JP2023129203A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (4)
- 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、
略直方体の形状であって、
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、前記筐体内壁に載置されて固定される第1の載置面と、
を含む、半導体装置。 - 前記第1冷却面は、
前記第2冷却面と対向する面である、
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1の載置面は、
前記第1冷却面と隣接する面である、
請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 - 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し、前記冷媒管と接合又は接触する第2の載置面を含む、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置。
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