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公開番号2025161061
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-24
出願番号2024063947
出願日2024-04-11
発明の名称冷却器及び半導体モジュール
出願人富士電機株式会社
代理人インフォート弁理士法人
主分類H01L 23/473 20060101AFI20251017BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】冷媒の流通方向に沿った発熱体の温度を均一化する。
【解決手段】冷却器(1)は、冷媒の流路(100)に面する第1の面(201)を有し第1の面の裏面に発熱体(5)が配置される天板部(2)と、天板部の第1の面と対向する第2の面(301)を有する底板部(300)と、天板部の第1の面と底板部の第2の面との間に配置された複数のフィン(410)と、天板部と底板部との間に設けられ複数のフィンを囲む壁面を有する枠部(320)と、を備える。複数のフィンは、冷媒の流路における第1の区間(101A)内のフィンの配置密度と、第1の区間よりも下流側の第2の区間(101B、101C)内のフィンの配置密度とが同一であり、第1の区間内でのフィンと天板部との接触面積が、第2の区間内でのフィンと天板部との接触面積よりも小さくなるように、天板部の第1の面と底板部の第2の面との間に配置されている。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項１】
冷媒の流路に面する第１の面を有し前記第１の面の裏面に発熱体が配置される天板部と、
前記天板部の前記第１の面と対向する第２の面を有する底板部と、
前記天板部の前記第１の面と前記底板部の前記第２の面との間に配置された複数のフィンと、
前記天板部と前記底板部との間に設けられ前記複数のフィンを囲む壁面を有する枠部と、を備え、
前記複数のフィンは、
前記冷媒の流路における第１の区間内のフィンの配置密度と、前記第１の区間よりも下流側の第２の区間内のフィンの配置密度とが同一であり、
前記第１の区間内でのフィンと前記天板部との接触面積が、前記第２の区間内でのフィンと前記天板部との接触面積よりも小さくなるように、前記天板部の前記第１の面と前記底板部の前記第２の面との間に配置されている、
冷却器。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記複数のフィンは、前記冷媒の流路における冷媒の流通方向と直交する方向に並べて配置された複数の板状部を有し、
前記複数の板状部は、各板状部が前記冷媒の流通方向に延伸しており、
前記複数の板状部のうちのいくつかの板状部は、前記冷媒の流路における冷媒の流入口側の上流端と流出口側の下流端との間の所定位置よりも前記流入口側の前記第１の区間内において前記天板部の前記第１の面から離間し、前記所定位置よりも下流側の前記第２の区間内において前記天板部の前記第１の面と接続している、
請求項１に記載の冷却器。
【請求項３】
前記複数の板状部は、前記上流端から前記下流端までの全領域が前記天板部の前記第１の面と接続している第１の板状部と、前記第１の区間内において前記天板部の前記第１の面から離間している第２の板状部と、を含む、請求項２に記載の冷却器。
【請求項４】
前記第２の板状部は、前記冷媒の流通方向における前記天板部の前記第１の面から離間している領域の長さが異なる複数の板状部を含む、請求項３に記載の冷却器。
【請求項５】
前記複数のフィンは、板状の熱伝導部材を波形に折り曲げて形成したコルゲートフィンにおける複数の板状部であり、前記フィンと前記天板部との接触面積は、隣り合う板状部を接続する折り曲げ部と前記天板部との接触面積である、請求項１に記載の冷却器。
【請求項６】
前記天板部と接触する前記折り曲げ部は、前記第１の区間内において前記天板部と接触している第１の折り曲げ部と、前記第１の区間内において前記天板部と離間している第２の折り曲げ部とを含む、請求項５に記載の冷却器。
【請求項７】
前記第２の折り曲げ部は、前記第１の区間内において上流側に向かうに従い前記天板部の前記第１の面からの距離が増加する、請求項６に記載の冷却器。
【請求項８】
前記第２の折り曲げ部は、前記第１の区間内の部分と前記第２の区間内の部分との間に段差を有する、請求項６に記載の冷却器。
【請求項９】
前記第２の折り曲げ部は、前記第２の区間内の部分が前記天板部の前記第１の面に向かって凸の曲面状であり、前記第１の区間内の部分が前記天板部の前記第１の面から離間した平坦面である、請求項８に記載の冷却器。
【請求項１０】
前記第２の折り曲げ部は、前記底板部の前記第２の面からの高さが上流端から下流端まで同じであり、
前記天板部の前記第１の面に、前記第１の区間内において前記天板部を前記第２の折り曲げ部から離間させる溝が形成されている、請求項６に記載の冷却器。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却器及び半導体モジュールに関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
半導体装置等の電子部品を冷却する冷却器には、冷媒を流通させる冷媒流路に複数のフィンが配置されたものがある。この種の冷却器には、冷媒流路における冷媒の流入口から流出口に向かうに従って冷却効率が低下することを抑制するために、流入口から流出口へ向かうに従ってフィンの密度を徐々に高くしたものがある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１０－１５３７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の冷却器では、流入口から流出口に向かうに従い冷媒の温度が徐々に上昇するので、流入口に近い位置での発熱体の温度と流出口に近い位置での発熱体の温度を均一化させることが難しい。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、冷媒の流通方向に沿った発熱体の温度の均一化を一つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る冷却器は、冷媒の流路に面する第１の面を有し前記第１の面の裏面に発熱体が配置される天板部と、前記天板部の前記第１の面と対向する第２の面を有する底板部と、前記天板部の前記第１の面と前記底板部の前記第２の面との間に配置された複数のフィンと、前記天板部と前記底板部との間に設けられ前記複数のフィンを囲む壁面を有する枠部と、を備える。前記複数のフィンは、前記冷媒の流路における第１の区間内のフィンの配置密度と、前記第１の区間よりも下流側の第２の区間内のフィンの配置密度とが同一であり、前記第１の区間内でのフィンと前記天板部との接触面積が、前記第２の区間内でのフィンと前記天板部との接触面積よりも小さくなるように、前記天板部の前記第１の面と前記底板部の前記第２の面との間に配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、冷媒の流通方向に沿った発熱体の温度を均一化ができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
第１の実施の形態に係る冷却器の平面図である。
冷媒の流路を例示する平面図である。
コルゲートフィンの構成例を説明する斜視図（図３Ａ）及び断面図（図３Ｂ）である。
発熱体を含む半導体モジュールの回路構成例を説明する回路図である。
上流部の第１の熱交換区間内におけるコルゲートフィンの波形状を例示する断面図である。
中流部の第２の熱交換区間内におけるコルゲートフィンの波形状を例示する断面図である。
下流部の第３の熱交換区間内におけるコルゲートフィンの波形状を例示する断面図である。
天板の下面とコルゲートフィンの上方折り曲げ部との第１の接触状態を例示する側面断面図である。
天板の下面とコルゲートフィンの上方折り曲げ部との第２の接触状態を例示する側面断面図である。
天板の下面とコルゲートフィンの上方折り曲げ部との第３の接触状態を例示する側面断面図である。
コルゲートフィンの形状と半導体素子の温度との関係を例示するグラフである。
熱遮断領域の有無と半導体素子の温度との関係を例示するグラフである。
第２の実施の形態に係る冷却器の平面図である。
コルゲートフィンの波形状及び天板の下面の形状を例示する側面断面図である。
天板の下面とコルゲートフィンの上方折り曲げ部との第２の接触状態を例示する側面断面図である。
第３の実施の形態に係る冷却器におけるコルゲートフィンの波形状及び天板の下面の形状を例示する側面断面図である。
天板の下面とコルゲートフィンの上方折り曲げ部との第２の接触状態を例示する側面断面図である。
第４の実施の形態に係る冷却器におけるコルゲートフィンの波形状及び天板の下面の形状を例示する側面断面図である。
図１９Ａ及び図１９Ｂは、上流部の第１の熱交換区間内での天板の下面とコルゲートフィンの上方折り曲げ部との接触状態を例示する側面断面図である。
中流部の第２の熱交換区間内での天板の下面とコルゲートフィンの上方折り曲げ部との接触状態を例示する側面断面図である。
下流部の第３の熱交換区間内での天板の下面とコルゲートフィンの上方折り曲げ部との接触状態を例示する側面断面図である。
図２２Ａ～図２２Ｃは、第５の実施の形態に係る冷却器のフィンを例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、参照する各図におけるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、例示する冷却器等における平面や方向を定義する目的で示されている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、互いに直交し右手系を成している。以下の説明では、Ｘ軸に平行な方向をＸ方向と称し、Ｙ軸に平行な方向をＹ方向と称し、Ｚ軸に平行な方向をＺ方向と称する。また、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向の各方向は、図示されるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の矢印（正負）の方向と関連付ける場合には、「正側」又は「負側」が付される。
【００１０】
本明細書では、Ｚ方向を上下方向と称することがある。本明細書において、「上」や「上方」は、基準となる面、部材、位置等よりもＺ方向正側であることを意図し、「下」や「下方」は、基準となる面、部材、位置等よりもＺ方向負側であることを意図する。例えば、「部材Ａの上に部材Ｂが配置される」と記載されるとき、部材Ｂは、部材ＡからみてＺ方向正側に配置される。また、「部材Ａの上面」と記載されるとき、その面は、部材ＡにおけるＺ方向正側の端に位置し、Ｚ方向正側を向いた面である。これらの方向や面は、説明の便宜上用いる文言であり、冷却器の取付姿勢等によっては、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向のそれぞれとの対応関係が変わることがある。例えば、冷却器における配線板及び半導体素子が配置される面は、本明細書では冷却器の上面と呼ぶが、これに限らず、冷却器の下面、側面等と呼ばれてもよい。また、印刷紙面の図が実際の物を反時計方向に９０度回転させた図（例えば図５等）であるときの上下方向及び左右方向は、印刷紙面における上下方向及び左右方向を半時計方向に９０度回転させた方向とする。例えば、図５における「図の左側」及び「図の右側」は、それぞれ、印刷紙面における「図の下側」及び「図の上側」を指す。
（【００１１】以降は省略されています）

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