JP5962326B2 - Forced air cooling heat sink - Google Patents

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Description

本発明は、モーター等の負荷を駆動するインバータ装置、無停電電源装置、アクティブフィルター等の電力変換装置において、内蔵する複数の半導体モジュールを冷却する強制空冷式ヒートシンクの構造に関する。   The present invention relates to a structure of a forced air cooling heat sink that cools a plurality of built-in semiconductor modules in an inverter device that drives a load such as a motor, an uninterruptible power supply, and an active filter.

電力変換装置は、家電製品から運輸、産業製品に至る様々な用途で使用されており、容量範囲も数W(ワット)から数MW(メガワット)にまで及んでいる。この電力変換装置のスイッチング時および定常時に発生する損失は、熱に変換される為、発生した熱を速やかに放熱し、半導体素子のジャンクション温度を上限値(最大150℃)以下に抑える必要がある。   Power converters are used in various applications ranging from home appliances to transportation and industrial products, and their capacity ranges from several W (watts) to several MW (megawatts). Since the loss that occurs during switching and steady state of this power converter is converted to heat, it is necessary to quickly dissipate the generated heat and keep the junction temperature of the semiconductor element below the upper limit (150 ° C maximum). .

発生損失が、数W(ワット)レベルまでは、半導体素子表面からの自然空冷でも良いが、数十W(ワット)を越えるレベルでは、ファン等を用いてヒートシンクのフィン部分に強制的に送風してヒートシンクの冷却を促進する強制空冷式ヒートシンクが採用される事が多い。   Natural air cooling from the surface of the semiconductor element may be used up to the level of several watts (W), but if the generated loss exceeds several tens of watts (W), the fan is forcibly blown into the fins of the heat sink. In many cases, a forced air-cooled heat sink that promotes cooling of the heat sink is employed.

従来の強制空冷式ヒートシンクについて、図6〜図8を用いて説明する。
図6は、従来の強制空冷式ヒートシンクの外観斜視図である。
図7は、図6に示す構成の一部(本体部分)を取り出して示すものである。
A conventional forced air cooling heat sink will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is an external perspective view of a conventional forced air cooling heat sink.
FIG. 7 shows a part (main body part) of the configuration shown in FIG.

図8は、図6に示す構成の側断面図である。
まず、図6に示すように、従来の強制空冷式ヒートシンクの一例は、複数の半導体モジュール53(図示の例では2個の風上側半導体モジュール53aと、2個の風下側半導体モジュール53b)が、ヒートシンク50の上面に設置され、ヒートシンク50が、筐体52内に収容されている。尚、ヒートシンク50は、後に図7で説明するように、ベース56とフィン57とから形成されている。筐体52の一方の端面側には冷却ファン55(及び不図示の排気口)が設置され、他方の端面には吸気口54が設けられている。尚、冷却ファン55は、例えば図8に示すように筐体52内に配置されている。
8 is a side sectional view of the configuration shown in FIG.
First, as shown in FIG. 6, an example of a conventional forced air cooling heat sink includes a plurality of semiconductor modules 53 (in the illustrated example, two windward side semiconductor modules 53a and two leeward side semiconductor modules 53b). The heat sink 50 is installed on the upper surface of the heat sink 50, and the heat sink 50 is accommodated in the housing 52. The heat sink 50 is formed of a base 56 and fins 57 as will be described later with reference to FIG. A cooling fan 55 (and an exhaust port (not shown)) is installed on one end surface side of the housing 52, and an intake port 54 is provided on the other end surface. In addition, the cooling fan 55 is arrange | positioned in the housing | casing 52, as shown, for example in FIG.

冷却ファン55によって、図示の気流61,62が形成される。すなわち、周辺の空気を気流61(吸気)として吸気口54から筐体52内に流入させて、後述するフィン57等を通過させた後(その際にフィン57からの放熱により温度上昇して)、気流62(排気)として上記筐体52の一方の端面(不図示の排気口)から排出する。   The cooling fan 55 forms the airflows 61 and 62 shown in the figure. That is, ambient air flows as airflow 61 (intake air) into the housing 52 from the air inlet 54 and passes through the fins 57 and the like described later (in this case, the temperature rises due to heat radiation from the fins 57). The airflow 62 (exhaust gas) is discharged from one end surface (exhaust port not shown) of the casing 52.

また、複数の半導体モジュール53は、ブスバー51で電気的に接続されている。すなわち、各半導体モジュール53は、不図示の主端子によって、ブスバー51に接続しており、これは電気的な接続のためであるが、熱もブスバーに伝わることになる。尚、当然、各半導体モジュール53で発生する熱は、ヒートシンク50にも伝わるものであり、ヒートシンク50(そのフィン57)から放熱される。   The plurality of semiconductor modules 53 are electrically connected by the bus bar 51. That is, each semiconductor module 53 is connected to the bus bar 51 by a main terminal (not shown). This is for electrical connection, but heat is also transferred to the bus bar. Of course, the heat generated in each semiconductor module 53 is also transmitted to the heat sink 50 and is radiated from the heat sink 50 (the fins 57).

尚、ブスバーとは一般に、電源供給ラインに替わって使用される細長い金属であるが、この定義に限定されるものではない。また、ブスバーの材質は一般に銅である場合が多いが、この例に限らない。   The bus bar is generally an elongated metal used in place of the power supply line, but is not limited to this definition. The bus bar is generally made of copper, but is not limited to this example.

尚、筐体52は、更に、図8に示すように、ヒートシンク50の上方空間(複数の半導体モジュール53の設置空間)を覆うように形成されても良い。
図7は、筐体52からヒートシンク50(半導体モジュール53を搭載した状態)を取出したものである。但し、ブスバー51は省略して示している。
In addition, the housing | casing 52 may further be formed so that the upper space (installation space of the several semiconductor module 53) of the heat sink 50 may be covered, as shown in FIG.
FIG. 7 shows the heat sink 50 (in a state where the semiconductor module 53 is mounted) taken out from the housing 52. However, the bus bar 51 is omitted.

ヒートシンク50は、熱良導体(高熱伝導材料)であるベース56と熱良導体(高熱伝導材料)である複数のフィン57とによって形成されている。尚、これらは高熱伝導材料、すなわち高熱伝導性を有する材料に限らず、単なる熱伝導材料であっても構わない。   The heat sink 50 is formed by a base 56 that is a good thermal conductor (high thermal conductive material) and a plurality of fins 57 that are thermal good conductors (high thermal conductive material). Note that these are not limited to highly heat conductive materials, that is, materials having high heat conductivity, and may be simple heat conductive materials.

ベース56の下面に垂直に且つ互いに並行に並べて複数の(図では25枚程度の)フィン57が設けられている。これら各フィン57間の隙間を、上記気流61として吸気口54から筐体52内に流入した空気が通過することになり、これによって各フィン57からの放熱が促進されることになる。   A plurality of (about 25 in the figure) fins 57 are provided so as to be perpendicular to the lower surface of the base 56 and in parallel with each other. Air flowing into the housing 52 from the air inlet 54 as the airflow 61 passes through the gaps between the fins 57, and heat dissipation from the fins 57 is thereby promoted.

また、ベース56の上面側には複数の半導体モジュール53が搭載されている。各半導体モジュール53で発生した熱は、ベース56を介して各フィン57に伝わり、上記の通り各フィン57から空気中へ放熱される。   A plurality of semiconductor modules 53 are mounted on the upper surface side of the base 56. The heat generated in each semiconductor module 53 is transmitted to each fin 57 via the base 56 and is radiated from the fin 57 into the air as described above.

更に、図7では省略しているが、図6で説明したように、各半導体モジュール53で発生した熱の一部は、不図示の主端子を介してブスバー51にも伝わるが、ブスバー51からの放熱効率は悪く、主端子やブスバー51の温度上昇を招いている。   Further, although omitted in FIG. 7, as described in FIG. 6, a part of the heat generated in each semiconductor module 53 is also transmitted to the bus bar 51 through a main terminal (not shown), but from the bus bar 51. The heat dissipation efficiency of the main body and the bus bar 51 is increased.

図8は、図6に示した強制空冷式ヒートシンクの断面図であり、筐体内の空気の流れ(気流)も示している。
気流は図上では矢印で示すものとする。筐体52等によって図示のように吸気口54、風上側風洞58a、フィン57の設置空間、風下側風洞58b等から成る風洞が形成され、冷却ファン5によって図上矢印で示す空気の流れ(風洞内を流れてフィン57を通過する)が形成される。尚、空気は、吸気口54から吸気し(気流(吸気)61)、冷却ファン5の後段にある不図示の排気口から外部へ排気される(気流(排気)62)。尚、以後、空気の流れに関して、冷却ファン5について逐一言及しないものとする。
FIG. 8 is a cross-sectional view of the forced air-cooling heat sink shown in FIG. 6 and also shows the air flow (airflow) in the housing.
The airflow is indicated by arrows in the figure. As shown in the figure, the casing 52 or the like forms a wind tunnel including the inlet 54, the windward wind tunnel 58a, the installation space of the fins 57, the leeward wind tunnel 58b, and the like. And flows through the fins 57). Air is sucked from the air inlet 54 (airflow (intake) 61) and exhausted to the outside through an exhaust port (not shown) at the rear stage of the cooling fan 5 (airflow (exhaust) 62). In the following description, the cooling fan 5 will not be mentioned one by one with respect to the air flow.

尚、図6には示していないが、筐体52は、図6に示す側面等だけでなく、図8に示すように半導体モジュール53を覆うように上面にも設けられていても良い。
上記の通り、吸気口54より取込まれた空気は、風上側風洞58aを経由してヒートシンク50の複数のフィン57の間を抜けて風下側風洞58bに至り、不図示の排気口から外部に排気される。一方、半導体モジュール53で発生した熱は、ベース56を経由してフィン57に伝わり、フィン57の間を通過する空気に吸熱されて外部に排気される。
Although not shown in FIG. 6, the housing 52 may be provided not only on the side surface shown in FIG. 6 but also on the upper surface so as to cover the semiconductor module 53 as shown in FIG. 8.
As described above, the air taken in from the intake port 54 passes through the windward wind tunnel 58a and passes between the plurality of fins 57 of the heat sink 50 to reach the leeward wind tunnel 58b. Exhausted. On the other hand, the heat generated in the semiconductor module 53 is transmitted to the fins 57 via the base 56, absorbed by the air passing between the fins 57, and exhausted to the outside.

これにより、半導体モジュール53で発生した熱がフィン57等から放熱されて、以って半導体モジュール53を冷却する。強制空冷式ヒートシンクでは、半導体モジュール53から発生した熱をベース56を介してフィン57から空気中に放熱するため、フィン57間を通過する空気の温度は、風上側よりも風下側の方が高くなる。換言すれば、空気の温度は、フィン57間を通過中に徐々に上昇していく。   As a result, heat generated in the semiconductor module 53 is dissipated from the fins 57 and the like, thereby cooling the semiconductor module 53. In the forced air cooling heat sink, the heat generated from the semiconductor module 53 is radiated from the fins 57 to the air via the base 56, so the temperature of the air passing between the fins 57 is higher on the leeward side than on the leeward side. Become. In other words, the temperature of the air gradually rises while passing between the fins 57.

この為、仮に、風上側半導体モジュール53aと風下側半導体モジュール53bの発熱量が同じであった場合、風上側半導体モジュール53aに比べて風下側半導体モジュール53bの温度が高くなる。一方、半導体モジュール53には、使用温度に限界があり、局部的な温度上昇が装置稼働のボトルネックになる。このため、通常、風上側に発熱温度の高い(発熱量が多い)半導体モジュール53を配置し、風下側に発熱温度の低い(発熱量が少ない)半導体モジュール53を配置して、半導体モジュール53の温度が使用限界を超えない様にしている。換言すれば、風上側半導体モジュール53aが、風下側半導体モジュール53bに比べて、発熱温度が高い(発熱量が多い)ものとなるようにしている。   For this reason, if the amount of heat generated by the leeward side semiconductor module 53a and the leeward side semiconductor module 53b is the same, the temperature of the leeward side semiconductor module 53b becomes higher than that of the leeward side semiconductor module 53a. On the other hand, the operating temperature of the semiconductor module 53 is limited, and a local temperature rise becomes a bottleneck for operating the apparatus. For this reason, normally, a semiconductor module 53 having a high heat generation temperature (a large amount of heat generation) is disposed on the windward side, and a semiconductor module 53 having a low heat generation temperature (a small heat generation amount) is disposed on the leeward side. The temperature does not exceed the service limit. In other words, the leeward side semiconductor module 53a has a higher heat generation temperature (a larger amount of heat generation) than the leeward side semiconductor module 53b.

ところが、半導体モジュールのレイアウトによっては、この様な方法が採れない事もあり、風下側半導体モジュール53bの温度が高くなって強制空冷式ヒートシンクの冷却能力を充分に活用する事が出来ないという不具合が発生する。   However, this method may not be adopted depending on the layout of the semiconductor module, and the temperature of the leeward side semiconductor module 53b becomes high, and the cooling capacity of the forced air cooling heat sink cannot be fully utilized. Occur.

また、上記フィン57からの放熱以外の伝熱経路として、半導体チップから主端子を経由して外部に放熱する経路がある構成が知られている。この様な構成の一例を図9に示す。   Further, as a heat transfer path other than the heat dissipation from the fins 57, there is known a configuration in which there is a path for radiating heat from the semiconductor chip via the main terminal. An example of such a configuration is shown in FIG.

図9は、半導体モジュールの構造図である。尚、これは、上記半導体モジュール53の構造例としてもよいが、この例に限らない。
図9に示す例の半導体モジュールは、発熱源となる半導体チップ73を有し、この半導体チップ73は、内部配線74を介して主端子71と電気的に接続されている。また、内部配線74は、熱良導体でもある為、半導体チップ73で発生した熱は、内部配線74を介して主端子71に伝わることになる。主端子71にブスバー(バスバー)77が接続された構成の場合には、上記熱は主端子71から更にブスバー77に伝わることになり、ブスバー77から空気中に放熱される。但し、そのままでは放熱効率はよくない。
FIG. 9 is a structural diagram of the semiconductor module. This may be a structural example of the semiconductor module 53, but is not limited to this example.
The semiconductor module of the example shown in FIG. 9 has a semiconductor chip 73 that serves as a heat source, and this semiconductor chip 73 is electrically connected to the main terminal 71 via an internal wiring 74. Further, since the internal wiring 74 is also a good thermal conductor, the heat generated in the semiconductor chip 73 is transmitted to the main terminal 71 via the internal wiring 74. In the case where a bus bar (bus bar) 77 is connected to the main terminal 71, the heat is further transferred from the main terminal 71 to the bus bar 77, and is radiated from the bus bar 77 into the air. However, the heat dissipation efficiency is not good as it is.

このため、上記プレート77からの放熱を促進する構造が、特許文献1に開示されている。
特許文献1の発明は、パワー半導体の主端子電極に接続するプレートを、放熱器として利用し、パワー半導体を放熱面だけでなく素子からの伝熱も放熱させる相乗効果により、高効率な放熱を実現するものである。
For this reason, a structure for promoting heat dissipation from the plate 77 is disclosed in Patent Document 1.
The invention of Patent Document 1 uses a plate connected to the main terminal electrode of the power semiconductor as a radiator, and a high efficiency heat dissipation is achieved by a synergistic effect of dissipating not only the heat dissipation surface but also the heat transfer from the element. It is realized.

図10は、上記特許文献1の構成例である。
図10の構成では、複数のパワー半導体85の各主端子86を電気的に接続し、DCバスラインを形成するプレート82を設ける。主たる冷却を担う主放熱器81(上記フィンに相当する)及び主ファンモータ83に加えて、副放熱器としてのプレート82と副ファンモータ84を設けている。プレート82は、パワー半導体85の主端子86にネジ固定させ、プレート2全体を副ファンモータ84からの送風によって強制冷却させる。
FIG. 10 is a configuration example of Patent Document 1 described above.
In the configuration of FIG. 10, a plate 82 that electrically connects the main terminals 86 of the plurality of power semiconductors 85 and forms a DC bus line is provided. In addition to a main radiator 81 (corresponding to the fins) responsible for main cooling and a main fan motor 83, a plate 82 and a sub fan motor 84 are provided as sub radiators. The plate 82 is screwed to the main terminal 86 of the power semiconductor 85, and the entire plate 2 is forcibly cooled by blowing air from the sub fan motor 84.

パワー半導体85が発する熱は、主端子86からプレート82に伝わるので、プレート82を冷却することで放熱することになる。熱は発生源の半導体素子と直接結合している主端子から取り出すため、送風による強制冷却を行えば放熱効率が高い。これにより主放熱器81の負担が軽減され、小型化等を図れる。   Since the heat generated by the power semiconductor 85 is transmitted from the main terminal 86 to the plate 82, the heat is dissipated by cooling the plate 82. Since heat is taken out from the main terminal directly coupled to the semiconductor element of the generation source, heat radiation efficiency is high if forced cooling is performed by blowing air. As a result, the burden on the main radiator 81 is reduced, and downsizing and the like can be achieved.

特開2001−86705号公報JP 2001-86705 A

半導体モジュールの主端子に接続したブスバー等からの放熱を促進する方法として、上述した特許文献1の構造が提案されているが、半導体モジュールの周囲に空気を流す為、半導体モジュールの主端子や制御端子に塵や埃が付着して絶縁性能が低下するという問題が生じる。   As a method for promoting heat dissipation from a bus bar or the like connected to the main terminal of the semiconductor module, the structure of Patent Document 1 described above has been proposed. However, since air flows around the semiconductor module, the main terminal and control of the semiconductor module are controlled. There arises a problem that the insulation performance is deteriorated due to dust or dust adhering to the terminal.

このため、通常、エアーフィルターを使用して塵や埃を除去しているが、エアーフィルターの目を細かくして捕集能力を上げると圧力損失が大きくなり、強力な冷却ファンが必要になったり、エアーフィルターのメンテナンス周期が短くなったりする不具合を生じる。   For this reason, dust and dirt are usually removed using an air filter, but increasing the collection capacity by making the air filter finer increases the pressure loss and may require a powerful cooling fan. The problem that the maintenance cycle of an air filter becomes short occurs.

本発明の課題は、半導体モジュールの周囲に空気を流すことなく半導体モジュールの主端子に接続されたプレートに送風して強制冷却させることができ、以って半導体モジュールの主端子等に塵や埃が付着することなく放熱効率が高い強制空冷式ヒートシンクを提供することである。   An object of the present invention is to blow air to a plate connected to a main terminal of a semiconductor module without forced air to flow around the semiconductor module, thereby forcibly cooling the main terminal of the semiconductor module. The object is to provide a forced air-cooled heat sink having high heat dissipation efficiency without adhesion.

本発明の強制空冷ヒートシンクは、熱伝導材料から成るベースの一方の面に半導体モジュールが搭載され他方の面に熱伝導材料から成る複数のフィンが設けられて成るヒートシンクと、前記ヒートシンクを収納する筐体であってその一部によって前記フィンを囲む風洞を形成する筐体と、該風洞に外部空気を流入させて前記フィンを通過させて排気する気流を生成する冷却ファンとを有する強制空冷ヒートシンクにおいて、前記ベースの一方の面側に設けられ、前記風洞内に流入させた空気の一部を通過させるダクトであって、1以上の開口部を有するダクトと、前記半導体モジュールの主端子に接続すると共に、前記1以上の開口部を塞ぐ形で設置される、熱伝導材料から成るプレートとを有し、前記半導体モジュール内で発生する熱が、前記主端子を介して前記プレートに伝達され、前記1以上の開口部において前記ダクト内を通過する空気へ当該プレートから放熱される。   The forced air-cooled heat sink of the present invention includes a heat sink in which a semiconductor module is mounted on one surface of a base made of a heat conductive material and a plurality of fins made of a heat conductive material is provided on the other surface, and a housing that houses the heat sink. A forced air-cooling heat sink having a body that forms a wind tunnel that surrounds the fins by a part of the body, and a cooling fan that generates an airflow through which the outside air flows into the wind tunnel and passes through the fins The duct is provided on one surface side of the base and allows a part of the air flowing into the wind tunnel to pass therethrough, and is connected to a duct having one or more openings and a main terminal of the semiconductor module And a plate made of a heat conductive material, which is installed so as to close the one or more openings, and the heat generated in the semiconductor module is Is transmitted via the serial main terminal to the plate, is radiated from the plate to the air passing through the said duct at said one or more openings.

本発明の強制空冷式ヒートシンク等によれば、半導体モジュールの周囲に空気を流すことなく半導体モジュールの主端子に接続されたプレートに送風して強制冷却させることができ、以って半導体モジュールの主端子等に塵や埃が付着することなく放熱効率が高い強制空冷式ヒートシンクを実現できる。   According to the forced air-cooling type heat sink and the like of the present invention, air can be forcedly cooled by sending air to the plate connected to the main terminal of the semiconductor module without flowing air around the semiconductor module. A forced air-cooled heat sink with high heat dissipation efficiency can be realized without dust or dust adhering to the terminals.

本例の強制空冷式ヒートシンクの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the forced air cooling type heat sink of this example. 本例の強制空冷式ヒートシンクの断面図である。It is sectional drawing of the forced air cooling type heat sink of this example. 図1におけるプレートを外した状態を示すものである。It shows the state where the plate in FIG. 1 is removed. (a)は適用対象例、(b)は具体例を示す図である。(A) is a figure which shows an example of application, (b) is a figure which shows a specific example. (a)、(b)は、先願の強制空冷式ヒートシンクの構造図である。(A), (b) is a structure figure of the forced air cooling type heat sink of a prior application. 従来の強制空冷式ヒートシンクの外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the conventional forced air cooling type heat sink. 図6に示す構成の一部を取り出して示すものである。A part of the configuration shown in FIG. 6 is taken out and shown. 図6に示す構成の側断面図である。It is a sectional side view of the structure shown in FIG. 半導体モジュールの構造図である。It is a structure diagram of a semiconductor module. 特許文献1の構成例である。It is an example of composition of patent documents 1.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図1〜図3は、本例の強制空冷式ヒートシンクを示したものである。
すなわち、図1、図3は、本例の強制空冷式ヒートシンクの本体部分の外観斜視図である。図3は、図1におけるプレート13を外した状態を示すものである。また、図2は、本例の強制空冷式ヒートシンク全体の断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 to 3 show a forced air-cooling heat sink of this example.
That is, FIG. 1 and FIG. 3 are external perspective views of the main body portion of the forced air cooling heat sink of this example. FIG. 3 shows a state where the plate 13 in FIG. 1 is removed. FIG. 2 is a cross-sectional view of the entire forced air-cooling heat sink of this example.

尚、図1や図3は上記従来の図面の図7に相当する図面であり(本体部分を示すものであり)、強制空冷式ヒートシンク全体の構成は図6と略同様に上記本体部分が筐体内に収容された構成であり(但しここでは図示しない)、図2は当該全体構成の断面図に相当するものと言える。   FIGS. 1 and 3 are drawings corresponding to FIG. 7 of the conventional drawing (showing the main body portion), and the structure of the entire forced air cooling heat sink is the same as that of FIG. The structure is housed in the body (not shown here), and FIG. 2 can be said to correspond to a cross-sectional view of the entire structure.

図1〜図3に示すように、本例による強制空冷式ヒートシンクの本体部分は、まず基本的には、ベース2とフィン3とから成るヒートシンク1を有する。すなわち、ヒートシンク1は、熱良導体(特に銅などの高熱伝導材料)であるベース2と熱良導体(特に銅などの高熱伝導材料)である複数のフィン3から形成されている。尚、これらベース2やフィン3は、高熱伝導材料、すなわち熱伝導率の高い材料に限らず、単なる熱伝導材料であっても構わない。尚、これらの構成自体は、従来と同様であってよい。   As shown in FIGS. 1 to 3, the main part of the forced air-cooling heat sink according to the present example basically has a heat sink 1 composed of a base 2 and fins 3. That is, the heat sink 1 is formed of a base 2 which is a heat good conductor (particularly a high heat conductive material such as copper) and a plurality of fins 3 which are heat good conductors (particularly a high heat conductive material such as copper). These bases 2 and fins 3 are not limited to high heat conductive materials, that is, materials having high heat conductivity, and may be simple heat conductive materials. In addition, these structures themselves may be the same as the conventional one.

上記ベース2の一方の面側(図では上面側であるがこの例に限らない)には、風上側半導体モジュール4aと風下側半導体モジュール4bが設けられている。更に、これら各半導体モジュール4の主端子11aに接続するプレート(ブスバーや平板電極等)13なども設けられている。   A windward side semiconductor module 4a and a leeward side semiconductor module 4b are provided on one surface side of the base 2 (the upper surface side in the figure is not limited to this example). Furthermore, a plate (bus bar, flat plate electrode, etc.) 13 connected to the main terminal 11a of each semiconductor module 4 is also provided.

尚、上記の通り、ヒートシンク1は基本的にはベース2とフィン3とから成るものであるが、上記半導体モジュール4が搭載された状態をヒートシンク1と呼んでもよいものとする。   As described above, the heat sink 1 basically includes the base 2 and the fins 3. However, the state in which the semiconductor module 4 is mounted may be referred to as the heat sink 1.

ベース2の他方の面側(図では下面側であるがこの例に限らない)には、複数枚の上記フィン3が、当該他方の面に垂直に且つ互いに並行に並べる形で形成されている。これより、上側半導体モジュール4aと風下側半導体モジュール4bで発生する熱は、ベース2に伝わり、更にフィン3に伝わって放熱される。強制空冷式ヒートシンクへ流入する空気(風上側気流7a)は、その一部がフィン3を通過し、フィン3からの放熱効率を向上させると共に、自身はフィン3からの放熱によって温度上昇して風下側気流7bとして排出される。   On the other surface side of the base 2 (in the figure, the lower surface side is not limited to this example), a plurality of the fins 3 are formed so as to be arranged perpendicular to the other surface and in parallel with each other. . Thus, the heat generated in the upper semiconductor module 4a and the leeward semiconductor module 4b is transmitted to the base 2 and further transferred to the fins 3 to be dissipated. A part of the air (windward airflow 7a) flowing into the forced air-cooling heat sink passes through the fins 3 to improve the heat dissipation efficiency from the fins 3, while the temperature of the air itself increases due to the heat dissipation from the fins 3 It is discharged as a side airflow 7b.

尚、風上側半導体モジュール4aと風下側半導体モジュール4bとを特に区別する必要がない場合には、半導体モジュール4と記す場合もあるものとする。これは、他の構成要素についても同様である。   In addition, when it is not necessary to particularly distinguish the leeward side semiconductor module 4a and the leeward side semiconductor module 4b, the semiconductor module 4 may be described. The same applies to other components.

尚、図では、風上側半導体モジュール4a、風下側半導体モジュール4bは、それぞれ2個ずつ設けられているが、この例に限らない。図の例では、ベース2上には4個の半導体モジュールが設けられており、上記フィン3を通過する空気の流れの風上側にある2個を風上側半導体モジュール4a、風下側にある2個を風下側半導体モジュール4bと呼んでいるものである。また、図では、全ての半導体モジュール4は、その主端子11aがプレート(ブスバー等)13に接続されるが、この例に限らない。つまり、その主端子11aがプレート(ブスバー等)13に接続されない半導体モジュール4が、存在していても構わない。   In the figure, two leeward semiconductor modules 4a and two leeward semiconductor modules 4b are provided, but the present invention is not limited to this example. In the example shown in the figure, four semiconductor modules are provided on the base 2, two on the windward side of the air flow passing through the fins 3 are the windward semiconductor modules 4 a and two on the leeward side. Is called the leeward semiconductor module 4b. In the figure, all the semiconductor modules 4 have their main terminals 11a connected to a plate (busbar or the like) 13, but the present invention is not limited to this example. That is, there may be a semiconductor module 4 whose main terminal 11a is not connected to the plate (busbar or the like) 13.

尚、フィン3に関しては、例えば図2に示すように、上記フィン3を通過する空気の流れの風上側の部分(風上側半導体モジュール4aの下に位置する部分)を風上側フィン3a、風下側の部分(風下側半導体モジュール4bの下に位置する部分)を風下側フィン3bと呼ぶ場合もあるものとする。これは、換言すれば、後述するベース開口部9aよりも風上側は風上側フィン3a、風下側は風下側フィン3bと見做してもよい。   As for the fin 3, for example, as shown in FIG. 2, the windward portion (portion located below the windward semiconductor module 4a) of the air flow passing through the fin 3 is referred to as the windward fin 3a. This part (the part located under the leeward side semiconductor module 4b) may be referred to as the leeward side fin 3b. In other words, the upwind fin 3a may be regarded as the windward fin 3a, and the leeward fin 3b may be regarded as the leeward fin 3b than the base opening 9a described later.

また、上記ベース2の一方の面側(図では上面側)には更に洞10が設けられており、ベース2にはベース開口部9a(後述する)が設けられている。これらの構成により、上記風上側気流7aは、上記の通りその一部(本流とする)はフィン3全体を通過するが、他の一部(支流とする)は洞10内を通過することで、風上側フィン3aは通過せず(パスして)、風下側フィン3bのみを通過する。   Further, a sinus 10 is further provided on one surface side (upper surface side in the drawing) of the base 2, and a base opening 9 a (described later) is provided in the base 2. With these configurations, a part of the upwind airflow 7a (main stream) passes through the entire fin 3 as described above, while the other part (branch stream) passes through the sinus 10. The leeward fin 3a does not pass (passes) and passes only the leeward fin 3b.

また、図2、図3に示すように、ベース2に関して、風上側半導体モジュール4aと風下側半導体モジュール4bとの間にベース開口部9aが形成されており、洞10内を通過した空気(風上側気流7aの一部;支流)は、ベース開口部9aを通ってベース2の下方側に流入し、上記本流と合流して上記風下側フィン3bを通過して、風下側気流7bとして排出される。尚、ベース開口部9aは、例えば後述する図5(b)に示す形状・配置であるが、この例に限らない。   As shown in FIGS. 2 and 3, with respect to the base 2, a base opening 9 a is formed between the leeward side semiconductor module 4 a and the leeward side semiconductor module 4 b, and the air (wind Part of the upper airflow 7a; a tributary) flows into the lower side of the base 2 through the base opening 9a, merges with the main flow, passes through the leeward fin 3b, and is discharged as the leeward airflow 7b. The The base opening 9a has, for example, the shape and arrangement shown in FIG. 5B described later, but is not limited to this example.

上記洞10は、上記ベース2の上面における空きエリア(各半導体モジュール4の設置エリア以外のエリア)に設置されると共に、ベース開口部9aを覆うように設置される。更に、上記のように風上側気流7aの一部(支流)が洞10内に流入するように設置される。これより、洞10は、例えば図3に示すようなE字形状となるが、この例に限らない。何れにしても、洞10によって、各半導体モジュール4(特に風上側半導体モジュール4a)の周囲に空気を流さずに、風上側気流7aの一部(支流)がベース2の上面側を通過するように構成している。ここまでは先願(特願2011-232901号)と略同様であってもよいが、本例では更に後述する洞開口部9bが設けられると共に、主端子11aに接続されたプレート13が洞開口部9bを塞ぐように設置される。これについては後に説明する。   The sinus 10 is installed in an empty area (an area other than the installation area of each semiconductor module 4) on the upper surface of the base 2, and is installed so as to cover the base opening 9a. Furthermore, it installs so that a part (branch) of the windward airflow 7a may flow into the cave 10 as described above. Thus, the sinus 10 has an E shape as shown in FIG. 3, for example, but is not limited to this example. In any case, a portion (branch) of the windward airflow 7a passes through the upper surface side of the base 2 without flowing air around each semiconductor module 4 (especially the windward semiconductor module 4a) by the sinus 10. It is configured. Up to this point, it may be substantially the same as the prior application (Japanese Patent Application No. 2011-232901), but in this example, a sinus opening 9b described later is further provided, and the plate 13 connected to the main terminal 11a is provided with the sinus opening. It is installed so as to block the portion 9b. This will be described later.

ここで、図2に示すように、本例の強制空冷式ヒートシンクは全体的には、図6や図8と略同様に、上記図1に示す本体部分が筐体6内に収容されており、更に筐体6によって風上側風洞8aや風下側風洞8b等が形成されている。更に、冷却ファン5等が設けられている。また、図6の吸気口54と同様にして図2に示すように筐体6には穴(吸気口12)が形成されている。更に、図示していないが、風下側気流7bを排出するための排気口も、筐体6に形成されている。   Here, as shown in FIG. 2, the forced air-cooled heat sink of this example has the main body portion shown in FIG. Further, a windward side wind tunnel 8a, a leeward side wind tunnel 8b, and the like are formed by the casing 6. Further, a cooling fan 5 and the like are provided. Similarly to the air inlet 54 of FIG. 6, a hole (air inlet 12) is formed in the housing 6 as shown in FIG. 2. Further, although not shown, an exhaust port for discharging the leeward airflow 7 b is also formed in the housing 6.

また、図6では省略しているが図8等と略同様に、図2に示すように筐体6の一部がプレート13や半導体モジュール4の設置空間を覆うように構成されている。更に、図2に示す風上側風洞8aの天井部分6aや風下側風洞8bの天井部分6b等も筐体6の一部と見做してよく、これらを含む筐体6全体によって、半導体モジュール4等の設置空間には、外気は流入しないように構成されている。尚、換言すれば、上記天井部分6a、6bなどを含む筐体6によって、上記風上側風洞8a、風下側風洞8b等が形成されるものと言える。更に、これら風上側風洞8a、風下側風洞8bや、フィン3の設置空間等から成る風洞(基本的にはフィン3に空気を通過させる為の風洞;上記本流の空気を流すための風洞)が形成されるものと言える。   Although omitted in FIG. 6, substantially the same as in FIG. 8 and the like, a part of the housing 6 is configured to cover the installation space of the plate 13 and the semiconductor module 4 as shown in FIG. Further, the ceiling portion 6a of the windward wind tunnel 8a and the ceiling portion 6b of the leeward wind tunnel 8b shown in FIG. 2 may be regarded as a part of the housing 6, and the semiconductor module 4 includes the entire housing 6 including these. The outside air does not flow into the installation space. In other words, it can be said that the windward side wind tunnel 8a, the leeward side wind tunnel 8b and the like are formed by the casing 6 including the ceiling portions 6a and 6b. Further, the windward side wind tunnel 8a, the leeward side wind tunnel 8b, and the wind tunnel including the installation space of the fins 3 (basically a wind tunnel for allowing air to pass through the fins 3; a wind tunnel for allowing the main air to flow). It can be said that it is formed.

一方、洞10の風上側の下部には図2に示す穴10aが設けられており、風上側気流7aの空気の一部(支流)は、この穴10aを通って洞10内に流入する。尚、風上側風洞8aの天井部分6aにも、この穴10aに対応する位置にこの穴10aと同じ大きさ(もしくは穴10aより小さい)不図示の穴が空けられている。   On the other hand, a hole 10a shown in FIG. 2 is provided in the lower part of the windward side of the cave 10, and a part (branch) of the air of the windward airflow 7a flows into the sinus 10 through the hole 10a. Note that a hole (not shown) having the same size as the hole 10a (or smaller than the hole 10a) is formed in the ceiling portion 6a of the windward wind tunnel 8a at a position corresponding to the hole 10a.

ここで、気流に関しては、例えば図2において矢印で示すような空気の流れが形成される。この空気の流れは、冷却ファン5によって作られる。すなわち、メインの空気の流れ(本流)は、吸気口12から取り込んだ空気(風上側気流7a)が、風上側風洞8aを経由してフィン3の間を抜けて風下側風洞8bに至り(風上側風洞8a→フィン3→風下側風洞8bの順に通過させて)、風下側気流7bとして外部へ放出する。   Here, with respect to the air flow, for example, an air flow as shown by an arrow in FIG. 2 is formed. This air flow is created by the cooling fan 5. That is, the main air flow (main flow) is that the air (windward airflow 7a) taken from the intake port 12 passes through the fins 3 via the windward wind tunnel 8a and reaches the leeward wind tunnel 8b (wind current). The air passes through the upper wind tunnel 8a → the fin 3 → the leeward wind tunnel 8b in this order) and is released to the outside as the leeward airflow 7b.

但し、風上側風洞8aに流入させた空気の一部(支流)は、洞10内を通過させた後、ベース開口部9aを通って上記本流に途中で合流させる(これを、サブの空気の流れとする)。   However, a part (branch) of the air that has flowed into the windward wind tunnel 8a passes through the cave 10 and then merges with the main flow along the way through the base opening 9a (this is the sub air flow). Flow).

上記支流の空気は、洞10内を通過中に、主端子11aに接続するプレート13の端面(上記洞開口部9bを塞いでいる部分)を流れるため、プレート13からの放熱が促進される。これについては詳しくは後に説明する。尚、洞10の材質は例えばFRP(繊維強化プラスチック;Fiber Reinforced Plastics)等の絶縁体であり、従ってプレート13から洞10への熱伝達は殆どないものと考えてよい。   The tributary air flows through the end of the plate 13 connected to the main terminal 11a (portion closing the sinus opening 9b) while passing through the sinus 10, so that heat radiation from the plate 13 is promoted. This will be described in detail later. The material of the sinus 10 is an insulator such as FRP (Fiber Reinforced Plastics), and therefore, it may be considered that there is almost no heat transfer from the plate 13 to the sinus 10.

このように、強制空冷式ヒートシンクに流入する風上側気流7aは、風上側風洞8aにおいて2方向に分かれて、その一部(本流の空気)はベース2の下方側に流入してフィン3を通過し、他の一部(支流の空気)はベース2の上面に設けられた洞10内を通過する。尚、図2に示す例では、支流の空気は、洞10内を通過後に本流に途中で合流するが、この例に限らず、例えば本流に合流することなくそのまま風下側風洞8bや冷却ファン5等を介して外部へ排出される構成としてもよい。但し、ここでは図示の例に従って説明する。   In this way, the windward airflow 7a flowing into the forced air-cooling heat sink is divided into two directions in the windward wind tunnel 8a, and a part (main air) flows into the lower side of the base 2 and passes through the fins 3. However, the other part (branch air) passes through the cave 10 provided on the upper surface of the base 2. In the example shown in FIG. 2, the tributary air merges in the middle after passing through the cave 10. However, the present invention is not limited to this example. For example, the leeward wind tunnel 8 b and the cooling fan 5 are not directly joined to the main stream. It is good also as a structure discharged | emitted outside via etc. However, it demonstrates according to the example of illustration here.

洞10内に流入した上記“支流の空気”は、風上側半導体モジュール4aに接触することなく、プレート13に接触して放熱を受けた後、上記の通りベース開口部9aを通ってベース2の下方側に流入し、上記“本流の空気”と合流する。合流後は、風下側フィン3bを通過した後、風下側風洞8bを通過し、冷却ファン5を通過して、風下側気流7bとして排出される。   The “branch air” flowing into the cave 10 contacts the plate 13 and receives heat radiation without contacting the windward side semiconductor module 4a, and then passes through the base opening 9a as described above. It flows into the lower side and merges with the “main air”. After merging, after passing through the leeward fin 3b, it passes through the leeward wind tunnel 8b, passes through the cooling fan 5, and is discharged as the leeward airflow 7b.

また、洞10には、図3に示すように、その一面(図では上面)に1または複数の洞開口部9bが設けられている。一方、図2に示すように、プレート13は、各半導体モジュール4の主端子11a(風上側半導体モジュール4aや風下側半導体モジュール4bの主端子11a)と接続していると共に、各洞開口部9bを塞ぐように設けられている。これより、上記の通り、プレート13には、各洞開口部9bにおいて上記“支流の空気”が流れることになる。この様な構成により、風上側半導体モジュール4aで発生した熱は、主端子11aを介してプレート13に伝わり、プレート13から上記“支流の空気”へと放熱されることになる。   Further, as shown in FIG. 3, the sinus 10 is provided with one or a plurality of sinus openings 9b on one surface (the upper surface in the figure). On the other hand, as shown in FIG. 2, the plate 13 is connected to the main terminal 11a of each semiconductor module 4 (the main terminal 11a of the leeward side semiconductor module 4a and the leeward side semiconductor module 4b), and each sinus opening 9b. It is provided so as to block. Accordingly, as described above, the “branch air” flows through the plate 13 in each of the sinus openings 9b. With such a configuration, the heat generated in the windward side semiconductor module 4a is transmitted to the plate 13 via the main terminal 11a, and is radiated from the plate 13 to the “branch air”.

ここで、プレート13は、一例としてはブスバー(バスバーとも言う)であってよいが、この例に限らない。ブスバーの材質は、一般的に銅であるが、プレート13の材質は、この例に限らず、例えばアルミニウム等の他の金属であってもよい。あるいは、プレート13は、金属プレートに限らず、基板配線パターンを利用するものであっても構わない。   Here, the plate 13 may be a bus bar (also referred to as a bus bar) as an example, but is not limited to this example. The material of the bus bar is generally copper, but the material of the plate 13 is not limited to this example, and may be another metal such as aluminum. Alternatively, the plate 13 is not limited to a metal plate, and may use a substrate wiring pattern.

ここで、各半導体モジュール4で発生する熱は、基本的にはベース2→フィン3へと伝わってフィン3から上記“本流の空気”へ放熱されるが、半導体モジュール4→主端子11a→プレート13(ブスバー等)の経路で伝わる熱もある。この熱は、従来ではブスバーからの放熱効率が悪く、ブスバーや主端子等の温度上昇を招いていた。これに対して上記特許文献1の発明では、小型ファンを設けてプレートに風を送ることで、放熱効率を向上させ、主端子→ブスバーへと伝わる熱を効率よく放熱させていた。しかしながら、既に述べたように、特許文献1の構成では、半導体モジュールの主端子や制御端子に塵や埃が付着して絶縁性能が低下するという問題が生じる。   Here, the heat generated in each semiconductor module 4 is basically transferred from the base 2 to the fin 3 and dissipated from the fin 3 to the “main air”, but the semiconductor module 4 → the main terminal 11 a → plate. There is also heat that travels through the path of 13 (Busbar, etc.). Conventionally, this heat has poor heat dissipation efficiency from the bus bar, and has caused the temperature of the bus bar and the main terminal to rise. On the other hand, in the invention of the above-mentioned Patent Document 1, by providing a small fan and sending air to the plate, the heat dissipation efficiency is improved, and the heat transmitted from the main terminal to the bus bar is efficiently dissipated. However, as already described, the configuration of Patent Document 1 has a problem in that the insulation performance is deteriorated due to dust and dirt adhering to the main terminal and the control terminal of the semiconductor module.

上記従来の課題を解決するために、本手法では、上述した洞開口部9bを有する洞10(穴空きのダクト)を設けると共に、半導体モジュール4の主端子11aと接触するプレート13(ブスバー等)を、洞開口部9bを塞ぐように設ける。この構成により、半導体モジュール4の周囲(特に主端子11aや制御端子11b周辺)に空気を流さずにプレート13の表面へ空気(支流の空気)を通流できるため、半導体モジュール4の主端子11aや制御端子11bに塵や埃を付着させることなく、プレート13からの放熱を促進させることができる。これにより、プレート13からの放熱量が多くなり、半導体モジュール4(その半導体チップ等)の温度を効率良く下げる事が出来る。   In order to solve the above-described conventional problems, in this method, the sinus 10 (perforated duct) having the above-described sinus opening 9b is provided, and the plate 13 (bus bar or the like) that contacts the main terminal 11a of the semiconductor module 4 is provided. Is provided so as to close the sinus opening 9b. With this configuration, air (branch air) can flow to the surface of the plate 13 without flowing air around the semiconductor module 4 (particularly around the main terminal 11a and the control terminal 11b). In addition, heat radiation from the plate 13 can be promoted without attaching dust or dust to the control terminal 11b. Thereby, the amount of heat radiation from the plate 13 increases, and the temperature of the semiconductor module 4 (the semiconductor chip and the like) can be efficiently lowered.

このように、半導体モジュールの主端子や制御端子に通風せず、主端子に接続するブスバーに通風できる為、ブスバーからの放熱量が増加し、半導体チップや内部配線で発生する熱を効率的に放熱して半導体チップの温度上昇を低減する事が出来る。   In this way, air can be passed through the bus bar connected to the main terminal without passing through the main terminal and control terminal of the semiconductor module, increasing the heat dissipation from the bus bar and efficiently generating heat generated in the semiconductor chip and internal wiring. Heat dissipation can reduce the temperature rise of the semiconductor chip.

尚、図示の例では、洞10は、風上側半導体モジュール4aと風下側半導体モジュール4bとの間に設置したベース開口部9aと、筐体の吸気口(風上側風洞8a)とを結ぶ形で配置したが、この例に限らない。例えば、ベース開口部(ベース2に空ける穴)を、図示のベース開口部9aの位置ではなく、風下側半導体モジュール4bの後段(不図示)に設けると共に、洞10を延長させる形で、上記不図示のベース開口部と筐体の吸気口とを結ぶ形で洞(不図示)を配置するように構成してもよい。   In the example shown in the figure, the cave 10 is formed by connecting a base opening 9a installed between the windward side semiconductor module 4a and the leeward side semiconductor module 4b and an air inlet (windward wind tunnel 8a) of the housing. Although arranged, it is not limited to this example. For example, a base opening (a hole formed in the base 2) is not provided at the position of the illustrated base opening 9a, but is provided at the rear stage (not shown) of the leeward side semiconductor module 4b, and the sinus 10 is extended so as to extend the above-described non- A cave (not shown) may be arranged so as to connect the illustrated base opening and the intake port of the housing.

あるいは、上述したベース2に開口部を設ける構成例の代わりに、風下側風洞8bの上部(天井部分6b)に開口部(不図示)を設けるようにしてもよい。この例の場合、この不図示の開口部と筐体の吸気口とを結ぶ形で洞(不図示;洞10を延長させる形)を配置するように構成してもよい。   Or you may make it provide an opening part (not shown) in the upper part (ceiling part 6b) of the leeward side wind tunnel 8b instead of the structural example which provides an opening part in the base 2 mentioned above. In this example, a sinus (not shown; a shape in which the sinus 10 is extended) may be arranged so as to connect the opening (not shown) and the intake port of the housing.

ここで、基本的に、“支流の空気”は“本流の空気”よりも速度が速い(抵抗が少ないので;逆に言えば、フィン3間の狭い間隙を空気が通る場合、抵抗が大きいものとなる)。つまり、所定の断面積あたりの空気の通過量は、“支流の空気”の方が“本流の空気”より多い。また、フィン3からの放熱量の方が、プレート13からの放熱量よりも大きい場合が多い。これら2つの要素により、ベース開口部9aを介して“支流の空気”が“本流の空気”に合流したとき、“支流の空気”の温度は“本流の空気”の温度より低いことになる。これより、“支流の空気”が“本流の空気”に合流することで“本流の空気”が温度低下することになる。つまり、合流後の空気の温度は、“本流の空気”の温度より低くなり、これが風下側フィン3bに供給されることになる。これより、“本流の空気”がそのまま風下側フィン3bに供給される場合に比べて、風下側フィン3bからの放熱効率が向上する(風下側半導体モジュール4bの温度を効率よく下げることができる)。   Here, basically, “branch air” is faster than “main air” (because it has less resistance; conversely, when air passes through a narrow gap between fins 3, the resistance is high. Becomes). That is, the passage amount of air per predetermined cross-sectional area is larger in the “branch air” than in the “main air”. In addition, the amount of heat released from the fin 3 is often larger than the amount of heat released from the plate 13. Due to these two factors, when the “branch air” joins the “main stream air” via the base opening 9a, the temperature of the “branch air” is lower than the temperature of the “main stream air”. As a result, the temperature of the “mainstream air” is lowered by the merge of the “branch air” with the “mainstream air”. That is, the temperature of the air after joining becomes lower than the temperature of “main air”, and this is supplied to the leeward fin 3b. As a result, the heat radiation efficiency from the leeward fin 3b is improved as compared to the case where “mainstream air” is supplied to the leeward fin 3b as it is (the temperature of the leeward semiconductor module 4b can be efficiently reduced). .

従来では、風上側フィン3aを通過後の空気は、温度が高いため、風下側半導体モジュール4bの冷却性能が低下するという問題があったが、本手法では上記の通り、この様な問題を軽減できるという効果も得られる。   Conventionally, since the temperature of the air after passing through the windward fin 3a is high, there is a problem that the cooling performance of the leeward semiconductor module 4b is deteriorated. However, as described above, this method reduces such a problem. The effect that it is possible is also acquired.

図4(a)は、本例の強制空冷式ヒートシンクの適用対象の一例を示すものである。
例えば図示のインバータ等に本例の強制空冷式ヒートシンクは適用されるが、この例に限らない。
FIG. 4A shows an example of an application target of the forced air cooling heat sink of this example.
For example, the forced air-cooling heat sink of this example is applied to the illustrated inverter, but is not limited to this example.

また、図4(b)は、半導体モジュールの一例の外観図や内部回路構成を示すものであるが、これについては特に説明しない。
ここで、図5(a)、(b)に、先願(特願2011-232901号)の強制空冷式ヒートシンクの構造図を示す。尚、図5(b)は、図5(a)に示す構成からダクト20を外した状態を示すものである。
FIG. 4B shows an external view and an internal circuit configuration of an example of the semiconductor module, which will not be particularly described.
Here, FIGS. 5A and 5B are structural diagrams of the forced air cooling heat sink of the prior application (Japanese Patent Application No. 2011-232901). FIG. 5 (b) shows a state where the duct 20 is removed from the configuration shown in FIG. 5 (a).

図5については、上記図1〜図3に示す本例の構造と異なる点についてのみ説明する。
図5(a)に示す構成では、まず、プレート13は存在しない。また、洞10の代わりに、ダクト20が設けられている。洞10とダクト20との相違点は、ダクト20には上記各洞開口部9bは設けられていない点である。
5 will be described only with respect to differences from the structure of the present example shown in FIGS.
In the configuration shown in FIG. 5A, first, the plate 13 does not exist. A duct 20 is provided instead of the sinus 10. The difference between the cave 10 and the duct 20 is that the duct 20 is not provided with the respective cave openings 9b.

以上の相違点を除けば、図5(a)に示す構成は、上記図1〜図3に示す本例の構成と同様であると見做してよい(図5において、図1〜図3の構成要素と同等の構成要素には同一符号を付してある)。   Except for the above differences, the configuration shown in FIG. 5A may be regarded as the same as the configuration of the present example shown in FIGS. 1 to 3 (in FIG. 5, FIGS. 1 to 3). Constituent elements that are equivalent to those in FIG.

ここで、上述した図2等に示すベース開口部9aは、例えば図5(b)に示すような形状・配置となっている。つまり、ベース開口部9aは、例えば角型の穴であるが、この例に限らず、丸形の穴や、楕円形状などの他の形状の穴であってもよい。また、図では穴の数は2つであるが、この例に限らず、1つ又は3つ以上であっても構わない。   Here, the base opening 9a shown in FIG. 2 and the like described above has a shape and arrangement as shown in FIG. 5B, for example. That is, the base opening 9a is, for example, a square hole, but is not limited to this example, and may be a round hole or a hole having another shape such as an elliptical shape. Moreover, although the number of holes is two in the figure, it is not limited to this example, and may be one or three or more.

そして、全てのベース開口部9aを覆うようにして且つ風上側気流7aの一部を流入ささせるようにして且つ各半導体モジュールを避けるようにしてダクト20を設けることで、ダクト20は例えば図5(a)に示す形で設置されることになる。この点に関しては、上記のように洞10も略同様であってよい。   Then, by providing the duct 20 so as to cover all the base openings 9a and to allow a part of the windward airflow 7a to flow in and to avoid each semiconductor module, the duct 20 can be formed as shown in FIG. It will be installed in the form shown in (a). In this regard, the sinus 10 may be substantially similar as described above.

上述したことから、先願(特願2011-232901号)の構成の場合には、ダクト20内を通過する空気は、プレート13を冷却することなく(そもそもプレート13は存在しないかもしれない)そのまま上記ベース開口部9aを通ってベース2の下方空間(フィン3の間)に流入することになる。   As described above, in the case of the configuration of the prior application (Japanese Patent Application No. 2011-232901), the air passing through the duct 20 does not cool the plate 13 (the plate 13 may not exist in the first place). It flows into the space below the base 2 (between the fins 3) through the base opening 9a.

このように、フィン3の風上部分(風上側半導体モジュール4aの下方に位置する部分)を通過しない空気(温度上昇していない空気)を、ベース開口部9aを介して途中からフィン3部分に供給することで、フィン3の風下部分(風下側半導体モジュール4bの下方に位置する部分)を通過する空気の温度を下げることができ、風下側半導体モジュール4bを効率良く冷却することができる。   In this way, air that does not pass through the windward portion of the fin 3 (portion located below the windward side semiconductor module 4a) (air that has not increased in temperature) passes from the middle to the fin 3 portion via the base opening 9a. By supplying, the temperature of the air passing through the leeward portion of the fin 3 (portion located below the leeward semiconductor module 4b) can be lowered, and the leeward semiconductor module 4b can be efficiently cooled.

本手法では、上述したように、この様な効果も(多少効果が下がるかもしれないが)得ることができる。
以上説明したように、本例の強制空冷ヒートシンクは、フィン3に流入させる空気の一部を、洞10に流入させる(支流)。洞10の上面には洞開口部9bが設けられており、各半導体モジュール4a、4bの主端子に接続される不図示のプレート(ブスバー)13が、この洞開口部9bを塞ぐように設けられている。これより、この洞開口部9bの部分において、プレート13には上記支流の空気が通風され、以ってプレート13が強制空冷されてプレート13からの放熱効率が向上する。
In this method, as described above, such an effect can also be obtained (although the effect may be slightly reduced).
As described above, the forced air-cooled heat sink of this example allows a part of the air flowing into the fins 3 to flow into the sinus 10 (branch flow). A cave opening 9b is provided on the upper surface of the cave 10, and a plate (bus bar) 13 (not shown) connected to the main terminal of each semiconductor module 4a, 4b is provided so as to close the cave opening 9b. ing. Thus, in the portion of the sinus opening 9b, the tributary air is passed through the plate 13, thereby forcibly air-cooling the plate 13 and improving the heat radiation efficiency from the plate 13.

本例の強制空冷ヒートシンクは、熱伝導材料から成るベース2の一方の面(例えば上面)に半導体モジュール4が搭載され他方の面(例えば下面)に熱伝導材料から成る複数のフィン3が設けられて成るヒートシンク1と、このヒートシンク1を収納する筐体6であってその一部によってフィン3を囲む風洞(風上側風洞8a、風下側風洞8b、フィン3の設置空間等)を形成する筐体6と、該風洞に外部空気を流入させてフィン3を通過させて排気する気流を生成する冷却ファン5とを有する構成において、例えば以下に列挙する構成を有する。   In the forced air-cooled heat sink of this example, the semiconductor module 4 is mounted on one surface (for example, the upper surface) of the base 2 made of the heat conductive material, and the plurality of fins 3 made of the heat conductive material are provided on the other surface (for example, the lower surface). A heat sink 1 and a housing 6 that houses the heat sink 1, and a housing that forms a wind tunnel (windward wind tunnel 8 a, leeward wind tunnel 8 b, installation space for the fin 3, etc.) surrounding the fin 3 by a part thereof. 6 and the cooling fan 5 for generating an airflow that exhausts air through the fins 3 by flowing external air into the wind tunnel, for example, have the configurations listed below.

・ベース2の一方の面側に設けられ、上記風洞内に流入させた空気の一部を通過させるダクトであって、その1面(ベース対面;上面など)に1以上の開口部(洞開口部9b)を有するダクト(洞10);、
・上記半導体モジュール4の主端子11aに接続すると共に、上記1以上の開口部(洞開口部9b)を塞ぐ形で設置される、熱伝導材料から成るプレート13(ブスバー等);
・半導体モジュール4内で発生する熱が、主端子11aを介してプレート13に伝達され、1以上の開口部(洞開口部9b)においてダクト(洞10)内を通過する空気へ当該プレート13から放熱される。
A duct that is provided on one surface side of the base 2 and allows a part of the air that has flowed into the wind tunnel to pass therethrough, and has one or more openings (sinus openings) on one surface (base-to-surface; upper surface, etc.) A duct having a section 9b) (sinus 10);
A plate 13 (busbar or the like) made of a heat conductive material, connected to the main terminal 11a of the semiconductor module 4 and installed so as to close the one or more openings (sinus opening 9b);
The heat generated in the semiconductor module 4 is transferred to the plate 13 through the main terminal 11a, and is transferred from the plate 13 to the air passing through the duct (the sinus 10) in one or more openings (the sinus opening 9b). Heat is dissipated.

また、上記構成において、上記半導体モジュール4は、上記風洞内を通過する気流の上流側に配置される風上側半導体モジュール4aと、下流側に配置される風下側半導体モジュール4bとから成るものであってもよい。   In the above configuration, the semiconductor module 4 includes an upwind semiconductor module 4a disposed on the upstream side of the airflow passing through the wind tunnel and a leeward semiconductor module 4b disposed on the downstream side. May be.

更に、この場合において、上記ベース2において、上記風上側半導体モジュール4aと風下側半導体モジュール4bとの間にベース開口部9aを有しており、上記ダクト(洞10)内を通過する空気は、上記ベース開口部9aからこの風洞内に流入して当該風洞内を通過する空気(上記風上側フィン3aを通過した空気)と合流後、上記風下側半導体モジュール4bに対応するフィン3(上記風下側フィン3b)を通過するように構成してもよい。上述したように、この構成では風下側半導体モジュール4bの冷却効率が向上する効果も得られる。   Further, in this case, the base 2 has a base opening 9a between the leeward side semiconductor module 4a and the leeward side semiconductor module 4b, and the air passing through the duct (the sinus 10) is The fin 3 corresponding to the leeward side semiconductor module 4b (the leeward side) after flowing into the wind tunnel from the base opening 9a and merging with the air passing through the wind tunnel (air passing through the leeward fin 3a) You may comprise so that it may pass through the fin 3b). As described above, this configuration also provides an effect of improving the cooling efficiency of the leeward side semiconductor module 4b.

1 ヒートシンク
2 ベース
3 フィン
4a 風上側半導体モジュール
4b 風下側半導体モジュール
5 冷却ファン
6 筐体
7a 風上側気流
7b 風下側気流
8a 風上側風洞
8b 風下側風洞
9a ベース開口部
9b 洞開口部
10 洞
11a 主端子
11b 制御端子
12 吸気口
13 プレート

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Heat sink 2 Base 3 Fin 4a Upwind semiconductor module 4b Downwind semiconductor module 5 Cooling fan 6 Case 7a Upwind airflow 7b Downward airflow 8a Upwind wind tunnel 8b Downwind wind tunnel 9a Base opening 9b Terminal 11b Control terminal 12 Air inlet 13 Plate

Claims (4)

熱伝導材料から成るベースの一方の面に半導体モジュールが搭載され他方の面に熱伝導材料から成る複数のフィンが設けられて成るヒートシンクと、前記ヒートシンクを収納する筐体であってその一部によって前記フィンを囲む風洞を形成する筐体と、該風洞に外部空気を流入させて前記フィンを通過させて排気する気流を生成する冷却ファンとを有する強制空冷ヒートシンクにおいて、
前記ベースの一方の面側に設けられ、前記風洞内に流入させた空気の一部を通過させるダクトであって、1以上の開口部を有するダクトと、
前記半導体モジュールの主端子に接続すると共に、前記1以上の開口部を塞ぐ形で設置される、熱伝導材料から成るプレートとを有し、
前記半導体モジュール内で発生する熱が、前記主端子を介して前記プレートに伝達され、前記1以上の開口部において前記ダクト内を通過する空気へ当該プレートから放熱されることを特徴とする強制空冷ヒートシンク。
A heat sink comprising a semiconductor module mounted on one side of a base made of a heat conducting material and a plurality of fins made of a heat conducting material provided on the other side, and a housing for housing the heat sink, part of which is In a forced air cooling heat sink having a casing that forms a wind tunnel surrounding the fins, and a cooling fan that generates an air current that flows into the wind tunnel and allows the outside air to flow through the fins.
A duct that is provided on one surface side of the base and allows a part of the air that has flowed into the wind tunnel to pass therethrough, and has one or more openings;
A plate made of a heat conducting material, connected to the main terminal of the semiconductor module and installed to close the one or more openings.
Forced air cooling wherein heat generated in the semiconductor module is transmitted to the plate through the main terminal and radiated from the plate to air passing through the duct at the one or more openings. heatsink.
前記半導体モジュールは、前記風洞内を通過する気流の上流側に配置される風上側半導体モジュールと、下流側に配置される風下側半導体モジュールとから成り、
前記ベースにおいて、該風上側半導体モジュールと風下側半導体モジュールとの間にベース開口部を有しており、
前記ダクトは該ベース開口部を覆うように設けられており、
前記ダクト内を通過する空気は、前記ベース開口部から前記風洞内に流入して該風洞内を通過する空気と合流後、前記風下側半導体モジュールに対応する前記フィンを通過することを特徴とする請求項1記載の強制空冷ヒートシンク。
The semiconductor module comprises an upwind semiconductor module disposed on the upstream side of the airflow passing through the wind tunnel, and a leeward semiconductor module disposed on the downstream side,
The base has a base opening between the leeward side semiconductor module and the leeward side semiconductor module,
The duct is provided so as to cover the base opening,
The air passing through the duct flows into the wind tunnel from the base opening and merges with the air passing through the wind tunnel, and then passes through the fins corresponding to the leeward semiconductor module. The forced air cooling heat sink according to claim 1.
前記半導体モジュールの設置空間は前記筐体によって囲われており、
前記半導体モジュールやその主端子には、前記風洞内を流れる空気や前記ダクト内を通過する空気は通流しないことを特徴とする請求項1または2記載の強制空冷ヒートシンク。
The installation space of the semiconductor module is surrounded by the housing,
The forced air-cooled heat sink according to claim 1 or 2, wherein air flowing through the wind tunnel or air passing through the duct does not flow through the semiconductor module or its main terminal.
前記プレートは、ブスバーであることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の強制空冷ヒートシンク。
The forced air cooling heat sink according to claim 1, wherein the plate is a bus bar.
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