JP6845089B2

JP6845089B2 - Semiconductor device cooling device

Info

Publication number: JP6845089B2
Application number: JP2017106412A
Authority: JP
Inventors: 元奥塚
Original assignee: Marelli Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2021-03-17
Anticipated expiration: 2037-05-30
Also published as: JP2018206790A

Description

本発明は、半導体装置の冷却装置に関するものである。 The present invention relates to a cooling device for a semiconductor device.

特許文献１には、冷却器の片面側にパワーモジュールを配置し、冷却器の内部を流通する冷却水によって三相のパワーモジュールを順に冷却する冷却装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a cooling device in which a power module is arranged on one side of a cooler and the three-phase power modules are sequentially cooled by cooling water flowing inside the cooler.

特開２０１６−０３９２０２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-039202

しかしながら、パワーモジュールは動作時の発熱量が大きいため、パワーモジュールを冷却して安定的に動作させるためには、更に冷却を促進する必要がある。 However, since the power module generates a large amount of heat during operation, it is necessary to further promote cooling in order to cool the power module and operate it stably.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、半導体装置の冷却を促進可能な冷却装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a cooling device capable of promoting cooling of a semiconductor device.

本発明のある態様によれば、半導体装置の冷却装置は、前記半導体装置が載置されるベースプレートと、前記ベースプレートとの間に冷却媒体が流れる冷却流路を形成する冷却器本体と、を備え、前記ベースプレートは、前記冷却流路の底面との間にクリアランスを設けた状態で前記冷却流路内に突出する内部ヒートシンクを有し、前記冷却器本体は、前記冷却流路の外面に前記冷却流路内の冷却媒体の流れに沿って形成される外部ヒートシンクを有する。 According to an aspect of the present invention, the cooling device of the semiconductor device includes a base plate on which the semiconductor device is placed and a cooler main body that forms a cooling flow path through which a cooling medium flows between the base plate. The base plate has an internal heat sink that projects into the cooling flow path with a clearance provided between the base plate and the bottom surface of the cooling flow path, and the cooler body has the cooling on the outer surface of the cooling flow path. It has an external heat sink formed along the flow of cooling medium in the flow path.

上記態様では、冷却流路における内部ヒートシンクと冷却器本体の底面との間の部分では、内部ヒートシンクが設けられている部分と比較して流水抵抗が小さいので、冷却媒体の流速が速い。そのため、外部ヒートシンクは、流速の速い冷却媒体から放熱する。したがって、外部ヒートシンクを設けることで、冷却装置内で冷却媒体が放熱するため、半導体装置の冷却を冷却媒体を介して促進することができる。 In the above aspect, the flow velocity of the cooling medium is high in the portion between the internal heat sink and the bottom surface of the cooler main body in the cooling flow path because the water flow resistance is smaller than that in the portion where the internal heat sink is provided. Therefore, the external heat sink dissipates heat from the cooling medium having a high flow velocity. Therefore, by providing the external heat sink, the cooling medium dissipates heat in the cooling device, so that the cooling of the semiconductor device can be promoted through the cooling medium.

図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置の冷却装置が適用される車両について説明する側面図である。FIG. 1 is a side view illustrating a vehicle to which a cooling device for a semiconductor device according to an embodiment of the present invention is applied. 図２は、半導体装置の冷却装置の平面図であり、カバーを取り外した状態を示す図である。FIG. 2 is a plan view of the cooling device of the semiconductor device, and is a view showing a state in which the cover is removed. 図３は、図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 図５は、図３におけるＶ−Ｖ断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along line VV in FIG. 図６は、図３におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。FIG. 6 is a sectional view taken along line VI-VI in FIG. 図７は、半導体装置の冷却装置の斜め下方からの斜視図であり、外部ヒートシンクの近傍を拡大して示した図である。FIG. 7 is a perspective view from diagonally below of the cooling device of the semiconductor device, and is an enlarged view of the vicinity of the external heat sink.

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る半導体装置の冷却装置（以下、単に「冷却装置」と称する。）５０について説明する。 Hereinafter, the cooling device (hereinafter, simply referred to as “cooling device”) 50 of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、図１を参照して、冷却装置５０が適用される車両１について説明する。 First, the vehicle 1 to which the cooling device 50 is applied will be described with reference to FIG.

車両１は、電動自動車，ハイブリッド自動車，又はプラグインハイブリッド自動車である。ここでは、車両１が電動自動車である場合について説明する。車両１は、電力変換装置１０と、負荷としてのモータジェネレータ２と、蓄電装置としてのバッテリ３と、充電用の外部コネクタ５と、サブラジエータ６と、を備える。電力変換装置１０，モータジェネレータ２，及びサブラジエータ６は、車両１のモータルーム（ハイブリッド自動車及びプラグインハイブリッド自動車ではエンジンルーム）９に収容される。 The vehicle 1 is an electric vehicle, a hybrid vehicle, or a plug-in hybrid vehicle. Here, the case where the vehicle 1 is an electric vehicle will be described. The vehicle 1 includes a power conversion device 10, a motor generator 2 as a load, a battery 3 as a power storage device, an external connector 5 for charging, and a sub-radiator 6. The power converter 10, the motor generator 2, and the sub-radiator 6 are housed in the motor room (engine room in the hybrid vehicle and the plug-in hybrid vehicle) 9 of the vehicle 1.

電力変換装置１０は、バッテリ３の直流電力をモータジェネレータ２の駆動に適した交流電力に変換する。電力変換装置１０は、モータジェネレータ２からの回生電力をバッテリ３の充電に適した直流電力に変換する。 The power conversion device 10 converts the DC power of the battery 3 into AC power suitable for driving the motor generator 2. The power conversion device 10 converts the regenerative power from the motor generator 2 into DC power suitable for charging the battery 3.

モータジェネレータ２は、例えば永久磁石同期電動機で構成される。モータジェネレータ２は、電力変換装置１０から供給される交流電力によって駆動される。モータジェネレータ２は、車両１を走行させるときに車両１の駆動輪４を回転駆動する。モータジェネレータ２は、車両１が減速するときには発電機として機能し、回生電力を発生する。 The motor generator 2 is composed of, for example, a permanent magnet synchronous motor. The motor generator 2 is driven by AC power supplied from the power conversion device 10. The motor generator 2 rotationally drives the drive wheels 4 of the vehicle 1 when the vehicle 1 is driven. The motor generator 2 functions as a generator when the vehicle 1 decelerates, and generates regenerative power.

バッテリ３は、例えばリチウムイオン二次電池で構成される。バッテリ３は、電力変換装置１０に直流電力を供給し、電力変換装置１０から供給される直流電力により充電される。バッテリ３の電圧は、例えば２４０Ｖ〜４００Ｖの間で変動し、それよりも高い電圧が外部コネクタ５から入力されることで充電される。 The battery 3 is composed of, for example, a lithium ion secondary battery. The battery 3 supplies DC power to the power conversion device 10 and is charged by the DC power supplied from the power conversion device 10. The voltage of the battery 3 varies, for example, between 240V and 400V, and is charged when a higher voltage is input from the external connector 5.

次に、図１から図３を参照して、電力変換装置１０の全体構成について説明する。 Next, the overall configuration of the power conversion device 10 will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

電力変換装置１０は、ケース１１と、カバー１２と、半導体装置としてのパワーモジュール１３と、バスバーモジュール１４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と、充電装置１６と、を備える。ここでは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５と充電装置１６とが、他の電力変換機器に該当する。 The power conversion device 10 includes a case 11, a cover 12, a power module 13 as a semiconductor device, a bus bar module 14, a DC / DC converter 15, and a charging device 16. Here, the DC / DC converter 15 and the charging device 16 correspond to other power conversion devices.

ケース１１は、底部１１ａを有し底部１１ａと対向する面が開口する箱型に形成される。カバー１２は、ケース１１の開口を閉塞する。ケース１１の底部１１ａには、バスバーモジュール１４の負荷端子としてのモータ端子１４ｂが挿通する貫通孔１１ｂが形成される。 The case 11 is formed in a box shape having a bottom portion 11a and an opening surface facing the bottom portion 11a. The cover 12 closes the opening of the case 11. A through hole 11b through which the motor terminal 14b as a load terminal of the bus bar module 14 is inserted is formed in the bottom portion 11a of the case 11.

ケース１１の底部１１ａには、パワーモジュール１３，ＤＣ／ＤＣコンバータ１５，及び充電装置１６を冷却する冷却装置５０が設けられる。冷却装置５０については、図３から図６を参照して、後で詳細に説明する。 The bottom portion 11a of the case 11 is provided with a cooling device 50 for cooling the power module 13, the DC / DC converter 15, and the charging device 16. The cooling device 50 will be described in detail later with reference to FIGS. 3 to 6.

パワーモジュール１３は、三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）のスイッチング素子としてのＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）１３ｕ，１３ｖ，１３ｗ（図３参照）を有し、三相交流電流を出力する。パワーモジュール１３は、ＩＧＢＴ１３ｕ〜１３ｗのＯＮ／ＯＦＦをスイッチング制御することにより、バッテリ３の直流電力とモータジェネレータ２の交流電力とを相互に変換する。 The power module 13 has IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) 13u, 13v, 13w (see FIG. 3) as three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) switching elements, and outputs three-phase alternating current. .. The power module 13 mutually converts the DC power of the battery 3 and the AC power of the motor generator 2 by switching ON / OFF of the IGBTs 13u to 13w.

バスバーモジュール１４は、パワーモジュール１３に接続されるパワーモジュール端子１４ａと、モータジェネレータ２に接続されるモータ端子１４ｂと、バスバーモジュール１４の電流を検出する電流センサ１４ｃと、を有する。バスバーモジュール１４は、パワーモジュール１３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに直接接続され、モータジェネレータ２に三相の交流電力を出力する。 The bus bar module 14 has a power module terminal 14a connected to the power module 13, a motor terminal 14b connected to the motor generator 2, and a current sensor 14c for detecting the current of the bus bar module 14. The bus bar module 14 is directly connected to each of the U phase, V phase, and W phase of the power module 13, and outputs three-phase AC power to the motor generator 2.

ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、車両駆動時（パワーモジュール１３の作動時）や停止時に、バッテリ３から供給される直流電力の電圧を変換して、他の機器へと供給する。ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は、バッテリ３の直流電力（例えば４００Ｖ）を１２Ｖの直流電力に降圧する。降圧された直流電力は、車両に設けられるコントローラや、照明，ファン等の電源として供給される。 The DC / DC converter 15 converts the voltage of the DC power supplied from the battery 3 and supplies it to other devices when the vehicle is driven (when the power module 13 is operating) or when the vehicle is stopped. The DC / DC converter 15 steps down the DC power of the battery 3 (for example, 400V) to 12V DC power. The step-down DC power is supplied as a power source for a controller installed in the vehicle, lighting, a fan, and the like.

充電装置１６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５を挟んでパワーモジュール１３と対向して設けられる。充電装置１６は、車両１に設けられる充電用の外部コネクタ５（図１参照）から供給される外部電源（例えば交流１００Ｖや２００Ｖ）を直流電力（例えば５００Ｖ）に変換する。充電装置１６により変換された直流電力は、バッテリ３に供給される。 The charging device 16 is provided so as to face the power module 13 with the DC / DC converter 15 interposed therebetween. The charging device 16 converts external power (for example, AC 100V or 200V) supplied from the charging external connector 5 (see FIG. 1) provided in the vehicle 1 into DC power (for example, 500V). The DC power converted by the charging device 16 is supplied to the battery 3.

次に、主に図２から図７を参照して、冷却装置５０について説明する。 Next, the cooling device 50 will be described mainly with reference to FIGS. 2 to 7.

冷却装置５０は、パワーモジュール１３のＩＧＢＴ１３ｕ〜１３ｗを順に冷却する第１の冷却部５１と、第１の冷却部５１の下流側にて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５や充電装置１６等の他の電力変換機器を冷却する第２の冷却部５２と、第１の冷却部５１と第２の冷却部５２を接続する接続部５３と、を有する。 The cooling device 50 includes a first cooling unit 51 that sequentially cools the IGBTs 13u to 13w of the power module 13, and other power sources such as a DC / DC converter 15 and a charging device 16 on the downstream side of the first cooling unit 51. It has a second cooling unit 52 for cooling the conversion device, and a connecting unit 53 for connecting the first cooling unit 51 and the second cooling unit 52.

第１の冷却部５１と第２の冷却部５２とには、冷却媒体としての冷却水が流通する。具体的には、第１の冷却部５１を流通した冷却水は、接続部５３に導かれる。接続部５３に導かれた冷却水は、進行方向を変換されて第２の冷却部５２に導かれる。 Cooling water as a cooling medium flows through the first cooling unit 51 and the second cooling unit 52. Specifically, the cooling water flowing through the first cooling unit 51 is guided to the connecting unit 53. The cooling water guided to the connecting portion 53 is changed in the traveling direction and guided to the second cooling portion 52.

冷却装置５０は、第１の冷却部５１に冷却水を供給する供給通路５４と、第２の冷却部５２から冷却水を排出する排出通路５５と、を有する。供給通路５４と排出通路５５とは、車両１に設けられるサブラジエータ６に連結される。冷却水は、ウォーターポンプ（図示省略）によって、冷却装置５０とサブラジエータ６とを循環するように流れる。冷却装置５０を流通して温度が上昇した冷却水は、サブラジエータ６にて外気と熱交換することで冷却される。 The cooling device 50 has a supply passage 54 for supplying cooling water to the first cooling unit 51, and a discharge passage 55 for discharging the cooling water from the second cooling unit 52. The supply passage 54 and the discharge passage 55 are connected to a sub-radiator 6 provided in the vehicle 1. The cooling water flows by a water pump (not shown) so as to circulate between the cooling device 50 and the sub-radiator 6. The cooling water whose temperature has risen through the cooling device 50 is cooled by exchanging heat with the outside air in the sub-radiator 6.

冷却装置５０は、第１の冷却部５１と第２の冷却部５２と接続部５３とを有する冷却器本体５８を備える。第１の冷却部５１は、パワーモジュール１３が載置されるベースプレート５６と、ベースプレート５６との間に冷却水が流れる冷却流路５７を形成する冷却器本体５８と、によって形成される。第２の冷却部５２及び接続部５３は、冷却器本体５８の内部に形成される。冷却流路５７には、供給通路５４から供給される冷却水が導かれる。そのため、冷却流路５７には、最も温度が低い状態の冷却水が供給される。 The cooling device 50 includes a cooler main body 58 having a first cooling unit 51, a second cooling unit 52, and a connecting unit 53. The first cooling unit 51 is formed by a base plate 56 on which the power module 13 is placed and a cooler main body 58 that forms a cooling flow path 57 through which cooling water flows between the base plates 56. The second cooling portion 52 and the connecting portion 53 are formed inside the cooler main body 58. Cooling water supplied from the supply passage 54 is guided to the cooling passage 57. Therefore, the cooling water in the lowest temperature state is supplied to the cooling flow path 57.

ベースプレート５６は、冷却流路５７の上面を閉塞して冷却流路５７を画成する。ベースプレート５６は、シール部材としてのＯリング５９を介して冷却器本体５８に取り付けられる。ベースプレート５６の上面には、パワーモジュール１３が取り付けられる。ベースプレート５６は、パワーモジュール１３の熱を伝導して冷却流路５７内の冷却水に放出する。ベースプレート５６は、冷却器本体５８の冷却流路５７内に突出する内部ヒートシンクとしての水冷ヒートシンク５６ａを有する。 The base plate 56 closes the upper surface of the cooling flow path 57 to define the cooling flow path 57. The base plate 56 is attached to the cooler body 58 via an O-ring 59 as a sealing member. The power module 13 is attached to the upper surface of the base plate 56. The base plate 56 conducts the heat of the power module 13 and releases it to the cooling water in the cooling flow path 57. The base plate 56 has a water-cooled heat sink 56a as an internal heat sink that protrudes into the cooling flow path 57 of the cooler main body 58.

水冷ヒートシンク５６ａは、冷却流路５７内に突出する複数のピンである。水冷ヒートシンク５６ａは、ピン形状ではなく冷却水の流れに沿って形成されるフィン形状であっもよい。 The water-cooled heat sink 56a is a plurality of pins protruding into the cooling flow path 57. The water-cooled heat sink 56a may have a fin shape formed along the flow of cooling water instead of a pin shape.

水冷ヒートシンク５６ａは、冷却器本体５８における冷却流路５７の底面５７ａとの間にクリアランスを設けた状態で冷却流路５７内に突出する。そのため、冷却流路５７内では、水冷ヒートシンク５６ａが設けられている部分（パワーモジュール１３に近い領域）の冷却水と比較して、水冷ヒートシンク５６ａが形成されていない部分（底面５７ａに沿った領域）の冷却水の方が流速が速い。 The water-cooled heat sink 56a projects into the cooling flow path 57 with a clearance provided between the water-cooled heat sink 56a and the bottom surface 57a of the cooling flow path 57 in the cooler main body 58. Therefore, in the cooling flow path 57, the portion where the water-cooled heat sink 56a is not formed (the region along the bottom surface 57a) is compared with the cooling water of the portion where the water-cooled heat sink 56a is provided (the region close to the power module 13). ) Cooling water has a higher flow velocity.

このように、冷却装置５０では、冷却流路５７における水冷ヒートシンク５６ａと冷却器本体５８の底面５７ａとの間の部分では、水冷ヒートシンク５６ａが設けられている部分と比較して流水抵抗が小さいので、冷却水の流速が速い。そのため、空冷ヒートシンク５８ａは、流速の速い冷却水から放熱する。したがって、空冷ヒートシンク５８ａを設けることで、冷却装置５０内で冷却水が放熱するため、パワーモジュール１３の冷却を冷却水を介して促進することができる。 As described above, in the cooling device 50, the water flow resistance is smaller in the portion between the water-cooled heat sink 56a in the cooling flow path 57 and the bottom surface 57a of the cooler main body 58 than in the portion where the water-cooled heat sink 56a is provided. , The flow velocity of the cooling water is fast. Therefore, the air-cooled heat sink 58a dissipates heat from the cooling water having a high flow velocity. Therefore, by providing the air-cooled heat sink 58a, the cooling water dissipates heat in the cooling device 50, so that the cooling of the power module 13 can be promoted through the cooling water.

このように、冷却装置５０では、第１の冷却部５１を通過した冷却水は、温度が上昇した状態のまま第２の冷却部５２に導かれるのではなく、空冷ヒートシンク５８ａにて放熱した分だけ温度が低くなった状態で第２の冷却部５２に導かれる。よって、冷却装置５０では、サブラジエータ６における外気との熱交換で冷却水を冷却するだけではなく、冷却装置５０内でも、空冷ヒートシンク５８ａを介して冷却水を冷却できる。 As described above, in the cooling device 50, the cooling water that has passed through the first cooling unit 51 is not guided to the second cooling unit 52 while the temperature has risen, but is radiated by the air-cooled heat sink 58a. It is guided to the second cooling unit 52 in a state where the temperature is lowered. Therefore, in the cooling device 50, not only the cooling water can be cooled by heat exchange with the outside air in the sub radiator 6, but also the cooling water can be cooled in the cooling device 50 via the air-cooled heat sink 58a.

冷却器本体５８は、ケース１１の底部１１ａ内に一体に形成される。冷却流路５７内を流通する冷却水は、ＩＧＢＴ１３ｕ〜１３ｗを順に冷却する。冷却器本体５８は、冷却流路５７の外面に冷却流路５７内の冷却水の流れに沿って形成される外部ヒートシンクとしての空冷ヒートシンク５８ａを有する。 The cooler body 58 is integrally formed in the bottom portion 11a of the case 11. The cooling water flowing in the cooling flow path 57 cools the IGBTs 13u to 13w in order. The cooler main body 58 has an air-cooled heat sink 58a as an external heat sink formed on the outer surface of the cooling flow path 57 along the flow of cooling water in the cooling flow path 57.

空冷ヒートシンク５８ａは、外気との間で熱交換を行うフィンである。空冷ヒートシンク５８ａは、フィン形状ではなくピン形状であってもよい。空冷ヒートシンク５８ａは、平行に複数（５個）設けられる。空冷ヒートシンク５８ａは、車両１の進行方向（前後方向）に沿って形成される（図１参照）。 The air-cooled heat sink 58a is a fin that exchanges heat with the outside air. The air-cooled heat sink 58a may have a pin shape instead of a fin shape. A plurality (5) of air-cooled heat sinks 58a are provided in parallel. The air-cooled heat sink 58a is formed along the traveling direction (front-rear direction) of the vehicle 1 (see FIG. 1).

空冷ヒートシンク５８ａは、冷却水が流れる方向に沿って冷却流路５７の下流に向かうほど高くなるように形成される。具体的には、空冷ヒートシンク５８ａは、ＩＧＢＴ１３ｕを冷却する位置よりも、ＩＧＢＴ１３ｖを冷却する位置の方が高く、ＩＧＢＴ１３ｖを冷却する位置よりも、ＩＧＢＴ１３ｗを冷却する位置の方が更に高く形成される。また、空冷ヒートシンク５８ａは、第１の冷却部５１から接続部５３にわたって形成される。 The air-cooled heat sink 58a is formed so as to become higher toward the downstream of the cooling flow path 57 along the direction in which the cooling water flows. Specifically, the air-cooled heat sink 58a is formed at a position where the IGBT 13v is cooled higher than a position where the IGBT 13u is cooled, and a position where the IGBT 13w is cooled is formed higher than a position where the IGBT 13v is cooled. Further, the air-cooled heat sink 58a is formed from the first cooling portion 51 to the connecting portion 53.

空冷ヒートシンク５８ａは、冷却器本体５８と一体にアルミニウム合金等の金属で成形される。これに代えて、空冷ヒートシンク５８ａを冷却器本体５８とは別体に形成して、冷却器本体５８に取り付けてもよい。この場合、例えば、空冷ヒートシンク５８ａを冷却器本体５８と比較して熱伝導率の高い金属によって形成することもできる。 The air-cooled heat sink 58a is integrally molded with a metal such as an aluminum alloy together with the cooler main body 58. Alternatively, the air-cooled heat sink 58a may be formed separately from the cooler main body 58 and attached to the cooler main body 58. In this case, for example, the air-cooled heat sink 58a can be formed of a metal having a higher thermal conductivity than the cooler body 58.

図３に示すように、供給通路５４から供給された冷却水は、冷却器本体５８の内部を冷却流路５７に向かって上昇するように導かれる。冷却水は、冷却流路５７内で水冷ヒートシンク５６ａを通過した後、接続部５３に向かって下降するように導かれる。そのため、図３から図７に示すように、冷却器本体５８は、冷却流路５７が形成される部分に、底面から凹んで形成される凹部５８ｂを有する。空冷ヒートシンク５８ａは、この凹部５８ｂ内に収容されるように形成される。そのため、空冷ヒートシンク５８ａは、ケース１１の底面から突出することがない。 As shown in FIG. 3, the cooling water supplied from the supply passage 54 is guided so as to rise inside the cooler main body 58 toward the cooling passage 57. The cooling water is guided to descend toward the connection portion 53 after passing through the water-cooled heat sink 56a in the cooling flow path 57. Therefore, as shown in FIGS. 3 to 7, the cooler main body 58 has a recess 58b formed by being recessed from the bottom surface in a portion where the cooling flow path 57 is formed. The air-cooled heat sink 58a is formed so as to be housed in the recess 58b. Therefore, the air-cooled heat sink 58a does not protrude from the bottom surface of the case 11.

次に、冷却装置５０の作用について説明する。 Next, the operation of the cooling device 50 will be described.

車両１の走行時等には、ＩＧＢＴ１３ｕ〜１３ｗがスイッチング制御によってＯＮ／ＯＦＦされることで、パワーモジュール１３が発熱する。冷却装置５０では、供給通路５４から供給された冷却水が、第１の冷却部５１に導かれて冷却流路５７内を流通する。これにより、パワーモジュール１３が冷却される。 When the vehicle 1 is traveling or the like, the IGBTs 13u to 13w are turned ON / OFF by switching control, so that the power module 13 generates heat. In the cooling device 50, the cooling water supplied from the supply passage 54 is guided to the first cooling unit 51 and circulates in the cooling passage 57. As a result, the power module 13 is cooled.

このとき、冷却水は、ＩＧＢＴ１３ｕ〜１３ｗを順に冷却するので、徐々に温度が上昇する。空冷ヒートシンク５８ａは、冷却水の温度が高くなるほど放熱面積が大きく形成される。よって、冷却水を効率的に冷却することができると共に、ＩＧＢＴ１３ｕ〜１３ｗの均一な冷却を図ることができる。したがって、パワーモジュール１３を冷却して安定的に動作させることができる。 At this time, since the cooling water cools the IGBTs 13u to 13w in order, the temperature gradually rises. The air-cooled heat sink 58a is formed to have a larger heat dissipation area as the temperature of the cooling water increases. Therefore, the cooling water can be efficiently cooled, and the IGBTs 13u to 13w can be uniformly cooled. Therefore, the power module 13 can be cooled and operated stably.

また、空冷ヒートシンク５８ａは、車両１の進行方向に沿って形成される。よって、車両１の走行時にモータルーム９内に入り込む走行風によって冷却流路５７内の冷却水を冷却することができる。 Further, the air-cooled heat sink 58a is formed along the traveling direction of the vehicle 1. Therefore, the cooling water in the cooling flow path 57 can be cooled by the traveling wind that enters the motor room 9 when the vehicle 1 is traveling.

第１の冷却部５１にてパワーモジュール１３を冷却した冷却水は、接続部５３を通じて第２の冷却部５２に導かれる。第２の冷却部５２を流通する冷却水は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５や充電装置１６等の他の電力変換機器を冷却する。 The cooling water that has cooled the power module 13 in the first cooling unit 51 is guided to the second cooling unit 52 through the connecting unit 53. The cooling water flowing through the second cooling unit 52 cools other power conversion devices such as the DC / DC converter 15 and the charging device 16.

このとき、空冷ヒートシンク５８ａは、第１の冷却部５１から接続部５３にわたって形成される。これにより、冷却流路５７にて温度が上昇した冷却水は、第２の冷却部５２に導かれる前に、接続部５３から空冷ヒートシンク５８ａを介して放熱することで冷却される。よって、第１の冷却部５１にて冷却水の温度が上昇しても、第２の冷却部５２には、冷却されて温度が低くなった冷却水が供給される。したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ１５や充電装置１６等の他の電力変換機器も効率的に冷却することができる。 At this time, the air-cooled heat sink 58a is formed from the first cooling portion 51 to the connecting portion 53. As a result, the cooling water whose temperature has risen in the cooling flow path 57 is cooled by radiating heat from the connecting portion 53 via the air-cooled heat sink 58a before being guided to the second cooling portion 52. Therefore, even if the temperature of the cooling water rises in the first cooling unit 51, the cooling water that has been cooled and whose temperature has decreased is supplied to the second cooling unit 52. Therefore, other power conversion devices such as the DC / DC converter 15 and the charging device 16 can be efficiently cooled.

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。 According to the above embodiment, the following effects are obtained.

冷却装置５０では、冷却流路５７における水冷ヒートシンク５６ａと冷却器本体５８の底面５７ａとの間の部分では、水冷ヒートシンク５６ａが設けられている部分と比較して流水抵抗が小さいので、冷却水の流速が速い。そのため、空冷ヒートシンク５８ａは、流速の速い冷却水から放熱する。したがって、空冷ヒートシンク５８ａを設けることで、冷却装置５０内で冷却水が放熱するため、パワーモジュール１３の冷却を冷却水を介して促進することができる。 In the cooling device 50, the portion between the water-cooled heat sink 56a and the bottom surface 57a of the cooler main body 58 in the cooling flow path 57 has a smaller flow resistance than the portion provided with the water-cooled heat sink 56a, so that the cooling water is cooled. The flow velocity is fast. Therefore, the air-cooled heat sink 58a dissipates heat from the cooling water having a high flow velocity. Therefore, by providing the air-cooled heat sink 58a, the cooling water dissipates heat in the cooling device 50, so that the cooling of the power module 13 can be promoted through the cooling water.

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments are only a part of the application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configurations of the above embodiments. Absent.

１車両
１０電力変換装置
１１ケース
１３パワーモジュール（半導体装置）
１３ｕ〜１３ｗＩＧＢＴ（スイッチング素子）
１５ＤＣ／ＤＣコンバータ（他の電力変換機器）
１６充電装置（他の電力変換機器）
５０冷却装置
５１第１の冷却部
５２第２の冷却部
５３接続部
５６ベースプレート
５６ａ水冷ヒートシンク（内部ヒートシンク）
５７冷却流路
５７ａ底面
５８冷却器本体
５８ａ空冷ヒートシンク（外部ヒートシンク）
５８ｂ凹部 1 Vehicle 10 Power converter 11 Case 13 Power module (semiconductor device)
13u-13w IGBT (switching element)
15 DC / DC converter (other power conversion equipment)
16 Charging device (other power conversion equipment)
50 Cooling device 51 First cooling unit 52 Second cooling unit 53 Connection unit 56 Base plate 56a Water-cooled heat sink (internal heat sink)
57 Cooling flow path 57a Bottom surface 58 Cooler body 58a Air-cooled heat sink (external heat sink)
58b recess

Claims

It is a cooling device for semiconductor devices.
The base plate on which the semiconductor device is placed and
A cooler main body that forms a cooling flow path through which a cooling medium flows with the base plate is provided.
The base plate has an internal heat sink that projects into the cooling flow path with a clearance provided between the base plate and the bottom surface of the cooling flow path.
The cooler body has an external heat sink formed on the outer surface of the cooling flow path along the flow of the cooling medium in the cooling flow path.
A cooling device for a semiconductor device.

The cooling device for a semiconductor device according to claim 1.
The semiconductor device is a power module having a three-phase switching element and outputting a three-phase alternating current.
The cooling medium flowing in the cooling flow path cools the three-phase switching elements in order.
The external heat sink is formed so as to become higher toward the downstream side of the cooling flow path along the direction in which the cooling medium flows.
A cooling device for a semiconductor device.

The cooling device for a semiconductor device according to claim 2.
The cooling flow path is formed so that the supplied cooling water is guided by rising inside the cooler body.
The cooler main body has a recess formed by being recessed from the bottom surface in a portion where the cooling flow path is formed.
The external heat sink is formed so as to be housed in the recess.
A cooling device for a semiconductor device.

The cooling device for a semiconductor device according to claim 2 or 3.
The cooler body
A first cooling unit that sequentially cools the three-phase switching elements by a cooling medium flowing through the cooling flow path, and a first cooling unit.
On the downstream side of the first cooling unit, a second cooling unit that cools another power conversion device and
It has a connecting part for connecting the first cooling part and the second cooling part.
The external heat sink is formed from the first cooling portion to the connecting portion.
A cooling device for a semiconductor device.

The cooling device for a semiconductor device according to any one of claims 1 to 4.
The external heat sink is a fin formed along the traveling direction of the vehicle and exchanging heat with the outside air.
A cooling device for a semiconductor device.