半导体单元的制作方法

本说明书公开的技术涉及半导体模块、电抗器及冷却器一体化而成的半导体单元。

背景技术：

在日本特开2014-99488号公报(专利文献1)中公开了一种半导体模块、电抗器及冷却器一体化的半导体单元。多个第一冷却器平行地配置。在相邻的第一冷却器之间夹设有半导体模块。第一冷却器的内部成为了制冷剂的流路。相邻的第一冷却器由连结管连接。第二冷却器位于与第一冷却器和半导体模块的层叠体的一端的第一冷却器对向的位置。由层叠体的端部的第一冷却器和第二冷却器夹住电抗器。在电抗器的两侧，第一冷却器与第二冷却器由连结管连接。在第二冷却器设置有制冷剂供给口和制冷剂排出口。向第二冷却器供给的制冷剂首先冷却电抗器之后向第一冷却器流动，冷却半导体模块。

技术实现要素：

在专利文献1的半导体单元中，先冷却电抗器，接着冷却半导体模块。因而，难以说对于半导体模块的冷却性能是充分的。本说明书涉及具备半导体模块、电抗器及冷却器的半导体单元，公开一种提高对于半导体模块的冷却性能的构造。

本说明书公开的半导体单元具备多个半导体模块、多个第一冷却器、电抗器、第二冷却器及制冷剂排出管。多个第一冷却器平行地配置，在相邻的第一冷却器之间夹设有半导体模块。制冷剂排出管设置于半导体模块与第一冷却器的层叠体的一端的第一冷却器。制冷剂排出管沿着半导体模块与第一冷却器的层叠方向延伸。第二冷却器连接于制冷剂排出管。电抗器由层叠体的端部的第一冷却器和第二冷却器夹住。在本说明书公开的冷却器中，由从第一冷却器排出后的制冷剂冷却电抗器。即，半导体模块比电抗器先被冷却。因而，与专利文献1的半导体单元相比，对于半导体模块的冷却性能提高。

本说明书公开的半导体单元可以还具备其他的电抗器和第三冷却器。第三冷却器连接于第二冷却器。其他的电抗器由第二冷却器和第三冷却器夹住。该半导体单元能够冷却多个电抗器。

在第二冷却器位于端部的情况下，电压转换器也可以与该第二冷却器的与电抗器相反一侧相接。或者，在第三冷却器位于端部的情况下，电压转换器也可以与第三冷却器的与电抗器相反一侧相接。这样的半导体单元能够除了半导体模块和电抗器之外也冷却电压转换器。

第二冷却器可以由与第一冷却器不同的部件制成。与第二冷却器与第一冷却器一体地制成的情况相比，半导体单元的制造变得简单。

本说明书公开的技术的详情和进一步的改良将会在以下的“具体实施方式”中说明。

附图说明

图1是第一实施例的半导体单元的立体图。

图2是第一实施例的半导体单元的俯视图。

图3是第二实施例的半导体单元的俯视图。

图4是第三实施例的半导体单元的俯视图。

具体实施方式

(第一实施例)参照图1和图2来说明第一实施例的半导体单元2。图1示出半导体单元2的立体图。图2是半导体单元2的俯视图。在图2中，半导体单元2收容于壳体20。

半导体单元2具备多个第一冷却器3、多个半导体模块4、电抗器10、第二冷却器8及制冷剂排出管7。在图1、图2中，对3个第一冷却器标注标号3a～3c，对于其余的第一冷却器省略了标号。在不对多个第一冷却器中的任1个进行区分而示出的情况下记为“第一冷却器3”。在图1、图2中，仅对多个半导体模块中的2个标注标号4，对于其余的半导体模块省略了标号。

第一冷却器3是扁平的中空的容器，内部成为了供制冷剂通过的流路。多个第一冷却器3以宽幅面对向的方式平行地配置。在相邻的第一冷却器3a、3b之间夹设有半导体模块4。在其他的相邻的一对第一冷却器3之间也夹设有半导体模块4。

半导体模块4是将2个开关元件密封而成的器件。半导体模块4是卡式，以宽幅面与第一冷却器3对向的方式配置。从一个幅狭面延伸出功率端子41、42、43，从其相反侧的幅狭面延伸出控制端子(未图示)。在半导体模块4的内部，2个开关元件串联连接，串联连接的正极与功率端子41导通，负极与功率端子42导通，中点与功率端子43导通。控制端子是与开关元件的栅电极导通的栅极端子或连接于读出发射极电极的端子等。

相邻的第一冷却器3a、3b由连结管5a、5b连接。在图中，仅对第一冷却器3a、3b之间的连结管标注了标号5a、5b，对于其他的相邻的一对第一冷却器3之间的连结管省略了标号。连结管5a、5b各自在从第一冷却器3与半导体模块4的层叠方向观察时位于半导体模块4的两侧。图的坐标系中的x方向相当于层叠方向。在其他的图中也使x方向与层叠方向一致。多个连结管5a沿着层叠方向而排成一列。多个连结管5b也沿着层叠方向而排成一列。在第一冷却器3与半导体模块4的层叠体12的层叠方向的一端的第一冷却器3a上连接有制冷剂供给管6和制冷剂排出管7。制冷剂供给管6位于在层叠方向上与连结管5a并列的位置。制冷剂排出管7位于在层叠方向上与多个连结管5b并列的位置。在相邻的半导体模块4与第一冷却器3之间夹设有绝缘板19。在图2中省略了对于绝缘板的标号。

制冷剂供给管6的一端贯通壳体20，在壳体20的外侧开口。制冷剂排出管7的一端连接于第二冷却器8。在第二冷却器8上连接有最终排出管9。最终排出管9的一端贯通壳体20，在壳体20的外侧开口。制冷剂供给管6和最终排出管9连接于未图示的制冷剂循环装置。制冷剂从制冷剂循环装置通过制冷剂供给管6而向半导体单元2供给。通过了第一冷却器3和第二冷却器8的制冷剂通过最终排出管9而从半导体单元2排出，返回制冷剂循环装置。制冷剂例如是水或防冻液。

通过制冷剂供给管6而供给的制冷剂通过多个连结管5a而向全部的第一冷却器3分配。制冷剂在第一冷却器3中流动的期间冷却相邻的半导体模块4。通过了第一冷却器3的制冷剂通过多个连结管5b而向制冷剂排出管7流动。

在制冷剂排出管7的一端(制冷剂出口)连接有第二冷却器8。第二冷却器8也与第一冷却器3同样，内部成为了制冷剂的流路。第二冷却器8在图中的坐标系的y方向上的长度比第一冷却器3短。在第二冷却器8上连接有最终排出管9。在图中的坐标系的y方向上，在第二冷却器8的一端连接有制冷剂排出管7，在另一端连接有最终排出管9。通过制冷剂排出管7而从第一冷却器3流过来的制冷剂通过第二冷却器8的内部，并通过最终排出管9而向外部排出。

在层叠体12的一端的第一冷却器3a与第二冷却器8之间夹设有电抗器10。电抗器10具有芯101和卷绕于芯101的2个线圈102a、102b。线圈102a、102b的侧面与第一冷却器3a及第二冷却器8相接。在线圈102a、102b与第一冷却器3a、第二冷却器8之间也可以夹设有绝缘片。或者，线圈102a、102b也可以被实施了绝缘涂敷。

流过了多个第一冷却器3的制冷剂通过制冷剂排出管7而向第二冷却器8流动。电抗器10由层叠体12的端部的第一冷却器3a和第二冷却器8冷却。流过了第二冷却器8的制冷剂通过最终排出管9而从半导体单元2排出。

流过了层叠体12的端部的第一冷却器3a的制冷剂不向其他的第一冷却器3流动。因而，多个半导体模块4不受电抗器10的热的影响而被冷却。半导体单元2能够优先冷却半导体模块4。

半导体单元2收容于壳体20。半导体单元2在壳体20中夹在壳体20的内壁24与支柱23之间。半导体单元2在层叠体12的层叠方向的两端处被支撑。相当于半导体单元2的一端的第二冷却器8抵接于壳体20的支柱23。在半导体单元2的另一端即层叠体12的一端的第一冷却器3c与内壁24之间夹设有加压板21。在加压板21上组装有板簧22。板簧22抵接于壳体20的内壁24。板簧22在内壁24与半导体单元2之间被压缩。板簧22在层叠体12的层叠方向(图中的x方向)上对半导体单元2加压。通过板簧22的加压，半导体模块4与第一冷却器3紧贴，从半导体模块4向第一冷却器3热的传递被促进。另外，通过板簧22的加压，电抗器10与第一冷却器3a紧贴，电抗器10与第二冷却器8也紧贴。由于电抗器10与第一冷却器3a、第二冷却器8紧贴，所以从电抗器10向第一冷却器3a和第二冷却器8的热的传递被促进。

(第二实施例)参照图3来说明第二实施例的半导体单元2a。图3是收容于壳体20a的半导体单元2a的俯视图。半导体单元2a在加入了电压转换器30这一点上与第一实施例的半导体单元2不同。另外，半导体单元2a的电抗器10a的形状与第一实施例的半导体单元2的电抗器10不同。除了电压转换器30和电抗器10a以外，与第一实施例的半导体单元2是同样的，因此省略说明。

电抗器10a夹在层叠体12的端部的第一冷却器3a与第二冷却器8之间。电抗器10a是1个线圈112卷绕于芯111的单线圈型。线圈112与第一冷却器3a及第二冷却器8相接。在线圈112与第一冷却器3a、第二冷却器8之间也可以夹设有绝缘片。或者，线圈112也可以被实施了绝缘涂敷。

电压转换器30在第二冷却器8的与电抗器10a相反一侧与第二冷却器8相接。电压转换器30由第二冷却器8冷却。电压转换器30的与第二冷却器8相反一侧与支柱25相接。半导体单元2a收容于壳体20a的支柱25与内壁24之间，在内壁24与半导体单元2a之间插入有具备板簧22的加压板21。通过板簧22，半导体单元2a在层叠方向上被加压。通过板簧22的加压，第一冷却器3与半导体模块4紧贴。另外，电抗器10a与第一冷却器3a、第二冷却器8紧贴。而且，第二冷却器8与电压转换器30紧贴。

第二实施例的半导体单元2a能够除了半导体模块4和电抗器10a之外还冷却电压转换器30。从多个第一冷却器3排出后的制冷剂向冷却电压转换器30的第二冷却器8流动。因而，电压转换器30的热不会使对于半导体模块4的冷却性能下降。

(第三实施例)参照图4来说明第三实施例的半导体单元2b。图4是收容于壳体20b的半导体单元2b的俯视图。半导体单元2b在具备2个电抗器10b、10c这一点上与第二实施例的半导体单元2a不同。层叠体12与第一、第二实施例的层叠体12相同，但在图4中省略了层叠方向的中央部分。

半导体单元2b除了半导体模块4与第一冷却器3的层叠体12之外，还具备2个电抗器10b、10c、电压转换器30、第二冷却器8、第三冷却器15。从层叠体12的一端的第一冷却器3a沿层叠方向(x方向)延伸出制冷剂排出管7，在该制冷剂排出管7上连接有第二冷却器8。制冷剂排出管7在y方向上连接于第二冷却器8的一端。从第二冷却器8的另一端沿x方向延伸出第二制冷剂排出管14。在第二制冷剂排出管14上连接有第三冷却器15。第二制冷剂排出管14在y方向上连接于第三冷却器15的一端。在第三冷却器15的另一端连接有最终排出管9。最终排出管9贯通壳体20b。

在层叠体12的端部的第一冷却器3a与第二冷却器8之间夹设有电抗器10b，在第二冷却器8与第三冷却器15之间夹设有其他的电抗器10c。电抗器10b、10c与第二实施例的电抗器10a同样，是单线圈型。在第三冷却器15上也接触有电压转换器30。

电压转换器30的第三冷却器15的相反侧抵接于支柱25。半导体单元2b收容于壳体20b的支柱25与内壁24之间，在内壁24与半导体单元2b之间插入有具备板簧22的加压板21。与第二实施例的半导体单元2a同样，通过板簧22，各冷却器与电抗器10b、10c紧贴，第三冷却器15与电压转换器30紧贴。

从第二冷却器8排出后的制冷剂向第三冷却器15流动。因而，电抗器10b、10c、电压转换器30的热不会给对于半导体模块4的冷却造成影响。在第三实施例的半导体单元2b中，半导体模块4也比电抗器10b、10c、电压转换器30优先被冷却。

制冷剂在第一冷却器3a的内部沿图中的坐标系的+y方向流动。制冷剂在第二冷却器8的内部沿-y方向流动。并且，制冷剂在第三冷却器15的内部沿+y方向流动。制冷剂在电抗器10b的两侧互相向相反方向流动。制冷剂在电抗器10c的两侧互相向相反方向流动。

叙述与在实施例中说明的技术相关的留意点。第二冷却器8由与第一冷却器3不同的部件制成。因而，与第二冷却器8与第一冷却器3一体地制成的情况相比，制造容易。

第一冷却器3与连结管5a、5b通过硬钎焊或焊接而接合。制冷剂供给管6、制冷剂排出管7、最终排出管9、第二制冷剂排出管14也通过硬钎焊或焊接而接合于对应的冷却器。

以上，详细说明了本发明的具体例，但它们只不过是例示，不对权利要求书进行限定。权利要求书所记载的技术包括对以上例示的具体例进行各种变形、变更后的技术。本说明书或附图中说明的技术要素以单独或各种组合的方式发挥技术有用性，不限定于申请时权利要求记载的组合。另外，本说明书或附图所例示的技术能够同时达成多个目的，达成其中一个目的自身就具有技术有用性。