JP2023129202A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術に比較して、積層方向に大型化することなく受動素子の冷却効率を高めることが可能な半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置１０Ｂは、内部に冷媒が流通する長尺状の冷却器１００Ａと、１以上の半導体素子を含む複数の半導体モジュール２００と、複数の半導体モジュール２００の駆動に利用される受動素子と、受動素子、冷却器１００Ａ、及び複数の半導体モジュール２００を収容する筐体４００とを備え、冷却器１００Ａは、第１冷却面ＯＦａ及び第２冷却面ＯＦｄを含む本体部１２０と、本体部１２０における第１端部に連続し本体部１２０の内部の流路に連通する流路ＦＰ１が形成された第１ヘッダ部１３０とを備え、第１ヘッダ部１３０は、筐体４００とは別の部材であり、第２素子面ＯＥｄに対向する平面である第３冷却面ＯＨａを含み、第３冷却面ＯＨａは第２素子面ＯＥｄに面接合又は面接触する。【選択図】図６

Description

本発明は、半導体装置に関する。

半導体装置は、例えば、コンデンサ、リアクトル等の受動素子を備えることが一般的である。半導体装置の寿命は、とりわけ受動素子の寿命に左右される。また、受動素子の寿命は、当該受動素子で発生する熱の影響を受ける。

受動素子の冷却に関し、例えば特許文献１は、冷却器が複数の冷却管を備え、当該複数の冷却管が、電力変換回路を構成する電子部品と共に積層された積層構造体を開示している。当該積層構造体においては、複数の冷却管の間に設けられた複数の隙間に、複数の半導体モジュール、及び受動素子としてのコンデンサが設置される。より具体的には、当該積層構造体においては、複数の冷却管の積層方向に、複数の半導体モジュール及びコンデンサが離間した状態で重なり合う。

特開２０１９－１４０９１１号公報

特許文献１に係る積層構造体においては、半導体モジュールの数が増加するに従って、当該半導体モジュールと冷却管との積層数が増加することとなる。このため、半導体モジュールの数が増加するほど、当該積層構造体の大きさが、積層方向に大型化してしまう。

本発明は、従来技術に比較して、積層方向に大型化することなく、受動素子の冷却効率を高めることが可能な半導体装置を提供することを目的とする。

本発明の好適な態様に係る半導体装置は、内部に冷媒が流通する長尺状の冷却器と、１以上の半導体素子を含む複数の半導体モジュールと、前記複数の半導体モジュールの駆動に利用される受動素子と、前記受動素子、前記冷却器、及び前記複数の半導体モジュールを収容する筐体と、を備え、前記冷却器は、第１冷却面と、前記第１冷却面とは反対側の第２冷却面とを含み、前記複数の半導体モジュールは、前記冷却器の長手方向に配列され、かつ、前記第１冷却面に接合又は接触し、前記受動素子は、前記第２冷却面に接合又は接触する第１素子面と、前記冷却器の長手方向における前記受動素子の一方の端面である第２素子面とを備え、前記冷却器は、前記第１冷却面及び前記第２冷却面を含む本体部と、前記本体部における第１端部に連続し、前記本体部の内部の流路に連通する流路が形成された第１ヘッダ部とを備え、前記第１ヘッダ部は、前記筐体とは別の部材であり、前記第２素子面に対向する平面である第３冷却面を含み、前記第３冷却面は、前記第２素子面に面接合又は面接触する、半導体装置である。

第１実施形態に係る電力変換装置１０の要部を模式的に示す斜視図である。 第１実施形態に係る電力変換装置１０の構成の説明図である。 第１実施形態に係る電力変換装置１０に含まれる冷却器１００の内部構造の説明図である。 第１実施形態に係る電力変換装置１０に含まれる冷却器１００内の冷媒の流路の説明図である。 比較例としての電力変換装置１０Ａの構成と、第１実施形態に係る電力変換装置１０の構成の説明図である。 第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂの要部を模式的に示す斜視図である。 第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂの構成の説明図である。 第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂに含まれる冷却器１００Ａにおける冷媒の流路の説明図である。 第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃの要部を模式的に示す斜視図である。 第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃの構成の説明図である。 第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃに含まれる冷却器１００Ｂの内部構造の説明図である。 第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃに含まれる冷却器１００Ｂ内の冷媒の流路の説明図である。 第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄの要部を模式的に示す斜視図である。 第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄの構成の説明図である。 第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄに含まれる冷却器１００Ｃの内部構造の説明図である。 第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄに含まれる冷却器１００Ｃ内の冷媒の流路の説明図である。 第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄに含まれる冷却器１００Ｃ内の冷媒の流路の説明図である。 変形例に係る電力変換装置１０Ｅに含まれる冷却器１００Ｄの内部構造の説明図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。各図において、各部の寸法及び縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。

１．第１実施形態
以下、本発明の実施形態を説明する。先ず、図１を参照しながら、第１実施形態に係る電力変換装置１０の概要の一例について説明する。

１－１．第１実施形態の構成
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置１０の要部を模式的に示す斜視図である。

なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を有する３軸の直交座標系を導入する。以下では、Ｘ軸の矢印の指す方向は＋Ｘ方向と称され、＋Ｘ方向の反対方向は－Ｘ方向と称される。Ｙ軸の矢印の指す方向は＋Ｙ方向と称され、＋Ｙ方向の反対方向は－Ｙ方向と称される。また、Ｚ軸の矢印の指す方向は＋Ｚ方向と称され、＋Ｚ方向の反対方向は－Ｚ方向と称される。以下では、＋Ｘ方向及び－Ｘ方向を特に区別することなく、Ｘ方向と称し、＋Ｙ方向及び－Ｙ方向を、特に区別することなく、Ｙ方向と称する場合がある。また、＋Ｚ方向及び－Ｚ方向を、特に区別することなく、Ｚ方向と称する場合がある。

電力変換装置１０としては、例えば、インバータ及びコンバータ等の任意のパワー半導体装置を採用することができる。なお、電力変換装置１０は、「半導体装置」の一例である。本実施形態では、電力変換装置１０として、電力変換装置１０に入力される直流電力を、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相の交流電力に変換するパワー半導体装置を想定する。

例えば、電力変換装置１０は、直流電力を交流電力に変換する３つの半導体モジュール２００ｕ、２００ｖ及び２００ｗと、半導体モジュール２００ｕ、２００ｖ及び２００ｗに直流電力を供給するコンデンサ３００と、半導体モジュール２００ｕ、２００ｖ及び２００ｗ、並びにコンデンサ３００を冷却する冷却器１００とを有する。半導体モジュール２００ｕ、２００ｖ及び２００ｗ、並びにコンデンサ３００は、「発熱体」の一例である。更に、電力変換装置１０は、筐体４００を備える。筐体４００は、コンデンサ３００と、冷却器１００と、半導体モジュール２００ｕ、２００ｖ及び２００ｗを収容する。また、筐体４００は載置面ＢＳを備える。載置面ＢＳは、ＸＹ平面に平行である。

半導体モジュール２００ｕは、少なくとも１つの半導体素子を含む。また、半導体モジュール２００ｕは、例えば、後述の入力端子２０２ｕ及び２０４ｕと、出力端子２０６ｕとを有する。例えば、半導体モジュール２００ｕは、入力端子２０２ｕ及び２０４ｕに入力される直流電力を３相の交流電力のうちのＵ相の交流電力に変換し、Ｕ相の交流電力を出力端子２０６ｕから出力する。例えば、入力端子２０２ｕの電位は、入力端子２０４ｕの電位よりも高い。具体的には、直流電力にはＰ相とＮ相とがあり、例えば、入力端子２０２ｕにＰ相の電力が入力され、入力端子２０４ｕにＮ相の電力が入力される。

半導体モジュール２００ｖ及び２００ｗの各々は、３相の交流電力のうちのＶ相又はＷ相の交流電力を出力することを除いて、半導体モジュール２００ｕと同様である。例えば、半導体モジュール２００ｖは、入力端子２０２ｖ及び２０４ｖと出力端子２０６ｖとを有し、Ｖ相の交流電力を出力端子２０６ｖから出力する。また、例えば、半導体モジュール２００ｗは、入力端子２０２ｗ及び２０４ｗと出力端子２０６ｗとを有し、Ｗ相の交流電力を出力端子２０６ｗから出力する。

以下では、半導体モジュール２００ｕ、２００ｖ及び２００ｗを、半導体モジュール２００と総称する場合がある。また、入力端子２０２ｕ、２０２ｖ及び２０２ｗを入力端子２０２と総称し、入力端子２０４ｕ、２０４ｖ及び２０４ｗを入力端子２０４と総称し、出力端子２０６ｕ、２０６ｖ及び２０６ｗを出力端子２０６と総称する場合がある。なお、電力変換装置１０に備わる半導体モジュール２００の数は３つに限定されず、任意の複数個であって良い。

コンデンサ３００は、電力を蓄積、又は放出する素子であって、電力の増幅や電気エネルギーの変換などの能動的機能を持たない素子である。とりわけ本実施形態において、コンデンサ３００は、半導体モジュール２００ｕ、２００ｖ及び２００ｗの駆動に利用される。とりわけ、コンデンサ３００は、後述の出力端子３０２及び３０４を備える。出力端子３０２は、半導体モジュール２００に備わる入力端子２０２に対し、直流電力を供給する。同様に、出力端子３０４は、半導体モジュール２００に備わる入力端子２０４に対し、直流電力を供給する。

図１に示される例において、コンデンサ３００は、Ｙ方向に延在する直方体に形成された構造体である。また、コンデンサ３００は、筐体４００に備わる載置面ＢＳに載置される。

冷却器１００は、Ｙ方向に延在する本体部１２０と、本体部１２０に冷媒を供給する供給管１６０と、本体部１２０から冷媒を排出する排出管１６２とを有する。本実施形態では、冷媒が水等の液体である場合を想定する。

図１では、本体部１２０の概要を説明する。本体部１２０の詳細については、後述の図２～図４において説明される。

本体部１２０は、例えば、Ｙ方向に延在する直方体に形成された中空の構造体である。また、本体部１２０は、半導体モジュール２００が配置される外面ＯＦａと、コンデンサ３００が配置される外面ＯＦｄとを含む。外面ＯＦａは、「第１冷却面」の一例である。外面ＯＦｄは、「第２冷却面」の一例である。図１に示される例において、外面ＯＦａと外面ＯＦｄとは、直方体に形成された本体部１２０に含まれる互いに反対側の面である。外面ＯＦａと外面ＯＦｄとは共にＹＺ平面に平行な面であり、外面ＯＦａは外面ＯＦｄに対して、＋Ｘ方向に位置する。

ここで、本体部１２０は、熱伝導性に優れる材料で形成される。本体部１２０の具体的な構成材料としては、例えば、銅、アルミニウム又はこれらのいずれかの合金等の金属が挙げられる。また、供給管１６０及び排出管１６２は、例えば、本体部１２０と同一材料で形成される。すなわち、供給管１６０及び排出管１６２の具体的な構成材料としては、例えば、銅、アルミニウム又はこれらのいずれかの合金等の金属が挙げられる。なお、供給管１６０及び排出管１６２の一部又は全部は、本体部１２０と異なる材料で形成されてもよい。

なお、本体部１２０の形状は、Ｙ方向に延在する直方体に限定されない。例えば、－Ｙ方向からの平面視における本体部１２０の形状は、曲線を有する形状でもよい。すなわち、外面ＯＦａ及び外面ＯＦｄは、湾曲していてもよい。

次に、図２を参照しながら、第１実施形態に係る電力変換装置１０の構成の詳細について説明する。

図２は、第１実施形態に係る電力変換装置１０の構成の説明図である。図２は、図１に示される電力変換装置１０を＋Ｚ方向から平面視した平面図であるＡ図、当該電力変換装置１０を－Ｘ方向から側面視した側面図であるＢ図、及び、当該電力変換装置１０を－Ｙ方向から側面視した側面図であるＣ図を含む。

図２のＡ図に顕著に示されるように、３つの半導体モジュール２００ｕ、２００ｖ及び２００ｗは、冷却器１００の長手方向であるＹ方向に、相互に間隔を開けて配列される。また、半導体モジュール２００のＸＹ平面に平行な底面は、冷却器１００の第１冷却面である外面ＯＦａに接合する。半導体モジュール２００と外面ＯＦａとの間には、熱伝導性のグリス、熱伝導性の接着剤、熱伝導性のシート及びはんだ等のＴＩＭ（Thermal Interface Material）２１０が介在する。より詳細には、半導体モジュール２００ｕと外面ＯＦａとの間には、ＴＩＭ２１０ｕが介在する。同様に、半導体モジュール２００ｖと外面ＯＦａとの間には、ＴＩＭ２１０ｖが介在する。また、半導体モジュール２００ｗと外面ＯＦａとの間には、ＴＩＭ２１０ｗが介在する。

同様に、コンデンサ３００は、冷却器１００の第２冷却面である外面ＯＦｄに接合する。コンデンサ３００と外面ＯＦｄとの間には、熱伝導性のグリス、熱伝導性の接着剤、熱伝導性のシート及びはんだ等のＴＩＭ３１０が介在する。

図２に示される例において、半導体モジュール２００全体でのＹ方向の長さは、冷却器１００に備わる本体部１２０のＹ方向の長さよりも小さい。また、半導体モジュール２００全体でのＹ方向の辺は、本体部１２０のＹ方向の辺をはみ出ることがない。また、図２に示される例において、半導体モジュール２００のＺ方向の幅は、冷却器１００に備わる本体部１２０のＺ方向の幅と一致している。しかし、これはあくまで一例である。半導体モジュール２００のＺ方向の幅は、本体部１２０のＺ方向の幅よりも小さいことが好適である。このため、半導体モジュール２００の、ＹＺ平面に平行な底面の全体が冷却器１００により冷却される。

また、図２に示される例において、コンデンサ３００のＹ方向の長さは、冷却器１００に備わる本体部１２０のＹ方向の長さよりも小さい。また、コンデンサ３００のＹ方向の辺は、本体部１２０のＹ方向の辺をはみ出ることがない。また、図２に示される例では、本体部１２０は、コンデンサ３００のＺ方向において略中央部に位置する。しかし、これはあくまで一例である。本体部１２０は、コンデンサ３００のＺ方向において任意の位置に設置されてもよい。また、図２に示される例において、コンデンサ３００のＺ方向の幅は、冷却器１００に備わる本体部１２０のＺ方向の幅よりも大きい。しかし、これはあくまで一例である。例えば、コンデンサ３００のＺ方向の幅は、本体部１２０のＺ方向の幅と一致していてもよい。

図１に示される電力変換装置１０において、複数の半導体モジュール２００が冷却器１００の長手方向に配列される。この構成により、半導体モジュール２００と冷却器１００との複数組がコンデンサ３００の外面に対して積層される構成と比較して、Ｘ方向における電力変換装置１０のサイズを低減できる。

コンデンサ３００、冷却器１００、及び半導体モジュール２００の積層方向は、Ｘ方向である。すなわち、当該積層方向は、筐体４００の載置面ＢＳに対して平行である。

冷却器１００の第２冷却面である外面ＯＦｄには、供給管１６０と、排出管１６２とが接合する。供給管１６０及び排出管１６２はＸ方向に延在する管路である。より詳細には、冷却器１００に含まれる外面ＯＦｄにおいて、コンデンサ３００が接していない両端部のうち、－Ｙ方向の端部に供給管１６０が接合される。一方で、当該両端部のうち、＋Ｙ方向の端部に排出管１６２が接合される。

図２のＢ図に顕著に示されるように、コンデンサ３００は、筐体４００に備わる載置面ＢＳに対し、取付部３２６、３２８、３３０及び３３２により固定される。取付部３２６、３２８、３３０及び３３２は、例えば穴部を有し、当該穴部に対してねじ又はボルトを挿入して締め付けることにより、コンデンサ３００が筐体４００に対して固定される。

なお、冷却器１００は、一例として、当該冷却器１００のＹ方向の両端部を、筐体４００で挟むことにより、筐体４００に対して固定される。

図２のＣ図に顕著に示されるように、半導体モジュール２００と載置面ＢＳとの間、及び冷却器１００と載置面ＢＳとの間には空間ＵＳが設けられている。コンデンサ３００に備わる出力端子３０２及び３０４と、半導体モジュール２００に備わる入力端子２０２及び２０４は、当該空間ＵＳに位置する。当該空間ＵＳにおいて、出力端子３０２と、入力端子２０２とは電気的に接続される。同様に、出力端子３０４と、入力端子２０４とは電気的に接続される。これらの出力端子３０２、入力端子２０２、出力端子３０４、及び入力端子２０４は、導電体の一例である。電気的な接続方法としては、例えば、出力端子３０２と入力端子２０２、及び出力端子３０４と入力端子２０４のそれぞれを互いに接触させた後、ねじ又はボルトで締め付ける方法を用いてもよい。これらの電気的な接続により、コンデンサ３００から半導体モジュール２００に対し、直流電力が供給される。各半導体モジュール２００と載置面ＢＳとの間、及び冷却器１００と載置面ＢＳとの間の空間ＵＳは、各半導体モジュール２００とコンデンサ３００とを電気的に接続するための導電体の設置スペースとして有効に利用される。

なお、図２のＣ図とは異なり、空間ＵＳを設けない構成としてもよい。具体的には、半導体モジュール２００及び冷却器１００を、載置面ＢＳに接触させる構成としてもよい。この場合、例えば、冷却器１００に対して、Ｘ方向に延在する穴を貫通させ、出力端子３０２、入力端子２０２、出力端子３０４、及び入力端子２０４を当該穴の内部に収容する構成としてもよい。

次に、図３を参照しながら、第１実施形態に係る電力変換装置１０に含まれる冷却器１００の内部構造について説明する。

図３は、第１実施形態に係る電力変換装置１０に含まれる冷却器１００の内部構造の説明図である。具体的には、図３は、図２に示される直線Ａを通るＸＺ平面における、電力変換装置１０の断面図である。

冷却器１００に備わる本体部１２０は、外壁１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ及び１２２ｄを備える。本体部１２０の断面として形成される長方形において、外壁１２２ａは、外壁１２２ｄに対して＋Ｘ方向に位置する。外壁１２２ｂは、外壁１２２ｃに対して＋Ｚ方向に位置する。外壁１２２ｃは、外壁１２２ｂに対して－Ｚ方向に位置する。外壁１２２ｄは、外壁１２２ａに対して－Ｘ方向に位置する。外壁１２２ａ～１２２ｄは、Ｙ方向に延在する。なお、外壁１２２ａは、「第１壁部」の一例である。また、外壁１２２ｄは、「第２壁部」の一例である。

なお、本体部１２０は、図３には示されないが、後述の外壁１２２ｅ及び１２２ｆを更に備える。外壁１２２ｅは外壁１２２ｆに対して－Ｙ方向に位置し、Ｚ方向に延在する。外壁１２２ｆは外壁１２２ｅに対して＋Ｙ方向に位置し、Ｚ方向に延在する。上記のように本体部１２０は、Ｙ方向に延在する直方体である。外壁１２２ｅは、本体部１２０の－Ｙ方向における端面を有する。一方、外壁１２２ｆは、本体部１２０の＋Ｙ方向における端面を有する。本実施形態において、外壁１２２ａ～１２２ｆの厚さは互いに等しい。

外壁１２２ａには、半導体モジュール２００が設置される。外壁１２２ａは、半導体モジュール２００が配置される外面ＯＦａ、及び、外面ＯＦａとは反対側の内面ＩＦａを含む。内面ＩＦａは、「内壁面」の一例である。外壁１２２ｂは、外面ＯＦｂ、及び外面ＯＦｂとは反対側の内面ＩＦｂを含む。外壁１２２ｃは、外面ＯＦｃ、及び外面ＯＦｃとは反対側の内面ＩＦｃを含む。外壁１２２ｄは、コンデンサ３００が配置される外面ＯＦｄ、及び外面ＯＦｄとは反対側の内面ＩＦｄを含む。内面ＩＦａ、ＩＦｂ、ＩＦｃ及びＩＦｄによって、冷媒の流路ＦＰが画定される。冷媒の流路ＦＰはＹ方向に延在する流路である。すなわち、冷媒が流動する方向に、複数の半導体モジュール２００が配列する。

次に、図４を参照しながら、第１実施形態に係る電力変換装置１０に含まれる冷却器１００における冷媒の流路について説明する。

図４は、第１実施形態に係る電力変換装置１０に含まれる冷却器１００内の冷媒の流路の説明図である。具体的には、図４は、図２に示される直線Ｂを通るＸＹ平面における、電力変換装置１０の断面図である。

図４において、供給管１６０内には、冷媒ＲＦを冷却器１００の本体部１２０に供給するための供給路ＣＰが形成される。供給路ＣＰは、Ｘ方向に延在する流路である。また、供給路ＣＰは、流路ＦＰに連通する。一方で、排出管１６２内には、冷媒ＲＦを本体部１２０から排出するための排出路ＥＰが形成される。排出路ＥＰは、Ｘ方向に延在する流路である。また、排出路ＥＰは、流路ＦＰに連通する。

冷却器１００内を流通する冷媒ＲＦは、最初に供給管１６０内の供給路ＣＰを経由して、冷却器１００の本体部１２０に供給される。次に、冷媒ＲＦは、本体部１２０内の流路ＦＰを＋Ｙ方向に流動する。＋Ｙ方向に流動する過程において、冷媒ＲＦは、第１冷却面としての外面ＯＦａを介して半導体モジュール２００を冷却する。また、冷媒ＲＦは、第２冷却面としての外面ＯＦｄを介してコンデンサ３００を冷却する。最後に、冷媒ＲＦは、排出管１６２内の排出路ＥＰを経由して、冷却器１００の本体部１２０から排出される。

１－２．比較例
次に、図５を参照しながら、比較例としての電力変換装置１０Ａの構成を、第１実施形態に係る電力変換装置１０の構成と比較しながら説明する。

図５は、比較例としての電力変換装置１０Ａの構成と、第１実施形態に係る電力変換装置１０の構成の説明図である。図５は、電力変換装置１０Ａを－Ｙ方向から側面視した側面図であるＡ図、及び電力変換装置１０を－Ｙ方向から側面視した側面図であるＢ図を含む。図５のＢ図は、図２のＣ図と同一である。

図５のＡ図に示されるように、電力変換装置１０Ａにおいては、コンデンサ３００とは別個に、冷却器１００の本体部１２０、及び半導体モジュール２００が載置面ＢＳに載置される。より詳細には、本体部１２０と半導体モジュール２００とを収容するヘッダ１５０が、取付部５０２及び５０４によって、載置面ＢＳに固定される。ヘッダ１５０内においては、本体部１２０が－Ｚ方向に、半導体モジュール２００が＋Ｚ方向に積層される。ヘッダ１５０と、本体部１２０及び半導体モジュール２００との間に、基本的には隙間は存在しない。

また、コンデンサ３００と、本体部１２０及び半導体モジュール２００を収容するヘッダ１５０との間には、空間ＩＳが設けられる。コンデンサ３００に備わる出力端子３０２、３０４、及び半導体モジュール２００に備わる入力端子２０２、２０４は、当該空間ＩＳ内に位置する。当該空間ＩＳにおいて、出力端子３０２と、入力端子２０２とは電気的に接続される。同様に、出力端子３０４と、入力端子２０４とは電気的に接続される。

比較例としての電力変換装置１０Ａと、第１実施形態に係る電力変換装置１０とを比較すると、電力変換装置１０ＡのＸ方向の幅Ｄ１は、電力変換装置１０のＸ方向の幅Ｄ２よりも長い。これは上記のように、電力変換装置１０Ａにおいては、コンデンサ３００から半導体モジュール２００に対して直流電力を供給するために、出力端子３０２及び３０４、並びに入力端子２０２及び２０４を設置するための空間ＩＳを、コンデンサ３００とヘッダ１５０との間に設ける必要が発生するからである。

一方で、本実施形態においては、コンデンサ３００、冷却器１００、及び半導体モジュール２００は、載置面ＢＳに対して平行な方向に積層される。これにより、コンデンサ３００と冷却器１００とは隙間なく接合される。このため、冷却器１００によりコンデンサ３００を冷却できる。とりわけ、半導体モジュール２００の冷却とコンデンサ３００の冷却に冷却器１００を兼用できる。これにより、電力変換装置１０の構成が、電力変換装置１０Ａに比較して簡素化される。また、電力変換装置１０の載置面ＢＳに対して平行な方向、すなわちＸ方向のサイズが低減される。

１－３．第１実施形態が奏する効果
本実施形態に係る半導体装置としての電力変換装置１０は、内部に冷媒ＲＦが流通する長尺状の冷却器１００と、１以上の半導体素子を含む複数の半導体モジュール２００と、複数の半導体モジュール２００の駆動に利用されるコンデンサ３００とを備える。冷却器１００は、第１冷却面としての外面ＯＦａと、第１冷却面とは反対側の第２冷却面としての外面ＯＦｄを含む。複数の半導体モジュール２００は、冷却器１００の長手方向に配列され、かつ、第１冷却面に接合し、コンデンサ３００は、第２冷却面に接合する。

以上の構成によれば、従来技術に比較して、積層方向に大型化することなく、コンデンサ３００の冷却効率を高めることが可能となる。具体的には、複数の半導体モジュール２００が冷却器１００の長手方向に配列される。この構成により、半導体モジュール２００と冷却器１００との複数組がコンデンサ３００の外面に対して積層される構成と比較して、第１冷却面又は第２冷却面に垂直な方向における半導体装置のサイズを低減できる。また、コンデンサ３００と冷却器１００とは隙間なく接合される。このため、冷却器１００によりコンデンサ３００を冷却できる。とりわけ、半導体モジュール２００の冷却とコンデンサ３００の冷却に冷却器１００を兼用できる。このため、電力変換装置１０の構成を簡素化できる。

また、半導体装置としての電力変換装置１０は、筐体４００を更に備える。筐体４００は、コンデンサ３００、冷却器１００、及び複数の半導体モジュール２００を収容する。筐体４００は、コンデンサ３００が載置される載置面ＢＳを備える。コンデンサ３００、冷却器１００、及び半導体モジュール２００の積層方向は、載置面ＢＳに対して平行である。

コンデンサ３００が筐体４００の載置面ＢＳに載置され、コンデンサ３００とは別個に、冷却器１００及び半導体モジュール２００が、筐体４００の載置面ＢＳに対して垂直方向に載置される場合、コンデンサ３００と半導体モジュール２００との間に、端子を配置するための空間が必要となる。このため、コンデンサ３００と冷却器１００とは接合することができない。しかし、以上の構成によれば、コンデンサ３００、冷却器１００、及び半導体モジュール２００を、載置面ＢＳに対して平行に配置することにより、コンデンサ３００と冷却器１００とが接合することが可能となり、冷却効率が高まる。

また、半導体装置としての電力変換装置１０において、複数の半導体モジュール２００と載置面ＢＳとの間、及び冷却器１００と載置面ＢＳとの間には、空間ＵＳが設けられる。複数の半導体モジュール２００とコンデンサ３００とを電気的に接続するための導電体が上記の空間ＵＳに設置される。

以上の構成によれば、各半導体モジュール２００と載置面ＢＳとの間及び冷却器１００と載置面ＢＳとの間の空間ＵＳを、各半導体モジュール２００とコンデンサ３００とを電気的に接続するための導電体の設置スペースとして有効に利用できる。

２．第２実施形態
以下、図６を参照しながら、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂの概要の一例について説明する。なお以下では、説明の簡略化のため、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂに備わる構成要素のうち、第１実施形態に係る電力変換装置１０と同一の構成要素については、同一の符号を用いると共にその機能の説明を省略することがある。また、以下では主として、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂが、第１実施形態に係る電力変換装置１０と相違する点について説明する。

２－１．第２実施形態の構成
図６は、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂの要部を模式的に示す斜視図である。電力変換装置１０Ｂは、第１実施形態に係る電力変換装置１０に備わる冷却器１００の代わりに冷却器１００Ａを備える。冷却器１００Ａは、本体部１２０、供給管１６０、及び排出管１６２に加えて、第１ヘッダ部１３０及び第２ヘッダ部１３２を備える。

第１ヘッダ部１３０は、本体部１２０の－Ｙ方向の端部に連続して設けられる。本体部１２０の－Ｙ方向の端部は、「第１端部」の一例である。第１ヘッダ部１３０は、Ｘ方向に延在する直方体に形成された中空の構造体である。当該第１ヘッダ部１３０の一端は上記の第１端部に連続し、他端は供給管１６０に連続する。また、第１ヘッダ部１３０の＋Ｙ方向の面と、コンデンサ３００の－Ｙ方向の面とは接合する。更に、後述のように、第１ヘッダ部１３０の内部には、本体部１２０内の第２流路ＦＰ２に連通する第１流路ＦＰ１が形成される。

第２ヘッダ部１３２は、本体部１２０の＋Ｙ方向の端部に連続して設けられる。本体部１２０の＋Ｙ方向の端部は、「第２端部」の一例である。第２ヘッダ部１３２は、Ｘ方向に延在する直方体に形成された中空の構造体である。当該第２ヘッダ部１３２の一端は上記の第２端部に連続し、他端は排出管１６２に連続する。また、第２ヘッダ部１３２の－Ｙ方向の面と、コンデンサ３００の＋Ｙ方向の面とは接合する。更に、後述のように、第２ヘッダ部１３２の内部には、本体部１２０内の第２流路ＦＰ２に連通する第３流路ＦＰ３が形成される。

なお、第１ヘッダ部１３０及び第２ヘッダ部１３２は、本体部１２０と一体成型されていてもよい。

次に、図７を参照しながら、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂの構成の詳細について説明する。

図７は、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂの構成の説明図である。図７は、図６に示される電力変換装置１０Ｂを＋Ｚ方向から平面視した平面図であるＡ図、当該電力変換装置１０Ｂを－Ｘ方向から側面視した側面図であるＢ図、及び、当該電力変換装置１０Ｂを－Ｙ方向から側面視した側面図であるＣ図を含む。

図７のＡ図に示されるように、コンデンサ３００は、外面ＯＥａと、外面ＯＥｂと、外面ＯＥｃとを含む。外面ＯＥａは、冷却器１００Ａに含まれる第２冷却面としての外面ＯＦｄに対向する。外面ＯＥｂは、第１ヘッダ部１３０に対向する。外面ＯＥｃは、第２ヘッダ部１３２に対向する。外面ＯＥａは「第１素子面」の一例である。外面ＯＥｂは「第２素子面」の一例である。外面ＯＥｃは「第３素子面」の一例である。

第１ヘッダ部１３０は、外面ＯＨａを含む。外面ＯＨａは、コンデンサ３００の外面ＯＥｂに対向する。外面ＯＨａは、「第３冷却面」の一例である。第３冷却面としての外面ＯＨａは、第２素子面としての外面ＯＥｂに接合する。外面ＯＨａと外面ＯＥｂとの間には、熱伝導性のグリス、熱伝導性の接着剤、熱伝導性のシート及びはんだ等のＴＩＭ３１２が介在する。

以上の構成によれば、コンデンサ３００の外面ＯＥａに加えて、外面ＯＥｂも冷却器１００Ａにより冷却される。従って、外面ＯＥａのみ冷却器１００Ａに接合する構成と比較して、コンデンサ３００の冷却効率を高めることができる。

第２ヘッダ部１３２は、外面ＯＨｂを含む。外面ＯＨｂは、コンデンサ３００の外面ＯＥｃに対向する。外面ＯＨｂは、「第４冷却面」の一例である。第４冷却面としての外面ＯＨｂは、第３素子面としての外面ＯＥｃに接合する。外面ＯＨｂと外面ＯＥｃとの間には、熱伝導性のグリス、熱伝導性の接着剤、熱伝導性のシート及びはんだ等のＴＩＭ３１４が介在する。

以上の構成によれば、コンデンサ３００の外面ＯＥａ、及び外面ＯＥｂに加えて、外面ＯＥｃも冷却器１００Ａにより冷却される。すなわち、コンデンサ３００が３方向から冷却器１００により冷却される。従って、外面ＯＥａ、及び外面ＯＥｂのみ冷却器１００Ａに接合する構成と比較して、コンデンサ３００の冷却効率を高めることができる。

なお、図７において、第１ヘッダ部１３０及び第２ヘッダ部１３２のＺ方向の幅は、本体部１２０のＺ方向の幅に一致するが、これはあくまで一例である。第１ヘッダ部１３０及び第２ヘッダ部１３２のＺ方向の幅は、実用上問題がない限り、任意の幅であってよい。また、図７において、第１ヘッダ部１３０及び第２ヘッダ部１３２のＸ方向の幅は、コンデンサ３００のＸ方向の幅に一致するが、これはあくまで一例である。第１ヘッダ部１３０及び第２ヘッダ部１３２のＸ方向の幅は、実用上問題がない限り、任意の幅であってよい。

次に、図８を参照しながら、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂに含まれる第１ヘッダ部１３０、冷却器１００及び第２ヘッダ部１３２における冷媒の流路について説明する。

図８は、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂに含まれる冷却器１００Ａにおける冷媒の流路の説明図である。具体的には、図８は、図７に示される直線Ｃを通るＸＹ平面における、電力変換装置１０Ｂの断面図である。

冷却器１００Ａ内を流通する冷媒ＲＦは、最初に供給管１６０内の供給路ＣＰを経由して、第１ヘッダ部１３０に供給される。冷媒ＲＦは、第１ヘッダ部１３０内の第１流路ＦＰ１を＋Ｘ方向に流動する。＋Ｘ方向への流動の過程において、冷媒ＲＦは、第３冷却面である外面ＯＨａを介してコンデンサ３００を冷却する。次に、冷媒ＲＦは、冷却器１００Ａの本体部１２０に供給され、本体部１２０内の第２流路ＦＰ２を＋Ｙ方向に流動する。＋Ｙ方向への流動の過程において、冷媒ＲＦは、第１冷却面である外面ＯＦａを介して半導体モジュール２００を冷却する。また、冷媒ＲＦは、第２冷却面である外面ＯＦｄを介してコンデンサ３００を冷却する。次に、冷媒ＲＦは、第２ヘッダ部１３２に供給され、第２ヘッダ部１３２内の第３流路ＦＰ３を－Ｘ方向に流動する。－Ｘ方向への流動の過程において、冷媒ＲＦは、第４冷却面である外面ＯＨｂを介してコンデンサ３００を冷却する。最後に、冷媒ＲＦは、排出管１６２内の排出路ＥＰを経由して、冷却器１００の本体部１２０から排出される。

２－２．第２実施形態が奏する効果
本実施形態に係る半導体装置としての電力変換装置１０Ｂにおいて、コンデンサ３００は、第２冷却面としての外面ＯＦｄに接合する、第１素子面としての外面ＯＥａと、冷却器１００Ａの長手方向におけるコンデンサ３００の一方の端面である、第２素子面としての外面ＯＥｂとを備える。冷却器１００Ａは、第１冷却面としての外面ＯＦａ及び第２冷却面としての外面ＯＦｄを含む本体部１２０を備える。また、冷却器１００Ａは、本体部１２０における第１端部に連続し、本体部１２０の内部の第２流路ＦＰ２に連通する第１流路ＦＰ１が形成された第１ヘッダ部１３０を備える。第１ヘッダ部１３０は、第２素子面としての外面ＯＥｂに対向する平面である、第３冷却面としての外面ＯＨａを含む。第３冷却面としての外面ＯＨａは、第２素子面としての外面ＯＥｂに接合する。

以上の構成によれば、コンデンサ３００の第１素子面に加えて第２素子面も冷却器１００により冷却される。従って、第１素子面のみ冷却器１００Ａに接合する構成と比較して、コンデンサ３００の冷却効率を高めることができる。

また、本実施形態に係る半導体装置としての電力変換装置１０Ｂにおいて、コンデンサ３００は、第２素子面としての外面ＯＥｂとは反対側の、第３素子面としての外面ＯＥｃを更に備える。冷却器１００Ａは、本体部１２０における第１端部とは反対側の第２端部に連続し、本体部１２０の内部の第２流路ＦＰ２に連通する第３流路ＦＰ３が形成された第２ヘッダ部１３２を更に備える。第２ヘッダ部１３２は、第３素子面としての外面ＯＥｃに対向する平面である第４冷却面としての外面ＯＨｂを含む。第４冷却面は、第３素子面としての外面ＯＥｃに接合する。

以上の構成によれば、コンデンサ３００の第１素子面及び第２素子面に加えて第３素子面も冷却器１００Ａにより冷却される。すなわち、コンデンサ３００が３方向から冷却器１００Ａにより冷却される。従って、第１素子面及び第２素子面のみ冷却器１００Ａに接合する構成と比較して、コンデンサ３００の冷却効率を高めることができる。

３．第３実施形態
以下、図９を参照しながら、第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃの概要の一例について説明する。なお以下では、説明の簡略化のため、第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃに備わる構成要素のうち、第１実施形態に係る電力変換装置１０と同一の構成要素については、同一の符号を用いると共にその機能の説明を省略することがある。また、以下では主として、第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃが、第１実施形態に係る電力変換装置１０と相違する点について説明する。

３－１．第３実施形態の構成
図９は、第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃの要部を模式的に示す斜視図である。電力変換装置１０Ｃは、第１実施形態に係る電力変換装置１０と異なり、冷却器１００の代わりに冷却器１００Ｂを備える。また、第１実施形態に係る電力変換装置１０では、冷却器１００に含まれる外面ＯＦｄにおいて、コンデンサ３００が接していない両端部のうち、－Ｙ方向の端部に供給管１６０が接合されていた。また、第１実施形態に係る電力変換装置１０では、当該両端部のうち、＋Ｙ方向の端部に排出管１６２が接合されていた。一方、第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃでは、冷却器１００Ｂに含まれる外面ＯＦｄにおいて、－Ｙ方向の端部に供給管１６０と排出管１６２の双方が接合される。なお、供給管１６０と排出管１６２の双方は、外面ＯＦｄにおいて、－Ｙ方向の端部ではなく、＋Ｙ方向の端部に接合されてもよい。また、図９には図示しないが、冷却器１００Ｂは、第１実施形態に係る冷却器１００と異なり、後述のように、当該冷却器１００Ｂの長手方向に延伸する第１流路ＦＰ４と、当該冷却器の長手方向に延伸する第２流路ＦＰ５とを備える。供給管１６０は、第１流路ＦＰ４と連通する。一方で、排出管１６２は、第２流路ＦＰ５と連通する。

次に、図１０を参照しながら、第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃの構成の詳細について説明する。

図１０は、第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃの構成の説明図である。図１０は、図９に示される電力変換装置１０Ｃを＋Ｚ方向から平面視した平面図であるＡ図、当該電力変換装置１０Ｃを－Ｘ方向から側面視した側面図であるＢ図、及び、当該電力変換装置１０Ｃを－Ｙ方向から側面視した側面図であるＣ図を含む。

図１０に示されるように、供給管１６０は、排出管１６２に対して、－Ｙ方向に位置する。しかしこれはあくまで一例であって、供給管１６０は、排出管１６２に対して、＋Ｙ方向に位置してもよい。また、供給管１６０と排出管１６２とは、外面ＯＦｄの－Ｙ方向の端部に収まる範囲内において、任意の距離だけ離間してよい。

次に、図１１を参照しながら、第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃに含まれる冷却器１００Ｂの内部構造について説明する。

図１１は、第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃに含まれる冷却器１００Ｂの内部構造の説明図である。具体的には、図１１は、図１０に示される直線Ｄを通るＸＺ平面における、電力変換装置１０Ｃの断面図である。

冷却器１００Ｂに備わる本体部１２０Ａは、第１実施形態に係る冷却器１００に備わる本体部１２０と同様に、外壁１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ及び１２２ｄを備える。

更に、本体部１２０Ａは、隔壁１２４ａを備える。隔壁１２４ａは、外壁１２２ｂと外壁１２２ｃとに接合する。これにより、隔壁１２４ａは、外壁１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ及び１２２ｄによって画定される空間を２つに分割する。隔壁１２４ａは、内面ＩＦａに対向する面ＳＦａ１と、内面ＩＦｄに対向する面ＳＦａ２とを含む。内面ＩＦａ、ＩＦｂ、及びＩＦｃ並びに面ＳＦａ１によって、第１流路ＦＰ４が画定される。面ＳＦａ２、並びに内面ＩＦｂ、ＩＦｃ及びＩＦｄによって、第２流路ＦＰ５が画定される。すなわち、第１流路ＦＰ４は、第２流路ＦＰ５よりも半導体モジュール２００側に位置する。

通常、半導体モジュール２００で発生する熱量は、コンデンサ３００で発生する熱量よりも高いため、半導体モジュール２００を優先的に冷却する必要がある。より温度の低い冷媒ＲＦが流通する第１流路ＦＰ４を、より温度の高い冷媒ＲＦが流通する第２流路ＦＰ５よりも、半導体モジュール２００側に設置することにより、半導体モジュール２００を優先的に冷却できる。

次に、図１２を参照しながら、第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃに含まれる冷却器１００Ｂにおける冷媒の流路について説明する。

図１２は、第３実施形態に係る電力変換装置１０Ｃに含まれる冷却器１００Ｂ内の冷媒の流路の説明図である。具体的には、図１２は、図１０に示される直線Ｅを通るＸＹ平面における、電力変換装置１０Ｃの断面図である。

冷却器１００Ｂ内を流通する冷媒ＲＦは、最初に供給管１６０内の供給路ＣＰを経由して、冷却器１００Ｂの本体部１２０Ａに供給される。次に、冷媒ＲＦは、本体部１２０Ａ内の第１流路ＦＰ４を＋Ｙ方向に流動する。＋Ｙ方向への流動の過程で、冷媒ＲＦは、第１冷却面としての外面ＯＦａを介して、半導体モジュール２００を冷却する。次に、冷媒ＲＦは、本体部１２０Ａ内の＋Ｙ方向の端部で折り返した後、本体部１２０Ａ内の第２流路ＦＰ５を－Ｙ方向に流動する。この際、－Ｙ方向への流動の過程で、冷媒ＲＦは、第２冷却面としての外面ＯＦｄを介して、コンデンサ３００を冷却する。最後に、冷媒ＲＦは、排出管１６２内の排出路ＥＰを経由して、冷却器１００Ｂの本体部１２０Ａから排出される。

３－２．第３実施形態が奏する効果
本実施形態に係る半導体装置としての電力変換装置１０Ｃにおいて、冷却器１００Ｂは、当該冷却器１００Ｂの長手方向に延伸する第１流路ＦＰ４と、当該冷却器１００Ｂの長手方向に延伸する第２流路ＦＰ５とを備える。第１流路ＦＰ４は、第２流路ＦＰ５よりも半導体モジュール２００側に位置する。また、第１流路ＦＰ４を通過した冷媒ＲＦが第２流路ＦＰ５を通過する。

通常、半導体モジュール２００で発生する熱量は、コンデンサ３００で発生する熱量よりも高いため、半導体モジュール２００を優先的に冷却する必要がある。より温度の低い冷媒ＲＦが流通する第１流路ＦＰ４を、より温度の高い冷媒ＲＦが流通する第２流路ＦＰ５よりも、半導体モジュール２００側に設置することにより、半導体モジュール２００を優先的に冷却できる。

４．第４実施形態
以下、図１３を参照しながら、第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄの概要の一例について説明する。なお以下では、説明の簡略化のため、第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄに備わる構成要素のうち、第１実施形態に係る電力変換装置１０と同一の構成要素については、同一の符号を用いると共にその機能の説明を省略することがある。また、以下では主として、第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄが、第１実施形態に係る電力変換装置１０と相違する点について説明する。

４－１．第４実施形態の構成
図１３は、第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄの要部を模式的に示す斜視図である。電力変換装置１０Ｄは、第１実施形態に係る電力変換装置１０と異なり、冷却器１００の代わりに冷却器１００Ｃを備える。また、第１実施形態に係る電力変換装置１０では、冷却器１００に含まれる外面ＯＦｄにおいて、コンデンサ３００が接していない両端部のうち、－Ｙ方向の端部に供給管１６０が接合されていた。また、当該両端部のうち、＋Ｙ方向の端部に排出管１６２が接合されていた。一方、第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄでは、外面ＯＦｄにおいて、－Ｙ方向の端部に供給管１６０と排出管１６２の双方が接合される。なお、供給管１６０と排出管１６２の双方は、冷却器１００Ｃに含まれる外面ＯＦｄにおいて、－Ｙ方向の端部ではなく、＋Ｙ方向の端部に接合されてもよい。また、図１３には図示しないが、冷却器１００Ｂは、第１実施形態に係る冷却器１００と異なり、後述のように、当該冷却器１００Ｂの長手方向に延伸する第１流路ＦＰ６と、当該冷却器１００Ｂの長手方向に延伸する第２流路ＦＰ７と、第１流路ＦＰ６と第２流路ＦＰ７とを連通する第３流路ＦＰ８とを備える。供給管１６０は、第１流路ＦＰ６と連通する。一方で、排出管１６２は、第２流路ＦＰ７と連通する。

次に、図１４を参照しながら、第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄの構成の詳細について説明する。

図１４は、第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄの構成の説明図である。図１４は、図１３に示される電力変換装置１０Ｄを＋Ｚ方向から平面視した平面図であるＡ図、当該電力変換装置１０Ｄを－Ｘ方向から側面視した側面図であるＢ図、及び、当該電力変換装置１０Ｄを－Ｙ方向から側面視した側面図であるＣ図を含む。

図１４に示されるように、供給管１６０は、排出管１６２に対して、－Ｚ方向に位置する。しかしこれはあくまで一例であって、供給管１６０は、排出管１６２に対して、＋Ｚ方向に位置してもよい。また、供給管１６０と排出管１６２とは、外面ＯＦｄの－Ｙ方向の端部に収まる範囲内において、任意の距離だけ離間してよい。

次に、図１５を参照しながら、第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄに含まれる冷却器１００Ｃの内部構造について説明する。

図１５は、第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄに含まれる冷却器１００Ｃの内部構造の説明図である。具体的には、図１５は、図１４に示される直線Ｆを通るＸＺ平面における、電力変換装置１０Ｄの断面図である。

冷却器１００Ｃに備わる本体部１２０Ｂは、第１実施形態に係る冷却器１００に備わる本体部１２０と同様に、外壁１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ及び１２２ｄを備える。

本体部１２０Ｂは、外壁１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ及び１２２ｄのほかに、Ｙ方向に配列され、かつ、Ｚ方向に延在する複数の隔壁１２４ｄを有する。後述のように、複数の第３流路ＦＰ８のうちの互いに隣接する２つの第３流路ＦＰ８は、当該２つの第３流路ＦＰ８の間に位置する隔壁１２４ｄにより、互いに仕切られる。すなわち、複数の第３流路ＦＰ８は、冷却器１００Ｃの長手方向に配列され、かつ、当該長手方向に直交する方向に延在する。

また、本体部１２０Ｂは、隔壁１２４ｂ及び１２４ｃを有する。隔壁１２４ｂは、外壁１２２ａ及び１２２ｄ間に配置される。すなわち、隔壁１２４ｂは、外壁１２２ａから－Ｘ方向に間隔を空けて配置される。本実施形態では、隔壁１２４ｂが、外壁１２２ａと略平行である場合を想定する。例えば、隔壁１２４ｂの面のうち、外壁１２２ａの内面ＩＦａに対向する面ＳＦａ３は、外壁１２２ａの内面ＩＦａと略平行である。なお、隔壁１２４ｂの面ＳＦａ３は、外壁１２２ａの内面ＩＦａと平行でなくてもよい。例えば、隔壁１２４ｂの面ＳＦａ３は、面ＳＦａ３の＋Ｚ方向の縁部が外壁１２２ａから遠ざかるように、傾斜していてもよい。

外壁１２２ａ及び１２２ｄ間に配置された隔壁１２４ｂは、第１流路ＦＰ６と複数の第３流路ＦＰ８とを仕切り、かつ、第２流路ＦＰ７と複数の第３流路ＦＰ８とを仕切る。なお、隔壁１２４ｂの－Ｚ方向の縁部と外壁１２２ｃの内面ＩＦｃとの間には、第１流路ＦＰ６と複数の第３流路ＦＰ８とを連通する空間が確保されている。同様に、隔壁１２４ｂの＋Ｚ方向の縁部と外壁１２２ｂの内面ＩＦｂとの間には、第２流路ＦＰ７と複数の第３流路ＦＰ８とを連通する空間が確保されている。すなわち、本実施形態では、複数の第３流路ＦＰ８の各々は、一端で第１流路ＦＰ６に連通し、他端で第２流路ＦＰ７に連通する。

隔壁１２４ｃは、外壁１２２ｂ及び１２２ｃ間に配置され、隔壁１２４ｂ及び外壁１２２ｄに接続される。例えば、隔壁１２４ｃの面ＳＦｂ１は、隔壁１２４ｃの面のうち、外壁１２２ｃの内面ＩＦｃに対向する面であり、外壁１２２ｃの内面ＩＦｃと略平行である。また、隔壁１２４ｃの面ＳＦｂ２は、隔壁１２４ｃの面のうち、外壁１２２ｂの内面ＩＦｂに対向する面であり、外壁１２２ｂの内面ＩＦｂと略平行である。

外壁１２２ｂ及び１２２ｃ間に配置された隔壁１２４ｃは、第１流路ＦＰ６と第２流路ＦＰ７とを仕切る。例えば、隔壁１２４ｂの面ＳＦａ４、隔壁１２４ｃの面ＳＦｂ１、外壁１２２ｄの内面ＩＦｄ、及び外壁１２２ｃの内面ＩＦｃは、第１流路ＦＰ６の壁面の一部である。また、隔壁１２４ｂの面ＳＦａ５、隔壁１２４ｃの面ＳＦｂ２、外壁１２２ｄの内面ＩＦｄ、及び外壁１２２ｂの内面ＩＦｂは、第２流路ＦＰ７の壁面の一部である。なお、隔壁１２４ｂの面ＳＦａ４は、面ＳＦａ３の反対側の面のうち、隔壁１２４ｃよりも－Ｚ方向の部分であり、隔壁１２４ｂの面ＳＦａ５は、面ＳＦａ３の反対側の面のうち、隔壁１２４ｃよりも＋Ｚ方向の部分である。

隔壁１２４ｄは、外壁１２２ａに略垂直な壁であり、Ｚ方向に延在する。例えば、隔壁１２４ｄは、隔壁１２４ｂと外壁１２２ａとの間に配置され、外壁１２２ａ、１２２ｂ及び１２２ｃと隔壁１２４ｂとに接続される。すなわち、本実施形態では、隔壁１２４ｄは、隔壁１２４ｂと外壁１２２ａとの両方に接続されている。なお、隔壁１２４ｄは、隔壁１２４ｂと外壁１２２ａとのうちの一方のみに接続されてもよい。複数の第３流路ＦＰ８の各々は、例えば、複数の隔壁１２４ｄのうちの互いに隣接する隔壁１２４ｄ間に形成される。また、外壁１２２ａの内面ＩＦａ及び隔壁１２４ｂの面ＳＦａ３は、複数の第３流路ＦＰ８の壁面の一部である。

すなわち、複数の第３流路ＦＰ８は、第１流路ＦＰ６及び第２流路ＦＰ７よりも半導体モジュール２００側に位置する。

本実施形態では、複数の第３流路ＦＰ８の壁面の一部である内面ＩＦａを含む外壁１２２ａの外面ＯＦａに半導体モジュール２００が配置される。これにより、例えば、半導体モジュール２００で発生した熱は、半導体モジュール２００の表面のうちの外壁１２２ａの外面ＯＦａに対向する面から複数の第３流路ＦＰ８内の冷媒ＲＦに伝達される。所謂、片面冷却により、半導体モジュール２００が冷却される。また、半導体モジュール２００を冷却した後の冷媒ＲＦが澱むことなく、コンデンサ３００側に流通するため、コンデンサ３００を効率的に冷却できる。

次に、図１６Ａ及び図１６Ｂを参照しながら、第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄに含まれる冷却器１００Ｃにおける冷媒の流路について説明する。

図１６Ａ及び図１６Ｂは、第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄに含まれる冷却器１００Ｃ内の冷媒の流路の説明図である。具体的には、図１６Ａは、図１４に示される直線Ｇを通るＸＹ平面における、電力変換装置１０Ｄの断面図である。また、図１６Ｂは、図１４に示される直線Ｈを通るＸＹ平面における、電力変換装置１０Ｄの断面図である。

冷却器１００Ｃ内を流通する冷媒ＲＦは、最初に供給管１６０内の供給路ＣＰを経由して、冷却器１００Ｃの本体部１２０Ｂに供給される。次に、冷媒ＲＦは、本体部１２０Ｂ内の第１流路ＦＰ６を＋Ｙ方向に流動する。＋Ｙ方向への流動の過程で、冷媒ＲＦは、第２冷却面としての外面ＯＦｄを介してコンデンサ３００を冷却する。次に、冷媒ＲＦは、本体部１２０Ｂ内の第３流路ＦＰ８をいったん＋Ｘ方向に流動した後、外壁１２２ａに含まれる内面ＩＦａで折り返し、－Ｘ方向に流動する。第３流路ＦＰ８での流動の過程で、冷媒ＲＦは、第１冷却面としての外面ＯＦａを介して半導体モジュール２００を冷却する。次に、冷媒ＲＦは、本体部１２０Ａ内の第２流路ＦＰ７を－Ｙ方向に流動する。－Ｙ方向への流動の過程で、冷媒ＲＦは、第２冷却面としての外面ＯＦｄを介してコンデンサ３００を冷却する。最後に、冷媒ＲＦは、排出管１６２内の排出路ＥＰを経由して、冷却器１００Ｃの本体部１２０Ｂから排出される。

４－２．第４実施形態が奏する効果
本実施形態に係る半導体装置としての電力変換装置１０Ｄにおいて、冷却器１００Ｃは、当該冷却器１００Ｃの長手方向に延伸する第１流路ＦＰ６と、当該冷却器１００Ｃの長手方向に延伸する第２流路ＦＰ７と、第１流路ＦＰ６と第２流路ＦＰ７とを連通する複数の第３流路ＦＰ８とを備える。複数の第３流路ＦＰ８は、冷却器１００Ｃの長手方向に配列され、かつ、当該長手方向に直交する方向に延在する。また、複数の第３流路ＦＰ８は、第１流路ＦＰ６及び第２流路ＦＰ７よりも半導体モジュール２００側に位置する。

以上の構成によれば、半導体モジュール２００を冷却した後の冷媒ＲＦが澱むことなく、コンデンサ３００側に流通するため、コンデンサ３００を効率的に冷却できる。

５．変形例
本開示は、以上に例示した実施形態に限定されない。具体的な変形の態様を以下に例示する。以下の例示から任意に選択された２以上の態様を併合してもよい。

５－１．変形例１
第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄにおいて、第１流路ＦＰ６と第２流路ＦＰ７とを連通する複数の第３流路ＦＰ８は、第１流路ＦＰ６及び第２流路ＦＰ７よりも半導体モジュール２００側に位置していた。しかし、第１流路ＦＰ６が、第２流路ＦＰ７よりも半導体モジュール２００側に位置し、複数の第３流路ＦＰ８が、第１流路ＦＰ６と第２流路ＦＰ７から＋Ｚ方向に位置してもよい。

以上の構成によれば、新鮮な冷媒ＲＦが、半導体モジュール２００を優先的に冷却できる。

５－２．変形例２
第１実施形態に係る電力変換装置１０において、コンデンサ３００は半導体モジュール２００に対して電気的に接続されるが、コンデンサ３００の電気的な接続先は、半導体モジュール２００に限定されない。例えば、コンデンサ３００は、図示しない制御基板に対して、電気的に接続されてもよい。第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂ～第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄにおいても同様である。

５－３．変形例３
第１実施形態に係る電力変換装置１０において、冷却器１００は、コンデンサ３００を冷却していた。しかし、冷却器１００による冷却の対象はコンデンサ３００に限定されない。例えば、冷却器１００は、コンデンサ３００の代わりに、リアクトルを冷却してもよい。冷却器１００による冷却の対象は「受動素子」として包括される。コンデンサ３００及びリアクトルは、「受動素子」の一例である。第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂ～第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄにおいても同様である。

５－４．変形例４
第１実施形態に係る電力変換装置１０において、冷却器１００と半導体モジュール２００とはＴＩＭ２１０を介在させることにより接合する。同様に、電力変換装置１０において、冷却器１００とコンデンサ３００とはＴＩＭ３１０を介在させることにより接合する。しかし、冷却器１００と半導体モジュール２００とは、ＴＩＭを介在させずに接触してもよい。冷却器１００とコンデンサ３００についても同様に、ＴＩＭを介在させずに接触してもよい。第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂ～第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄにおいても同様である。

５－５．変形例５
第１実施形態に係る電力変換装置１０において、外壁１２２ａ～１２２ｆの厚さは互いに等しい。しかし、外壁１２２ａ～１２２ｆの厚さは異なっていてもよい。例えば、外壁１２２ａの厚さは、外壁１２２ｄの厚さよりも薄くてもよい。通常、半導体モジュール２００で発生する熱量は、コンデンサ３００で発生する熱量よりも高いため、半導体モジュール２００を優先的に冷却する必要がある。冷却器１００に備わる外壁１２２のうち、半導体モジュール２００側の外壁１２２ａを、コンデンサ３００側の外壁１２２ｄより薄くすることにより、半導体モジュール２００を優先的に冷却できる。第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂ～第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄにおいても同様である。

５－６．変形例６
第１実施形態に係る電力変換装置１０において、本体部１２０は、６つの外壁１２２ａ～１２２ｆによって構成される中空の構造体であるが、本体部１２０の構成は、これに限定されない。例えば、本体部１２０は、複数の冷却流路を有する多穴管であってもよい。第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂ～第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄにおいても同様である。また、第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂにおいて、第１ヘッダ部１３０及び第２ヘッダ部１３２は、複数の冷却流路を有する多穴管であってもよい。第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂ～第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄにおいても同様である。

５－７．変形例７
第１実施形態に係る電力変換装置１０において、４つの外壁１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ及び１２２ｄの中の少なくとも１つに、例えばＹ方向に延在する突起部が設置されてもよい。図１７は、本変形例に係る電力変換装置１０Ｅに含まれる冷却器１００Ｄの内部構造の説明図である。具体的には、電力変換装置１０Ｅは、第１実施形態に係る電力変換装置１０の変形例である。図１７に示されるように、本変形例においては、外壁１２２ａに含まれる内面ＩＦａに、Ｙ方向に延在する突起部１２６が設置される。この結果、冷却器１００Ｄに対する冷媒の入り口から見て、半導体モジュール２００及びコンデンサ３００の奥まで効率的に冷却するために、冷却器１００の奥まで冷媒を流通させる度合いを高めることができる。第２実施形態に係る電力変換装置１０Ｂ～第４実施形態に係る電力変換装置１０Ｄにおいても同様である。

上記実施例は、言い換えると、１以上の半導体素子を含む半導体モジュールと、前記半導体モジュールを冷却する冷却器と、前記半導体モジュールと電気的に接続される受動素子と、前記半導体モジュール、前記冷却器及び前記受動素子を収納する筐体と、を備え、前記冷却器は、前記半導体モジュールが設置される第１冷却面と、前記受動素子が設置される第２冷却面と、前記筐体内壁と対向して固定される固定面と、を含む、半導体装置であってよい。このような形態とすることで、より小型な半導体装置が提供される。

また、前記第１冷却面は、前記第２冷却面と対向する面であってよい。さらに前記固定面は、前記第１冷却面と隣接する面であってよい。さらに、前記冷却器は、冷媒が流入出する冷媒管を含み、前記受動素子は、前記第２冷却面で冷却される面と隣接する面が前記冷媒管と接合又は接触していてもよい。このような形態とすることで、より小型な半導体装置が提供される。また、受動素子の冷却を行うことが可能となる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ…電力変換装置、１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ…冷却器、１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ…本体部、１２２、１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ、１２２ｅ、１２２ｆ…外壁、１２４ａ、１２４ｂ、１２４ｃ、１２４ｄ…隔壁、１２６…突出部、１３０…第１ヘッダ部、１３２…第２ヘッダ部、１５０…ヘッダ、１６０…供給管、１６２…排出管、２００、２００ｕ、２００ｖ、２００ｗ…半導体モジュール、２０２、２０２ｕ、２０２ｖ、２０２ｗ…入力端子、２０４、２０４ｕ…入力端子、２０６ｕ、２０６ｖ、２０６ｗ…出力端子、３００…コンデンサ、３０２、３０４…出力端子、３０６、３０８、３１０、３１２…治具、４００…筐体、５０２、５０４…取付部、ＦＰ１…第１流路、ＦＰ２…第２流路、ＦＰ３…第３流路、ＦＰ４…第１流路、ＦＰ５…第２流路、ＦＰ６…第１流路、ＦＰ７…第２流路、ＦＰ８…第３流路

Claims (2)

1. 内部に冷媒が流通する長尺状の冷却器と、
   １以上の半導体素子を含む複数の半導体モジュールと、
   前記複数の半導体モジュールの駆動に利用される受動素子と、
   前記受動素子、前記冷却器、及び前記複数の半導体モジュールを収容する筐体と、
   を備え、
   前記冷却器は、第１冷却面と、前記第１冷却面とは反対側の第２冷却面とを含み、
   前記複数の半導体モジュールは、前記冷却器の長手方向に配列され、かつ、前記第１冷却面に接合又は接触し、
   前記受動素子は、
   前記第２冷却面に接合又は接触する第１素子面と、
   前記冷却器の長手方向における前記受動素子の一方の端面である第２素子面とを備え、
   前記冷却器は、
   前記第１冷却面及び前記第２冷却面を含む本体部と、
   前記本体部における第１端部に連続し、前記本体部の内部の流路に連通する流路が形成された第１ヘッダ部とを備え、
   前記第１ヘッダ部は、前記筐体とは別の部材であり、前記第２素子面に対向する平面である第３冷却面を含み、
   前記第３冷却面は、前記第２素子面に面接合又は面接触する、
   半導体装置。
2. 前記受動素子は、
   前記第２素子面とは反対側の第３素子面を更に備え、
   前記冷却器は、
   前記本体部における前記第１端部とは反対側の第２端部に連続し、前記本体部の内部の流路に連通する流路が形成された第２ヘッダ部を更に備え、
   前記第２ヘッダ部は、前記筐体とは別の部材であり、前記第３素子面に対向する平面である第４冷却面を含み、
   前記第４冷却面は、前記第３素子面に面接合又は面接触する、
   請求項１の半導体装置。

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