功率转换装置制造方法
【专利摘要】本发明一种功率转换装置，其能够减少冷却风的上游侧的功率模块和下游侧的功率模块的热干涉，能够抑制风直接吹到下游侧的功率模块上。功率转换装置具有：多个功率模块；散热器，其具有排列有所述多个功率模块的基座部和经由所述基座部对所述多个功率模块进行冷却的多个散热片；以及送风部，其沿所述多个功率模块的排列方向将冷却风送风至所述多个散热片之间，所述基座部形成为沿冷却风的送风方向高度以阶梯状增高，在台阶部具有开口部。
【专利说明】功率转换装置【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种功率转换装置。
【背景技术】
[0002]在大容量的功率转换装置的情况下，从容许电流的角度出发，将多个功率模块配置在散热器上，但为了散热器尺寸的小型化而希望将功率模块进行近邻式配置。为此，功率模块在设置于散热器上的风扇的风路方向上串联排列。
[0003]但是，在近邻式配置的情况下，经由散热器而发生功率模块之间的热干涉。从风路的上游(吸气侧)至下游(排气侧)温度升高，功率模块动作温度产生不平衡。
[0004]在此，功率模块具有温度特性，但由于温度不平衡，动作点不同且特性出现波动。由于功率模块的温度越高发热量越大，因此，陷入恶性循环，导致特性进一步劣化。
[0005]在专利文献I中记载了下述功率转换装置的冷却装置，其在风洞内串联配置多个散热片，多个散热片上分别隔着受热板而安装有半导体元件，在该功率转换装置的冷却装置中，使风洞形成为随着从风的通路的上风侧朝向下风侧而缩小。由此，根据专利文献1，能够大致均等地冷却多个散热片，因此，减小各相的半导体元件的温度上升值的差异。
[0006]在专利文献2中记载了下述电子部件冷却构造，其具有基座部，在该基座部上，在由风扇产生的冷却风的朝向上排列有多个电子部件，在该电子部件冷却构造中，在基座部上以隔开多个电子部件的方式形成有通气孔。由此，根据专利文献2，由于通过通气孔将冷却风供给至冷却片，因此，多个电子部件之间的热量的移动受到限制，使得容许温度不同的电子部件能够通过相同的冷却片进行冷却。
[0007]专利文献 1:日本特开2001 - 25254号公报
[0008]专利文献2:日本特开2010 - 165761号公报
[0009]在专利文献I中记载的技术中，在关注风洞内的流过受热板附近的风(空气)的情况下，对经由受热板及散热片而从上游侧的半导体元件接受到的热量进行保持的风，要从下游侧的半导体元件的受热板附近的散热片附近流过，因此，可能会经由散热片使上游侧的半导体元件和下游侧的半导体元件彼此发生热干涉。
[0010]在专利文献2中记载的技术中，由于在剖面观察时，通气孔以接近下游侧的电子部件的方式倾斜，因此，在通气孔中吸入空气时，易于形成直接吹到下游侧的电子部件上的风。如果风直接吹到电子部件上，则可能导致电子部件发生电气劣化。
【发明内容】
[0011]本发明就是鉴于上述情况而提出的，目的在于得到一种功率转换装置，其能够减少冷却风的上游侧的功率模块和下游侧的功率模块的热干涉，能够抑制风直接吹到下游侧的功率模块上。
[0012]为了解决上述课题并实现目的，本发明的I个技术方案所涉及的功率转换装置的特征在于，具有:多个功率模块；散热器，其具有排列有所述多个功率模块的基座部和经由所述基座部对所述多个功率模块进行冷却的多个散热片；以及送风部，其沿所述多个功率模块的排列方向将冷却风送风至所述多个散热片之间，所述基座部形成为沿冷却风的送风方向高度以阶梯状增高，在台阶部具有开口部。
[0013]发明的效果
[0014]根据本发明，由于能够在各功率模块的上游侧紧前处将冷空气向多个散热片之间的功率模块侧的空间中导入，因此，能够减少经由散热片弓I起的各功率模块之间的热干涉。另外，由于能够在各功率模块的上游侧紧前处的空间中近似地形成风帘，因此，能够抑制风直接吹到功率模块上。即，能够减少冷却风的上游侧的功率模块和下游侧的功率模块的热干涉，能够抑制风直接吹到下游侧的功率模块上。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是表示实施方式I所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0016]图2是表示实施方式I所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0017]图3是表示实施方式I中的空气的流向的图。
[0018]图4是表示实施方式2所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0019]图5是表示实施方式2所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0020]图6是表示实施方式2中的空气的流向的图。
[0021]图7是表示实施方式3所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0022]图8是表示实施方式4所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0023]图9是表示实施方式4中的空气的流向的图。
[0024]图10是表示实施方式5所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0025]图11是表示实施方式6所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0026]图12是表示实施方式7所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0027]图13是表示实施方式7所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0028]图14是表示实施方式8所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0029]图15是表示实施方式8所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0030]图16是表示实施方式9所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0031]图17是表示实施方式9所涉及的功率转换装置的结构的图。
[0032]图18是表示实施方式I至9的变形例中的半导体元件的特性的图。
[0033]图19是表示对比例中的空气的流向的图。
[0034]标号的说明
[0035]l、l1、lj、lp、lq、ln、lr、ls、lt 功率转换装置，10、101、10p 散热器，20 送风部，301、
30j外部气体导入路，PM功率模块。
【具体实施方式】
[0036]下面，基于附图，详细地说明本发明所涉及的功率转换装置的实施方式。此外，本发明并不限定于本实施方式。
[0037]实施方式I
[0038]对实施方式I所涉及的功率转换装置I进行说明。[0039]功率转换装置I例如具有逆变器，该逆变器将直流电力转换为交流电力，并通过将转换后的交流电力供给至负载而驱动负载。例如，逆变器具有多个半导体元件，通过使多个半导体元件分别在规定的定时(timing)进行通断动作，从而将直流电力转换为交流电力。因此，多个半导体元件分别易于发热。
[0040]关于逆变器中的各半导体元件，例如作为大于或等于I个功率模块而进行安装。例如，在功率转换装置I将直流电力转换为3相的交流电力的情况下,在逆变器中，对应于3相而使用6个晶体管(例如，IGBT或FET等)，但在各相分别实施功率模块化的情况下，需要成为各自具有2个半导体元件的3个功率模块。
[0041]或者，在功率转换装置I为大容量的功率转换装置的情况下，功率转换装置I具有多个逆变器，通过多个逆变器驱动负载。例如，在各逆变器分别实施功率模块化的情况下，需要成为各自具有多个半导体元件的多个功率模块。
[0042]这样，在功率转换装置I中，在需要多个功率模块的情况下，由于多个功率模块分别易于发热，因此，期望分别对多个功率模块进行冷却。此时，将多个功率模块配置在散热器中的平板状的基座部上，但为了实现散热器尺寸的小型化而希望功率模块采用近邻式配置。为此，功率模块在设置于散热器上的风扇的风路方向上串联排列。
[0043]但是，在近邻式配置的情况下，经由散热器而发生功率模块之间的热干涉。从风路的上游(吸气侧)至下游(排气侧)温度升高，功率模块动作温度产生不平衡。
[0044]与其相对，例如可以考虑如图19所示，在基座部BS900上的多个功率模块PM900 - 1、PM900 一 2之间设有通气孔BS900a，使通气孔BS900a在剖视观察时以接近下游侧的功率模块PM900 - 2的方式倾斜。在此情况下，在通气孔BS900a中吸入空气时，易于形成直接吹到下游侧的功率模块PM900 - 2上的风。如果风直接吹到功率模块PM900 —2上，则可能导致功率模块PM900 - 2发生电气劣化。例如，如果在功率模块PM900 — 2中的绝缘体上因腐蚀等发生绝缘劣化而产生绝缘不良，则有可能导致原本不应该导通的部位发生短路等。或者，例如，如果在功率模块PM900 - 2中的导电体上因腐蚀等发生导电劣化而产生导通不良，则有可能导致原本应该导通的部位发生断线等。如上所述，如果功率模块PM900 - 2发生电气劣化，则功率模块PM900 — 2有可能发生误动作。
[0045]因此，在实施方式I中，在功率转换装置I中，如图1及图2所示，通过针对关于散热器的结构进行设计，从而实现减少冷却风的上游侧的功率模块和下游侧的功率模块的热干涉并抑制风直接吹到下游侧的功率模块上的。图1是表示功率转换装置I的结构的斜视图，图2是表示功率转换装置I的结构的侧视图。
[0046]具体来说，在功率转换装置I中，如图1及图2所示，具有多个功率模块PM — I至PM - 3、散热器10及送风部20。
[0047]多个功率模块PM — I至PM — 3例如沿由送风部20产生的冷却风的送风方向排成一列。如上所述，各功率模块PM — I至PM — 3具有大于或等于I个(例如多个)半导体元件，在其进行动作时易于发热。
[0048]散热器10具有基座部11及多个散热片12。在基座部11上排列有多个功率模块PM — I至PM — 3。多个散热片12构成为经由基座部11对多个功率模块PM — I至PM —3进行冷却。例如，多个散热片12相对于基座部11安装在多个功率模块PM — I至PM — 3的相反侧。[0049]如图2所示，送风部20沿多个功率模块PM — I至PM — 3的排列方向将冷却风送风至多个散热片12之间。送风部20例如具有送风扇21，通过以沿图2中的从左向右的方向产生吸气流的方式旋转驱动送风扇21，从而沿多个功率模块PM — I至PM — 3的排列方向将冷却风送风至多个散热片12之间。
[0050]此时，在散热器10中，如图1及图2所示，基座部11形成为沿冷却风的送风方向高度以阶梯状增高，在各台阶部Ila - Ulla 一 2上具有开口部Ilb — Ullb 一 2。
[0051]例如，多个散热片12分别具有沿冷却风的送风方向高度以阶梯状增高的多个部分。例如，多个散热片12对应于多个功率模块PM — I至PM — 3，具有沿冷却风的送风方向高度以阶梯状增高的多个第I散热片FINl -1至FINk - 1、多个第2散热片FINl — 2至FINk - 2及多个第3散热片FINl — 3至FINk — 3。另外，例如，基座部11对应于多个功率模块PM — I至PM — 3，具有沿冷却风的送风方向高度以阶梯状增高的第I基座部BS -1、第2基座部BS — 2及第3基座部BS - 3。
[0052]例如，在将第I散热片FINl -1至FINk — 1、第2散热片FINl — 2至FINk — 2及第3散热片FINl - 3至FINk — 3的下表面设为大致相等的高度的状态下，通过分别在第I散热片FINl -1至FINk — 1、第2散热片FINl — 2至FINk — 2及第3散热片FINl — 3至FINk - 3的上表面安装第I基座部BS — 1、第2基座部BS — 2及第3基座部BS — 3，从而能够使基座部11形成为沿冷却风的送风方向高度以阶梯状增高。
[0053]另外，例如能够将第I基座部BS — 1、第2基座部BS — 2及第3基座部BS — 3的台阶部Ila — l、lla — 2中的露出第2散热片FINl — 2至FINk — 2及第3散热片FINl —3至FINk — 3的部分设为开口部Ilb — 1、Ilb — 2。S卩，各台阶部Ila — 1、Ila — 2在上侧具有由第2基座部BS — 2或第3基座部BS - 3的端部形成的壁面BS — 2a、BS 一 3a，并且，在下侧具有开口部Ilb - Ullb - 2。
[0054]此外，优选将开口部Ilb — l、llb — 2的沿基座部11的方向上的宽度及与基座部11垂直的方向上的宽度设为下述大小，即，能够将各功率模块PM — I至PM — 3之间的温度不平衡减小至小于或等于容许上限水平且使散热器10的尺寸最小。
[0055]接下来，使用图2说明功率转换装置I的动作。在图2中，用虚线表示冷空气，用实线表示热空气。
[0056]图2中的最下侧朝向右方的箭头所不的空气最初为冷空气，但在接受:到功率|旲块PM -1的热量而加热后，作为热空气流向送风扇21。另外，从图2中的台阶部Ila — I的开口部Ilb -1导入的空气最初为冷空气，但在接受到功率模块PM - 2的热量而加热后，作为热空气流向送风扇21。另外，从图2中的台阶部Ila - 2的开口部Ilb — 2导入的空气最初为冷空气，但在接受到功率模块PM - 3的热量而加热后，作为热空气流向送风扇
21。这样，通过构成为，使基座部11形成为沿冷却风的送风方向高度以阶梯状增高，在各台阶部Ila — 1、Ila — 2中具有开口部Ilb — 1、Ilb — 2,从而能够在各功率模块PM — I至PM - 3的上游侧的紧前处将冷空气向多个散热片12之间的功率模块PM — I至PM — 3侧的空间中导入，因此，能够减少各功率模块PM — I至PM — 3之间的热干涉。
[0057]接下来，使用图3，对开口部Ilb — l、llb — 2附近的空气流向进行说明。图3是例示地表示开口部Ilb — I附近的空气流向的图。
[0058]例如，如图3所不，在从台阶部Ila — I的开口部Ilb — I向第2散热片FINl —2至FINk - 2之间吸入空气时，开口部Ilb -1的上方的空气沿壁部BS — 2a向垂直下方流动。S卩，单点划线包围的区域近似地如风帘(air curtain)AC那样起作用,通过功率模块PM - 2的前方的风帘AC能够遮挡图3中从左侧朝向下游侧的功率模块PM - 2流动的空气。这样，通过构成为，使基座部11形成为沿冷却风的送风方向高度以阶梯状增高，在各台阶部Ila — l、lla — 2中具有开口部Ilb — l、llb — 2,从而能够在各功率模块PM — I至PM - 3的上游侧的紧前方的空间中近似地形成风帘AC，因此，能够抑制风直接吹到功率模块PM — 2上。
[0059]如上所述，在实施方式I中，在功率转换装置I中，基座部11形成为沿冷却风的送风方向高度以阶梯状增高，在台阶部Ila — l、lla — 2上具有开口部Ilb — l、llb — 2。由此，由于能够在各功率模块PM — I至PM — 3的上游侧的紧前处将冷空气向多个散热片12之间的功率模块PM — I至PM — 3侧的空间中导入，因此，能够减少经由散热片12引起的各功率模块PM — I至PM — 3之间的热干涉。另外，由于能够在各功率模块PM — I至PM — 3的上游侧的紧前方的空间中近似地形成风帘AC，因此，能够抑制风直接吹到功率模块PM -2上。即，能够减少冷却风的上游侧的功率模块和下游侧的功率模块的热干涉，能够抑制风直接吹到下游侧的功率模块上。因此，能够通过多个功率模块PM — I至PM — 3的近邻式配置而实现散热器10尺寸的小型化和功率转换装置I的动作可靠性的提高。
[0060]另外，在实施方式I中，基座部11在沿冷却风的送风方向而排列的多个功率模块PM — I至PM —3之间具有台阶部11a— 1、Ila — 2的开口部Ilb — l、llb —2。由此，能够在各功率模块PM — I至PM — 3的上游侧的紧前处将冷空气向多个散热片12之间的功率模块PM — I至PM — 3侧的空间中导入，能够在各功率模块PM — I至PM — 3的上游侧的紧前方的空间中近似地形成风帘AC。
[0061]此外，各功率模块PM — I至PM — 3中的各半导体元件例如由半导体形成，例如可以由硅或GaAs形成。
[0062]另外，送风部20中可以取代送风扇21而具有如下风扇，该风扇配置在多个散热片12的上游侧，在多个散热片12之间产生从上游侧朝向下游侧的排气流。
[0063]另外，在实施方式I中，针对3个功率模块PM — I至PM — 3进行了例示说明，但功率模块的个数也可以为2个，也可以为大于或等于4个。
[0064]实施方式2
[0065]接下来，对实施方式2所涉及的功率转换装置Ii进行说明。下面，对多个功率模块PM - UPM 一 2为2个的情况进行例示说明，并围绕与实施方式I不同的部分进行说明。
[0066]在实施方式I中，通过近似地形成风帘AC而实现对风直接吹到功率模块上这一情况的抑制，但在实施方式2中，通过设置用于从风难以直接吹到功率模块的位置导入外部气体的外部气体导入路,从而对风直接吹到功率模块上这一情况进行抑制。
[0067]具体来说，如图4及图5所示，功率转换装置Ii中取代散热器10而具有散热器IOi，并且还具有外部气体导入路30i。图4是表示安装外部气体导入路30i前的状态下的功率转换装置Ii的结构的图，图5是表示安装外部气体导入路30i后的状态下的功率转换装置Ii的结构的图。
[0068]散热器IOi具有基座部Ili及多个散热片12i。在散热器IOi中，如图4及图5所示，基座部Ili沿冷却风的送风方向平坦地形成，在多个功率模块PM - UPM-2之间具有开口部 lib - li。
[0069]例如多个散热片12i沿冷却风的送风方向分别具有相等的高度。例如多个散热片12i具有多个第I散热片FINl -1i至FINk — li，它们沿冷却风的送风方向具有相等的高度。另外，例如基座部Ili具有第I基座部BS — li，第I基座部BS — Ii沿冷却风的送风方向具有相等的闻度。
[0070]例如，通过在第I散热片FINl -1i至FINk — Ii的上表面安装第I基座部BS —li，从而能够以沿冷却风的送风方向具有相等的高度的方式形成基座部In。在该基座部Ili上设置开口部Ilb - li。
[0071]此外，优选将开口部Ilb -1i的在多个功率模块PM - UPM - 2的排列方向上的宽度及与排列方向垂直的方向上的宽度设为例如下述大小，即，能够将各功率模块PM — 1、PM - 2之间的温度不平衡减小至小于或等于容许上限水平且使散热器IOi的尺寸最小。
[0072]外部气体导入路30i以从多个散热片12i侧经由开口部Ilb — Ii将外部气体导入至多个散热片12i之间的方式覆盖开口部Ilb — li。
[0073]具体来说，如图5所示，外部气体导入路30i具有--第I筒部311、第2筒部32 —l1、32 - 2i及第3筒部33 -1i,33 一 2i。第I筒部31i以从外侧覆盖开口部Ilb — Ii(参照图4)并远离基座部Ili的方式延伸。例如，第I筒部3Ii在从垂直于基座部Ili的方向进行透视的情况下，以包围开口部Ilb -1i的方式延伸。另外，例如第I筒部31i在从沿基座部Ili的方向进行观察的情况下，从覆盖开口部Ilb -1i的位置以远离基座部Ili的方式，例如延伸至比功率模块PM — 1、PM — 2高的位置。
[0074]第2筒部32 — l1、32 — 2i与第I筒部31i连通，沿基座部Ili延伸至俯视观察时的基座部Ili的外侧。第2筒部32 — I1、32 — 2i例如在沿基座部Ili且与功率模块PM —
1、PM — 2的排列方向相 交的方向上延伸。例如，第2筒部32 -1i从与功率模块PM — 1、PM - 2的排列方向相交的方向上的第I筒部31i的一端延伸至俯视观察时的基座部Ili的外侧。第2筒部32 — Ii在第I筒部31i的一端处与第I筒部31i连通。例如，第2筒部32 - 2i从与功率模块PM — 1、PM — 2的排列方向相交的方向上的第I筒部31i的另一端延伸至俯视观察时的基座部Ili的外侧。第2筒部32 — 2i在第I筒部31 i的另一端处与第I筒部31i连通。
[0075]第3筒部33 — l1、33 —2i与第2筒部32 — l1、32 — 2i连通，在基座部Ili的外侧向多个散热片12i侧延伸。第3筒部33 — Ii,33 — 2i例如在与基座部Ili相交(例如垂直)的方向上向多个散热片12i侧延伸。例如，第3筒部33 -1i从第2筒部32 — Ii的与第I筒部31i连通侧的相反侧的一端延伸至侧视观察时的与基座部Ili的上表面相比更低的位置(参照图6 (a))。第3筒部33 — Ii在第2筒部32 — Ii的一端处与第2筒部32 -1i连通。例如，第3筒部33 - 2i从第2筒部32 — 2i的与第I筒部31i连通侧的相反侧的一端延伸至侧视观察时的与基座部Ili的上表面相比更低的位置(参照图6 (a))。第3筒部33 — 2i在第2筒部32 — 2i的一端处与第2筒部32 — 2i连通。第3筒部33 —l1、33 — 2i分别在多个散热片12i侧的一端具有用于导入外部气体的开口。
[0076]接下来，使用图6 (a)、(b)对功率转换装置Ii的动作进行说明。图6 (a)主要表示散热器IOi的外部的空气流向，图6 (b)主要表示散热器IOi的内部的空气流向。在图6 (a)、(b)中，用虚线表示冷空气，用实线表示热空气。[0077]图6 (b)中的最下侧朝向右方的箭头所示的空气最初为冷空气，但在接受到功率模块PM — I的热量而加热后，作为热空气流向送风扇21。另外，经由图6 (b)中的外部气体导入路30i而从外部导入的空气最初为冷空气，但在接受到功率模块PM - 2的热量而加热后，作为热空气流向送风扇21。这样，通过构成为，设置外部气体导入路30i，经由外部气体导入路30i向多个功率模块PM — 1、PM — 2之间的开口部Ilb — Ii导入外部气体，从而能够在各功率模块PM - UPM - 2的上游侧的紧前处将冷空气向多个散热片12i之间的功率模块PM — 1、PM — 2侧的空间中导入，因此，能够减少各功率模块PM — 1、PM — 2之间的热干涉。
[0078]另外，例如如图6 Ca)所示，在从外部气体导入路30i吸入外部气体时，外部气体导入路30i的前端(第3筒部33 — Ii,33 一 2i的多个散热片12i侧的一端)位于例如比基座部Ili的上表面Ilia更低的位置处，因此，能够将散热器IOi外部的形成空气气流的空间限定在与双点划线相比更靠下侧的空间中。由此，能够抑制与双点划线相比更靠上侧的空间中的空气气流的产生，因此，能够抑制风直接吹到功率模块PM — 1、PM — 2上。
[0079]如上所述，在实施方式2中，外部气体导入路30i以从多个散热片12i侧经由开口部Ilb -1i将外部气体导入至多个散热片12i之间的方式覆盖开口部Ilb - li。由此，能够从风难以直接吹到功率模块PM — 1、PM — 2的位置导入外部气体，能够抑制风直接吹到功率模块PM — 1、PM — 2上。
[0080]另外，在实施方式2中，在外部气体导入路30i中，第I筒部31i以从外侧覆盖开口部Ilb -1i并远离基座部Ili的方式延伸。第2筒部32 — Ii,32 一 2i与第I筒部31i连通，沿基座部Ili延伸至俯视观察时的基座部Ili的外侧。第3筒部33 — l1、33 — 2i与第2筒部32 — Ii,32 - 2i连通，在基座部Ili的外侧向多个散热片12i侧延伸。由此，能够在覆盖开口部Ilb — Ii的同时从多个散热片12i侧经由开口部Ilb — Ii将外部气体导入至多个散热片12i之间。
[0081]实施方式3
[0082]接下来，对实施方式3所涉及的功率转换装置Ij进行说明。下面，围绕与实施方式I不同的部分进行说明。
[0083]在实施方式I中，通过近似地形成风帘AC而实现对风直接吹到功率模块上这一情况的抑制，但在实施方式3中，通过设置用于从风难以直接吹到功率模块的位置导入外部气体的外部气体导入路,从而对风直接吹到功率模块上这一情况进行抑制。
[0084]具体来说，如图7所示，功率转换装置Ij还具有外部气体导入路30j - l、30j —
2。图7是表示安装外部气体导入路30j - l、30j - 2后的状态下的功率转换装置Ij的结构的图。
[0085]外部气体导入路30j - l、30j - 2以从多个散热片12侧经由开口部Ilb — 1、Ilb - 2 (参照图1)将外部气体向多个散热片12之间导入的方式覆盖开口部Ilb - 1、
IIb 一 2o
[0086]具体来说，如图7所示，外部气体导入路30j - l、30j — 2具有:第I筒部31 j、第2筒部32 — lj、32 — 2j及第3筒部33 — lj、33 — 2j。第I筒部31 j以从外侧覆盖开口部Ilb - Ullb - 2 (参照图1)并沿基座部11的方式延伸。例如，第I筒部31j在从多个功率模块PM — I至PM — 3的排列方向进行透视的情况下，以包围开口部Ilb - Ullb — 2的方式延伸。另外，例如第I筒部31j在从垂直于基座部11的方向进行观察的情况下，从覆盖开口部Ilb — l、llb — 2的位置以沿基座部11的方式，例如延伸至位于功率模块PM -UPM- 2的附近且与功率模块PM — 1、PM — 2相比更靠下游侧的位置处。
[0087]第2筒部32 — lj、32 — 2j与第I筒部31 j连通，沿基座部11延伸至俯视观察时的基座部11的外侧。第2筒部32 — lj、32 - 2j例如在沿基座部11且与功率模块PM —I至PM — 3的排列方向相交的方向上延伸。例如，第2筒部32 -1j从与功率模块PM — I至PM — 3的排列方向相交的方向上的第I筒部31 j的一端延伸至俯视观察时的基座部11的外侧。第2筒部32 — Ij在第I筒部31 j的一端处与第I筒部31 j连通。例如，第2筒部32 — 2j从与功率模块PM — I至PM — 3的排列方向相交的方向上的第I筒部31 j的另一端延伸至俯视观察时的基座部11的外侧。第2筒部32 — 2j在第I筒部31j的另一端处与第I筒部31 j连通。
[0088]第3筒部33 — lj、33 — 2j与第2筒部32 — lj、32 — 2j连通，在基座部11的外侧向多个散热片12侧延伸。第3筒部33 — lj、33 — 2j例如在与基座部11相交(例如垂直)的方向上向多个散热片12侧延伸。例如，第3筒部33 -1j从第2筒部32 — Ij的与第I筒部31j连通侧的相反侧的一端延伸至侧视观察时的与基座部11的上表面相比更低的位置(参照图6(a))。第3筒部33 — Ij在第2筒部32 — Ij的一端处与第2筒部32 —Ij连通。例如，第3筒部33 — 2j从第2筒部32 — 2j的与第I筒部31 j连通侧的相反侧的一端延伸至侧视观察时的与基座部11的上表面相比更低的位置(参照图6(a))。第3筒部33 — 2j在第2筒部32 - 2j的一端处与第2筒部32 — 2j连通。第3筒部33 — lj、33 - 2j分别在多个散热片12侧的一端具有用于导入外部气体的开口。
[0089]接下来，由于与实施方式2的动作相同，因此，使用图6 (a)、(b)对功率转换装置Ij的动作进行说明。
[0090]图6 (b)中的最下侧朝向右方的箭头所示的空气最初为冷空气，但在接受到功率模块PM — I的热量而加热后，作为热空气流向送风扇21。另外，经由图6 (b)中的外部气体导入路30 j -1而从外部导入的空气最初为冷空气，但在接受到功率模块PM - 2的热量而加热后，作为热空气流向送风扇21。此外，虽然未图示，但经由外部气体导入路30j - 2而从外部导入的空气最初为冷空气，但在接受到功率模块PM - 3的热量而加热后，作为热空气流向送风扇21。这样，通过构成为，设置外部气体导入路30j - l、30j - 2，经由外部气体导入路30j - l、30j - 2向多个功率模块PM — I至PM — 3之间的开口部Ilb — 1、Ilb-2导入外部气体，从而能够在各功率模块PM — I至PM — 3的上游侧的紧前处将冷空气向多个散热片12之间的功率模块PM — I至PM — 3侧的空间中导入，因此，能够减少各功率模块PM — I至PM — 3之间的热干涉。
[0091]另外，例如如图6 (a)所不,在从外部气体导入路30j — l、30j — 2吸入外部气体时，外部气体导入路30j - l、30j - 2的前端(第3筒部33 — lj、33 — 2j的多个散热片12侧的一端)位于例如比基座部11的上表面更低的位置处，因此，能够将散热器IOj外部的形成空气气流的空间限定在与双点划线相比更靠下侧的空间中。由此，能够抑制与双点划线相比更靠上侧的空间中的空气气流的产生，因此，能够抑制风直接吹到功率模块PM — I至PM — 3 上。
[0092]如上所述，在实施方式3中，外部气体导入路30j — l、30j — 2以从多个散热片12侧经由开口部Ilb - Ullb 一 2将外部气体导入至多个散热片12之间的方式覆盖开口部Ilb - Ullb - 2ο由此，能够从风难以直接吹到功率模块PM — I至PM — 3的位置导入外部气体，能够抑制风直接吹到功率模块PM — I至PM — 3上。
[0093]另外，在实施方式3中，基座部11形成为沿冷却风的送风方向高度以阶梯状增高，在台阶部Ila — l、lla — 2上具有开口部Ilb — l、llb — 2。由此，对于各外部气体导入路30j - l、30j - 2，能够经由不同高度的开口部Ilb - Ullb 一 2向多个散热片12之间导入外部气体，因此，还能够抑制经由外部气体导入路30j - l、30j — 2而导入的外部气体之间的热干涉。
[0094]另外，在实施方式3中，在外部气体导入路30j - l、30j — 2中，第I筒部31 j以从外侧覆盖开口部Ilb — I并沿基座部11的方式延伸。第2筒部32 — lj、32 — 2j与第I筒部31 j连通，沿基座部11延伸至俯视观察时的基座部11的外侧。第3筒部33 — lj、33 - 2j与第2筒部32 — lj、32 — 2j连通，在基座部11的外侧向多个散热片12侧延伸。由此，能够在覆盖开口部Ilb - Ullb - 2的同时从多个散热片12侧经由开口部Ilb — 1、Ilb - 2将外部气体导入至多个散热片12之间。
[0095]实施方式4
[0096]接下来，对实施方式4所涉及的功率转换装置Ip进行说明。下面，针对多个功率模块PM — 1、PM — 2为2个的情况进行例示说明，并且，围绕与实施方式I不同的部分进行说明。
[0097]在实施方式I中，通过将散热器设为阶梯状并在台阶部上形成开口部，从而向各功率模块中导入外部气体，但在实施方式4中，通过针对各功率模块将散热器分割而形成间隙，从而将外部气体向各功率模块中导入。
[0098]具体来说，如图8所示，功率转换装置Ip中取代散热器10 (参照图1)而具有散热器10p。散热器IOp具有对应于多个功率模块PM — 1、PM — 2而彼此分割开的多个散热器体13 — lp、13 — 2p。多个散热器体13 — lp、13 — 2p例如以在I个散热器体13 — lp、13 - 2p上配置I个功率模块PM — 1、PM — 2的方式，与多个功率模块PM — 1、PM — 2进行对应。多个散热器体13 - lp、13 - 2p沿冷却风的送风方向彼此间留有间隙GP地进行配置。多个散热器体13 — lp、13 — 2p例如在多个功率模块PM — 1、PM — 2之间具有间隙GP0
[0099]此外，优选将间隙GP的在多个功率模块PM — 1、PM — 2的排列方向上的宽度设为下述大小，即，例如能够将各功率模块PM — 1、PM — 2之间的温度不平衡减小至小于或等于容许上限水平且使散热器IOp的尺寸最小。
[0100]各散热器体13 - lp、13 - 2p例如具有彼此相同的形状及大小。各散热器体13 —lp、13 - 2p例如具有基座部Ilp及多个散热片12p。在散热器体13 — lp、13 — 2p中，如图8所示，基座部Ilp沿冷却风的送风方向平坦地形成。
[0101]例如多个散热片12p沿冷却风的送风方向分别具有相等的高度。例如多个散热片12p具有多个第I散热片FINl -1p至FINk — lp，它们沿冷却风的送风方向具有相等的高度。另外，例如基座部Ilp具有第I基座部BS — lp，第I基座部BS -1p沿冷却风的送风方向具有相等的闻度。
[0102]例如，通过在第I散热片FINl — Ip至FINk — Ip的上表面安装第I基座部BS —lp，从而能够以沿冷却风的送风方向具有相等的高度的方式形成基座部lip。
[0103]接下来，使用图9对功率转换装置Ip的动作进行说明。图9是表示功率转换装置Ip中的空气的流向的图。在图9中，用虚线表示冷空气，用实线表示热空气。
[0104]图9中的最下侧朝向右方的箭头所不的空气最初为冷空气，但在接受:到功率|旲块PM -1的热量而加热后，作为热空气流向送风扇21。另外，从图9中的间隙GP导入的空气最初为冷空气，但在接受到功率模块PM - 2的热量而加热后，作为热空气流向送风扇21。这样，通过构成为，将散热器IOp在多个功率模块PM — 1、PM — 2之间进行分割而形成多个散热器体13 - lp、13 - 2p，在多个散热器体13 — lp、13 — 2p之间具有间隙GP，从而能够在各功率模块PM — 1、PM — 2的上游侧的紧前处将冷空气向多个散热片12之间的功率模块PM — 1、PM — 2侧的空间中导入，因此，能够减少各功率模块PM — 1、PM — 2之间的热干涉O
[0105]接下来，对间隙GP的附近的空气流向进行说明。
[0106]例如，如图9所示，在从间隙GP向散热器体13 - 2p的第I散热片FINl — Ip至FINk -1p之间吸入空气时，间隙GP的上方的空气与图3所示的情况同样地，沿壁部BS —lpa(参照图8)向垂直下方流动。即，单点划线包围的区域近似地如风帘AC那样起作用，通过功率模块PM - 2的前方的风帘AC能够遮挡图3中从左侧朝向下游侧的功率模块PM -2流动的空气。这样，通过构成为，将散热器IOp在多个功率模块PM - UPM - 2之间进行分割而形成多个散热器体13 — lp、13 — 2p,在多个散热器体13 — lp、13 — 2p之间具有间隙GP，从而能够在各功率模块PM — I至PM — 3的上游侧的紧前方的空间中近似地形成风帘AC，因此，能够抑制风直接吹到功率模块PM — 2上。
[0107]如上所述，在实施方式4中，散热器IOp具有对应于多个功率模块PM - UPM - 2彼此分割开的多个散热器体13 — lp、13 — 2p。多个散热器体13 — lp、13 — 2p沿冷却风的送风方向彼此之间留有间隙GP地进行配置。由此，能够在各功率模块PM — 1、PM — 2的上游侧的紧前处将冷空气向多个散热片12p之间的功率模块PM - UPM - 2侧的空间中导入，因此，能够减少经由散热片12p引起的各功率模块PM — 1、PM —2之间的热干涉。另外，由于能够在各功率模块PM - UPM - 2的上游侧的紧前方的空间中近似地形成风帘AC，因此，能够抑制风直接吹到下游侧的功率模块PM — 2上。即，能够减少冷却风的上游侧的功率模块和下游侧的功率模块的热干涉，能够抑制风直接吹到下游侧的功率模块上。
[0108]另外，在实施方式4中，多个散热器体13 — lp、13 — 2p以在I个散热器体13 —lp、13 — 2p上配置I个功率模块PM — 1、PM — 2的方式，与多个功率模块PM — 1、PM — 2进行对应。即，将散热器IOp在多个功率模块PM — 1、PM — 2之间进行分割而形成多个散热器体13 - lp、13 - 2p。由此，能够在各功率模块PM — 1、PM — 2的上游侧的紧前处将冷空气向多个散热片12p之间的功率模块PM — 1、PM — 2侧的空间中导入，能够在各功率模块PM — 1、PM — 2的上游侧的紧前方的空间中形成风帘AC。
[0109]另外，在实施方式4中，多个散热器体13 - lp、13 — 2p具有相同的形状及大小。由此，能够减少散热器IOp的加工费/材料费，能够减少功率转换装置Ip的制造成本。
[0110]实施方式5
[0111]接下来，对实施方式5所涉及的功率转换装置Iq进行说明。下面，围绕与实施方式4不同的部分进行说明。[0112]在实施方式4中，在侧视观察时间隙GP为大致I形状，但在实施方式5中，在侧视观察时间隙GPl为大致V形状。
[0113]具体来说，如图10所示，在功率转换装置Iq的各散热器体13 — lq、13 — 2q中，多个散热片12q成为如图10所示的结构。图10是表示功率转换装置Iq的结构的侧视图。例如多个第I散热片FINl — Iq至FINk — Iq分别形成为随着远离基座部Ilp宽度逐渐增大。即，在侧视观察时，多个第I散热片FINl -1q至FINk — Iq分别具有大致梯形形状，该梯形形状是使各第I散热片FINl — Ip至FINk — Ip (参照图9)在图10中虚线圆所示的下游侧的上部附近的部分中以具有向上游侧倾斜的锥形(taper)的方式进行切断而形成的。由此，在侧视观察时间隙GP形成为大致V形状。由此，能够容易地将从间隙GP导入的空气向多个散热片12q之间的功率模块PM — 1、PM— 2侧的空间中导入(参照图10)。
[0114]如上所述，在实施方式5中，多个散热器体13 - lq、13 — 2q之间的间隙GPl在从与冷却风的送风方向垂直的方向进行观察的情况下具有大致V形状。由此，能够容易地将从间隙GP导入的空气向多个散热片12q之间的功率模块PM — 1、PM — 2侧的空间中导入，能够容易地减少经由散热片12p引起的各功率模块PM — 1、PM — 2之间的热干涉。
[0115]实施方式6
[0116]接下来，对实施方式6所涉及的功率转换装置In进行说明。下面，围绕与实施方式4不同的部分进行说明。
[0117]在实施方式4中，在侧视观察时间隙GP为大致I形状，但在实施方式6中，在侧视观察时间隙GPl为大致倒V形状。
[0118]具体来说，如图11所示，在功率转换装置In的各散热器体13 — In、13 — 2n中，多个散热片12η成为如图11所示的结构。图11是表示功率转换装置In的结构的侧视图。例如多个第I散热片FINl — In至FINk — In分别形成为随着远离基座部Ilp宽度逐渐减小。由此，在侧视观察时间隙GP2为大致倒V形状。即，在侧视观察时，多个第I散热片FINl 一 In至FINk — In分别具有大致倒等腰梯形形状，该倒等腰梯形形状是使各第I散热片FINl — Ip至FINk -1p (参照图9)在图11中虚线圆所示的上下游两侧的下部附近的部分中以具有分别向上下游侧倾斜的锥形的方式进行切断而形成的。由此，如图11中空心虚线的箭头所示，能够在风难以直接吹到功率模块的位置处从间隙GP2向多个散热片12η之间导入空气。
[0119]如上所述，在实施方式6中，多个散热器体13 - 1η、13 — 2η之间的间隙GP2在从与冷却风的送风方向垂直的方向进行观察的情况下具有大致V形状。由此，能够在风难以直接吹到功率模块PM — 1、PM — 2的位置处从间隙GP2导入外部气体，能够进一步抑制风直接吹到功率模块PM — 1、PM — 2上。
[0120]另外，在实施方式6中，多个散热片12η分别具有大致倒等腰梯形形状。由此，无需增加散热器IOn的配置体积，能够通过多个散热片12η提高功率模块PM — 1、PM — 2的热扩散效果。
[0121]实施方式7
[0122]接下来，对实施方式7所涉及的功率转换装置Ir进行说明。下面，围绕与实施方式4不同的部分进行说明。
[0123]在实施方式4中，多个散热器体各自中的基座部和散热片之间的位置关系相同，但在实施方式7中，在多个散热器体之间使基座部和散热片之间的位置关系变化。
[0124]具体来说，如图12所示，在功率转换装置Ir的散热器IOr中，散热器体13 — Ir中的基座部Ilr和多个散热片12r之间的位置关系与散热器体13 — 2r中的基座部I Ir和多个散热片12r之间的位置关系不同。例如散热器体13 -1r中的基座部Ilr和多个散热片12r之间的位置关系与散热器体13 - 2r中的基座部Ilr和多个散热片12r之间的位置关系相反。由此，多个功率模块PM — 1、PM — 2相对于冷却风的送风空间在上游和下游位于不同的面(例如右侧面、左侧面、上面中的不同面)上。
[0125]如上所述，在实施方式7中，在多个散热器体中，在相邻的散热器体之间基座部和多个散热片体的位置关系不同。由此，能够减少经由相邻的散热器体引起的上游侧的功率模块和下游侧的功率模块之间的热干涉。
[0126]实施方式8
[0127]接下来，对实施方式8所涉及的功率转换装置Is进行说明。下面，围绕与实施方式4不同的部分进行说明。
[0128]在实施方式4中，没有对多个散热器体之间形成间隙GP的位置特别地设置限制，但在实施方式8中，对形成间隙GP’的位置设置了限制。
[0129]具体来说，功率转换装置Is还具有分隔板50s — l、50s — 2。分隔板50s — 1、50s — 2例如从两侧夹持多个散热器体13 — lp、13 — 2p。各分隔板50s — l、50s — 2在多个散热片12p (参照图8)侧从侧方覆盖多个散热器体13 — lp、13 — 2p。例如分隔板50s — I在多个散热片12p侧从第I侧方覆盖多个散热器体13 — lp、13 — 2p。另外,分隔板50s — 2在多个散热片12p侧从与第I侧方相反侧的第2侧方覆盖多个散热器体13 —lp、13 - 2p。由此，多个散热器体13 - lp、13 — 2p之间的间隙GP (参照图9)被限制成上部的间隙GP’。此时，分隔板50s - K50s - 2能够兼作框体。
[0130]如上所述，在实施方式8中，分隔板50s — 1、50s — 2在多个散热片12p侧从侧方覆盖多个散热器体13 - lp、13 - 2p。由此，能够容易地将从间隙GP’导入的空气向多个散热片12q之间的功率模块PM — 1、PM — 2侧的空间中导入，能够容易地减少经由散热片12p引起的各功率模块PM — 1、PM — 2之间的热干涉。
[0131]另外,在实施方式8中，分隔板50s — l、50s — 2能够兼作框体。由此，由于不产生追加部件，因此，能够以低成本制造功率转换装置Is。
[0132]实施方式9
[0133]接下来，对实施方式9所涉及的功率转换装置It进行说明。下面，围绕与实施方式8不同的部分进行说明。
[0134]在实施方式8中，对实施方式4中的间隙GP的下侧设置了限制，但在实施方式9中，还对间隙GP的上端侧设置了限制。
[0135]具体来说，功率转换装置Is还具有第2分隔板60t - l、60t — 2。第2分隔板60t - l、60t — 2对多个散热器体13 - lp、13 — 2p的间隙GP’中的功率模块PM — UPM-2侧的部分(间隙GP’中的上端侧的部分)进行覆盖。另外,第2分隔板60t — l、60t — 2将多个功率模块PM — 1、PM — 2侧的空间和多个散热片12p侧的空间分隔开。即，将间隙GP，限制成分隔板50s — l、50s — 2和第2分隔板60t — l、60t — 2之间的间隙GP”。由此，能够将散热器IOp外部的形成空气气流的空间限定在与第2分隔板60t - l、60t - 2相比更靠下侧的空间中。由此，能够抑制与第2分隔板60t — l、60t — 2相比更靠上侧的空间中的空气气流的产生，因此，能够抑制风直接吹到功率模块PM — 1、PM — 2上。
[0136]如上所述，在实施方式9中，第2分隔板60t — l、60t — 2对多个散热器体13 —lp、13 - 2p的间隙GP’中的功率模块PM — 1、PM — 2侧的部分进行覆盖，并且，将多个功率模块PM — 1、PM — 2侧的空间和多个散热片12p侧的空间分隔开。由此，能够抑制与第2分隔板60t - l、60t - 2相比更靠上侧的空间中的空气气流的产生，因此，能够抑制风直接吹到功率模块PM — 1、PM — 2上。
[0137]此外，在上述的实施方式I至实施方式9中，对各功率模块中的各半导体元件可以由例如通常的半导体(例如硅或GaAs)形成这一情况进行了例示，但也可以取代通常的半导体而由宽带隙半导体形成各半导体元件。宽带隙半导体例如是使用SiC、氮化镓类材料或金刚石而形成的半导体等。
[0138]在由宽带隙半导体形成各功率模块中的各半导体元件的情况下，例如对于SiCjn图18所示，在以相同的动作电流进行比较时能够使损耗更低，因此，能够减少在相同的动作电流下所产生的发热量，能够将各功率模块更接近地配置在散热器上。即，以宽带隙半导体形成各功率模块中的各半导体元件，并且，按照上述的实施方式I至实施方式9，通过改变向SiC器件赋予的冷却特性，能够进一步减少温度不平衡，因此，能够针对充分发挥了SiC的低损耗性的功率模块，实现进一步的接近式配置和动作可靠性的提高。
[0139]工业实用性
[0140]如上所述，本发明所涉及的功率转换装置在功率模块的冷却中是有效的。
【权利要求】
1.一种功率转换装置，其特征在于，具有: 多个功率模块； 散热器，其具有排列有所述多个功率模块的基座部和经由所述基座部对所述多个功率模块进行冷却的多个散热片；以及 送风部，其沿所述多个功率模块的排列方向将冷却风送风至所述多个散热片之间， 所述基座部形成为沿冷却风的送风方向高度以阶梯状增高，在台阶部具有开口部。
2.根据权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于， 所述基座部在沿冷却风的送风方向排列的所述多个功率模块之间具有所述台阶部的所述开口部。
3.—种功率转换装置，其特征在于，具有: 多个功率模块； 散热器，其具有排列有所述多个功率模块的基座部和经由所述基座部对所述多个功率模块进行冷却的多个散热片，所述基座部在所述多个功率模块之间具有开口部； 送风部，其沿所述多个功率模块的排列方向将冷却风送风至所述多个散热片之间；以及 外部气体导入路，其以经由所述开口部将外部气体从所述多个散热片侧向所述多个散热片之间导入的方式覆盖所述开口部。`
4.根据权利要求3所述的功率转换装置，其特征在于， 所述外部气体导入路具有: 第I筒部,其从外侧覆盖所述开口部并延伸； 第2筒部，其与所述第I筒部连通，沿所述基座部延伸至俯视观察时的所述基座部的外侧； 第3筒部，其与所述第2筒部连通，在所述基座部的外侧向所述多个散热片侧延伸。
5.根据权利要求3或4所述的功率转换装置，其特征在于， 所述基座部形成为沿冷却风的送风方向高度以阶梯状增高，在台阶部具有所述开口部。
6.一种功率转换装置，其特征在于，具有: 多个功率模块； 散热器，其具有排列有所述多个功率模块的基座部和经由所述基座部对所述多个功率模块进行冷却的多个散热片；以及 送风部，其沿所述多个功率模块的排列方向将冷却风送风至所述多个散热片之间， 所述散热器具有多个散热器体，它们对应于所述多个功率模块而彼此分割开， 所述多个散热器体配置为沿冷却风的送风方向彼此之间留有间隙。
7.根据权利要求6所述的功率转换装置，其特征在于， 所述多个散热器体以I个功率模块配置在I个散热器体上的方式与所述多个功率模块相对应。
8.根据权利要求6或7所述的功率转换装置，其特征在于， 所述间隙在从与冷却风的送风方向垂直的方向观察时具有大致V形状。
9.根据权利要求6或7所述的功率转换装置，其特征在于，所述间隙在从与冷却风的送风方向垂直的方向观察时具有大致倒V形状。
10.根据权利要求6或7所述的功率转换装置，其特征在于， 所述多个散热器体各自具有: 基体，其上配置功率模块；以及 多个散热片体，它们经由所述基体对所述功率模块进行冷却， 在所述多个散热器体中，在相邻的散热器体之间，所述基体和所述多个散热片体的位置关系不同。
11.根据权利要求6或7所述的功率转换装置，其特征在于， 功率转换装置还具有分隔板，分隔板在所述多个散热片侧从侧方覆盖所述多个散热器体。
12.根据权利要求11所述的功率转换装置，其特征在于， 功率转换装置还具有第2分隔板，第2分隔板覆盖所述多个散热器体的间隙中的所述功率模块侧的部分，并且，将所述多个功率模块侧的空间和所述多个散热片侧的空间分隔开。
13.根据权利要求1至4、6、7、12中任一项所述的功率转换装置，其特征在于， 所述功率模块 具有由宽带隙半导体形成的半导体元件。
【文档编号】H01L23/467GK103855106SQ201310253137
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年6月24日 优先权日:2012年12月6日
【发明者】野尻祐二, 加藤昌则, 关本安泰 申请人:三菱电机株式会社