JP4123279B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換回路を構成する半導体モジュールの冷却手段を備えた電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device including a cooling means for a semiconductor module constituting a power conversion circuit.

従来より、DC−DCコンバータ回路やインバータ回路等の電力変換回路は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の動力源である交流モータに通電する駆動電流を生成するのに用いられることがある。   Conventionally, a power conversion circuit such as a DC-DC converter circuit or an inverter circuit is sometimes used to generate a drive current for energizing an AC motor that is a power source of an electric vehicle or a hybrid vehicle.

一般に、電気自動車やハイブリッド自動車等では、市場拡大に向けて大型車種への展開や動力性能の向上が図られており、交流モータから大きな駆動トルクを確保するため大きな駆動電流が必要となってきている。   In general, electric vehicles, hybrid vehicles, etc. have been developed for large vehicles and improved in power performance in order to expand the market, and a large driving current is required to secure a large driving torque from an AC motor. Yes.

それ故、その交流モータ向けの駆動電流を生成する上記電力変換回路においては、該電力変換回路を構成するIGBT等の電力用半導体素子を含む半導体モジュールからの発熱が大きくなる傾向にある。   Therefore, in the power conversion circuit that generates the drive current for the AC motor, heat generated from the semiconductor module including the power semiconductor element such as IGBT constituting the power conversion circuit tends to increase.

そこで、電力変換回路を構成する複数の半導体モジュールを均一性高く冷却できるように、冷却用媒体(冷媒)の供給及び排出を担う一対のヘッダの間に多数の扁平冷却チューブを配置し、該扁平冷却チューブの間に半導体モジュールを挟持した冷却チューブ並列型の電力変換装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   Therefore, a large number of flat cooling tubes are arranged between a pair of headers that supply and discharge the cooling medium (refrigerant) so that the plurality of semiconductor modules constituting the power conversion circuit can be cooled with high uniformity. A cooling tube parallel type power converter in which a semiconductor module is sandwiched between cooling tubes has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、上記従来の電力変換装置では次のような問題がある。すなわち、上記電力変換装置では、上記扁平冷却チューブの長手方向の両端側に上記ヘッダを配設する必要があるため、上記電力変換装置全体の大型化を招来するおそれがある。   However, the conventional power conversion device has the following problems. That is, in the power converter, since it is necessary to dispose the header on both ends in the longitudinal direction of the flat cooling tube, there is a risk of increasing the size of the power converter as a whole.

特に、電気自動車やハイブリッド自動車等に車載される電力変換装置では、エンジンルームやトランクルーム等の狭いスペースに収容しようとしたときサイズ上の問題が顕在化するおそれがある。
特開2002−26215号公報
In particular, in a power conversion device mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like, there is a risk that a size problem may become apparent when attempting to accommodate in a narrow space such as an engine room or a trunk room.
JP 2002-26215 A

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、小型であって、かつ、信頼性の高い電力変換装置を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a power converter having a small size and high reliability.

本発明は、アルミ合金材料よりなる冷媒の流路をなす管形状の冷却チューブと、電力変換回路を構成する半導体モジュールとを交互に積層してなる半導体積層ユニットを有してなり、上記半導体積層ユニットは、隣り合う冷却チューブの間に2つの半導体モジュールを並列配置していると共に、積層方向の一方の端面から上記冷却チューブの長手方向中央部に1つのばね材の押圧力が付与されるものであって、上記半導体積層ユニットと上記ばね材との間に鉄鋼材料よりなる挟圧プレートを上記2つの半導体モジュールに対向するように介設することにより上記ばね材の押圧力を均等に分配していることを特徴とする電力変換装置にある(請求項1)。
The present invention includes a semiconductor laminated unit in which a tube-shaped cooling tube that forms a refrigerant flow path made of an aluminum alloy material and a semiconductor module that constitutes a power conversion circuit are alternately laminated. unit, with which parallel arranged two semiconductor modules between adjacent cooling tubes, the pressing force of one spring member in the longitudinal direction central portion of the cooling tubes is applied from the one end surface of the stacking direction The pressing force of the spring material is evenly distributed by interposing a clamping plate made of steel material between the semiconductor laminated unit and the spring material so as to face the two semiconductor modules. The power converter is characterized in that it is (claim 1).

本発明の電力変換装置では、隣り合う冷却チューブの間に複数の半導体モジュールを並列配置していると共に、積層方向の一方の端面からばね材の押圧力が付与される構成を有している。そのため、冷却チューブと半導体モジュールとの間で接触面積を確保できると共に、両者間の熱伝導を促進することができ、半導体モジュールを効率良く冷却することができる。また、本発明の電力変換装置では、鉄鋼材料よりなる挟圧プレートを介設することにより、ばね材の弾性変形による押圧力を均等に近く分配して作用できる。
The power conversion device of the present invention has a configuration in which a plurality of semiconductor modules are arranged in parallel between adjacent cooling tubes and a pressing force of a spring material is applied from one end face in the stacking direction. Therefore, a contact area can be secured between the cooling tube and the semiconductor module, heat conduction between them can be promoted, and the semiconductor module can be efficiently cooled. Moreover, in the power converter device of this invention, the pressing force by the elastic deformation of a spring material can be distributed almost equally by acting through the pinching plate made of steel material.

本例の電力変換装置1について、図1〜図8を用いて説明する。   The power converter device 1 of this example is demonstrated using FIGS.

この電力変換装置1は、図1に示すごとく、冷媒の流路をなす扁平管形状の冷却チューブ20と、電力変換回路を構成する平板状の半導体モジュール10とを交互に積層してなる半導体積層ユニット2を有してなる。   As shown in FIG. 1, the power conversion device 1 is a semiconductor laminate in which flat tube-shaped cooling tubes 20 forming a refrigerant flow path and flat semiconductor modules 10 constituting a power conversion circuit are alternately stacked. Unit 2 is provided.

図2に示すごとく、各冷却チューブ20は、隣り合って積層した冷却チューブ20と所定の隙間を空けて相互に対面する扁平表面210同士の間隙に配設されたヘッダ管400を介して相互に連結してあると共に、該ヘッダ管400を経由して冷媒の供給又は排出を行うように構成してある。   As shown in FIG. 2, the cooling tubes 20 are connected to each other through the header tubes 400 disposed in the gaps between the flat surfaces 210 facing each other with a predetermined gap between the adjacent cooling tubes 20. In addition, the refrigerant is supplied or discharged via the header pipe 400.

そして、各冷却チューブ20の端部290は、該冷却チューブ20の内側に嵌入する嵌入部230を有する封止部材23を用い、嵌入部230を各冷却チューブ20の内側に嵌入するよう封止部材23を接合して封止してある。   And the end part 290 of each cooling tube 20 uses the sealing member 23 which has the fitting part 230 fitted inside this cooling tube 20, and is a sealing member so that the fitting part 230 may be fitted inside each cooling tube 20. 23 is bonded and sealed.

以下に、この内容について詳しく説明する。   This content will be described in detail below.

本例の電力変換装置1は、例えば、電気自動車用の走行モータに通電する駆動電流を生成するための装置である。   The power conversion apparatus 1 of this example is an apparatus for generating a drive current for energizing a travel motor for an electric vehicle, for example.

この電力変換装置1は、図1に示すごとく、上記半導体積層ユニット2のほか、半導体モジュール10に制御信号を入力する図示しない制御基板や、コンデンサやリアクトル等から構成される図示しない電力回路等より構成される装置である。   As shown in FIG. 1, the power conversion device 1 includes, in addition to the semiconductor stacked unit 2, a control board (not shown) that inputs a control signal to the semiconductor module 10, a power circuit (not shown) configured by a capacitor, a reactor, and the like. It is a configured device.

上記の半導体積層ユニット2は、図2に示すごとく、複数の半導体モジュール10と扁平形状の冷却チューブ20とを交互に積層してなる多層積層構造のユニットである。   As shown in FIG. 2, the semiconductor laminated unit 2 is a unit having a multilayer laminated structure in which a plurality of semiconductor modules 10 and flat cooling tubes 20 are alternately laminated.

本例の半導体積層ユニット2では、隣り合わせで積層した冷却チューブ20の間に、それぞれ2個の半導体モジュール10を並列配置してある。   In the semiconductor stacked unit 2 of this example, two semiconductor modules 10 are arranged in parallel between the cooling tubes 20 stacked adjacent to each other.

この半導体モジュール10は、図3及び図4に示すごとく、電力用半導体素子であるIGBT素子11と、モータの回転を滑らかにするために必要なフライホイールダイオード素子12とを相互に対面する一対の電極放熱板15(図4)の間に配置したモジュールである。   As shown in FIGS. 3 and 4, the semiconductor module 10 includes a pair of IGBT elements 11 that are power semiconductor elements and a flywheel diode element 12 that is necessary for smoothing the rotation of the motor. This is a module disposed between the electrode heat dissipation plates 15 (FIG. 4).

そして、この半導体モジュール10は、上記一対の電極放熱板15と上記各素子11、12とを、モールド樹脂13により一体成形してモジュール化してなる。   The semiconductor module 10 is formed by integrally molding the pair of electrode heat dissipation plates 15 and the elements 11 and 12 with a mold resin 13.

上記半導体モジュール10は、図4に示すごとく、両面に電極放熱板15が露出するように樹脂成形してなり、この露出した電極放熱板15がIGBT素子11等の放熱面として機能するように構成してある。   As shown in FIG. 4, the semiconductor module 10 is formed by resin molding so that the electrode heat dissipation plate 15 is exposed on both surfaces, and the exposed electrode heat dissipation plate 15 functions as a heat dissipation surface of the IGBT element 11 and the like. It is.

上記の半導体モジュール10は、図3に示すごとく、上記各電極放熱板15と一体に形成した電力端子150と、モールド樹脂13中に保持した制御端子160とを有してなる。そして、電力端子150と制御端子160とは、上記電極放熱板15に平行な面内において対向配置してある。   As shown in FIG. 3, the semiconductor module 10 includes a power terminal 150 formed integrally with the electrode heat dissipating plate 15 and a control terminal 160 held in the mold resin 13. The power terminal 150 and the control terminal 160 are disposed to face each other in a plane parallel to the electrode heat radiating plate 15.

そのため、この半導体モジュール10を用いた半導体積層ユニット2においては、該半導体積層ユニット2の表面側に電力端子150を突出させ、裏面側に制御端子160を突出させることができる。   Therefore, in the semiconductor multilayer unit 2 using the semiconductor module 10, the power terminal 150 can protrude from the front surface side of the semiconductor multilayer unit 2 and the control terminal 160 can protrude from the back surface side.

本例の冷却チューブ20は、図5に示すごとく、長手方向に配設された仕切り板22によって内部を複数の流路に区画した扁平管形状をなす多穴管である。本例では、アルミ合金材料の押し出し材により上記冷却チューブ20を形成してある。その他、アルミ合金材料よりなる引き抜き材より上記冷却チューブ20を形成することもできる。   As shown in FIG. 5, the cooling tube 20 of this example is a multi-hole tube having a flat tube shape in which the inside is partitioned into a plurality of flow paths by a partition plate 22 arranged in the longitudinal direction. In this example, the cooling tube 20 is formed of an extruded material of an aluminum alloy material. In addition, the cooling tube 20 can be formed from a drawn material made of an aluminum alloy material.

この冷却チューブ20は、その両端部290付近の扁平表面210に、ヘッダ管400を接続するための貫通穴215(図7)を穿孔してなる。そして、冷却チューブ20の両端部290は、シール用の封止部材23をろう付け接合するように構成してある。   The cooling tube 20 is formed by drilling through holes 215 (FIG. 7) for connecting the header pipe 400 to the flat surfaces 210 near both end portions 290 thereof. The both end portions 290 of the cooling tube 20 are configured to braze and join the sealing member 23 for sealing.

本例の封止部材23は、同図に示すごとく、アルミ合金材料を基材とし、その表面にろう材及び犠牲陽極材を配置したブレージング材より形成したものである。封止部材23の材質としては本例のブレージング材に限定されるものではなく、アルミ合金材料のみから形成しても良い。この場合には、封止部材23を冷却チューブ20の端部290にろう付け接合する際、両者の間に別途、ろう材を配設する必要がある。   As shown in the figure, the sealing member 23 of this example is formed of a brazing material in which an aluminum alloy material is used as a base material and a brazing material and a sacrificial anode material are arranged on the surface thereof. The material of the sealing member 23 is not limited to the brazing material of this example, and may be formed only from an aluminum alloy material. In this case, when the sealing member 23 is brazed and joined to the end portion 290 of the cooling tube 20, it is necessary to separately provide a brazing material therebetween.

一方、上記ブレージング材よりなる本例の封止部材23では、加熱によりその表面のろう材が溶融するため、冷却チューブ20との間にろう材等を配置したり、塗布したりする必要がない。   On the other hand, in the sealing member 23 of the present example made of the brazing material, the brazing material on the surface thereof is melted by heating, so that it is not necessary to arrange or apply the brazing material between the cooling tube 20 and the like. .

本例の封止部材23は、図5に示すごとく、サイジング加工を施した冷却チューブ20の端部290に取り付けるように構成してある。ここで、このサイジング加工とは、冷却チューブ20の仕切り板22の端面221を内方に後退させると共に、冷却チューブ20の端部290の内側形状を封止部材23の嵌入部230を嵌入可能な形状に形成する加工である。   As shown in FIG. 5, the sealing member 23 of this example is configured to be attached to the end portion 290 of the cooling tube 20 that has been subjected to sizing processing. Here, the sizing process is such that the end surface 221 of the partition plate 22 of the cooling tube 20 is retracted inward, and the inner shape of the end portion 290 of the cooling tube 20 can be inserted into the insertion portion 230 of the sealing member 23. It is processing to form into a shape.

封止部材23は、図5〜図7に示すごとく、冷却チューブ20の端部290の内側に嵌入させる嵌入部230と、冷却チューブ20の長手方向の端面291に当接するつば状のフランジ部235とを組み合わせてなる形状を有する。   As shown in FIGS. 5 to 7, the sealing member 23 includes a fitting portion 230 that is fitted inside the end portion 290 of the cooling tube 20, and a flange-shaped flange portion 235 that abuts the end surface 291 in the longitudinal direction of the cooling tube 20. It has the shape which combines.

ここで、図5に示すごとく、フランジ部235に対する嵌入部230の突出高さHは、上記サイジング加工による仕切り板22の端面221の後退量Rと略一致させてある。   Here, as shown in FIG. 5, the protrusion height H of the fitting portion 230 with respect to the flange portion 235 is substantially matched with the retraction amount R of the end surface 221 of the partition plate 22 by the sizing process.

そのため、冷却チューブ20の端部290に取り付けた封止部材23では、上記仕切り板22の各端面221に対して上記嵌入部230の先端面231を当接させて接合できる。   Therefore, the sealing member 23 attached to the end portion 290 of the cooling tube 20 can be joined by bringing the end surface 231 of the fitting portion 230 into contact with each end surface 221 of the partition plate 22.

そして、上記半導体積層ユニット2は、図2に示すごとく、上記冷媒の供給、排出のための冷媒ヘッダとして供給用のヘッダ部41と排出用のヘッダ部42とを有している。本例では、長さ方向に伸縮可能なアルミ材よりなる上記ベローズ状のヘッダ管400を隣り合う冷却チューブ20の間隙に配置し、同軸上に配置した複数のヘッダ管400により上記ヘッダ部41、42を形成してある。   As shown in FIG. 2, the semiconductor laminated unit 2 has a supply header 41 and a discharge header 42 as a refrigerant header for supplying and discharging the refrigerant. In this example, the above-mentioned bellows-like header pipe 400 made of an aluminum material that can be expanded and contracted in the length direction is arranged in the gap between adjacent cooling tubes 20, and the header section 41, 42 is formed.

上記ヘッダ管400は、図6及び図7に示すごとく、その流動方向の両端に連結管410を有してなり、該両端の連結管410の中間に該連結管410よりも大径の蛇腹部分を有する管である。   As shown in FIGS. 6 and 7, the header pipe 400 has connecting pipes 410 at both ends in the flow direction, and a bellows portion having a diameter larger than that of the connecting pipe 410 in the middle of the connecting pipes 410 at both ends. A tube having

本例のヘッダ管400は、隣り合わせで積層した冷却チューブ20の間隙に配置するように構成してある。そして、ヘッダ管400は、その両端の連結管410を冷却チューブ20の上記貫通穴215(図7参照。)に嵌入した状態で各冷却チューブ20に接続してある。   The header pipe 400 of this example is configured to be disposed in the gap between the cooling tubes 20 stacked side by side. And the header pipe | tube 400 is connected to each cooling tube 20 in the state which inserted the connecting pipe 410 of the both ends in the said through-hole 215 (refer FIG. 7) of the cooling tube 20. As shown in FIG.

ここで、本例では、冷却チューブ20に対する上記ヘッダ管400の接合構造において、作製する半導体積層ユニット2における冷却チューブ20の長手方向の体格を小型化できるように工夫してある。   Here, in this example, in the joining structure of the header tube 400 to the cooling tube 20, the physique in the longitudinal direction of the cooling tube 20 in the semiconductor laminated unit 2 to be manufactured is devised.

すなわち、図6及び図7に示すごとく、ヘッダ管400の両端の連結管410の管径が、ヘッダ管400の中間部分の外径と比べて大幅に小径であることを有効に活用し、敢えて、ヘッダ管400の外周部と、封止部材23の嵌入部230とが積層方向に重なり合うようにヘッダ管400を接合してある。   That is, as shown in FIGS. 6 and 7, the pipe diameter of the connecting pipe 410 at both ends of the header pipe 400 is effectively smaller than the outer diameter of the intermediate part of the header pipe 400. The header tube 400 is joined so that the outer peripheral portion of the header tube 400 and the fitting portion 230 of the sealing member 23 overlap in the stacking direction.

このように冷媒供給用及び冷媒排出用の一対のヘッダ管400を配置すれば、該一対のヘッダ管400の間に冷却流路長を十分に確保しながら、そもそも冷媒の流路形成に貢献しない冷却チューブ20の端部290の長さを短縮することができる。   If the pair of header pipes 400 for supplying and discharging the refrigerant is arranged in this way, the cooling channel length is sufficiently secured between the pair of header pipes 400 and does not contribute to the formation of the refrigerant channel. The length of the end 290 of the cooling tube 20 can be shortened.

なお、図2に示すごとく、上記半導体モジュール10を冷却チューブ20の間に配置して上記半導体積層ユニット2を作製する際には、まず、上記各ヘッダ部41、42を構成するベローズ状のヘッダ管400を積層方向に伸ばした状態で半導体モジュール10を冷却チューブ20間の隙間に配置する。その後、積層方向の圧縮荷重を作用させてヘッダ管400を積層方向に縮めることにより、冷却チューブ20と半導体モジュール10とを密着させる。   As shown in FIG. 2, when the semiconductor laminated unit 2 is manufactured by arranging the semiconductor module 10 between the cooling tubes 20, first, a bellows-like header constituting the header portions 41 and 42. The semiconductor module 10 is disposed in the gap between the cooling tubes 20 with the tube 400 extended in the stacking direction. Thereafter, the cooling tube 20 and the semiconductor module 10 are brought into close contact with each other by applying a compressive load in the stacking direction to shrink the header tube 400 in the stacking direction.

また、冷却チューブ20と半導体モジュール10との間には、電気的な絶縁性を確保するためのセラミック板(図示略)と、熱伝導率を向上するためのシリコングリス層を配設してある。   A ceramic plate (not shown) for ensuring electrical insulation and a silicon grease layer for improving thermal conductivity are disposed between the cooling tube 20 and the semiconductor module 10. .

そして、本例の電力変換装置1は、図1に示すごとく、略平板状を呈するプレート部51と、該プレート部51に配設した一対のフレーム53と、該一対のフレーム53間に配設したばね材55とにより上記半導体積層ユニット2を保持してなる装置である。   As shown in FIG. 1, the power conversion device 1 of this example includes a plate portion 51 having a substantially flat plate shape, a pair of frames 53 disposed on the plate portion 51, and a pair of frames 53. This is a device in which the semiconductor laminated unit 2 is held by the spring material 55.

上記一対のフレーム53は、上記半導体積層ユニット2の長手方向のサイズよりもわずかに大きい間隙を空けて相互に対面するよう、上記プレート部51上に直立するように配設してある。各フレーム53は、一対のフレーム53間に渡したばね材55の端部を係止するための固定ピン538を有してなる。そして、上記電力変換装置1では、上記プレート部51とばね材55との間に形成される空間に半導体積層ユニット2を組み込んである。   The pair of frames 53 are arranged to stand upright on the plate portion 51 so as to face each other with a gap slightly larger than the size of the semiconductor multilayer unit 2 in the longitudinal direction. Each frame 53 includes a fixing pin 538 for locking the end of the spring material 55 passed between the pair of frames 53. And in the said power converter device 1, the semiconductor lamination | stacking unit 2 is integrated in the space formed between the said plate part 51 and the spring material 55. FIG.

ここで、上記プレート部51には、図1に示すごとく、上記一対のヘッダ部41、42に連通する冷媒流路511、512を形成してある。そして、上記一対のフレーム53の間隙に上記半導体積層ユニット2を挿入して組み付けた際、冷媒流路511、512が各ヘッダ部41、42と連通するようにしてある。   Here, as shown in FIG. 1, refrigerant flow paths 511 and 512 communicating with the pair of header portions 41 and 42 are formed in the plate portion 51. When the semiconductor laminated unit 2 is inserted and assembled in the gap between the pair of frames 53, the refrigerant flow paths 511 and 512 communicate with the header portions 41 and 42, respectively.

なお、本例では、半導体積層ユニット2の積層方向の他方の端面は、上記プレート部51の表面に接合してある。   In the present example, the other end surface in the stacking direction of the semiconductor stacked unit 2 is bonded to the surface of the plate portion 51.

本例の電力変換装置1では、同図に示すごとく、上記半導体積層ユニット2と上記ばね材55との間に、鉄鋼材料等を用いてなる強度部材である挟圧プレート550を配設してある。すなわち、半導体積層ユニット2の積層方向の端面をなす冷却チューブ20の扁平表面210に対して、挟圧プレート550が当接するようにしてある。   In the power conversion apparatus 1 of this example, as shown in the figure, a clamping plate 550 that is a strength member made of a steel material or the like is disposed between the semiconductor laminated unit 2 and the spring material 55. is there. That is, the pinching plate 550 is in contact with the flat surface 210 of the cooling tube 20 that forms the end surface in the stacking direction of the semiconductor stacked unit 2.

そのため、本例の電力変換装置1では、上記挟圧プレート550を介設することにより、上記扁平表面210に対して上記ばね材55の弾性変形による押圧力を均等に近く分配して作用できるのである。   Therefore, in the power conversion device 1 of this example, the pressing force due to the elastic deformation of the spring material 55 can be distributed evenly to the flat surface 210 by using the pinching plate 550, so that the pressing force can be distributed. is there.

なお、本例の電力変換装置1では、上記ばね材55のばね定数を適宜、変更することにより、半導体積層ユニット2を積層方向に加圧する荷重を調節することができる。   In the power conversion device 1 of this example, the load for pressing the semiconductor stacked unit 2 in the stacking direction can be adjusted by appropriately changing the spring constant of the spring material 55.

上記のように、本例の電力変換装置1においては、半導体積層ユニット2に対して積層方向の荷重を作用することにより、冷却チューブ20と半導体モジュール10との間に適切な当接荷重を作用できる。そして、冷却チューブ20と半導体モジュール10との間で接触面積を確保できると共に、両者間の熱伝導を促進することができる。   As described above, in the power conversion device 1 of this example, an appropriate contact load is applied between the cooling tube 20 and the semiconductor module 10 by applying a load in the stacking direction to the semiconductor stacked unit 2. it can. And while being able to ensure a contact area between the cooling tube 20 and the semiconductor module 10, heat conduction between both can be promoted.

そのため、本例の電力変換装置1では、半導体モジュール10と冷却チューブ20との間の熱の移動を促進でき、半導体モジュール10を効率良く冷却することができる。   Therefore, in the power conversion device 1 of this example, the movement of heat between the semiconductor module 10 and the cooling tube 20 can be promoted, and the semiconductor module 10 can be efficiently cooled.

特に、本例の電力変換装置2では、半導体モジュール10の両面側に冷却チューブ20が当接しているため、該半導体モジュール10を冷却する性能が非常に高い。   In particular, in the power conversion device 2 of this example, since the cooling tubes 20 are in contact with both sides of the semiconductor module 10, the performance of cooling the semiconductor module 10 is very high.

また、上記のごとく、本例の電力変換装置1においては、半導体モジュール10の電力端子150が半導体冷却ユニット2の表面側に突出すると共に、制御端子160が裏面側に突出するように構成してある。   Further, as described above, in the power conversion device 1 of this example, the power terminal 150 of the semiconductor module 10 is configured to protrude to the front surface side of the semiconductor cooling unit 2 and the control terminal 160 to protrude to the back surface side. is there.

そのため、この電力変換装置1では、各半導体モジュール10の電力端子150を結線するための電力バスバー(図示略)を半導体積層ユニット2の上記表面側に配設することにより、電力信号線の効率的な取り回しが可能となる。そして、上記電力変換装置1の上記裏面側においては、上記制御端子160に接続すべき信号用配線等の効率的な取り回しが可能であり、さらには、上記信号用配線を形成するプリント基板等を直接的に配設することもできる。   Therefore, in this power conversion device 1, power bus bars (not shown) for connecting the power terminals 150 of the respective semiconductor modules 10 are arranged on the surface side of the semiconductor stacked unit 2, thereby efficiently using the power signal lines. Can be managed easily. And on the back surface side of the power converter 1, efficient wiring such as signal wiring to be connected to the control terminal 160 is possible. Furthermore, a printed circuit board or the like on which the signal wiring is formed is provided. It can also be arranged directly.

以上のように、本例の電力変換装置1を構成する半導体積層ユニット2では、隣り合って積層された冷却チューブ20の間隙にベローズ状のヘッダ管400を配設してある。そして、このヘッダ管400を介して各冷却チューブ20を相互に連結し、上記ヘッダ部41、42を形成してある。   As described above, in the semiconductor laminated unit 2 constituting the power conversion device 1 of this example, the bellows-like header pipe 400 is disposed in the gap between the cooling tubes 20 laminated adjacent to each other. The cooling tubes 20 are connected to each other through the header pipe 400 to form the header portions 41 and 42.

そのため、この半導体積層ユニット2では、冷却チューブ20の長手方向の端部290のさらに外側に別途、冷媒ヘッダを形成するタンク等を配設する必要がない。それ故、上記半導体積層ユニット2における長手方向の寸法を小型に構成することができる。   Therefore, in this semiconductor laminated unit 2, it is not necessary to separately provide a tank or the like for forming a refrigerant header outside the end 290 in the longitudinal direction of the cooling tube 20. Therefore, the size in the longitudinal direction of the semiconductor laminated unit 2 can be reduced.

さらに、上記冷却チューブ20の端部290は、冷却チューブ20の内周側に収容する嵌入部230と、冷却チューブ20の長手方向の端面291に当接するフランジ部235とからなる封止部材23を接合して封止するように構成してある。   Further, the end portion 290 of the cooling tube 20 includes a sealing member 23 including a fitting portion 230 accommodated on the inner peripheral side of the cooling tube 20 and a flange portion 235 that abuts on the end surface 291 in the longitudinal direction of the cooling tube 20. It is configured to be joined and sealed.

該封止部材23によれば、上記冷却チューブ20の外周側に覆い被せるように接合するオーバーキャップ(図13)等と比べて、上記冷却チューブ20の端部290がその幅方向に大きくなることを抑制することができる。   According to the sealing member 23, the end portion 290 of the cooling tube 20 is larger in the width direction than an overcap (FIG. 13) or the like joined so as to cover the outer peripheral side of the cooling tube 20. Can be suppressed.

また、本例の封止部材23では、上記のごとく、冷却チューブ20の内部に嵌入した上記嵌入部230に対して、ベローズ管400の外周部が積層方向に重合する状態でベローズ管400を配設してある。そのため、本例の半導体冷却ユニット2では、冷却チューブ20の端部290の長さを抑制することができる。   Further, in the sealing member 23 of the present example, the bellows tube 400 is arranged in a state in which the outer peripheral portion of the bellows tube 400 is overlapped in the stacking direction with respect to the fitting portion 230 fitted into the cooling tube 20 as described above. It is set up. Therefore, in the semiconductor cooling unit 2 of this example, the length of the end portion 290 of the cooling tube 20 can be suppressed.

さらに、本例の封止部材23では、嵌入部230における冷却チューブ20の長手方向の内方に面する先端面231と、嵌入部230の長手方向に略平行な外周面と、フランジ部235における冷却チューブ20側の端面とよりなる3面の接合面を利用して、冷却チューブ20にろう付け接合することができる。   Furthermore, in the sealing member 23 of this example, the front end surface 231 facing the inner side in the longitudinal direction of the cooling tube 20 in the insertion portion 230, the outer peripheral surface substantially parallel to the longitudinal direction of the insertion portion 230, and the flange portion 235 It is possible to braze and join the cooling tube 20 by using three joint surfaces formed by the end surface on the cooling tube 20 side.

そのため、冷却チューブ20と封止部材23との間の間隙は、上記の3面の接合面によりシールでき、冷却チューブ20の内部の機密性を信頼性高く実現することができる。また、上記の3面の接合面を利用して接合した封止部材23は、高い接合強度を呈し、長期間に渡る使用に際してもシール漏れ等のトラブルを生じるおそれが少ない。   Therefore, the gap between the cooling tube 20 and the sealing member 23 can be sealed by the three joint surfaces, and the confidentiality inside the cooling tube 20 can be realized with high reliability. Further, the sealing member 23 bonded using the above-described three bonded surfaces exhibits a high bonding strength and is less likely to cause trouble such as seal leakage even when used for a long period of time.

なお、図8に示すごとく、本例の封止部材23からフランジ部235(図5)を省略して嵌入部230のみにより構成することもできる。   In addition, as shown in FIG. 8, the flange part 235 (FIG. 5) can be abbreviate | omitted from the sealing member 23 of this example, and it can also be comprised only by the insertion part 230. FIG.

この場合には、上記嵌入部230のみからなる封止部材23の全体を上記冷却チューブ20の内側に収容することで、冷却チューブ20の長手方向の寸法変化をほとんどなくすことができる。   In this case, by accommodating the entire sealing member 23 including only the fitting portion 230 inside the cooling tube 20, the dimensional change in the longitudinal direction of the cooling tube 20 can be almost eliminated.

実施例1における、電力変換装置の一部を示す斜視図。The perspective view which shows a part of power converter device in Example 1. FIG. 実施例1における、半導体積層ユニットを示す正面図。FIG. 3 is a front view showing a semiconductor stacked unit in the first embodiment. 実施例1における、半導体モジュールを示す上面図。FIG. 3 is a top view illustrating the semiconductor module according to the first embodiment. 実施例1における、半導体モジュールの断面構造を示す断面図(図3におけるC−C線矢視断面図。)。Sectional drawing which shows the cross-sectional structure of the semiconductor module in Example 1 (CC sectional view taken on the line in FIG. 3). 実施例1における、冷却チューブに対する封止部材の取り付け構造を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory view showing a structure for attaching a sealing member to a cooling tube in the first embodiment. 実施例1における、半導体積層ユニットにおける冷却チューブの端部を示す拡大断面図(図2におけるA−A線矢視断面図。)。The expanded sectional view which shows the edge part of the cooling tube in the semiconductor lamination unit in Example 1 (AA sectional view taken on the line AA in FIG. 2). 実施例1における、半導体積層ユニットにおける冷却チューブの端部を示す拡大図(図2におけるB部分の拡大図。)。The enlarged view which shows the edge part of the cooling tube in the semiconductor lamination unit in Example 1 (enlarged view of the B section in FIG. 2). 実施例1における、その他の冷却チューブに対する封止部材の取り付け構造を示す説明図。Explanatory drawing which shows the attachment structure of the sealing member with respect to the other cooling tube in Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 電力変換装置
10 半導体モジュール
11 IGBT素子
12 フライホイールダイオード素子
2 半導体積層ユニット
20 冷却チューブ
210 扁平表面
290 端部
291 端面
23 封止部材
230 嵌入部
235 フランジ部
41、42 ヘッダ部
400 ヘッダ管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power converter 10 Semiconductor module 11 IGBT element 12 Flywheel diode element 2 Semiconductor laminated unit 20 Cooling tube 210 Flat surface 290 End part 291 End surface 23 Sealing member 230 Insertion part 235 Flange part 41, 42 Header part 400 Header pipe

Claims (2)

アルミ合金材料よりなる冷媒の流路をなす管形状の冷却チューブと、電力変換回路を構成する半導体モジュールとを交互に積層してなる半導体積層ユニットを有してなり、
上記半導体積層ユニットは、隣り合う冷却チューブの間に2つの半導体モジュールを並列配置していると共に、積層方向の一方の端面から上記冷却チューブの長手方向中央部に1つのばね材の押圧力が付与されるものであって、上記半導体積層ユニットと上記ばね材との間に鉄鋼材料よりなる挟圧プレートを上記2つの半導体モジュールに対向するように介設することにより上記ばね材の押圧力を均等に分配していることを特徴とする電力変換装置。
It has a semiconductor laminated unit formed by alternately laminating a tube-shaped cooling tube that forms a refrigerant flow path made of an aluminum alloy material and a semiconductor module that constitutes a power conversion circuit,
The semiconductor laminate unit, together are arranged in parallel two semiconductor modules between adjacent cooling tubes, the pressing force of one spring member from one end face of the stacking direction to the longitudinal direction central portion of the cooling tube The pressing force of the spring material is provided by interposing a clamping plate made of a steel material between the semiconductor laminated unit and the spring material so as to face the two semiconductor modules. A power converter characterized by being evenly distributed .
請求項1において、上記ばね材は、その端部が上記半導体積層ユニットが固定されるフレームに設けられた一対の固定ピンに係止していることを特徴とする電力変換装置。 2. The power conversion device according to claim 1, wherein an end portion of the spring material is engaged with a pair of fixing pins provided on a frame to which the semiconductor laminated unit is fixed.
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