JP2015207670A - Cooling unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイスを有するパワーモジュールを冷却する冷却器に関する。 The present invention relates to a cooler for cooling a power module having a semiconductor device.
モータ等を駆動するために、スイッチングを行う半導体デバイスを有するパワーモジュールが広く使われている。半導体デバイスは発熱して温度が上昇するので、半導体デバイスの温度が上昇し過ぎないように、パワーモジュールを冷却する必要がある。複数の半導体デバイスを有するパワーモジュールを冷却する冷却器の例が、特許文献１に記載されている。 In order to drive a motor or the like, a power module having a semiconductor device that performs switching is widely used. Since the semiconductor device generates heat and the temperature rises, it is necessary to cool the power module so that the temperature of the semiconductor device does not rise too much. An example of a cooler for cooling a power module having a plurality of semiconductor devices is described in Patent Document 1.
特許文献１の冷却器は、２つの半導体デバイスに対して、多くのフィンを有する１つの冷却器を有している。多くのフィンを用いると、冷却性能は高くなるが、フィンの加工コストは高いので、冷却器のコストが高くなってしまう。 The cooler of patent document 1 has one cooler which has many fins with respect to two semiconductor devices. When a large number of fins are used, the cooling performance is improved, but the processing cost of the fins is high, so that the cost of the cooler is increased.
本発明は、フィンの数を少なくしながら、十分な冷却性能を有する冷却器を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the cooler which has sufficient cooling performance, reducing the number of fins.
第１の発明は、絶縁基板（46A）及びこれに接合された複数の半導体デバイス（42A,42D）を有するパワーモジュール（40A）を冷却する冷却器であって、前記パワーモジュール（40A）が取り付けられる伝熱板（32）と、それぞれが、フィン（12）を有し、前記複数の半導体デバイス（42A,42D）のうちの互いに異なるものに対応し、前記伝熱板（32）の、前記パワーモジュール（40A）が取り付けられる面の裏面に取り付けられる複数のフィンブロック（10A,10D）と、前記複数のフィンブロック（10A,10D）間を接続する配管（26）とを有する。前記複数のフィンブロック（10A,10D）はそれぞれ、前記伝熱板（32）の前記裏面において、前記フィン（12）を有する領域（11）が前記対応する半導体デバイス（42A,42D）の直下の領域を含むように取り付けられる。前記複数のフィンブロック（10A,10D）の前記フィン（12）を有する領域（11）の面積の合計は、前記絶縁基板（46A）の面積より小さい。 The first invention is a cooler for cooling a power module (40A) having an insulating substrate (46A) and a plurality of semiconductor devices (42A, 42D) bonded thereto, and the power module (40A) is attached to the cooler. Each of the plurality of semiconductor devices (42A, 42D) corresponding to different ones of the plurality of semiconductor devices (42A, 42D), and the heat transfer plate (32), A plurality of fin blocks (10A, 10D) attached to the back surface of the surface to which the power module (40A) is attached, and a pipe (26) connecting the plurality of fin blocks (10A, 10D). Each of the plurality of fin blocks (10A, 10D) has a region (11) having the fins (12) directly below the corresponding semiconductor device (42A, 42D) on the back surface of the heat transfer plate (32). Attached to include area. The total area of the regions (11) having the fins (12) of the plurality of fin blocks (10A, 10D) is smaller than the area of the insulating substrate (46A).
これによると、フィンブロック（10A,10D）のフィン（12）を有する領域（11）の面積は比較的小さいので、フィン（12）の数を少なくすることができる。フィンブロック（10A,10D）は、フィン（12）を有する領域（11）が、半導体デバイス（42A,42D）の直下の領域を含むように取り付けられるので、半導体デバイス（42A,42D）を効率よく冷却することができる。 According to this, since the area of the region (11) having the fins (12) of the fin block (10A, 10D) is relatively small, the number of fins (12) can be reduced. The fin block (10A, 10D) is mounted so that the region (11) having the fin (12) includes the region directly under the semiconductor device (42A, 42D), so that the semiconductor device (42A, 42D) can be efficiently attached. Can be cooled.
第２の発明は、第１の発明において、前記フィンブロック（10A,10D）及び前記配管（26）には冷媒が充填されている冷却器である。 2nd invention is a cooler with which the fin block (10A, 10D) and the said piping (26) are filled with the refrigerant | coolant in 1st invention.
これによると、冷媒によって冷却が行われるので、半導体デバイス（42A,42D）を効率よく冷却することができる。 According to this, since the cooling is performed by the refrigerant, the semiconductor devices (42A, 42D) can be efficiently cooled.
第３の発明では、第２の発明において、前記冷媒は、水である。 In a third invention, in the second invention, the refrigerant is water.
これによると、冷媒として水を用いるので、コストを低くすることができる。 According to this, since water is used as the refrigerant, the cost can be reduced.
第４の発明では、第２の発明において、前記冷媒は、蒸発によって冷却を行う冷媒である。 In 4th invention, in 2nd invention, the said refrigerant | coolant is a refrigerant | coolant which cools by evaporation.
これによると、冷媒の蒸発時の潜熱を利用するので、半導体デバイス（42A,42D）を効率よく冷却することができる。 According to this, since the latent heat at the time of evaporation of the refrigerant is used, the semiconductor devices (42A, 42D) can be efficiently cooled.
第５の発明では、第２の発明において、前記配管（26）の断面積は、前記フィンブロック（10A,10D）における冷媒が流れる空間の断面積より小さい。 According to a fifth aspect, in the second aspect, the cross-sectional area of the pipe (26) is smaller than the cross-sectional area of the space through which the refrigerant flows in the fin block (10A, 10D).
これによると、配管（26）における冷媒の流速が速くなり、フィンブロック（10A,10D）において乱流が生じやすくなる。このため、半導体デバイス（42A,42D）を効率よく冷却することができる。 According to this, the flow velocity of the refrigerant in the pipe (26) increases, and turbulent flow is likely to occur in the fin blocks (10A, 10D). For this reason, the semiconductor devices (42A, 42D) can be efficiently cooled.
第６の発明は、絶縁基板（46A,46B,46C）及びこれに接合された半導体デバイス（42A,42B,42C）をそれぞれが有する複数のパワーモジュール（40A,40B,40C）を冷却する冷却器であって、前記複数のパワーモジュール（40A,40B,40C）が取り付けられる伝熱板（32）と、それぞれが、フィン（12）を有し、前記複数のパワーモジュール（40A,40B,40C）のうちの互いに異なるものに対応し、前記伝熱板（32）の、前記複数のパワーモジュール（40A,40B,40C）が取り付けられる面の裏面に取り付けられる複数のフィンブロック（10A,10B,10C）と、前記複数のフィンブロック（10A,10B,10C）間を接続する配管（26）とを有する。前記複数のフィンブロック（10A,10B,10C）はそれぞれ、前記伝熱板（32）の前記裏面において、前記フィン（12）を有する領域（11）が前記対応するパワーモジュール（40A,40B,40C）の前記半導体デバイス（42A,42B,42C）の直下の領域を含むように取り付けられる。前記複数のフィンブロック（10A,10B,10C）のそれぞれの前記フィン（12）を有する領域（11）の面積は、前記対応するパワーモジュール（40A,40B,40C）の前記絶縁基板（46A,46B,46C）の面積より小さい。 A sixth invention is a cooler for cooling a plurality of power modules (40A, 40B, 40C) each having an insulating substrate (46A, 46B, 46C) and semiconductor devices (42A, 42B, 42C) bonded thereto. A heat transfer plate (32) to which the plurality of power modules (40A, 40B, 40C) are attached, each having a fin (12), and the plurality of power modules (40A, 40B, 40C) A plurality of fin blocks (10A, 10B, 10C) attached to the back surface of the surface to which the plurality of power modules (40A, 40B, 40C) are attached of the heat transfer plate (32). ) And a pipe (26) for connecting the plurality of fin blocks (10A, 10B, 10C). Each of the plurality of fin blocks (10A, 10B, 10C) has a region (11) having the fins (12) on the back surface of the heat transfer plate (32), and the corresponding power module (40A, 40B, 40C). ) Of the semiconductor device (42A, 42B, 42C). The area of the region (11) having the fin (12) of each of the plurality of fin blocks (10A, 10B, 10C) is the insulating substrate (46A, 46B) of the corresponding power module (40A, 40B, 40C). , 46C).
これによると、フィンブロック（10A,10B,10C）のフィン（12）を有する領域（11）の面積が比較的小さいので、フィン（12）の数を少なくすることができる。フィンブロック（10A,10B,10C）は、フィン（12）を有する領域（11）が、半導体デバイス（42A,42B,42C）の直下の領域を含むように取り付けられるので、半導体デバイス（42A,42B,42C）を効率よく冷却することができる。 According to this, since the area of the region (11) having the fins (12) of the fin blocks (10A, 10B, 10C) is relatively small, the number of fins (12) can be reduced. The fin block (10A, 10B, 10C) is mounted so that the region (11) having the fin (12) includes the region immediately below the semiconductor device (42A, 42B, 42C). 42C) can be cooled efficiently.
第１〜第６の発明によれば、フィン（12）の数を少なくしながら、十分な冷却性能を有する冷却器を提供することができる。したがって、冷却器の製造コストを低くすることができる。 According to the 1st-6th invention, the cooler which has sufficient cooling performance can be provided, reducing the number of fins (12). Therefore, the manufacturing cost of the cooler can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面において同じ参照番号で示された構成要素は、同一の又は類似の構成要素である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Components shown with the same reference numbers in the drawings are identical or similar components.
図１は、本発明の実施形態に係る冷却器（30）の構成例を示す斜視図である。図１の冷却器（30）は、フィンブロック（10A,10B,10C,10D,10E,10F）と、配管（22,24,26）と、伝熱板（32）とを有する。フィンブロック（10A〜10F）は、例えばろう材によって伝熱板（32）に接合されている。フィンブロック（10A）には配管（22）が接続され、フィンブロック（10D）には配管（24）が接続されている。フィンブロック（10A）とフィンブロック（10B）との間、フィンブロック（10B）とフィンブロック（10C）との間、フィンブロック（10C）とフィンブロック（10F）との間、フィンブロック（10F）とフィンブロック（10E）との間、フィンブロック（10E）とフィンブロック（10D）との間は、配管（26）によって接続されている。フィンブロック（10A〜10F）及び配管（22,24,26）には冷媒が充填されている。例えば配管（22）から流入した冷媒が、フィンブロック（10A〜10F）及び配管（26）を通って配管（24）から流出する。 FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of a cooler (30) according to an embodiment of the present invention. The cooler (30) in FIG. 1 includes fin blocks (10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F), pipes (22, 24, 26), and a heat transfer plate (32). The fin blocks (10A to 10F) are joined to the heat transfer plate (32) by, for example, a brazing material. A pipe (22) is connected to the fin block (10A), and a pipe (24) is connected to the fin block (10D). Between fin block (10A) and fin block (10B), between fin block (10B) and fin block (10C), between fin block (10C) and fin block (10F), fin block (10F) The fin block (10E) and the fin block (10E) and the fin block (10D) are connected by a pipe (26). The fin blocks (10A to 10F) and the pipes (22, 24, 26) are filled with refrigerant. For example, the refrigerant flowing in from the pipe (22) flows out from the pipe (24) through the fin blocks (10A to 10F) and the pipe (26).
図２は、図１のフィンブロック（10A）の長手方向に直交する断面の例を示す断面図である。フィンブロック（10A）は、ケース（14）と、複数のフィン（12）とを有する。ケース（14）とフィン（12）との間、及びフィン（12）同士の間には、空間があり、そこを冷媒が流れるようになっている。フィンブロック（10B〜10F）も、それぞれ、フィンブロック（10A）と同様に構成されている。フィン（12）、ケース（14）、配管（22,24,26）は、例えば伝熱性材料（銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金等）によって構成されている。冷媒は、例えば、水であってもよいし、蒸発によって冷却を行う冷媒であってもよい。配管（26）の断面積は、フィンブロック（10A〜10F）における冷媒が流れる空間の断面積より小さくてもよい。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the fin block (10A) of FIG. The fin block (10A) includes a case (14) and a plurality of fins (12). There is a space between the case (14) and the fin (12), and between the fins (12), and the refrigerant flows therethrough. The fin blocks (10B to 10F) are also configured similarly to the fin block (10A). The fin (12), the case (14), and the piping (22, 24, 26) are made of, for example, a heat conductive material (copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, or the like). The refrigerant may be, for example, water or a refrigerant that cools by evaporation. The cross-sectional area of the pipe (26) may be smaller than the cross-sectional area of the space through which the refrigerant flows in the fin blocks (10A to 10F).
図３は、図１の冷却器（30）と、これによって冷却されるパワーモジュール（40A,40B,40C）とを示す平面図である。図４は、図３のパワーモジュール（40A〜40C）と冷却器（30）との、Ｂ−Ｂ’における断面図である。パワーモジュール（40A〜40C）は、伝熱板（32）の１つの面に取り付けられる。 FIG. 3 is a plan view showing the cooler (30) of FIG. 1 and the power modules (40A, 40B, 40C) cooled thereby. FIG. 4 is a cross-sectional view taken along B-B ′ of the power module (40 </ b> A to 40 </ b> C) and the cooler (30) of FIG. 3. The power modules (40A to 40C) are attached to one surface of the heat transfer plate (32).
パワーモジュール（40A）は、半導体デバイス（42A,42D）と、絶縁基板（46A）と、金属ベース（48A）と、ケース（52A）とを有している。半導体デバイス（42A,42D）は、それぞれ、半導体基板上に素子が形成された半導体チップである。絶縁基板（46A）は、セラミック等の絶縁体によって構成されている。ケース（52A）は、例えば樹脂によって構成されている。半導体デバイス（42A,42D）は、絶縁基板（46A）に接合されている。絶縁基板（46A）は、金属ベース（48A）に接合されている。 The power module (40A) includes a semiconductor device (42A, 42D), an insulating substrate (46A), a metal base (48A), and a case (52A). Each of the semiconductor devices (42A, 42D) is a semiconductor chip in which an element is formed on a semiconductor substrate. The insulating substrate (46A) is made of an insulator such as ceramic. The case (52A) is made of resin, for example. The semiconductor devices (42A, 42D) are bonded to the insulating substrate (46A). The insulating substrate (46A) is bonded to the metal base (48A).
パワーモジュール（40B,40C）も、それぞれ、パワーモジュール（40A）と同様に構成されている。半導体デバイス（42A,42D）に代えて、パワーモジュール（40B）は半導体デバイス（42B,42E）を有し、パワーモジュール（40C）は、半導体デバイス（42C,42F）を有している。絶縁基板（46A）に代えて、パワーモジュール（40B）は絶縁基板（46B）を有し、パワーモジュール（40C）は、絶縁基板（46C）を有している。各半導体デバイス（42A〜42F）は、例えばスイッチング素子を有している。 The power modules (40B, 40C) are also configured similarly to the power module (40A). Instead of the semiconductor devices (42A, 42D), the power module (40B) includes semiconductor devices (42B, 42E), and the power module (40C) includes semiconductor devices (42C, 42F). Instead of the insulating substrate (46A), the power module (40B) has an insulating substrate (46B), and the power module (40C) has an insulating substrate (46C). Each semiconductor device (42A-42F) has a switching element, for example.
フィンブロック（10A〜10F）は、これらの半導体デバイス（42A〜42F）のうちの互いに異なるものに対応し、伝熱板（32）の、パワーモジュール（40A〜40C）が取り付けられる面の裏面に取り付けられる。具体的には、フィンブロック（10A,10B,10C,10D,10E,10F）は、半導体デバイス（42A,42B,42C,42D,42E,42F）にそれぞれ対応している。 The fin block (10A to 10F) corresponds to a different one of these semiconductor devices (42A to 42F), and on the back surface of the surface of the heat transfer plate (32) to which the power module (40A to 40C) is attached. It is attached. Specifically, the fin blocks (10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F) correspond to the semiconductor devices (42A, 42B, 42C, 42D, 42E, 42F), respectively.
複数のフィンブロック（10A〜10F）はそれぞれ、図３のように、平面視において、一部の領域（11）のみにフィン（12）を有している。複数のフィンブロック（10A〜10F）はそれぞれ、伝熱板（32）の、パワーモジュール（40A〜40C）が取り付けられる面の裏面において、フィン（12）を有する領域（11）が、対応する半導体デバイス（42A〜42F）の直下の領域を含むように取り付けられている。ここで、平面視において、フィンブロック（10A,10D）のフィン（12）を有する領域（11）の面積の合計は、絶縁基板（46A）の面積より小さい。同様に、平面視において、フィンブロック（10B,10E）のフィン（12）を有する領域（11）の面積の合計は、絶縁基板（46B）の面積より小さい。平面視において、フィンブロック（10C,10F）のフィン（12）を有する領域（11）の面積の合計は、絶縁基板（46C）の面積より小さい。 Each of the plurality of fin blocks (10A to 10F) has fins (12) only in a partial region (11) in plan view as shown in FIG. Each of the plurality of fin blocks (10A to 10F) has a corresponding semiconductor (11) having a fin (12) on the back surface of the heat transfer plate (32) to which the power module (40A to 40C) is attached. It is attached so as to include the area directly below the devices (42A to 42F). Here, in plan view, the total area of the regions (11) having the fins (12) of the fin blocks (10A, 10D) is smaller than the area of the insulating substrate (46A). Similarly, in plan view, the total area of the regions (11) having the fins (12) of the fin blocks (10B, 10E) is smaller than the area of the insulating substrate (46B). In plan view, the total area of the regions (11) having the fins (12) of the fin blocks (10C, 10F) is smaller than the area of the insulating substrate (46C).
図５は、図３及び４のパワーモジュール（40A〜40C）が用いられる電力供給装置の例を示す回路図である。図５の電力供給装置は、コンバータ（62）と、平滑コンデンサ（64）と、コントローラ（66）と、インバータ（70）とを有する。コンバータ（62）は、ブリッジ状に結線された６個のダイオード（Dr）によって構成され、三相交流電源（61）の三相交流を直流に変換する。平滑コンデンサ（64）は、コンバータ（62）にから出力された直流を平滑する。 FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a power supply device in which the power modules (40A to 40C) of FIGS. 3 and 4 are used. The power supply device of FIG. 5 includes a converter (62), a smoothing capacitor (64), a controller (66), and an inverter (70). The converter (62) is constituted by six diodes (Dr) connected in a bridge shape, and converts the three-phase alternating current of the three-phase alternating current power supply (61) into direct current. The smoothing capacitor (64) smoothes the direct current output from the converter (62).
インバータ（70）は、平滑コンデンサ（64）によって平滑された直流を、三相交流に変換する。この例では、インバータ（70）は、６個のアーム（72A,72B,72C,74A,74B,74C）を有する。各アーム（72A〜72C）は、スイッチング素子（81）と、還流ダイオード（82）とを有している。各アーム（74A〜74C）は、スイッチング素子（83）と、還流ダイオード（84）とを有している。 The inverter (70) converts the direct current smoothed by the smoothing capacitor (64) into a three-phase alternating current. In this example, the inverter (70) has six arms (72A, 72B, 72C, 74A, 74B, 74C). Each arm (72A to 72C) includes a switching element (81) and a free wheeling diode (82). Each arm (74A-74C) has a switching element (83) and a free-wheeling diode (84).
スイッチング素子（81,83）は、例えばＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）である。アーム（72A,72B,72C,74A,74B,74C）は、図３の半導体デバイス（42A,42B,42C,42D,42E,42F）にそれぞれ対応している。インバータ（70）で生成された三相交流は、三相モータ（68）に供給される。コントローラ（66）は、三相モータ（68）の各相電流の検出値（iu,iv,iw）が所望の値になるように制御信号（CNT）を生成し、インバータ（70）の６個のスイッチング素子（81,83）を制御する。 The switching element (81, 83) is, for example, an IGBT (insulated gate bipolar transistor). The arms (72A, 72B, 72C, 74A, 74B, 74C) correspond to the semiconductor devices (42A, 42B, 42C, 42D, 42E, 42F) of FIG. The three-phase AC generated by the inverter (70) is supplied to the three-phase motor (68). The controller (66) generates a control signal (CNT) so that the detected values (iu, iv, iw) of the respective phase currents of the three-phase motor (68) become desired values, and the inverter (70) The switching elements (81, 83) are controlled.
図６は、図３のパワーモジュール（40A）の１つの電流が流れる部分の構成を具体的に示す平面図である。パワーモジュール（40A）は、半導体デバイス（42A,42D）と、金属層（87,88,89）と、Ｐ端子（91）と、出力端子（92）と、Ｎ端子（93）とを有する。金属層（87〜89）は、絶縁基板（46A）の上に形成されている。Ｐ端子（91）は、図５のノード（P）に対応し、金属層（87）に接続されている。出力端子（92）は、図５の三相モータ（68）に接続されるノードに対応し、金属層（88）に接続されている。Ｎ端子（93）は、図５のノード（N）に対応し、金属層（89）に接続されている。 FIG. 6 is a plan view specifically showing the configuration of a portion through which one current flows in the power module (40A) of FIG. The power module (40A) includes a semiconductor device (42A, 42D), a metal layer (87, 88, 89), a P terminal (91), an output terminal (92), and an N terminal (93). The metal layers (87 to 89) are formed on the insulating substrate (46A). The P terminal (91) corresponds to the node (P) in FIG. 5 and is connected to the metal layer (87). The output terminal (92) corresponds to a node connected to the three-phase motor (68) in FIG. 5, and is connected to the metal layer (88). The N terminal (93) corresponds to the node (N) in FIG. 5 and is connected to the metal layer (89).
半導体デバイス（42A,42D）は、金属層（87,88）の上にそれぞれ接合されている。半導体デバイス（42A）は、スイッチング素子（81A,81B,81C）と、還流ダイオード（82A,82B,82C）とを有している。半導体デバイス（42D）は、スイッチング素子（83A,83B,83C）と、還流ダイオード（84A,84B,84C）とを有している。動作時には、主にスイッチング素子（81A〜81C,83A〜83C）が発熱する。 The semiconductor devices (42A, 42D) are joined on the metal layers (87, 88), respectively. The semiconductor device (42A) includes a switching element (81A, 81B, 81C) and a free-wheeling diode (82A, 82B, 82C). The semiconductor device (42D) includes switching elements (83A, 83B, 83C) and free-wheeling diodes (84A, 84B, 84C). During operation, the switching elements (81A to 81C, 83A to 83C) mainly generate heat.
スイッチング素子（81A〜81C）と還流ダイオード（82A〜82C）とは、ワイヤボンディング（86）によって金属層（88）に接続されている。つまり、スイッチング素子（81A〜81C）は電気的に並列に接続されており、スイッチング素子（81A〜81C）の全体がアーム（72A）のスイッチング素子（81）に対応する。還流ダイオード（82A〜82C）は電気的に並列に接続されており、還流ダイオード（82A〜82C）の全体がアーム（72A）の還流ダイオード（82）に対応する。 The switching elements (81A to 81C) and the free wheeling diodes (82A to 82C) are connected to the metal layer (88) by wire bonding (86). That is, the switching elements (81A to 81C) are electrically connected in parallel, and the entire switching elements (81A to 81C) correspond to the switching element (81) of the arm (72A). The free-wheeling diodes (82A to 82C) are electrically connected in parallel, and the whole free-wheeling diode (82A to 82C) corresponds to the free-wheeling diode (82) of the arm (72A).
同様に、スイッチング素子（83A〜83C）は電気的に並列に接続されており、スイッチング素子（83A〜83C）の全体がアーム（74A）のスイッチング素子（83）に対応する。還流ダイオード（84A〜84C）は電気的に並列に接続されており、還流ダイオード（84A〜84C）の全体がアーム（74A）の還流ダイオード（84）に対応する。このように、図５の各スイッチング素子（81,83）は、並列に接続された複数のスイッチング素子で構成されていてもよい。パワーモジュール（40B,40C）も、パワーモジュール（40A）と同様に構成されている。 Similarly, the switching elements (83A to 83C) are electrically connected in parallel, and the entire switching elements (83A to 83C) correspond to the switching element (83) of the arm (74A). The free-wheeling diodes (84A to 84C) are electrically connected in parallel, and the whole free-wheeling diode (84A to 84C) corresponds to the free-wheeling diode (84) of the arm (74A). Thus, each switching element (81, 83) in FIG. 5 may be configured by a plurality of switching elements connected in parallel. The power modules (40B, 40C) are configured similarly to the power module (40A).
このように、本実施形態の冷却器（30）は、複数の半導体デバイス（42A〜42F）を１つのフィンブロックで冷却するのではなく、半導体デバイス（42A〜42F）のそれぞれに対応する複数のフィンブロック（10A〜10F）を有している。複数のフィンブロック（10A〜10F）を用いるので、必要な部分にのみフィンを設けることが容易になる。そこで、伝熱板（32）の面において、フィンブロック（10A〜10F）はそれぞれ、フィン（12）を有する領域（11）が、対応する半導体デバイス（42A〜42F）の直下の領域を含むように取り付けられる。このため、半導体デバイス（42A〜42F）を効率よく冷却することができる。ここで、例えば、フィンブロック（10A,10D）のフィン（12）を有する領域（11）の面積の合計は、絶縁基板（46A）の面積より小さい。したがって、フィン（12）の数を少なくしながら、十分な冷却性能を有する冷却器（30）を提供することができ、冷却器（30）を低コスト化することができる。 Thus, the cooler (30) of this embodiment does not cool a plurality of semiconductor devices (42A to 42F) with one fin block, but a plurality of corresponding semiconductor devices (42A to 42F). It has fin blocks (10A-10F). Since a plurality of fin blocks (10A to 10F) are used, it is easy to provide fins only in necessary portions. Therefore, in the surface of the heat transfer plate (32), the fin blocks (10A to 10F) each include the region (11) having the fin (12) including the region immediately below the corresponding semiconductor device (42A to 42F). Attached to. For this reason, a semiconductor device (42A-42F) can be cooled efficiently. Here, for example, the total area of the regions (11) having the fins (12) of the fin blocks (10A, 10D) is smaller than the area of the insulating substrate (46A). Therefore, it is possible to provide the cooler (30) having sufficient cooling performance while reducing the number of fins (12), and to reduce the cost of the cooler (30).
フィンブロック（10D）はフィンブロック（10A）に一体化されていてもよい。同様に、フィンブロック（10E）がフィンブロック（10B）に一体化されていてもよく、フィンブロック（10F）がフィンブロック（10C）に一体化されていてもよい。この場合、伝熱板（32）の面において、フィンブロック（10A）のフィン（12）を有する領域（11）の面積は、絶縁基板（46A）の面積より小さい。同様に、伝熱板（32）の面において、フィンブロック（10B）のフィン（12）を有する領域（11）の面積は、絶縁基板（46B）の面積より小さい。伝熱板（32）の面において、フィンブロック（10C）のフィン（12）を有する領域（11）の面積は、絶縁基板（46C）の面積より小さい。このような場合においても、フィンブロック（10A,10B,10C）のフィン（12）を有する領域の面積が比較的小さいので、フィン（12）の数を少なくしながら、十分な冷却性能を有する冷却器（30）を提供することができる。このため、冷却器（30）を低コスト化することができる。 The fin block (10D) may be integrated with the fin block (10A). Similarly, the fin block (10E) may be integrated with the fin block (10B), and the fin block (10F) may be integrated with the fin block (10C). In this case, on the surface of the heat transfer plate (32), the area of the region (11) having the fins (12) of the fin block (10A) is smaller than the area of the insulating substrate (46A). Similarly, on the surface of the heat transfer plate (32), the area of the region (11) having the fins (12) of the fin block (10B) is smaller than the area of the insulating substrate (46B). On the surface of the heat transfer plate (32), the area of the region (11) having the fins (12) of the fin block (10C) is smaller than the area of the insulating substrate (46C). Even in such a case, since the area of the fin block (10A, 10B, 10C) having the fin (12) is relatively small, cooling with sufficient cooling performance while reducing the number of fins (12). A vessel (30) can be provided. For this reason, the cooler (30) can be reduced in cost.
本発明の多くの特徴及び優位性は、記載された説明から明らかであり、よって添付の特許請求の範囲によって、本発明のそのような特徴及び優位性の全てをカバーすることが意図される。更に、多くの変更及び改変が当業者には容易に可能であるので、本発明は、図示され記載されたものと全く同じ構成及び動作に限定されるべきではない。したがって、全ての適切な改変物及び等価物は本発明の範囲に入るものとされる。 The many features and advantages of the present invention are apparent from the written description, and thus, it is intended by the appended claims to cover all such features and advantages of the invention. Further, since many changes and modifications will readily occur to those skilled in the art, the present invention should not be limited to the exact construction and operation as illustrated and described. Accordingly, all suitable modifications and equivalents are intended to be within the scope of the present invention.
以上説明したように、本発明は、半導体デバイスを有するパワーモジュールを冷却する冷却器等について有用である。 As described above, the present invention is useful for a cooler that cools a power module having a semiconductor device.
１０Ａ〜１０Ｆ フィンブロック
１１ フィンを有する領域
１２ フィン
２６ 配管
３２ 伝熱板
４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ パワーモジュール
４２Ａ〜４２Ｆ 半導体デバイス
４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃ 絶縁基板
10A to 10F Fin block 11
Claims (6)
前記パワーモジュール（40A）が取り付けられる伝熱板（32）と、
それぞれが、フィン（12）を有し、前記複数の半導体デバイス（42A,42D）のうちの互いに異なるものに対応し、前記伝熱板（32）の、前記パワーモジュール（40A）が取り付けられる面の裏面に取り付けられる複数のフィンブロック（10A,10D）と、
前記複数のフィンブロック（10A,10D）間を接続する配管（26）とを備え、
前記複数のフィンブロック（10A,10D）はそれぞれ、前記伝熱板（32）の前記裏面において、前記フィン（12）を有する領域（11）が前記対応する半導体デバイス（42A,42D）の直下の領域を含むように取り付けられ、
前記複数のフィンブロック（10A,10D）の前記フィン（12）を有する領域（11）の面積の合計は、前記絶縁基板（46A）の面積より小さい
冷却器。 A cooler for cooling a power module (40A) having an insulating substrate (46A) and a plurality of semiconductor devices (42A, 42D) bonded thereto,
A heat transfer plate (32) to which the power module (40A) is attached;
Each has a fin (12), corresponds to a different one of the plurality of semiconductor devices (42A, 42D), a surface of the heat transfer plate (32) to which the power module (40A) is attached A plurality of fin blocks (10A, 10D) attached to the back surface of
A pipe (26) for connecting the plurality of fin blocks (10A, 10D),
Each of the plurality of fin blocks (10A, 10D) has a region (11) having the fins (12) directly below the corresponding semiconductor device (42A, 42D) on the back surface of the heat transfer plate (32). Attached to include the area,
The cooler in which the total area of the regions (11) having the fins (12) of the plurality of fin blocks (10A, 10D) is smaller than the area of the insulating substrate (46A).
前記フィンブロック（10A,10D）及び前記配管（26）には冷媒が充填されている
冷却器。 The cooler of claim 1,
A cooler in which the fin block (10A, 10D) and the pipe (26) are filled with a refrigerant.
前記冷媒は、水である
冷却器。 The cooler according to claim 2, wherein
The cooler in which the refrigerant is water.
前記冷媒は、蒸発によって冷却を行う冷媒である
冷却器。 The cooler according to claim 2, wherein
The said refrigerant | coolant is a cooler which is a refrigerant | coolant which cools by evaporation.
前記配管（26）の断面積は、前記フィンブロック（10A,10D）における冷媒が流れる空間の断面積より小さい
冷却器。 The cooler according to claim 2, wherein
The pipe (26) is a cooler in which the cross-sectional area is smaller than the cross-sectional area of the space through which the refrigerant flows in the fin block (10A, 10D).
前記複数のパワーモジュール（40A,40B,40C）が取り付けられる伝熱板（32）と、
それぞれが、フィン（12）を有し、前記複数のパワーモジュール（40A,40B,40C）のうちの互いに異なるものに対応し、前記伝熱板（32）の、前記複数のパワーモジュール（40A,40B,40C）が取り付けられる面の裏面に取り付けられる複数のフィンブロック（10A,10B,10C）と、
前記複数のフィンブロック（10A,10B,10C）間を接続する配管（26）とを備え、
前記複数のフィンブロック（10A,10B,10C）はそれぞれ、前記伝熱板（32）の前記裏面において、前記フィン（12）を有する領域（11）が前記対応するパワーモジュール（40A,40B,40C）の前記半導体デバイス（42A,42B,42C）の直下の領域を含むように取り付けられ、
前記複数のフィンブロック（10A,10B,10C）のそれぞれの前記フィン（12）を有する領域（11）の面積は、前記対応するパワーモジュール（40A,40B,40C）の前記絶縁基板（46A,46B,46C）の面積より小さい
冷却器。 A cooler for cooling a plurality of power modules (40A, 40B, 40C) each having an insulating substrate (46A, 46B, 46C) and a semiconductor device (42A, 42B, 42C) bonded thereto,
A heat transfer plate (32) to which the plurality of power modules (40A, 40B, 40C) are attached;
Each of the plurality of power modules (40A, 40B, 40C) of the plurality of power modules (40A, 40B, 40C) has a fin (12) and corresponds to a different one of the plurality of power modules (40A, 40B, 40C). 40B, 40C), a plurality of fin blocks (10A, 10B, 10C) attached to the back surface of the surface to be attached;
A pipe (26) for connecting the plurality of fin blocks (10A, 10B, 10C);
Each of the plurality of fin blocks (10A, 10B, 10C) has a region (11) having the fins (12) on the back surface of the heat transfer plate (32), and the corresponding power module (40A, 40B, 40C). Is attached so as to include a region immediately below the semiconductor device (42A, 42B, 42C),
The area of the region (11) having the fin (12) of each of the plurality of fin blocks (10A, 10B, 10C) is the insulating substrate (46A, 46B) of the corresponding power module (40A, 40B, 40C). , 46C) cooler smaller than the area.
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|---|---|---|---|---|
| WO2017175798A1 (en) * | 2016-04-05 | 2017-10-12 | 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 | Cooling device, refrigeration cycle device, and method for producing cooling device |
| JP2019534560A (en) * | 2016-10-31 | 2019-11-28 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | Cooling plate |
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