JP2012212776A - Electric power conversion device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electric power conversion device having good cooling efficiency and cooling performance to a semiconductor module.SOLUTION: An electric power conversion device 1 is formed by alternately stacking a plurality of semiconductor modules 2 and a plurality of cooling pipes (coolant passages) 81 for cooling the semiconductor modules 2. The semiconductor module 2 comprises: a semiconductor element 3a; a pair of heat radiation parts 20a arranged on both sides of the semiconductor element 3a in a lamination direction X and exposing heat radiation surfaces 211a, 221a to both main surfaces 201, 202 of the semiconductor module 2 respectively; and a sealing part 200 for sealing the semiconductor element 3a and the pair of heat radiation parts 20a. The pair of heat radiation parts 20a consists of an adjacency heat radiation part 21a in a side where distance from a heat radiation surfaces 211a, 221a to the semiconductor element 3a is short, and a remote heat radiation part 22a in a side where the distance is long. One of heat radiation parts 20a opposite to each other through the cooling pipe 81 in the lamination direction X between neighboring semiconductor elements 3a of the semiconductor modules 2 in the lamination direction X, is the remote heat radiation part 22a.

Description

本発明は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、その半導体モジュールを冷却するための冷媒を流通させる冷媒流路とを積層してなる電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device in which a semiconductor module having a built-in semiconductor element and a refrigerant flow path for circulating a refrigerant for cooling the semiconductor module are stacked.

例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータと、車両に搭載された直流バッテリーとの間において、電力の変換を行うための電力変換装置がある。
この電力変換装置は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールを複数個有しているが、これらの半導体モジュールは、そこに流れる被制御電流によって発熱する。特に、近年、交流モータに要求される駆動力の上昇に伴って被制御電流が大きくなり、半導体モジュールの発熱量が大きくなる傾向にある。そのため、発熱に伴う半導体モジュールの温度上昇を抑制する必要がある。 For example, there is a power conversion device for converting power between an AC motor that is a power source of an electric vehicle or a hybrid vehicle, and a DC battery mounted on the vehicle.
This power conversion device has a plurality of semiconductor modules incorporating semiconductor elements, and these semiconductor modules generate heat due to controlled currents flowing therethrough. In particular, in recent years, the controlled current increases as the driving force required for the AC motor increases, and the amount of heat generated by the semiconductor module tends to increase. Therefore, it is necessary to suppress the temperature rise of the semiconductor module due to heat generation.

例えば、特許文献１には、複数の半導体モジュールとその半導体モジュールを冷却するための冷媒を流通させる複数の冷却管（冷媒流路）とを交互に積層した電力変換装置が開示されている。これによれば、半導体モジュールをその両側に配置された冷却管によって冷却し、温度上昇を抑制することができる。また、発熱量の多い半導体モジュール同士が冷却管を挟んで隣り合わないようにすることで、電力変換装置全体における冷却効率の偏在を抑制することができる。   For example, Patent Document 1 discloses a power conversion device in which a plurality of semiconductor modules and a plurality of cooling pipes (refrigerant channels) through which a refrigerant for cooling the semiconductor modules is alternately stacked. According to this, the semiconductor module can be cooled by the cooling pipes arranged on both sides thereof, and the temperature rise can be suppressed. Moreover, uneven distribution of cooling efficiency in the entire power conversion device can be suppressed by preventing semiconductor modules having a large amount of heat generation from being adjacent to each other with the cooling pipe interposed therebetween.

特開２００５−３３２８６３号公報JP 2005-332863 A

しかしながら、電力変換装置において、各半導体モジュールには、内蔵されている半導体素子の位置等によって冷却管等との接触面からの放熱量が大きい部分と小さい部分とが生じる。そのため、半導体モジュールと冷却管等とを交互に積層して構成する場合、積層方向に隣り合う半導体モジュール同士の間において放熱量が大きい部分が向かい合うと、両者の間での熱干渉が大きくなり、放熱性が低下するといった問題が生じるおそれがあった。   However, in the power converter, each semiconductor module has a portion where the amount of heat released from the contact surface with the cooling pipe or the like is large and a portion where the amount is small. Therefore, when the semiconductor module and the cooling pipe or the like are alternately laminated, when a portion with a large heat dissipation amount between the semiconductor modules adjacent to each other in the laminating direction, thermal interference between both becomes large, There is a possibility that a problem such as a decrease in heat dissipation may occur.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、半導体モジュールに対する冷却効率、冷却性能に優れた電力変換装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a power conversion device excellent in cooling efficiency and cooling performance for a semiconductor module.

本発明は、電力変換回路の一部を構成する複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却するための冷媒を流通させる複数の冷媒流路とを交互に積層してなる電力変換装置であって、
上記半導体モジュールは、半導体素子と、該半導体素子の上記積層方向の両側に配置されると共に上記半導体モジュールの両主面にそれぞれ放熱面を露出させた一対の放熱部と、上記半導体素子及び上記一対の放熱部を封止する封止部とを有し、
上記一対の放熱部は、上記放熱面から上記半導体素子までの距離が近い側の近接放熱部と遠い側の遠隔放熱部とからなり、
上記積層方向に隣り合う上記半導体モジュールの上記半導体素子同士の間において、上記冷媒流路を挟んで上記積層方向に向かい合う上記放熱部同士のうち、少なくとも一方が上記遠隔放熱部であることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。 The present invention is a power conversion device in which a plurality of semiconductor modules constituting a part of a power conversion circuit and a plurality of refrigerant flow paths for circulating a refrigerant for cooling the semiconductor modules are alternately stacked. ,
The semiconductor module includes a semiconductor element, a pair of heat dissipating portions disposed on both sides of the semiconductor element in the stacking direction and having heat dissipating surfaces exposed on both main surfaces of the semiconductor module, the semiconductor element, and the pair of semiconductor elements. A sealing portion for sealing the heat radiation portion of
The pair of heat dissipating parts is composed of a close heat dissipating part on the side closer to the semiconductor element from the heat dissipating surface and a remote heat dissipating part on the far side,
Between the semiconductor elements of the semiconductor modules adjacent to each other in the stacking direction, at least one of the heat dissipating units facing each other in the stacking direction across the coolant channel is the remote heat dissipating unit. (1).

上記電力変換装置において、半導体モジュールにおける半導体素子の積層方向の両側には、一対の放熱部が配置されている。また、一対の放熱部は、放熱面から半導体素子までの距離が近い側の近接放熱部と遠い側の遠隔放熱部とからなる。ここで、近接放熱部は、放熱面と半導体素子との間の距離が近いため、放熱面からの放熱量が大きくなりやすい。一方、遠隔放熱部は、放熱面と半導体素子との間の距離が近接放熱部よりも遠いので、放熱面からの放熱量も近接放熱部に比べて小さくなりやすい。   In the power conversion device, a pair of heat radiating portions are disposed on both sides of the semiconductor module in the stacking direction of the semiconductor elements. Moreover, a pair of heat radiation part consists of the near heat radiation part by the side where the distance from a heat radiation surface to a semiconductor element is near, and the remote heat radiation part by a far side. Here, since the distance between the heat dissipation surface and the semiconductor element is short in the proximity heat dissipation portion, the heat dissipation amount from the heat dissipation surface tends to increase. On the other hand, in the remote heat radiating portion, the distance between the heat radiating surface and the semiconductor element is farther than that of the adjacent heat radiating portion.

そして、積層方向に隣り合う半導体モジュールの半導体素子同士の間において、冷媒流路を挟んで積層方向に向かい合う放熱部同士のうち、少なくとも一方が遠隔放熱部である。すなわち、放熱面からの放熱量が大きくなる近接放熱部同士が冷媒流路を挟んで積層方向に向かい合わないようにしている。そのため、隣り合う半導体モジュール同士の間の熱干渉を抑制することができ、半導体モジュールを偏りなく、効率よく冷却することができる。これにより、装置全体としての冷却性能を向上させることができる。   And between the semiconductor elements of the semiconductor modules adjacent to each other in the stacking direction, at least one of the heat dissipating units facing each other in the stacking direction with the coolant channel interposed therebetween is a remote heat dissipating unit. That is, the adjacent heat radiating portions that increase the heat radiation amount from the heat radiating surface are prevented from facing each other in the stacking direction across the refrigerant flow path. Therefore, thermal interference between adjacent semiconductor modules can be suppressed, and the semiconductor modules can be efficiently cooled without being biased. Thereby, the cooling performance as the whole apparatus can be improved.

このように、本発明によれば、半導体モジュールに対する冷却効率、冷却性能に優れた電力変換装置を提供することができる。   Thus, according to this invention, the power converter device excellent in the cooling efficiency with respect to a semiconductor module and cooling performance can be provided.

実施例１における、電力変換装置を示す斜視説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory perspective view illustrating a power conversion device according to a first embodiment. 実施例１における、電力変換装置の構成を示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows the structure of the power converter device in Example 1. FIG. 実施例１における、半導体モジュールの構成を示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows the structure of the semiconductor module in Example 1. FIG. 実施例１における、（ａ）半導体モジュールを第１主面側から見た正面図、（ｂ）半導体モジュールを第２主面側から見た正面図。(A) The front view which looked at the semiconductor module from the 1st main surface side in Example 1, (b) The front view which looked at the semiconductor module from the 2nd main surface side. 実施例１における、半導体モジュールの構成を示す分解斜視図。FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the semiconductor module in the first embodiment. 実施例１における、電力変換装置の回路図。The circuit diagram of the power converter device in Example 1. FIG. 実施例２における、半導体モジュールの構成を示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows the structure of the semiconductor module in Example 2. FIG. 実施例３における、半導体モジュールの構成を示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows the structure of the semiconductor module in Example 3. FIG. 実施例４における、電力変換装置の構成を示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows the structure of the power converter device in Example 4. FIG. 実施例４における、半導体モジュールの構成を示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows the structure of the semiconductor module in Example 4. FIG. 実施例４における、電力変換装置の別構成を示す断面説明図。Sectional explanatory drawing which shows another structure of the power converter device in Example 4. FIG.

上記電力変換装置は、複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却するための冷媒を流通させる複数の冷媒流路とを交互に積層してなる。例えば、半導体モジュールの両主面と冷却管とを接触させ、その冷却管内を流通する冷媒によって半導体モジュールを間接的に冷却する構成であってもよいし、冷媒を半導体モジュールの両主面に直接接触するように流通させ、その流通する冷媒によって半導体モジュールを直接的に冷却する構成であってもよい。   The power conversion device is formed by alternately laminating a plurality of semiconductor modules and a plurality of refrigerant flow paths for circulating a refrigerant for cooling the semiconductor modules. For example, the main surface of the semiconductor module and the cooling pipe may be brought into contact with each other, and the semiconductor module may be indirectly cooled by the refrigerant flowing through the cooling pipe, or the refrigerant may be directly applied to the two main faces of the semiconductor module. A configuration may be employed in which the semiconductor module is circulated so as to be in contact and the semiconductor module is directly cooled by the circulated refrigerant.

また、上記半導体モジュールにおいて、半導体素子の積層方向の両側には、一対の放熱部が配置されている。この放熱部は、半導体素子から発生した熱を放熱するために設けられており、半導体素子と熱的に接続されている。ここで、熱的に接続されているとは、放熱部が半導体素子に対して直接的又は間接的に（熱伝導性を有する他の部材を介して）接しており、半導体素子の熱が放熱部に伝達される構成であることをいう。   Further, in the semiconductor module, a pair of heat radiating portions are arranged on both sides in the stacking direction of the semiconductor elements. The heat radiating portion is provided to radiate heat generated from the semiconductor element, and is thermally connected to the semiconductor element. Here, “thermally connected” means that the heat radiating portion is in direct or indirect contact with the semiconductor element (via another member having thermal conductivity), and the heat of the semiconductor element is dissipated. It is the structure transmitted to the part.

また、上記半導体モジュールは、互いに直列接続された２つの上記半導体素子を有し、上記半導体モジュールの上記積層方向に直交する幅方向の一方側及び他方側には、それぞれ正極側の上記半導体素子及び負極側の上記半導体素子が配置されていることが好ましい（請求項２）。
この場合には、半導体モジュールの幅方向の一方側において、すべての正極側の半導体素子が積層方向に並んで配置され、他方側において、すべての負極側の半導体素子が積層方向に並んで配置されることになる。これにより、他の部品との接続性を向上させることができる。 In addition, the semiconductor module includes two semiconductor elements connected in series with each other, and on one side and the other side in the width direction perpendicular to the stacking direction of the semiconductor module, the semiconductor element on the positive electrode side and The semiconductor element on the negative electrode side is preferably disposed (claim 2).
In this case, on one side of the width direction of the semiconductor module, all the positive-side semiconductor elements are arranged in the stacking direction, and on the other side, all the negative-side semiconductor elements are arranged in the stacking direction. Will be. Thereby, connectivity with other components can be improved.

また、上記半導体モジュールの上記積層方向の一方側には、正極側の上記半導体素子における上記近接放熱部及び負極側の上記半導体素子における上記遠隔放熱部が配置され、他方側には、正極側の上記半導体素子における上記遠隔放熱部及び負極側の上記半導体素子における上記近接放熱部が配置されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、正極側の半導体素子及び負極側の半導体素子における近接放熱部同士、すなわち放熱面からの放熱量が大きい近接放熱部同士が半導体モジュールの同一主面に配置されないようにすることができる。これにより、各冷媒流路における冷却効率を高めることができる。 In addition, the proximity heat dissipation part in the semiconductor element on the positive electrode side and the remote heat dissipation part in the semiconductor element on the negative electrode side are disposed on one side in the stacking direction of the semiconductor module, and the positive electrode side is disposed on the other side. It is preferable that the remote heat dissipating part in the semiconductor element and the proximity heat dissipating part in the semiconductor element on the negative electrode side are arranged.
In this case, it is possible to prevent adjacent heat dissipation parts in the semiconductor element on the positive electrode side and the semiconductor element on the negative electrode side, that is, adjacent heat dissipation parts having a large heat dissipation amount from the heat dissipation surface, from being disposed on the same main surface of the semiconductor module. it can. Thereby, the cooling efficiency in each refrigerant | coolant flow path can be improved.

例えば、冷媒流路内において、２つの半導体素子が並んでいる方向、すなわち幅方向に冷媒が流通する場合、半導体モジュールの同一主面に近接放熱部同士が配置されると、上流側の半導体素子における近接放熱部の放熱面からの放熱によって冷媒の温度が上昇し、下流側の半導体素子における近接放熱部の放熱面から十分な放熱を行うことができないおそれがある。しかしながら、上記構成では、放熱量が大きい近接放熱部同士が半導体モジュールの同一主面に配置されないため、このような問題を解消することができ、各冷媒流路における冷却効率を高めることができる。   For example, in the refrigerant flow path, when the refrigerant flows in the direction in which the two semiconductor elements are arranged, that is, in the width direction, if the adjacent heat dissipating portions are arranged on the same main surface of the semiconductor module, the upstream semiconductor element There is a possibility that the temperature of the refrigerant rises due to heat radiation from the heat radiation surface of the proximity heat radiation portion in the case, and sufficient heat radiation cannot be performed from the heat radiation surface of the proximity heat radiation portion in the downstream semiconductor element. However, in the above configuration, the adjacent heat radiation portions having a large heat radiation amount are not arranged on the same main surface of the semiconductor module. Therefore, such a problem can be solved and the cooling efficiency in each refrigerant channel can be increased.

また、正極側の上記半導体素子における上記積層方向の一方側の上記放熱部は、正極端子に接続されており、負極側の上記半導体素子における上記積層方向の一方側の上記放熱部は、負極端子に接続されており、正極側の上記半導体素子における上記積層方向の他方側の上記放熱部と負極側の上記半導体素子における上記積層方向の他方側の上記放熱部とは、互いに接続されて１つの中間放熱部を形成しており、該中間放熱部は、出力端子に接続されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、半導体モジュールの一方の主面に放熱面の面積が大きな中間放熱部が配置されることになる。これにより、半導体モジュールの放熱性を高めることができる。 Further, the heat dissipating part on one side in the stacking direction of the semiconductor element on the positive electrode side is connected to a positive electrode terminal, and the heat dissipating part on one side in the stacking direction of the semiconductor element on the negative electrode side is connected to a negative electrode terminal. And the heat dissipation part on the other side in the stacking direction in the semiconductor element on the positive electrode side and the heat dissipation part on the other side in the stacking direction in the semiconductor element on the negative electrode side are connected to each other and An intermediate heat radiating portion is formed, and the intermediate heat radiating portion is preferably connected to the output terminal.
In this case, an intermediate heat dissipating part having a large heat dissipating surface area is disposed on one main surface of the semiconductor module. Thereby, the heat dissipation of a semiconductor module can be improved.

また、上記正極端子に接続された上記放熱部と上記負極端子に接続された上記放熱部との間には、上記封止部の一部を構成すると共に上記両放熱部の上記放熱面よりも突出してなる突出封止部が形成されていることが好ましい（請求項５）。
この場合には、例えば、半導体モジュールと冷媒流路となる冷却管等とを積層した場合に、冷却管の一方側が半導体モジュールの突出封止部によってその突出方向に押され、他方側が半導体モジュールの中間放熱部が形成されている主面に押し付けられる。そのため、半導体モジュールの中間放熱部が形成されている主面と冷却管との密着性を高めることができる。これにより、半導体モジュールの放熱性を向上させることができる。 Moreover, between the said thermal radiation part connected to the said positive electrode terminal, and the said thermal radiation part connected to the said negative electrode terminal, while comprising a part of said sealing part, rather than the said thermal radiation surface of the said both thermal radiation part It is preferable that a protruding sealing portion that protrudes is formed.
In this case, for example, when a semiconductor module and a cooling pipe or the like serving as a coolant channel are stacked, one side of the cooling pipe is pushed in the protruding direction by the protruding sealing portion of the semiconductor module, and the other side of the semiconductor module is It is pressed against the main surface on which the intermediate heat radiating portion is formed. Therefore, the adhesiveness between the main surface on which the intermediate heat radiating portion of the semiconductor module is formed and the cooling pipe can be improved. Thereby, the heat dissipation of a semiconductor module can be improved.

また、上記半導体モジュールの一方の主面に上記突出封止部を形成し、さらにその反対側の主面を凹面状に形成することが好ましい。
この場合には、半導体モジュールの中間放熱部が形成されている主面と冷却管等との密着性をさらに高めることができる。これにより、半導体モジュールの放熱性をさらに向上させることができる。 Further, it is preferable that the protruding sealing portion is formed on one main surface of the semiconductor module, and the opposite main surface is formed in a concave shape.
In this case, the adhesion between the main surface where the intermediate heat radiating portion of the semiconductor module is formed and the cooling pipe or the like can be further enhanced. Thereby, the heat dissipation of the semiconductor module can be further improved.

また、正極側の上記半導体素子における上記積層方向の一方側の上記放熱部は、正極端子に接続されており、負極側の上記半導体素子における上記積層方向の他方側の上記放熱部は、負極端子に接続されており、正極側の上記半導体素子における上記積層方向の他方側の上記放熱部と負極側の上記半導体素子における上記積層方向の一方側の上記放熱部とは、互いに接続されていると共にいずれか一方が出力端子に接続されていることが好ましい（請求項６）。
この場合にも、上記と同様に、積層方向に隣り合う半導体モジュールの半導体素子同士の間において、放熱面からの放熱量が大きくなる近接放熱部同士が冷媒流路を挟んで積層方向に向かい合わないようにしている。そのため、隣り合う半導体モジュール同士の間の熱干渉を抑制することができ、半導体モジュールを偏りなく、効率よく冷却することができる。これにより、装置全体としての冷却性能を向上させることができる。 In addition, the heat dissipation portion on one side in the stacking direction of the semiconductor element on the positive electrode side is connected to a positive electrode terminal, and the heat dissipation portion on the other side in the stacking direction of the semiconductor element on the negative electrode side is connected to the negative electrode terminal. The heat dissipation part on the other side in the stacking direction in the semiconductor element on the positive electrode side and the heat dissipation part on the one side in the stacking direction in the semiconductor element on the negative electrode side are connected to each other. Either one is preferably connected to the output terminal.
Also in this case, similar to the above, between the semiconductor elements of the semiconductor modules adjacent to each other in the stacking direction, the adjacent heat dissipating portions that increase the heat radiation amount from the heat dissipating surface do not face each other in the stacking direction with the refrigerant flow path interposed therebetween. I am doing so. Therefore, thermal interference between adjacent semiconductor modules can be suppressed, and the semiconductor modules can be efficiently cooled without being biased. Thereby, the cooling performance as the whole apparatus can be improved.

（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置について、図を用いて説明する。
本例の電力変換装置１、図１〜図５に示すごとく、電力変換回路の一部を構成する複数の半導体モジュール２と、半導体モジュール２を冷却するための冷媒を流通させる複数の冷却管（冷媒流路）８１とを交互に積層してなる。
半導体モジュール２は、半導体素子３ａ（３ｂ）と、半導体素子３ａ（３ｂ）の積層方向Ｘの両側に配置されると共に半導体モジュール２の両主面２０１、２０２にそれぞれ放熱面２１１ａ、２２１ａ（２１１ｂ、２２１ｂ）を露出させた一対の放熱部２０ａ（２０ｂ）と、半導体素子３ａ（３ｂ）及び一対の放熱部２０ａ（２０ｂ）を封止する封止部２００とを有する。 Example 1
A power converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1 to FIG. 5, the power conversion device 1 of this example, a plurality of semiconductor modules 2 constituting a part of the power conversion circuit, and a plurality of cooling pipes for circulating a coolant for cooling the semiconductor module 2 ( (Refrigerant flow path) 81 are alternately laminated.
The semiconductor module 2 is disposed on both sides of the semiconductor element 3a (3b) and the stacking direction X of the semiconductor elements 3a (3b), and heat radiation surfaces 211a and 221a (211b, 211b, 221b) and a pair of heat radiation portions 20a (20b), and a sealing portion 200 that seals the semiconductor element 3a (3b) and the pair of heat radiation portions 20a (20b).

一対の放熱部２０ａ（２０ｂ）は、放熱面２１１ａ、２２１ａ（２１１ｂ、２２１ｂ）から半導体素子３ａ（３ｂ）までの距離が近い側の近接放熱部２１ａ（２１ｂ）と遠い側の遠隔放熱部２２ａ（２２ｂ）とからなる。
積層方向Ｘに隣り合う半導体モジュール２の半導体素子３ａ（３ｂ）同士の間において、冷却管（冷媒流路）８１を挟んで積層方向Ｘに向かい合う放熱部２０ａ（２０ｂ）同士のうち、一方が遠隔放熱部２２ａ（２２ｂ）である。
以下、これを詳説する。 The pair of heat radiating portions 20a (20b) includes a proximity heat radiating portion 21a (21b) on the side closer to the semiconductor element 3a (3b) from the heat radiating surfaces 211a, 221a (211b, 221b) and a remote heat radiating portion 22a (on the far side). 22b).
Between the semiconductor elements 3a (3b) of the semiconductor modules 2 adjacent to each other in the stacking direction X, one of the heat dissipating parts 20a (20b) facing each other in the stacking direction X across the cooling pipe (refrigerant channel) 81 is remote. It is the thermal radiation part 22a (22b).
This will be described in detail below.

図１、図２に示すごとく、電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２と複数の冷却管８１とを交互に積層してなる。
各半導体モジュール２は、半導体モジュール２と冷却管８１との積層方向Ｘの両側から冷却管８１によって挟持されている。また、隣り合う冷却管８１同士の間には、１個の半導体モジュール２が挟持されている。なお、半導体モジュール２と冷却管８１とは、直接密着させてもよいし、絶縁材等を介して密着させてもよい。 As shown in FIGS. 1 and 2, the power conversion device 1 is formed by alternately stacking a plurality of semiconductor modules 2 and a plurality of cooling pipes 81.
Each semiconductor module 2 is sandwiched by the cooling pipe 81 from both sides in the stacking direction X of the semiconductor module 2 and the cooling pipe 81. One semiconductor module 2 is sandwiched between adjacent cooling pipes 81. The semiconductor module 2 and the cooling pipe 81 may be in direct contact with each other, or may be in close contact with each other through an insulating material or the like.

同図に示すごとく、複数の冷却管８１は、その長手方向（幅方向Ｙ）の両端部８１１、８１２において、隣り合う冷却管８１同士が変形可能な連結管８２によって連結されている。また、積層方向Ｘの一端に配設された冷却管８１の両端部８１１、８１２には、外部から冷媒を導入する冷媒導入管８３と、外部に冷媒を排出する冷媒排出管８４とが連結されている。また、冷却管８１、連結管８２、冷媒導入管８３及び冷媒排出管８４は、アルミニウム又はその合金からなる。   As shown in the figure, the plurality of cooling pipes 81 are connected to each other at both ends 811 and 812 in the longitudinal direction (width direction Y) by connecting pipes 82 that can deform adjacent cooling pipes 81. In addition, a refrigerant introduction pipe 83 for introducing a refrigerant from the outside and a refrigerant discharge pipe 84 for discharging the refrigerant to the outside are connected to both ends 811 and 812 of the cooling pipe 81 disposed at one end in the stacking direction X. ing. The cooling pipe 81, the connecting pipe 82, the refrigerant introduction pipe 83, and the refrigerant discharge pipe 84 are made of aluminum or an alloy thereof.

そして、冷媒導入管８３から導入された冷媒は、冷媒導入管８３側の連結管８２を適宜通り、各冷却管８１に分配されると共にその長手方向（幅方向Ｙ）に流通する。そして、冷媒は、各冷却管８１を流れる間に、半導体モジュール２との間で熱交換を行う。熱交換により温度上昇した冷媒は、冷媒排出管８４側の連結管８２を適宜通り、冷媒排出管８４から排出される。   Then, the refrigerant introduced from the refrigerant introduction pipe 83 passes through the connecting pipe 82 on the refrigerant introduction pipe 83 side, is distributed to each cooling pipe 81 and circulates in the longitudinal direction (width direction Y). The refrigerant exchanges heat with the semiconductor module 2 while flowing through each cooling pipe 81. The refrigerant whose temperature has risen due to heat exchange passes through the connecting pipe 82 on the refrigerant discharge pipe 84 side and is discharged from the refrigerant discharge pipe 84.

なお、冷却管８１等に流通させる冷媒としては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等の冷媒を用いることができる。   Examples of the refrigerant circulating in the cooling pipe 81 and the like include natural refrigerants such as water and ammonia, water mixed with ethylene glycol antifreeze, fluorocarbon refrigerants such as fluorinate, and chlorofluorocarbon refrigerants such as HCFC123 and HFC134a. A refrigerant such as alcohol refrigerant such as methanol or alcohol, or a ketone refrigerant such as acetone can be used.

図２、図３に示すごとく、半導体モジュール２は、２個の半導体素子３ａ、３ｂを有している。２個の半導体素子３ａ、３ｂは、幅方向Ｙに並んで配置されている。
同図に示すごとく、一方の半導体素子３ａの積層方向Ｘの両側には、一対の放熱部２０ａが配置されている。一対の放熱部２０ａは、放熱面２１１ａ、２２１ａから半導体素子３ａまでの距離が近い側の近接放熱部２１ａと遠い側の遠隔放熱部２２ａとからなる。 As shown in FIGS. 2 and 3, the semiconductor module 2 includes two semiconductor elements 3a and 3b. The two semiconductor elements 3a and 3b are arranged side by side in the width direction Y.
As shown in the figure, a pair of heat radiating portions 20a are arranged on both sides in the stacking direction X of one semiconductor element 3a. The pair of heat radiating portions 20a includes a proximity heat radiating portion 21a on the side closer to the semiconductor element 3a from the heat radiating surfaces 211a and 221a and a remote heat radiating portion 22a on the far side.

図４（ａ）に示すごとく、近接放熱部２１ａは、放熱面２１１ａを半導体モジュール２の第１主面２０１に露出させている。また、図４（ｂ）に示すごとく、遠隔放熱部２２ａは、放熱面２２１ａを半導体モジュール２の第２主面２０２に露出させている。
また、一対の放熱部２０ａ（近接放熱部２１ａ、遠接放熱部２２ａ）は、半導体素子３ａから発生した熱を放熱するために設けられており、半導体素子３ａと熱的に接続されている。 As shown in FIG. 4A, the proximity heat dissipating part 21 a exposes the heat dissipating surface 211 a to the first main surface 201 of the semiconductor module 2. Further, as shown in FIG. 4B, the remote heat radiating portion 22 a exposes the heat radiating surface 221 a to the second main surface 202 of the semiconductor module 2.
Further, the pair of heat radiating portions 20a (the proximity heat radiating portion 21a and the distant heat radiating portion 22a) are provided to radiate heat generated from the semiconductor element 3a, and are thermally connected to the semiconductor element 3a.

図２、図３に示すごとく、もう一方の半導体素子３ｂの積層方向Ｘの両側には、一対の放熱部２０ｂが配置されている。一対の放熱部２０ｂは、放熱面２１１ｂ、２２１ｂから半導体素子３ｂまでの距離が近い側の近接放熱部２１ｂと遠い側の遠隔放熱部２２ｂとからなる。   As shown in FIGS. 2 and 3, a pair of heat radiating portions 20 b are disposed on both sides of the other semiconductor element 3 b in the stacking direction X. The pair of heat radiating portions 20b includes a proximity heat radiating portion 21b on the side closer to the semiconductor element 3b from the heat radiating surfaces 211b and 221b and a remote heat radiating portion 22b on the far side.

図４（ｂ）に示すごとく、近接放熱部２１ｂは、放熱面２１１ｂを半導体モジュール２の第２主面２０２に露出させている。また、図４（ａ）に示すごとく、遠隔放熱部２２ｂは、放熱面２２１ｂを半導体モジュール２の第１主面２０１に露出させている。
また、一対の放熱部２０ｂ（近接放熱部２１ｂ、遠接放熱部２２ｂ）は、半導体素子３ｂから発生した熱を放熱するために設けられており、半導体素子３ｂと熱的に接続されている。 As shown in FIG. 4B, the proximity heat dissipating part 21 b exposes the heat dissipating surface 211 b to the second main surface 202 of the semiconductor module 2. As shown in FIG. 4A, the remote heat radiating part 22 b exposes the heat radiating surface 221 b to the first main surface 201 of the semiconductor module 2.
In addition, the pair of heat radiating portions 20b (the proximity heat radiating portion 21b and the distant heat radiating portion 22b) are provided to radiate the heat generated from the semiconductor element 3b, and are thermally connected to the semiconductor element 3b.

図２〜図４に示すごとく、本例では、半導体モジュール２の第２主面２０２に放熱面２２１ａを露出させている遠隔放熱部２２ａと、同じく第２主面２０２に放熱面２１１ｂを露出させている近接放熱部２１ｂとは、互いに接続されて１つの中間放熱部２９を形成している。すなわち、中間放熱部２９の一部が遠隔放熱部２２ａを形成しており、他の一部が近接放熱部２１ｂを形成している。また、中間放熱部２９は、半導体モジュール２の第２主面２０２に、遠隔放熱部２２ａの放熱面２２１ａと近接放熱部２１ｂの放熱面２１１ｂとからなる放熱面２９１を形成している。
また、近接放熱部２１ａ、遠接放熱部２２ｂ及び中間放熱部２９は、金属板により構成されている。 As shown in FIGS. 2 to 4, in this example, the remote heat radiating portion 22 a in which the heat radiating surface 221 a is exposed on the second main surface 202 of the semiconductor module 2, and the heat radiating surface 211 b on the second main surface 202 are exposed. The adjacent heat radiating portions 21b are connected to each other to form one intermediate heat radiating portion 29. That is, a part of the intermediate heat radiating part 29 forms the remote heat radiating part 22a, and the other part forms the proximity heat radiating part 21b. Further, the intermediate heat radiating portion 29 forms a heat radiating surface 291 including a heat radiating surface 221 a of the remote heat radiating portion 22 a and a heat radiating surface 211 b of the proximity heat radiating portion 21 b on the second main surface 202 of the semiconductor module 2.
Further, the proximity heat radiating portion 21a, the distant heat radiating portion 22b, and the intermediate heat radiating portion 29 are made of a metal plate.

図５に示すごとく、半導体素子３ａの第１表面３０１ａと近接放熱部２１ａとは、はんだにより接合されている。また、半導体素子３ａの第２表面３０２ａと中間放熱部２９（遠隔放熱部２２ａ）との間には、熱伝導性及び導電性に優れた銅からなるスペーサ部２３ａが介設されている。また、半導体素子３ａの第２主面３０２ａとスペーサ部２３ａとは、はんだにより接合されている。また、中間放熱部２９（遠隔放熱部２２ａ）とスペーサ部２３ａとは、はんだにより接合されている。   As shown in FIG. 5, the first surface 301a of the semiconductor element 3a and the proximity heat radiating portion 21a are joined by solder. Further, a spacer portion 23a made of copper having excellent thermal conductivity and conductivity is interposed between the second surface 302a of the semiconductor element 3a and the intermediate heat dissipation portion 29 (remote heat dissipation portion 22a). The second main surface 302a of the semiconductor element 3a and the spacer portion 23a are joined by solder. Further, the intermediate heat radiating portion 29 (remote heat radiating portion 22a) and the spacer portion 23a are joined by solder.

同図に示すごとく、半導体素子３ｂの第２表面３０２ｂと中間放熱部２９（近接放熱部２１ｂ）とは、はんだにより接合されている。また、半導体素子３ｂの第１表面３０１ｂと遠隔放熱部２２ｂとの間には、熱伝導性及び導電性に優れた銅からなるスペーサ部２３ｂが介設されている。また、半導体素子３ｂの第１主面３０１ｂとスペーサ部２３ｂとは、はんだにより接合されている。また、遠隔放熱部２２ｂとスペーサ部２３ｂとは、はんだにより接合されている。   As shown in the figure, the second surface 302b of the semiconductor element 3b and the intermediate heat radiation part 29 (proximity heat radiation part 21b) are joined by solder. In addition, a spacer portion 23b made of copper having excellent thermal conductivity and conductivity is interposed between the first surface 301b of the semiconductor element 3b and the remote heat radiating portion 22b. The first main surface 301b of the semiconductor element 3b and the spacer portion 23b are joined by solder. Moreover, the remote heat radiating part 22b and the spacer part 23b are joined by solder.

図２〜図４に示すごとく、半導体モジュール２は、半導体素子３ａ、３ｂ、近接放熱部２１ａ、遠隔放熱部２２ｂ、中間放熱部２９（遠隔放熱部２２ａ、近接放熱部２１ｂ）、スペーサ部２３ａ、２３ｂを樹脂からなる封止部２００によってモールドしてなり、一体的に構成されている。   As shown in FIGS. 2 to 4, the semiconductor module 2 includes semiconductor elements 3 a and 3 b, a proximity heat radiating portion 21 a, a remote heat radiating portion 22 b, an intermediate heat radiating portion 29 (remote heat radiating portion 22 a, proximity heat radiating portion 21 b), a spacer portion 23 a, 23b is molded by a sealing portion 200 made of resin, and is integrally formed.

図４、図５に示すごとく、近接放熱部２１ａは、正極端子４１に接続されている。また、遠隔放熱部２２ｂは、負極端子４２に接続されている。また、中間放熱部２９（遠隔放熱部２２ａ、近接放熱部２１ｂ）は、出力端子４３に接続されている。また、正極端子４１、負極端子４２及び出力端子４３は、半導体モジュール２の封止部２００における高さ方向Ｚの一方の端面２０３から突出している。また、正極端子４１、負極端子４２及び出力端子４３は、バスバー（図示略）に接続されており、このバスバーを介して被制御電力が半導体モジュール２に入出力される。   As shown in FIGS. 4 and 5, the proximity heat dissipating part 21 a is connected to the positive terminal 41. Further, the remote heat radiating portion 22 b is connected to the negative electrode terminal 42. Further, the intermediate heat radiating portion 29 (remote heat radiating portion 22 a, proximity heat radiating portion 21 b) is connected to the output terminal 43. Further, the positive terminal 41, the negative terminal 42, and the output terminal 43 protrude from one end surface 203 in the height direction Z of the sealing portion 200 of the semiconductor module 2. The positive terminal 41, the negative terminal 42, and the output terminal 43 are connected to a bus bar (not shown), and controlled power is input to and output from the semiconductor module 2 through the bus bar.

同図に示すごとく、半導体素子３ａ、３ｂは、それぞれ制御端子５１ａ、５１ｂに接続されている。制御端子５１ａ、５１ｂは、半導体モジュール２の封止部２００における高さ方向Ｚのもう一方の端面２０４から突出している。また、制御端子５１ａ、５１ｂは、制御回路基板（図示略）に接続されており、半導体素子３ａ、３ｂに内蔵された後述するスイッチング素子を制御する制御電流が入力される。制御回路基板が半導体モジュール２内の半導体素子３ａ、３ｂを制御することにより、正極端子４１と負極端子４２との間に印加される直流電圧を交流電圧に変換し、出力端子４３から出力している。   As shown in the figure, the semiconductor elements 3a and 3b are connected to control terminals 51a and 51b, respectively. The control terminals 51 a and 51 b protrude from the other end surface 204 in the height direction Z of the sealing portion 200 of the semiconductor module 2. The control terminals 51a and 51b are connected to a control circuit board (not shown), and a control current for controlling a switching element (described later) built in the semiconductor elements 3a and 3b is input. The control circuit board controls the semiconductor elements 3 a and 3 b in the semiconductor module 2, thereby converting a DC voltage applied between the positive terminal 41 and the negative terminal 42 into an AC voltage and outputting it from the output terminal 43. Yes.

次に、本例の電力変換装置１の回路図について、図６を用いて説明する。なお、同図は、簡単のために、半導体モジュール２を３つとした回路構成を示しているが、各半導体モジュール２に対してさらに１つ以上の半導体モジュール２を並列接続してもよい。
本例の電力変換装置１は、同図に示すごとく、直流電源６１と三相交流モータ６２との間に配線され、直流電力を三相交流電力に変換して三相交流モータ６２を駆動するものである。 Next, a circuit diagram of the power conversion device 1 of this example will be described with reference to FIG. For the sake of simplicity, FIG. 2 shows a circuit configuration in which three semiconductor modules 2 are provided. However, one or more semiconductor modules 2 may be connected in parallel to each semiconductor module 2.
As shown in the figure, the power conversion apparatus 1 of this example is wired between a DC power supply 61 and a three-phase AC motor 62, converts DC power to three-phase AC power, and drives the three-phase AC motor 62. Is.

また、電力変換装置１は、直流電源６１の正極に接続される正極ライン６１１と、直流電源６１の負極に接続される負極ライン６１２との間に、２つの半導体素子３ａ、３ｂを互いに直列接続してなるアーム６３が３つ接続されている。また、半導体素子３ａ、３ｂは、スイッチング素子（ＩＧＢＴ素子）３１ａ、３１ｂとフリーホイールダイオード３２ａ、３２ｂとからなる。   Further, the power conversion device 1 connects two semiconductor elements 3 a and 3 b in series between a positive line 611 connected to the positive electrode of the DC power supply 61 and a negative electrode line 612 connected to the negative electrode of the DC power supply 61. Three arms 63 are connected. The semiconductor elements 3a and 3b include switching elements (IGBT elements) 31a and 31b and free wheel diodes 32a and 32b.

また、各アーム６３を構成する２つの半導体素子３ａ、３ｂは、１つの半導体モジュール２を構成している。また、半導体モジュール２における正極端子４１と負極端子４２とがそれぞれ正極ライン６１１と負極ライン６１２とに接続されている。
また、半導体モジュール２における出力端子４３が各アーム６３を構成する２つの半導体素子３ａ、３ｂの間の接続点に相当し、この接続点が三相交流モータ６２の各電極に接続されている。つまり、３つのアーム６３は、それぞれの接続点（出力端子４３）において、それぞれ三相交流モータ６２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電極端子に接続されたＵ相アーム、Ｖ相アーム、Ｗ相アームとなっている。 Further, the two semiconductor elements 3 a and 3 b constituting each arm 63 constitute one semiconductor module 2. Further, the positive terminal 41 and the negative terminal 42 in the semiconductor module 2 are connected to the positive line 611 and the negative line 612, respectively.
Further, the output terminal 43 in the semiconductor module 2 corresponds to a connection point between the two semiconductor elements 3 a and 3 b constituting each arm 63, and this connection point is connected to each electrode of the three-phase AC motor 62. That is, the three arms 63 are respectively connected to the U-phase, V-phase, and W-phase electrode terminals of the three-phase AC motor 62 at each connection point (output terminal 43). It is a phase arm.

また、互いに並列接続された３つのアーム６３（Ｕ相アーム、Ｖ相アーム、Ｗ相アーム）によって、インバータ部６４が構成されている。
また、直流電源６１とインバータ部６４との間において、正極ライン６１１と負極ライン６１２とを接続するように、平滑コンデンサ６５が配置されている。 Moreover, the inverter part 64 is comprised by the three arms 63 (U-phase arm, V-phase arm, W-phase arm) mutually connected in parallel.
Further, a smoothing capacitor 65 is disposed between the DC power supply 61 and the inverter unit 64 so as to connect the positive electrode line 611 and the negative electrode line 612.

次に、本例の電力変換装置１における作用効果について説明する。
本例の電力変換装置１において、半導体モジュール２における半導体素子３ａ（３ｂ）の積層方向Ｘの両側には、一対の放熱部２０ａ（２０ｂ）が配置されている。また、一対の放熱部２０ａ（２０ｂ）は、放熱面２１１ａ、２２１ａ（２１１ｂ、２２１ｂ）から半導体素子３ａ（３ｂ）までの距離が近い側の近接放熱部２１ａ（２１ｂ）と遠い側の遠隔放熱部２２ａ（２２ｂ）とからなる。ここで、近接放熱部２１ａ（２１ｂ）は、放熱面２１１ａ（２１１ｂ）と半導体素子３ａ（３ｂ）との間の距離が近いため、放熱面２１１ａ（２１１ｂ）からの放熱量が大きくなりやすい。一方、遠隔放熱部２２ａ（２２ｂ）は、放熱面２２１ａ（２２１ｂ）と半導体素子３ａ（３ｂ）との間の距離が近接放熱部２１ａ（２１ｂ）よりも遠いので、放熱面２２１ａ（２２１ｂ）からの放熱量も近接放熱部２１ａ（２１ｂ）に比べて小さくなりやすい。 Next, the effect in the power converter device 1 of this example is demonstrated.
In the power conversion device 1 of this example, a pair of heat radiation portions 20a (20b) are disposed on both sides of the semiconductor module 3a (3b) in the stacking direction X in the semiconductor module 2. In addition, the pair of heat radiating portions 20a (20b) includes a heat radiating surface 211a, 221a (211b, 221b) and the remote heat radiating portion 21a (21b) on the far side and the remote heat radiating portion on the far side from the semiconductor element 3a (3b). 22a (22b). Here, since the distance between the heat radiation surface 211a (211b) and the semiconductor element 3a (3b) is short in the proximity heat radiation portion 21a (21b), the amount of heat radiation from the heat radiation surface 211a (211b) tends to increase. On the other hand, since the distance between the heat radiation surface 221a (221b) and the semiconductor element 3a (3b) is farther from the near heat radiation portion 21a (21b), the remote heat radiation portion 22a (22b) is closer to the heat radiation surface 221a (221b). The amount of heat radiation is also likely to be smaller than that of the proximity heat radiation portion 21a (21b).

そして、積層方向Ｘに隣り合う半導体モジュール２の半導体素子３ａ（３ｂ）同士の間において、冷却管８１を挟んで積層方向Ｘに向かい合う放熱部２０ａ（２０ｂ）同士のうち、一方が遠隔放熱部２２ａ（２２ｂ）である。すなわち、放熱面からの放熱量が大きくなる近接放熱部２１ａ（２１ｂ）同士が冷却管８１を挟んで積層方向Ｘに向かい合わないようにしている。そのため、隣り合う半導体モジュール２同士の間の熱干渉を抑制することができ、半導体モジュール２を偏りなく、効率よく冷却することができる。これにより、装置全体としての冷却性能を向上させることができる。   And between the semiconductor elements 3a (3b) of the semiconductor modules 2 adjacent to each other in the stacking direction X, one of the heat dissipating units 20a (20b) facing each other in the stacking direction X across the cooling pipe 81 is one remote heat dissipating unit 22a. (22b). That is, the adjacent heat radiation portions 21a (21b) that increase the heat radiation amount from the heat radiation surface do not face each other in the stacking direction X with the cooling pipe 81 interposed therebetween. Therefore, the thermal interference between adjacent semiconductor modules 2 can be suppressed, and the semiconductor modules 2 can be efficiently cooled without being biased. Thereby, the cooling performance as the whole apparatus can be improved.

また、本例では、半導体モジュール２は、互いに直列接続された２つの半導体素子３ａ、３ｂを有し、半導体モジュール２の幅方向Ｙの一方側及び他方側には、それぞれ正極側の半導体素子３ａ及び負極側の半導体素子３ｂが配置されている。そのため、半導体モジュール２の幅方向Ｙの一方側において、すべての正極側の半導体素子３ａが積層方向Ｘに並んで配置され、他方側において、すべての負極側の半導体素子３ｂが積層方向Ｘに並んで配置されることになる。これにより、他の部品との接続性を向上させることができる。   Further, in this example, the semiconductor module 2 includes two semiconductor elements 3a and 3b connected in series with each other, and on one side and the other side in the width direction Y of the semiconductor module 2, the semiconductor element 3a on the positive electrode side, respectively. The semiconductor element 3b on the negative electrode side is disposed. Therefore, on one side of the width direction Y of the semiconductor module 2, all the positive-side semiconductor elements 3 a are arranged in the stacking direction X, and on the other side, all the negative-side semiconductor elements 3 b are arranged in the stacking direction X. Will be placed. Thereby, connectivity with other components can be improved.

また、半導体モジュール２の積層方向Ｘの一方側には、正極側の半導体素子３ａにおける近接放熱部２１ａ及び負極側の半導体素子３ｂにおける遠隔放熱部２２ｂが配置され、他方側には、正極側の半導体素子３ａにおける遠隔放熱部２２ａ及び負極側の半導体素子３ｂにおける近接放熱部２１ｂが配置されている。そのため、正極側の半導体素子３ａ及び負極側の半導体素子３ｂにおける近接放熱部２１ａ、２１ｂ同士、すなわち半導体素子３ａ、３ｂによる発熱が大きい近接放熱部２１ａ、２１ｂ同士が半導体モジュール２の同一主面に配置されないようにすることができる。これにより、各冷却管８１における冷却効率を高めることができる。   Moreover, the proximity heat dissipation part 21a in the semiconductor element 3a on the positive electrode side and the remote heat dissipation part 22b in the semiconductor element 3b on the negative electrode side are arranged on one side in the stacking direction X of the semiconductor module 2, and the positive side A remote heat dissipating part 22a in the semiconductor element 3a and a proximity heat dissipating part 21b in the semiconductor element 3b on the negative electrode side are arranged. Therefore, the adjacent heat radiating portions 21a, 21b in the semiconductor element 3a on the positive electrode side and the semiconductor element 3b on the negative electrode side, that is, the adjacent heat radiating portions 21a, 21b having large heat generation by the semiconductor elements 3a, 3b are on the same main surface of the semiconductor module 2. It can be prevented from being arranged. Thereby, the cooling efficiency in each cooling pipe 81 can be improved.

また、正極側の半導体素子３ａにおける積層方向Ｘの一方側の放熱部２０ａ（近接放熱部２１ａ）は、正極端子４１に接続されており、負極側の半導体素子３ｂにおける積層方向Ｘの一方側の放熱部２０ｂ（遠隔放熱部２２ｂ）は、負極端子４２に接続されており、正極側の半導体素子３ａにおける積層方向Ｘの他方側の放熱部２０ａ（遠隔放熱部２２ａ）と負極側の半導体素子３ｂにおける積層方向Ｘの他方側の放熱部２０ｂ（近接放熱部２１ｂ）とは、互いに接続されて１つの中間放熱部２９を形成しており、中間放熱部２９は、出力端子４３に接続されている。そのため、半導体モジュール２の一方の主面（第１主面２０１）に放熱面の面積が大きな中間放熱部２９が配置されることになる。これにより、半導体モジュール２の放熱性を高めることができる。   In addition, the heat radiation part 20a (proximity heat radiation part 21a) on one side in the stacking direction X of the semiconductor element 3a on the positive electrode side is connected to the positive electrode terminal 41, and the one side in the stacking direction X on the semiconductor element 3b on the negative electrode side. The heat dissipating part 20b (remote heat dissipating part 22b) is connected to the negative electrode terminal 42, and the heat dissipating part 20a (remote heat dissipating part 22a) on the other side in the stacking direction X of the semiconductor element 3a on the positive electrode side and the semiconductor element 3b on the negative electrode side. Are connected to each other to form one intermediate heat radiating portion 29, and the intermediate heat radiating portion 29 is connected to the output terminal 43. . Therefore, the intermediate heat radiating portion 29 having a large heat radiating surface area is disposed on one main surface (first main surface 201) of the semiconductor module 2. Thereby, the heat dissipation of the semiconductor module 2 can be improved.

このように、本例によれば、半導体モジュール２に対する冷却効率、冷却性能に優れた電力変換装置１を提供することができる。   Thus, according to this example, it is possible to provide the power conversion device 1 that is excellent in cooling efficiency and cooling performance for the semiconductor module 2.

（実施例２）
本例は、図７に示すごとく、半導体モジュール２の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、半導体モジュール２の第１主面２０１において、半導体素子３ａにおける近接放熱部２１ａと半導体素子３ｂにおける遠隔放熱部２２ｂとの間には、封止部２００の一部を構成すると共に近接放熱部２１ａ及び遠隔放熱部２２ｂの放熱面２１１ａ、２２１ｂよりも突出してなる突出封止部２０９が形成されている。突出封止部２０９は、半導体モジュール２の第１主面２０１から数十μｍ程度突出している。
その他は、実施例１と同様の構成である。 (Example 2)
In this example, as shown in FIG. 7, the configuration of the semiconductor module 2 is changed.
In this example, as shown in the figure, on the first main surface 201 of the semiconductor module 2, there is a gap between the proximity heat radiating portion 21a in the semiconductor element 3a and the remote heat radiating portion 22b in the semiconductor element 3b. A projecting sealing portion 209 is formed which is configured to project from the heat radiation surfaces 211a and 221b of the proximity heat radiation portion 21a and the remote heat radiation portion 22b. The protruding sealing portion 209 protrudes from the first main surface 201 of the semiconductor module 2 by several tens of μm.
Other configurations are the same as those in the first embodiment.

本例の場合には、半導体モジュール２と冷却管８１とを積層した場合に、冷却管８１の一方側が半導体モジュール２の第１主面２０１の突出封止部２０９によってその突出方向に押され、他方側が半導体モジュール２の中間放熱部２９が形成されている第２主面２０２に押し付けられる。そのため、半導体モジュール２の第２主面２０２と冷却管８１との密着性を高めることができる。これにより、半導体モジュール２の放熱性を向上させることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。 In the case of this example, when the semiconductor module 2 and the cooling pipe 81 are stacked, one side of the cooling pipe 81 is pushed in the protruding direction by the protruding sealing portion 209 of the first main surface 201 of the semiconductor module 2, The other side is pressed against the second main surface 202 where the intermediate heat radiating portion 29 of the semiconductor module 2 is formed. Therefore, the adhesion between the second main surface 202 of the semiconductor module 2 and the cooling pipe 81 can be improved. Thereby, the heat dissipation of the semiconductor module 2 can be improved.
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.

（実施例３）
本例は、図８に示すごとく、半導体モジュール２の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、半導体モジュール２の第１主面２０１は、凸面状に形成されている。また、半導体素子３ａにおける近接放熱部２１ａと半導体素子３ｂにおける遠隔放熱部２２ｂとの間には、実施例２と同様に、突出封止部２０９が形成されている。
また、半導体モジュール２の第２主面２０２は、第１主面２０１とは逆に凹面状に形成されている。
その他は、実施例２と同様の構成である。 (Example 3)
In this example, as shown in FIG. 8, the configuration of the semiconductor module 2 is changed.
In this example, as shown in the figure, the first main surface 201 of the semiconductor module 2 is formed in a convex shape. In addition, a protruding sealing portion 209 is formed between the proximity heat radiating portion 21a in the semiconductor element 3a and the remote heat radiating portion 22b in the semiconductor element 3b, as in the second embodiment.
Further, the second main surface 202 of the semiconductor module 2 is formed in a concave shape opposite to the first main surface 201.
Other configurations are the same as those of the second embodiment.

本例の場合には、半導体モジュール２の第１主面２０１を凸面状とし、第２主面２０２を凹面状とすることにより、半導体モジュール２同士に挟まれた冷却管８１も半導体モジュール２の両主面２０１、２０２に沿って変形し、両者の密着性がさらに高まる。これにより、半導体モジュール２の放熱性をさらに向上させることができる。
その他、実施例２と同様の作用効果を有する。 In the case of this example, the first main surface 201 of the semiconductor module 2 is convex and the second main surface 202 is concave, so that the cooling pipe 81 sandwiched between the semiconductor modules 2 is also formed on the semiconductor module 2. It deforms along both the main surfaces 201 and 202, and the adhesiveness between the two is further increased. Thereby, the heat dissipation of the semiconductor module 2 can be further improved.
In addition, the same effects as those of the second embodiment are obtained.

（実施例４）
本例は、図９、図１０に示すごとく、半導体モジュール２の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、一方の半導体素子３ａの積層方向Ｘの両側には、一対の放熱部２０ａが配置されている。一対の放熱部２０ａのうち、正極端子４１（図６参照）に接続される近接放熱部２１ａは、放熱面２１１ａを半導体モジュール２の第１主面２０１に露出させている。また、遠隔放熱部２２ａは、放熱面２２１ａを半導体モジュール２の第２主面２０２に露出させている。 Example 4
In this example, as shown in FIGS. 9 and 10, the configuration of the semiconductor module 2 is changed.
In this example, as shown in the figure, a pair of heat radiation portions 20a are arranged on both sides in the stacking direction X of one semiconductor element 3a. Of the pair of heat radiating portions 20 a, the proximity heat radiating portion 21 a connected to the positive electrode terminal 41 (see FIG. 6) exposes the heat radiating surface 211 a to the first main surface 201 of the semiconductor module 2. Further, the remote heat radiating portion 22 a exposes the heat radiating surface 221 a on the second main surface 202 of the semiconductor module 2.

また、同図に示すごとく、もう一方の半導体素子３ｂの積層方向Ｘの両側には、一対の放熱部２０ｂが配置されている。一対の放熱部２０ｂのうち、近接放熱部２１ｂは、放熱面２１１ｂを半導体モジュール２の第１主面２０１に露出させている。また、負極端子４２（図６参照）に接続される遠隔放熱部２２ｂは、放熱面２２１ｂを半導体モジュール２の第２主面２０２に露出させている。   Further, as shown in the figure, a pair of heat radiation portions 20b are arranged on both sides in the stacking direction X of the other semiconductor element 3b. Of the pair of heat radiating portions 20 b, the proximity heat radiating portion 21 b exposes the heat radiating surface 211 b to the first main surface 201 of the semiconductor module 2. Further, the remote heat radiating portion 22 b connected to the negative electrode terminal 42 (see FIG. 6) exposes the heat radiating surface 221 b to the second main surface 202 of the semiconductor module 2.

また、同図に示すごとく、半導体素子３ａの第２表面３０２ａと遠隔放熱部２２ａとの間には、スペーサ部２３ａが介設されている。また、半導体素子３ｂの第２表面３０２ｂと遠隔放熱部２２ｂとの間には、スペーサ部２３ｂが介設されている。
また、半導体素子３ａにおける遠隔放熱部２２ａと半導体素子３ｂにおける近接放熱部２１ｂとは、接続部２４を介して互いに接続されている。また、遠隔放熱部２２ａ又は近接放熱部２１ｂは、出力端子４３（図６参照）に接続されている。
その他は、実施例１と同様の構成であり、同様の作用効果を有する。 As shown in the figure, a spacer portion 23a is interposed between the second surface 302a of the semiconductor element 3a and the remote heat radiating portion 22a. Further, a spacer portion 23b is interposed between the second surface 302b of the semiconductor element 3b and the remote heat radiating portion 22b.
Further, the remote heat dissipating part 22 a in the semiconductor element 3 a and the proximity heat dissipating part 21 b in the semiconductor element 3 b are connected to each other via the connection part 24. Moreover, the remote heat radiating part 22a or the proximity heat radiating part 21b is connected to the output terminal 43 (see FIG. 6).
The other configuration is the same as that of the first embodiment, and has the same operation and effect.

また、本例では、図９に示すごとく、同じ構成の半導体モジュール２を同じ向きに積層しているが、例えば、図１１に示すごとく、半導体素子３ａ、３ｂ等の配置が積層方向Ｘに対称となっている異なる構成の半導体モジュール２ａ、２ｂを準備し、積層方向Ｘの一方側半分に一方の半導体モジュール２ａを積層し、他方側半分に他方の半導体モジュール２ｂを積層する構成とすることもできる。
この場合にも、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。 In this example, as shown in FIG. 9, the semiconductor modules 2 having the same configuration are stacked in the same direction. For example, as shown in FIG. 11, the arrangement of the semiconductor elements 3 a, 3 b, etc. is symmetrical in the stacking direction X. Alternatively, the semiconductor modules 2a and 2b having different configurations may be prepared, and one semiconductor module 2a may be stacked on one half of the stacking direction X, and the other semiconductor module 2b may be stacked on the other half. it can.
Also in this case, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
２０ａ 放熱部
２００ 封止部
２０１、２０２ 主面
２１ａ 近接放熱部
２１１ａ 放熱面
２２ａ 遠隔放熱部
２２１ａ 放熱面
３ａ 半導体素子
８１ 冷却管（冷媒流路） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 2 Semiconductor module 20a Heat radiation part 200 Sealing part 201,202 Main surface 21a Proximity heat radiation part 211a Heat radiation surface 22a Remote heat radiation part 221a Heat radiation surface 3a Semiconductor element 81 Cooling pipe (refrigerant flow path)

Claims (6)

電力変換回路の一部を構成する複数の半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却するための冷媒を流通させる複数の冷媒流路とを交互に積層してなる電力変換装置であって、
上記半導体モジュールは、半導体素子と、該半導体素子の積層方向の両側に配置されると共に上記半導体モジュールの両主面にそれぞれ放熱面を露出させた一対の放熱部と、上記半導体素子及び上記一対の放熱部を封止する封止部とを有し、
上記一対の放熱部は、上記放熱面から上記半導体素子までの距離が近い側の近接放熱部と遠い側の遠隔放熱部とからなり、
上記積層方向に隣り合う上記半導体モジュールの上記半導体素子同士の間において、上記冷媒流路を挟んで上記積層方向に向かい合う上記放熱部同士のうち、少なくとも一方が上記遠隔放熱部であることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device in which a plurality of semiconductor modules constituting a part of a power conversion circuit and a plurality of refrigerant flow paths for circulating a refrigerant for cooling the semiconductor modules are alternately stacked,
The semiconductor module includes a semiconductor element, a pair of heat dissipating portions disposed on both sides of the semiconductor element in the stacking direction and having heat dissipating surfaces exposed on both main surfaces of the semiconductor module, the semiconductor element, and the pair of semiconductor elements, respectively. A sealing part for sealing the heat dissipation part,
The pair of heat dissipating parts is composed of a close heat dissipating part on the side closer to the semiconductor element from the heat dissipating surface and a remote heat dissipating part on the far side,
Between the semiconductor elements of the semiconductor modules adjacent to each other in the stacking direction, at least one of the heat dissipating units facing each other in the stacking direction across the coolant channel is the remote heat dissipating unit. Power converter. 請求項１に記載の電力変換装置において、上記半導体モジュールは、互いに直列接続された２つの上記半導体素子を有し、上記半導体モジュールの上記積層方向に直交する幅方向の一方側及び他方側には、それぞれ正極側の上記半導体素子及び負極側の上記半導体素子が配置されていることを特徴とする電力変換装置。   2. The power conversion device according to claim 1, wherein the semiconductor module includes two semiconductor elements connected in series with each other on one side and the other side in a width direction orthogonal to the stacking direction of the semiconductor modules. The power conversion device, wherein the semiconductor element on the positive electrode side and the semiconductor element on the negative electrode side are arranged, respectively. 請求項２に記載の電力変換装置において、上記半導体モジュールの上記積層方向の一方側には、正極側の上記半導体素子における上記近接放熱部及び負極側の上記半導体素子における上記遠隔放熱部が配置され、他方側には、正極側の上記半導体素子における上記遠隔放熱部及び負極側の上記半導体素子における上記近接放熱部が配置されていることを特徴とする電力変換装置。   3. The power conversion device according to claim 2, wherein the proximity heat dissipation part in the semiconductor element on the positive electrode side and the remote heat dissipation part in the semiconductor element on the negative electrode side are arranged on one side in the stacking direction of the semiconductor module. The power converter is characterized in that the remote heat dissipating part in the semiconductor element on the positive electrode side and the proximity heat dissipating part in the semiconductor element on the negative electrode side are arranged on the other side. 請求項２又は３に記載の電力変換装置において、正極側の上記半導体素子における上記積層方向の一方側の上記放熱部は、正極端子に接続されており、負極側の上記半導体素子における上記積層方向の一方側の上記放熱部は、負極端子に接続されており、正極側の上記半導体素子における上記積層方向の他方側の上記放熱部と負極側の上記半導体素子における上記積層方向の他方側の上記放熱部とは、互いに接続されて１つの中間放熱部を形成しており、該中間放熱部は、出力端子に接続されていることを特徴とする電力変換装置。   4. The power conversion device according to claim 2, wherein the heat dissipation portion on one side in the stacking direction of the semiconductor element on the positive electrode side is connected to a positive electrode terminal, and the stacking direction on the semiconductor element on the negative electrode side. The heat dissipation part on one side of the semiconductor element is connected to a negative electrode terminal, and the heat dissipation part on the other side in the stacking direction in the semiconductor element on the positive electrode side and the other side in the stacking direction on the semiconductor element on the negative electrode side. The heat radiating portion is connected to each other to form one intermediate heat radiating portion, and the intermediate heat radiating portion is connected to an output terminal. 請求項４に記載の電力変換装置において、上記正極端子に接続された上記放熱部と上記負極端子に接続された上記放熱部との間には、上記封止部の一部を構成すると共に上記両放熱部の上記放熱面よりも突出してなる突出封止部が形成されていることを特徴とする電力変換装置。   5. The power conversion device according to claim 4, wherein a part of the sealing portion is formed between the heat radiating portion connected to the positive electrode terminal and the heat radiating portion connected to the negative electrode terminal. A power conversion device characterized in that a projecting sealing portion is formed that projects from the heat radiation surface of both heat radiation portions. 請求項２又は３に記載の電力変換装置において、正極側の上記半導体素子における上記積層方向の一方側の上記放熱部は、正極端子に接続されており、負極側の上記半導体素子における上記積層方向の他方側の上記放熱部は、負極端子に接続されており、正極側の上記半導体素子における上記積層方向の他方側の上記放熱部と負極側の上記半導体素子における上記積層方向の一方側の上記放熱部とは、互いに接続されていると共にいずれか一方が出力端子に接続されていることを特徴とする電力変換装置。   4. The power conversion device according to claim 2, wherein the heat dissipation portion on one side in the stacking direction of the semiconductor element on the positive electrode side is connected to a positive electrode terminal, and the stacking direction on the semiconductor element on the negative electrode side. The heat dissipation part on the other side of the semiconductor element is connected to a negative electrode terminal, and the heat dissipation part on the other side in the stacking direction in the semiconductor element on the positive electrode side and the one on the one side in the stacking direction in the semiconductor element on the negative electrode side. The heat radiating unit is connected to each other and one of them is connected to the output terminal.
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