JP2012104583A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、パワー半導体モジュールと冷却器の熱抵抗を低減するとともに、より小型化した電力変換装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる電力変換装置は、第１の接合部材３を介して第１の冷却器５上の第１面に接合された、第１のパワー半導体モジュール１と、第２の接合部材４を介して第２の冷却器６上の第１面に接合された、第２のパワー半導体モジュール２とを備え、第１の冷却器５と第２の冷却器６とは、第１、第２のパワー半導体モジュール１、２が接合された面と反対の各第２面が、互いに対向して配置され、第１の冷却器５と第２の冷却器６とを通って、冷媒が直列に流れる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の電圧駆動型の半導体素子（半導体スイッチ素子）が搭載されたパワー半導体モジュールとこれを冷却する冷却器を備える電力変換装置に関し、特にパワー半導体モジュールと冷却器の冷却構造に関する。
近年、パワー半導体モジュールの大容量化、コンパクト化、高周波化にともない、半導体素子の発熱密度が非常に大きくなってきており、冷却性能の高いパワー半導体モジュールや冷却器が必要になっている。
従来のパワー半導体モジュールは、冷却器を一面に搭載して、半導体素子で発生した熱を冷却器へ放熱しモジュールを冷却していた。このため、多数のパワー半導体モジュールを必要とする電力変換装置は、全てのパワー半導体モジュールを搭載し、さらにそれらを冷却する大きな冷却器を搭載することが必要となっていた。
このような従来構造において電力変換装置を小型化するためには、半導体素子から冷却器までの熱抵抗を低減して、搭載するパワー半導体モジュールや冷却器を小型化する方法がとられていたが、小型化が十分でないという問題があった。
このような問題を解決するものとして、例えば２つのパワー半導体モジュールを冷却媒体流路の両面に搭載する特許文献１に示すような電力変換装置があった。
特開２００５−２５９７４８号公報（図１）
特許文献１に示された電力変換装置では、２つのパワー半導体モジュールの底面の金属ベースが備える放熱能力が異なるため、発熱量が同等な２つのパワー半導体モジュールを冷却するには適さない構造であった。また、パワー半導体モジュールの底面の金属ベースにピンフィンを一体的に形成する構造は、放熱能力が十分ではなく、パワー半導体モジュールや冷却器を十分に小型化することができなかった。
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、パワー半導体モジュールと冷却器の熱抵抗を低減するとともに、より小型化した電力変換装置を提供することを目的とする。
本発明にかかる電力変換装置は、第１の接合部材を介して第１の冷却器上の第１面に接合された、第１のパワー半導体モジュールと、第２の接合部材を介して第２の冷却器上の第１面に接合された、第２のパワー半導体モジュールとを備え、前記第１の冷却器と前記第２の冷却器とは、前記第１、第２のパワー半導体モジュールが接合された面と反対の各第２面が、互いに対向して配置され、前記第１の冷却器と前記第２の冷却器とを通って、冷媒が直列に流れる。
本発明にかかる電力変換装置によれば、第１の接合部材を介して第１の冷却器上の第１面に接合された、第１のパワー半導体モジュールと、第２の接合部材を介して第２の冷却器上の第１面に接合された、第２のパワー半導体モジュールとを備え、前記第１の冷却器と前記第２の冷却器とは、前記第１、第２のパワー半導体モジュールが接合された面と反対の各第２面が、互いに対向して配置され、前記第１の冷却器と前記第２の冷却器とを通って、冷媒が直列に流れることにより、第１の冷却器、第２の冷却器を裏面同士で重ね合わせて配置するので熱抵抗を低減できるとともに、空間を有効に利用でき装置の小型化が可能となる。
実施の形態１にかかる電力変換装置の平面図である。 実施の形態１にかかる電力変換装置の正面図である。 実施の形態１にかかる電力変換装置の断面図である。 実施の形態１にかかる電力変換装置における、パワー半導体モジュール内部の断面構造を示す図である。 実施の形態１にかかる電力変換装置の正面分解図である。 実施の形態１にかかる電力変換装置における上部プレートを示す図である。 実施の形態１にかかる電力変換装置の放熱プレートを示す図である。 実施の形態１にかかる電力変換装置の放熱プレートを示す図である。 実施の形態１にかかる電力変換装置の下部プレートを示す図である。 実施の形態１にかかる電力変換装置のプレートを重ね合わせた平面図である。 実施の形態１にかかる電力変換装置の断面図である。 実施の形態２にかかる電力変換装置の断面図である。 実施の形態３にかかる電力変換装置の平面図である。 実施の形態３にかかる電力変換装置の正面図である。 実施の形態３にかかる電力変換装置の断面図である。 実施の形態３にかかる電力変換装置の正面分解図である。
＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．構成＞
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力変換装置の平面図であり、図２はその正面図、図３は図１のＡ−Ａ断面図である。なお、図３の矢印は冷媒の流れを示している。
図１においては、特にパワー半導体モジュール、冷却器を示す。複数の第１のパワー半導体モジュール１は、例えばはんだなどの第１の接合部材３（図２参照）で、第１の冷却器５の第１面上に接合される。
図２に示すように、複数の第１のパワー半導体モジュール１と同様に、複数の第２のパワー半導体モジュール２は、例えばはんだなどの第２の接合部材４で、第２の冷却器６の第１面上に接合される。
第１の冷却器５には、冷媒を第１の冷却器５、第２の冷却器６の双方を通って流入させるための流入パイプ７が備えられ、第２の冷却器６には、冷媒を第１の冷却器５、第２の冷却器６の双方を通って流出させるための流出パイプ８が備えられている。
第１の冷却器５の、第１のパワー半導体モジュール１を接合した面の反対面である第２面と、第２の冷却器６の、第２のパワー半導体モジュール２を接合した面の反対面である第２面とは、互いに対向して配置された合わせ面９となっており、第１の冷却器５と第２の冷却器６とが重ね合わせられている。また、第１のパワー半導体モジュール１と第２のパワー半導体モジュール２、第１の冷却器５と第２の冷却器６は、合わせ面９を対称面として、略対称に配置されている。
図３に示すように、冷媒は流入パイプ７から流入され、第１の冷却器５を通り、さらに第２の冷却器６を通って、流出パイプ８から流出される。冷媒は、第１の冷却器５と第２の冷却器６との合わせ面９に沿うようにして第１の冷却器５を流れ、開口部１０を通って、第２の冷却器６を合わせ面９に沿うようにして流れる。すなわち冷媒は、第１の冷却器５と第２の冷却器６とを通って、直列に流れる。
図４は、第１のパワー半導体モジュール１、第２のパワー半導体モジュール２の内部の断面構造を示す図である。パワー半導体スイッチ素子であるＩＧＢＴチップ１１のコレクタ面と、ダイオードチップ１２のカソード面とは、はんだなどの接合部材１３ａ、接合部材１３ｂを介して、銅などの金属からなるヒートスプレッダ１４に接合され、ＩＧＢＴチップ１１のエミッタ面とダイオードチップ１２のアノード面は、はんだなどの接合部材１５ａ、接合部材１５ｂを介して、銅などの金属からなるエミッタ配線電極１６に接合される。また、ヒートスプレッダ１４には、コレクタ配線電極１７が接合される。
絶縁性を有する絶縁層１８ａとその一方面に銅などの金属からなる固定板１８ｂが一体的に形成された絶縁シート１８は、絶縁層１８ａ側がヒートスプレッダ１４に接合される。このように構成された部材の周囲にはモールド樹脂１９が充填される。
図５は、第１の冷却器５の正面分解図である。第２の冷却器６については対称な構造であるので、ここでは第１の冷却器５のみを詳細に示す。
第１の冷却器５は、１枚の上部プレート５ａ、３枚の放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄ、１枚の下部プレート５ｅの合計５枚のプレートからなり、これらをロウ材などで接合し、積層されて形成される。さらに、上部プレート５ａ上には流入パイプ７がロウ材などで接合される。第２の冷却器６の場合には、下部プレートに流出パイプ８が接合されることになる。上部プレート５ａと下部プレート５ｅとは、それらの間に冷媒の流路を形成する。
図６に上部プレート５ａ、図７に放熱プレート５ｂ、図８に放熱プレート５ｃ、図９に下部プレート５ｅの平面図をそれぞれ示す。放熱プレート５ｄは、図７の放熱プレート５ｂと同様であるので省略する。なお、図７、８の矢印は冷媒の流れを示している。
図６に示す上部プレート５ａの端部には、放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄの長孔２１ａ、長孔２１ｂによって形成された複数の流路をまとめて流入パイプ７に連通する連通口２０が形成されている。また、図９に示す下部プレート５ｅの端部には、放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄの長孔２１ａ、長孔２１ｂによって形成された複数の流路をまとめて第２の冷却器６に連通する開口部１０が、第１の冷却器５の第２面と第２の冷却器６の第２面とに対応して形成され、冷媒は第１の冷却器５から第２の冷却器６へ直列に通流する。
第２の冷却器６である場合にも、合わせ面９に近いプレートを下部プレートとして、第１の冷却器５に連通する開口部が形成され、複数の放熱プレートを介して、その上部プレートには、流出パイプ８に連通する連通口が形成される。
図７、図８に示す３枚の放熱プレート５ｂ（放熱プレート５ｄ）、放熱プレート５ｃは、銅やアルミニウム、鉄などのロウ付けまたははんだ付けが可能で、かつ熱伝導率の高い材料で作製され、各々長方形の平板状を形成し、短手方向のほぼ全長に渡って多数のスリット状の長孔２１ａ、長孔２１ｂが略平行に開孔されている。
上部プレート５ａ及び下部プレート５ｅは、放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄと同様に、銅、アルミニウム、鉄などのロウ付またははんだ付けが可能でかつ、熱伝導率の高い材料で構成され、放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄと同じ大きさの平板状を形成され、上部プレート５ａ及び下部プレート５ｅは、上記放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄの積層体を挟むようにして積層方向上下に重ねられ、流路を形成する。
すなわち、３枚の放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄの長孔２１ａ、長孔２１ｂが矩形断面の流路の対向する２つの側面を構成し、上部プレート５ａが流路の上面を構成し、下部プレート５ｅが流路の下面を構成する。このようにして積層された放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄ、上部プレート５ａ及び下部プレート５ｅは、ロウ付などにより水密状態に接合される。
そして、放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄにおいては、長孔２１ａ、長孔２１ｂの側面に、冷媒の流路方向に対して直交する方向に出入りする凹凸が形成されている。凹凸は、断面形状が連続する複数の三角形の凹凸であり、対向する両側面に概ね同じ形状で形成され、両者間に形成される流路幅がほぼ一定になるように相互にピッチを一致させ流路幅だけ離れて形成される。すなわち、貫通孔としての長孔２１ａ、長孔２１ｂが、放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄ上にジグザグ形状に延在している。
３枚の放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄは、積層されて積層体を構成するが、中央に挟まれた放熱プレート５ｃに形成された長孔２１ｂは、上下に重なる放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｄの長孔２１ａに対して冷媒の流通方向と直交する方向（放熱プレートの長手方向）にずれている。なお、ずれ量は、長孔２１ａの幅以下の大きさである。
そのため、長孔２１ａと長孔２１ｂとは、ずれた状態で連通している。図１０に放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄを重ね合わせた場合の平面図を、図１１には図１０のＢ−Ｂ断面図を示す。
このように構成された第１の冷却器５の上部プレート５ａに、第１のパワー半導体モジュール１をはんだなどの第１の接合部材３で接合し、第２の冷却器６の上部プレートに、第２のパワー半導体モジュール２をはんだなどの第２の接合部材４で接合する。冷媒は、流入パイプ７から流入させ、第１の冷却器５の長孔２１ａ、長孔２１ｂに流通させ、第１のパワー半導体モジュール１を冷却した後、開口部１０を経て、第２の冷却器６に流入させ、第２の冷却器６の長孔に流通させ、第２のパワー半導体モジュール２を冷却し、流出パイプ８から流出させる。
＜Ａ−２．効果＞
本発明にかかる実施の形態１によれば、電力変換装置において、第１の接合部材３を介して第１の冷却器５上の第１面に接合された、第１のパワー半導体モジュール１と、第２の接合部材４を介して第２の冷却器６上の第１面に接合された、第２のパワー半導体モジュール２とを備え、第１の冷却器５と第２の冷却器６とは、第１のパワー半導体モジュール１、第２のパワー半導体モジュール２が接合された面と反対の各第２面が、互いに対向して配置され、第１の冷却器５と第２の冷却器６とを通って、冷媒が直列に流れることで、第１の冷却器５、第２の冷却器６を裏面同士で重ね合わせて配置し、第１のパワー半導体モジュール１と第１の冷却器５との間、第２のパワー半導体モジュール２と第２の冷却器６との間の熱抵抗を低減することができるとともに、空間を有効に利用でき装置の小型化が可能となる。また、冷媒を、第１の冷却器５と、第２の冷却器６とで直列に通流することで、並列にそれぞれ通流する場合よりも流入パイプ７と流出パイプ８の本数を低減でき、低コスト化が可能となる。
また、本発明にかかる実施の形態１によれば、電力変換装置において、第１の冷却器５と第２の冷却器６とは、第２面の互いに対応する位置において、冷媒が通流可能な開口部１０をさらに備えることで、冷媒を第１の冷却器５から第２の冷却器６へ通流させるためのパイプを別途設ける必要がなく、装置の構成を簡易化することができる。
また、本発明にかかる実施の形態１によれば、電力変換装置において、第１のパワー半導体モジュール１と第２のパワー半導体モジュール２、第１の冷却器５と第２の冷却器６は、それぞれ第２面に対して略対称に配置されることで、第１のパワー半導体モジュール１及び第１の冷却器と、第２のパワー半導体モジュール２及び第２の冷却器とが同等な冷却能力を得ることができ、かつ空間を有効に利用でき、電力変換装置を小型化することができる。
また、本発明にかかる実施の形態１によれば、電力変換装置において、第１の接合部材３、第２の接合部材４は、はんだであることで、接合のためにボルトなどの固定部品を設ける必要なく装置を構成でき、固定部品の削減および装置の小型化を図ることができる。また、パワー半導体モジュール、冷却器間の熱抵抗を低減できる。
また、本発明にかかる実施の形態１によれば、電力変換装置において、第１の冷却器５、第２の冷却器６は、放熱プレート５ｂと、放熱プレート５ｂを挟んでそれらの間に冷媒の流路を形成する上部プレート５ａ、下部プレート５ｅとを備え、放熱プレート５ｂは、ジグザグ形状に延在した貫通孔としての長孔２１ａ、長孔２１ｂを有することで、第１の冷却器５、第２の冷却器６の冷却能力を大幅に向上させることができる。
また、第１の冷却器５、第２の冷却器６においては、放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄの長孔２１ａ、長孔２１ｂに、冷媒の流通方向と直交する方向に出入りするような凹凸が形成されているので、伝熱面積が拡大し、冷却性能が向上するとともに、冷媒が凸部に衝突しながら流れるため、衝突噴流による冷却性能の向上効果もある。
更に中央の放熱プレート５ｃに形成された長孔２１ｂは、上下に重なる放熱プレート５ｂ，放熱プレート５ｄの長孔２１ａに対して冷媒の流通方向と直交する方向にずれて重ね合わせられているため、流路の断面がカギ型となり、伝熱面積が広がり冷却能力が更に向上する。
なお、本実施の形態の放熱プレートは放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄの３枚であるが、必要な放熱能力に応じて枚数を変更すればよい。また、放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄにスリット状の長孔２１ａ、長孔２１ｂが、全面に渡って多数本形成されているが、必要な放熱能力に応じて長孔の本数や幅を形成すればよい。また、放熱プレート５ｂ、放熱プレート５ｃ、放熱プレート５ｄに形成される三角形の凹凸についても、必要な放熱能力に応じてピッチ数を変更すればよい。
＜Ｂ．実施の形態２＞
＜Ｂ−１．構成＞
図１２は、本発明の実施の形態２にかかる電力変換装置の断面図であり、特にパワー半導体モジュールと冷却器を示す。なお、矢印は冷媒の流れを示している。
第１の冷却器５の第２面と第２の冷却器６の第２面との合わせ面９には、冷媒を第１の冷却器５から第２の冷却器６に流通させるための開口部１０が設けられ、冷媒は第１の冷却器５から第２の冷却器６へ直列に通流する。さらに第２面同士の合わせ面９の全面または周囲面には、接着部材２２が設けられ、冷媒が開口部１０から漏洩することを防止する。
このように構成することにより、冷媒が開口部１０から漏洩することなく、第１のパワー半導体モジュール１と第２のパワー半導体モジュール２を冷却することができる。
＜Ｂ−２．効果＞
本発明にかかる実施の形態２によれば、電力変換装置において、第１の冷却器５の第２面と第２の冷却器６の第２面とは、全面または周囲における接着部材２２によって接着されることで、冷媒の漏洩を効果的に防止できる。
＜Ｃ．実施の形態３＞
＜Ｃ−１．構成＞
図１３は、本発明の実施の形態３にかかる電力変換装置の平面図であり、特にパワー半導体モジュールと冷却器を示す。図１４はその正面図、図１５は図１３のＡ−Ａ断面図である。なお、図１５の矢印は冷媒の流れを示している。
第１の冷却器２５に接合された複数の第１のパワー半導体モジュール２３は、シリコンを使用したパワー半導体チップからなるパワー半導体モジュールであり、第２の冷却器２６に接合された第２のパワー半導体モジュール２４は、ワイドバンドギャップ半導体としてのシリコンカーバイドを使用したパワー半導体チップからなるパワー半導体モジュールである。
図１３においては、特にパワー半導体モジュール、冷却器を示す。複数の第１のパワー半導体モジュール２３は、はんだなどの第１の接合部材３（図１４参照）で、第１の冷却器２５の一面上に接合される。
図１４に示すように、複数の第１のパワー半導体モジュール２３と同様に、複数の第２のパワー半導体モジュール２４は、はんだなどの第２の接合部材４で、第２の冷却器２６の一面上に接合される。
第１の冷却器２５には、冷媒を第１の冷却器２５、第２の冷却器２６の双方を通って流入させるための流入パイプ７が備えられ、第２の冷却器２６には、冷媒を第１の冷却器２５、第２の冷却器２６の双方を通って流出させるための流出パイプ８が備えられている。
第１の冷却器２５の、第１のパワー半導体モジュール２３を接合した面の反対面である第２面と、第２の冷却器２６の、第２のパワー半導体モジュール２４を接合した面の反対面である第２面とは、互いに対向して配置された合わせ面９となっており、第１の冷却器２５と第２の冷却器２６とが重ね合わせられている。また、第１のパワー半導体モジュール２３と第２のパワー半導体モジュール２４、第１の冷却器２５と第２の冷却器２６は、合わせ面９を対称面として、略対称に配置されている。
図１５に示すように、冷媒は流入パイプ７から流入され、第１の冷却器２５を通り、さらに第２の冷却器２６を通って、流出パイプ８から流出される。冷媒は、第１の冷却器２５と第２の冷却器２６との合わせ面９に沿うようにして第１の冷却器２５を流れ、開口部１０を通って、第２の冷却器２６を合わせ面９に沿うようにして流れる。
図１６は、第２の冷却器２６の正面分解図であり、図１４に示した第２の冷却器２６を上下反転して示している。
第２の冷却器２６は、例えば１枚の上部プレート２６ａ、１枚の放熱プレート２６ｂ、１枚の下部プレート２６ｅの合計３枚のプレートからなり、これらをロウ材などで接合し、積層されて形成される。さらに、上部プレート２６ａ上には流出パイプ８がロウ材などで接合される。上部プレート２６ａの平面図は図６と同様であり、放熱プレート２６ｂの平面図は図７と同様であり、下部プレート２６ｅの平面図は図９と同様である。
一方、第１の冷却器２５の正面分解図は図５と同様であり、上部プレート２５ａ、放熱プレート２５ｂ、放熱プレート２５ｃ、放熱プレート２５ｄ、下部プレート２５ｅの平面図はそれぞれ図６〜９と同様である。このように第２の冷却器２６は、第１の冷却器２５より放熱プレートの枚数が少ない構造である。
＜Ｃ−２．効果＞
本発明にかかる実施の形態３によれば、電力変換装置において、第１のパワー半導体モジュール２３、第２のパワー半導体モジュール２４の一方は、ワイドバンドギャップ半導体を用いることで、ワイドバンドギャップ半導体としてのシリコンカーバイド使用したパワー半導体チップからなるパワー半導体モジュールはより高温で使用でき、また、一方の冷却器の冷却能力を他方の冷却器より向上させることができる。このため、一方の冷却器の放熱プレートの枚数を少なくでき、装置の小型化することができる。
また、第１の冷却器２５にシリコンを用いたパワー半導体チップからなる第１のパワー半導体モジュール２３を接合し、第２の冷却器２６にシリコンカーバイドを使用したパワー半導体チップからなる第２のパワー半導体モジュール２４を接合して、第１のパワー半導体モジュール２３と第２のパワー半導体モジュール２４とを区別して別の冷却器に接合することにより、シリコンカーバイドを使用したパワー半導体チップからなるパワー半導体モジュールからの熱が、シリコンを用いたパワー半導体チップからなるパワー半導体モジュールへ拡散して温度上昇することを防ぐことが可能となる。
なお、第１の第１のパワー半導体モジュール２３、第２のパワー半導体モジュール２４の双方にシリコンカーバイドを使用して、電力変換装置の小型化を図ることも可能である。
また、本実施の形態３では、第２の冷却器２６の放熱プレートの枚数を、第１の冷却器２５より少なくしたが、これに限ったものではなく、放熱プレートにスリット状に形成された長孔の本数や幅を必要な放熱能力に応じて形成することもできる。また、放熱プレートに形成される三角形の凹凸のピッチ数を、必要な放熱能力に応じて変更することもできる。
本発明の実施の形態では、各構成要素の材質、材料、実施の条件等についても記載しているが、これらは例示であって記載したものに限られるものではない。
１，２３ 第１のパワー半導体モジュール、２，２４ 第２のパワー半導体モジュール、３ 第１の接合部材、４ 第２の接合部材、５，２５ 第１の冷却器、５ａ，２５ａ，２６ａ 上部プレート、５ｂ〜５ｄ，２５ｂ〜２５ｄ，２６ｂ 放熱プレート、５ｅ，２５ｅ，２６ｅ 下部プレート、６，２６ 第２の冷却器、７ 流入パイプ、８ 流出パイプ、９ 合わせ面、１０ 開口部、１１ ＩＧＢＴチップ、１２ ダイオードチップ、１３ａ，１３ｂ，１５ａ，１５ｂ 接合部材、１４ ヒートスプレッダ、１６ エミッタ配線電極、１７ コレクタ配線電極、１８ 絶縁シート、１８ａ 絶縁層、１８ｂ 固定板、１９ モールド樹脂、２０ 連通口、２１ａ，２１ｂ 長孔、２２ 接着部材。

Claims (7)

  1. 第１の接合部材を介して第１の冷却器上の第１面に接合された、第１のパワー半導体モジュールと、
    第２の接合部材を介して第２の冷却器上の第１面に接合された、第２のパワー半導体モジュールとを備え、
    前記第１の冷却器と前記第２の冷却器とは、前記第１、第２のパワー半導体モジュールが接合された面と反対の各第２面が、互いに対向して配置され、
    前記第１の冷却器と前記第２の冷却器とを通って、冷媒が直列に流れる、電力変換装置。
  2. 前記第１の冷却器と前記第２の冷却器とは、前記第２面の互いに対応する位置において、前記冷媒が通流可能な開口部をさらに備える、
    請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 前記第１のパワー半導体モジュールと前記第２のパワー半導体モジュール、前記第１の冷却器と前記第２の冷却器は、それぞれ前記第２面に対して略対称に配置される、
    請求項１または２に記載の電力変換装置。
  4. 第１、第２の接合部材は、はんだである、
    請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
  5. 前記第１、第２の冷却器は、放熱プレートと、前記放熱プレートを挟んでそれらの間に前記冷媒の流路を形成する上・下部プレートとを備え、
    前記放熱プレートは、ジグザグ形状に延在した貫通孔を有する、
    請求項１〜４のいずれかに記載の電力変換装置。
  6. 前記第１の冷却器の前記第２面と前記第２の冷却器の前記第２面とは、全面または周囲における接着部材によって接着される、
    請求項１〜５のいずれかに記載の電力変換装置。
  7. 前記第１、第２のパワー半導体モジュールの一方は、ワイドバンドギャップ半導体を用いる、
    請求項１〜６のいずれかに記載の電力変換装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012222333A (ja) * 2011-04-14 2012-11-12 T Rad Co Ltd ヒートシンク
CN103839904A (zh) * 2012-11-21 2014-06-04 三菱电机株式会社 功率转换装置
JP2017092248A (ja) * 2015-11-10 2017-05-25 三菱アルミニウム株式会社 ヒートシンク
US20220295672A1 (en) * 2021-03-09 2022-09-15 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device and manufacturing method therefor

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012222333A (ja) * 2011-04-14 2012-11-12 T Rad Co Ltd ヒートシンク
CN103839904A (zh) * 2012-11-21 2014-06-04 三菱电机株式会社 功率转换装置
JP2014103303A (ja) * 2012-11-21 2014-06-05 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
US9439324B2 (en) 2012-11-21 2016-09-06 Mitsubishi Electric Corporation Electric power converter
CN103839904B (zh) * 2012-11-21 2017-03-01 三菱电机株式会社 功率转换装置
JP2017092248A (ja) * 2015-11-10 2017-05-25 三菱アルミニウム株式会社 ヒートシンク
US20220295672A1 (en) * 2021-03-09 2022-09-15 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion device and manufacturing method therefor

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