WO2022075199A1 - 発熱体冷却構造および電力変換装置 - Google Patents
発熱体冷却構造および電力変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2022075199A1 WO2022075199A1 PCT/JP2021/036293 JP2021036293W WO2022075199A1 WO 2022075199 A1 WO2022075199 A1 WO 2022075199A1 JP 2021036293 W JP2021036293 W JP 2021036293W WO 2022075199 A1 WO2022075199 A1 WO 2022075199A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- water channel
- heating element
- heat conductive
- conductive layer
- channel member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of DC power input into DC power output
- H02M3/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
- H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/2089—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
- H05K7/20927—Liquid coolant without phase change
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/40—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids
- H10W40/47—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids by flowing liquids, e.g. forced water cooling
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/70—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/071—Connecting or disconnecting
- H10W72/073—Connecting or disconnecting of die-attach connectors
- H10W72/07351—Connecting or disconnecting of die-attach connectors characterised by changes in properties of the die-attach connectors during connecting
- H10W72/07354—Connecting or disconnecting of die-attach connectors characterised by changes in properties of the die-attach connectors during connecting changes in dispositions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/30—Die-attach connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/30—Die-attach connectors
- H10W72/341—Dispositions of die-attach connectors, e.g. layouts
- H10W72/347—Dispositions of multiple die-attach connectors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/731—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of die-attach connectors
- H10W90/736—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of die-attach connectors between a chip and a stacked lead frame, conducting package substrate or heat sink
Definitions
- FIG. 8 is a cross-sectional view of the power conversion device 100.
- This cross-sectional view is a vertical cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
- the water channel member 120 has a water channel exposed portion 125 in which the heat conductive layer 122 is not formed at the longitudinal end portion.
- the exposed water channel 125 is formed on the inlet side and the outlet side of the refrigerant of the water channel member 120, and is joined to the first header 103, the connecting water channel 105, and the second header 104.
- the first header 103, the connecting water channel 105, and the second header 104 are metals having the same main component as the water channel member 120.
- FIG. 10 is a cross-sectional view of the power conversion device 100A according to the second embodiment. Since it is the same as the first embodiment already described except for the cross-sectional view, the description thereof will be omitted.
- It has regions 123 and 123A of 1 and second regions 124 and 124A formed on the outer surface of the water channel member 120 on the side opposite to the side on which the heating element is arranged, and is the first of the heat conductive layer 122.
- the regions 123 and 123A of the above and the second regions 124 and 124A are continuously formed. Thereby, the cooling performance can be improved.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
Description
図1は半導体モジュール300の回路構成図である。
半導体モジュール300は、半導体素子321U、321L、322U、322Lを備える。半導体素子321U、321LはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラートランジスター)である。半導体素子322U、322Lはダイオードである。なお、半導体素子321U、321L、322U、322LはFET(Field Effect Transistor:電界効果トランジスタ)であってもよい。
半導体モジュール300は、封止樹脂330で封止され、両面に熱伝導部材350を備える。直流正極端子311、直流負極端子312、交流端子313、信号端子314、315は封止樹脂330から露出している。
半導体素子321U、321L、322U、322Lの主面(図示下面)は、第1接合材345を介して第1放熱板341に接合される。半導体素子321U、321L、322U、322Lの主面と反対側の副面は、第2接合材346を介して第2放熱板342に接合される。第1接合材345、第2接合材346は、はんだや焼結材である。第1放熱板341、第2放熱板342は、銅やアルミなどの金属もしくは、銅配線をもつ絶縁基板などである。
電力変換装置100は、3個の半導体モジュール300を含んで構成される。3個の半導体モジュール300は、例えば、3相インバータのU相、V相、W相に対応するものである。なお、電力変換装置100は、昇圧用の半導体モジュールを搭載してもよい。また、電力変換装置100は、3相インバータ用の半導体モジュール300を複数個搭載してもよい。
半導体モジュール300は、その両面に、熱伝導部材350を介して第1の水路101と、熱伝導部材350を介して第2の水路102と密着する。熱伝導部材350がはんだの場合は、第1の水路101と第2の水路102とをはんだ接合するため接触熱抵抗が小さくなり放熱性が良い。
第1の水路101および第2の水路102は、それぞれ内部に冷媒が流れる水路部材120と水路部材120の外表面を覆う熱伝導層122とによって構成される。水路部材120の内部には、フィン121が設けられ、フィン121は、水路部材120の内部に流れる冷媒と熱交換を行う。水路部材120とフィン121とは、押し出し成形によって形成され、水路部材120とフィン121とは一体である。なお、フィン121は、水路部材120と別体に設けて水路部材120とろう付けで形成してもよい。フィン121は、冷媒の流れ方向と平行なストレートのフィンであるが、板を曲げて波状に成形して水路部材120の内部にろう付けしてもよい。
図8に示すように、水路部材120の長手方向端部には熱伝導層122が形成されていない水路露出部125を有する。水路露出部125は、水路部材120の冷媒入り口側と、出口側に形成され、第1のヘッダー103、接続水路105、第2のヘッダー104に接合される。第1のヘッダー103、接続水路105、第2のヘッダー104は、水路部材120と同じ主成分の金属である。例えば、水路部材120がアルミニウムまたはアルミニウム合金であれば、第1のヘッダー103、接続水路105、第2のヘッダー104もアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。水路露出部125を設けて、水路部材120と同じ主成分の金属とすることで、第1のヘッダー103、接続水路105、第2のヘッダー104をろう付けすることが可能となる。
熱伝導層122は、引き抜き加工で水路部材120外表面に形成される。まず、水路部材120は、熱伝導層122の中に挿入される。次に、図9に示すように、水路部材120を熱伝導層122とともに金型126に通して、矢印P方向に引き抜く。これにより、熱伝導層122を水路部材120外表面に密着させて一体に形成することができる。
図10は、第2の実施形態における電力変換装置100Aの横断面図である。横断面図以外は既に説明した第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
図11は、第3の実施形態における電力変換装置100Bの縦断面図である。縦断面図以外は既に説明した第1の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
(1)発熱体冷却構造(電力変換装置100、100A、100B)は、発熱体(半導体モジュール300)と、内部に冷媒が流れる水路部材120と、水路部材120の外表面を覆う熱伝導層122とを備え、熱伝導層122は、水路部材120の熱伝導率よりも高い材料で形成され、熱伝導層122は、発熱体が配置される側の水路部材120の外表面に形成される第1の領域123、123Aと、発熱体が配置される側とは反対側の水路部材120の外表面に形成される第2の領域124、124Aと、を有し、熱伝導層122の第1の領域123、123Aと第2の領域124、124Aとは連続して形成される。これにより、冷却性能を向上させることができる。
Claims (11)
- 発熱体と、
内部に冷媒が流れる水路部材と、
前記水路部材の外表面を覆う熱伝導層とを備え、
前記熱伝導層は、前記水路部材の熱伝導率よりも高い材料で形成され、
前記熱伝導層は、前記発熱体が配置される側の前記水路部材の前記外表面に形成される第1の領域と、前記発熱体が配置される側とは反対側の前記水路部材の前記外表面に形成される第2の領域と、を有し、
前記熱伝導層の前記第1の領域と前記第2の領域とは連続して形成される発熱体冷却構造。 - 請求項1に記載の発熱体冷却構造において、
前記熱伝導層の線膨張係数は、前記水路部材の線膨張係数よりも小さい発熱体冷却構造。 - 請求項2に記載の発熱体冷却構造において、
前記熱伝導層は、銅を主成分とする材料からなり、
前記水路部材は、アルミニウムを主成分とする材料からなる発熱体冷却構造。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の発熱体冷却構造において、
前記外表面を熱伝導層で覆われた前記水路部材は前記発熱体の両面に設けられる発熱体冷却構造。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の発熱体冷却構造において、
前記外表面を熱伝導層で覆われた前記水路部材は前記発熱体の片面に設けられる発熱体冷却構造。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の発熱体冷却構造において、
前記発熱体を通り前記水路部材の長手方向に垂直な断面において、前記熱伝導層は、前記水路部材の外表面の全周を覆う発熱体冷却構造。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の発熱体冷却構造において、
前記発熱体を通り前記水路部材の長手方向に垂直な断面において、前記熱伝導層の前記第2の領域の一部には、前記熱伝導層が形成されない開放領域が設けられている発熱体冷却構造。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の発熱体冷却構造において、
前記熱伝導層は、前記水路部材の長手方向端部には形成されない発熱体冷却構造。 - 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の発熱体冷却構造を備えた電力変換装置において、
前記発熱体は、電力変換を行う半導体素子を備えた半導体モジュールであり、
前記半導体モジュールの放熱面は、熱伝導部材を介して前記熱伝導層と熱的に接触する電力変換装置。 - 請求項9に記載の電力変換装置において、
前記半導体モジュールは、複数個設けられ、
前記熱伝導層は、前記複数個の半導体モジュールの前記放熱面と重なる領域を含み、前記水路部材の長手方向に沿って延在する電力変換装置。 - 請求項9に記載の電力変換装置において、
前記半導体モジュールは、複数個設けられ、
前記熱伝導層は、前記複数個の各半導体モジュールの前記放熱面と重なる領域に形成され、前記複数個の各半導体モジュールの間の領域には形成されない電力変換装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US18/247,490 US20240006271A1 (en) | 2020-10-08 | 2021-09-30 | Heating element cooling structure and power conversion device |
| DE112021004198.3T DE112021004198T5 (de) | 2020-10-08 | 2021-09-30 | Heizelementkühlstruktur und Leistungsumsetzungsvorrichtung |
| JP2022555429A JP7480333B2 (ja) | 2020-10-08 | 2021-09-30 | 発熱体冷却構造および電力変換装置 |
| CN202180068772.7A CN116326229A (zh) | 2020-10-08 | 2021-09-30 | 发热体冷却结构以及电力变换装置 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2020-170823 | 2020-10-08 | ||
| JP2020170823 | 2020-10-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2022075199A1 true WO2022075199A1 (ja) | 2022-04-14 |
Family
ID=81126883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/036293 Ceased WO2022075199A1 (ja) | 2020-10-08 | 2021-09-30 | 発熱体冷却構造および電力変換装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20240006271A1 (ja) |
| JP (1) | JP7480333B2 (ja) |
| CN (1) | CN116326229A (ja) |
| DE (1) | DE112021004198T5 (ja) |
| WO (1) | WO2022075199A1 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005085998A (ja) * | 2003-09-09 | 2005-03-31 | Toyota Motor Corp | 電子部品の冷却装置 |
| JP2006339271A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Denso Corp | 電子部品冷却ユニット |
| JP2007109856A (ja) * | 2005-10-13 | 2007-04-26 | Denso Corp | 半導体冷却装置 |
| JP2012231113A (ja) * | 2011-04-13 | 2012-11-22 | Denso Corp | 窒素とアルミニウムと他金属とを含む多元化合物の複合材料、その製造方法、絶縁フィルム、絶縁接着剤及び熱交換器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6524709B2 (ja) | 2014-06-13 | 2019-06-05 | 日産自動車株式会社 | 半導体装置 |
-
2021
- 2021-09-30 CN CN202180068772.7A patent/CN116326229A/zh active Pending
- 2021-09-30 WO PCT/JP2021/036293 patent/WO2022075199A1/ja not_active Ceased
- 2021-09-30 DE DE112021004198.3T patent/DE112021004198T5/de active Pending
- 2021-09-30 US US18/247,490 patent/US20240006271A1/en active Pending
- 2021-09-30 JP JP2022555429A patent/JP7480333B2/ja active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005085998A (ja) * | 2003-09-09 | 2005-03-31 | Toyota Motor Corp | 電子部品の冷却装置 |
| JP2006339271A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Denso Corp | 電子部品冷却ユニット |
| JP2007109856A (ja) * | 2005-10-13 | 2007-04-26 | Denso Corp | 半導体冷却装置 |
| JP2012231113A (ja) * | 2011-04-13 | 2012-11-22 | Denso Corp | 窒素とアルミニウムと他金属とを含む多元化合物の複合材料、その製造方法、絶縁フィルム、絶縁接着剤及び熱交換器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP7480333B2 (ja) | 2024-05-09 |
| CN116326229A (zh) | 2023-06-23 |
| US20240006271A1 (en) | 2024-01-04 |
| DE112021004198T5 (de) | 2023-06-01 |
| JPWO2022075199A1 (ja) | 2022-04-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5627499B2 (ja) | 半導体モジュールを備えた半導体装置 | |
| US9860987B2 (en) | Electronic assembly with one or more heat sinks | |
| CN1332441C (zh) | 双面冷却型半导体模块 | |
| US9693488B2 (en) | Electronic assembly with one or more heat sinks | |
| EP1843392A1 (en) | Electronics assembly having heat sink substrate disposed in cooling vessel | |
| WO2007145303A1 (ja) | 半導体モジュールおよびその製造方法 | |
| EP1742265A2 (en) | Coolant cooled type semiconductor device | |
| JP4826426B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP2001352023A (ja) | 冷媒冷却型両面冷却半導体装置 | |
| CN117157753A (zh) | 具有冷却体和至少一个半导体模块的半导体模块组件 | |
| JP5392196B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP7030535B2 (ja) | パワー半導体装置 | |
| JP2016100442A (ja) | 半導体モジュール及び半導体装置 | |
| JP4935783B2 (ja) | 半導体装置および複合半導体装置 | |
| JP2011211017A (ja) | 半導体モジュールおよびそれを備えた半導体装置 | |
| JP2002164485A (ja) | 半導体モジュール | |
| CN116802801A (zh) | 换热装置及功率变换装置 | |
| JP5402778B2 (ja) | 半導体モジュールを備えた半導体装置 | |
| CN115668485A (zh) | 功率模块 | |
| JP7480333B2 (ja) | 発熱体冷却構造および電力変換装置 | |
| CN119451026A (zh) | 对逆变器的功率模块进行集成双侧冷却的系统和方法 | |
| WO2024185420A1 (ja) | 半導体装置、半導体装置アッセンブリ、および車両 | |
| JP7587454B2 (ja) | パワー半導体装置 | |
| CN110364495A (zh) | 用于半导体封装的冷却技术 | |
| CN119725272B (zh) | 功率模块散热结构以及功率模块封装结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 21877500 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 18247490 Country of ref document: US |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2022555429 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 21877500 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |