JP5664472B2 - 電力変換装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体素子を内蔵すると共に該半導体素子を冷却するための冷媒流路を内部に設けた半導体モジュールを複数個積層して構成してなる電力変換装置に関する。
従来から、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載されるインバータ等の電力変換装置が知られている（特許文献１、２等参照）。
例えば、特許文献１には、図２８、図２９に示すごとく、半導体素子９２１を内蔵すると共にその半導体素子９２１を冷却するための冷媒流路９４を内部に設けた半導体モジュール９２を複数個積層して構成してなる電力変換装置９が開示されている。
この電力変換装置９における半導体モジュール９２は、半導体素子９２１と、該半導体素子９２１と熱的に接続された放熱板９２２と、該放熱板９２２の放熱面９２５を露出させた状態で半導体素子９２１及び放熱板９２２を封止する樹脂からなる封止部９２３と、該封止部９２３の周囲に形成された樹脂からなる壁部９２４とを有する。そして、壁部９２４と封止部９２３との間に冷媒流路９４を有する。
すなわち、半導体モジュール９２は、半導体素子９２１を放熱板９２２と共に樹脂モールドするとともに、その内部に冷媒流路９４となる空間を形成している。
また、電力変換装置９は、複数の半導体モジュール９２を放熱面９２５の法線方向に積層し、連結して構成されている。これにより、隣り合う半導体モジュール９２における放熱板９２２の放熱面９２５同士の間にも冷媒流路９４が形成される。
そして、冷媒流路９４に冷却媒体Ｗを流通させることにより、半導体素子９２１の冷却を行うことができる。
このように、電力変換装置９は、上記のごとく、複数の半導体モジュール９２を積層することによって、冷媒流路９４を備えた状態で構成されるため、別途冷却器を設ける必要がなくなる。これにより、電力変換装置９の構造簡素化、組付容易化、小型化を実現することができる。
特開２００６−１６５５３４号公報 特開２０１０−８７００２号公報
しかしながら、電力変換装置９が扱う被制御電力の大電流化、高電圧化、あるいは電力変換装置９の小型化、高密度化等の要請に伴い、半導体素子９２１やその半導体素子９２１に導通するパワー端子９２６、制御端子９２７等の発熱量が大きくなったり、放熱しにくくなったりするため、その冷却性能を向上させる必要が生じる場合がある。このような場合において、上記電力変換装置９の構成では、冷却性能が不十分となる場合もある。
具体的には、上記電力変換装置９において、半導体素子９２１と放熱板９２２と封止部９２３とから構成される半導体モールド部９１は、六つの面９１１〜９１６を有する直方体形状を呈している。そして、半導体素子９２１に導通する制御端子９２７とパワー端子９２６とをそれぞれ突出させた二つの面９１３、９１４を除いて、四つの面９１１、９１２、９１５、９１６が冷媒流路９４に面している。
すなわち、半導体モールド部９１は、発熱する制御端子９２７とパワー端子９２６とをそれぞれ突出させた二つの面９１３、９１４が冷媒流路９４に面しておらず、冷却媒体Ｗに接触しないため、冷却媒体Ｗによって直接的に冷却されない。そのため、十分な冷却性能が得られない場合には、半導体素子９２１等を含めた半導体モジュール９２の温度上昇等を招いてしまうおそれがある。
なお、上記特許文献２には、半導体モジュールの本体部と冷却ケースとの間に空隙を設けると共にその空隙に冷媒流路を形成し、直方体形状を呈する本体部の表面全体（六面）が冷媒流路を流れる冷却媒体に接触する電力変換装置が開示されている。
しかしながら、この電力変換装置は、上記特許文献１の電力変換装置とは異なり、半導体モジュールとは別に冷媒流路を形成するための冷却ケースが必要となるため、全体構造が複雑で大型となる。また、各半導体モジュールをそれぞれ冷却ケースに形成された開口部に挿入して配置しなければならないため、部品の組み付け性が悪い。また、半導体モジュールを冷却ケース内に精度良く配置することも非常に困難である。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、簡易な構成で冷却性能を向上させることができる電力変換装置を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールを複数個積層して構成してなる電力変換装置であって、
上記半導体モジュールは、上記半導体素子と、該半導体素子と熱的に接続された放熱板と、該放熱板の放熱面を露出させた状態で上記半導体素子及び上記放熱板を封止する封止部とから構成される半導体モールド部と、上記放熱面の法線方向に直交する方向における上記封止部の周囲に形成されると共に上記放熱面よりも上記法線方向に突出した壁部と、該壁部と上記封止部との間に形成された貫通冷媒流路とを有し、
上記半導体モールド部には、上記半導体素子に導通する複数のパワー端子及び複数の制御端子が上記法線方向に直交する方向に突出して設けられており、
複数の上記半導体モジュールは、上記放熱面の法線方向に積層されており、
積層方向の両端に配される上記半導体モジュールには、上記壁部における積層方向の外側の開口部を覆う蓋部が配設されており、
隣り合う上記半導体モジュールの間及び上記蓋部と上記半導体モジュールとの間であって上記壁部の内側には、上記貫通冷媒流路に連通すると共に上記放熱面に沿った沿面冷媒流路が形成されており、
上記貫通冷媒流路は、上記半導体モールド部を基準として、上記複数のパワー端子が突出している方向及び上記複数の制御端子が突出している方向の少なくとも一方における、上記壁部と上記封止部との間にのみ形成されていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
上記電力変換装置において、上記貫通冷媒流路は、半導体モールド部を基準として、少なくとも、複数のパワー端子が突出している方向及び複数の制御端子が突出している方向のいずれかに形成されている。そのため、貫通冷媒流路を流れる冷却媒体によって、半導体モジュールにおけるパワー端子や制御端子が突出している側を十分に冷却することができる。また、これに加えて、制御端子に接続され、その制御端子に近接して配置される回路基板等や、パワー端子の周辺に配置される電子部品等（例えば、平滑コンデンサ、コイル等）についても、貫通冷媒流路を有効活用し、該貫通冷媒流路に流れる冷却媒体によって効果的に冷却することができる。
また、上記半導体モールド部を基準として、上記法線方向における二方向に沿面冷媒流路が形成され、上記法線方向に直交する方向における少なくともパワー端子が突出している方向及び制御端子が突出している方向のいずれかに貫通冷媒流路が形成されている。そのため、半導体モールド部に内蔵された半導体素子は、両冷媒流路を流れる冷却媒体による放熱板及び封止部を介した熱交換によって効率よく冷却することができる。
これにより、半導体モジュール及びその周辺を含む電力変換装置全体としての冷却性能を向上させることができる。
また、上記半導体モジュールは、上記壁部及び上記貫通冷媒流路を備えている。そのため、上記電力変換装置は、複数の半導体モジュールを積層することにより、貫通冷媒流路及び沿面冷媒流路を備えた状態で、かつ、半導体モールド部が所定の方向において貫通冷媒流路及び沿面冷媒流路に接した状態で構成される。これにより、半導体モジュールとは別に冷媒流路を形成するための部品を必要とせず、また半導体モジュールを所定の位置に配置する等の作業も必要ない。その結果、電力変換装置の構造簡素化、組付容易化、小型化を実現することができる。
このように、簡易な構成で冷却性能を向上させることができる電力変換装置を提供することができる。
実施例１における、電力変換装置の斜視展開図。 実施例１における、電力変換装置の横断面説明図。 実施例１における、電力変換装置の縦断面説明図。 実施例１における、半導体モジュールの斜視図。 実施例１における、半導体モジュールの正面図。 実施例１における、電力変換装置の回路図。 実施例２における、半導体モジュールを示す正面図。 実施例２における、半導体モジュールの別構成例を示す正面図。 実施例２における、半導体モジュールの別構成例を示す正面図。 実施例３における、半導体モジュールを示す正面図。 実施例３における、半導体モジュールの別構成例を示す正面図。 実施例４における、半導体モジュールを示す正面図。 実施例４における、半導体モジュールを示す正面図。 実施例５における、半導体モジュールを示す正面図。 実施例５における、半導体モジュールの別構成例を示す正面図。 実施例６における、半導体モジュールを示す正面図。 実施例６における、半導体モジュールの別構成例を示す正面図。 参考例１における、電力変換装置の斜視展開図。 図１８のＡ−Ａ線矢視断面相当の電力変換装置の断面図。 参考例１における、半導体モジュールの斜視図。 参考例１における、半導体モジュールの正面図。 図２１のＢ−Ｂ線矢視断面図。 参考例１における、半導体モジュールの別構成例を示す正面図。 参考例１における、半導体モジュールの別構成例を示す正面図。 実施例７における、半導体モジュールを示す正面図。 実施例８における、半導体モジュールを示す正面図。 図２６のＣ−Ｃ線矢視断面図。 従来における、電力変換装置の断面図。 従来における、半導体モジュールの正面図。
上記電力変換装置において、上記複数の半導体モジュールの積層方向は、上記放熱面の法線方向と略平行であればよく、隣り合う半導体モジュールの上記半導体素子間に、上記放熱面に沿った上記沿面冷媒流路が形成される状態であればよい。
また、上記半導体モジュールにおける上記放熱板は、上記半導体素子と熱的に接続されている。ここで、熱的に接続されているとは、放熱板が半導体素子に対して直接的又は間接的に（熱伝導性を有する他の部材を介して）接しており、半導体素子の熱が放熱板に伝達される構成であることを示す。
また、上記放熱板は、上記半導体素子を両側から挟持する状態で配設されていることが好ましいが、上記半導体素子の一方の面側のみに配設されていてもよい。
また、上記半導体モールド部には、１又は複数の半導体素子を内蔵することができる。例えば、半導体モールド部に複数の半導体素子を内蔵した場合、それぞれの半導体素子に対して放熱板を配置する。このとき、半導体モールド部の表面において、放熱板と放熱板との間の位置に仕切部等を設け、沿面冷媒流路を流れる冷却媒体が効率よく放熱板の放熱面に接触する構成とすることができる。これにより、半導体モールド部に内蔵された半導体素子の冷却を効率よく行うことができる。
また、放熱板の放熱面に板状、ピン状のフィン等を設け、冷却媒体との接触面積を増やして冷却効率を高めたり、冷却媒体の流れを調整したりすることもできる。
また、上記封止部と上記壁部とは、樹脂によって一体的に成形することができる。この場合には、封止部、壁部、及びこれらの間に形成される貫通冷媒流路を容易に形成することができ、電力変換装置の構造簡素化、小型化、低コスト化を実現することができる。
そして、この場合、上記封止部の熱伝導率が低くなりやすいため、冷却媒体による半導体素子の冷却を効率的に行いにくくなるが、上記電力変換装置の構成を適用して伝熱面積を大きくすることにより、半導体素子を冷却しやすくすることができる。その結果、半導体素子の温度上昇を防ぎつつ、電力変換装置の構造簡素化、小型化、低コスト化を確実に実現することができる。
また、上記貫通冷媒流路は、上記半導体モールド部を基準として、少なくとも、上記複数のパワー端子が突出している方向及び上記複数の制御端子が突出している方向のいずれかに形成されている。すなわち、貫通冷媒流路は、パワー端子が突出している方向及び制御端子が突出している方向のいずれか一方又は両方に形成することができる。
また、上記パワー端子と上記制御端子とは、それぞれ別々の方向に突出させてもよいし、同じ方向に突出させてもよい。例えば、同じ方向に突出させた場合には、貫通冷媒流路は、その方向に形成されることになる。
また、上記貫通冷媒流路は、上記半導体モールド部を基準として、上記複数のパワー端子が突出している方向に必ず形成されている構成とすることができる（請求項２）。
すなわち、パワー端子は、大きな電流が流れるため、発熱が大きい。そのため、パワー端子が突出している方向に貫通冷媒流路を形成することにより、その発熱が大きいパワー端子を貫通冷媒流路に流れる冷却媒体によって十分に冷却することができる。また、これに加えて、パワー端子の周辺に配置される電子部品等（例えば、平滑コンデンサ、コイル等）についても、貫通冷媒流路を流れる冷却媒体によって効果的に冷却することができる。
また、上記複数のパワー端子は、上記半導体モールド部から上記貫通冷媒流路を介して上記壁部を貫通するように設けられている構成とすることができる（請求項３）。
この場合には、パワー端子の一部が貫通冷媒流路内に露出することになるため、貫通冷媒流路を流れる冷却媒体によってパワー端子を直接的に冷却することができる。これにより、パワー端子をより一層効果的に冷却することができる。また、貫通冷媒流路の流路面積を大きくすることが可能となるため、パワー端子の周辺に配置される電子部品等に対する冷却性能も高めることができる。
なお、パワー端子の一部を貫通冷媒流路内に露出させ、該貫通冷媒流路を流れる冷却媒体に直接接触させる場合には、パワー端子の電気的な絶縁性を確保するために、パワー端子の表面にセラミック皮膜、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）、アルマイト、熱伝導フィラー入り塗料（樹脂）等の絶縁被膜を施したり、絶縁性を有する冷却媒体、例えば、エアコン冷媒(ＨＦＣ，フロリナート等)や絶縁油等を用いたりすることができる。
また、上記複数のパワー端子は、上記貫通冷媒流路に露出する部分が絶縁材料からなるパワー端子被覆部により覆われている構成とすることができる（請求項４）
この場合には、パワー端子被覆部によってパワー端子における貫通冷媒流路に露出した部分の電気的な絶縁性を確保することができる。また、パワー端子被覆部を介してパワー端子を貫通冷媒流路に流れる冷却媒体によって冷却することができる。
また、上記複数のパワー端子は、該各パワー端子における上記貫通冷媒流路に露出する部分がそれぞれ上記パワー端子被覆部により覆われており、隣接する上記パワー端子の上記パワー端子被覆部同士の間には、上記貫通冷媒流路が形成されている構成とすることができる（請求項５）。
この場合には、パワー端子被覆部と貫通冷媒流路に流れる冷却媒体との接触面積を大きくすることができるため、パワー端子の冷却性能を高めることができる。
また、上記パワー端子被覆部は、上記法線方向における厚みが上記半導体モールド部よりも小さい構成とすることができる（請求項６）。
この場合には、半導体モールド部と貫通冷媒流路を流れる冷却媒体との間の接触面積を大きくすることができる。これにより、封止部を介した半導体素子と貫通冷媒流路を流れる冷却媒体との間の熱交換効率をさらに向上させることができる。
また、上記パワー端子被覆部は、樹脂によって形成することができる。例えば、上記封止部及び上記壁部を樹脂によって形成し、両者の間に配置される上記パワー端子被覆部を樹脂によって形成すれば、これらを同一の樹脂によって一体的に成形することが可能となる。この場合には、上記半導体モジュールの製造が容易になると共に、構造の簡素化を図ることができる。
また、上記貫通冷媒流路は、上記半導体モールド部を基準として、上記複数の制御端子が突出している方向に必ず形成されている構成とすることができる（請求項７）。
すなわち、制御端子は、パワー端子に比べて発熱は小さいが、制御端子が突出している方向に貫通冷媒流路を形成することにより、その制御端子を貫通冷媒流路に流れる冷却媒体によって十分に冷却することができる。また、これに加えて、制御端子が接続され、その制御端子の周辺に配置される回路基板等についても、貫通冷媒流路を流れる冷却媒体によって効果的に冷却することができる。
また、上記複数の制御端子は、上記半導体モールド部から上記貫通冷媒流路を介して上記壁部を貫通するように設けられている構成とすることができる（請求項８）。
この場合には、制御端子の一部が貫通冷媒流路内に露出することになるため、貫通冷媒流路を流れる冷却媒体によって制御端子を直接的に冷却することができる。これにより、制御端子をより一層効果的に冷却することができる。また、貫通冷媒流路の流路面積を広く取ることができるため、制御端子に接続される回路基板等に対する冷却性能も高めることができる。
なお、制御端子の一部を貫通冷媒流路内に露出させ、該貫通冷媒流路を流れる冷却媒体に直接接触させる場合には、制御端子の電気的な絶縁性を確保するために、制御端子の表面にセラミック皮膜、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）、アルマイト、熱伝導フィラー入り塗料（樹脂）等の絶縁被膜を施したり、絶縁性を有する冷却媒体、例えば、エアコン冷媒(ＨＦＣ，フロリナート等)や絶縁油等を用いたりすることができる。
また、上記複数の制御端子は、上記貫通冷媒流路に露出する部分が絶縁材料からなる制御端子被覆部により覆われている構成とすることができる（請求項９）。
この場合には、制御端子被覆部によってパワー端子における貫通冷媒流路に露出した部分の電気的な絶縁性を確保することができる。また、制御端子被覆部を介してパワー端子を貫通冷媒流路に流れる冷却媒体によって冷却することができる。
また、上記制御端子被覆部は、上記法線方向における厚みが上記半導体モールド部よりも小さい構成とすることができる（請求項１０）。
この場合には、半導体モールド部と貫通冷媒流路を流れる冷却媒体との間の接触面積を大きくすることができる。これにより、封止部を介した半導体素子と貫通冷媒流路を流れる冷却媒体との間の熱交換効率をさらに向上させることができる。
また、上記制御端子被覆部は、樹脂によって形成することができる。例えば、上記封止部及び上記壁部を樹脂によって形成し、両者の間に配置される上記制御端子被覆部を樹脂によって形成すれば、これらを同一の樹脂によって一体的に成形することが可能となる。この場合には、上記半導体モジュールの製造が容易になると共に、構造の簡素化を図ることができる。
また、上記貫通冷媒流路は、上記半導体モールド部を基準として上記法線方向に直交する四方のうち、上記複数のパワー端子が突出している方向及び上記複数の制御端子が突出している方向の一方又は両方を含む少なくとも三方において形成されていることが好ましい。
すなわち、半導体モールド部は、上記法線方向に直交する四方のうちの三方又は四方において貫通冷媒流路に面し、該貫通冷媒流路を流れる冷却媒体と接触することとなる。そのため、半導体モールド部と貫通冷媒流路を流れる冷却媒体との間の接触面積を大きくすることができ、封止部を介した半導体素子と貫通冷媒流路を流れる冷却媒体との間の熱交換効率を向上させることができる。
これにより、上記半導体モールド部は、上記法線方向における二方及び該法線方向に直交する四方のうちの三方又は四方において、すなわち合計五方又は六方において、貫通冷媒流路及び沿面冷媒流路に面し、両冷媒流路を流れる冷却媒体と接触する。半導体モールド部に内蔵された半導体素子は、両冷媒流路を流れる冷却媒体による放熱板及び封止部を介した熱交換によって冷却することができる。そして、上記のごとく、封止部を介した半導体素子と貫通冷媒流路を流れる冷却媒体との間の熱交換効率を向上させたことにより、半導体素子の冷却性能を向上させることができる。
また、上記貫通冷媒流路は、上記半導体モールド部を基準として上記法線方向に直交する四方において形成されていることが好ましい。
この場合には、半導体モールド部と貫通冷媒流路を流れる冷却媒体との間の接触面積を大きくし、封止部を介した半導体素子と貫通冷媒流路を流れる冷却媒体との間の熱交換効率を向上させる効果を確実に得ることができる。これにより、半導体素子の冷却性能を確実に向上させることができる。
（実施例１）
実施例にかかる電力変換装置について、図を用いて説明する。
図１〜図３に示すごとく、本例の電力変換装置１は、半導体素子２１を内蔵した半導体モジュール２を複数個積層して構成してなる。
図２〜図５に示すごとく、半導体モジュール２は、半導体素子２１と放熱板２２と封止部２３とから構成される半導体モールド部２０と、壁部２４と、貫通冷媒流路４１とを有する。放熱板２２は、半導体素子２１と熱的に接続されている。封止部２３は、放熱板２２の放熱面２２１を露出させた状態で半導体素子２１及び放熱板２２を封止している。壁部２４は、放熱面２２１の法線方向Ｘに直交する方向における封止部２３の周囲に形成されると共に放熱面２２１よりも法線方向Ｘに突出している。貫通冷媒流路４１は、壁部２４と封止部２３との間に形成されている。
半導体モールド部２０には、半導体素子２１に導通する複数のパワー端子２５１及び複数の制御端子２６１が法線方向Ｘに直交する方向に突出して設けられている。
図１〜図３に示すごとく、複数の半導体モジュール２は、法線方向Ｘに積層されている。また、積層方向の両端に配される半導体モジュール２１には、壁部２４における積層方向の外側の開口部を覆う蓋部３が配設されている。また、隣り合う半導体モジュール２の間及び蓋部３と半導体モジュール２との間であって壁部２４の内側には、貫通冷媒流路４１に連通すると共に放熱面２２１に沿った沿面冷媒流路４２が形成されている。
図５に示すごとく、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として、少なくとも、複数のパワー端子２５１が突出している方向及び複数の制御端子２６１が突出している方向のいずれかに形成されている。本例では、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として、複数のパワー端子２５１が突出している方向及び複数の制御端子２６１が突出している方向の両方に形成されている。
本例の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、図６に示すごとく、直流電源（バッテリー１０１）と交流負荷（三相交流の回転電機１０２）との間の電力変換を行うよう構成されている。
図２、図３に示すごとく、半導体モジュール２は、二つの半導体素子２１を備えている。具体的には、半導体モジュール２に内蔵された半導体素子２１の一方は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等からなるスイッチング素子であり、他方は、スイッチング素子に逆並列接続されたＦＷＤ（フリーホイールダイオード）等のダイオードである（図６参照）。
図２、図３に示すごとく、各半導体モジュール２は、各半導体素子２１を両側から挟持するように配設された合計４つの金属製の放熱板２２を有する。そして、これらの放熱板２２は、はんだ２２２を介して半導体素子２１に電気的、熱的に接続されている。二つの半導体素子２１と四つの放熱板２２とは、各放熱板２２の放熱面２２１を露出させながら、樹脂製の封止部２３によって一体化されて封止されている。
図４、図５に示すごとく、封止部２３は、放熱板２２の放熱面２２１の全周に形成されている。また、法線方向Ｘに直交する方向の全周にわたって封止部２３を囲むように、樹脂製の壁部２４が形成されている。
図４に示すごとく、壁部２４は、放熱板２２の放熱面２２１よりも法線方向Ｘに突出している。
図２〜図５に示すごとく、半導体モジュール２における半導体モールド部２０は、半導体素子２１と放熱板２２と封止部２３とから構成されている。
具体的には、図２、図３に示すごとく、半導体モールド部２０は、法線方向Ｘにおいて、放熱板２２の放熱面２２１を含む二つの端面２０１、２０２を有する。端面２０１、２０２において、放熱板２２の放熱面２２１同士の間には、法線方向Ｘに突出する仕切部２７が設けられている。
図４、図５に示すごとく、半導体モジュール２の壁部２４と封止部２３との間には、貫通冷媒流路４１が形成されている。
具体的には、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として法線方向Ｘに直交する方向のうち、後述するパワー端子２５１及び制御端子２６１が突出している方向である高さ方向Ｚにおいて形成されている。
制御端子２６１が突出している方向にある貫通冷媒流路４１は、法線方向Ｘ及び高さ方向Ｚに直交する方向である横方向Ｙにおいて、制御端子２６１を避けるように中央の位置に形成されている。また、パワー端子２５１が突出している方向にある貫通冷媒流路４１は、パワー端子２５１を避けるように、そのパワー端子２５１よりも横方向Ｙにずれた位置に形成されている。
図５に示すごとく、半導体モールド部２０には、半導体素子２１に導通する複数のパワー端子２５１が突出して設けられている。複数のパワー端子２５１は、半導体モールド部２０から壁部２４を貫通するように設けられている。また、パワー端子２５１には、被制御電流用のバスバー（図示略）が接続されている。また、パワー端子２５１が突出している側には、平滑コンデンサやコイル等の電子部品群６１（図１参照）が配置されている。
同図に示すごとく、半導体モールド部２０には、半導体素子２１に導通する複数の制御端子２６１が突出して設けられている。複数の制御端子２６１は、パワー端子２５１と同様に、半導体モールド部２０から壁部２４を貫通するように設けられている。また、制御端子２６１は、スイッチング素子（半導体素子２１）を制御等するための制御回路を有する回路基板６２（図１参照）に接続される。
また、同図に示すごとく、半導体モジュール２の封止部２３及び壁部２４は、いずれも同一の樹脂により一体的に成形されている。すなわち、半導体モールド部２０（半導体素子２１、放熱板２２、封止部２３）、パワー端子２５１、制御端子２６１及び壁部２４は、半導体モジュール２として一体的に構成されている。これにより、半導体モジュール２の製造を容易とし、構造の簡素化を図っている。
図１〜図３に示すごとく、電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２を法線方向Ｘに積層することによって構成されている。
なお、図１〜図３においては、半導体モジュール２を３個積層した図を示しているが、実際の電力変換装置１は、より多数の半導体モジュール２を積層してなり、その積層数は特に限定されるものではない。
同図に示すごとく、複数の半導体モジュール２は、壁部２４において互いに連結されている。そして、電力変換装置１における積層方向の両端に、樹脂製の蓋部３が半導体モジュール２の壁部２４の開口部を塞ぐように取り付けてある。隣り合う半導体モジュール２の壁部２４の間や半導体モジュール２の壁部２４と蓋部３との間には、水密性を確保するためのシール部材を介在させることができる。
同図に示すごとく、一対の蓋部３のうちの一方には、貫通冷媒流路４１及び沿面冷媒流路４２へ冷却媒体Ｗを導入するための冷媒導入管５１と、冷却媒体Ｗを排出するための冷媒排出管５２とが取り付けてある。これらの冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２は、樹脂からなる。
なお、蓋部３、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２は、金属製、あるいはセラミック製等、他の材質とすることもできる。
このように、同図に示すごとく、複数の半導体モジュール２と一対の蓋部３とを積層して連結することにより、内部に貫通冷媒流路４１と沿面冷媒流路４２とが連続した冷媒流路４が、壁部２４と蓋部３とによって囲まれた内側の空間に形成される。この状態において、各半導体モジュール２に設けられた一対の貫通冷媒流路４１は、それぞれ一直線上に配列した状態で連結される。沿面冷媒流路４２は、隣り合う半導体モジュール２の放熱面２２１同士の間、及び半導体モジュール２と蓋部３との間に、貫通冷媒流路４１同士を連結するように形成される。そして、半導体モールド部２０は、法線方向Ｘにおける端面２０１、２０２が沿面冷媒流路４２に面している。
そして、図２、図３に示すごとく、冷媒導入管５１から冷媒流路４に導入された冷却媒体Ｗは、貫通冷媒流路４１を適宜通過しながら、各半導体モジュール２における一対の放熱面２２１に沿って形成された沿面冷媒流路４２を通過する。ここで、半導体素子２１と熱交換した冷却媒体Ｗは、他方の貫通冷媒流路４１を適宜通過して、冷媒排出管５２から排出される。
なお、冷却媒体Ｗとしては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等を用いることができる。
本例の電力変換装置１は、図６に示す電力変換回路を構成しており、直流電源（バッテリー１０１）の電圧を昇圧するコンバータ１１と、昇圧した直流電力を交流電力に変換して交流負荷（回転電機１０２）へ出力するインバータ１２とを有する。インバータ１２及びコンバータ１１は、上記の機能と反対の機能、すなわち、交流電力を直流電力へ変換する機能、及び直流電力を降圧する機能をもそれぞれ備えている。
同図に示すごとく、コンバータ１１は、複数の半導体モジュール２、リアクトル１１１、及びフィルタコンデンサ１１２によって構成されている。
インバータ１２は、複数の半導体モジュール２、スナバコンデンサ１２１を備えている。さらにコンバータ１１とインバータ１２との間には、平滑コンデンサ１３１、放電抵抗１３２が配線されている。
次に、本例の電力変換装置１における作用効果について説明する。
本例の電力変換装置１において、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として、少なくとも、複数のパワー端子２５１が突出している方向及び複数の制御端子２６１が突出している方向のいずれかに形成されている。そのため、貫通冷媒流路４１を流れる冷却媒体Ｗによって、半導体モジュール２におけるパワー端子２５１や制御端子２６１が突出している側を十分に冷却することができる。また、これに加えて、制御端子２６１に接続され、その制御端子２６１に近接して配置される回路基板６２や、パワー端子２５１の周辺に配置される電子部品群６１（例えば、平滑コンデンサ、コイル等）についても、貫通冷媒流路４１を有効活用し、貫通冷媒流路４１に流れる冷却媒体Ｗによって効果的に冷却することができる。
また、半導体モールド部２０を基準として、法線方向Ｘにおける二方向に沿面冷媒流路４２が形成され、法線方向Ｘに直交する方向における少なくともパワー端子２５１が突出している方向及び制御端子２６１が突出している方向のいずれかに貫通冷媒流路４１が形成されている。そのため、半導体モールド部２０に内蔵された半導体素子２１は、両冷媒流路４１、４２を流れる冷却媒体Ｗによる放熱板２２及び封止部２３を介した熱交換によって効率よく冷却することができる。
これにより、半導体モジュール２及びその周辺を含む電力変換装置１全体としての冷却性能を向上させることができる。
また、電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２を積層することにより、貫通冷媒流路４１及び沿面冷媒流路４２を備えた状態で、かつ、半導体モールド部２０が所定の方向において貫通冷媒流路４１及び沿面冷媒流路４２に接した状態で構成される。そのため、半導体モジュール２とは別に冷媒流路を形成するための部品を必要とせず、また半導体モジュール２を所定の位置に配置する等の作業も必要ない。これにより、電力変換装置１の構造簡素化、組付容易化、小型化を容易に実現することができる。
また、本例では、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として、複数のパワー端子２５１が突出している方向に必ず形成されている。すなわち、パワー端子２５１は、大きな電流が流れるため、発熱が大きい。そのため、パワー端子２５１が突出している方向に貫通冷媒流路４１を形成することにより、その発熱が大きいパワー端子２５１を貫通冷媒流路４１に流れる冷却媒体Ｗによって効果的に冷却することができる。また、これに加えて、パワー端子２５１の周辺に配置される電子部品群６１（例えば、平滑コンデンサ、コイル等）についても、貫通冷媒流路４１を流れる冷却媒体Ｗによって効果的に冷却することができる。
また、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として、複数の制御端子２６１が突出している方向に必ず形成されている。すなわち、制御端子２６１は、パワー端子２５１に比べて発熱は小さいが、制御端子２６１が突出している方向に貫通冷媒流路４１を形成することにより、その制御端子２６１を貫通冷媒流路４１に流れる冷却媒体Ｗによって効果的に冷却することができる。また、これに加えて、制御端子２６１が接続され、その制御端子２６１の周辺に配置される回路基板６２についても、貫通冷媒流路４１を流れる冷却媒体Ｗによって効果的に冷却することができる。
このように、本例によれば、簡易な構成で冷却性能を向上させることができる電力変換装置１を提供することができる。
（実施例２）
本例は、図７に示すごとく、半導体モジュール２の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、複数のパワー端子２５１は、半導体モールド部２０から貫通冷媒流路４１を介して壁部２４を貫通するように設けられている。すなわち、パワー端子２５１の一部が貫通冷媒流路４１内に露出した状態となっている。また、パワー端子２５１における貫通冷媒流路４１内に露出している部分の表面には、パワー端子２５１の電気的な絶縁性を確保するために、セラミック皮膜、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）、アルマイト、熱伝導フィラー入り塗料（樹脂）等の絶縁被膜を施しておく。
また、同図に示すごとく、複数の制御端子２６１は、上述したパワー端子２５１と同様に、半導体モールド部２０から貫通冷媒流路４１を介して壁部２４を貫通するように設けられている。すなわち、制御端子２６１の一部が貫通冷媒流路４１内に露出した状態となっている。また、制御端子２６１における貫通冷媒流路４１内に露出している部分の表面には、制御端子２６１の電気的な絶縁性を確保するために、セラミック皮膜、ＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）、アルマイト、熱伝導フィラー入り塗料（樹脂）等の絶縁被膜を施しておく。
その他は、実施例１と同様の構成である。
本例の場合には、パワー端子２５１の一部が貫通冷媒流路４１内に露出することになるため、貫通冷媒流路４１を流れる冷却媒体Ｗによってパワー端子２５１を直接的に冷却することができる。これにより、パワー端子２５１をより一層効果的に冷却することができる。また、貫通冷媒流路４１の流路面積を大きくすることが可能となるため、パワー端子２５１の周辺に配置される電子部品群６１に対する冷却性能も高めることができる。
また、同様に、制御端子２６１の一部が貫通冷媒流路４１内に露出することになるため、貫通冷媒流路４１を流れる冷却媒体Ｗによって制御端子２６１を直接的に冷却することができる。これにより、制御端子２６１をより一層効果的に冷却することができる。また、貫通冷媒流路４１の流路面積を広く取ることができるため、制御端子２６１に接続される回路基板６２に対する冷却性能も高めることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、本例では、パワー端子２５１及び制御端子２６１の電気的な絶縁性を確保するために、パワー端子２５１及び制御端子２６１における貫通冷媒流路４１内に露出している部分の表面に絶縁被膜を施したが、これに代えて、絶縁性を有する冷却媒体Ｗ、例えば、エアコン冷媒(ＨＦＣ，フロリナート等)や絶縁油等を用いる構成とすることもできる。
また、本例では、図７に示すごとく、パワー端子２５１及び制御端子２６１の両方を貫通冷媒流路４１内に露出させたが、例えば、図８に示すごとく、制御端子２６１のみを貫通冷媒流路４１内に露出させる構成とすることもできる。また、図９に示すごとく、パワー端子２５１のみを貫通冷媒流路４１内に露出させる構成とすることもできる。
（実施例３）
本例は、図１０に示すごとく、半導体モジュール２の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、半導体モールド部２０において、二つの半導体素子２１が高さ方向Ｚに並んで配置されている。また、これに合わせて、放熱板２２も高さ方向Ｚに並んで配置されている。
また、同図に示すごとく、パワー端子２５１は、高さ方向Ｚの一方側に突出して設けられている。また、制御端子２６１は、横方向Ｙの一方側に突出して設けられている。また、貫通冷媒流路４１は、パワー端子２５１が突出している方向及び制御端子２６１が突出している方向に形成されている。
その他は、実施例１と同様の構成であり、同様の作用効果を有する。
なお、パワー端子２５１及び制御端子２６１を突出させる方向は、任意で設定することができる。例えば、図１０に示した半導体モジュール２の向きを９０°回転させ、図１１に示すような方向にパワー端子２５１及び制御端子２６１を突出させ、その方向に貫通冷媒流路４１を形成する構成としてもよい。また、その他、他の部品との兼ね合いでパワー端子２５１及び制御端子２６１を突出させる方向を自由に変更することができる。これにより、電力変換装置１の搭載自由度を高めることができる。
（実施例４）
本例は、図１２、図１３に示すごとく、半導体モジュール２の構成を変更した例である。
図１２の例では、一方の貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として、複数の制御端子２６１が突出している方向に形成されている。また、他方の貫通冷媒流路４１は、複数のパワー端子２５１や複数の制御端子２６１が突出している方向ではなく、横方向Ｙの一方側に形成されている。
図１３の例では、一方の貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として、複数のパワー端子２５１が突出している方向に形成されている。また、他方の貫通冷媒流路４１は、複数のパワー端子２５１や複数の制御端子２６１が突出している方向ではなく、横方向Ｙの一方側に形成されている。
その他は、実施例１と同様の構成であり、同様の作用効果を有する。
（実施例５）
本例は、図１４に示すごとく、半導体モジュール２の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、半導体モールド部２０における放熱板２２の放熱面２２１上に、板状のフィン７１が設けられている。フィン７１は、各放熱板２２の放熱面２２１上において、横方向Ｙに複数並んで配置されている。また、各フィン７１は、冷却媒体Ｗが一方の貫通冷媒流路４１から沿面冷媒流路４２を介して他方の貫通冷媒流路４１に流通する際に、その冷却媒体Ｗが放熱板２２の放熱面２２１上を通るように高さ方向Ｚに形成されている。
なお、フィン７１は、隣り合う半導体モジュール２に設けられたフィン７１と法線方向Ｘにおいて向かい合うように配置する構成としてもよいし、互い違いになるように配置する構成としてもよい。
その他は、実施例１と同様の構成である。
本例の場合には、半導体モールド部２０の放熱板２２の放熱面２２１上に板状のフィン７１を設けたことにより、沿面冷媒流路４２を流れる冷却媒体Ｗとの接触面積を増やすことができ、さらに冷却が必要な部分に冷却媒体Ｗが流れるように冷却媒体Ｗの流れを調整することができるため、半導体素子２１の冷却効率を高めることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、本例では、図１４に示すごとく、半導体モールド部２０における放熱板２２の放熱面２２１上に、板状のフィン７１を設けたが、これに代えて、図１５に示すごとく、ピン状のフィン７２を設ける構成とすることもできる。また、この場合にも、ピン状のフィン７２は、隣り合う半導体モジュール２に設けられたピン状のフィン７２と法線方向Ｘにおいて向かい合うように配置する構成としてもよいし、互い違いになるように配置する構成としてもよい。
（実施例６）
本例は、図１６に示すごとく、半導体モジュール２の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、半導体モールド部２０には、一つの半導体素子２１が内蔵されている。また、これに合わせて、放熱板２２が設けられている。
また、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として、複数のパワー端子２５１が突出している方向及び複数の制御端子２６１が突出している方向に形成されている。一方の貫通冷媒流路４１は、パワー端子２５１よりも横方向Ｙにずれた位置に形成されている。また、他方の貫通冷媒流路４１は、制御端子２６１よりも横方向Ｙにずれた位置に形成されている。
その他は、実施例１と同様の構成であり、同様の作用効果を有する。
なお、本例の構成では、実施例５と同様に、図１７に示すごとく、放熱板２２の放熱面２２１上に、板状のフィン７１を設けた構成とすることができる。また、板状のフィン７１に代えて、ピン状のフィン７２（図１５）を採用することもできる。
（参考例１）
実施例にかかる電力変換装置について、図を用いて説明する。
図１８、図１９に示すごとく、本例の電力変換装置１は、半導体素子２１を内蔵した半導体モジュール２を複数個積層して構成してなる。
図１９〜図２２に示すごとく、半導体モジュール２は、半導体素子２１と放熱板２２と封止部２３とから構成される半導体モールド部２０と、壁部２４と、貫通冷媒流路４１とを有する。放熱板２２は、半導体素子２１と熱的に接続されている。封止部２３は、放熱板２２の放熱面２２１を露出させた状態で半導体素子２１及び放熱板２２を封止している。壁部２４は、放熱面２２１の法線方向Ｘに直交する方向における封止部２３の周囲に形成されると共に放熱面２２１よりも法線方向Ｘに突出している。貫通冷媒流路４１は、壁部２４と封止部２３との間に形成されている。
半導体モールド部２０には、半導体素子２１に導通する複数のパワー端子２５１及び複数の制御端子２６１が法線方向Ｘに直交する方向に突出して設けられている。
図１８、図１９に示すごとく、複数の半導体モジュール２は、法線方向Ｘに積層されている。また、積層方向の両端に配される半導体モジュール２１には、壁部２４における積層方向の外側の開口部を覆う蓋部３が配設されている。また、隣り合う半導体モジュール２の間及び蓋部３と半導体モジュール２との間であって壁部２４の内側には、貫通冷媒流路４１に連通すると共に放熱面２２１に沿った沿面冷媒流路４２が形成されている。
図２１に示すごとく、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として、少なくとも、複数のパワー端子２５１が突出している方向及び複数の制御端子２６１が突出している方向のいずれかに形成されている。本例では、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として法線方向Ｘに直交する四方のうち、複数のパワー端子２５１が突出している方向及び複数の制御端子２６１が突出している方向を含む四方すべてにおいて形成されている。
本例の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、図６を参照のごとく、直流電源（バッテリー１０１）と交流負荷（三相交流の回転電機１０２）との間の電力変換を行うよう構成されている。
図１９に示すごとく、半導体モジュール２は、二個の半導体素子２１を備えている。具体的には、半導体モジュール２に内蔵された半導体素子２１の一方は、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等からなるスイッチング素子であり、他方は、スイッチング素子に逆並列接続されたＦＷＤ（フリーホイールダイオード）等のダイオードである（図６参照）。
図１９に示すごとく、各半導体モジュール２は、半導体素子２１を両側から挟持するように配設された一対の金属製の放熱板２２を有する。そして、これらの放熱板２２は、はんだ２２２を介して半導体素子２１に電気的、熱的に接続されている。二個の半導体素子２１と一対の放熱板２２とは、各放熱板２２の放熱面２２１を露出させながら、樹脂製の封止部２３によって一体化されて封止されている。
図２０、図２１に示すごとく、封止部２３は、放熱面２２１の全周に形成されている。また、法線方向Ｘに直交する方向の全周にわたって封止部２３を囲むように、樹脂製の壁部２４が形成されている。
図２２に示すごとく、壁部２４は、一対の放熱面２２１よりも法線方向Ｘに突出している。
図１９〜図２２に示すごとく、半導体モジュール２における半導体モールド部２０は、半導体素子２１と放熱板２２と封止部２３とから構成されており、六つの面を有する直方体形状を呈している。
具体的には、図１９に示すごとく、半導体モールド部２０は、放熱面２２１の法線方向Ｘにおいて、放熱板２２の放熱面２２１を含む二つの端面２０１、２０２を有する。また、図２１に示すごとく、法線方向Ｘに直交する方向のうちの後述する制御端子２６１及びパワー端子２５１がそれぞれ突出している方向である高さ方向Ｚにおいて、二つの側面２０３、２０４を有すると共に、法線方向Ｘ及び高さ方向Ｚに直交する方向である横方向Ｙにおいて、二つの側面２０５、２０６を有する。
図２１に示すごとく、半導体モジュール２の壁部２４と封止部２３との間には、貫通冷媒流路４１が形成されている。具体的には、壁部２４と封止部２３を含む半導体モールド部２０の四つの側面２０３〜２０６との間には、貫通冷媒流路４１が形成されている。すなわち、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として法線方向Ｘに直交する四方（横方向Ｙ、高さ方向Ｚ）すべてにおいて形成されている。
図２１、図２２に示すごとく、半導体モールド部２０の側面２０４には、半導体素子２１に導通する複数のパワー端子２５１が突出して設けられている。複数のパワー端子２５１は、半導体モールド部２０の側面２０４から壁部２４を貫通するように設けられていると共に、側面２０４から壁部２４までの貫通冷媒流路４１に露出する部分が樹脂製のパワー端子被覆部２５２により覆われている。また、パワー端子２５１には、被制御電流用のバスバー（図示略）が接続されている。また、パワー端子２５１が突出している側には、平滑コンデンサやコイル等の電子部品群（図示略）が配置されている。
同図に示すごとく、半導体モールド部２０の側面２０４とは反対側の側面２０３には、半導体素子２１に導通する複数の制御端子２６１が突出して設けられている。複数の制御端子２６１は、パワー端子２５１と同様に、半導体モールド部２０の側面２０３から壁部２４を貫通するように設けられていると共に、側面２０３から壁部２４までの貫通冷媒流路４１に露出する部分が樹脂製の制御端子被覆部２６２により覆われている。また、制御端子２６１は、スイッチング素子（半導体素子２１）を制御等するための制御回路を有する回路基板（図示略）に接続される。
また、図２１、図２２に示すごとく、半導体モジュール２の封止部２３、壁部２４、パワー端子２５１を覆うパワー端子被覆部２５２、制御端子２６１を覆う制御端子被覆部２６２は、いずれも同一の樹脂により一体的に成形されている。これにより、半導体モジュール２の製造を容易とし、構造の簡素化を図っている。
また、図２２に示すごとく、パワー端子２５１を覆うパワー端子被覆部２５２及び制御端子２６１を覆う制御端子被覆部２６２は、法線方向Ｘにおける厚みｔ１、ｔ２が半導体モールド部２０の厚みＴと同じである。
このように、本例では、図２１に示すごとく、半導体モールド部２０は、法線方向Ｘに直交する四方（横方向Ｙ、高さ方向Ｚ）における側面２０３〜２０６、すなわち制御端子２６１及びパワー端子２５１がそれぞれ突出している高さ方向Ｚの側面２０３、２０４と横方向Ｙの側面２０５、２０６とが、貫通冷媒流路４１に面している。
図１８、図１９に示すごとく、電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２を法線方向Ｘに積層することによって構成されている。
なお、図１８、図１９においては、半導体モジュール２を３個積層した図を示しているが、実際の電力変換装置１は、より多数の半導体モジュール２を積層してなり、その積層数は特に限定されるものではない。
同図に示すごとく、複数の半導体モジュール２は、壁部２４において互いに連結されている。そして、電力変換装置１における積層方向の両端に、樹脂製の蓋部３が半導体モジュール２の壁部２４の開口部を塞ぐように取り付けてある。隣り合う半導体モジュール２の壁部２４の間や半導体モジュール２の壁部２４と蓋部３との間には、水密性を確保するためのシール部材を介在させることができる。
同図に示すごとく、一対の蓋部３のうちの一方には、貫通冷媒流路４１及び沿面冷媒流路４２へ冷却媒体Ｗを導入するための冷媒導入管５１と、冷却媒体Ｗを排出するための冷媒排出管５２とが取り付けてある。これらの冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２は、樹脂からなる。
なお、蓋部３、冷媒導入管５１及び冷媒排出管５２は、金属製、あるいはセラミック製等、他の材質とすることもできる。
このように、同図に示すごとく、複数の半導体モジュール２と一対の蓋部３とを積層して連結することにより、内部に貫通冷媒流路４１と沿面冷媒流路４２とが連続した冷媒流路４が、壁部２４と蓋部３とによって囲まれた内側の空間に形成される。この状態において、各半導体モジュール２に設けられた一対の貫通冷媒流路４１は、それぞれ一直線上に配列した状態で連結される。沿面冷媒流路４２は、隣り合う半導体モジュール２の放熱面２２１同士の間、及び半導体モジュール２と蓋部３との間に、貫通冷媒流路４１に直交するように、かつこれらに連結するように形成される。
これにより、本例では、半導体モールド部２０は、法線方向Ｘにおける端面２０１、２０２が沿面冷媒流路４２に面していることになる。
そして、図１９に示すごとく、冷媒導入管５１から冷媒流路４に導入された冷却媒体Ｗは、貫通冷媒流路４１を適宜通過しながら、各半導体モジュール２における一対の放熱面２２１に接触する沿面冷媒流路４２を通過する。ここで、半導体素子２１と熱交換した冷却媒体Ｗは、他方の貫通冷媒流路４１を適宜通過して、冷媒排出管５２から排出される。
なお、冷却媒体Ｗとしては、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等を用いることができる。
本例の電力変換装置１は、図６を参照のごとく、電力変換回路を構成しており、直流電源（バッテリー１０１）の電圧を昇圧するコンバータ１１と、昇圧した直流電力を交流電力に変換して交流負荷（回転電機１０２）へ出力するインバータ１２とを有する。インバータ１２及びコンバータ１１は、上記の機能と反対の機能、すなわち、交流電力を直流電力へ変換する機能、及び直流電力を降圧する機能をもそれぞれ備えている。
同図に示すごとく、コンバータ１１は、複数の半導体モジュール２、リアクトル１１１、及びフィルタコンデンサ１１２によって構成されている。
インバータ１２は、複数の半導体モジュール２、スナバコンデンサ１２１を備えている。さらにコンバータ１１とインバータ１２との間には、平滑コンデンサ１３１、放電抵抗１３２が配線されている。
次に、本例の電力変換装置１における作用効果について説明する。
本例の電力変換装置１において、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として法線方向Ｘに直交する四方（横方向Ｙ、高さ方向Ｚ）すべてにおいて形成されている。すなわち、半導体モールド部２０は、法線方向Ｘに直交する四方（横方向Ｙ、高さ方向Ｚ）すべてにおいて貫通冷媒流路４１に面し、その貫通冷媒流路４１を流れる冷却媒体Ｗと接触することとなる。そのため、半導体モールド部２０と貫通冷媒流路４１を流れる冷却媒体Ｗとの間の接触面積を大きくすることができ、封止部２３を介した半導体素子２１と貫通冷媒流路４１を流れる冷却媒体Ｗとの間の熱交換効率を向上させることができる。
これにより、半導体モールド部２０は、法線方向Ｘにおける二方及びその法線方向Ｘに直交する横方向Ｙ及び高さ方向Ｚの四方において、すなわち六つの面（端面２０１、２０２、側面２０３〜２０６）のすべてが貫通冷媒流路４１及び沿面冷媒流路４２に面し、両冷媒流路４１、４２を流れる冷却媒体Ｗと接触する。半導体モールド部２０に内蔵された半導体素子２１は、両冷媒流路４１、４２を流れる冷却媒体Ｗによる放熱板２２及び封止部２３を介した熱交換によって冷却することができる。そして、上記のごとく、封止部２３を介した半導体素子２１と貫通冷媒流路４１を流れる冷却媒体Ｗとの間の熱交換効率を向上させたことにより、半導体素子２１の冷却性能を向上させることができる。
また、電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２を積層することにより、貫通冷媒流路４１及び沿面冷媒流路４２を備えた状態で、かつ、半導体モールド部２０が所定の方向において貫通冷媒流路４１及び沿面冷媒流路４２に面した状態で構成される。そのため、半導体モジュール２とは別に冷媒流路を形成するための部品を必要とせず、また半導体モジュール２を所定の位置に配置する等の作業も必要ない。これにより、電力変換装置１の構造簡素化、組付容易化、小型化を容易に実現することができる。
また、本例では、半導体モールド部２０の側面２０４には、半導体素子２１に導通する複数のパワー端子２５１が突出して設けられており、貫通冷媒流路４１は、複数のパワー端子２５１が突出している方向に形成されている。すなわち、パワー端子２５１は、大きな電流が流れるため、発熱が大きい。そのため、パワー端子２５１が突出している方向に貫通冷媒流路４１を形成することにより、その発熱が大きいパワー端子２５１を貫通冷媒流路４１に流れる冷却媒体Ｗによって効果的に冷却することができる。これにより、電力変換装置１全体の冷却性能を向上させることができる。
また、複数のパワー端子２５１は、半導体モールド部２０の側面２０４から壁部２４を貫通するように設けられていると共に、貫通冷媒流路４１に露出する部分が絶縁材料からなるパワー端子被覆部２５２により覆われている。そのため、パワー端子被覆部２５２によってパワー端子２５１における貫通冷媒流路４１に露出した部分の電気的な絶縁性を確保することができる。また、パワー端子被覆部２５２を介してパワー端子２５１を貫通冷媒流路４１に流れる冷却媒体Ｗによって冷却することができる。
また、半導体モールド部２０の側面２０３には、半導体素子２１に導通する複数の制御端子２６１が突出して設けられている。そして、制御端子２６１は、上述したパワー端子２５１の構成と同様の構成である。すなわち、貫通冷媒流路４１は、複数の制御端子２６１が突出している方向に形成されている。また、複数の制御端子２６１は、半導体モールド部２０の側面２０３から壁部２４を貫通するように設けられていると共に、貫通冷媒流路４１に露出する部分が絶縁材料からなる制御端子被覆部２６２により覆われている。制御端子２６１は、パワー端子２５１に比べて発熱は小さいが、貫通冷媒流路４１に流れる冷却媒体Ｗによって冷却することにより、電力変換装置１全体の冷却性能を向上させることができる。
このように、本例によれば、簡易な構成で冷却性能を向上させることができる電力変換装置１を提供することができる。
なお、本例では、図２１に示すごとく、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として法線方向Ｘに直交する四方（高さ方向Ｚ、横方向Ｙ）すべてにおいて形成されているが、その四方のうちの三方において形成されている構成とすることもできる。以下にその例を示す。
図２３に示す例では、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として法線方向Ｘに直交する四方（横方向Ｙ、高さ方向Ｚ）のうち、制御端子２６１が突出している方向を除く三方において形成されている。そして、半導体モールド部２０は、パワー端子２５１が突出している高さ方向Ｚの側面２０４と横方向Ｙの側面２０５、２０６とが貫通冷媒流路４１に面している。
図２４に示す例では、貫通冷媒流路４１は、半導体モールド部２０を基準として法線方向Ｘに直交する四方（横方向Ｙ、高さ方向Ｚ）のうち、パワー端子２５１が突出している方向を除く三方において形成されている。そして、半導体モールド部２０は、制御端子２６１が突出している高さ方向Ｚの側面２０３と横方向Ｙの側面２０５、２０６とが貫通冷媒流路４１に面している。
（実施例７）
本例は、図２５に示すごとく、パワー端子２５１のパワー端子被覆部２５２の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、複数のパワー端子２５１は、各パワー端子２５１における貫通冷媒流路４１に露出する部分がそれぞれパワー端子被覆部２５２により覆われている。また、隣接するパワー端子２５１のパワー端子被覆部２５２同士の間には、貫通冷媒流路４１が形成されている。
その他は、参考例１と同様の構成である。
本例の場合には、パワー端子２５１のパワー端子被覆部２５２と貫通冷媒流路４１に流れる冷却媒体Ｗとの接触面積を大きくすることができるため、パワー端子２５１の冷却性能を高めることができる。これにより、電力変換装置１全体の冷却性能を向上させることができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
（実施例８）
本例は、図２６、図２７に示すごとく、パワー端子２５１のパワー端子被覆部２５２等の構成を変更した例である。
本例では、同図に示すごとく、パワー端子２５１のパワー端子被覆部２５２は、法線方向Ｘにおける厚みｔ１が半導体モールド部２０の厚みＴよりも小さい。また、制御端子２６１の制御端子被覆部２６２も、放熱面２２１の法線方向Ｘにおける厚みｔ２が半導体モールド部２０の厚みＴよりも小さい。
その他は、参考例１と同様の構成である。
本例の場合には、パワー端子２５１のパワー端子被覆部２５２及び制御端子２６１の制御端子被覆部２６２の厚みｔ１、ｔ２を半導体モールド部２０の厚みＴよりも小さくしたことにより、半導体モールド部２０の側面２０３、２０４と貫通冷媒流路４１を流れる冷却媒体Ｗとの間の接触面積を大きくすることができる。そのため、封止部２３を介した半導体素子２１と貫通冷媒流路４１を流れる冷却媒体Ｗとの間の熱交換効率をさらに向上させることができる。これにより、半導体素子２１の冷却性能を向上させることができる。
その他、参考例１と同様の作用効果を有する。
１ 電力変換装置
２ 半導体モジュール
２０ 半導体モールド部
２１ 半導体素子
２２ 放熱板
２２１ 放熱面
２３ 封止部
２４ 壁部
２５１ パワー端子
２６１ 制御端子
３ 蓋部
４１ 貫通冷媒流路
４２ 沿面冷媒流路

Claims (11)

  1. 半導体素子を内蔵した半導体モジュールを複数個積層して構成してなる電力変換装置であって、
    上記半導体モジュールは、上記半導体素子と、該半導体素子と熱的に接続された放熱板と、該放熱板の放熱面を露出させた状態で上記半導体素子及び上記放熱板を封止する封止部とから構成される半導体モールド部と、上記放熱面の法線方向に直交する方向における上記封止部の周囲に形成されると共に上記放熱面よりも上記法線方向に突出した壁部と、該壁部と上記封止部との間に形成された貫通冷媒流路とを有し、
    上記半導体モールド部には、上記半導体素子に導通する複数のパワー端子及び複数の制御端子が上記法線方向に直交する方向に突出して設けられており、
    複数の上記半導体モジュールは、上記法線方向に積層されており、
    積層方向の両端に配される上記半導体モジュールには、上記壁部における積層方向の外側の開口部を覆う蓋部が配設されており、
    隣り合う上記半導体モジュールの間及び上記蓋部と上記半導体モジュールとの間であって上記壁部の内側には、上記貫通冷媒流路に連通すると共に上記放熱面に沿った沿面冷媒流路が形成されており、
    上記貫通冷媒流路は、上記半導体モールド部を基準として、上記複数のパワー端子が突出している方向及び上記複数の制御端子が突出している方向の少なくとも一方における、上記壁部と上記封止部との間にのみ形成されていることを特徴とする電力変換装置。
  2. 請求項１に記載の電力変換装置において、上記貫通冷媒流路は、上記半導体モールド部を基準として、上記複数のパワー端子が突出している方向に必ず形成されていることを特徴とする電力変換装置。
  3. 請求項２に記載の電力変換装置において、上記複数のパワー端子は、上記半導体モールド部から上記貫通冷媒流路を介して上記壁部を貫通するように設けられていることを特徴とする電力変換装置。
  4. 請求項３に記載の電力変換装置において、上記複数のパワー端子は、上記貫通冷媒流路に露出する部分が絶縁材料からなるパワー端子被覆部により覆われていることを特徴とする電力変換装置。
  5. 請求項４に記載の電力変換装置において、上記複数のパワー端子は、該各パワー端子における上記貫通冷媒流路に露出する部分がそれぞれ上記パワー端子被覆部により覆われており、隣接する上記パワー端子の上記パワー端子被覆部同士の間には、上記貫通冷媒流路が形成されていることを特徴とする電力変換装置。
  6. 請求項４又は５に記載の電力変換装置において、上記パワー端子被覆部は、上記法線方向における厚みが上記半導体モールド部よりも小さいことを特徴とする電力変換装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置において、上記貫通冷媒流路は、上記半導体モールド部を基準として、上記複数の制御端子が突出している方向に必ず形成されていることを特徴とする電力変換装置。
  8. 請求項７に記載の電力変換装置において、上記複数の制御端子は、上記半導体モールド部から上記貫通冷媒流路を介して上記壁部を貫通するように設けられていることを特徴とする電力変換装置。
  9. 請求項８に記載の電力変換装置において、上記複数の制御端子は、上記貫通冷媒流路に露出する部分が絶縁材料からなる制御端子被覆部により覆われていることを特徴とする電力変換装置。
  10. 請求項９に記載の電力変換装置において、上記制御端子被覆部は、上記法線方向における厚みが上記半導体モールド部よりも小さいことを特徴とする電力変換装置。
  11. 半導体素子を内蔵した半導体モジュールを複数個積層して構成してなる電力変換装置であって、
    上記半導体モジュールは、上記半導体素子と、該半導体素子と熱的に接続された放熱板と、該放熱板の放熱面を露出させた状態で上記半導体素子及び上記放熱板を封止する封止部とから構成される半導体モールド部と、上記放熱面の法線方向に直交する方向における上記封止部の周囲に形成されると共に上記放熱面よりも上記法線方向に突出した壁部と、該壁部と上記封止部との間に形成された貫通冷媒流路とを有し、
    上記半導体モールド部には、上記半導体素子に導通する複数のパワー端子及び複数の制御端子が上記法線方向に直交する方向に突出して設けられており、
    複数の上記半導体モジュールは、上記法線方向に積層されており、
    積層方向の両端に配される上記半導体モジュールには、上記壁部における積層方向の外側の開口部を覆う蓋部が配設されており、
    隣り合う上記半導体モジュールの間及び上記蓋部と上記半導体モジュールとの間であって上記壁部の内側には、上記貫通冷媒流路に連通すると共に上記放熱面に沿った沿面冷媒流路が形成されており、
    上記貫通冷媒流路は、上記半導体モールド部を基準として、少なくとも、上記複数のパワー端子が突出している方向に形成されており、
    上記複数のパワー端子は、上記半導体モールド部から上記貫通冷媒流路を介して上記壁部を貫通するように設けられており、かつ、該各パワー端子における上記貫通冷媒流路に露出する部分がそれぞれ絶縁材料からなるパワー端子被覆部により覆われており、隣接する上記パワー端子の上記パワー端子被覆部同士の間には、上記貫通冷媒流路が形成されていることを特徴とする電力変換装置。
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