JP2013069959A - パワーモジュールの冷却構造 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーモジュールからの熱伝導効率を向上させて冷却性能を向上させることができるパワーモジュールの冷却構造を提供する。
【解決手段】電流が流れることで熱が発生する電子部品を搭載したパワーモジュール１を伝熱部材２に実装し、この伝熱部材２を介してパワーモジュール１の発生熱をインバータケース１１に放熱する。伝熱部材２には、パワーモジュール１の実装面２１の反対側に突出する膨出部２２を設け、この膨出部２２をインバータケース１１の内面に面接触させて接着し、伝熱部材２とインバータケース１１との間の接触熱抵抗を低下する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パワーモジュールの冷却構造に関する。

従来、半導体素子等の熱が発生する電子部品を搭載したパワーモジュールでは、電子部品の発生熱を伝熱部材を介して冷却器側に伝えて放熱するようになっている。例えば、特許文献１には、半導体素子と伝熱ブロック（冷却器）との間に、熱伝導ディスク（伝熱部材）を介設した半導体実装モジュールが示されている。

この場合の熱伝導ディスクは、外側二面を湾曲させて断面略三角柱状に形成し、Ｖ字状に凹設した伝熱ブロックに前記熱伝導ディスクの外側二面を線接触させ、その線接触部分を介して半導体素子の発生熱を熱伝導ディスクを介して伝熱ブロックに伝熱させるようになっている。

再公表特許 ＷＯ８９／１２３１９号公報

しかしながら、かかる従来のパワーモジュールの冷却構造においては、熱伝導ディスクと伝熱ブロックとの接触は線接触となるため、面接触に比較して伝熱しにくく、冷却能力が劣るという問題があった。

そこで、本発明は、かかる従来の不具合に鑑みて、パワーモジュールからの熱伝導効率を向上させて冷却性能を向上させることができるパワーモジュールの冷却構造を提供するものである。

本発明のパワーモジュールの冷却構造にあっては、電流が流れることで発熱する電子部品を搭載したパワーモジュールを伝熱部材に取り付け、該伝熱部材を冷却器に接合することにより、前記パワーモジュールの発生熱を前記伝熱部材を介して冷却器に伝導させて放熱する。そして、前記伝熱部材に、前記実装面の反対側に向けて膨出する膨出部を設け、該膨出部を前記冷却器に面接触させた状態で伝熱部材を冷却器に接合させたことを主要な特徴とする。

本発明によれば、伝熱部材に設けた膨出部を冷却器に面接触させたので、これら伝熱部材と冷却器との間の接触熱抵抗が低下して熱伝導効率が向上し、パワーモジュールの冷却性能を向上させることができる。

図１は、本発明にかかるパワーモジュールの冷却構造の第１の実施形態を示す断面図である。 図２は、第１の実施形態におけるパワーモジュールの取付部分を拡大して示す斜視図である。 図３は、本発明にかかるパワーモジュールの冷却構造の第２の実施形態を示す断面図である。 図４は、第２の実施形態におけるパワーモジュールの取付部分を拡大して示す斜視図である。 図５は、本発明にかかるパワーモジュールの冷却構造の第３の実施形態を示す断面図である。 図６は、第３の実施形態におけるパワーモジュールの取付部分を拡大して示す斜視図である。 図７は、本発明にかかるパワーモジュールの冷却構造の第４の実施形態を示す断面図である。 図８は、第４の実施形態におけるパワーモジュールの取付部分を拡大して示す斜視図である。 図９は、本発明にかかるパワーモジュールの冷却構造の第５の実施形態を示す断面図である。 図１０は、第５の実施形態におけるパワーモジュールの取付部分を拡大して示す斜視図である。 図１１は、本発明にかかるパワーモジュールの冷却構造の第６の実施形態を示す断面図である。 図１２は、第６の実施形態におけるパワーモジュールの取付部分を拡大して示す斜視図である。 図１３は、本発明にかかるパワーモジュールの冷却構造の第７の実施形態を示す断面図である。 図１４は、第７の実施形態におけるパワーモジュールの取付部分を拡大して示す斜視図である。 図１５は、本発明にかかるパワーモジュールの冷却構造の第８の実施形態を示す断面図である。 図１６は、第８の実施形態におけるパワーモジュールの取付部分を拡大して示す斜視図である。 図１７は、本発明にかかるパワーモジュールの冷却構造の第９の実施形態を示す要部断面図である。 図１８は、本発明にかかるパワーモジュールの冷却構造の第１０の実施形態を示す要部断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、モータＭのインバータ１０に適用された場合を例に取って説明するものとするが、本発明はこれに限定されない。
[第１の実施形態]

図１および図２は、本発明にかかるパワーモジュール１の冷却構造の第１の実施形態を示している。

パワーモジュール１は、図示省略した半導体素子などの電流が流れることによって熱が発生する電子部品が実装されており、前記電子部品の発生熱によってパワーモジュール１が熱を帯びることになる。本実施形態では、スイッチング素子またはダイオード若しくはこれら両者が実装されてパワーモジュール１が構成されており、本実施形態では、パワーモジュール１が所定厚みを持った矩形状の薄板として構成されるが、その形状は矩形状に限定されない。そして、パワーモジュール１の発生熱は、伝熱部材２を介してインバータ１０の筺体であるインバータケース１１が冷却器として作用して放熱されることにより、パワーモジュール１が冷却される。

伝熱部材２は、パワーモジュール１の発生熱をインバータケース１１に伝熱する機能を有し、この伝熱部材２における実装面２１にパワーモジュール１が実装される。

インバータケース１１は、外側面に多数の放熱フィン１２が設けられており、インバータケース１１に伝わった熱は、放熱フィン１２によって大気中に放熱されて冷却される。

ここで、本実施形態では、伝熱部材２における実装面２１の反対側に向けて膨出する膨出部２２を設け、この膨出部２２の接合面をインバータケース１１の内面に面接触させるようにしている。このとき、伝熱部材２２の接合面は接着剤３によってインバータケース１１に接着される。

パワーモジュール１の取付部位は、インバータケース１１の内側に設けられる凹所となる隅部１３であり、膨出部２は隅部１３に沿った断面形状となる。このとき、パワーモジュール１は、図１に示すように、モータＭから遠ざかる側の隅部１３に配置することが好ましい。

つまり、隅部１３は天壁１１ａと側壁１１ｂとが成す内角が直角となっており、隅部１３に沿うように膨出部２は断面が直角三角形となる三角柱状に形成されている。以下、パワーモジュール１が取り付けられる隅部１３の天壁１１ａおよび側壁１１ｂ部分の取付面を隅部１３の内面というものとする。

このように断面直角三角形とした膨出部２は、直角部の頂点Ｔを稜線とする二面２２ａ、２２ｂが接合面となり、この接合面がインバータケース１１の内面に面接触した状態で接着剤３を介して接合されている。なお、本実施形態の膨出部２の断面形状は直角二等辺三角形となっており、二面２２ａ、２２ｂの面積は等しくなっている。

ところで、このようにインバータケース１１の隅部１３の内面形状に沿って形成された膨出部２は、頂点Ｔの反対側の面が実装面２１となることから、実装面２１に実装されたパワーモジュール１は、隅部１３に対して対向配置された状態となる。

従って、本構成では、パワーモジュール１の発生熱は、伝熱部材２を介してインバータケース１１に伝熱され、そして、このインバータケース１１から放熱フィン１２によって大気中に放熱される。このとき、伝熱部材１２の膨出部２２は三角柱状に形成されて、二面２２ａ、２２ｂがインバータケース１１の内面に面接触している。従って、その面接触した二面２２ａ、２２ｂからインバータケース１１に伝熱されることにより、パワーモジュール１が冷却される。

以上説明したように、第１の実施形態の冷却構造によれば、伝熱部材２に設けた膨出部２２を、放熱フィン２１によって放熱機能を有するインバータケース１１に面接触させてある。これにより、これら伝熱部材２とインバータケース１１との間の接触熱抵抗を低下することができ、パワーモジュール１の冷却性能を向上できる。

また、膨出部２２によって放熱面積が拡大するため、パワーモジュール１とインバータケース１１との間の熱抵抗を略均一化でき、これにより伝熱量を効率良く分散できる。この点からも冷却性能の更なる向上を達成できる。

更に、このように冷却性能を向上できるにもかかわらず、伝熱部材２にインバータケース１１と面接触する膨出部２２のみを設ければよく、その構造を簡素化できる。特に、本実施形態では、膨出部２２が単に断面三角形状となる三角柱状となっているので、伝熱部材２の構造が簡単となって安価で容易に製作できる。

更にまた、本実施形態によれば、パワーモジュール１を収納したインバータケース１１を冷却器とし、伝熱部材２を三角柱状として、膨出部２２をインバータケース１１の隅部１３に沿った形状としてある。これにより、膨出部２２の二面２２ａ、２２ｂがインバータケース１１に面接触するので、伝熱部材２とインバータケース１１との間の接触熱抵抗が低下し、簡単な構造をもって冷却性能を向上できる。

また、本実施形態によれば、三角柱状となった伝熱部材２の頂点Ｔの反対側の面が実装面２１となるため、パワーモジュール１が隅部１３に対して対向配置された状態となる。これにより、パワーモジュール１から膨出部２２の二面２２ａ、２２ｂを介してインバータケース１１の内面に至る熱抵抗を均一化できる。従って、パワーモジュール１からインバータケース１１に至る伝熱量を膨出部２２の二面２２ａ、２２ｂ方向に分散でき、これにより放熱面積が拡大されて冷却性能を向上できる。

なお、本実施形態では、凹所がインバータケース１１の隅部１３である場合を示したが、これに限ることなくインバータケース１１の隅部１３を除く一般部分の内側に設けた凹部を前記凹所としてもよい。勿論、この場合は、その凹部の内面に、膨出部２２の接合面を面接触させて接着することになる。

また、本実施形態では、隅部１３の内面を成す天壁１１ａと側壁１１ｂとの内角が直角である場合を示したが、直角で無い場合にあっても本発明を適用することができる。即ち、このように直角で無い場合は、膨出部２２の断面形状を、直角三角形ではなく、隅部１３の内角に応じて鈍角三角形や鋭角三角形として二面２２ａ、２２ｂを面接触させればよい。
[第２の実施形態]

図３および図４は、本発明の第２の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。

本実施形態のパワーモジュール１の冷却構造が第１の実施形態と主に異なる点は、伝熱部材２Ａは、一対の分割体２Ａ１，２Ａ２からなり、これらの分割体２Ａ１，２Ａ２の間に前記パワーモジュール１が挟持されてなることである。

即ち、本実施形態では１つの隅部１３に対して２つの分割体２Ａ１，２Ａ２が設けられ、それら２つの分割体２Ａ１，２Ａ２でパワーモジュール１をサンドイッチ状に挟み込んでいる。そして、パワーモジュール１および伝熱部材２Ａが隅部１３に取り付けられる。この場合に、本実施形態ではパワーモジュール１の両面は互いに平行面として形成されている。

本実施形態にあっても、２つの分割体２Ａ１，２Ａはそれぞれの膨出部２２の断面形状が直角二等辺三角形となっており、それぞれの実装面２１にパワーモジュール１の両面が実装された状態となる。そして、伝熱部材２Ａを隅部１３に取り付ける際には、各膨出部２２の両面２２ａ、２２ｂのうちいずれか一方の面、本実施形態では面２２ａが接合面となり、隅部１３を成すインバータケース１１の内面に面接触して接着される。なお、この場合、伝熱部材２Ａをインバータケース１１に取り付ける接合面は他方の面２２ｂであってもよい。また、２つの分割体２Ａ１，２Ａは、パワーモジュール１を挟んで対称に配置されている。

従って、第２の実施形態の冷却構造によれば、パワーモジュール１の発生熱を伝熱部材２Ａを介してインバータケース１１に伝熱できる。これにより、パワーモジュール１の両面を効率良く冷却できるので、パワーモジュール１とインバータケース１１との間の熱抵抗を更に低下でき、冷却性能の更なる向上を達成できる。

また、本実施形態では、パワーモジュール１が２つの分割体２Ａ１，２Ａに挟み込まれた状態で、それら分割体２Ａ１，２Ａがインバータケース１１の内面に接着されている。つまり、パワーモジュール１は、両面が２つの分割体２Ａ１，２Ａによって拘束されることになる。従って、２つの分割体２Ａ１，２Ａは、パワーモジュール１の熱膨張および熱収縮するのを抑制するので、温度変化により生ずる熱応力を緩和することができる。

なお、本実施形態では、パワーモジュール１の両面が平行で無い場合にも適用でき、この場合は、伝熱部材２Ａの実装面２１をパワーモジュール１の面に沿って傾斜させておけばよい。

また、本実施形態にあっても、凹所がインバータケース１１の隅部１３である場合を示したが、これに限ることなくインバータケース１１の一般部内側に設けた凹部であってもよい。勿論、この場合は、その凹部の内面に、２つの分割体２Ａ１，２Ａの膨出部２２に設けられた二面２２ａ、２２ｂのいずれか一方を面接触させて接着することになる。
[第３の実施形態]

図５および図６は、本発明の第３の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。

本実施形態のパワーモジュール１の冷却構造が第１の実施形態と主に異なる点は、パワーモジュール１の面方向を隅部１３を形成する内面に対して直交する方向に配置したことにある。そして、伝熱部材２Ｂを２つの分割体２Ｂ１，２Ｂ２から構成し、これらの分割体２Ｂ１，２Ｂ２の間にパワーモジュール１を挟持させている。

即ち、本実施形態にあっても第１の実施形態と同様に、１つの隅部１３に対して２つの分割体２Ｂ１，２Ｂ２が設けられ、それら２つの分割体２Ｂ１，２Ｂ２でパワーモジュール１をサンドイッチ状に挟み込むようになっている。また、本実施形態にあってもパワーモジュール１の両面は互いに平行面として形成されている。

ところで、本実施形態の分割体２Ｂ１，２Ｂ２は、図６に示すように、断面がパワーモジュール１の外側形状に沿った矩形状（本実施形態では正方形）となり、かつ、所定の厚みｔをもって形成されている。従って、伝熱部材２Ｂの膨出部２２は直方体状として形成され、２つの分割体２Ｂ１，２Ｂ２における対向面がパワーモジュール１の実装面２１となっている。

また、本実施形態では、短四角柱状となった膨出部２２の４つの外側面２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆのうち、隣り合う２つの面２２ｃ、２２ｄがインバータケース１１の隅部１３の内面に面接触して接着される接合面となる。なお、接合面は、前記外側面２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆのうち、隣り合ういずれか２面であればよい。

従って、第３の実施形態の冷却構造によれば、第２の実施形態と同様にパワーモジュール１の発生熱を、これの両面に配置した分割体２Ｂ１，２Ｂ２を介してインバータケース１１に伝熱できる。これにより、パワーモジュール１の両面を効率良く冷却でき、冷却性能の更なる向上を達成できる。

また、本実施形態では、パワーモジュール１の面方向を隅部１３を形成する内面に対して直交する方向に配置している。これにより、パワーモジュール１が熱膨張および熱収縮した場合でも、温度変化により生ずる熱応力を緩和することができる。

なお、本実施形態にあっても、パワーモジュール１の両面が平行で無い場合にも適用でき、この場合は、伝熱部材２Ｂの実装面２１をパワーモジュール１の面に沿って傾斜させておけばよい。

また、本実施形態にあっても、凹所がインバータケース１１の隅部１３である場合を示したが、これに限ることなくインバータケース１１の一般部内側に設けた凹部であってもよい。勿論、この場合は、２つの分割体２Ｂ１，２Ｂ２における膨出部２２の４つの外側面２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆのうち、隣り合う２つの面を凹部の内面に面接触させて接着することになる。
[第４の実施形態]

図７および図８は、本発明の第４の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。

本実施形態のパワーモジュール１の冷却構造が第１の実施形態と主に異なる点は、このパワーモジュール１に搭載される電子部品が、発熱量が大きな高発熱部品１Ｐと、この高発熱部品１Ｐに比較して発熱量が小さな低発熱部品１Ｑとを備えたことにある。この場合、電子部品は半導体素子であり、高発熱部品１Ｐは、例えばＩＧＢＴ等のスイッチング素子であり、低発熱部品１Ｑは例えばダイオードである。

そして、伝熱部材２Ｃは、パワーモジュール１の実装面２１と、膨出部２２のインバータケース１１に取り付けられる接合面である二面２２ａ、２２ｂとの成す角度を、高発熱部品１Ｐが配置された側を低発熱部品１Ｑが配置された側よりも大きくしてある。これにより、前記高発熱部品１Ｐと凹所である隅部１３の谷線１３Ｖ（頂部）との距離を、前記低発熱部品１Ｑと前記谷線１３Ｖ（頂部）との距離よりも小さく設定している。

即ち、本実施形態では、伝熱部材２Ｃは、第１の実施形態と同様に断面が直角三角形（ただし、二等辺直角三角形では無い）の三角柱状として形成され、実装面２１の傾斜方向に高発熱部品１Ｐと低発熱部品１Ｑとが並設されている。そして、第１の実施形態と同様に、膨出部２２の二面２２ａ、２２ｂがインバータケース１１の隅部１３の内面に面接触して接着される。

本実施形態では、高発熱部品１Ｐは実装面２１の一方の面２２ｂに近い側（図中下方）に配置され、低発熱部品１Ｑは実装面２１の他方の面２２ａに近い側（図中上方）に配置されている。そして、パワーモジュール１の実装面２１と、膨出部２２の二面２２ａ、２２ｂとの成す角度は、高発熱部品１Ｐの搭載側をθ１とし、低発熱部品１Ｑの搭載側をθ２とすると、θ１＞θ２としてある。

従って、第４の実施形態の冷却構造によれば、伝熱部材２Ｃの膨出部２２の断面形状が直角不等辺三角形となって、二面２２ａ、２２ｂが隅部１３の内面に面接触しているので、放熱面積の拡大と放熱面までの伝熱量分散が可能となる。これにより、第１の実施形態と同様に、熱伝達経路の熱抵抗を低下して冷却性能を向上できる。

これに加えて本実施形態では、高発熱部品１Ｐの搭載側の角度θ１が低発熱部品１Ｑの搭載側の角度θ２よりも大きくなっているので、高発熱部品１Ｐの搭載位置を低発熱部品１Ｑの搭載位置よりも隅部１３（凹所）の谷線１３Ｖ（頂部）により近づけることができる。これにより、高発熱部品１Ｐ側の熱量の分散効果が増大し、パワーモジュール１全体の冷却性能を高めることができる。

また、本実施形態にあっても、凹所がインバータケース１１の隅部１３である場合を示したが、これに限ることなくインバータケース１１の一般部内側に設けた凹部であってもよい。勿論、この場合は、その凹部の内面に、伝熱部材２Ｃの膨出部２２の二面２２ａ、２２ｂを面接触させて接着することになる。このとき、実装面２１と二面２２ａ、２２ｂとの成す角度を、高発熱部品１Ｐが配置された側を低発熱部品１Ｑが配置された側よりも大きくしておけばよい。

また、本実施形態にあっても、隅部１３の内角が直角で無い場合にあっても本発明を適用することができる。この場合は、膨出部２２の断面形状を、直角三角形ではなく、隅部１３の内角に応じて鈍角三角形や鋭角三角形として二面２２ａ、２２ｂを面接触させておけばよい。
[第５の実施形態]

図９および図１０は、本発明の第５の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。

本実施形態のパワーモジュール１の冷却構造が第１の実施形態と主に異なる点は、伝熱部材２Ｄの膨出部２２の断面形状を台形状としたことにある。

即ち、本実施形態の膨出部２２は、上底が２２ｉ、下底が実装面２１、側面が２２ｇ、２２ｈとなる等脚台形の断面に形成される。この場合の脚辺に対応した側面２２ｇ、２２ｈは、それぞれの延長面が直交するようになっており、それら両側面２２ｇ、２２ｈは隅部１３の内面に面接触して接着される接合面に形成されている。

従って、第５の実施形態の冷却構造によれば、伝熱部材２Ｄの膨出部２２が断面台形状となって、両側面２２ｇ、２２ｈが隅部１３の内面に面接触しているので、放熱面積の拡大と放熱面までの伝熱量分散が可能となる。これにより、第１の実施形態と同様に、熱伝達経路の熱抵抗を低下して冷却性能を向上できる。

更に、本実施形態では、これに加えて膨出部２２の断面が台形状となることにより、隅部１３の谷線１３Ｖ部分に空隙を設けることができる。これにより、インバータケース１１をろう接して隅部１３にフィレットが存在する場合にも、このフィレットを逃げて両側面２２ｇ、２２ｈを隅部１３の内面に確実に面接触させることができる。つまり、面接触が確実に行われることにより、冷却性能の向上を図ることができる。

また、本実施形態にあっても、凹所がインバータケース１１の隅部１３である場合を示したが、これに限ることなくインバータケース１１の一般部内側に設けた凹部であってもよい。勿論、この場合は、その凹部の内面に、伝熱部材２Ｄの断面台形状とした膨出部２２の側面２２ｇ、２２ｈを面接触させて接着することになる。

また、本実施形態にあっても、隅部１３の内角が直角で無い場合にあっても本発明を適用することができる。この場合は、膨出部２２の断面形状は、パワーモジュール１が隅部１３の谷部１３Ｖに対向する場合はやはり等脚台形となるが、両側面２２ｇ、２２ｈの延長面は隅部１３の内角に応じた角度で交わるようにしておけばよい。これにより、それら 両側面２２ｇ、２２ｈを隅部１３の内面に面接触させて接着することができる。
[第６の実施形態]

図１１および図１２は、本発明の第６の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。

本実施形態のパワーモジュール１の冷却構造が第１の実施形態と主に異なる点は、伝熱部材２Ｅの膨出部２２の断面形状を多角形状、とりわけ四角形以上の多角形状としたことにある。

即ち、本実施形態の膨出部２２は、膨出する方向に向かう両側に、第１の側面２２ｉ、第２の側面２２ｊおよび第３の側面２２ｋを備えた断面七角形として形成されている。

一方、インバータケース１１の隅部１３は、その内面が膨出部２２の第２の側面２２ｊおよび第３の側面２２ｋに沿った断面形状に形成されている。そして、膨出部２２の突出先端側の両側に配置される第２の側面２２ｊと第３の側面２２ｋとを、隅部１３の内面に面接触させて接着する接合面に形成してある。

従って、第６の実施形態の冷却構造によれば、断面七角形状となった膨出部２２の第２の側面２２ｊおよび第３の側面２２ｋが、隅部１３の内面に面接触しているので、放熱面積の拡大と放熱面までの伝熱量分散が可能となる。これにより、第１の実施形態と同様に、熱伝達経路の熱抵抗を低下して冷却性能を向上できる。

更に、本実施形態では、伝達部材２Ｅの膨出部２２の断面形状が四角形以上の多角形となっているので、断面形状が三角形や台形の場合に比較して熱抵抗をより均一化でき、冷却性能の更なる向上を達成できる。
[第７の実施形態]

図１３および図１４は、本発明の第７の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。

本実施形態のパワーモジュール１の冷却構造が第１の実施形態と主に異なる点は、伝熱部材２Ｆの膨出部２２は、突出先端部である隅部１３との接合面を断面円弧状としたことにある。

即ち、本実施形態の膨出部２２は、実装面２１から突出される所定高さの両側面２２ｍと、これら両側面２２ｍの先端間を結ぶ凸状の円弧面２２ｎとによって断面が略蒲鉾状に形成されている。そして、この円弧面２２ｎが接合面に形成されている。

一方、インバータケース１１の隅部１３は、内面が膨出部２２の突出先端部の円弧面２２ｎに沿った断面形状に形成されている。そして、膨出部２２の突出先端部の円弧面２２ｎを、隅部１３の内面に面接触させて接着してある。

従って、第７の実施形態の冷却構造によれば、突出先端部の断面形状が円弧状となった膨出部２２の円弧面２２ｎを、隅部１３の内面に面接触させてあるので、放熱面積の拡大と放熱面までの伝熱量分散が可能となる。これにより、第１の実施形態と同様に、熱伝達経路の熱抵抗を低下して冷却性能を向上できる。

更に、本実施形態では、伝達部材２Ｆの膨出部２２の断面形状は、突出先端部の外側が円弧状となっているので、多角形にした場合に比較して円弧面２２ｎでの熱抵抗をより均一化できるため、冷却性能の更なる向上を達成できる。
[第８の実施形態]

図１５および図１６は、本発明の第８の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。

本実施形態のパワーモジュール１の冷却構造が第１の実施形態と主に異なる点は、伝熱部材２Ｇの膨出部２２に、パワーモジュール１の実装面２１に対して交差する方向に延びるスリット２３を形成したことにある。従って、このスリット２３は、インバータケース１１の隅部１３の谷線１３Ｖに向けて延在する。

即ち、本実施形態の伝熱部材２Ｇは、第１の実施形態と同様に断面が直角三角形（この場合、二等辺直角三角形）の三角柱状として形成され、膨出部２２の二面２２ａ、２２ｂがインバータケース１１の隅部１３の内面に面接触して接着されている。勿論、本実施形態では、隅部１３の内面を成す天壁１１ａと側壁１１ｂとが直交されている。

そして、前述したスリット２３は、断面が直角三角形となった膨出部２２の頂点Ｔから実装面２１に下ろした垂線に沿って所定深さで形成される。つまり、スリット２３は、パワーモジュール１から隅部１３の内面に至る熱流方向と平行な方向に形成されている。このとき、スリット２３の最深部と実装面２１との間には、所定厚みで肉厚が残存されている。これにより、膨出部２２は、残存肉厚部を残してスリット２３によって二面２２ａ、２２ｂ方向に二分割された状態となる。勿論、これら二面２２ａ、２２ｂは隅部１３の内面に面接触して接着される接合面に形成されている。

従って、第８の実施形態の冷却構造によれば、伝熱部材２Ｇの膨出部２２が断面三角形状となって、二面２２ａ、２２ｂが隅部１３の内面に面接触しているので、放熱面積の拡大と放熱面までの伝熱量分散が可能となる。これにより、第１の実施形態と同様に、熱伝達経路の熱抵抗を低下して冷却性能を向上できる。

更に、本実施形態では、これに加えて膨出部２２に、パワーモジュール１の実装面２１に対して交差（本実施形態では、直交）する方向に沿ってスリット２３が延設されている。これにより、パワーモジュール１から放熱面までの熱量を妨げること無く冷却性能を確保した状態で、温度変化により生ずる熱応力をスリット２３で吸収し、パワーモジュール１への熱負荷を軽減できる。

また、本実施形態にあっても、凹所がインバータケース１１の隅部１３である場合を示したが、これに限ることなくインバータケース１１の一般部内側に設けた凹部であってもよい。勿論、この場合は、その凹部の内面に、伝熱部材２Ｃの膨出部２２の二面２２ａ、２２ｂを面接触させて接着することになる。

更に、本実施形態にあっても、隅部１３の内角が直角で無い場合にあっても本発明を適用することができる。この場合は、膨出部２２の断面形状を、直角三角形ではなく、隅部１３の内角に応じて鈍角三角形や鋭角三角形として二面２２ａ、２２ｂを面接触させておけばよい。
[第９の実施形態]

図１７は、本発明の第９の実施形態を示し、第１の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。

本実施形態のパワーモジュール１の冷却構造が第１の実施形態と主に異なる点は、冷却器としての冷却壁１００が、凹所としてのＶ字状の凹部１０１を設けることにより山型に形成され、その凹部１０１に伝熱部材２Ｈを介してパワーモジュール１を配置したことにある。この場合の冷却壁１００は、前記各実施形態に示したインバータケース１１に限ることは無く、パワーモジュール１の取り付けが可能で、冷却機能を有する支持壁であればよい。

本実施形態の凹部１０１は、内面の内角が直角に形成され、凹部１０１内に、膨出部２２の断面が直角三角形に形成された伝熱部材２Ｈを介してパワーモジュール１が取り付けられるようになっている。勿論、伝熱部材２Ｈは、パワーモジュール１を実装する実装面２１を有し、実装面２１から断面三角形状に突出する膨出部２２の二面２２ａ、２２ｂは、凹部１０１の内面に面接触して接着剤３により接着される接合面に形成されている。

また、冷却壁１００は、パワーモジュール１が取り付けられた側とは反対側が冷媒Ｒが流通する冷媒通路１０２となっている。そして、伝熱部材２Ｈを介してパワーモジュール１の熱が伝熱された冷却壁１００は、冷媒Ｒと積極的に熱交換されて冷却される。
なお、本実施形態では、複数の凹部１０１が設けられた場合を示すが、１つの凹部１０１であってもよい。

従って、第９の実施形態の冷却構造によれば、伝熱部材２Ｈは、膨出部２２が断面三角形状に形成されて、二面２２ａ、２２ｂが凹部１０１の内面に面接触しているので、放熱面積の拡大と放熱面までの伝熱量分散が可能となる。これにより、第１の実施形態と同様に、各凹部１０１で熱伝達経路の熱抵抗を低下して冷却性能を向上できる。

また、これに加えて冷却壁１００を山型に形成したので、凹部１０１を複数設けることができ、所定面積当たりのパワーモジュール１の搭載効率を高めることができる。

更に、このように複数のパワーモジュール１を搭載した場合にも、本実施形態では冷却壁１００に冷媒通路１０２が設けられていることにより、複数のパワーモジュール１によって発生する高熱を冷媒Ｒによって効率良く冷却できる。

なお、本実施形態では凹部１０１の内角が鈍角や鋭角であっても適用することができ、この場合は、膨出部２２の断面形状を凹部１０１の内角に沿って形成し、二面２２ａ、２２ｂを面接触させておけばよい。
[第１０の実施形態]

図１８は、本発明の第１０の実施形態を示し、第９の実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。

本実施形態のパワーモジュール１の冷却構造が第９の実施形態と主に異なる点は、凹部１０１Ａの断面形状が半円状に形成されたことにある。これに伴い伝熱部材２Ｉの膨出部２２は、凹部１０１Ａの内面形状に沿って断面半円状となり、伝熱部材２Ｉの実装面２１とは反対側の接合面が円弧面２２ｐとなっている。そして、この断面半円状となった凹部１０１Ａの内面に、伝熱部材２Ｉの膨出部２２が面接触して接着されている。

また、本実施形態にあっても、凹部１０１Ａを設けることにより冷却壁１００Ａは山型に形成されており、かつ、その冷却壁１００Ａのパワーモジュール１が取り付けられた側とは反対側が冷媒通路１０２Ａとなっている。

従って、第１０の実施形態の冷却構造によれば、第９の実施形態と同様にパワーモジュール１の取付効率を高めることができる。また、伝熱部材２Ｉの膨出部２２が断面半円状の凹部１０１Ａに面接触しているので、第１の実施形態と同様に熱伝達経路の熱抵抗を低下して冷却性能を高めることができる。

これに加えて本実施形態では、伝熱部材２Iが円弧面２２ｐで凹部１０１Ａの内面に面接触しているため、第９の実施形態と比較して放熱面積の拡大と放熱面までの伝熱量分散をより促進できる。これにより、円弧面２２ｐでの熱抵抗をより均一化できるため、冷却性能の更なる向上を達成できる。勿論、冷媒通路１０２Ａを流通する冷媒Ｒによって、冷却壁１００Ａを効率良く冷却できることは言うまでもない。

ところで、本発明のパワーモジュールの冷却構造は、前述した各実施形態に例を取って説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能である。例えば、伝熱部材の膨出部の断面形状は、前記各実施形態に示したもの以外にも冷却器に面接触可能な形状であればよい。

１ パワーモジュール
１Ｐ 高発熱部品
１Ｑ 低発熱部品
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ、２Ｈ、２Ｉ 伝熱部材
３ 接着剤
１０ インバータ
１１ インバータケース（冷却器）
１１ａ 天壁（凹所を形成する面）
１１ｂ 側壁（凹所を形成する面）
１３ 隅部（凹所）
１３Ｖ 谷線（頂部）
２１ 実装面
２２ 膨出部
２２ａ、２２ｂ 二面（膨出部の冷却器に取り付けられる面）
２３ スリット
１００、１００Ａ 冷却壁（冷却器）
１０１、１０１Ａ Ｖ字状の凹部（凹所）
θ１、θ２ 角度

Claims (11)

1. 電流が流れることで発熱する電子部品を搭載したパワーモジュールと、該パワーモジュールを実装面に取り付けた伝熱部材と、該伝熱部材を接合した冷却器と、を備え、前記パワーモジュールの発生熱を前記伝熱部材を介して冷却器に伝導させて放熱するパワーモジュールの冷却構造であって、
   前記伝熱部材に、前記実装面の反対側に向けて膨出する膨出部を設け、該膨出部を前記冷却器に面接触させた状態で伝熱部材を冷却器に接合させたことを特徴とするパワーモジュールの冷却構造。
2. 前記冷却器は、前記パワーモジュールを収納した筺体であり、該筺体は凹所を有し、前記膨出部の接合面を前記凹所に沿った形状とし、これら接合面と凹所とを面接触させたことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュールの冷却構造。
3. 前記パワーモジュールを前記凹所に対して対向配置させたことを特徴とする請求項２に記載のパワーモジュールの冷却構造。
4. 前記伝熱部材は、一対の分割体からなり、これらの分割体の間に前記パワーモジュールが挟持されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のパワーモジュールの冷却構造。
5. 前記パワーモジュールの面方向を前記凹所を形成する面に対して直交する方向に配置したことを特徴とする請求項４に記載のパワーモジュールの冷却構造。
6. 前記電子部品は、発熱量が大きな高発熱部品と、該高発熱部品に比較して発熱量が小さな低発熱部品とを有しており、前記高発熱部品と前記凹所の頂部との距離を、前記低発熱部品と前記凹所の頂部との距離よりも小さく設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパワーモジュールの冷却構造。
7. 前記膨出部の断面形状は、三角形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパワーモジュールの冷却構造。
8. 前記膨出部の断面形状は、台形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパワーモジュールの冷却構造。
9. 前記膨出部の断面形状は、四角形以上の多角形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパワーモジュールの冷却構造。
10. 前記膨出部は、冷却器との接合面が断面円弧状となっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のパワーモジュールの冷却構造。
11. 前記膨出部は、前記パワーモジュールの実装面に対して交差する方向に延びるスリットを有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のパワーモジュールの冷却構造。

Images