WO2022153618A1 - 熱交換装置および電力変換装置 - Google Patents

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fin
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佑輔 高木
裕二朗 金子
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日立Astemo株式会社
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    • H01L25/072—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00 the devices being arranged next to each other
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    • H01L2924/181—Encapsulation

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchange device and a power conversion device.
  • the present invention it is possible to provide a heat exchange device having reduced pressure loss and improved heat dissipation performance, and a power conversion device including the heat exchange device.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
  • the external view of the power module which concerns on 1st Embodiment of this invention.
  • Exploded view of FIG. Exploded view of the first water channel of FIG.
  • FIG. 4 is a sectional view taken along the line CC of FIG.
  • FIG. 8 is a sectional view taken along line DD of FIG.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line EE of FIG.
  • the external view of the power module which concerns on 2nd Embodiment.
  • Exploded view of FIG. The first waterway exploded view of FIG.
  • the external view of the power module which concerns on 3rd Embodiment.
  • the mold body 300 includes power semiconductor elements 321U, 321L, 322U, and 322L.
  • the power semiconductor elements 321U and 321L are IGBTs of the upper arm and the lower arm, respectively. Further, the power semiconductor elements 322U and 322L are diodes for the upper arm and the lower arm, respectively.
  • the power semiconductor elements 321U, 321L, 322U, and 322L can be applied not only to IGBTs but also to FETs (Field effect transistors) and the like.
  • the mold body 300 is composed of an upper arm 300U and a lower arm 300L.
  • the upper arm 300U is composed of an IGBT 321U and a diode 322U, and has a DC positive electrode terminal 311 and a signal terminal 314.
  • the lower arm 300L is composed of an IGBT 321L and a diode 322L, and has a DC negative electrode terminal 312 and a signal terminal 315.
  • the upper arm 300U and the lower arm 300L have an AC terminal 313 at an intermediate connection point.
  • the DC positive electrode terminal 311 and the DC negative electrode terminal 312 are connected to a capacitor (not shown) or the like to supply DC power to the power semiconductor elements 321U, 321L, 322U, and 322L from the outside of the mold body 300. ..
  • the signal terminals 314 and 315 are connected to the control board and control the switching operation of the power semiconductor elements 321U, 321L, 322U and 322L.
  • the AC terminal 313 electrically connects the upper arm 300U and the lower arm 300L, and outputs AC power to the outside of the mold body 300.
  • the power semiconductor elements 321U, 321L, 322U, and 322L have a lower surface joined to the first heat sink 341 via the first joining material 345, and an upper surface joined to the first heat sink 341 via the second joining material 346. It is joined to the second heat sink 342.
  • the first joining material 345 and the second joining material 346 are solders and sintered materials.
  • the water channel connection flange 170 has a water channel opening 171 and a water channel mounting hole 172, and a water channel mounting surface 173. Used for connection.
  • the water channel opening 171 is an inlet or outlet for cooling water in the first water channel 110.
  • the first water channel 110 is connected to a case or the like that supplies cooling water from the outside by the water channel mounting surface 173.
  • the first intermediate plate 140 has two first intermediate plate second openings 142 at both ends (longitudinal) in the lateral direction.
  • first water channel 110 Inside the first water channel 110, a buffer region formed by the first water channel cover 150 and the first intermediate plate 140, and fin formation formed by the first fin cover 120, the first intermediate plate 140, and the first fin 130. It is composed of two layers of the area.
  • the first fin 130 is joined to the first intermediate plate 140.
  • the first intermediate plate 140 is joined to the first water channel cover 150.
  • the first channel cover 150 is joined to the channel connecting flange 170. These joins are made by brazing or laser welding.
  • the water channel opening 171 is formed by forming two water channel openings 171 with only one water channel connecting flange 170 by using only one first intermediate plate first opening 141 of the first intermediate plate 140 to form cooling water. It may be used as a doorway. At this time, the first waterway cover opening 151 and the first intermediate plate first opening 141 each have only one configuration. Further, the first fin 130 may be formed on the first fin cover 120 by forging or machining so as to be integrated with the first fin cover 120.
  • One of the two first intermediate plate second openings 142 is the first fin region inlet 143.
  • the other of the two first intermediate plate second openings 142 is the first fin region outlet 144.
  • the first fin region inlet 143 connects the first buffer region 152 and the first fin region 122 to form a water channel.
  • One of the two second intermediate plate second openings 242 is the second fin region inlet 243.
  • the other of the two second intermediate plate second openings 242 is the second fin region outlet 244.
  • the second fin region inlet 243 connects the third buffer region 252 and the second fin region 222 to form a water channel.
  • the second water channel partition portion 254 is arranged in a shape that divides the second water channel 210 diagonally. Since the flow path width of the cooling water 245 flowing in the third buffer region 252 narrows from the second pipe opening 261 on the inlet side toward the second fin region inlet 243, the flow rate of the cooling water becomes smaller. On the other hand, the cooling water 245 flowing in the fourth buffer region 253 is cooled water because the cooling water flows from the second fin region outlet 244 and the flow path width widens toward the second pipe opening 261 on the outlet side. The flow rate of
  • Cooling water flows in opposite directions to the two fin forming regions facing each other with the power semiconductor element in between.
  • inlets and outlets formed at both ends in the longitudinal direction of the heat exchanger are formed at only one of both ends in the longitudinal direction.
  • the present invention is described with the configuration that the entrance and exit to the water channel is only from the buffer region, the entrance and exit of the water channel connected to the fin region are provided so that the cooling water can enter and exit from both layers. May be good.

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Abstract

略長方形状に形成されたパワー半導体素子を冷却する熱交換装置およびこれを備える電力変換装置であって、短手方向に冷却水を流すフィン形成領域と、積層方向において、隔壁を間に挟んでフィン形成領域と対向して形成されるバッファ領域と、を備え、長手方向の両端部の少なくとも一方に、冷却水の入口および出口がそれぞれ形成され、短手方向の両端部において、フィン形成領域とバッファ領域とを接続する流路穴が形成され、バッファ領域は、入口から流入する冷却水と出口に向かう冷却水を分ける仕切り部を有し、流路穴を介してフィン形成領域と入口および出口とがそれぞれ接続される。

Description

熱交換装置および電力変換装置
　本発明は、熱交換装置および電力変換装置に関する。
　近年、電力変換装置が備えている熱交換装置は、半導体素子を含むモールド体を冷却するために、冷却水路の配置構造について日々検討が成されている。従来技術では、水路出入口は長手方向の両端に配置され、冷却水をその長手方向と平行に流す構成である。
　特許文献１に記載の構造では、冷却管３は、冷媒流路３０として、熱交換部３７と、熱交換部３７に対して高さ方向Ｚの両側にそれぞれ配置された冷媒供給路３６及び冷媒排出路３８とを有し、熱交換部３７には、冷媒供給路３６から冷媒排出路３８へ向かって、高さ方向Ｚに冷媒ｗが流れるよう構成されている（図６）。このように、フィンが配置される同じ平面上から冷却水が内部に流れている構造が開示されている。
特開２０１８－１９０９０１号公報
　特許文献１に記載の方法では、流入口から流入した冷却水が、フィンに直角に流入するときに装置の圧力損失が大きくなる懸念がある。そこで、本発明は、圧損を低減させ、放熱性能を向上させた、熱交換装置および電力変換装置を提供することが課題である。
　略長方形状に形成されてパワー半導体素子を冷却する熱交換装置およびこれを備える電力変換装置であって、前記熱交換装置の短手方向に冷却水を流すフィン形成領域と、積層方向において、隔壁を間に挟んで前記フィン形成領域と対向して形成されるバッファ領域と、を備え、前記熱交換装置の長手方向の両端部の少なくとも一方に、冷却水の入口および出口がそれぞれ形成され、前記短手方向の両端部において前記長手方向に、前記フィン形成領域と前記バッファ領域とを接続する流路穴が形成され、前記バッファ領域は、前記入口から流入する前記冷却水と前記出口に向かう冷却水を分ける仕切り部を有し、前記流路穴を介して前記フィン形成領域と前記入口および前記出口とがそれぞれ接続される。
　本発明によれば、圧損を低減させ、放熱性能を向上させた熱交換装置およびこれを備える電力変換装置を提供できる。
モールド体の回路図。 モールド体の外観図。 図２のＡ－Ａ断面図。 本発明の第１の実施形態に係る、パワーモジュールの外観図。 図４の分解図。 図５の第１水路の分解図。 図５の第２水路の分解図。 図４のＢ－Ｂ断面図。 図４のＣ－Ｃ断面図。 図８のＤ－Ｄ断面図。 図８のＥ－Ｅ断面図。 第２の実施形態に係る、パワーモジュールの外観図。 図１２の分解図。 図１３の第１水路分解図。 図１３の第２水路分解図。 第３の実施形態に係る、パワーモジュールの外観図。
（第１の実施形態）
　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は下記の実施形態に限定解釈されるものではなく、公知の他の構成要素を組み合わせて本発明の技術思想を実現してもよい。なお、各図において同一要素については同一の符号を記し、重複する説明は省略する。
　図１はモールド体の回路図である。
　モールド体３００は、パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌを備える。パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌはそれぞれ上アームと下アームのＩＧＢＴである。また、パワー半導体素子３２２Ｕ、３２２Ｌはそれぞれ上アームと下アームのダイオードである。なお、パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２ＬはＩＧＢＴだけでなく、ＦＥＴ（Field effect transistor）などでも適用することができる。
　モールド体３００は、上アーム３００Ｕと下アーム３００Ｌで構成される。上アーム３００Ｕは、ＩＧＢＴ３２１Ｕとダイオード３２２Ｕで構成され、直流正極端子３１１と信号端子３１４を有している。下アーム３００Ｌは、ＩＧＢＴ３２１Ｌとダイオード３２２Ｌで構成され、直流負極端子３１２と信号端子３１５を有している。上アーム３００Ｕと下アーム３００Ｌは中間接続点で交流端子３１３を有している。
　直流正極端子３１１および、直流負極端子３１２は、コンデンサ（図示せず）などと接続されることで、モールド体３００の外部から直流電力をパワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌに供給している。信号端子３１４、３１５は、制御基板に接続され、パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌのスイッチング動作を制御する。交流端子３１３は、上アーム３００Ｕと下アーム３００Ｌとを電気的に接続し、モールド体３００の外部に交流電力を出力する。
　図２は、モールド体の外観図である。なお、断線Ａ－Ａは図３で用いる。
　モールド体３００は、封止樹脂３３０で一部封止されている。モールド体３００に接続されている直流正極端子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。モールド体３００は、封止樹脂３３０から露出する熱伝導部材３５０を持つ。
　図３は、図２のモールド体のＡ－Ａ断面図である。
　パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌは、図３において、下側の面が第１接合材３４５を介して第１放熱板３４１に接合され、上側の面が第２接合材３４６を介して第２放熱板３４２に接合されている。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。封止樹脂３３０は、パワー半導体素子３２１Ｕ、３２１Ｌ、３２２Ｕ、３２２Ｌ、第１放熱板３４１、第２放熱板３４２、第１接合材３４５、第２接合材３４６、を封止している。
　第１放熱板３４１は、第１放熱面３４３を持つ。第１放熱面３４３は、封止樹脂３３０から露出しており、第１放熱板３４１において、第１接合材３４５と接合している面とは反対面に位置する。
　第２放熱板３４２は、第２放熱面３４４を持つ。第２放熱面３４４は、封止樹脂３３０から露出しており、第２放熱板３４２において、第２接合材３４６と接合している面とは反対面に位置する。
　熱伝導部材３５０は絶縁性能を持った樹脂またはセラミックであり、第１放熱面３４３と第２放熱面３４４にそれぞれ密着している。熱伝導部材３５０は、セラミックである場合には、モールド体３００と後述する第１水路１１０および第２水路２１０とグリスなどを介して密着する。なお、モールド体３００の内部に絶縁基板もしくは樹脂絶縁部材を持つ場合は、熱伝導部材３５０はグリスである。
　図４は、本発明の第１の実施形態に係る、パワーモジュールの外観図である。なお、断線Ｂ－Ｂは図８、断線Ｃ－Ｃは図９で用いる。
　パワーモジュール１００は、第１水路１１０と、第２水路２１０と、モールド体３００と、を有する。なお、モールド体３００は、第１水路１１０と第２水路２１０との間に複数個挟まれているが、１セットの第１水路１１０と第２水路２１０に対してモールド体３００が１つであっても良い。
　第１水路１１０と第２水路２１０は、略長方形状に形成された熱交換装置として、パワーモジュール１００全体を冷却している。すなわち、発熱体であるモールド体３００は、この熱を外部に逃すために、前述した熱伝導部材３５０を介して、第１水路１１０および第２水路２１０の内部に流れる冷媒に放熱することで、モールド体３００およびパワーモジュール１００全体が冷却される。
　図５は、図４の分解図である。
　モールド体３００は、第１水路１１０と第２水路２１０に挟みこまれるように配置されている。略長方形状の第１水路１１０は、長手方向の両端部に第１水路接続部１１１を持つ。略長方形状の第２水路２１０は、長手方向の両端部に第２水路接続部２１１を持つ。第１水路接続部１１１と第２水路接続部２１１は、互いの接続部分がシール材４００によってシールされ、これによりモールド体３００を冷却する水路を形成している。シール材４００は、ゴム製のＯリングなどの部材である。
　なお、第１水路接続部１１１と第２水路接続部２１１の接続は、略長方形状のモールド体３００の両端部に接続箇所がそれぞれ単一の接続部（穴）だけで設けられているが、それぞれ複数の接続部（穴）を設けて、第１水路１１０と第２水路２１０とを流路接続する構造でもよい。
　図６は、図５の第１水路の分解図である。
　第１水路１１０は、第１フィンカバー１２０、第１フィン１３０、第１中間板１４０、第１水路カバー１５０、第１パイプ１６０、水路接続フランジ１７０、で構成されている。
　水路接続フランジ１７０は、水路開口１７１、水路取り付け穴１７２、水路取り付け面１７３を持ち、略長方形状である第１水路１１０の長手方向の両端部（短手）で、第２水路２１０との水路接続に利用される。水路開口１７１は、第１水路１１０における冷却水の入口または出口である。第１水路１１０は水路取り付け面１７３によって、外部から冷却水を供給しているケースなどに接続される。
　水路取り付け穴１７２は、外部から冷却水を取り入れるケースなどに固定するためのねじの穴である。なお、ねじ締結以外で第１水路１１０をこのケースなどに固定する場合は、設けなくてもよい。
　略長方形状である第１水路カバー１５０は、長手方向の両端部（短手）に第１水路カバー開口１５１を有している。第１水路カバー開口１５１は、水路開口１７１にそれぞれ接続されることで流路が形成され、その流路内を冷却水が流れている。
　略長方形状である第１中間板１４０は、第１中間板第１開口１４１を長手方向の両端部（短手）に２つ有している。第１中間板第１開口１４１は、第１水路カバー開口１５１とそれぞれ水路接続されることで、水路を形成している。
　また、第１中間板１４０は、第１中間板第２開口１４２を短手方向の両端部（長手）に２つ有している。ここで、第１水路１１０の内部の２層の水路構造を説明する。第１水路１１０の内部は、第１水路カバー１５０と第１中間板１４０によって形成されるバッファ領域と、第１フィンカバー１２０と第１中間板１４０と第１フィン１３０とによって形成されるフィン形成領域の２層で構成されている。
　第１中間板第２開口１４２は、この２層の領域（流路）を接続する流路穴としての役割を持つ。具体的には、まず、第１中間板第２開口１４２のどちらか一方を介して、バッファ領域に流入した冷却水がフィン形成領域に流れる。フィン形成領域に備えられている第１フィン１３０を通過した冷却水は、第１中間板第２開口１４２のもう一方を通って、再びバッファ領域に流れる。このような構造であるため、第１中間板１４０は、積層方向に重なるフィン形成領域とバッファ領域との間に形成される隔壁の役割を持つ。
　第１パイプ１６０は第１パイプ開口１６１を有し、第１中間板第１開口１４１と接続されている。シール材収容部１６２は、前述したシール材４００を収容し、第１パイプ１６０の側面に配置されている。なお、シール材収容部１６２は、第１パイプ１６０の天面に配置してもよい。
　第１フィンカバー１２０は、第１フィンカバー放熱面１２１を持つ。第１フィンカバー放熱面１２１は、前述したモールド体３００と密着して第１水路１１０内に流れる冷却水によって、モールド体３００を冷却する。第１フィン１３０は、第１フィンカバーにおいて、第１フィンカバー放熱面１２１とは反対側の面で第１フィンカバー１２０と接合される。第１フィン１３０は、第１フィンカバーを介して、モールド体３００を冷却している。
　第１フィン１３０は、第１中間板１４０と接合される。第１中間板１４０は、第１水路カバー１５０と接合される。第１水路カバー１５０は、水路接続フランジ１７０と接合される。これらの接合は、ろう付けまたはレーザ溶接によって行われる。
　なお、水路開口１７１は、第１中間板１４０の第１中間板第１開口１４１を一つだけにして、１つの水路接続フランジ１７０だけで、２つの水路開口１７１を形成することで、冷却水の出入口としてもよい。このとき、第１水路カバー開口１５１、第１中間板第１開口１４１もそれぞれ一つだけの構成になる。また、第１フィン１３０は、第１フィンカバー１２０と一体となるように、第１フィンカバー１２０上に鍛造もしくは機械加工で形成されてもよい。
　図７は、第２水路の分解図である。なお、第２水路は、図６で説明した第１水路の構造とほぼ等しい構造を有しているため、共通部分の説明を一部省略する。
　第２水路２１０は、第２フィンカバー２２０、第２フィン２３０、第２中間板２４０、第２水路カバー２５０、第２パイプ２６０で構成される。
　略長方形状の第２中間板２４０は、第２中間板第１開口２４１を長手方向の両端（短手）に２つ持つ。第２中間板第１開口２４１は、第２パイプ２６０の第２パイプ開口２６１と接続されて水路を形成している。
　また、第２中間板２４０は、第２中間板第２開口２４２を短手方向の両端部（長手）に２つ有している。ここで、第２水路２１０の内部の２層の水路構造は、第１水路１１０の内部と同様に、第２水路カバー２５０と第２中間板２４０によって形成されるバッファ領域と、第２フィンカバー２２０と第２中間板２４０と第２フィン２３０とによって形成されるフィン形成領域の２層によって構成されている。
　第２中間板２４０は、第２水路カバー２５０と接合する。この接合は、第１水路１１０と同様にろう付けまたはレーザ溶接で接合される。第２フィン２３０は、第２フィンカバー２２０と一体となるように、第２フィンカバー２２０上に鍛造もしくは機械加工で形成してもよい。
　第２中間板第２開口２４２は、この２層の領域（流路）を接続する流路穴としての役割を持つ。具体的な流路穴による接続方法は、第１水路１１０における、バッファ領域とフィン形成領域との接続方法と同様である。
　図８は、図４のＢ－Ｂ断面図である。なお、図８における断面Ｄ－Ｄは図１０（ａ）で用いられ、断面Ｅ－Ｅは図１１で用いられる。
　第２フィンカバー２２０は、モールド体３００と密着してモールド体３００を冷却する第２フィンカバー放熱面（図示せず）を持つ。第２フィン２３０は、第２フィンカバー２２０において、第２フィンカバー放熱面と反対側の面で接合されている。第２フィン２３０は、第２フィンカバー２２０を介して、モールド体３００を冷却している。第２フィン２３０は、図８の上側で第２中間板２４０と接合されている。
　第１水路１１０は、第１フィンカバー１２０と第１中間板１４０に囲われる第１フィン領域１２２を持つ。第１フィン１３０は、第１フィン領域１２２に配置される。第１水路１１０は、第１中間板１４０と第１水路カバー１５０で囲われる第１バッファ領域１５２と第２バッファ領域１５３を持つ。
　第１バッファ領域１５２は、２つある第１パイプ開口１６１のどちらか一方と水路を形成するように配置される。第２バッファ領域１５３は、２つある第１パイプ開口１６１のもう一方と水路を形成するように配置される。第１水路カバー１５０は、第１仕切り部１５４を持つ。第１仕切り部１５４は、第１バッファ領域１５２と第２バッファ領域１５３間で水路接続されないように配置され、冷却水の流れる方向を長手方向から短手方向に変えている。
　第１バッファ領域１５２は、第１フィン領域１２２を介して、第２バッファ領域１５３と水路を形成する（詳細は図９で説明）。第１バッファ領域１５２は、第２バッファ領域１５３と略同一平面上にある。第１バッファ領域１５２は、第１中間板１４０を間に挟んで、第１フィン領域１２２と対向する位置にある。第２バッファ領域１５２は、第１中間板１４０を間に挟んで、第１フィン領域１２２と対向する位置にある。
　なお、第１水路カバー１５０は、第１バッファ領域１５２と第２バッファ領域１５３とを一体にしている構成だが、それぞれ個別に領域を作るために別体にして２部品での構成でもよい。
　第２水路２１０は、第２フィンカバー２２０と第２中間板２４０に囲われる第２フィン領域２２２を持つ。第２フィン２３０は、第２フィン領域２２２に配置される。第２水路２１０は、第２中間板２４０と第２水路カバー２５０で囲われる第３バッファ領域２５２と第４バッファ領域２５３を持つ。第３バッファ領域２５２は、２つある第２パイプ開口２６１のどちらか一方と水路を形成するように配置される。第４バッファ領域２５３は、２つある第２パイプ開口２６１のもう一方と水路を形成するように配置される。
　第２水路カバー２５０は、第２仕切り部２５４を持つ。第２仕切り部２５４は、第３バッファ領域２５２と第４バッファ領域２５３との間で直接水路を形成しないように配置される。第３バッファ領域２５２は、第２フィン領域２２２を介して、第４バッファ領域２５３と水路を形成している（詳細は図９に記載）。
　第３バッファ領域２５２は、第４バッファ領域２５３と略同一平面上にある。第３バッファ領域２５２は、第２中間板２４０を間に挟んで、第２フィン領域２２２と対向する位置にある。第４バッファ領域２５３は、第２中間板２４０を間に挟んで、第２フィン領域２２２と対向する位置にある。
　なお、第２水路カバー２５０は、第２バッファ領域１５３と第４バッファ領域２５３とを一体にしている構成だが、それぞれ個別に領域を作るために別体にして２部品での構成でもよい。
　また、第１バッファ領域１５２、第２バッファ領域１５３は、どちらが水路入口側でも良い。つまり、第１バッファ領域１５２が入口側の場合、第２バッファ領域１５３は、水路出口側になる。同様に、第３バッファ領域２５２、第４バッファ領域２５３は、どちらが水路入口側でも良い。つまり、第３バッファ領域２５２が入口側の場合、第４バッファ領域２５３は、水路出口側になる。
　第１バッファ領域１５２、第３バッファ領域２５２がそれぞれ第１水路１１０、第２水路２１０の水路入口側として、図８に矢印で示す冷却水２４５の流れを説明する。第１水路１１０に入る冷却水２４５は、入口側の水路開口１７１から前述した第１水路カバー開口１５１を介して、第１バッファ領域１５２に流れる。第２水路２１０に入る冷却水２４５は、第１バッファ領域１５２、入口側の第１パイプ開口１６１、第２パイプ開口２６１を介して、第３バッファ領域２５２に流れる。第１水路１１０から第２水路２１０に行かず、第１水路１１０のみで直接出口側へ向かう冷却水２４５は、第２バッファ領域１５３から出口側の前述した第１水路カバー開口１５１を介して、出口側の水路開口１７１から流れ出る。このように、２層構造になっているバッファ領域とフィン形成領域で冷却水の受け渡しをして、熱交換装置として機能させることで、圧損を低減させている。
　第２水路２１０から出る冷却水２４５は、第４バッファ領域２５３から出口側の第２パイプ開口２６１、出口側の第１パイプ開口１６１、第２バッファ領域１５３、出口側の第１水路カバー開口１５１を介して、出口側の水路開口１７１から流れ出る。
　なお、第２水路カバー２５０は、放熱面の効果としては、第２フィンカバー２２０よりも低いが、電力変換装置設置時に、他の電子部品と接するように設置することで、他の電子部品の放熱の補助の役割を担うことができる。同様に、第１水路カバー１５０も他の電子部品の放熱の補助の役割を担うことができる。
　図９は、図４のＣ－Ｃ断面図である。
　２つある第１中間板第２開口１４２の一方は、第１フィン領域入口１４３である。２つある第１中間板第２開口１４２のもう一方は、第１フィン領域出口１４４である。第１フィン領域入口１４３は、第１バッファ領域１５２と第１フィン領域１２２を接続し、水路を形成している。
　第２フィン領域出口２４４は、第２バッファ領域１５３と第１フィン領域１２２をつなぎ水路を形成する。第１バッファ領域１５２から第２バッファ領域１５３までの冷却水の流れ２４５は、第１フィン領域入口１４３から第１フィン領域１２２、第１フィン領域出口１４４へ流れる。
　２つある第２中間板第２開口２４２の一方は、第２フィン領域入口２４３である。２つある第２中間板第２開口２４２のもう一方は、第２フィン領域出口２４４である。第２フィン領域入口２４３は、第３バッファ領域２５２と第２フィン領域２２２を接続し、水路を形成する。
　第２フィン領域出口２４４は、第４バッファ領域２５３と第２フィン領域２２２をつなぎ水路を形成する。第３バッファ領域２５２から第４バッファ領域までの冷却水の流れ２４５は、第２フィン領域入口２４３から第２フィン領域２２２、第２フィン領域出口２４４へ流れる。
　第１フィン領域１２２の冷却水の流れ２４５の方向は、第２フィン領域２２２の冷却水の流れ２４５とは対向する向きが好ましい。仮に、第１フィン領域１２２の冷却水の流れ２４５の方向と、第２フィン領域２２２の冷却水の流れ２４５の方向を同一にした場合、第１フィン領域出口１４４と第２フィン領域出口２４４がモールド体３００を挟んで対向する位置となるため冷却水の温度上昇が集中し、冷却効率が低下する。
　そのため、冷却水の流れ２４５の方向を対向させることで、冷却されるモールド体３００の熱バランスが良くなる。また、第１フィン領域出口１４４近傍の冷却水は、モールド体３００の発熱で温度が上昇しているが、モールド体３００を挟んで対向に位置する第２フィン領域入口２４３は冷えた状態であるため、モールド体３００の冷却効率が良くなる。これにより、従来よりもさらに放熱性能を向上させることができる熱交換装置を提供できる。
　図１０（ａ）は図８のＤ－Ｄ断面図であり、図１０（ｂ）は第２水路のバッファ領域からフィン形成領域まで冷却水が流れる様子を表したものである。
　２つある第２パイプ開口２６１の入口側は、第３バッファ領域２５２に冷却水２４５を流す。第３バッファ領域２５２の冷却水２４５の流れる方向は、第２水路２１０の長手方向から短手方向に向きが変わり、第２フィン領域入口２４３に流れる。第２フィン領域入口２４３から流れた冷却水は、裏側（図１０奥側）に設けられている第２フィン２３０を通る。第２フィン２３０を通った冷却水は、第２フィン領域出口２４４から第４バッファ領域２５３に戻って流れる。
　第４バッファ領域２５３の冷却水の流れ２４５は、短手方向から長手方向に向きが変わり、出口側の第２パイプ開口２６１に流れる。第３バッファ領域２５２を設けることで、従来技術よりも大きい水路幅で第２パイプ開口２６１から第２フィン領域入口２４３に冷却水を流すことができるため、圧力損失が低減できる。
　第４バッファ領域２５３を設けることで、従来技術よりも大きい水路幅で冷却水を第２フィン領域出口２４４から第２パイプ開口２６１に流すことができるため、圧力損失が低減できる。
　第２水路仕切り部２５４は、第２水路２１０を対角線に区切るような形状で配置する。第３バッファ領域２５２に流れる冷却水２４５は、入口側の第２パイプ開口２６１から第２フィン領域入口２４３に向かうにしたがって流路幅が縮まっているため、冷却水の流量が小さくなる。一方で、第４バッファ領域２５３に流れる冷却水２４５は、第２フィン領域出口２４４から冷却水が流れ、出口側の第２パイプ開口２６１に向かうにしたがって流路幅が広がっているため、冷却水の流量が大きくなる。
　このように、第２仕切り部２５４は、略長方形の第２水路２１０の略対角線上に配置することで、圧力損失を抑制し小型化が可能になる。なお、第１水路１１０についても、第２水路２１０と同じ冷却水の流れとなる。
　図１０（ｂ）に示すように、冷却水２４５は、第２水路２１０の第３バッファ領域２５２から、第２フィン領域２２２へ移動する。
　図１１は、図８のＥ－Ｅ断面図である。なお、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）にしめす拡大部分Ａの内容であり、図１１（ｃ）は、第２水路のフィン形成領域からバッファ領域まで冷却水が流れる様子を表したものである。
　第２フィン領域２２２の冷却水２４５は、第２水路２１０の短手方向に流れる。第２フィン２３０は、図１１（ｂ）に示すように波状のフィンであるが、直線状のフィンでもピンフィン、角フィンでも良い。なお、この形態については、第１水路１１０についても同様である。
（第２の実施形態）
　図１２は、第２の実施形態に係る、パワーモジュールの外観図である。
　モールド体３００Ａは、第１の実施形態と同じ構成であるが、第１水路１１０Ａと第２水路２１０Ａの水路接続が、略長方形状のモールド体３００Ａにおいて一端だけである。そのため、冷却水の出入り口が同じ一端側にある構成になっている。パワーモジュール１００Ａは、第１水路１１０Ａと第２水路２１０Ａとモールド体３００Ａを持つ。なお、モールド体３００Ａは、複数個あっても一つでも良い。
　図１３は、図１２の分解図である。
　第１水路接続部１１１Ａは、どちらかが冷却水の入口になりもう一方が冷却水の出口になる。この変形例の場合、第１水路接続部１１１Ａが略長方形状のパワーモジュール１００Ａの両端部の片側だけに設けられている。そのため、第１水路１１０Ａと第２水路２１０Ａとによって、モールド体３００Ａを挟み込むことによる固定性を高められない。そのため、電力変換装置などのケースに収める場合、他の部品や基板との間に挟んで設置させることで、固定性を維持することが可能になり、冷却性能を向上させることが可能である。
　図１４は、図１３の第１水路分解図である。
　第１の実施形態と異なる点は、略長方形状の第１水路カバー１５０Ａが有する、第１バッファ領域１５２Ａと第２バッファ領域１５３Ａが、長手方向に平行な第１仕切り部１５４Ａによって、仕切られているところである。
　図１５は、図１４の第２水路分解図である。
　第１の実施形態と異なる点は、第２水路２１０Ａが有する略長方形状の第２水路カバー２５０Ａは、長手方向に平行な第２仕切り部２５４Ａによって、仕切られているところである。
（第３の実施形態）
　図１６は、第３の実施形態に係る、パワーモジュールの外観図である。
　パワーモジュール１００Ｂは、モールド体３００Ｂ、第１水路１１０Ｂで構成される。モールド体３００Ｂは、複数個でも１つでも良い。モールド体３００Ｂは、第１の実施形態のモールド体３００と同じ構成である。第１水路１１０Ｂは、モールド体３００Ｂの片面だけを冷却する。第１水路１１０Ｂは、第２水路に接続される水路部を持たない以外は、実施例１の第１水路１１０と同じ構成である。これにより、パワーモジュール１００Ｂ全体を小型化させることができる。
　以上説明した本発明の第１から第３の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（１）熱交換装置は、略長方形状に形成された熱交換装置であって、熱交換装置の短手方向に冷却水を流すフィン形成領域と、積層方向において、隔壁を間に挟んでフィン形成領域と対向して形成されるバッファ領域と、を備え、熱交換装置の長手方向の両端部の少なくとも一方に、冷却水の入口および出口がそれぞれ形成され、短手方向の両端部において長手方向に、フィン形成領域とバッファ領域とを接続する流路穴が形成され、バッファ領域は、入口から流入する冷却水と出口に向かう冷却水を分ける仕切り部を有し、流路穴を介して流路フィン形成領域と入口および出口とがそれぞれ接続される。このようにしたことで、圧損を低減させ、放熱性能を向上させた熱交換装置を提供できる。
（２）仕切り部は、熱交換装置において対角線上に配置される。このようにしたことで、バッファ領域に流れる冷却水による圧損を低減できる。
（３）パワー半導体素子は、２つの熱交換装置の間に挟まれ、熱交換装置のカバーを介してフィン形成領域と接している。このようにしたことで、モジュール体の放熱を促進している。
（４）バッファ領域は、冷却水が入口から流路穴に向かうにしたがって流路幅を縮め、冷却水が流路穴から出口に向かうにしたがって流路幅を広げる。このようにしたことで、水路に対する圧損を低減できる。
（５）パワー半導体素子を間に挟んで対向する２つのフィン形成領域は、互いに逆向きに冷却水を流す。このようにしたことで、熱バランスのよい放熱になり、モジュール体の性能の低減を抑えることができる。
（６）略長方形状に形成された熱交換装置において、熱交換装置の長手方向の両端部に形成された入口および出口は、長手方向の両端部のどちらか一方だけに形成される。このようにしたことで、水路接続部を減らして、収納時のスペース造成に貢献できる。
（７）パワー半導体素子は、熱交換装置によって片面が冷却される。このようにしたことで、水路に接していない面は、水路以外の部品を介して放熱される構造を実現できる。
（８）上記の（１）～（７）の特徴を有する熱交換装置を備える電力変換装置を実現することで、信頼性の高い電力変換装置を提供できる。
　なお、以上説明した熱交換装置は、電力変換装置に複数個搭載してもよいし、１個だけ搭載してもよい。
　また、フィン形成領域とバッファ領域に流れる冷却水は、バッファ領域から流入してフィン形成領域へとながれ、再びバッファ領域に流れ戻る仕組みになっているが、これとは逆に、フィン領域から侵入してバッファ領域へと流れたうえで、再びフィン領域に流れ戻る仕組みになっていてもよい。
　また、水路への出入りはバッファ領域からのみという構成で本発明が説明されているが、フィン領域につながる水路の出入り口を設けて、両方の層から、冷却水の出入りができるように構成してもよい。
　また、発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、削除・他の構成に置換・他の構成の追加をすることが可能であり、その態様も本発明の範囲内に含まれる。
１００、１００Ａ、１００Ｂ・・・パワーモジュール
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ・・・第１水路
　１１１Ａ・・・第１水路接続部
１２０、１２０Ａ・・・第１フィンカバー
　１２１・・・第１フィンカバー放熱面
　１２２・・・第１フィン領域
１３０、１３０Ａ・・・第１フィン
１４０、１４０Ａ・・・第１中間板
　１４１、１４１Ａ・・・第１中間板第１開口
　１４２・・・第１中間板第２開口
　１４３・・・第１フィン領域入口
　１４４・・・第１フィン領域出口
１５０、１５０Ａ・・・第１水路カバー
　１５１、１５１Ａ・・・第１水路カバー開口
　１５２・・・第１バッファ領域
　１５３・・・第２バッファ領域
　１５４・・・第１仕切り部
１６０、１６０Ａ・・・第１パイプ
　１６１・・・第１パイプ開口
　１６２・・・シール材収容部
１７０、１７０Ａ・・・水路接続フランジ
　１７１・・・水路開口
　１７２・・・水路取付穴
　１７３・・・水路取付面
２１０、２１０Ａ・・・第２水路
　２１１、２１１Ａ・・・第２水路接続部
２２０、２２０Ａ・・・第２フィンカバー
　２２２・・・第２フィン領域
２３０、２３０Ａ・・・第２フィン
２４０、２４０Ａ・・・第２中間板
　２４１、２４１Ａ・・・第２中間板第１開口
　２４２・・・第２中間板第２開口
　２４３・・・第２フィン領域入口
　２４４・・・第２フィン領域出口
　２４５・・・冷却水（の流れ）
２５０、２５０Ａ・・・第２水路カバー
　２５１・・・第２水路カバー開口
　２５２・・・第３バッファ領域
　２５３・・・第４バッファ領域
　２５４、２５４Ａ・・・第２仕切り部
２６０、２６０Ａ・・・第２パイプ
　２６１・・・第２パイプ開口
３００、３００Ａ、３００Ｂ・・・モールド体
３００Ｕ・・・上アーム
３００Ｌ・・・下アーム
　３１１・・・直流正極端子
　３１２・・・直流負極端子
　３１３・・・交流端子
　３１４、３１５・・・信号端子
３３０・・・封止樹脂
３５０・・・熱伝導部材
４００・・・シール材

Claims (14)

  1. 　略長方形状に形成された熱交換装置であって、
    　前記熱交換装置の短手方向に冷却水を流すフィン形成領域と、
    　積層方向において、隔壁を間に挟んで前記フィン形成領域と対向して形成されるバッファ領域と、を備え、
    　前記熱交換装置の長手方向の両端部の少なくとも一方に、冷却水の入口および出口がそれぞれ形成され、
    　前記短手方向の両端部において前記長手方向に、前記フィン形成領域と前記バッファ領域とを接続する流路穴が形成され、
    　前記バッファ領域は、前記入口から流入する前記冷却水と前記出口に向かう冷却水を分ける仕切り部を有し、前記流路穴を介して前記フィン形成領域と前記入口および前記出口とがそれぞれ接続される
    　熱交換装置。
  2. 　請求項１に記載の熱交換装置であって、
    　前記仕切り部は、前記熱交換装置の対角線上に配置される
    　熱交換装置。
  3. 　請求項１に記載の熱交換装置であって、
    　パワー半導体素子は、２つの前記熱交換装置の間に挟まれ、前記熱交換装置のカバーを介して前記フィン形成領域と接している
    　熱交換装置。
  4. 　請求項２に記載の熱交換装置であって、
    　前記バッファ領域は、前記冷却水が前記入口から前記流路穴に向かうにしたがって流路幅を縮め、前記冷却水が前記流路穴から前記出口に向かうにしたがって流路幅を広げる
    　熱交換装置。
  5. 　請求項３に記載の熱交換装置であって、
    　前記パワー半導体素子を間に挟んで対向する２つの前記フィン形成領域は、互いに逆向きに冷却水を流す
    　熱交換装置。
  6. 　請求項１に記載の熱交換装置であって、
    　前記入口および前記出口は、前記長手方向の両端部のどちらか一方だけに形成される
    　熱交換装置。
  7. 　請求項１に記載の熱交換装置であって、
    　パワー半導体素子は、前記熱交換装置によって片面が冷却される
    　熱交換装置。
  8. 　パワー半導体素子と、
    　略長方形状に形成されて前記パワー半導体素子を冷却する熱交換装置と、を備える電力変換装置であって、
    　前記熱交換装置は、
    　前記熱交換装置の短手方向に冷却水を流すフィン形成領域と、
    　積層方向において、隔壁を間に挟んで前記フィン形成領域と対向して形成されるバッファ領域と、を備え、
    　前記熱交換装置の長手方向の両端部の少なくとも一方に、冷却水の入口および出口がそれぞれ形成され、
    　前記短手方向の両端部において前記長手方向に、前記フィン形成領域と前記バッファ領域とを接続する流路穴が形成され、
    　前記バッファ領域は、前記入口から流入する前記冷却水と前記出口に向かう冷却水を分ける仕切り部を有し、前記流路穴を介して前記フィン形成領域と前記入口および前記出口とがそれぞれ接続される
    　電力変換装置。
  9. 　請求項８に記載の熱交換装置であって、
    　前記仕切り部は、前記熱交換装置の対角線上に配置される
    　熱交換装置。
  10. 　請求項８に記載の電力変換装置であって、
    　パワー半導体素子は、２つの前記熱交換装置の間に挟まれ、前記熱交換装置のカバーを介して前記フィン形成領域と接している
    　電力変換装置。
  11. 　請求項９に記載の電力変換装置であって、
    　前記バッファ領域は、前記冷却水が前記入口から前記流路穴に向かうにしたがって流路幅を縮め、前記冷却水が前記流路穴から前記出口に向かうにしたがって流路幅を広げる
    　電力変換装置。
  12. 　請求項１０に記載の電力変換装置であって、
    　前記パワー半導体素子を間に挟んで対向する２つの前記フィン形成領域は、互いに逆向きに冷却水を流す
    　電力変換装置。
  13. 　請求項８に記載の電力変換装置であって、
    　前記入口および前記出口は、前記長手方向の両端部のどちらか一方だけに形成される
    　電力変換装置。
  14. 　請求項８に記載の電力変換装置であって、
    　パワー半導体素子は、前記熱交換装置によって片面が冷却される
    　電力変換装置。
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