JP2007012722A - パワー半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 このパワー半導体モジュールは、冷却液を流すマイクロチャンネル53を有するヒートシンク23と、このヒートシンクの表裏の少なくとも一面に実装される少なくとも2つのパワー半導体素子(IGBT15とダイオード28)とから構成されるパワー半導体モジュールであって、パワー半導体素子は、IGBT15とダイオード28とを含み、1つのIGBTと1つのダイオードとをマイクロチャンネルにおける冷却液の流通方向に沿って直列に配置するように構成される。
【選択図】 図7
Description
第1に、1つのスイッチング半導体素子と1つのダイオードとを冷却用流路における冷却液の流通方向に沿って直列に配置したため、あるいは、1つの冷却用流路は1つのパワー半導体素子だけから吸熱するようにしたため、発熱したスイッチング半導体素子またはダイオードを常に冷却液供給流路側から供給される十分に温度上昇をしていない冷却液により冷却することができ、これにより、各パワー半導体素子を効率よく冷却することができ、高い冷却性能で冷却することができる。さらに、パワー半導体素子の熱の影響を軽減し、信頼性を向上することができ、パワー半導体モジュールの信頼性を向上することができる。
また1つのスイッチング半導体素子と1つのダイオードとを冷却用流路における冷却液の流通方向に沿って直列に配置した実装上のレイアウト構成は、他の観点から見ると、インバータの電気回路での1ブロック(1つのスイッチング半導体素子と1つのダイオードから成る部分)ごとに冷却液が流れる構造となるため、冷却液が流れる1つの共通の冷却用流路上には、ダイオードの上流にはスイッチング半導体素子が1個のみの発熱の状態、またはその反対の状態、が形成される。そのため、冷却用流路を流れる冷却液の温度上昇は、例えば、上流に存するIGBT等の1個分に抑制することができる。
さらに隣り合う上記ブロックの間の熱の影響は、冷却液が同じ冷却用流路を流通しないため、極めて少ない。加えて冷却用流路の部分、すなわちマイクロチャンネル等の流路部分(直線部分)を短くすることができるため、冷却用基体すなわちヒートシンクの内部の圧力損失を低減することができる。
第2に、インバータ等を構成するスイッチング半導体素子(IGBT等)やダイオードのパワー半導体素子を冷却用基体を挟んでその表裏の両面に実装し、一方の面のスイッチング半導体素子の実装位置と他方の面のダイオードの実装位置が表裏関係で一致させたため、電気自動車の車速(始動発進時の低速域、低速域から高速域の車速域)に応じて発熱時期が異なるスイッチング半導体素子とダイオードの発熱を冷却用基体上で時間的に分離し、基体における不均一な熱分布や温度勾配を低減することができる。
第3に、パワー半導体素子は、冷却用基体を挟んでその両面に実装されるため、投影面積が小さいパワー半導体モジュール構造にすることができる。
第4に、冷却用基体であるヒートシンクに両面実装を行うので立体構造をとることができ、さらに両面から接触受熱を行うことでヒートシンクの伝熱面を小容積で得ることができ、ヒートシンク等の容積は小さくできる。これにより、車載しても設置スペースを減少させることができる。
第5に、液冷式の薄型のマイクロチャンネル型ヒートシンクを使用し、高電圧側回路と低電圧側回路を冷却用基体を間に介して配置しかつ電流の流れる向きを反対にすることで磁気的な相殺が生じ、さらに表裏の面に実装されたパワー半導体素子を接続することで素子間の配線を短くでき、インダクタンス成分を低減することができる。
11 パワー半導体ユニット
12 ケース
13 電極パターン
14 配線基板
15 IGBT
16 ゲート配線基板
17 ゲート外部接続端子
18 コレクタ配線基板
19 バスバー
20 IGBT
21 バスバー
22 ゲート外部接続端子
23 ヒートシンク(冷却用基体)
24 絶縁基板
25 絶縁基板
26 金属箔
27 金属箔
28 ダイオード
29 電極パターン
30 ダイオード
31 電極パターン
51 マイクロチャンネル(冷却用流路)
52 冷却液供給流路
53 冷却液排出流路
Claims (9)
- 冷却液を流す冷却用流路を有する冷却用基体と、前記冷却用基体の表裏の少なくとも一面に実装される少なくとも2つのパワー半導体素子とから構成されるパワー半導体モジュールであって、
前記パワー半導体素子は、スイッチ機能を備えるスイッチング半導体素子と、ダイオードとを含み、
1つの前記スイッチング半導体素子と1つの前記ダイオードとを前記冷却用流路における前記冷却液の流通方向に沿って直列に配置することを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 冷却液を流す冷却用流路を有する冷却用基体と、前記冷却用基体の表裏の少なくとも一面に実装される少なくとも2つのパワー半導体素子とから構成されるパワー半導体モジュールであって、
1つの前記冷却用流路は1つの前記パワー半導体素子だけから吸熱することを特徴とするパワー半導体モジュール。 - 前記冷却用基体は冷却液供給流路と冷却液排出流路を有し、前記冷却用流路は、前記冷却液供給流路と前記冷却液排出流路との間に設けられることを特徴とする請求項1または2記載のパワー半導体モジュール。
- 前記冷却用流路は複数設けられ、複数の前記冷却用流路は平行な位置関係で配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール。
- 前記スイッチング半導体素子は前記冷却用基体の前記表裏の面の一方または他方に実装され、
前記ダイオードは、前記冷却用基体の前記表裏の面の一方または他方であって、前記冷却用基体を間に介して前記スイッチング半導体素子の実装位置に一致する位置に実装される、
ことを特徴とする請求項1記載のパワー半導体モジュール。 - 前記スイッチング半導体素子と前記ダイオードはインバータ回路を形成し、
前記冷却用基体の表裏の面のうち、その一方の面に前記インバータ回路の高電位側の前記スイッチング半導体素子と前記ダイオードを実装し、その他方の面に前記インバータ回路の低電位側の前記スイッチング半導体素子と前記ダイオードを実装し、
前記冷却用基体の表裏の面の間で前記スイッチング半導体素子の実装位置と前記ダイオードの実装位置を一致させる、
ことを特徴とする請求項5記載のパワー半導体モジュール。 - 前記ダイオードは前記スイッチング半導体素子に付加される転流ダイオードであることを特徴とする請求項5または6記載のパワー半導体モジュール。
- 前記冷却用流路はマイクロチャンネルであることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のパワー半導体モジュール。
- 前記マイクロチャンネルは、前記冷却用基体の表裏の面のそれぞれに対応して個別に設けられることを特徴とする請求項8記載のパワー半導体モジュール。
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