DE112020007264T5

DE112020007264T5 - Kühler und Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112020007264T5
Application number: DE112020007264.9T
Authority: DE
Inventors: Naoki Yoshimatsu; Ryoji MURAI
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2023-03-16
Also published as: CN115699300A; US20230141875A1; JPWO2021240764A1; JP7262671B2; WO2021240764A1

Abstract

Bereitgestellt wird ein Kühler, der während einer Kühlung mehrerer Kühlziele weniger wahrscheinlich einen ungleichmäßigen Grad an Kühlung verursacht. Der Kühler ist dabei im Innern mit einem Strömungspfad eines Kühlmittels versehen, wobei der Strömungspfad umfasst: einen außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich, der auf einer Außenumfangsseite einer Ringform angeordnet ist und sich in einer Umfangsrichtung der Ringform erstreckt; einen innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich, der auf einer Innenumfangsseite der Ringform jenseits eines Trennbereichs vom außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich aus angeordnet ist und sich in der Umfangsrichtung erstreckt; und einen Rippenbereich, der als der Trennbereich dient, in dem eine Rippe angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Kühler und eine Halbleitervorrichtung.
Hintergrundtechnik
Inverter und Motoren von Elektrofahrzeugen wie etwa einem Fahrzeug mit Elektromotor und einem Hybridfahrzeug waren herkömmlicherweise von separaten Metallgehäusen umgeben, wurden aber zum Zwecke der Miniaturisierung und der Platzersparnis miteinander integriert entwickelt. Die Inverter empfangen von Batterien bereitgestellte Gleichströme und wandeln die Gleichströme in dreiphasige Wechselströme um, um die dreiphasigen Wechselströme den Motoren bereitzustellen. Die Inverter erzeugen aufgrund des Verlusts von Halbleiterelementen, wenn sie Gleichströme in die dreiphasigen Wechselströme umwandeln, Wärme. Wenn die Halbleiterelemente bei einer hohen Temperatur genutzt werden, können die Elemente selbst, Bonding-Materialien, die Peripherie von Bonding-Teilen und dergleichen beschädigt bzw. gebrochen werden, und folglich müssen die Halbleiterelemente genutzt werden, während sie gekühlt werden.
Patentdokument 1 offenbart beispielsweise eine Konfiguration eines Kühlers, der mehrere, in einem Inverter genutzte Halbleiterelemente kühlt.
Dokumente nach dem Stand der Technik
Patentdokumente
Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 4708951
Zusammenfassung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Die im Patentdokument 1 dargestellte 24 veranschaulicht den Kühler, in dem ein Kühlmittel durch einen Strömungspfad strömt, während es von den mehreren Halbleiterelementen erzeugte Wärme abführt. Während das Kühlmittel durch den Strömungspfad strömt, steigt aufgrund der Wärme der Halbleiterelemente die Temperatur des Kühlmittels an und nimmt somit der Kühleffekt ab. Wie oben beschrieben wurde, ist es wahrscheinlich, dass herkömmliche Kühler während einer Kühlung mehrerer Kühlziele einen ungleichmäßigen Grad an Kühlung bewirken.
Die vorliegende Offenbarung wurde geschaffen, um solch ein Problem zu lösen, und ein Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, einen Kühler, bei dem es weniger wahrscheinlich ist, dass er während einer Kühlung mehrerer Kühlziele einen ungleichmäßigen Grad an Kühlung verursacht, und eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die den Kühler nutzt, bei dem es weniger wahrscheinlich ist, dass er während einer Kühlung der mehreren Kühlziele einen ungleichmäßigen Grad an Kühlung verursacht.
Mittel zum Lösen des Problems
Ein Kühler gemäß der vorliegenden Offenbarung weist in Draufsicht aus einer ersten Richtung eine Ringform auf und ist im Innern mit einem Strömungspfad eines Kühlmittels versehen, wobei der Strömungspfad umfasst: einen außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich, der auf einer Außenumfangsseite der Ringform angeordnet ist und sich in einer Umfangsrichtung der Ringform erstreckt; einen innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich, der auf einer Innenumfangsseite der Ringform jenseits eines Trennbereichs vom außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich aus angeordnet ist und sich in der Umfangsrichtung erstreckt; und einen Rippenbereich, der als der Trennbereich dient, in dem eine Rippe angeordnet ist.
Zusätzlich umfasst eine Halbleitervorrichtung der vorliegenden Offenbarung den Kühler der vorliegenden Offenbarung und mehrere Halbleitermodule, wobei die mehreren Halbleitermodule auf einer Modulplatzierungsoberfläche des Kühlers angeordnet sind, die sich in einer eine erste Richtung schneidenden zweiten Richtung und einer die erste Richtung und die zweite Richtung schneidenden dritten Richtung erstreckt.
Effekte der Erfindung
In dem Kühler der vorliegenden Offenbarung umfasst der Strömungspfad den außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich, der auf der Außenumfangsseite der Ringform angeordnet ist und sich in der Umfangsrichtung der Ringform erstreckt, den innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich, der auf der Innenumfangsseite der Ringform jenseits des Trennbereichs vom außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich aus angeordnet ist und sich in der Umfangsrichtung erstreckt, und den Rippenbereich, der als der Trennbereich dient, in dem die Rippe angeordnet ist. Infolgedessen ist es weniger wahrscheinlich, dass der Kühler der vorliegenden Offenbarung einen ungleichmäßigen Grad an Kühlung verursacht, wenn eine Vielzahl von Kühlzielen gekühlt wird.
Außerdem umfasst eine Halbleitervorrichtung der vorliegenden Offenbarung den Kühler der vorliegenden Offenbarung und mehrere Halbleitermodule, wobei die mehreren Halbleitermodule auf einer Modulplatzierungsoberfläche des Kühlers angeordnet sind, die sich in einer eine erste Richtung schneidenden zweiten Richtung und einer die erste Richtung und die zweite Richtung schneidenden dritten Richtung erstreckt. Infolgedessen nutzt die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Offenbarung den Kühler, bei dem es weniger wahrscheinlich ist, dass er während einer Kühlung der mehreren Kühlziele einen ungleichmäßigen Grad an Kühlung verursacht.
Die folgende detaillierte Beschreibung und die beiliegenden Zeichnungen werden Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung verdeutlichen.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Schnittansicht einer Invertereinheit der ersten Ausführungsform.
3 ist eine perspektivische Ansicht der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform.
4 ist eine Draufsicht eines Kühlers der ersten Ausführungsform, betrachtet aus einer axialen Richtung einer Welle der Halbleitervorrichtung.
5 ist eine entlang einer Ebene senkrecht zu einer Achse der Welle der Halbleitervorrichtung genommene Schnittansicht des Kühlers der ersten Ausführungsform.
6 ist eine entlang einer Ebene senkrecht zur Achse der Welle der Halbleitervorrichtung genommene Schnittansicht des Kühlers der ersten Ausführungsform.
7 ist eine Schnittansicht einer Invertereinheit einer zweiten Ausführungsform.
8 ist eine entlang einer Ebene senkrecht zur Achse der Welle der Halbleitervorrichtung genommene Schnittansicht eines Kühlers einer dritten Ausführungsform.

Beschreibung der Ausführungsformen
<A. Erste Ausführungsform>
<A-1. Konfiguration>
1 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung 10 als Invertervorrichtung einer ersten Ausführungsform, und 3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild der Halbleitervorrichtung 10 veranschaulicht.
Die Halbleitervorrichtung 10 umfasst ein Gehäuse 20, eine Motoreinheit 30 und eine Invertereinheit 40. Die Halbleitervorrichtung 10 enthält die Motoreinheit 30, die als Motor arbeitet, und ist eine Halbleitervorrichtung mit integriertem Motor.
2 ist eine Schnittansicht der Invertereinheit 40 der ersten Ausführungsform und ist eine vergrößerte Ansicht eines von einer gestrichelten Linie in 1 umgebenen Bereichs.
Das Gehäuse 20 ist aus Metall geschaffen und hat eine zylindrische Form, wie in 3 veranschaulicht ist.
Die Motoreinheit 30 enthält einen Stator 31, einen Rotor 32 und eine Welle 33.
Die Welle 33 ist mittels des Gehäuses 20 mit einem Lager drehbar abgestützt und ist so angeordnet, dass sie durch eine zentrale Achse der zylindrischen Form des Gehäuses 20 verläuft. Die Welle 33 ragt aus dem Gehäuse 20 teilweise heraus.
Die Welle 33 ist am Rotor 32 eines Permanentmagneten mit einem Paar oder mehreren Paaren eines S-Pols und eines N-Pols befestigt. Der Rotor 32 ist so konfiguriert, dass er in Bezug auf das Gehäuse 20 integral bzw. zusammen mit der Welle 33 drehbar ist.
Der am Gehäuse 20 befestigte Stator 31 ist außerhalb des Rotors 32 angeordnet. Der Stator 31 weist einen Elektromagneten auf, der einen am Gehäuse 20 befestigten Statorkern und eine um den Statorkern gewickelte Statorspule umfasst. Die Anzahl an im Stator 31 enthaltenen Elektromagneten beträgt drei, sechs oder neun, was ein ganzzahlig Vielfaches von drei ist und einem für den Motor erforderlichen Drehmoment oder einer erforderlichen Drehzahl entspricht. Der Stator 31 empfängt von der Invertereinheit 40 bereitgestellten dreiphasigen Wechselstrom. Der Stator 31 kann jedoch einen anderen mehrphasigen Wechselstrom als den dreiphasigen Wechselstrom nutzen, und in diesem Fall ist die Anzahl an im Stator 31 enthaltenen Elektromagneten nicht notwendigerweise ein Vielfaches von drei.
Die Invertereinheit 40 enthält mehrere Halbleitermodule 42, eine Steuerungsplatine 41 und einen Kühler 50. Die Halbleitermodule 42 sind jeweils ein Kühlziel für den Kühler 50.
Die Invertereinheit 40 stellt dem Stator 31 dreiphasigen Wechselstrom bereit. Beispielsweise wandelt die Invertereinheit 40 von einer Batterie außerhalb der Halbleitervorrichtung 10 bereitgestellten Gleichstrom in Wechselstrom um, um dem Stator 31 den Wechselstrom bereitzustellen. Die Invertereinheit 40 enthält so viele Halbleitermodule 42, wie zum Erzeugen eines dem Stator 31 bereitzustellenden Wechselstroms notwendig sind. Die vorliegende Ausführungsform, in der sechs Halbleitermodule 42 angeordnet sind, wird beschrieben.
4 ist eine aus einer ersten Richtung betrachtete Draufsicht des Kühlers 50. Die erste Richtung ist eine axiale Richtung der Welle 33 in 1. Wie in 4 veranschaulicht ist, hat der Kühler 50 in Draufsicht, aus der ersten Richtung betrachtet, eine Ringform. 4 veranschaulicht auch die auf einer Oberfläche des Kühlers 50 angeordneten Halbleitermodule 42. Beschrieben wird die vorliegende Offenbarung, in der eine einfache Ringform eine Ringform in Draufsicht meint, wenn jeder der Kühler 50, 150 und 250 jeweiliger Ausführungsformen aus der ersten Richtung betrachtet wird. Außerdem meint eine einfach beschriebene Umfangsrichtung oder radiale Richtung die Umfangsrichtung oder die radiale Richtung der Ringform in Draufsicht, wenn jeder der Kühler 50, 150 und 250 jeweiliger Ausführungsformen aus der ersten Richtung betrachtet wird.
Der Kühler 50 ist im Innern mit einem Strömungspfad für ein Kühlmittel versehen. Das Kühlmittel ist beispielsweise Kühlwasser. 5 und 6 sind jeweils eine entlang einer zur ersten Richtung senkrechten und durch den Strömungsweg für ein Kühlmittel verlaufenden Ebene genommene Schnittansicht des Kühlers 50. 6 veranschaulicht in Draufsicht aus der ersten Richtung eine Position von jedem der Halbleitermodule 42 mit einer gestrichelten Linie.
Der Kühler 50 umfasst ein außenumfangsseitiges Rohr 54 und ein innenumfangsseitiges Rohr 55. 5 und 6 veranschaulichen in Draufsicht aus der ersten Richtung jeweils Positionen eines Verbindungsbereichs 54a des außenumfangsseitigen Rohrs, wo das außenumfangsseitige Rohr 54 mit einem Rahmenkörper des Kühlers 50 verbunden ist, und eines Verbindungsbereichs 55a des innenumfangsseitigen Rohrs, wo das innenumfangsseitige Rohr 55 mit dem Rahmenkörper des Kühlers 50 verbunden ist. Das innenumfangsseitige Rohr 55 und das außenumfangsseitige Rohr 54 sind mit einem Strömungspfad innerhalb des Kühlers 50 verbunden, wobei der Strömungspfad einen außenumfangsseitigen Header- bzw. Verteiler-Bereich 51, einen innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52 und einen Rippenbereich 53 umfasst.
Der außenumfangsseitige Verteiler-Bereich 51 ist auf der Außenumfangsseite der Ringform angeordnet und erstreckt sich in der Umfangsrichtung.
Der innenumfangsseitige Verteiler-Bereich 52 ist auf der Innenumfangsseite der Ringform jenseits eines Trennbereichs vom außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 aus angeordnet und erstreckt sich in der Umfangsrichtung.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Trennbereich als Bereich derselbe wie der Rippenbereich 53. Der Rippenbereich 53 ist in einem Bereich angeordnet, der radial zwischen dem innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52 und dem außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 angeordnet ist, und erstreckt sich in der Umfangsrichtung. Wie in 5 veranschaulicht ist, sind im Rippenbereich 53 Lamellen bzw. Rippen 57 angeordnet. Der Rippenbereich 53 ermöglicht, dass das Kühlmittel zwischen dem außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 und dem innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52 strömt. 1, 2 und 6 veranschaulichen jeweils der Klarheit halber den Rippenbereich 53 in einem Punktmuster.
Die Rippen 57, wünschenswerterweise Stiftrippen oder gewellte Rippen, weisen beispielsweise einen hohen Kühlwirkungsgrad auf. 5 veranschaulicht die Rippen 57 als Stiftrippen.
Auch wenn der außenumfangsseitige Verteiler-Bereich 51 und der innenumfangsseitige Verteiler-Bereich 52 eine identische Winkelbreite in Umfangsrichtung aufweisen, ist der außenumfangsseitige Verteiler-Bereich 51 in Umfangsrichtung länger als der innenumfangsseitige Verteiler-Bereich 52. Diese Konfiguration bewirkt, dass eine Druckdifferenz in der Umfangsrichtung des Kühlmittels im außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 wahrscheinlicher als im innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52 auftritt. Um die Druckdifferenz des Kühlmittels in der Umfangsrichtung im außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 zu reduzieren, hat der außenumfangsseitige Verteiler-Bereich 51 wünschenswerterweise eine größere radiale Breite W₁ als eine radiale Breite W₂ des innenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 52. Die Reduzierung der Druckdifferenz des Kühlmittels in der Umfangsrichtung im außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 bewirkt, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass der Kühler 50 während einer Kühlung der mehreren Kühlziele einen ungleichmäßigen Grad an Kühlung aufweist. 5 zeigt W₁ und W₂.
Sowohl der außenumfangsseitige Verteiler-Bereich 51 als auch der innenumfangsseitige Verteiler-Bereich 52 weisen wünschenswerterweise nahezu keinen Strömungspfadwiderstand gegenüber dem Kühlmittel auf. Insbesondere weisen der außenumfangsseitige Verteiler-Bereich 51 und der innenumfangsseitige Verteiler-Bereich 52 jeweils wünschenswerterweise einen ausreichend kleineren Strömungspfadwiderstand gegenüber dem Kühlmittel als der Rippenbereich 53 auf.
Jedes Halbleitermodul 42 umfasst ein Halbleiterelement 43, einen Wärmespreizer 46, einen Hauptanschluss 45, einen Signalanschluss 44 und ein Versiegelungsharz 47. Das Halbleiterelement 43 ist mit einem Lötmaterial wie etwa Lötmetall mit dem Wärmespreizer 46 verbunden und mit dem Versiegelungsharz 47 versiegelt. Das Halbleitermodul 42 weist eine Oberfläche auf, von der aus der Wärmespreizer 46 freiliegt. Der Hauptanschluss 45 und der Signalanschluss 44 sind jeweils auf einer Seite mit dem Halbleiterelement 43 verbunden und liegen auf der anderen Seite außerhalb des Versiegelungsharzes 47. Die Konfiguration des Halbleitermoduls 42 ist jedoch nicht auf solch ein Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann das Halbleitermodul 42 den Wärmespreizer 46 nicht enthalten und kann das Halbleiterelement 43 selbst als das Halbleitermodul 42 dienen.
Wie in 4 veranschaulicht ist, sind die mehreren Halbleitermodule 42 auf einer Modulplatzierungsoberfläche 58 des Kühlers 50 angeordnet, die sich in einer die erste Richtung schneidenden zweiten Richtung und einer die erste Richtung und die zweite Richtung schneidenden dritten Richtung erstreckt. Die mehreren Halbleitermodule 42 sind in der Umfangsrichtung auf der Modulplatzierungsoberfläche 58 nebeneinander angeordnet und werden durch den Kühler 50 gleichmäßig gekühlt. Obgleich in der vorliegenden Ausführungsform die veranschaulichte erste Richtung zu einer durch die zweite Richtung und die dritte Richtung definierten Ebene senkrecht ist, ist die erste Richtung nicht notwendigerweise senkrecht zu der durch die zweite Richtung und die dritte Richtung definierten Ebene.
Jedes der Halbleitermodule 42 ist mit dem Wärmespreizer 46 in Kontakt mit der Modulplatzierungsoberfläche 58 des Kühlers 50 angeordnet. Die Modulplatzierungsoberfläche 58 umfasst einen dem Rippenbereich 53 entsprechenden Teil, wobei der Teil eine höhere Kühlkapazität als ein anderer Teil aufweist, so dass jedes der Halbleitermodule 42 auf der Modulplatzierungsoberfläche 58 des Kühlers 50 angeordnet ist, wobei in Draufsicht aus der ersten Richtung der Bereich des Wärmespreizers 46 den Rippenbereich 53 überlappt. Der Begriff „überlappend“ schließt hier den Fall einer teilweisen Überlappung ein.
Um die Kühlkapazität des Rippenbereichs 53 ausreichend zu nutzen, ist wünschenswerterweise jedes der Halbleitermodule 42 auf der Modulplatzierungsoberfläche 58 des Kühlers 50 angeordnet, wobei in Draufsicht aus der ersten Richtung der Bereich des Wärmespreizers 46 im Rippenbereich 53 enthalten ist. In Anbetracht einer Diffusion von vom Wärmespreizer 46 zum Kühler 50 übertragenen Wärme an einer Außenwand des Kühlers 50 umfasst der Rippenbereich 53 noch erwünschter in Draufsicht aus der ersten Richtung einen Teil vom Bereich des Wärmespreizers 46 jedes Halbleitermoduls 42 nach außen mit einer Weite, die gleich einer oder größer als eine Dicke der Außenwand des Kühlers 50 ist.
Zwischen jedes Halbleitermodul 42 und den Kühler 50 ist beispielsweise ein füllstoffhaltiges Fett gefüllt, um einen winzigen Spalt zu füllen, um die Wärmübertragung zu erleichtern. Jedes der Halbleitermodule 42 wird mit einer (nicht veranschaulichten) Feder oder Schraube gegen den Kühler 50 gedrückt.
Jedes der Halbleitermodule 42 und die Statorspule des Stators 31 sind mit einer Sammel- bzw. Stromschiene oder einem Zuleitungsdraht (nicht veranschaulicht) verbunden, die oder der innerhalb des Gehäuses 20 angeordnet ist, und ein dreiphasiger Wechselstrom wird von der Invertereinheit 40 der Statorspule des Stators 31 bereitgestellt. Beispielsweise ist eine Stromschiene oder ein Zuleitungsdraht zum Einspeisen von Gleichstrom von einer Batterie außerhalb des Gehäuses 20 in jedes der Halbleitermodule 42 erforderlich, um die Halbleitervorrichtung 10 zu betreiben, ist aber in der Zeichnung nicht veranschaulicht.
Die Steuerungsplatine 41 ist dafür konfiguriert, über den Signalanschluss 44 ein Eingangssignal, einen Strom und eine Temperatur zu dem Halbleitermodul 42 zu detektieren, und schützt das Halbleiterelement 43.
Die Steuerungsplatine 41 und der Kühler 50 haben jeweils eine Ringform mit einem Loch in der Mitte, wenn sie aus der axialen Richtung der Welle 33 betrachtet werden, wobei die Ringform einen am Gehäuse 20 angebrachten und befestigten Außenumfangsteil aufweist. Die Steuerungsplatine 41 und der Kühler 50 sind am Gehäuse 20 befestigt, wobei die Welle 33 durch das Loch der Ringform sowohl der Steuerungsplatine 41 als auch des Kühlers 50 verläuft.
<A-2. Betrieb>
Die Invertereinheit 40 wandelt Gleichstrom in Wechselstrom um, indem sie veranlasst, dass die mehreren Halbleiterelemente 43 nacheinander schalten, und Joulesche Wärme wird dann durch den Widerstand und Strom von jedem Halbleiterelemente 43 erzeugt. Jedes Halbleiterelement 43 und dessen periphere Komponenten weisen individuell eine für das Material spezifische Wärmebeständigkeitstemperatur auf und müssen individuell bei der Wärmebeständigkeitstemperatur oder darunter gehalten werden. Verbundene Materialien weisen jeweils einen unterschiedlichen linearen Ausdehnungskoeffizienten auf und weisen somit ein unterschiedliches Ausmaß an Ausdehnung und Kontraktion entsprechend einer Temperaturänderung auf. Die Materialien sind an einem Teil verbunden, an dem aufgrund des unterschiedlichen Ausmaßes an Ausdehnung und Kontraktion eine Verformung auftritt, so dass der Teil bricht oder sich löst. Folglich kühlt der Kühler 50 das Halbleitermodul 42, um die Temperatur des Halbleitermoduls 42 bei einer bestimmten Temperatur oder darunter zu halten. Die mehreren Halbleitermodule 42 werden wünschenswerterweise gleichmäßig gekühlt.
Das Kühlmittel strömt in einer Richtung, die von einer Richtung abhängt, in der eine Pumpe, die nicht veranschaulicht und nicht im Kühler 50 enthalten ist, mit dem außenumfangsseitigen Rohr 54 und dem innenumfangsseitigen Rohr 55 verbunden ist. In der vorliegenden Ausführungsform strömt das Kühlmittel in einer Richtung, in der das Kühlmittel vom innenumfangsseitigen Rohr 55 in den Kühler 50 aufgenommen und aus dem außenumfangsseitigen Rohr 54 vom Kühler 50 nach außen abgegeben wird. Das heißt, der Kühler 50 nimmt das Kühlmittel durch das innenumfangsseitige Rohr 55 auf, um zu bewirken, dass das Kühlmittel vom innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52 durch den Rippenbereich 53 in Richtung des außenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 51 strömt, und gibt das Kühlmittel aus dem außenumfangsseitigen Rohr 54 nach außen aus dem Kühler 50 ab. Wenn die Pumpe mit dem außenumfangsseitigen Rohr 54 und dem innenumfangsseitigen Rohr 55 umgekehrt verbunden ist, kann das Kühlmittel in eine zur obigen Richtung entgegengesetzte Richtung strömen. Der Kühler 50 kann auch eine Pumpe enthalten.
Der innenumfangsseitige Verteiler-Bereich 52 und der außenumfangsseitige Verteiler-Bereich 51 weisen jeweils einen ausreichend kleineren Strömungspfadwiderstand als der Rippenbereich 53 auf. Wenn das Kühlmittel durch den Strömungspfad des Kühlers 50 strömt, stehen somit der innenumfangsseitige Verteiler-Bereich 52 und der außenumfangsseitige Verteiler-Bereich 51 jeweils unter im Wesentlichen gleichmäßigem Druck. Dies bewirkt, dass ein Druckgradient im Rippenbereich 53 in der radialen Richtung erzeugt wird. Beispielsweise sind eine Druckdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Ende des innenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 52, wobei das erste Ende nahe dem Verbindungsbereich 55a des innenumfangsseitigen Rohrs liegt und das zweite Ende nahe dem Verbindungsbereich 54a des außenumfangsseitigen Rohrs liegt, und eine Druckdifferenz zwischen dem dritten und vierten Ende des außenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 51, wobei das dritte Ende nahe dem Verbindungsbereich 55a des innenumfangsseitigen Rohrs liegt und das vierte Ende nahe dem Verbindungsbereich 54a des außenumfangsseitigen Rohrs liegt, kleiner als eine Druckdifferenz zwischen dem ersten Ende des innenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 52, wobei das erste Ende nahe dem Verbindungsbereich 55a des innenumfangsseitigen Rohrs liegt, und dem dritten Ende des außenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 51, wobei das dritte Ende nahe dem Verbindungsbereich 55a des innenumfangsseitigen Rohrs liegt, und eine Druckdifferenz zwischen dem zweiten Ende des innenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 52, wobei das zweite Ende nahe dem Verbindungsbereich 54a des außenumfangsseitigen Rohrs liegt, und dem vierten Ende des außenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 51, wobei das vierte Ende nahe dem Verbindungsbereich 54a des außenumfangsseitigen Rohrs liegt. Die Druckdifferenz ist hier ein Absolutwert.
Die Halbleitermodule 42 erzeugen jeweils Wärme, die durch die Außenwand des Kühlers 50 auf das Kühlmittel oder durch die Außenwand des Kühlers 50 und die Rippen 57 auf das Kühlmittel übertragen wird. Als Folge werden die Halbleitermodule 42 gekühlt.
Das Kühlmittel steht in sowohl dem innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52 als auch dem außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 unter im Wesentlichen gleichmäßigem Druck, so dass das Kühlmittel im Rippenbereich 53 in der Umfangsrichtung vom innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52 in Richtung des außenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 51 mit einem im Wesentlichen gleichmäßigen Volumenstrom parallel strömt, und somit weist der Rippenbereich 53 eine Kühlkapazität auf, die in der Umfangsrichtung im Wesentlichen gleichmäßig ist. Folglich werden die mehreren, in der Umfangsrichtung auf der Modulplatzierungsoberfläche 58 nebeneinander angeordneten Halbleitermodule 42 im Wesentlichen gleichmäßig gekühlt.
Wie oben beschrieben wurde, umfasst der Strömungspfad des Kühlers 50 den außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51, der auf der Außenumfangsseite der Ringform angeordnet ist und sich in der Umfangsrichtung erstreckt, den innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52, der auf der Innenumfangsseite der Ringform jenseits des Trennbereichs vom außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 aus angeordnet ist und sich in der Umfangsrichtung erstreckt, und den Rippenbereich 53, der als der Trennbereich dient, in dem die Rippen 57 angeordnet sind, wodurch bewirkt wird, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass der Kühler 50 während einer Kühlung der mehreren Kühlziele einen ungleichmäßigen Grad an Kühlung verursacht.
Die Motoreinheit 30 ist so konfiguriert, dass ein dreiphasiger Wechselstrom an den Stator 31 angelegt wird, um ein Magnetfeld zu erzeugen, und der Rotor 32 gedreht wird, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln. Jedoch beträgt der Umwandlungswirkungsgrad nicht 100 % und geht ein Teil der Energie verloren. Der Großteil des Verlustes wird dann in Wärme umgewandelt. Somit muss auch die Motoreinheit 30 bei Bedarf gekühlt werden; die Kühlung der Motoreinheit 30 ist aber in der Zeichnung der vorliegenden Ausführungsform ausgeklammert.
Wenn die Motoreinheit 30 Wärme erzeugt, wird die Wärme durch das aus Metall bestehende Gehäuse 20 zur Invertereinheit 40 übertragen. Der Kühler 50 ist am Gehäuse 20 auf der Außenumfangsseite befestigt, so dass die Temperatur des Kühlers 50 an seiner Außenumfangsseite ansteigen kann und folglich die Temperatur des Kühlmittels im außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 ebenfalls ansteigen kann. Das Kühlmittel strömt durch den innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52, den Rippenbereich 53 und den außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 jedoch in dieser Reihenfolge. Somit strömt das Kühlmittel im außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 nach Kühlung der Halbleitermodule 42, so dass die Kühlung der Halbleitermodule 42 mit dem Rippenbereich 53 durch von der Motoreinheit 30 erzeugte Wärme weniger wahrscheinlich beeinflusst werden kann.
<A-3. Effekt>
Der Strömungspfad des Kühlers 50 umfasst den außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51, der auf der Außenumfangsseite der Ringform angeordnet ist und sich in der Umfangsrichtung erstreckt, den innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52, der auf der Innenumfangsseite der Ringform jenseits des Trennbereichs vom außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 aus angeordnet ist und sich in der Umfangsrichtung erstreckt, und den Rippenbereich 53, der als der Trennbereich dient, in dem die Rippe 57 angeordnet ist.
Infolgedessen ist es weniger wahrscheinlich, dass der Kühler 50 während einer Kühlung mehrerer Kühlziele einen ungleichmäßigen Grad an Kühlung verursacht.
Der Kühler 50 bewirkt, dass das Kühlmittel vom innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52 durch den Rippenbereich 53 in Richtung des außenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 51 strömt. Infolgedessen kann die Kühlung mit dem Rippenbereich 53 weniger wahrscheinlich durch die Wärme, die vom Gehäuse 20, das den Kühler 50 an der Außenumfangsseite befestigt, zum Kühler 50 übertragen wird, beeinflusst werden.
Der Kühler 50 weist den außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 auf, der wünschenswerterweise eine größere radiale Breite als der innenumfangsseitige Verteiler-Bereich 52 aufweist. Infolgedessen ist es weniger wahrscheinlich, dass der Kühler 50 während einer Kühlung mehrerer Kühlziele einen ungleichmäßigen Grad an Kühlung verursacht.
Die mehreren Halbleitermodule 42 in der Halbleitervorrichtung 10 sind auf der Modulplatzierungsoberfläche 58 des Kühlers 50 angeordnet. Diese Konfiguration ermöglicht, dass die mehreren Halbleitermodule 42 durch den Kühler 50 gekühlt werden.
Die mehreren Halbleitermodule 42 in der Halbleitervorrichtung 10 sind auf der Modulplatzierungsoberfläche 58 des Kühlers 50 in der Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet. Diese Konfiguration ermöglicht, dass die mehreren Halbleitermodule 42 durch den Kühler 50 gleichmäßiger gekühlt werden.
Die mehreren Halbleitermodule 42 in der Halbleitervorrichtung 10 sind jeweils auf der Modulplatzierungsoberfläche 58 des Kühlers 50 angeordnet, wobei der Wärmespreizer 46 in dem Bereich liegt, der in Draufsicht aus der ersten Richtung den Rippenbereich 53 überlappt. Diese Konfiguration ermöglicht, dass die mehreren Halbleitermodule 42 mittels des Rippenbereichs 53 gekühlt werden.
Die mehreren Halbleitermodule 42 in der Halbleitervorrichtung 10 sind jeweils wünschenswerterweise auf der Modulplatzierungsoberfläche 58 des Kühlers 50 angeordnet, wobei der Wärmespreizer 46 in einem Bereich liegt, der in Draufsicht aus der ersten Richtung im Rippenbereich 53 enthalten ist. Diese Konfiguration ermöglicht, dass die mehreren Halbleitermodule 42 durch den Rippenbereich 53 effizient gekühlt werden.
Der Rippenbereich 53 in der Halbleitervorrichtung 10 umfasst wünschenswerterweise in Draufsicht aus der ersten Richtung einen Teil vom Bereich des Wärmespreizers 46 von jedem der mehreren Halbleitermodule 42 nach außen mit einer Weite, die gleich einer oder größer als eine Dicke der Außenwand des Kühlers 50 ist. Diese Konfiguration ermöglicht, dass die mehreren Halbleitermodule 42 durch den Rippenbereich 53 effizient gekühlt werden.
Die Halbleitervorrichtung 10 ist eine Halbleitervorrichtung mit integriertem Motor. Infolgedessen wird eine Halbleitervorrichtung mit integriertem Motor hergestellt, die imstande ist, die mehreren Halbleitermodule 42 mit dem Kühler 50 zu kühlen.
<B. Zweite Ausführungsform>
<B-1. Konfiguration und Betrieb>
Eine Halbleitervorrichtung (worauf im Folgenden als Halbleitervorrichtung 110 verwiesen wird) der vorliegenden Ausführungsform weist im Vergleich mit der Halbleitervorrichtung 10 anstelle der Invertereinheit 40 eine Invertereinheit 140 auf. Die Halbleitervorrichtung 110 ist in anderen Punkten identisch mit der Halbleitervorrichtung 10.
7 ist eine Darstellung, die eine Hälfte eines Schnitts der Invertereinheit 140 veranschaulicht, und ist eine Darstellung, die der die Invertereinheit 40 der ersten Ausführungsform veranschaulichenden 2 entspricht.
Die Invertereinheit 140 weist im Vergleich mit der Invertereinheit 40 anstelle des Kühlers 50 einen Kühler 150 auf. Der Kühler 150 in der Invertereinheit 140 kühlt einen Hauptanschluss 45 eines Halbleitermoduls 42. Die Invertereinheit 140 ist in anderen Punkten der Invertereinheit 40 ähnlich.
Der Kühler 150 ist im Innern mit einem Strömungspfad eines Kühlmittels versehen, wobei der Strömungspfad umfasst: einen außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51, der auf einer Außenumfangsseite einer Ringform angeordnet ist und sich in der Umfangsrichtung der Ringform erstreckt; einen innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 152, der auf einer Innenumfangsseite der Ringform jenseits eines Trennbereichs vom außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 aus angeordnet ist und sich in der Umfangsrichtung erstreckt; und einen Rippenbereich 53, der als der Trennbereich dient, in dem eine Rippe 57 angeordnet ist. Der außenumfangsseitige Verteiler-Bereich 51 und der Rippenbereich 53 sind jenen des Kühlers 50 der ersten Ausführungsform ähnlich.
Der innenumfangsseitige Verteiler-Bereich 152 weist eine größere Breite in einer ersten Richtung als der Rippenbereich 53 auf. Diese Konfiguration ermöglicht eine Vergrößerung der Querschnittsfläche des Strömungspfads des innenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 152, so dass der Strömungspfadwiderstand des innenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 152 auf einen gleichmäßigen Innendruck des innenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 152 gesenkt werden kann und somit der Rippenbereich 53 eine Kühlkapazität aufweist, die in der Umfangsrichtung gleichmäßiger ist. 7 veranschaulicht der Klarheit halber den Rippenbereich 53 in einem Punktmuster.
Eine Modulplatzierungsoberfläche 158 des Kühlers 150, die sich in einer die erste Richtung schneidenden zweiten Richtung und einer die erste Richtung und die zweite Richtung schneidenden dritten Richtung erstreckt, weist einen Teil auf, der dem innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 152 entspricht, wobei der Teil über einen dem Rippenbereich 53 entsprechenden Teil hinaus vorsteht. Diese Konfiguration kann somit leicht eine Konfiguration realisieren, bei der der innenumfangsseitige Verteiler-Bereich 152 eine größere Breite in der ersten Richtung als der Rippenbereich 53 aufweist.
Die Invertereinheit 140 ist so konfiguriert, dass der Hauptanschluss 45 jedes Halbleitermoduls 42 mit dem vorstehenden Teil der Modulplatzierungsoberfläche 158 in Kontakt ist, wobei ein Isoliermaterial 60 dazwischen angeordnet ist. Das Isoliermaterial 60 ist beispielsweise eine Glasbeschichtung. Der Hauptanschluss 45 kann aufgrund von Wärme, die durch einen großen Strom erzeugt wird, der fließt, um eine Motoreinheit 30 anzutreiben, oder Wärme, die vom Halbleiterelement 43 übertragen wird, da er mit dem Halbleiterelement 43 verbunden ist, auf eine hohe Temperatur erhitzt werden. Der Hauptanschluss 45 wird gekühlt, indem er mit dem vorstehenden Teil der Modulplatzierungsoberfläche 158 in Kontakt ist, wobei das Isoliermaterial 60 dazwischen angeordnet ist. Der Hauptanschluss 45 hat einen kleineren Heizwert als das Halbleiterelement 43, so dass eine Kühlung mit einem Teil, der dem innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 152 entspricht, anstelle des Rippenbereichs 53 ausreicht. Der Hauptanschluss 45 ist mit dem Teil der Modulplatzierungsoberfläche 158 des Kühlers 150 in Kontakt, wobei der Teil über den dem Rippenbereich 53 entsprechenden Teil hinaus vorsteht und somit eine Verdrahtung zum Kühlen des Hauptanschlusses 45 mit dem Kühler 150 erleichtert.
Wenngleich die obige Beschreibung zeigt, dass der innenumfangsseitige Verteiler-Bereich 152 die größere Breite in der ersten Richtung als der Rippenbereich 53 aufweist, kann zumindest einer des außenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 51 und des innenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 152 eine größere Breite in der ersten Richtung als der Rippenbereich 53 aufweisen. Diese Konfiguration ermöglicht auch eine Vergrößerung der Querschnittsfläche des Strömungspfads in dem zumindest einen Bereich, so dass der Strömungspfadwiderstand in dem zumindest einen Bereich auf einen gleichmäßigen Innendruck in dem zumindest einen Bereich gesenkt werden kann und somit der Rippenbereich 53 eine Kühlkapazität aufweist, die in der Umfangsrichtung gleichmäßiger ist. Das heißt, es ist weniger wahrscheinlich, dass der Kühler 150 während einer Kühlung mehrerer Kühlziele einen ungleichmäßigen Grad an Kühlung verursacht.
Wenn ein Teil der Modulplatzierungsoberfläche 158 des Kühlers 150, wobei der Teil dem einen Bereich entspricht, über den dem Rippenbereich 53 entsprechenden Teil hinaus vorsteht, kann eine Konfiguration, in der der zumindest eine Bereich eine größere Breite in der ersten Richtung als der Rippenbereich 53 hat, leicht erreicht werden. Wenn der Hauptanschluss 45 von jedem der mehreren Halbleitermodule 42 mit dem dem zumindest einen Bereich entsprechenden vorstehenden Teil angeordnet ist, wobei das Isoliermaterial 60 dazwischen angeordnet ist, kann der Hauptanschluss 45 gekühlt werden.
<B-2. Effekt>
Der Kühler 150 kann so konfiguriert sein, dass zumindest einer des außenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 51 und des innenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 152 eine größere Breite in der ersten Richtung als der Rippenbereich 53 aufweist. Diese Konfiguration bewirkt, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass der Kühler 150 während einer Kühlung mehrerer Kühlziele einen ungleichmäßigen Grad an Kühlung verursacht.
Die Modulplatzierungsoberfläche 158 des Kühlers 150 kann so konfiguriert sein, dass ein zumindest einem Bereich entsprechender Teil über einen dem Rippenbereich 53 entsprechenden Teil hinaus vorsteht. Diese Konfiguration kann ermöglichen, die Konfiguration des Kühlers 150 zu erreichen, bei der zumindest einer des außenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 51 und des innenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs 152 eine größere Breite in der ersten Richtung als der Rippenbereich 53 aufweist.
Die Halbleitervorrichtung 110 ist so konfiguriert, dass der Hauptanschluss 45 von jedem der mehreren Halbleitermodule 42 mit dem vorstehenden Teil der Modulplatzierungsoberfläche 158 in Kontakt ist, wobei das Isoliermaterial 60 dazwischen angeordnet ist. Diese Konfiguration ermöglicht eine Kühlung des Hauptanschlusses 45. Der Hauptanschluss 45 ist mit dem Teil der Modulplatzierungsoberfläche 158 des Kühlers 150 in Kontakt, wobei der Teil über den dem Rippenbereich 53 entsprechenden Teil hinaus vorsteht und somit eine Verdrahtung zum Kühlen des Hauptanschlusses 45 mit dem Kühler 150 erleichtert.
<C. Dritte Ausführungsform>
<C-1 Konfiguration und Betrieb>
Wie in 5 und 6 veranschaulicht ist, weist der Kühler 50 der ersten Ausführungsform den Rippenbereich 53, der sich in der Umfangsrichtung erstreckt, und die mehreren Halbleitermodule 42 auf, die in Intervallen bzw. Abständen in einem dem Rippenbereich 53 entsprechenden Bereich der Modulplatzierungsoberfläche 58 angeordnet sind. Obgleich die Halbleitermodule 42 in der Konfiguration der ersten Ausführungsform durch den Rippenbereich 53 gekühlt werden können, strömt das Kühlmittel auch in einem Teil, der den Abständen zwischen den Halbleitermodulen 42 im Rippenbereich 53 entspricht. Auch wenn das Kühlmittel in einem Teil im Rippenbereich 53, dem Teil, der einem Teil entspricht, der nicht mit einem Halbleitermodul 42 versehen ist, strömt, ist es weniger wahrscheinlich, dass das Kühlmittel zu einer Kühlung der Halbleitermodule 42 beiträgt.
Eine Invertereinheit (worauf im Folgenden als Invertereinheit 240 verwiesen wird), die in einer Halbleitervorrichtung (auf die im Folgenden als Halbleitervorrichtung 210 verwiesen wird) der vorliegenden Ausführungsform angeordnet ist, enthält im Vergleich mit der in der Halbleitervorrichtung 10 der ersten Ausführungsform angeordneten Invertereinheit 40 anstelle des Kühlers 50 einen Kühler 250. Die Invertereinheit 240 ist in anderen Punkten mit der Invertereinheit 40 identisch. Die Halbleitervorrichtung 210 ist mit der Halbleitervorrichtung 10 identisch, außer dass anstelle der Invertereinheit 40 die Invertereinheit 240 angeordnet ist. Eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung 210 ist in 1 wie bei der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Eine vergrößerte Ansicht eines von einer gestrichelten Linie in 1 umgebenen Bereichs der Invertereinheit 240 ist in 2 veranschaulicht. Eine Bezugsziffer einer sich in einer Bezugsziffer zwischen der vorliegenden Ausführungsform und der ersten Ausführungsform unterscheidenden Komponente ist in 1 und 2 in Klammern angegeben.
8 ist eine Schnittansicht des Kühlers 250, die entlang einer Ebene genommen ist, die zu einer ersten Richtung senkrecht ist und durch einen Strömungspfad des Kühlmittels verläuft. 8 veranschaulicht in Draufsicht aus der ersten Richtung eine Position jedes der Halbleitermodule 42 mit einer gestrichelten Linie.
Wie in 1 und 8 veranschaulicht ist, umfasst der Strömungspfad im Innern des Kühlers 250, wie bei dem Strömungspfad im Innern des Kühlers 50, einen außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51, der auf einer Außenumfangsseite einer Ringform angeordnet ist und sich in der Umfangsrichtung erstreckt, und einen innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52, der auf einer Innenumfangsseite der Ringform jenseits eines Trennbereichs vom außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 aus angeordnet ist und sich in der Umfangsrichtung erstreckt.
Der Kühler 250 weist einen Rippenbereich 253 auf, in dem Rippen angeordnet sind. Der Rippenbereich 253 ist in einem Trennbereich angeordnet, der radial zwischen dem innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52 und dem außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 angeordnet ist, um zu bewirken, dass das Kühlmittel zwischen dem innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 52 und dem außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich 51 strömt. Der Rippenbereich 253 ist in der Umfangsrichtung intermittierend bzw. mit Unterbrechungen angeordnet. Infolgedessen können, wenn die Halbleitermodule 42 jeweils in einem dem Rippenbereich 253 entsprechenden Bereich in der Modulplatzierungsoberfläche 58 angeordnet sind, die Halbleitermodule 42 effizient gekühlt werden. Der Trennbereich in der vorliegenden Ausführungsform wird erhalten, indem man den Rippenbereich 253 und einen Bereich kombiniert, der von später beschriebenen Metallblöcken 56 eingenommen wird, die in 8 veranschaulicht sind. 8 veranschaulicht der Klarheit halber den Rippenbereich 253 in einem Punktmuster. Obgleich die im Rippenbereich 253 angeordneten Rippen jeweils eine Stiftrippe oder eine gewellte Rippe sind, wie zum Beispiel die im Rippenbereich 53 angeordneten Rippen 57 in der ersten Ausführungsform, sind die Rippen nicht veranschaulicht.
Wie in 8 veranschaulicht ist, enthält die Halbleitervorrichtung 210 die mehreren Halbleitermodule 42, die jeweilige, in der Umfangsrichtung einzeln intermittierend angeordnete Rippenbereiche 253 in Draufsicht aus der ersten Richtung überlappend angeordnet sind. Diese Konfiguration bewirkt nicht, dass das Kühlmittel zu Bereichen mit einem niedrigen Wirkungsgrad zum Kühlen der jeweiligen mehreren Halbleitermodule 42 im Trennbereich strömt, und somit kann jedes der Halbleitermodule 42 effizient gekühlt werden.
Wie in 8 veranschaulicht ist, sind die mehreren Halbleitermodule 42 jeweils auf der Modulplatzierungsoberfläche 58 des Kühlers 250 mit einem Wärmespreizer 46 in einem Bereich angeordnet, der in Draufsicht aus der ersten Richtung den Rippenbereich 253 überlappt. Die Halbleitermodule 42 sind jeweils wünschenswerterweise auf der Modulplatzierungsoberfläche 58 des Kühlers 250 mit dem Wärmespreizer 46 in einem Bereich angeordnet, der in Draufsicht aus der ersten Richtung im Rippenbereich 253 enthalten ist. Der Rippenbereich 253 umfasst wünschenswerterweise in Draufsicht aus der ersten Richtung einen Teil vom Bereich des Wärmespreizers 46 jedes der Halbleitermodule 42 nach außen mit einer Weite, die gleich einer oder größer als eine Dicke einer Außenwand des Kühlers 250 ist.
Der Kühler 250 enthält ferner die Metallblöcke 56, und die Metallblöcke 56 sind im Trennbereich in einem Bereich, der keinen Rippenbereich 253 aufweist, angeordnet. Die Metallblöcke 56 sind in jedem der dazwischen liegenden Teilbereiche der Rippenbereiche 253 angeordnet, die intermittierend angeordnet sind. Wenn ein Heizwert der Halbleitermodule 42 vorübergehend ansteigt, wie etwa wenn eine Motoreinheit 30 gesperrt wird oder wenn aufgrund einer plötzlichen Beschleunigung eines Elektrofahrzeugs, das die Halbleitervorrichtung 10 nutzt, eine hohe Last plötzlich an die Halbleitermodule 42 angelegt wird, kann eine Kühlung mit den Rippen 57 und einem Puffer aufgrund der Wärmekapazität der Metallblöcke 56 einen Temperaturanstieg unterdrücken. Somit kann eine Ausgangsleistung einer (nicht veranschaulichten) Pumpe, die das Kühlmittel in den Kühler 250 strömen lässt, reduziert werden.
Obwohl oft Aluminium als Material eines Kühlers verwendet wird, wird als Material der Metallblöcke 56 vorzugsweise Kupfer mit einer großen Wärmekapazität pro Volumen verwendet, da der Effekt der Metallblöcke 56 mit zunehmender Wärmekapazität zunimmt. In diesem Fall muss das Kupfer einer Oberflächenbehandlung wie etwa einer Beschichtung bzw. Plattierung, unterzogen werden, um Korrosion zu verhindern. Kupfer ist aufgrund seiner höheren Wärmeleitfähigkeit als Aluminium auch als thermischer Puffer gegen einen plötzlichen Anstieg des Heizwerts der Halbleitermodule 42 geeignet.
Die Platzierung der Metallblöcke 56 und der Rippen 57 im Kühler 250 kann gemäß einer abgeschätzten bzw. voraussichtlichen Platzierung der Halbleitermodule 42 auf dem Kühler 250 geändert werden.
<C-2. Effekt>
Der Kühler 250 weist die Rippenbereiche 253 auf, die in der Umfangsrichtung intermittierend angeordnet sind. Diese Konfiguration ermöglicht, dass die Halbleitermodule 42 effizient gekühlt werden.
Der Kühler 250 umfasst ferner die Metallblöcke 56, und die Metallblöcke 56 sind im Trennbereich in keinen Rippenbereich 253 aufweisenden Bereichen angeordnet. Diese Konfiguration ermöglicht, dass ein Temperaturanstieg unterdrückt wird, wenn der Heizwert der Halbleitermodule 42 vorübergehend ansteigt.
Die Halbleitervorrichtung 210 weist die mehreren Halbleitermodule 42 auf, die in Draufsicht aus der ersten Richtung jeweilige Rippenbereiche 253, die in der Umfangsrichtung intermittierend nebeneinander angeordnet sind, überlappend angeordnet sind. Diese Konfiguration ermöglicht, dass jedes der Halbleitermodule 42 effizient gekühlt wird.
<D. Vierte Ausführungsform>
Die ersten bis dritten Ausführungsformen weisen jeweils keine Beschränkung hinsichtlich einer Art eines Halbleiters auf, der für jedes der im Halbleitermodul 42 eingebauten Halbleiterelemente 43 verwendet wird. Die vorliegende Ausführungsform nutzt irgendeinen der Kühler gemäß den ersten bis dritten Ausführungsformen, und die Halbleiterelemente 43 enthalten einen Halbleiter mit breiter Bandlücke. Der Halbleiter mit breiter Bandlücke weist eine größere Bandlücke als ein Silizium-Halbleiter auf und ist beispielsweise ein Siliziumcarbid-Halbleiter. Wenn der Halbleiter mit breiter Bandlücke enthalten ist, nimmt der Verlust im Normalbetrieb ab und nimmt eine Wärmebeständigkeitstemperatur zu.
Die Abnahme des Verlusts im Normalbetrieb und die Zunahme der Wärmebeständigkeitstemperatur ermöglichen, dass der Metallblock 56 die Wärmemenge während einer Temperaturzunahme von einer Temperatur im Normalbetrieb auf die Wärmebeständigkeitstemperatur absorbiert, wenn der Kühler 250 der dritten Ausführungsform als Kühler verwendet wird, wobei die Wärmemenge größer als jene ist, wenn die Halbleiterelemente 43 nicht den Halbleiter mit breiter Bandlücke enthalten, und somit wird die Funktion des Metallblocks 56 als thermischer Puffer weiter verbessert.
Obgleich die vorliegende Offenbarung im Detail beschrieben wurde, ist die obige Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Somit erkennt man, dass zahllose Modifikationen, die nicht beispielhaft dargestellt sind, angenommen bzw. unterstellt werden können.
Bezugszeichenliste

10, 110, 210: Halbleitervorrichtung
20: Gehäuse
30: Motoreinheit
31: Stator
32: Rotor
33: Welle
40, 140, 240: Invertereinheit
41: Steuerungsplatine
42: Halbleitermodul
43: Halbleiterelement
44: Signalanschluss
45: Hauptanschluss
46: Wärmespreizer
47: Versiegelungsharz
50, 150, 250: Kühler
51: außenumfangsseitiger Verteiler-Bereich
52, 152: innenumfangsseitiger Verteiler-Bereich
53, 253: Rippenbereich
54: außenumfangsseitiges Rohr
54a: Verbindungsbereich des außenumfangseitigen Rohrs
55: innenumfangsseitiges Rohr
55a: Verbindungsbereich des innenumfangsseitigen Rohrs
56: Metallblock
57: Rippe
58, 158: Modulplatzierungsoberfläche
60: Isoliermaterial

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 4708951 [0004]

Claims

Kühler mit einer Ringform in Draufsicht aus einer ersten Richtung, wobei der Kühler aufweist: einen Strömungspfad eines Kühlmittels, wobei der Strömungspfad innerhalb des Kühlers angeordnet ist, wobei der Strömungspfad umfasst: einen außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich, der auf einer Außenumfangsseite der Ringform angeordnet ist und sich in einer Umfangsrichtung der Ringform erstreckt; einen innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich, der auf einer Innenumfangsseite der Ringform jenseits eines Trennbereichs vom außenumfangsseitigen Verteiler-Bereich aus angeordnet ist und sich in der Umfangsrichtung erstreckt; und einen Rippenbereich, der als der Trennbereich dient, in dem eine Rippe angeordnet ist.
Kühler nach Anspruch 1, wobei veranlasst wird, dass das Kühlmittel vom innenumfangsseitigen Verteiler-Bereich durch den Rippenbereich in Richtung des außenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs strömt.
Kühler nach Anspruch 1 oder 2, wobei der außenumfangsseitige Verteiler-Bereich eine größere Breite in radialer Richtung der Ringform als der innenumfangsseitige Verteiler-Bereich hat.
Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest ein Bereich des außenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs und des innenumfangsseitigen Verteiler-Bereichs eine größere Breite in der ersten Richtung als der Rippenbereich aufweist.
Kühler nach Anspruch 4, wobei der Kühler eine Oberfläche aufweist, die sich in einer die erste Richtung schneidenden zweiten Richtung und einer die erste Richtung und die zweite Richtung schneidenden dritten Richtung erstreckt, wobei die Oberfläche einen Teil aufweist, der dem zumindest einen Bereich entspricht, wobei der Teil über einen dem Rippenbereich entsprechenden Teil hinaus vorsteht.
Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Rippenbereich in der Umfangsrichtung intermittierend angeordnet ist.
Kühler nach Anspruch 6, ferner aufweisend: einen Metallblock; wobei der Metallblock in einem Bereich des Trennbereichs angeordnet ist, wobei der Bereich nicht mit dem Rippenbereich versehen ist.
Halbleitervorrichtung, aufweisend: den Kühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und mehrere Halbleitermodule, wobei die mehreren Halbleitermodule auf einer Modulplatzierungsoberfläche des Kühlers angeordnet sind, die sich in einer die erste Richtung schneidenden zweiten Richtung und einer die erste Richtung und die zweite Richtung schneidenden dritten Richtung erstreckt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die mehreren Halbleitermodule auf der Modulplatzierungsoberfläche des Kühlers in der Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, wobei jedes der Halbleitermodule einen Wärmespreizer aufweist und jedes der Halbleitermodule auf der Modulplatzierungsoberfläche des Kühlers mit dem Wärmespreizer in einem Bereich angeordnet ist, der in Draufsicht aus der ersten Richtung den Rippenbereich überlappt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei die mehreren Halbleitermodule jeweils auf der Modulplatzierungsoberfläche des Kühlers mit dem Wärmespreizer in dem Bereich angeordnet sind, der in Draufsicht aus der ersten Richtung in dem Rippenbereich enthalten ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Rippenbereich in Draufsicht aus der ersten Richtung einen Teil vom Bereich des Wärmespreizers jedes der mehreren Halbleitermodule nach außen mit einer Weite, die gleich einer oder größer als eine Dicke einer Außenwand des Kühlers ist, aufweist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Kühler der Kühler nach Anspruch 5 ist, die mehreren Halbleitermodule jeweils einen Hauptanschluss aufweisen und der Hauptanschluss von jedem der mehreren Halbleitermodule mit dem Teil in Kontakt ist, der von der Oberfläche des Kühlers vorsteht, die sich in der die erste Richtung schneidenden zweiten Richtung und der die erste Richtung und die zweite Richtung schneidenden dritten Richtung erstreckt, wobei ein Isoliermaterial zwischen dem Hauptanschluss und dem vorstehenden Teil angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei der Kühler der Kühler nach Anspruch 6 oder 7 ist und die mehreren Halbleitermodule so angeordnet sind, dass sie jeweilige Rippenbereiche, die den in der Umfangsrichtung intermittierend angeordneten Rippenbereich nacheinander bilden, in Draufsicht aus der ersten Richtung überlappen.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei die mehreren Halbleitermodule einen Halbleiter mit breiter Bandlücke enthalten.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Halbleiter mit breiter Bandlücke ein Siliziumcarbid-Halbleiter ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, die eine Halbleitervorrichtung mit integriertem Motor ist, ferner aufweisend: ein Gehäuse; und eine Motoreinheit; wobei die Motoreinheit eine mittels des Gehäuses drehbar abgestützte Welle, einen an der Welle befestigten Rotor und einen am Gehäuse befestigten Stator umfasst, wobei der Kühler am Gehäuse befestigt ist, wobei die Welle durch ein Loch der Ringform verläuft.