JP5135420B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、例えばモータ等に電力を供給する電力変換装置を提供する技術に関する。   The present invention relates to a technique for providing a power converter that supplies power to, for example, a motor.

電力変換装置では、電力変換を行っているIGBTやダイオード等を含むパワー素子半導体素子が、通常、多量の熱を発するために、フィンを有する放熱部にファンによる吸気、排気を用いた強制空冷による放熱を行っている。   In a power conversion device, a power element semiconductor element including an IGBT or a diode that performs power conversion normally generates a large amount of heat, and therefore, by means of forced air cooling using air intake and exhaust by a fan in a heat dissipation part having fins. Dissipates heat.

しかしながら、前記ファン、放熱部で充分な放熱が出来ず、筐体内部の温度が上昇し、前記パワー素子半導体素子以外の素子の温度上昇を招くことがある。   However, sufficient heat dissipation cannot be performed by the fan and the heat radiating section, and the temperature inside the casing rises, which may cause the temperature of elements other than the power element semiconductor element to increase.

特に、CPU等の制御用の半導体素子は、正常な動作を保証する温度(以下、動作保証温度)がパワー素子半導体等に比較しても低く、高温になると、その耐久寿命を縮めたり、温度上昇に伴い熱暴走等で、正常な制御が出来なくなる場合もある。   In particular, control semiconductor elements such as CPUs have a temperature that guarantees normal operation (hereinafter referred to as operation guarantee temperature) is lower than that of power element semiconductors. In some cases, normal control may not be possible due to thermal runaway or the like.

一般的に、半導体素子は約150℃を超えると破壊されると言われており、前記CPU等の半導体素子についても、効率良く放熱する工夫があり、例えば、特許文献1に開示されている。   In general, it is said that a semiconductor element is destroyed when it exceeds about 150 ° C., and there is a device for efficiently dissipating the semiconductor element such as the CPU, which is disclosed in Patent Document 1, for example.

特許文献1では、電力用半導体装置を冷却する冷却ファンの冷却作用により、電力用半導体装置以外の低温使用品も冷却する技術を開示している。   Patent Document 1 discloses a technique for cooling a low-temperature-use product other than the power semiconductor device by a cooling action of a cooling fan that cools the power semiconductor device.

特開平7-95771号公報JP 7-95771 A

しかしながら、前記特許文献1に記載の技術では、電力用半導体装置やパワー素子半導体以外の低温使用品やCPU等も冷却ファンによって強制空冷するものの、装置全体が複雑な構成となるとともに、装置自体の大型化を招く構成となっている。例えば、電力用半導体装置と、低温使用品を仕切板を用いて、筐体内で別々に配置したり、各々を強制空冷する空気流通路を設ける為の空間を設けており、装置が大型となっている。   However, in the technique described in Patent Document 1, although the low-temperature product and CPU other than the power semiconductor device and the power element semiconductor are forcibly air-cooled by the cooling fan, the entire device has a complicated configuration, and the device itself It has a configuration that leads to an increase in size. For example, power semiconductor devices and low-temperature products are arranged separately in the housing using partition plates, and spaces are provided to provide air flow passages for forced air cooling of each, resulting in a large device. ing.

従って、本発明の課題は、装置の小型化も考慮しつつ、装置、筐体内部の放熱を行うことである。   Accordingly, an object of the present invention is to radiate heat inside the apparatus and the housing while taking into consideration the miniaturization of the apparatus.

本発明は、上記課題を以下のようにして、解決するものである。   The present invention solves the above problem as follows.

ベースと、前記ベースを覆う筐体と、前記ベース上であって、前記ベースと前記筐体の間に配置されたパワー半導体素子と、前記ベースと前記筐体の間に配置された回路基板と、前記回路基板上であって、前記筐体と前記回路基板の間に配置されたMCU又はCPUと、前記パワー半導体が配置されている面の裏面側に配置された高さが50mmのフィンと、前記筐体に接続されているとともに、前記ベースと筐体により形成される空間の一端側から吸引された空気であって、前記パワー半導体素子を冷却した空気及び前記回路基板と前記筐体との間に形成される空間の一端側から吸引され、前記MCU又はCPUを冷却した空気を前記フィンの吸気面にガイドするガイド部と、前記フィンの吸気面と対向する側の排気面側であって、前記ベースの前記パワー半導体が配置された面の裏面に配置されたファンと、を備えるという構成をとる。   A base, a housing covering the base, a power semiconductor element disposed on the base and between the base and the housing, and a circuit board disposed between the base and the housing An MCU or CPU disposed on the circuit board between the housing and the circuit board; a fin having a height of 50 mm disposed on the back side of the surface on which the power semiconductor is disposed; Air that is connected to the housing and is sucked from one end side of a space formed by the base and the housing, the air that has cooled the power semiconductor element, the circuit board, and the housing A guide portion that guides air that has been sucked from one end side of the space formed between the two sides and cooled the MCU or CPU to the intake surface of the fin, and an exhaust surface side that faces the intake surface of the fin. And Taking of said fan power semiconductor is arranged on the back surface of the disposed surface, a structure that comprises a.

本発明によれば、装置内部に配置された電子部品、または放熱部の温度上昇の低減対策ついて、改善を図ることが出来る。また、装置の小型化を図ることも可能である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, improvement can be aimed at about the reduction countermeasure of the temperature rise of the electronic component arrange | positioned inside an apparatus, or a thermal radiation part. It is also possible to reduce the size of the apparatus.

本発明の実施例の概念図である。It is a conceptual diagram of the Example of this invention. 本発明の実施例(側面図)である。It is an Example (side view) of this invention. 本発明の実施例(奥行き方向から見た図)である。It is the Example (the figure seen from the depth direction) of this invention. (a)高風量タイプ冷却ファンを用い、ガイド部の丈長さを変更させた場合のシミュレーションによる特性図である。 (b)静穏化タイプ冷却ファンを用い、冷却フィンとガイド部の丈長さを変更させた場合のシミュレーションによる特性図である。(A) It is a characteristic view by simulation at the time of changing the length of a guide part using a high air volume type cooling fan. (B) It is a characteristic view by simulation at the time of changing the length of a cooling fin and a guide part using a calming type cooling fan. 静穏化タイプ冷却ファンを用い、冷却フィンとガイド部との隙間距離を変更させた場合のシミュレーションによる特性図である。It is a characteristic view by simulation at the time of changing the clearance gap between a cooling fin and a guide part using a calming type cooling fan. 静穏化タイプ冷却ファンを用い、冷却フィンとガイド部との隙間距離を変更させた場合の別のシミュレーションによる特性図である。It is a characteristic view by another simulation at the time of changing the clearance gap between a cooling fin and a guide part using a calming type cooling fan. 従来装置と本発明装置との実機比較表である。It is an actual machine comparison table between the conventional apparatus and the present invention apparatus. 本発明の別の実施例である。It is another Example of this invention.

図1に本発明による実施例の概念図であり、設備の壁等の取付け面に電力変換装置を取付けた状態で、側面から見た側面図を示している。また、図2は、製品にて実施した場合の実施例の側面図を示す。(但し、図2の左向きが実際に取付けられた場合の上方となる。)
図1において、電力変換装置は、放熱部4、冷却ファン5、封止材7、IGBTやダイオード等パワー素子半導体8、金属基板9、装置のケース(筐体)10、装置に内蔵された基板11、放熱部4のベース20、放熱部4の放熱に供するフィン21、MCU(Micro Controla Unitと称し、CPUの半導体チップ等を含む)等半導体22を有している。一般的には、発熱の多い半導体素子、基板としては、前記パワー素子半導体8が相当し、発熱の比較的少ない半導体素子、基板は、前記MCU(Micro Controla Unitと称し、CPUの半導体チップ等を含む)等半導体22とされており、以下でも、それに基づいて説明する。
FIG. 1 is a conceptual diagram of an embodiment according to the present invention, and shows a side view as viewed from the side in a state where a power conversion device is attached to an attachment surface such as a wall of equipment. Moreover, FIG. 2 shows the side view of the Example at the time of implementing with a product. (However, the left direction in FIG. 2 is the upper side when it is actually attached.)
In FIG. 1, the power conversion device includes a heat radiating portion 4, a cooling fan 5, a sealing material 7, a power element semiconductor 8 such as an IGBT or a diode, a metal substrate 9, a device case (housing) 10, and a substrate built in the device. 11, a base 20 of the heat radiating unit 4, fins 21 for radiating heat from the heat radiating unit 4, and a semiconductor 22 such as MCU (referred to as a Micro Controla Unit, including a semiconductor chip of a CPU). In general, the power element semiconductor 8 corresponds to a semiconductor element or substrate that generates a large amount of heat. The semiconductor element or substrate that generates a relatively small amount of heat is referred to as the MCU (Micro Controla Unit), which is a semiconductor chip of a CPU or the like. In the following, description will be made based on this.

筐体10には、パワー素子半導体8の上を通過して、パワー素子半導体8の熱を冷却するような空気の流れを発生させる様な空気の取り込みを可能とするガイド部19がついている。   The housing 10 is provided with a guide portion 19 that allows air to be taken in so as to generate an air flow that passes over the power element semiconductor 8 and cools the heat of the power element semiconductor 8.

まず、放熱部4は、ベース20、フィン21にて構成される(図3にて、別の角度から見た構成図を示す)。ベース20は、発熱体から熱の伝導を受ける部分であり、フィン21は、ベース20から熱伝導を受け、周囲雰囲気空気に熱伝達して放熱するものである。   First, the heat radiating part 4 is composed of a base 20 and fins 21 (shown in FIG. 3 is a structural view seen from another angle). The base 20 is a portion that receives heat conduction from the heating element, and the fins 21 receive heat conduction from the base 20 and transfer heat to the ambient atmosphere to dissipate heat.

次に、IGBTやダイオード等パワー素子半導体8は、金属基板9の上に搭載され、一般的には、封止材(レジン材)7で、封止される。   Next, a power element semiconductor 8 such as an IGBT or a diode is mounted on a metal substrate 9 and is generally sealed with a sealing material (resin material) 7.

前記電力変換装置では、IGBTやダイオード等パワー素子半導体8において、変換ロスなどによって、発生した熱の大部分は、放熱部4のベース20に熱伝導される。   In the power converter, in the power element semiconductor 8 such as IGBT or diode, most of the generated heat is thermally conducted to the base 20 of the heat radiating unit 4 due to conversion loss or the like.

放熱部4では図1に示す吸気面から吸気された周辺雰囲気中の空気等の気体を、排気面に設けられた冷却ファン5によって、周辺雰囲気中へ排気される。前記吸気された空気等の気体がフィン21を通過する際に、放熱部4のフィン21等に伝導されていた熱を、前記吸気された気体が奪い取り、周辺雰囲気中に排気することで、放熱部4の放熱が行われる。   In the heat radiating unit 4, a gas such as air in the ambient atmosphere sucked from the intake surface shown in FIG. 1 is exhausted into the ambient atmosphere by the cooling fan 5 provided on the exhaust surface. When the gas such as the sucked air passes through the fins 21, the heat conducted to the fins 21 and the like of the heat radiating portion 4 is taken away by the sucked gas and exhausted into the surrounding atmosphere, thereby radiating heat. The part 4 is dissipated.

一方、パワー素子半導体8等から、筐体内部に向かって発した熱は、図1に示すように筐体10に設けられたガイド部19によって、冷却ファン5により発生する風の一部を利用して、強制空冷されることになる。   On the other hand, the heat generated from the power element semiconductor 8 or the like toward the inside of the housing uses part of the wind generated by the cooling fan 5 by the guide portion 19 provided in the housing 10 as shown in FIG. Then, forced air cooling is performed.

本実施例では、図1に示すように同一の筐体内にパワー素子半導体8を含む基板とMCU等半導体22を含む基板を配置することで、装置の小型化を図っている。   In this embodiment, as shown in FIG. 1, the apparatus is miniaturized by arranging a substrate including the power element semiconductor 8 and a substrate including the semiconductor 22 such as MCU in the same casing.

しかしながら、パワー素子半導体8は、相当量の熱を発するので、前記強制空冷の際に、パワー素子半導体8で熱せられた気体がMCU等半導体22を含む基板に流れ込むと、温めることとなって、結果的に、MCU等半導体22の温度上昇を招くことなる。   However, since the power element semiconductor 8 generates a considerable amount of heat, when the gas heated by the power element semiconductor 8 flows into the substrate including the semiconductor 22 such as MCU during the forced air cooling, the power element semiconductor 8 is heated. As a result, the temperature of the semiconductor 22 such as MCU is increased.

従って、実装上で許される範囲で、パワー素子半導体8を含む基板をMCU等半導体22を含む基板を離して配置する。そして、パワー素子半導体8を含む基板の位置をMCU等半導体22を含む基板よりも、強制空冷の際の気体の流れとしては、所謂風下となるようにする。そのために、図1に示すように、パワー素子半導体8を含む基板をMCU等半導体22を含む基板よりも、より放熱部4の吸気面に近い位置に配置するようにする。   Therefore, the substrate including the power element semiconductor 8 is disposed apart from the substrate including the MCU or other semiconductor 22 within a range allowed for mounting. Then, the position of the substrate including the power element semiconductor 8 is made so-called leeward as the gas flow during forced air cooling than the substrate including the semiconductor 22 such as the MCU. Therefore, as shown in FIG. 1, the substrate including the power element semiconductor 8 is disposed closer to the intake surface of the heat radiating portion 4 than the substrate including the semiconductor 22 such as MCU.

この配置によって、パワー素子半導体8で熱せられた気体がMCU等半導体22を含む基板に流れ込み、温度上昇させることを防止する。   With this arrangement, the gas heated by the power element semiconductor 8 is prevented from flowing into the substrate including the semiconductor 22 such as the MCU and increasing the temperature.

なお、前記配置については、各々の基板位置に限定されるものでなく、基板上でも、パワー素子半導体8自体を吸気面により近い位置に配置するように工夫するものであっても良い。   The arrangement is not limited to the position of each substrate, and the power element semiconductor 8 itself may be devised so as to be located closer to the intake surface even on the substrate.

次に、図3に放熱部4の製品での奥行き方向に見た図を示す。   Next, the figure seen in the depth direction in the product of the thermal radiation part 4 in FIG. 3 is shown.

図3に示すように放熱部4は、ベース20とフィン21を有しており、このフィン21を吸気面から吸気された気体が通過する。   As shown in FIG. 3, the heat radiating portion 4 has a base 20 and fins 21, and gas sucked from the intake surface passes through the fins 21.

なお、後述する放熱部4の高さHは、図3に示すようにフィン21のベース20への取付け位置迄の長さとする。   In addition, the height H of the heat radiating part 4 to be described later is the length to the position where the fins 21 are attached to the base 20 as shown in FIG.

ここで、図1の実施例における放熱部とガイド部の重なる丈の長さについて、シミュレーションにより検証した結果について、図4に示す。図4には放熱部4上の温度、封止材7上の温度、MCU22(CPUの半導体チップ等を含む)上の温度を示す。なお、パワー素子半導体8は、封止材7によって、封止されるので、測定される温度も封止材7の温度となる。従って、以下では、パワー素子半導体8の温度に代わり、封止材7の温度にて説明する。   Here, FIG. 4 shows the result of verification by simulation about the length of the overlapping length of the heat radiating portion and the guide portion in the embodiment of FIG. FIG. 4 shows the temperature on the heat radiation part 4, the temperature on the sealing material 7, and the temperature on the MCU 22 (including the CPU semiconductor chip and the like). Since the power element semiconductor 8 is sealed with the sealing material 7, the measured temperature is also the temperature of the sealing material 7. Therefore, hereinafter, the temperature of the encapsulant 7 will be described instead of the temperature of the power element semiconductor 8.

まず、図4(a)のシミュレーションの条件は、以下である。   First, the simulation conditions in FIG. 4 (a) are as follows.

(ア)周囲温度を35℃
(イ)シミュレーション温度は、放熱部14上の温度、封止材16上の温度、MCU22上の温度とした。
(A) Ambient temperature is 35 ° C
(A) The simulation temperature was the temperature on the heat radiating portion 14, the temperature on the sealing material 16, and the temperature on the MCU 22.

(ウ)放熱部とガイド部の隙間の距離を10mmに一定とする。   (C) The distance between the heat radiation part and the guide part is constant at 10 mm.

(エ)放熱部とガイド部の重なる丈の長さを変化させてシミュレーション実施。   (D) Simulation was performed by changing the length of the overlapping length of the heat radiation part and the guide part.

(オ)使用する冷却ファンは、一般的に高風量タイプと呼ばれるものである。   (E) The cooling fan to be used is generally called a high air flow type.

図4(a)において、縦軸は、放熱部、MCUおよび封止材の温度で、横軸が放熱部とガイド部の重なる丈の長さを示す。また、放熱部の高さは50mmである。   In FIG. 4 (a), the vertical axis represents the temperature of the heat radiating part, the MCU and the sealing material, and the horizontal axis represents the length of the overlapping length of the heat radiating part and the guide part. The height of the heat radiating part is 50 mm.

なお、前記(オ)で、高風量タイプのファンとは、産業用製品で用いられるものであり、冷却ファンの音が大きくともその音の大きさが問題とならない環境で使用されるタイプのものである。   In the above (e), the high air volume type fan is used for industrial products, and is a type used in an environment where the loudness of the cooling fan does not matter even if the noise is loud. It is.

また、図4(b)は、前記図4(a)と同様のシミュレーションにおいて、条件(オ)での使用する冷却ファンを一般的に静穏化タイプと呼ばれるものとした。   In FIG. 4B, in the same simulation as FIG. 4A, the cooling fan used under the condition (e) is generally called a calming type.

静穏化タイプとは、オフィスや家庭などで使用される製品で用いられるもので、冷却ファンの音が大きい場合には、人の聴覚上、不快を伴うなどの問題が生じるため、静穏化が必要とされる場合に用いられるタイプのものである。   Quiet type is used in products used in offices and homes, etc. If the noise of the cooling fan is loud, it causes problems such as unpleasantness in human hearing, so calming is necessary. This is the type used when

図4(a)(b)からは、ガイド部が設けられるだけで、封止材上の温度が下がることがわかり、さらに、放熱部とガイド部の重なりの丈の長さが放熱部の長さと、ほぼ同じ長さになるまで、封止材上の温度は下がることを示している。しかしながら、ガイド部の丈が放熱部の長さよりも長くなると、封止材、放熱部、MCUの何れの温度も上昇している。このことから、ガイド部の丈は、放熱部の長さよりも長くすることは温度上昇には、効果の無いことが判る。   4 (a) and 4 (b), it can be seen that the temperature on the sealing material is lowered only by providing the guide portion, and the length of the overlap between the heat radiating portion and the guide portion is the length of the heat radiating portion. This indicates that the temperature on the encapsulant decreases until the length is substantially the same. However, when the length of the guide part becomes longer than the length of the heat radiating part, the temperatures of the sealing material, the heat radiating part, and the MCU all rise. From this, it can be seen that making the length of the guide portion longer than the length of the heat dissipation portion has no effect on temperature rise.

従って、これらの結果から、封止材上の温度上昇を低減するには、ガイド部の重なりの丈の長さを、先ず、放熱部の長さと、ほぼ同じ長さ迄とすべきであることが判る。従って、放熱部の高さに対し、ガイド部の丈の長さKは、以下の式1に示されるものとなる。   Therefore, from these results, in order to reduce the temperature rise on the sealing material, the length of the overlapping portion of the guide portion should first be approximately the same length as the length of the heat radiating portion. I understand. Therefore, the length K of the length of the guide portion with respect to the height of the heat radiating portion is expressed by the following formula 1.

K ≦ H (式1)
H:放熱部が有するフィンの高さ(フィン21のベース20への取付け位置迄の長さ:図3参照)
なお、図4(a)(b)の「開放」との記載は、ガイド部を設けないことを意味するものである。
K ≤ H (Formula 1)
H: Height of the fin of the heat dissipating part (length to the position where the fin 21 is attached to the base 20: see FIG. 3)
In addition, description of "open | release" of Fig.4 (a) (b) means not providing a guide part.

ところで、前述の様に、半導体素子は約150℃を超えると、一般的に破壊されると言われている。このことから、放熱部に搭載される半導体の温度が150℃を超えないようにするには、使用される環境の温度や、条件を考慮すべきであるが、放熱部の温度は、100℃を超えないようにすることが、好ましいといえる。   By the way, as mentioned above, it is said that a semiconductor element is generally destroyed when it exceeds about 150 ° C. Therefore, in order to prevent the temperature of the semiconductor mounted on the heat dissipation part from exceeding 150 ° C., the temperature and conditions of the environment in which it is used should be considered. It can be said that it is preferable not to exceed.

このことから、放熱部の温度が100℃を超えないようにするには、図4(b)から、ガイド部の丈を30mm以下とする必要があることが判る。これを一般的にすると、以下の式2に示されるものとなる。   From this, it can be seen from FIG. 4B that the length of the guide portion needs to be 30 mm or less so that the temperature of the heat radiating portion does not exceed 100 ° C. Generally speaking, this is expressed by the following formula 2.

K ≦ (3/5)*H (式2)
そして、従来の装置では、風の流れの下流側にあたる部分に配置された基板の上のMCUも、自然対流により流れる風と逆方向に風が流れることにより、封止材上より放熱される熱の影響を受けないために、温度上昇は、封止材上と同じように放熱部とガイド部の丈の長さが冷却フィンの長さと、ほぼ同じ長さになるまで、MCUの温度は下がることを示している。
K ≤ (3/5) * H (Formula 2)
In the conventional apparatus, the MCU on the substrate arranged on the downstream side of the wind flow is also radiated from the sealing material by the wind flowing in the direction opposite to the wind flowing by natural convection. As the temperature rises, the temperature of the MCU decreases until the length of the heat dissipating part and the guide part are substantially the same as the length of the cooling fin, as in the case of the sealing material. It is shown that.

次に、図5、図6に別のシミュレーション結果を示す。図5、図6のシミュレーションでは、図4から、以下のように、シミュレーション条件を変更している。それ以外は、図4と同様である。   Next, another simulation result is shown in FIGS. In the simulations of FIGS. 5 and 6, the simulation conditions are changed from FIG. 4 as follows. Other than that is the same as FIG.

(ウ)放熱部とガイド部の隙間の距離を変化させてシミュレーション実施。   (C) A simulation was performed by changing the distance between the heat radiation part and the guide part.

(エ)放熱部とガイド部の重なる丈の長さを15mmに一定とする。   (D) The length of the overlapping length of the heat radiating part and the guide part is made constant at 15 mm.

(オ)使用する冷却ファンは、一般的に静穏化タイプと呼ばれるものである。   (E) The cooling fan to be used is generally called a calming type.

図5、図6において、縦軸は、放熱部、MCUおよび封止材の温度で、横軸が放熱部とガイド部との隙間距離を示す。   5 and 6, the vertical axis represents the temperature of the heat radiating portion, the MCU and the sealing material, and the horizontal axis represents the gap distance between the heat radiating portion and the guide portion.

図5からは、放熱部とガイド部の間に隙間が設けられるだけで、封止材上やMCUの温度が下がることがわかり、5〜10mm以上になると、封止材上やMCUの温度上昇の低減効果は、大きく変わらないことがわかる。   From FIG. 5, it can be seen that the temperature on the sealing material and the MCU is lowered only by providing a gap between the heat radiating part and the guide part. It can be seen that the reduction effect is not significantly changed.

さらには、放熱部とガイド部の隙間の大きさが変っても、放熱部には、変化が少なく、ガイド部を設けることによっても、放熱部の放熱効果の低下が起きないことがわかる。   Furthermore, it can be seen that even if the size of the gap between the heat radiating portion and the guide portion changes, there is little change in the heat radiating portion, and even if the guide portion is provided, the heat radiating effect of the heat radiating portion does not decrease.

ファンによる放熱部の本来の放熱機能を保ち、また、発熱の多い基板、発熱の比較的少ない基板等の放熱の効果を得られるようにする一方で、装置の大型化を回避する点で、ガイド部の重複する部分の面積を制限する。また、隙間も無制限に大きくするのではなく、10mm程度とすることが好ましいと言える。   In order to maintain the original heat dissipation function of the heat dissipation part by the fan and to obtain the heat dissipation effect of the substrate with much heat generation or the substrate with relatively little heat generation, the guide is to avoid the enlargement of the device. Limit the area of overlapping parts. Moreover, it can be said that it is preferable that the gap is not limited to an unlimited size but is about 10 mm.

一方、図6を参照すると、放熱部とガイド部との間の隙間は、約2mmの値から放熱効果が生じていることがわかる。従って、放熱部とガイド部との間の隙間は、少なくとも約2mm以上とすることが必要であると言える。   On the other hand, referring to FIG. 6, it can be seen that the gap between the heat radiation portion and the guide portion has a heat radiation effect from a value of about 2 mm. Therefore, it can be said that the gap between the heat radiating portion and the guide portion needs to be at least about 2 mm or more.

さらに、図7に従来の装置と本実施例を基にした装置の実測比較を示す。本実施例のガイド部の丈を10mm、ガイド部との距離を10mmとして実測を行った。この結果より、放熱部の温度上昇を抑えながら、封止材は、従来比―9.5℃、MCUは、―14.9℃の温度上昇の低減を行っていることを確認した。MCUには、CPU等の比較的に動作保証温度の低い半導体素子などが搭載されているので、前記温度上昇の低減は、装置の安定な制御等に寄与出来るものとなる。   Further, FIG. 7 shows an actual measurement comparison between a conventional apparatus and an apparatus based on this embodiment. In this example, the length of the guide portion was 10 mm, and the distance from the guide portion was 10 mm. From this result, it was confirmed that the temperature rise of the sealing material was reduced by -9.5 ° C. and the temperature of the MCU was reduced by −14.9 ° C. while suppressing the temperature rise of the heat radiating portion. Since the MCU is equipped with a semiconductor element having a relatively low operation guaranteed temperature such as a CPU, the reduction in the temperature rise can contribute to stable control of the apparatus.

このようにMCUの温度上昇が大幅に低減されているのは、ガイド部を設けたことで、以下の働きが得られたものと考えられる。
(ア)熱源となる封止材の強制空冷によって、封止材の温度上昇が低減された。
(イ)封止材で温まった気体がMCUに向わなくなった。
(ウ)MCUの強制空冷も行われ、MCUの温度上昇が低減された。
The reason why the temperature rise of the MCU is greatly reduced in this way is considered to be due to the provision of the guide portion, which has the following effects.
(A) The temperature rise of the sealing material was reduced by forced air cooling of the sealing material as a heat source.
(A) Gas heated by the sealing material is no longer suitable for the MCU.
(C) Forced air cooling of the MCU was also performed, and the temperature rise of the MCU was reduced.

これらの効果をガイド部を設けるだけで、前記実施例は達成している。   The above-described embodiment is achieved only by providing a guide portion for these effects.

図8に、他の実施例を示す。   FIG. 8 shows another embodiment.

図8は、図2と同様の実施例であり、異なるのは、ガイド部19に斜部23を設け、封止材、MCU等半導体からの気体が吸気面に流れ易くしたものである。従って、斜部23を流体の流れ等に基づき、より流れ易くするように曲面とするものであってもよい。   FIG. 8 shows an embodiment similar to FIG. 2, except that an inclined portion 23 is provided in the guide portion 19 so that gas from a semiconductor such as a sealing material or MCU can easily flow to the intake surface. Therefore, the inclined portion 23 may be a curved surface based on the fluid flow or the like so as to make it easier to flow.

上記実施例のように、適当な放熱部とガイド部の重なり量や距離を持たせることにより、筐体の大きさが最適化され、かつ他に冷却を促進するための機器を取付けなくとも、筐体内部の温度上昇を防ぐことが出来る。   As in the above embodiment, by providing an appropriate amount of overlap and distance between the heat radiating part and the guide part, the size of the housing is optimized, and it is possible to install other equipment for promoting cooling, Temperature rise inside the housing can be prevented.

従って、特に小型の装置のように、他に冷却ファンを配置できない装置に好適であり、有用な温度上昇の低減効果を得ることが可能である。   Therefore, it is suitable for an apparatus in which no other cooling fan can be disposed, such as a particularly small apparatus, and a useful effect of reducing the temperature rise can be obtained.

なお、前記実施例では、電力変換装置の実施例の基づき説明を行った。しかしながら、これらに限定されるものではない。例えば、動作することによって、発する熱が小さい半導体素子、モジュール、基板等と、比較して、発する熱が大きい半導体素子、モジュール、基板等とを有する装置を実装する際に有用なものである。   In addition, in the said Example, it demonstrated based on the Example of a power converter device. However, it is not limited to these. For example, it is useful when mounting a device having a semiconductor element, a module, a substrate, or the like that generates a large amount of heat compared to a semiconductor element, module, or substrate that generates a large amount of heat.

この場合、本発明の実施例によれば、発する熱が小さい半導体素子、モジュール、基板等を第1の基板に実装し、一方、発する熱が大きい半導体素子、モジュール、基板等を第2の基板に実装するようにする。そして、第2の基板とは、第1の基板から、所定の長さだけ離した位置に固定する。こうすることで、発する熱の大きい半導体素子等からの熱の伝導を遮断出来るようにする。   In this case, according to the embodiment of the present invention, the semiconductor element, the module, the substrate, etc. that generate a small amount of heat are mounted on the first substrate, while the semiconductor element, the module, the substrate, etc. that generate a large amount of heat are mounted on the second substrate. To be implemented. The second substrate is fixed at a position separated from the first substrate by a predetermined length. In this way, heat conduction from a semiconductor element or the like that generates a large amount of heat can be cut off.

次に第2の基板をフィンを有する放熱部に固定し、この放熱部にファンを用いた強制空冷によって、第2の基板から発する熱を放熱させる。   Next, the second substrate is fixed to a heat radiating portion having fins, and heat generated from the second substrate is radiated by forced air cooling using a fan in the heat radiating portion.

さらに、前記第1の基板、第2の基板の周辺の気体を前記放熱部の吸気面に向わせる気体の流れを作るようなガイド部を筐体に設ける。このガイド部よって、ファンが動作すると、前記第1の基板、第2の基板も強制空冷することが可能となる。その結果、ファンを新たに設けることなく、前記第1の基板、第2の基板、筐体内部の温度上昇を低減出来ることとなる。なお、前記第2の基板を第1の基板の基板よりも強制空冷時に、風下となるように配置する。   Furthermore, a guide part is provided in the housing so as to create a gas flow for directing the gas around the first substrate and the second substrate toward the intake surface of the heat radiating unit. By this guide portion, when the fan operates, the first substrate and the second substrate can be forcedly cooled by air. As a result, the temperature rise in the first substrate, the second substrate, and the housing can be reduced without providing a new fan. Note that the second substrate is arranged to be leeward when forced air cooling is performed as compared with the substrate of the first substrate.

半導体の動作保証温度が比較的低い半導体や、CPU等の制御素子を前記第1の基板に搭載することで、より温度上昇の低減効果を得ることが可能となる。   By mounting a semiconductor having a relatively low guaranteed operating temperature of a semiconductor or a control element such as a CPU on the first substrate, it is possible to obtain a temperature rise reduction effect.

1…ダイオード3相ブリッジ回路、2…電流平滑用コンデンサ、3…インバータ回路(IGBT)、4…放熱部、5…冷却ファン、7…封止材(レジン材)、8…パワー半導体素子、9…金属基板、10…装置ケース(筐体)、11…装置内に内蔵された基板、19…ガイド部。20…ベース、21…フィン、22…MCU DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Diode three-phase bridge circuit, 2 ... Current smoothing capacitor, 3 ... Inverter circuit (IGBT), 4 ... Heat radiation part, 5 ... Cooling fan, 7 ... Sealing material (resin material), 8 ... Power semiconductor element, 9 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Metal substrate, 10 ... Apparatus case (casing), 11 ... Board | substrate incorporated in apparatus, 19 ... Guide part. 20 ... Base, 21 ... Fin, 22 ... MCU

Claims (2)

ベースと、
前記ベースを覆う筐体と、
前記ベース上であって、前記ベースと前記筐体の間に配置されたパワー半導体素子と、
前記ベースと前記筐体の間に配置された回路基板と、
前記回路基板上であって、前記筐体と前記回路基板の間に配置されたMCU又はCPUと、
前記パワー半導体が配置されている面の裏面側に配置された高さが50mmのフィンと、
前記筐体に接続されているとともに、
前記ベースと筐体により形成される空間の一端側から吸引された空気であって、前記パワー半導体素子を冷却した空気及び
前記回路基板と前記筐体との間に形成される空間の一端側から吸引され、前記MCU又はCPUを冷却した空気を前記フィンの吸気面にガイドするガイド部と、
前記フィンの吸気面と対向する側の排気面側であって、前記ベースの前記パワー半導体が配置された面の裏面に配置されたファンと、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
Base and
A housing covering the base;
A power semiconductor element disposed on the base and between the base and the housing;
A circuit board disposed between the base and the housing;
An MCU or CPU on the circuit board and disposed between the housing and the circuit board;
A fin having a height of 50 mm disposed on the back side of the surface on which the power semiconductor is disposed;
Connected to the housing,
Air sucked from one end side of a space formed by the base and the housing, from the one end side of the space formed between the air that has cooled the power semiconductor element and the circuit board and the housing. A guide portion that guides air sucked and cooled by the MCU or CPU to the intake surface of the fin;
A fan disposed on the back surface of the surface on which the power semiconductor of the base is disposed, on the exhaust surface side of the fin facing the intake surface;
A power conversion device comprising:
前記ガイド部と前記フィンの吸気面との隙間の大きさは、2mm以上とすることを特徴とする請求項1記載の電力変換装置。   The power converter according to claim 1, wherein a size of a gap between the guide portion and the intake surface of the fin is 2 mm or more.
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