[实用新型]具有直接冷却通路的层叠式功率半导体两面冷却装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种具有直接冷却通路的层叠式功率半导体两面冷却装置，更加具体地，涉及一种使制冷剂、冷却水、热交换介质等流体分别与沿着单元(unit)的厚度方向层叠的多个功率半导体的上表面及底面直接接触，从而能够对功率半导体的两面(例：上表面及底面)分别进行冷却的具有直接冷却通路的层叠式功率半导体两面冷却装置。

背景技术

通常，有使用汽油(gasoline)、柴油(diesel)等矿物燃料用作动力源的汽车，以及有使用对环境无害的自然能源、水(氢)或电能用作动力源的环保汽车(Environmentally Friendly Vehicle，EFV)。

例如，在环保汽车中不仅有混合动力汽车(HEV)、电动汽车(EV)，还正在积极地开发将它们的优点进行结合的插电式混合动力汽车(PHEV)。

这样的环保汽车为了驱动发动机需要交流(AC)三相电压。由此需要将作为电源的高电压电池的直流(DC)电压转换为用于驱动发动机的交流(AC)三相电压的第一装置。此外，还需要用于转换为车辆所使用的12V低电压的第二装置。

通常将第一装置称为逆变器(inverter)，将第二装置称为低直流转换器(Low DC DC Converter，LDC)。将第一装置及第二装置进行组合并可称为功率变换装置。

例如，根据混合动力车的构成，通常的混合动力汽车包括高电压电池、低电压电池、功率变换装置、电机、发电机及发动机。插电式混合动力汽车还包括充电器。电动车辆的构造与混合动力汽车相比不具有发电机和发动机，并额外设置有充电器。

在环保汽车中，功率变换装置是驱动系统中最重要的部件。因为需要转换电压，所以安装在内部的部件工作的同时会发热。

例如，在功率变换装置的部件中使用驱动用电池的高电压(例：300V)和电流的功率，并设置有PCU(Power Control Unit，动力控制单元)或功率模块(power module)(例：绝缘栅双极型晶体管(IGBT；Insulated gate bipolar transistor)模块)，将这样的功率调节为所需的状态供应至电机中。

功率模块包括逆变器、平流电容器(condenser)及变流器(converter)等电器元件或作为功率变换装置的功率半导体。所述电器元件或功率半导体由于供应电流(electricity)而发热，因此现实中需要单独的冷却装置。尤其，在功率变换装置的功率半导体等部件的设计上，实现冷却性能可以说是重要因素。换句话说，如果这样的部件持续受热，则性能会降低，严重的情况下会发生部件损坏。如果冷却性能下降，部件的耐久性也会随之降低。

虽然现有技术的间接冷却方式的冷却通路的结构简单，但是制造性与组装性较低。其意味着，会降低生产效率并增加周期时间(C/T，Cycle Time)，从而会导致收益降低。

作为与此相关的现有技术，在汽车领域的用于功率模块的冷却装置中，使用有仅冷却电器元件的截面的装置或者冷却电器元件两面的装置。

例如，现有技术的用于冷却电器元件的热交换器包括：第一管(tube)，配置于向着所述电器元件的高度方向的一侧面，使得彼此相对的一对板(plate)在内部形成空间部，以便供制冷剂、冷却水、热交换介质等流体流动；第二管，配置于另一侧面；入口部，沿着长度方向在一侧与所述第一管的部分区域形成联通；出口部，沿着长度方向在一侧与所述第二管的部分区域形成联通；以及连接部，使得所述第一管及第二管以相互联通的方式连接。

但是，在现有技术中，流体沿着第一管及第二管的内部空间流动，此时，流体的冷热或电器元件的温热通过第一管或第二管的壁以间接冷却的方式执行热交换。

换句话说，现有技术的用于冷却电器元件的热交换器的缺点在于，由于需要在与电器元件接触的管外表面进行散热膏(thermal grease)涂覆工序，因此使得生产效率大幅下降。

此外，现有技术的用于冷却电器元件的热交换器的缺点在于，因为使得第一管或第二管的两个管壁(上部壁、下部壁)分别形成在电器元件的上面及下面，所以热交换器整体的厚度相对增加。

此外，现有技术的用于冷却电器元件的热交换器的缺点在于，由于通过间接冷却方式，从而导致热交换效率相对下降，在使得多个电器元件以形成为一个主体的方式进行封装(packaging)的技术中，不仅电器元件各自的冷却性能会降低，而且在由电器元件及外壳(housing)所形成的封装(package)整体中冷却效率也会相对下降。