JP2022106585A - パワーモジュール - Google Patents
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Abstract
Description
半導体素子(521,531)、半導体素子に接続された端子(540a~540d)、および、半導体素子と端子それぞれを被覆する樹脂部(520)を有する半導体モジュール(511~513)と、
半導体モジュールに熱伝導可能に設けられる冷却部(730)、冷却部の内部に冷媒を供給する供給管(710)、および、冷却部の内部を流動した冷媒を排出する排出管(720)を備える冷却器(700)と、を有し、
半導体モジュールと冷却部の並ぶ並び方向に直交する横方向で供給管と排出管とが離間し、
並び方向と横方向それぞれに直交する縦方向で、供給管および排出管が半導体モジュールと対向している。
<車載システム>
先ず、図1に基づいて車載システム100を説明する。この車載システム100は電気自動車用のシステムを構成している。車載システム100は、バッテリ200、電力変換ユニット300、および、モータ400を有する。
次に電力変換装置500を説明する。電力変換装置500はインバータを含んでいる。インバータはバッテリ200の直流電力を交流電力に変換する。この交流電力がモータ400に供給される。またインバータはモータ400で生成された交流電力を直流電力に変換する。この直流電力がバッテリ200と各種電気負荷に供給される。
次に、電力変換ユニット300の構成を説明する。それに当たって、以下においては互いに直交の関係にある3方向をx方向、y方向、z方向とする。x方向が横方向に相当する。y方向が縦方向に相当する。z方向が並び方向に相当する。
U相半導体モジュール511~W相半導体モジュール513それぞれは上記した被覆樹脂520を有している。被覆樹脂520は例えばエポキシ系樹脂からなる。被覆樹脂520は例えばトランスファモールド法により成形されている。これまでに説明した半導体チップの全てと各種端子の一部がこの被覆樹脂520によって一体的に被覆されている。被覆樹脂520が樹脂部に相当する。
電力変換ユニット300は、電力変換装置500の他に、図4~図7に示す冷却器700を有する。冷却器700はこれまでに説明したU相半導体モジュール511~W相半導体モジュール513それぞれを冷却する機能を果たす。
細分化して説明すると、冷却部730は、対向部731と、第1腕部732と、第2腕部733と、を有する。対向部731に第1腕部732と第2腕部733それぞれが連結されている。これら3つの構成要素それぞれは冷媒の流動する中空を有する。これら3つの構成要素それぞれの中空が連通している。
例えば図5に示すように、延長部734のx方向の長さはL1で一定になっている。これに対して管連結部735のx方向の長さは不定になっている。管連結部735における供給管710や排出管720の連結される部位は、z方向に直交する平面において円形を成している。図5では供給管710と排出管720を破線で示している。
以上に示した構成のため、図5に示すように、冷却部730のz方向に面する平面形状はC字形状を成している。冷却部730の備える対向部731、第1腕部732、および、第2腕部733によって囲み領域EAが区画されている。
冷却器700は電力変換装置500とともに、例えばアルミダイカストで製造された筐体800に収納される。そして冷却部730の対向部731は、図6に示すように、この筐体800の壁部810とz方向で離間しつつ対向配置される。
上記したように、第1腕部732に連結される供給管710と第2腕部733に連結される排出管720それぞれが半導体モジュールの備える被覆樹脂520の下面520dとy方向で対向している。これにより冷却器700のx方向の体格の増大が抑制される。パワーモジュール900のx方向の体格の増大が抑制される。
次に、第2実施形態を図8と図9に基づいて説明する。
上面520cと下面520dから露出される端子の組み合わせは、第1実施形態と第2実施形態で示した構成に限定されない。上面520cと下面520dのいずれからドレイン端子540a、ソース端子540b、中点端子540c、および、ゲート端子540dが露出されるのかは特に限定されない。
各実施形態では冷却器700の対向部731と筐体800の壁部810との間に区画された空隙に半導体モジュールが設けられる例を示した。しかしながら、例えば、2つの冷却器700を用意して、2つの対向部731の間の空隙に半導体モジュールが設けられる構成を採用することもできる。
各実施形態では冷却器700の対向部731と筐体800の壁部810との間に区画された空隙に複数の半導体モジュールが設けられる例を示した。しかしながら、この空隙に1つの半導体モジュールが設けられる構成を採用することもできる。そしてこの1つの半導体モジュールが供給管710と排出管720のうちの少なくとも一方とy方向で対向する構成を採用することもできる。
本実施形態では電力変換装置500にインバータが含まれる例を示した。しかしながら電力変換装置500にはインバータのほかにコンバータが含まれてもよい。
Claims (8)
- 半導体素子(521,531)、前記半導体素子に接続された端子(540a~540d)、および、前記半導体素子と前記端子それぞれを被覆する樹脂部(520)を有する半導体モジュール(511~513)と、
前記半導体モジュールに熱伝導可能に設けられる冷却部(730)、前記冷却部の内部に冷媒を供給する供給管(710)、および、前記冷却部の内部を流動した冷媒を排出する排出管(720)を備える冷却器(700)と、を有し、
前記半導体モジュールと前記冷却部の並ぶ並び方向に直交する横方向で前記供給管と前記排出管とが離間し、
前記並び方向と前記横方向それぞれに直交する縦方向で、前記供給管および前記排出管が前記半導体モジュールと対向しているパワーモジュール。 - 前記冷却部は、前記並び方向で前記樹脂部と並ぶ対向部(731)と、前記対向部から前記縦方向に延長する第1腕部(732)と、前記横方向で前記第1腕部と離間し、前記対向部から前記縦方向に延長する第2腕部(733)と、を有し、
前記供給管は前記並び方向に延長して前記第1腕部に連結され、
前記排出管は前記並び方向に延長して前記第2腕部に連結されている請求項1に記載のパワーモジュール。 - 前記半導体モジュールを複数有し、
複数の前記半導体モジュールが前記横方向で並び、
複数の前記半導体モジュールのうちの少なくとも1つが、前記供給管および前記排出管のうちの1つと前記縦方向で対向している請求項2に記載のパワーモジュール。 - 前記供給管と前記排出管それぞれの前記横方向の位置は、前記対向部における前記横方向で並ぶ2つの側面(731a,731b)の間である請求項2または請求項3に記載のパワーモジュール。
- 前記第1腕部と前記第2腕部それぞれは、前記対向部における前記縦方向で並ぶ2つの端面(731c,731d)のうちの一方から延長し、
前記第1腕部、前記第2腕部、および、2つの前記端面のうちの一方によって囲まれる囲み領域と、前記端子における前記樹脂部から露出された部位とが前記並び方向で並んでいる請求項2~4いずれか1項に記載のパワーモジュール。 - 前記端子における前記樹脂部から露出された部位の一部が前記囲み領域に位置している請求項5に記載のパワーモジュール。
- 前記半導体素子には能動素子が含まれ、
前記端子には、前記能動素子の第1電極に接続される第1端子(540a,540b,540c)と、前記能動素子の第2電極に接続される第2端子(540a,540b,540c)と、前記能動素子の前記第1電極と前記第2電極との間の通電を制御する制御端子(540d)と、を含まれている請求項1~6いずれか1項に記載のパワーモジュール。 - 前記第1端子と前記第2端子のうちの一方が前記供給管と前記排出管のうちの一方と前記縦方向で対向している請求項7に記載のパワーモジュール。
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