnung 9 handelt, auf der Luvseite der ersten Kühlluftströmung angeordnet ist, das heißt auf der Seite des einen Endes 3a der Rippen 3, strömt die Kühlluftströmung darüber hinaus aus der zweiten Lüftungsöffnung 9 in das Gehäuse 6 hinein. Unter Berücksichtigung dessen, dass das Gasvolumen der ersten Kühlluft, die durch die Rippen 3 hindurch strömt, reduziert ist und die Kühleffizienz des Kühlkörpers 5 reduziert ist, ist der ausgeschnittene Bereich 4c jedoch bevorzugt auf der Seite des anderen Endes 3b der Rippen 3 angeordnet.
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Bei der Halbleitereinheit der Ausführungsform 1 ist der Lüfter 7 auf der Seite des einen Endes 3a der Rippen 3 angeordnet und schickt die erste Kühlluft aus, indem Luft von der Seite des einen Endes 3a in Richtung zu der Seite des anderen Endes 3b geschickt wird.
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Mit einer derartigen Konfiguration kann die Halbleitereinheit den zweiten Luftströmungspfad WP2 für die zweite Kühlluft in dem Gehäuse 6 bilden, ohne das Gasvolumen der ersten Kühlluft zu reduzieren. Das heißt, die elektronischen Komponenten 10 und dergleichen in dem Gehäuse 6 können gekühlt werden, ohne die Kühlwirkung des Kühlkörpers 5 zu beeinflussen.
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Ferner weist die Halbleitereinheit der Ausführungsform 1 elektronische Komponenten 10, die in Verbindung mit dem in dem Gehäuse 6 angeordneten Halbleitermodul 2 betrieben werden, entlang des zweiten Luftströmungspfads WP2 auf.
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Mit einer derartigen Konfiguration werden die elektronischen Komponenten 10 durch die zweite Kühlluft effizient gekühlt, die durch den zweiten Luftströmungspfad WP2 hindurch strömt, der in Abhängigkeit jeweils von der Position der ersten Lüftungsöffnung 8 und der zweiten Lüftungsöffnung 9 ausgebildet ist.
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Ferner zeigt die Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 eine größere Wirkung, wenn anstatt der Montage eines Halbleitermoduls, das eine geringere Leistung steuert, als das Halbleitermodul 2 ein Leistungshalbleitermodul, das eine höhere Leistung steuert, als das Halbleitermodul 2 montiert wird. Der kalorische Wert des Leistungshalbleitermoduls ist höher als der kalorische Wert des Halbleitermoduls, das die geringe Leistung steuert. Daher wird der Kühlkörper 5 an dem Leistungshalbleitermodul angebracht, um das Wärmeabstrahlungsleistungsvermögen zu verbessern.
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Wie vorstehend beschrieben, weist die Leistungshalbleitereinheit, die das Leistungshalbleitermodul enthält, andererseits eine Konfiguration auf, die mit dem Gehäuse 6 abgedeckt ist, um einen Kontakt mit dem Außenbereich zu verhindern. Die Leiterplatte 1 und die elektronische Komponente 10 und dergleichen, die in Verbindung mit dem Halbleitermodul 2 betrieben werden, sind ebenfalls in dem Gehäuse 6 angeordnet.
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Das Gehäuse 6 verhindert eine Zirkulation von Luft in dem Gehäuse 6; daher ist eine eigenständige Wärmeabstrahlungsauslegung für die elektronischen Komponenten 10 und dergleichen erforderlich, die nicht an dem Kühlkörper 5 angebracht sind. Gemäß der Konfiguration der Halbleitereinheit bei der Ausführungsform 1 ist der zweite Luftströmungspfad WP2 für die zweite Kühlluft in dem Gehäuse 6 ausgebildet; daher können die Leiterplatte 1 und die elektronischen Komponenten 10 in dem Gehäuse 6 effektiv gekühlt werden, auch wenn es sich bei der Halbleitereinheit um eine Leistungshalbleitereinheit handelt.
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Modifikation 1 der Ausführungsform 1
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Gemäß der bei der Ausführungsform 1 dargestellten Halbleitereinheit ist der zweite Luftströmungspfad WP2 für die zweite Kühlluft oberhalb der großen elektronischen Komponenten 10 ausgebildet, wie beispielsweise des anderen Halbleitermoduls 10b und des Kondensators 10a, die an der Leiterplatte 1 montiert sind. Dann kühlt die zweite Kühlluft die an der Leiterplatte 1 montierten Komponenten. Die Konfiguration und der Betrieb der Halbleitereinheit sind nicht darauf beschränkt.
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Zusätzlich zu der Veränderung des in dem Gehäuse 6 ausgebildeten zweiten Luftströmungspfads WP2 für die zweite Kühlluft wird eine Veränderung der zu kühlenden elektronischen Komponenten 10 realisiert, indem entweder die Positionen der ersten Lüftungsöffnung 8 und der zweiten Lüftungsöffnung 9 verändert werden oder die Anordnung der an der Leiterplatte zu montierenden elektronischen Komponenten 10 verändert wird.
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7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß einer Modifikation 1 der Ausführungsform 1 darstellt. Wenngleich die Position der ersten Lüftungsöffnung 8 und die Position der zweiten Lüftungsöffnung 9 die gleichen wie jene bei Ausführungsform 1 sind, unterscheidet sich die Anordnung der Leiterplatte von jener bei Ausführungsform 1.
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Die Leiterplatte 1 der Halbleitereinheit gemäß der Modifikation 1 der Ausführungsform 1 ist an einer Position angebracht, die um 180 Grad in Bezug auf die Montageposition der Leiterplatte 1 der in 2 dargestellten Halbleitereinheit invertiert ist. Die erste Lüftungsöffnung 8 ist oberhalb der halben Höhe des höchsten Bereichs in Bezug auf die Höhe der elektronischen Komponenten 10 von der rückwärtigen Oberfläche 1b der Leiterplatte 1 aus angeordnet. Hierbei ist die Höhe des anderen Halbleitermoduls 10b von der Leiterplatte 1 aus die größte.
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Daher ist die erste Lüftungsöffnung 8 oberhalb der halben Höhe 15 der obersten Bereiche 110b des anderen Halbleitermoduls 10b angeordnet. Gemäß der in 7 dargestellten Halbleitereinheit handelt es sich bei der Richtung, in der sich das andere Ende 3b der Rippen 3 befindet (d.h. die rechte Seite in der Zeichnung), um die Richtung nach oben. Hierbei ist die Lüftungsöffnung 8 derart angeordnet, dass sich die Mitte 8a der ersten Lüftungsöffnung 8 oberhalb der halben Höhe 15 befindet.
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Wenngleich nicht eigens dargestellt, kann die gesamte erste Lüftungsöffnung 8 wie bei der Ausführungsform 1 so angeordnet sein, dass sie oberhalb der vorstehend beschriebenen halben Höhe 15 positioniert ist. Der zweite Luftströmungspfad WP2 für die zweite Kühlluft, der durch die erste Lüftungsöffnung 8 und die zweite Lüftungsöffnung 9 definiert ist, ist auf der Seite der rückwärtigen Oberfläche 1b der Leiterplatte 1 ausgebildet. Hierbei handelt es sich bei der rückwärtigen Oberfläche 1b der Leiterplatte 1 um eine Oberfläche, die der Oberfläche 1a gegenüberliegt, an der die Kondensatoren 10a montiert sind.
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Mit einer derartigen Konfiguration kann die Halbleitereinheit die Leiterplatte 1 und die elektronischen Komponenten 10 und dergleichen kühlen, die an der rückwärtigen Oberfläche 1b der Leiterplatte 1 angebracht sind.
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Modifikation 2 der Ausführungsform 1
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8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß einer Modifikation 2 der Ausführungsform 1 darstellt. Die Leiterplatte 1 der Modifikation 2 ist an einer Position angebracht, die um 90 Grad in Bezug auf die Anbringungsposition der Leiterplatte 1 der in 2 dargestellten Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 gedreht ist. Die erste Lüftungsöffnung 8 ist an der seitlichen Oberfläche 6b des Gehäuses 6 angeordnet. Die seitliche Oberfläche 6b befindet sich auf der Seite des einen Endes 3a der Rippen 3.
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Das heißt, die erste Lüftungsöffnung 8 und die zweite Lüftungsöffnung 9 sind jeweils an diagonalen Positionen an der Leiterplatte 1 angeordnet. Die erste Lüftungsöffnung 8 ist oberhalb der halben Höhe des höchsten Bereichs (der obersten Bereiche 110a) in Bezug auf die Höhe der elektronischen Komponenten 10 von der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 aus angeordnet. Bei der in 8 dargestellten Halbleitereinheit ist die vordere Seite in der Zeichnung die obere Seite.
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Ferner ist die zweite Lüftungsöffnung 9 ebenfalls bevorzugt oberhalb der halben Höhe des obersten Bereichs 110a angeordnet. Außerdem sind große elektronische Komponenten 10, wie beispielsweise ein Kondensator 10a, der an der Leiterplatte 1 montiert ist, in einer Weise angeordnet, dass der zweite Luftströmungspfad WP2 für die zweite Kühlluft nicht vollständig blockiert ist. Ferner sind die elektronischen Komponenten 10, die gekühlt werden müssen, nahe bei dem zweiten Luftströmungspfad WP2 für die zweite Kühlluft angeordnet.
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Mit einer derartigen Konfiguration ist der zweite Luftströmungspfad WP2 für die zweite Kühlluft zwischen der ersten Lüftungsöffnung 8 und der zweiten Lüftungsöffnung 9 ausgebildet, die diagonal zueinander angeordnet sind. Die Halbleitereinheit kann die elektronischen Komponenten 10, die gekühlt werden müssen, mittels der zweiten Kühlluft kühlen.
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Modifikation 3 der Ausführungsform 1
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9 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß einer Modifikation 3 der Ausführungsform 1 darstellt. Die Leiterplatte 1 von Modifikation 3 ist an einer Position angebracht, die um 90 Grad in Bezug auf die Anbringungsposition der Leiterplatte 1 der in 2 dargestellten Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 gedreht ist. Die Position der ersten Lüftungsöffnung 8 und die Position der zweiten Lüftungsöffnung 9 sind die gleichen wie jene bei der Ausführungsform 1. Insbesondere ist die erste Lüftungsöffnung 8 oberhalb der halben Höhe des höchsten Bereichs (der obersten Bereiche 110a) in Bezug auf die Höhe der elektronischen Komponenten von der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 aus angeordnet.
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Bei der in 9 dargestellten Halbleitereinheit handelt es sich bei der vorderen Seite in der Zeichnung um die obere Seite. Ferner ist die zweite Lüftungsöffnung 9 ebenfalls bevorzugt oberhalb der halben Höhe des obersten Bereichs 110a angeordnet. Ferner sind in dem Gehäuse 6 elektronische Komponenten 10 und ein Kühlkörper 12 einer elektronischen Komponente zum Kühlen der elektronischen Komponente 10 angeordnet.
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Die Montageposition der elektronischen Komponente 10, an welcher der Kühlkörper 12 der elektronischen Komponente angebracht ist, ist eine Position, die mit dem zweiten Luftströmungspfad WP2 für die zweite Kühlluft überlappt, die von der ersten Lüftungsöffnung 8 zu der zweiten Lüftungsöffnung 9 strömt. Hierbei handelt es sich bei der elektronischen Komponente 10 um das andere Halbleitermodul 10b, das sich von dem an dem Kühlkörper 5 angebrachten Halbleitermodul 2 unterscheidet. Der Kühlkörper 12 der elektronischen Komponente ist zum Beispiel ein Kühlkörper, der kleiner als der Kühlkörper 5 ist, an dem das Halbleitermodul 2 angebracht ist.
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Mit einer derartigen Konfiguration ermöglicht die Halbleitereinheit, dass der Kühlkörper 12 der elektronischen Komponente zwangsweise gekühlt wird, so dass dadurch ein Kühlen der elektronischen Komponente 10 (des anderen Halbleitermoduls 10b) sichergestellt wird. Daher wird eine Veränderung der Eigenschaften der elektronischen Komponente 10 aufgrund einer Temperaturänderung reduziert, und die Zuverlässigkeit der Halbleitereinheit wird verbessert, an der die elektronische Komponente 10 montiert ist.
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Ferner sind der Kühlkörper 5, an dem das Halbleitermodul 2 angebracht ist, und der Kühlkörper 12 der elektronischen Komponente separat angeordnet. Daher kann die Halbleitereinheit das Halbleitermodul 2 und die elektronische Komponente 10, die jeweils unterschiedliche Temperaturanstiegsraten aufweisen, gleichzeitig kühlen.
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Modifikation 4 der Ausführungsform 1
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Wenngleich die Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 den Lüfter 7 aufweist, der auf der Seite angeordnet ist, die dem ausgeschnittenen Bereich 4c gegenüberliegt, das heißt, auf der Seite des einen Endes 3a der Rippen 3, ist die Anordnung des Lüfters 7 nicht darauf beschränkt. 10 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß einer Modifikation 4 der Ausführungsform 1 darstellt. 11 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß einer Modifikation 4 der Ausführungsform 1 darstellt und einen Querschnitt entlang einer in 10 dargestellten Linie B-B' zeigt.
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Der Lüfter 7 ist auf der Seite des ausgeschnittenen Bereichs 4c angeordnet, das heißt, auf der Seite des anderen Endes 3b der Rippen 3. Der Lüfter 7 schickt die erste Kühlluft in Richtung zu der Seite des anderen Endes 3b, indem Luft von der Seite des einen Endes 3a der Rippen eingesaugt wird. Auch mit der Halbleitereinheit, die eine derartige Konfiguration aufweist, können die gleichen Wirkungen wie jene bei der Ausführungsform 1 erzielt werden.
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Ferner ist der obere Endbereich 7a des Lüfters 7 bevorzugt an einer Position angeordnet, die sich höher als die Position des ausgeschnittenen Bereichs 4c befindet. Das heißt, der Lüfter 7 ist bevorzugt derart angeordnet, dass der obere Endbereich 7a oberhalb einer Oberfläche angeordnet ist, die durch die andere Oberfläche 4b des Basisbereichs 4 definiert ist. Bei der oberen Seite handelt es sich um eine Richtung, in der sich die obere Oberfläche 6a des Gehäuses 6 befindet. Mit einer derartigen Konfiguration saugt der Lüfter 7 außerdem die zweite Kühlluft ein oder nimmt diese auf, die aus der zweiten Lüftungsöffnung 9 abgelassen wird, und lässt die Luft in den Außenbereich des Gehäuses 6 ab.
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Modifikation 5 der Ausführungsform 1
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Als Lüfter 7 kann ein Lüfter 7 verwendet werden, dessen Lüftungsgeschwindigkeit, das heißt, dessen Drehzahl, variabel ist. Wenn die Lüftungsgeschwindigkeit des Lüfters 7 zunimmt, nimmt der Druck der Luft ab, die durch die Rippen 3 hindurch strömt. Im Ergebnis nimmt der Druckunterschied zwischen dem Innenbereich des Gehäuses 6 und dem Außenbereich des Gehäuses 6 zu.
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Dementsprechend nimmt die Menge der zweiten Kühlluft, die zwischen der ersten Lüftungsöffnung 8 und der zweiten Lüftungsöffnung 9 strömt, im Vergleich zu einem Fall zu, in dem die Lüftungsgeschwindigkeit des Lüfters 7 gering ist. Somit ist das Gasvolumen der zweiten Kühlluft von der Lüftungsgeschwindigkeit des Lüfters 7 abhängig. Die Halbleitereinheit, bei der die Lüftungsgeschwindigkeit des Lüfters 7 variabel ist, kann die Kühlwirkung in dem Gehäuse 6 variabel steuern.
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Die Halbleitereinheit kann mit einem (nicht gezeigten) Temperatursensor und einer (nicht gezeigten) Lüftersteuerung versehen sein. Der Temperatursensor ist in dem Gehäuse 6 angeordnet und misst die Temperatur des Halbleitermoduls 2 oder innerhalb des Gehäuses 6. Die Lüftersteuerung ändert die Drehzahl des Lüfters 7 gemäß dem Ergebnis der Temperaturmessung mittels des Temperatursensors. Mit einer derartigen Konfiguration erhöht die Halbleitereinheit das Gasvolumen der zweiten Kühlluft, um die Kühlwirkung zu verbessern, wenn der kalorische Wert in dem Gehäuse 6 hoch ist, und verringert die Drehzahl des Lüfters 7, wenn der kalorische Wert in dem Gehäuse gering ist; dadurch wird eine Reduktion des Stromverbrauchs sichergestellt.
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Das Halbleitermodul ist zum Beispiel über ein Wärmeabstrahlungsfett an die eine Oberfläche 4a des Basisbereichs 4 des Kühlkörpers 5 geschraubt. Alternativ kann das Halbleitermodul 2 zum Beispiel über ein anderes Wärmeabstrahlungselement, wie beispielsweise einen Wärmeabstrahlungs-Flächenkörper, an dem Kühlkörper 5 angebracht sein.
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Ferner kann durch Polieren der einen Oberfläche 4a des Basisbereichs 4, an der das Halbleitermodul 2 angebracht ist, der thermische Widerstand zwischen dem Halbleitermodul 2 und dem Kühlkörper 5 reduziert werden. Ferner kann von dem Kühlkörper 5 abgestrahlte Strahlungswärme reduziert werden, und es kann ein Effekt erzielt werden, durch den ein Temperaturanstieg von Komponenten in dem Gehäuse 6 verhindert wird.
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Das Halbleitermodul 2 wird zum Beispiel durch Löten einer Mehrzahl von Anschlüssen 2a, die aus der äußeren Oberfläche des Halbleitermoduls 2 zu der Leiterplatte 1 hin hervorstehen, an der Leiterplatte 1 montiert. Alternativ kann das Halbleitermodul 2 zum Beispiel durch Presspassungs-Anschlüsse an der Leiterplatte 1 montiert werden. Durch das Montieren mit den Presspassungs-Anschlüssen wird die Montierbarkeit der Halbleitereinheit verbessert.
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Die Anzahl von an dem Kühlkörper 5 angebrachten Halbleitermodulen 2 ist nicht festgelegt. Wenn jedoch eine Mehrzahl von Halbleitermodulen an dem Kühlkörper 5 angebracht ist, ist jedes Halbleitermodul über ein Wärmeabstrahlungselement, das eine isolierende Eigenschaft aufweist, an dem Kühlkörper 5 angebracht.
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Der Basisbereich 4 und die Rippen 3 des Kühlkörpers 5 können separate Komponenten sein oder können eine integrale Komponente sein. Wenn es sich um separate Komponenten handelt, sind sie verbunden, zum Beispiel durch Abdichten oder Hartlöten. Im Fall einer integralen Komponente sind beide Komponenten integral geformt, zum Beispiel mittels eines Extrusions-Formvorgangs oder eines Aluminium-Spritzgussvorgangs
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Der ausgeschnittene Bereich 4c des Kühlkörpers 5 wird durch Schneiden eines Bereichs des Basisbereichs 4 vor einem Abdichten oder Hartlöten gebildet. Alternativ kann der ausgeschnittene Bereich 4c mittels eines Extrusions-Formvorgangs oder eines Aluminium-Spritzgussvorgangs unter Verwendung einer Pressform gebildet werden, die eine Gestalt aufweist, die dem ausgeschnittenen Bereich 4c entspricht.
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Ausführungsform 2
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Es wird eine Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 beschrieben. Es ist anzumerken, dass die Beschreibung der gleichen Konfiguration und des gleichen Betriebs wie bei der Ausführungsform 1 weggelassen ist.
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12 und 13 sind perspektivische Ansichten, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 schematisch darstellen. 13 stellt die Halbleitereinheit bei einer Betrachtung von der zu 12 entgegengesetzten Seite dar. 14 ist eine Querschnittsansicht, welche die Konfiguration der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 schematisch darstellt und einen Querschnitt entlang einer in 12 und 13 dargestellten Linie C-C' zeigt.
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15 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration eines Kühlkörpers 5 schematisch darstellt, der in der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 enthalten ist. Wie in 14 dargestellt, ist die Leiterplatte 1 der Ausführungsform 2 an einer Position angebracht, die um 90 Grad in Bezug auf die Anbringungsposition der Leiterplatte 1 der in 2 dargestellten Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 1 gedreht ist. Gemäß Ausführungsform 2 handelt es sich bei der Rückseite der Zeichnung in 14 in der Anbringungsrichtung um die untere Seite, und bei der Vorderseite der Zeichnung handelt es sich um die obere Seite.
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Wie in 15 dargestellt, ist der Basisbereich 4 mit einem Stufenbereich 4d und einem ausgeschnittenen Bereich 4c versehen. Der Stufenbereich 4d ist an der einen Oberfläche 4a angeordnet, die zumindest einen Bereich der ersten Seite 41 aufweist, welche die Plattenform des Basisbereichs 4 bildet. Die erste Seite 41, an welcher der Stufenbereich 4d angeordnet ist, befindet sich auf der Seite des einen Endes 3a der Rippen 3. Das heißt, der Stufenbereich 4d ist auf der Seite ausgebildet, auf welcher der Lüfter 7 angebracht ist. Ferner erstreckt sich der Stufenbereich 4d nicht durch den Basisbereich 4 hindurch.
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Der ausgeschnittene Bereich 4c erstreckt sich zumindest in einem Bereich der zweiten Seite 42, die eine Plattenform bildet, durch die eine Oberfläche 4a und die andere Oberfläche 4b hindurch. Die zweite Seite 42, an welcher der ausgeschnittene Bereich 4c angeordnet ist, befindet sich auf der Seite des anderen Endes 3b der Rippen 3. Das heißt, die Konfiguration des ausgeschnittenen Bereichs 4c ist die gleiche wie jene der Ausführungsform 1.
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Wie in 14 dargestellt, ist der Lüfter 7 auf der Seite des einen Endes 3a der Rippen 3 angeordnet und schickt die erste Kühlluft aus, indem die Luft von der Seite des einen Endes 3a in Richtung zu der Seite des anderen Endes 3b geschickt wird. Der Lüfter 7 ist jedoch derart angeordnet, dass sich der obere Endbereich 7a unterhalb einer Oberfläche befindet, die durch die untere Oberfläche 4e des Stufenbereichs 4d definiert ist. Gemäß Ausführungsform 2 befindet sich der obere Endbereich 7a des Lüfters 7 auf im Wesentlichen der gleichen Höhe wie die Rippen 3 und befindet sich an einer Position, die sich tiefer als die untere Oberfläche 4e des Stufenbereichs 4d befindet.
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Das heißt, der Lüfter 7 ist derart angeordnet, dass sich der obere Endbereich 7a an einer Position gleich der Oberfläche oder tiefer als die Oberfläche befindet, die durch die andere Oberfläche 4b des Basisbereichs 4 definiert ist. Die tiefere Seite zeigt eine Richtung an, in der sich die Rippen 3 in Bezug auf den Basisbereich 4 befinden.
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Die erste Lüftungsöffnung 8 weist zumindest einen Bereich des Stufenbereichs 4d auf. Gemäß Ausführungsform 2 wird die erste Lüftungsöffnung 8 durch den Stufenbereich 4d gebildet. Die erste Lüftungsöffnung 8 ist oberhalb der halben Höhe des höchsten Bereichs (der obersten Bereiche 110a) in Bezug auf die Höhe der elektronischen Komponenten 10 von der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 aus angeordnet. Bei der in 14 dargestellten Halbleitereinheit handelt es sich bei der vorderen Seite in der Zeichnung um die obere Seite. Die erste Lüftungsöffnung 8 ist zum Beispiel derart angeordnet, dass sich die Mitte der ersten Lüftungsöffnung 8 oberhalb der halben Höhe befindet.
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Die zweite Lüftungsöffnung 9 weist zumindest einen Bereich des ausgeschnittenen Bereichs 4c auf. Gemäß Ausführungsform 2 wird die zweite Lüftungsöffnung durch den ausgeschnittenen Bereich 4c gebildet. Die zweite Lüftungsöffnung 9 ist ebenfalls bevorzugt zum Beispiel oberhalb der halben Höhe des obersten Bereichs 110a angeordnet.
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Wie vorstehend beschrieben, ist die Konfiguration der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 im Wesentlichen die gleiche wie jene der Ausführungsform 1, Ausführungsform 2 unterscheidet sich jedoch von der Ausführungsform 1 dahingehend, dass die erste Lüftungsöffnung 8 nicht in dem Gehäuse 6 angeordnet ist, sondern in dem Stufenbereich 4d des Kühlkörpers 5 angeordnet ist.
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Bei der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 befindet sich der Stufenbereich 4d oberhalb des Lüfters 7; daher strömt ein Anteil der ersten Kühlluft nicht durch den Stufenbereich 4d in das Gehäuse 6 hinein. Dementsprechend wird Außenluft, das heißt, die zweite Kühlluft, aus dem Außenbereich des Gehäuses 6 durch den Stufenbereich 4d eingesaugt oder aufgenommen und wird durch den ausgeschnittenen Bereich 4c abgelassen. Der zweite Luftströmungspfad WP2, in dem die zweite Kühlluft strömt, ist zwischen dem Stufenbereich 4d, bei dem es sich um die erste Lüftungsöffnung 8 handelt, und dem ausgeschnittenen Bereich 4c ausgebildet, bei dem es sich um die zweite Lüftungsöffnung 9 handelt.
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Wirkungen
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Mit einer derartigen Konfiguration kann die Halbleitereinheit die Kühlwirkung der Komponenten verbessern, die nahe bei dem zweiten Luftströmungspfad WP2 für die zweite Kühlluft montiert sind. Das Halbleitermodul 2 wird mittels der zweiten Kühlluft zusätzlich zu der Kühlung durch den Kühlkörper 5 luftgekühlt. Daher wird das Kühlleistungsvermögen des Halbleitermoduls 2 ohne Verbessern des Leistungsvermögens des Lüfters 7 verbessert. Im Ergebnis kann die Halbleitereinheit die Veränderung der Eigenschaften aufgrund einer Temperaturänderung des Halbleitermoduls 2 verhindern und kann die Zuverlässigkeit der Halbleitereinheit per se verbessern.
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Ferner verbessert die Halbleitereinheit die Kühlwirkung nicht nur des Halbleitermoduls 2, sondern auch der anderen elektronischen Komponenten 10, wie beispielsweise des Kondensators 10a, der nahe bei dem zweiten Luftströmungspfad WP2 für die zweite Kühlluft montiert ist. Im Ergebnis werden die Lebensdauern der elektronischen Komponenten 10 verlängert, und darüber hinaus wird die Zuverlässigkeit der Halbleitereinheit verbessert.
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Bei der Halbleitereinheit der Ausführungsform 1 müssen zur Bildung des zweiten Luftströmungspfads WP2 in dem Gehäuse 6 sowohl das Gehäuse 6 als auch der Kühlkörper 5 bearbeitet werden. Bei der Halbleitereinheit der Ausführungsform 2 ist es jedoch möglich, den zweiten Luftströmungspfad WP2 nur durch Bearbeiten des Kühlkörpers 5 zu bilden. Die Halbleitereinheit kann mit geringen Kosten hergestellt werden, wobei eine Zunahme der Anzahl von Prozessschritten vermieden wird.
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Die Konfiguration der ersten Lüftungsöffnung 8 ist nicht auf die vorstehende Konfiguration beschränkt. Wenn die erste Lüftungsöffnung 8 nur mit dem Stufenbereich 4d gebildet wird, kann die erste Lüftungsöffnung 8 keine Öffnung aufweisen, die größer als die Dicke des Basisbereichs 4 ist. Es kann jedoch ferner ein Loch an dem Gehäuse 6 als weitere erste Lüftungsöffnung in der Nähe des Stufenbereichs 4d in dem Gehäuse 6 angeordnet werden.
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Dadurch kann der Einlass für die zweite Kühlluft, der größer als die Dicke des Basisbereichs 4 ist, als erste Lüftungsöffnung sichergestellt werden, und die Kühlwirkung wird verbessert. Ferner ist außerdem durch Anordnen einer weiteren ersten Lüftungsöffnung an einer Stelle, die sich von dem Stufenbereich 4d unterscheidet, eine Mehrzahl von zweiten Luftströmungspfaden ausgebildet.
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Außerdem sind die Formen des ausgeschnittenen Bereichs 4c und des Stufenbereichs 4d nicht festgelegt. Die Form des Stufenbereichs 4d kann zum Beispiel eine Neigung aufweisen, die der Richtung entspricht, in der die Luft strömt. Dadurch wird die Kühlwirkung ohne Unterbrechen des Luftstroms verbessert.
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Modifikation der Ausführungsform 2
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In gleicher Weise wie beider Modifikation 4 der Ausführungsform 1 kann der Lüfter 7 auf der Seite des ausgeschnittenen Bereichs 4c angeordnet sein, das heißt, auf der Seite des anderen Endes 3b der Rippen 3 (nicht gezeigt). Der Lüfter 7, der in der Halbleitereinheit der Modifikation der Ausführungsform 2 enthalten ist, schickt die erste Kühlluft in Richtung zu der Seite des anderen Endes 3b, indem Luft von der Seite des einen Endes 3a der Rippen 3 eingesaugt oder aufgenommen wird. Auch mit der Halbleitereinheit, die eine derartige Konfiguration aufweist, können die gleichen Wirkungen wie jene der Ausführungsform 2 erzielt werden.
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In diesem Fall ist der obere Endbereich 7a des Lüfters 7 bevorzugt an einer Position angeordnet, die sich höher als die Position des ausgeschnittenen Bereichs 4c befindet. Das heißt, der Lüfter 7 ist bevorzugt derart angeordnet, dass der obere Endbereich 7a oberhalb einer Oberfläche angeordnet ist, die durch die andere Oberfläche 4b des Basisbereichs 4 definiert ist. Die obere Seite zeigt eine Richtung an, in der sich die obere Oberfläche 6a des Gehäuses 6 befindet. Mit einer derartigen Konfiguration saugt der Lüfter 7 außerdem die zweite Kühlluft ein oder nimmt diese auf, die aus der zweiten Lüftungsöffnung 9 abgelassen wird, und lässt die Luft in den Außenbereich des Gehäuses 6 ab.
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Ausführungsform 3
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Es wird eine Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 3 beschrieben. 16 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 3 schematisch darstellt. Die Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 3 unterscheidet sich von der Ausführungsform 2 in Bezug auf die Konfiguration des Lüfters 7. Die Beschreibung der gleichen Konfiguration und des gleichen Betriebs wie bei der Ausführungsform 2 ist weggelassen. Gemäß Ausführungsform 3 handelt es sich bei der Rückseite der Zeichnung in 16 um die untere Seite in der Anbringungsrichtung der Halbleitereinheit, und bei der Vorderseite der Zeichnung handelt es sich um die obere Seite.
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Der Lüfter 7 schickt nicht nur die erste Kühlluft zu dem ersten Luftströmungspfad WP1, sondern er schickt auch die zweite Kühlluft in Richtung zu der ersten Lüftungsöffnung 8. Gemäß Ausführungsform 3 ist der Lüfter 7 auf der Seite des einen Endes 3a der Rippen 3 angeordnet. Und der obere Endbereich 7a des Lüfters 7 befindet sich an einer Position, die sich höher als die untere Oberfläche 4e des Stufenbereichs 4d befindet. Das heißt, der Lüfter 7 ist derart angeordnet, dass sich der obere Endbereich 7a oberhalb einer Oberfläche befindet, die durch die untere Oberfläche 4e des Stufenbereichs 4d des Basisbereichs 4 definiert ist.
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Bei der Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 2 befindet sich der Stufenbereich 4d oberhalb des Lüfters 7; daher strömt ein Teil der Kühlluft nicht durch den Stufenbereich 4d in das Gehäuse 6 hinein. Bei der Halbleitereinheit der Ausführungsform 3 befindet sich der Stufenbereich 4d andererseits unterhalb des oberen Endbereichs 7a des Lüfters 7; daher wird die zweite Kühlluft, die von dem Lüfter 7 geschickt wird, durch den Stufenbereich 4d in das Gehäuse 6 eingesaugt oder aufgenommen. Die erste Lüftungsöffnung 8 und die zweite Lüftungsöffnung 9 bilden den zweiten Luftströmungspfad WP2, in den die zweite Kühlluft aus der ersten Lüftungsöffnung 8 eingesaugt oder aufgenommen wird und aus der zweiten Lüftungsöffnung 9 mittels des Lüfters 7 abgelassen wird, der die zweite Kühlluft in Richtung zu der ersten Lüftungsöffnung 8 schickt.
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Wirkungen
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Mit einer derartigen Konfiguration strahlt das Halbleitermodul 2 nicht nur Wärme zu der Oberfläche ab, die sich in Kontakt mit dem Kühlkörper 5 befindet, sondern empfängt außerdem zwangsweise die zweite Kühlluft von der Oberfläche, die der Oberfläche in Kontakt mit dem Kühlkörper 5 gegenüberliegt, und wird gekühlt. Die Halbleitereinheit kann die Kühlwirkung verbessern, ohne die Abmessungen des Kühlkörpers 5 oder das Leistungsvermögen der Rippen 3 zu verbessern.
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Die Halbleitereinheit kann die Veränderung der Eigenschaften des Halbleitermoduls 2 aufgrund einer Temperaturänderung verhindern und kann die Zuverlässigkeit der Halbleitereinheit per se verbessern. Wenngleich die erste Lüftungsöffnung 8 gemäß Ausführungsform 3 durch den Stufenbereich 4d konfiguriert ist und die zweite Lüftungsöffnung 9 durch den ausgeschnittenen Bereich 4c konfiguriert ist, sind die Konfigurationen der ersten Lüftungsöffnung 8 und der zweiten Lüftungsöffnung 9 nicht darauf beschränkt.
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Die erste Lüftungsöffnung 8 kann irgendeine Konfiguration aufweisen, solange die Konfiguration ermöglicht, dass der Lüfter 7 die zweite Kühlluft zu der ersten Lüftungsöffnung 8 schickt, die erste Kühlluft in Richtung zu den Rippen 3 schickt und dass der zweite Luftströmungspfad zwischen der ersten Lüftungsöffnung 8 und der zweiten Lüftungsöffnung 9 gebildet wird.
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Ferner werden die erste Lüftungsöffnung 8 und die zweite Lüftungsöffnung 9 gemäß Ausführungsform 3 nur durch Bearbeiten des Kühlkörpers 5 auf die gleiche Weise wie bei der Ausführungsform 2 gebildet. Die Halbleitereinheit kann mit geringen Kosten hergestellt werden, wobei eine Erhöhung der Anzahl von Prozessschritten unterbunden wird.
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Die Einstellung der Tiefe des Stufenbereichs 4d, das heißt, der Position der unteren Oberfläche 4e oder der Position des oberen Endbereichs 7a des Lüfters 7, ermöglicht eine Einstellung des Gasvolumens der zweiten Kühlluft, die in das Gehäuse 6 hineinströmt. Daher kann die Halbleitereinheit sowohl in dem Fall, in dem die natürliche Luftkühlung in dem Gehäuse 6 zu verbessern ist, als auch in dem Fall angepasst werden, in dem die Wirkung der zwangsweisen Luftkühlung zu verbessern ist.
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Gemäß Ausführungsform 3 kann der Stufenbereich 4d so konfiguriert sein, dass er sich durch den Basisbereich 4 hindurch erstreckt. Die Einströmungsfläche für die von dem Lüfter 7 geschickte Kühlluft wird vergrößert; daher wird die Kühlwirkung in dem Gehäuse 6 verbessert.
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Ferner weist bei der Halbleitereinheit der Ausführungsform 3 die gleiche Konfiguration wie jene der Ausführungsform 2 die gleichen Wirkungen wie jene der vorstehenden Ausführungsform 2 auf.
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Modifikation der Ausführungsform 3
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Bei einer Modifikation der Ausführungsform 3 ist die erste Lüftungsöffnung 8 oberhalb der halben Höhe des höchsten Bereichs (der obersten Bereiche 110a) in Bezug auf die Höhe der elektronischen Komponenten 10 von der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 aus angeordnet. Bei der in 16 dargestellten Halbleitereinheit handelt es sich bei der vorderen Seite in der Zeichnung um die obere Seite. Die erste Lüftungsöffnung 8 ist zum Beispiel derart angeordnet, dass sich die Mitte der ersten Lüftungsöffnung 8 oberhalb der halben Höhe befindet.
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Die zweite Lüftungsöffnung 9 ist ebenfalls zum Beispiel bevorzugt oberhalb der halben Höhe des obersten Bereichs 110a angeordnet.
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Eine derartige Halbleitereinheit kann die Luftströmungsgeschwindigkeit der zweiten Kühlluft an der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 so verringern, dass sie geringer als die Luftströmungsgeschwindigkeit der zweiten Kühlluft an den elektronischen Komponenten 10 ist. Daher kann die Halbleitereinheit Luft mit einer hohen Temperatur in dem Gehäuse 6 ablassen, während die Haftung von Fremdstoffen an der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 reduziert wird.
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Ausführungsform 4
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Es wird eine Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 4 beschrieben. 17 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration einer Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 4 schematisch darstellt. Die Halbleitereinheit gemäß Ausführungsform 4 unterscheidet sich von den bei den Ausführungsformen 1 bis 3 beschriebenen Halbleitereinheiten dahingehend, dass eine Platte 20 zwischen dem zweiten Luftströmungspfad WP2 und der Leiterplatte 1 in dem Gehäuse 6 angeordnet ist. Die Beschreibung der gleichen Konfiguration und des gleichen Betriebs wie bei den Ausführungsformen 1 bis 3 ist weggelassen.
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Von den an der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 montierten elektronischen Komponenten 10 handelt es sich bei der Höhe des Kondensators 10a von der Leiterplatte 1 aus um die größte. Die Platte 20 ist oberhalb der halben Höhe 15 des höchsten Bereichs (der obersten Bereiche 110a) in Bezug auf die Höhe des Kondensators 10a von der Oberfläche 1a der Leiterplatte 1 aus angeordnet. Die Platte 20 ist mit Schrauben, einem Klebemittel, durch Hartlöten, mittels Nieten oder dergleichen an dem Gehäuse 6 befestigt.
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Die Platte 20 weist eine oder mehrere Öffnungen 21 auf. Die Öffnungen 21 lassen die Luft, die durch die während des Betriebs der Leiterplatte 1 oder der elektronischen Komponenten 10 erzeugte Wärme erwärmt wird, in Richtung zu dem zweiten Luftströmungspfad WP2 ab. Dann wird die Luft, die in Richtung des zweiten Luftströmungspfads WP2 abgelassen wird, durch die zweite Kühlluft in den Außenbereich der Halbleitereinheit abgeführt.
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Ferner kann eine Öffnung 21 angeordnet sein, die der Position der elektronischen Komponente 10 entspricht, um die Anbringung der Platte 20 zu erleichtern. Eine derartige Platte 20 kann durch Einsetzen derselben angebracht werden, wobei die Position der Öffnung 21 zu der an der Leiterplatte 1 montierten elektronischen Komponente 10 ausgerichtet ist.
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Wirkungen
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Bei einer derartigen Halbleitereinheit verhindert die Platte 20, dass sich Fremdstoffe, wie beispielsweise Staub und Insekten, die aus dem Außenbereich mit der zweiten Kühlluft in das Gehäuse 6 hineinfliegen, auf der Leiterplatte 1 absetzen. Daher kann eine Beschichtung der Leiterplatte 1 zur Verhinderung einer Haftung von Fremdstoffen eliminiert werden. Ferner ist ein Einbau eines Filters oder einer Labyrinth-Struktur an der ersten Lüftungsöffnung 8 nicht notwendig. Im Ergebnis wird eine Verringerung von Abmessungen und Kosten für die Halbleitereinheit sichergestellt.
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Ferner verhindert eine Kontaktierung oder eine Befestigung der elektronischen Komponente 10 an der Platte 20, dass die elektronische Komponente 10 durch Vibrationen geschädigt wird, die während eines Transports oder eines Betriebs hervorgerufen werden. Darüber hinaus wird Wärme von der elektronischen Komponente 10 auf die Platte 20 übertragen; daher wird das Leistungsvermögen in Bezug auf eine Abstrahlung von in der elektronischen Komponente 10 erzeugter Wärme an die Außenluft verbessert. Im Ergebnis werden eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der elektronischen Komponente 10 und eine Ersetzung der elektronischen Komponente 10 durch eine kostengünstige Komponente sichergestellt.
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Das Material der Platte 20 besteht zum Beispiel aus einem Harz, wie z.B. aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polybutylenterephthalat (PBT) sowie Polyphenylensulfid (PPS). Alternativ handelt es sich bei dem Material für die Platte 20 um ein Metall, wie beispielsweise Eisen oder Aluminium. Das Material der Platte 20 ist jedoch nicht darauf beschränkt. Insbesondere reduziert die Platte 20 ein elektrisches Rauschen, wenn die Platte 20 aus einem Metall besteht. Ferner kann es sich bei der Platte 20 um ein gitterartiges Element oder ein Filter handeln. Die Platte 20 muss nicht so angeordnet sein, dass sie den gesamten zweiten Luftströmungspfad WP2 abdeckt.
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Die Einstellung der Position der Öffnung 21 der Platte 20 ermöglicht eine Steuerung des Stroms und der Luftströmungsgeschwindigkeit der Luft in dem Gehäuse 6.
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Ferner weist die gleiche Konfiguration wie jene bei den Ausführungsformen 1 bis 3 bei der Halbleitereinheit der Ausführungsform 4 die gleichen Wirkungen wie jene der vorstehenden Ausführungsformen 1 bis 3 auf.
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Es ist anzumerken, dass die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beliebig kombiniert und in einer geeigneten Weise modifiziert oder dabei Merkmale weggelassen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Wenngleich die Erfindung im Detail beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in sämtlichen Aspekten nur illustrativ und nicht restriktiv. Es versteht sich, dass zahlreiche weitere Modifikationen und Variationen entwickelt werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Leiterplatte
- 2
- Halbleitermodul
- 3
- Rippe
- 3a
- das eine Ende
- 3b
- das andere Ende
- 4
- Basisbereich
- 41
- erste Seite
- 42
- zweite Seite
- 4a
- die eine Oberfläche
- 4b
- die andere Oberfläche
- 4c
- ausgeschnittener Bereich
- 4d
- Stufenbereich
- 4e
- untere Oberfläche
- 5
- Kühlkörper (Wärmesenke)
- 6
- Gehäuse
- 7
- Lüfter
- 7a
- oberer Endbereich
- 8
- erste Lüftungsöffnung
- 9
- zweite Lüftungsöffnung
- 10
- elektronische Komponente
- 12
- Kühlkörper einer elektronischen Komponente
- WP1
- erster Luftströmungspfad
- WP2
- zweiter Luftströmungspfad
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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