特開2015-216409IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

半導体モジュール用冷却器に関し、特に複数の半導体素子を配設した絶縁基板が接合されるヒートシンクの裏面に放熱フィンが一体に形成され、放熱フィンの間に冷却媒体を流すことで半導体素子の発熱を放熱する半導体モジュール用冷却器

要約特許出願時に添付された[要約書]

【課題】冷媒を拡散させて半導体素子を効果的に冷却できる半導体モジュール用冷却器を提供する。
【解決手段】半導体モジュール用冷却器は、冷媒ジャケット(2)に外部から冷媒を供給して、フィン(11)を備えたヒートシンク(1)の外面に配置された半導体素子(13)を冷却する。この冷却器は、外部から導入された冷媒が、冷媒拡散室(26)で広がった後、冷媒拡散壁(25)を乗り越えるようにしてフィン(11)を配置した冷却フィン冷却室(28)に導入され、フィン(11)を冷却し、冷媒排出口(21)から外部へ排出される。
【選択図】図9

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

のような冷却器では、冷却器内を流れる冷却媒体の流量がその流路の幅方向の中央部で多く、周辺部で少ないことから、冷却器内を流れる流路の幅方向中央付近に配置された半導体素子1102が冷却される程度にくらべ、流路の周辺部に対応して配置された半導体素子1102の冷却される程度が少なくなっている。 半導体素子間に温度差があると、それぞれの半導体素子の出力電流は、温度の最も高い半導体素子の出力電流に律速されてしまうので、それ以外の半導体素子は、温度的により多くの出力電流を流せるにも拘わらず、最大温度の半導体素子の出力電流に制限されて十分な出力を確保できないという問題点がある。 本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造で冷却媒体の流れに交差する方向に配置されている半導体素子の温度差を小さくした半導体モジュール用冷却器を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

課題を解決するために、本発明の第1の態様は、冷媒ジャケットに外部から冷媒を供給して、その外面にヒートシンクを介して前記冷媒ジャケットに熱的に接続される一乃至複数の半導体素子を冷却する半導体モジュール用冷却器である。そして、前記冷媒ジャケットは、前記ヒートシンクの前記半導体回路が接続された面の裏面に形成された冷却フィンを挿通する開口部を有し、当該冷却フィンを冷却する冷却フィン冷却室と、前記・・・ 続きを知財ポータルサイト IP Force にログインして見る
【発明の効果】
本発明の一態様によれば、冷媒ジャケットに半導体素子を配置したヒートシンクの裏面に形成された冷却フィンを挿通した冷却フィン冷却室に対してその幅方向に均等に冷媒を流すことができ、ヒートシンク上に冷媒の流れに直交する方向に1つ又は複数の半導体素子を配置した場合に、各半導体素子の冷却が均等になされる。その結果、発熱する半導体素子の温度差が小さくなり、どの半導体チップも十分に出力電流を確保することができる。

この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】本発明の冷却器を示す図である。

【図2】本発明の半導体モジュールを示す図である。

【図3】本発明に係るフィンの一例を示す図である。

【図4】本発明に係る冷媒ジャケットの第一の例のAA’断面図である。

【図5】本発明に係る冷媒ジャケットの第一の例のBB’断面図である。

【図6】フィンに流入する冷媒の従来の流入状態を示す概念図である。

【図7】フィンに流入する冷媒の本発明の流入状態を示す概念図である。

【図8】(a)が本発明の冷媒拡散壁の第二の実施態様を示す図であり、(b)が図5のCC’断面図である。

【図9】ブレードフィンを用いた本発明に係る冷媒の流れのシミュレーション結果の概念図である。

【図10】丸ピンを並行に配置した本発明に係るフィンの一例を示す図である。

【図11】並行に配置した丸ピンを用いた本発明に係る冷媒の流れのシミュレーション結果の概念図である。

【図12】丸ピンを千鳥状に配置した本発明に係るフィンの一例を示す図である。

【図13】図12のフィンの一つの実施例を示す図である。

【図14】千鳥状に配置した丸ピンを用いた本発明に係る冷媒の流れのシミュレーション結果の概念図である。

【図15】角ピンを並行に配置した本発明に係るフィンの一例を示す図である。

【図16】角ピンを千鳥状に配置した本発明に係るフィンの一例を示す図である。

【図17】千鳥状に配置した角ピンを用いた本発明に係る冷媒の流れのシミュレーション結果の概念図である。

【図18】冷媒ジャケットの長手方向に冷媒を流した本発明の実施態様を示す概念図である。

【図19】冷媒ジャケットの短手方向に冷媒を流した本発明の実施態様における冷媒の流入、流出位置の例を示す概念図である。

【図20】冷媒ジャケットの長手方向に冷媒を流した本発明の実施態様における冷媒の流入、流出位置の例を示す概念図である。

【図21】丸ピン、角ピン、ブレードフィンの各場合における冷媒流量とIGBT接合温度との関係を示すグラフである。

【図22】丸ピン、角ピン、ブレードフィンの各場合における冷媒流量と圧力損失との関係を示すグラフである。

【図23】熱抵抗と圧力損失の流量依存性を示すグラフである。

【図24】従来例である。

【図25】図24のAA−AA’断面図である。

【図26】図24のBB−BB’断面図である。

選択図 図9出願人が指定した本件の代表的な図

1 ヒートシンク   2 冷媒ジャケット   3 冷却器   4 平滑コンデンサ   11 ブレードフィン   12 フリーホイールダイオード   13 IGBT素子   14 半導体回路(W相用回路)   15 半導体回路(V相用回路)   16 半導体回路(U相用回路)   17、101 取り付け穴   18、102、103 丸ピン   19 角ピン   21 冷媒排出口   22 冷媒インレット   23 Oリング   24 冷媒導入口   25 冷媒拡散壁   26 冷媒拡散室   27 冷媒収束室   28 冷却フィン冷却室   29 回路基板   100、201、202 冷媒の流れの向き   200 半導体モジュール   203 冷媒導入口の中心   204 冷媒の流路   205 冷媒拡散壁の斜面   206 冷媒拡散室の底面の斜面

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