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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024128397
(43)【公開日】2024-09-24
(54)【発明の名称】冷却器
(51)【国際特許分類】
H01L 23/36 20060101AFI20240913BHJP
【ＦＩ】
H01L23/36 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023037354
(22)【出願日】2023-03-10
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003177
【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】讃岐 育孝
(72)【発明者】
【氏名】中村 淳
(72)【発明者】
【氏名】内部 銀二
(72)【発明者】
【氏名】藤本 裕地
【テーマコード（参考）】
5F136
【Ｆターム（参考）】
5F136BA02
5F136CB07
5F136CB08
5F136CB11
5F136DA27
5F136FA02
5F136FA03
(57)【要約】
【課題】発熱体の熱を流路の断面方向に拡散させながら、効率的に放熱できる冷却器を提供する。
【解決手段】冷却器１は、発熱体に接触する第１面ＦＳと第１面ＦＳとは反対側の第２面ＳＳとを含む冷却板１０と、冷媒ＦＬが流通する複数の流路Ｐが形成された流路部２４とを具備し、流路部２４の複数の流路Ｐに直交する断面において、第１領域Ｒ１における１以上の流路Ｐの占有率は、第２領域Ｒ２における１以上の流路Ｐの占有率より低く、第１領域Ｒ１は、第２領域Ｒ２よりも、発熱体の近傍に位置する。
【選択図】図２
【解決手段】冷却器１は、発熱体に接触する第１面ＦＳと第１面ＦＳとは反対側の第２面ＳＳとを含む冷却板１０と、冷媒ＦＬが流通する複数の流路Ｐが形成された流路部２４とを具備し、流路部２４の複数の流路Ｐに直交する断面において、第１領域Ｒ１における１以上の流路Ｐの占有率は、第２領域Ｒ２における１以上の流路Ｐの占有率より低く、第１領域Ｒ１は、第２領域Ｒ２よりも、発熱体の近傍に位置する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
発熱体に接触する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを含む冷却板と、
冷媒が流通する複数の流路が形成された流路部とを具備し、
前記流路部の前記複数の流路に直交する断面において、第１領域における１以上の流路の占有率は、第２領域における１以上の流路の占有率より低く、
前記第１領域は、前記第２領域よりも、前記発熱体の近傍に位置する冷却器。
冷媒が流通する複数の流路が形成された流路部とを具備し、
前記流路部の前記複数の流路に直交する断面において、第１領域における１以上の流路の占有率は、第２領域における１以上の流路の占有率より低く、
前記第１領域は、前記第２領域よりも、前記発熱体の近傍に位置する冷却器。
【請求項2】
前記第１領域における前記複数の流路に含まれる第１流路の断面積は、前記第２領域における前記複数の流路に含まれる第２流路の断面積よりも小さい、
請求項１に記載の冷却器。
請求項１に記載の冷却器。
【請求項3】
前記第１領域における単位面積当たりの前記複数の流路の本数は、前記第２領域における単位面積当たりの前記複数の流路の本数よりも少ない、
請求項１に記載の冷却器。
請求項１に記載の冷却器。
【請求項4】
前記流路部の前記流路に直交する断面において、
前記複数の流路の配列が、前記第２面に平行であり、
各配列は、前記第２面からの距離が異なり、
前記配列間の距離は互いに等しい、
請求項１に記載の冷却器。
前記複数の流路の配列が、前記第２面に平行であり、
各配列は、前記第２面からの距離が異なり、
前記配列間の距離は互いに等しい、
請求項１に記載の冷却器。
【請求項5】
複数の前記発熱体が前記冷却板において第１方向に配列し、
複数の前記流路部が、前記第１方向に配列する、
請求項１に記載の冷却器。
複数の前記流路部が、前記第１方向に配列する、
請求項１に記載の冷却器。
【請求項6】
前記流路部は、
前記第２面に外壁面が対向した状態で当該第２面に沿って積層された複数の流路板を備え、
前記複数の流路板の各々には、開口部が形成され、
前記複数の流路板にわたり前記開口部が連通することで冷媒の流路が形成される、
請求項１に記載の冷却器。
前記第２面に外壁面が対向した状態で当該第２面に沿って積層された複数の流路板を備え、
前記複数の流路板の各々には、開口部が形成され、
前記複数の流路板にわたり前記開口部が連通することで冷媒の流路が形成される、
請求項１に記載の冷却器。
【請求項7】
前記複数の流路板の各々には、前記開口部を含む複数の開口部が形成され、
前記複数の開口部の各々が前記複数の流路板にわたり連通することで、互いに並行する複数の流路が形成される、
請求項６に記載の冷却器。
前記複数の開口部の各々が前記複数の流路板にわたり連通することで、互いに並行する複数の流路が形成される、
請求項６に記載の冷却器。
【請求項8】
前記複数の流路板の各々には、当該流路板の表面に平行な第１方向及び第２方向にわたり前記複数の開口部が形成される、
請求項７に記載の冷却器。
請求項７に記載の冷却器。
【請求項9】
前記複数の流路板の各々は、長尺状の板状部材であり、
前記複数の流路板の各々において長辺に対応する前記外壁面が前記第２面に対向し、
前記複数の流路板の積層の厚さは、前記各流路板の長辺の長さを下回る、
請求項６に記載の冷却器。
前記複数の流路板の各々において長辺に対応する前記外壁面が前記第２面に対向し、
前記複数の流路板の積層の厚さは、前記各流路板の長辺の長さを下回る、
請求項６に記載の冷却器。
【請求項10】
前記複数の流路板の厚さが、互いに一致する、請求項６に記載の冷却器。
【請求項11】
前記複数の流路内には突起部が設けられている、
請求項１に記載の冷却器。
請求項１に記載の冷却器。
【請求項12】
前記流路部を収容する収容空間と、前記収容空間に冷媒を供給するための供給管と、前記収容空間から冷媒を排出するための排出管とを含む筐体を具備し、
前記冷却板は、前記筐体に固定されることで前記収容空間を閉塞する
請求項１の冷却器。
前記冷却板は、前記筐体に固定されることで前記収容空間を閉塞する
請求項１の冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、冷却器に関する。
【背景技術】
【0002】
例えばパワー半導体モジュール等の発熱体を冷却するために、冷媒を用いた冷却器が用いられる。発熱体をより効率的に冷却するため、冷却器は、多穴管を備えることがある。しかし、多穴管を備える冷却器は、冷媒の流路が多数に分流されるため、冷媒の流速が低くなり、放熱性能が低くなる。
【0003】
例えば、特許文献１は、放熱性能を高めるため、多穴管を、冷媒の流れ方向に蛇行させる構成を有する冷却器を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許５４２３６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
多穴管を用いた冷却器において、とりわけ多穴管の肉厚が薄く流路幅が大きい場合、発熱体の熱は、専ら発熱体直下の流路によってしか伝達されなかった。この結果、効率的な放熱が困難であった。
【0006】
そこで、本発明は、発熱体の熱を流路の断面方向に拡散させながら、効率的に放熱できる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】
【0007】
本発明の一態様に係る冷却器は、発熱体に接触する第１面と前記第１面とは反対側の第２面とを含む冷却板と、冷媒が流通する複数の流路が形成された流路部とを具備し、前記流路部の前記複数の流路に直交する断面において、第１領域における１以上の流路の占有率は、第２領域における１以上の流路の占有率より低く、前記第１領域は、前記第２領域よりも、前記発熱体の近傍に位置する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第１実施形態に係る冷却器１、及び冷却器１を含む半導体装置５の斜視図。
【図2】ウォータージャケット２０の構成を示す図。
【図3】流路部２４の断面図。
【図4】流路部２４の断面図。
【図5】流路部２４の断面図。
【図6】第１実施形態の比較例に係る冷却器と、第１実施形態の実施例に係る冷却器の熱抵抗比を示すグラフ。
【図7】流路部２４Ａの断面図。
【図8】ウォータージャケット２０Ｂの構成を示す図。
【図9】ウォータージャケット２０Ｂの構成を示す図。
【図10】ウォータージャケット２０Ｃの構成を示す図。
【図11】ウォータージャケット２０Ｃの構成を示す図。
【図12】流路部２４Ｃの断面図。
【図13】変形例１における流路Ｐ１１の形状の例を示す図。
【図14】変形例２における流路Ｐ１１の形状の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態に係る冷却装置について図面を参照して説明する。なお、各図において、各部の寸法及び縮尺は、実際のものと適宜に異ならせてある。また、以下に述べる実施形態は、好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本開示の範囲は、以下の説明において特に本開示を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。
【0010】
【0011】
１－１：第１実施形態の構成
図１は、第１実施形態に係る冷却器１、及び冷却器１を含む半導体装置５の斜視図である。冷却器１は、冷却板１０と、ウォータージャケット２０とを備える。冷却板１０は、ウォータージャケット２０に載置される。載置の方法は、例えば、接着剤を用いた接着によるものでもよく、溶接によるものでもよい。
図１は、第１実施形態に係る冷却器１、及び冷却器１を含む半導体装置５の斜視図である。冷却器１は、冷却板１０と、ウォータージャケット２０とを備える。冷却板１０は、ウォータージャケット２０に載置される。載置の方法は、例えば、接着剤を用いた接着によるものでもよく、溶接によるものでもよい。
【0012】
冷却板１０は、金属、とりわけ銅やアルミニウムなどの熱伝導率の比較的高い金属により構成されることが好適である。あるいは、冷却板１０は、クラッド材により構成されてもよい。冷却板１０がクラッド材により構成される場合、銅とアルミニウムとを圧延により一体成型したクラッド材であることが好適である。
【0013】
冷却器１の内部には、冷却板１０に接する発熱体を冷却することを目的に、粘性を有する液体の冷媒ＦＬが流通する。冷媒ＦＬを冷却器１に供給するための供給管７１がウォータージャケット２０に接続される。また、発熱体を冷却した後の冷媒ＦＬを冷却器１から排出するための排出管７２が、ウォータージャケット２０に接続される。冷媒ＦＬは図示しないポンプにより、冷却器１に供給される。
【0014】
なお、以降の説明では、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を想定する。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、以降の説明で例示される全図において共通である。図１に例示される通り、任意の地点からみてＸ軸に沿う一方向をＸ１方向と表記し、Ｘ１方向と反対の方向をＸ２方向と表記する。Ｘ軸方向は、Ｘ１方向及びＸ２方向の両方向を含む方向である。同様に、任意の地点からＹ軸に沿って相互に反対の方向をＹ１方向及びＹ２方向と表記する。Ｙ軸方向は、Ｙ１方向及びＹ２方向の両方向を含む方向である。また、任意の地点からＺ軸に沿って相互に反対の方向をＺ１方向及びＺ２方向と表記する。Ｚ軸方向は、Ｚ１方向及びＺ２方向の両方向を含む方向である。
【0015】
図１において、冷却器１に冷媒ＦＬが供給され、冷却器１から冷媒ＦＬが排出される方向をＹ軸方向とする。また、冷却器１のウォータージャケット２０の底面を水平面に設置することを仮定した場合に、当該水平面においてＹ軸に直交する方向をＸ軸方向とする。更に、Ｘ軸、及びＹ軸に直交する方向であって、冷却板１０とウォータージャケット２０との載置方向をＺ軸方向とする。
【0016】
冷却器１においては、発熱体が冷却される。発熱体は、冷却器１による冷却の対象となる物体である。第１実施形態の発熱体は、複数の半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃである。ここで「半導体モジュール」とは、半導体素子（例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）等のスイッチング素子を含む半導体チップ）を樹脂ケースに収容した半導体モジュールである。半導体装置５は、冷却器１と半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃとを備える。３個の半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃが、それぞれ３個の領域４０Ａ～４０Ｃにおいて、冷却板１０に接する。３個の領域４０Ａ～４０Ｃは、冷却板１０のＺ１方向に位置する表面である第１面ＦＳに含まれる。
【0017】
冷媒ＦＬは、Ｙ２方向から、供給管７１を経由して、ウォータージャケット２０に供給される。供給された冷媒ＦＬは、冷却板１０の領域４０Ａ～４０Ｃに接する半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃを冷却する。半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃを冷却した後の冷媒ＦＬは、ウォータージャケット２０から、排出管７２を経由してＹ１方向へと排出される。
【0018】
図２は、ウォータージャケット２０の構成を示す図である。図２に示されるように、ウォータージャケット２０は、筐体２１を備える。筐体２１には、収容空間２３が設けられる。図２に示される例において、収容空間２３は、直方体の形状を有する。また、ウォータージャケット２０は、流路部２４を備える。流路部２４は、押出成型等により製造されることが好適である。流路部２４のＺ１方向に位置する外壁面は、冷却板１０のＺ２方向に位置する表面である第２面ＳＳに対向する。流路部２４のＺ１方向に位置する外壁面は、冷却板１０に接合する。流路部２４と冷却板１０との接合方法は、ろう付けであることが好適である。とりわけ上記のように、冷却板１０が銅とアルミニウムからなるクラッド材を用いて製造される場合、第１面ＦＳを銅とし、第２面ＳＳをアルミニウムとすることで、流路部２４と冷却板１０とを、ろう付けすることが可能となる。この場合、冷却板１０内において、銅部分の厚さが相対的に薄く、アルミニウム部分の厚さが相対的に厚いクラッド材を用いることが好適である。例えば、銅部分の厚さが１０％前後であり、残部がアルミニウムを用いて製造された一般的なクラッド材を用いることが可能である。あるいは、銅部分の厚さとアルミニウム部分の厚さとを等しい厚さとしてもよい。この場合、銅の熱拡散性の高さを生かすことが可能となる。
【0019】
また、冷却板１０が筐体２１に固定されることで、収容空間２３は閉塞される。流路部２４は、収容空間２３内に設置される。
【0020】
流路部２４は金属製であることが好適である。また、流路部２４は、アルミニウム製であることが更に好適である。しかし、流路部２４は金属製又はアルミニウム製でなくてもよい。
【0021】
図３は、図２に示されるＡ－Ａ線を通り、ＸＺ平面に平行な平面で切断した流路部２４の断面図である。図４は、図２に示されるＢ－Ｂ線を通り、ＸＹ平面に平行な平面で切断した流路部２４の断面図である。図５は、図１の断面Ｃにおける冷却器１の断面図である。図５は、図２に示されるＣ－Ｃ線を通り、ＹＺ平面に平行な平面で切断した流路部２４の断面図を含む。
【0022】
図３～図５に示されるように、流路部２４には、冷媒ＦＬが流通する複数の流路Ｐが形成される。流路Ｐの各々は、Ｙ軸方向に延在する。図３に示される流路Ｐに直交する断面において、複数の流路Ｐの配列は、第２面ＳＳに並行する４列となっている。また、各配列は第２面ＳＳからの距離が異なり、各配列間の距離は等しい。
【0023】
図３～図５に示される例においては、流路部２４において、発熱体である複数の半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃの近傍の第１領域Ｒ１には、流路Ｐ１２～Ｐ１４，Ｐ１８～Ｐ２０，及びＰ２４～Ｐ２６が配置される。一方、流路部２４において、第１領域Ｒ１に比較して、複数の半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃよりも遠方に位置する第２領域Ｒ２には、流路Ｐ１１，Ｐ１５～Ｐ１７，Ｐ２１～２３，Ｐ２７，Ｐ３９，Ｐ５９，及びＰ７９が配置される。第１領域Ｒ１における流路Ｐ１２～Ｐ１４，Ｐ１８～Ｐ２０，及びＰ２４～Ｐ２６の各々は、「第１流路」の一例である。一方、第２領域Ｒ２における流路Ｐ１１，Ｐ１５～Ｐ１７，Ｐ２１～２３，Ｐ２７，Ｐ３９，Ｐ５９，及びＰ７９の各々は、「第２流路」の一例である。第１流路の各々の断面積は、第２流路の各々の断面積よりも小さい。一例として、第１流路と第２流路の断面が円形である場合、第１流路の直径は１．０ｍｍであり、第２流路の直径は１．４ｍｍであることが好適である。
【0024】
従って、第１領域Ｒ１における流路Ｐ１２～Ｐ１４，Ｐ１８～Ｐ２０，及びＰ２４～Ｐ２６の占有率は、第２領域Ｒ２における流路Ｐ１１，Ｐ１５～Ｐ１７，Ｐ２１～２３，Ｐ２７，Ｐ３９，Ｐ５９，及びＰ７９の占有率よりも低い。ここで、「占有率」とは、流路部２４の断面の単位面積あたり、１以上の流路Ｐが占有する断面積の割合のことである。
【0025】
第１領域Ｒ１における流路Ｐ１２～Ｐ１４，Ｐ１８～Ｐ２０，及びＰ２４～Ｐ２６の占有率は、第２領域Ｒ２における流路Ｐ１１，Ｐ１５～Ｐ１７，Ｐ２１～２３，Ｐ２７，Ｐ３９，Ｐ５９，及びＰ７９の占有率よりも低いため、発熱体の熱は、流路部２４内における流路Ｐ以外の金属部分を経由して、発熱体の近傍に位置する第１領域Ｒ１よりも遠方の、第２領域Ｒ２にまで拡散される。また、冷却板１０内においても、発熱体との接触部からより遠方に、発熱体の熱が拡散される。この結果、効率的な放熱が可能となる。
【0026】
図６は、第１実施形態の比較例に係る冷却器と、第１実施形態の実施例に係る冷却器の熱抵抗比を示すグラフである。比較例１は、流路部２４として銅製の流路部を用いると共に、本実施形態のような多穴管の代わりに、ピンフィンが備わる冷却器である。比較例２は、流路部２４としてアルミニウム製の流路部を用いると共に、本実施形態のような多穴管の代わりに、平板フィンが備わる冷却器である。実施例１は、本実施形態に係る冷却器１であると共に、冷却板１０がアルミニウム製の冷却器である。実施例２は、本実施形態に係る冷却器１であると共に、冷却板１０がクラッド材の冷却器である。なお、ここで「熱抵抗比」とは、比較例１に係る冷却器の熱抵抗値を１００％とした場合の、他の冷却器の熱抵抗値の比率のことである。また熱抵抗値は、その値が低いほど熱が伝達されやすい、すなわち放熱しやすいことを示す。
【0027】
比較例１に示されるような銅製のピンフィン式の冷却器は、熱伝導率が高い銅が用いられているため、熱抵抗値が低いものの、材料費が効果であった。一方、比較例２に示されるようなアルミニウム製の平板フィン式の冷却器は、比較例１に示される銅製の冷却器に比較して、低コストで製造できる一方、熱抵抗値が高かった。比較例に係る冷却器としての、ピンフィン又は平板フィンを用いた冷却器では、水やクーラント等の冷媒と当該フィンとの接液面積、及び流路の断面積が、放熱性能と圧力損失に影響する。比較例においては、放熱性能と圧力損失の許容範囲内で、ピンフィン又は平板フィンの形状と数が定まる。フィンを長くし、接液面積を増加させると、放熱性能は増加するものの、フィンの先端に対してはあまり熱が伝達せず、冷媒とフィンの先端とで温度差が発生しない。このため、冷却性能が十分得られないことが問題となる。また、フィンを用いた場合、放熱体から離れた場所への熱拡散ができない。この結果、流路部全体での熱抵抗が上がり、冷却性能が低下するという問題がある。
【0028】
一方、実施例１に係る冷却器１では、フィンではなく多穴管を用いると共に、発熱体直下の流路の断面積を、それ以外の箇所の流路の断面積よりも小さくすることにより、放熱体で発せられる熱が、流路以外の金属部分を伝導して、発熱体から遠方まで拡散する。このため、流路部２４全体での熱抵抗が下がり、冷却性能が向上する。この結果、実施例１に係る冷却器１は、流路部２４の材料として銅よりもコストの低いアルミニウムを用いながら、銅を用いた比較例１に係る冷却器と同等の熱抵抗値を示す。実施例２に係る冷却器１では、冷却板１０としてクラッド材を用いることにより、冷却板１０内においても、発熱体との接触部からより遠方に、発熱体の熱が拡散される。この結果、実施例１に係る冷却器１に比較して、冷却性能が更に向上する。
【0029】
１－２：第１実施形態が奏する効果
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0030】
本実施形態に係る冷却器１は、発熱体に接触する第１面ＦＳと第１面ＦＳとは反対側の第２面ＳＳとを含む冷却板１０と、冷媒ＦＬが流通する複数の流路Ｐが形成された流路部２４とを具備する。流路部２４の複数の流路Ｐに直交する断面において、第１領域Ｒ１における１以上の流路Ｐの占有率は、第２領域Ｒ２における１以上の流路Ｐの占有率より低い。第１領域Ｒ１は、第２領域Ｒ２よりも、発熱体の近傍に位置する。
【0031】
この構成によれば、発熱体の熱を流路Ｐの断面方向に拡散させながら、効率的に放熱できる。
【0032】
また、本実施形態に係る冷却器１において、第１領域Ｒ１における複数の流路Ｐに含まれる第１流路の断面積は、第２領域Ｒ２における複数の流路Ｐに含まれる第２流路の断面積よりも小さい。
【0033】
この構成によれば、発熱体近傍の流路Ｐの断面積を、それよりも遠方の流路Ｐの断面積よりも小さくすることで、発熱体の熱を流路Ｐの断面方向に拡散させやすくなる。
【0034】
また、本実施形態に係る冷却器１において、流路部２４の流路Ｐに直交する断面において、複数の流路Ｐの配列が、第２面ＳＳに平行である。各配列は、第２面ＳＳからの距離が異なる。配列間の距離は互いに等しい。
【0035】
この構成によれば、流路Ｐが配列される複数の配列の間の距離を互いに等しくすることで、流路Ｐの断面方向において、より均一に放熱しやすくなる。
【0036】
また、本実施形態に係る冷却器１は、流路部２４を収容する収容空間２３と、収容空間２３に冷媒ＦＬを供給するための供給管７１と、収容空間２３から冷媒ＦＬを排出するための排出管７２とを含む筐体２１を具備する。冷却板１０は、筐体２１に固定されることで収容空間２３を閉塞する。
【0037】
この構成によれば、冷却板１０が、収容空間２３を閉塞するための蓋部として利用される。流路部２４が収容空間２３に収容された状態で冷却板１０を筐体２１に固定する簡便な工程により、収容空間２３を密閉できる。
【0038】
２：第２実施形態
以下、図７を参照することにより、第２実施形態に係る冷却器１Ａについて説明する。なお、以下では説明の簡略化のため、第２実施形態に係る冷却器１Ａが備える構成要素のうち、第１実施形態に係る冷却器１と同一の構成要素については、同一の符号を用いると共に、その機能の説明を省略することがある。
以下、図７を参照することにより、第２実施形態に係る冷却器１Ａについて説明する。なお、以下では説明の簡略化のため、第２実施形態に係る冷却器１Ａが備える構成要素のうち、第１実施形態に係る冷却器１と同一の構成要素については、同一の符号を用いると共に、その機能の説明を省略することがある。
【0039】
第２実施形態に係る冷却器１Ａ、及び冷却器１Ａを含む半導体装置５Ａの斜視図は、図１に示される第１実施形態に係る冷却器１、及び冷却器１を含む半導体装置５の斜視図と同様である。
【0040】
図７は、図２に示されるＡ－Ａ線を通り、ＸＺ平面に平行な平面で切断した流路部２４Ａの断面図である。図７は、第１実施形態に係る図３に対応する。なお、説明の簡略化のため、第２実施形態の説明では、第１実施形態に係る図４及び図５に対応する図は省略する。
【0041】
図７に示されるように、第２実施形態では、第１実施形態と異なり、第１領域Ｒ１における第１流路の各々の断面積と、第２領域Ｒ２における第２流路の各々の断面積とは、互いに等しい。しかし、第１領域Ｒ１における単位面積当たりの第１流路の本数は、第２領域Ｒ２における単位面積当たりの第２流路の本数よりも少ない。図７を図２と比較すると、第１実施形態に係る流路部２４では、各々の第１領域Ｒ１に３本の流路Ｐが配置されていた。一方で、第２実施形態に係る流路部２４Ａでは、各々の第１領域Ｒ１に１本の流路Ｐのみが配置される。すなわち、第２実施形態に係る流路部２４Ａでの第１領域Ｒ１における単位面積当たりの流路Ｐの本数は、第１実施形態に係る流路部２４での第１領域Ｒ１における単位面積当たりの流路Ｐの本数より少ない。第１実施形態に係る流路部２４において、第１領域Ｒ１における単位面積当たりの流路Ｐの本数と、第２領域Ｒ２における単位面積当たりの流路Ｐの本数とは互いに等しい。従って、第２実施形態に係る流路部２４Ａにおいて、第１領域Ｒ１における単位面積当たりの流路Ｐの本数は、第２領域Ｒ２における単位面積当たりの流路Ｐの本数より少ない。
【0042】
従って、第１領域Ｒ１における流路Ｐ１３，Ｐ１９，及びＰ２５の占有率は、第２領域Ｒ２における流路Ｐ１１，Ｐ１５～Ｐ１７，Ｐ２１～２３，Ｐ２７，Ｐ３９，Ｐ５９，及びＰ７９の占有率よりも低い。
【0043】
第１領域Ｒ１における流路Ｐ１３，Ｐ１９，及びＰ２５の占有率は、第２領域Ｒ２における流路Ｐ１１，Ｐ１５～Ｐ１７，Ｐ２１～２３，Ｐ２７，Ｐ３９，Ｐ５９，及びＰ７９の占有率よりも低いため、発熱体の熱は、流路部２４Ａ内における流路Ｐ以外の金属部分を経由して、発熱体の近傍に位置する第１領域Ｒ１よりも遠方の、第２領域Ｒ２にまで拡散される。また、冷却板１０内においても、発熱体との接触部からより遠方に、発熱体の熱が拡散される。この結果、効率的な放熱が可能となる。
【0044】
２－２：第２実施形態が奏する効果
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0045】
本実施形態に係る冷却器１Ａにおいて、第１領域Ｒ１における単位面積当たりの複数の流路の本数は、第２領域Ｒ２における単位面積当たりの複数の流路の本数よりも少ない。
【0046】
この構成によれば、発熱体近傍の流路Ｐの本数を、それよりも遠方の流路Ｐの本数よりも少なくすることで、発熱体の熱を流路Ｐの断面方向に拡散させやすくなる。
【0047】
３：第３実施形態
以下、図８及び図９を参照することにより、第３実施形態に係る冷却器１Ｂについて説明する。なお、以下では説明の簡略化のため、第３実施形態に係る冷却器１Ｂが備える構成要素のうち、第１実施形態に係る冷却器１及び第２実施形態に係る冷却器１Ａと同一の構成要素については、同一の符号を用いると共に、その機能の説明を省略することがある。
以下、図８及び図９を参照することにより、第３実施形態に係る冷却器１Ｂについて説明する。なお、以下では説明の簡略化のため、第３実施形態に係る冷却器１Ｂが備える構成要素のうち、第１実施形態に係る冷却器１及び第２実施形態に係る冷却器１Ａと同一の構成要素については、同一の符号を用いると共に、その機能の説明を省略することがある。
【0048】
第３実施形態に係る冷却器１Ｂ、及び冷却器１Ｂを含む半導体装置５Ｂの斜視図は、図１に示される第１実施形態に係る冷却器１、及び冷却器１を含む半導体装置５の斜視図と同様である。
【0049】
図８及び図９は、ウォータージャケット２０Ｂの構成を示す図である。第１実施形態に係るウォータージャケット２０は、単一の部材である流路部２４を備える。一方、第２実施形態に係るウォータージャケット２０Ｂは、単一の部材である流路部２４の代わりに、３つの流路部２４Ｂ－１～２４Ｂ－３を備える。図２と図８とを比較すると、単一の部材である流路部２４が、３つの流路部２４Ｂ－１～２４Ｂ－３の総体に対応する。すなわち、流路部２４が、Ｘ軸方向に３分割された各部材が、流路部２４Ｂ－１～２４Ｂ－３に対応する。
【0050】
第１実施形態と同様に、本実施形態において、複数の発熱体である半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃが、冷却板１０において、Ｘ軸方向に配列する。Ｘ軸方向は、「第１方向」の一例である。図９に示されるように、複数の流路部２４Ｂ－１～２４Ｂ－３は、半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃと同様に、Ｘ軸方向に配列する。複数の流路部２４Ｂ－１～２４Ｂ－３は、複数の半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃと一対一に対応する。
【0051】
３－２：第３実施形態が奏する効果
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0052】
本実施形態に係る冷却器１Ｂにおいて、複数の発熱体である半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃが、冷却板１０においてＸ軸方向に配列する。複数の流路部２４Ｂ－１～２４Ｂ－３は、複数の半導体モジュール５０Ａ～５０Ｃと同様に、Ｘ軸方向に配列する。
【0053】
この構成によれば、複数のブロックを組み合わせて、流路部２４Ｂ－１～２４Ｂ－３の総体を構成することにより、従来の冷却器に比較して高い放熱性能を有する冷却器１Ｂを簡便に製造できる。
４：第４実施形態
以下、図１０～図１２を参照することにより、第４実施形態に係る冷却器１Ｃについて説明する。なお、以下では説明の簡略化のため、第４実施形態に係る冷却器１Ｃが備える構成要素のうち、第１実施形態に係る冷却器１、第２実施形態に係る冷却器１Ａ、及び第３実施形態に係る冷却器１Ｂと同一の構成要素については、同一の符号を用いると共に、その機能の説明を省略することがある。
４：第４実施形態
以下、図１０～図１２を参照することにより、第４実施形態に係る冷却器１Ｃについて説明する。なお、以下では説明の簡略化のため、第４実施形態に係る冷却器１Ｃが備える構成要素のうち、第１実施形態に係る冷却器１、第２実施形態に係る冷却器１Ａ、及び第３実施形態に係る冷却器１Ｂと同一の構成要素については、同一の符号を用いると共に、その機能の説明を省略することがある。
【0054】
第４実施形態に係る冷却器１Ｃ、及び冷却器１Ｃを含む半導体装置５Ｃの斜視図は、図１に示される第１実施形態に係る冷却器１、及び冷却器１を含む半導体装置５の斜視図と同様である。
【0055】
図１０及び図１１は、ウォータージャケット２０Ｃの構成を示す図である。図１０に示されるように、ウォータージャケット２０Ｃは、筐体２１を備える。筐体２１には、収容空間２３が設けられる。図１０に示される例において、収容空間２３は、直方体の形状を有する。また、ウォータージャケット２０Ｃは、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈからなる流路部２４Ｃを備える。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は、Ｘ軸方向を長手方向とする長尺の板状部材であることが好適である。また、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は、プレス加工等により製造されることが好適である。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの長辺に対応し、Ｚ１方向に位置する外壁面は、冷却板１０のＺ２方向に位置する表面である第２面ＳＳに対向する。また、図１１に示されるように、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈは、Ｙ軸方向に積層する。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々に備わるＸＺ平面に平行な表面が、互いに隙間なく接する状態で、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々のＺ１方向に位置する外壁面が、冷却板１０に接合する。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々と冷却板１０との接合方法は、ろう付けであることが好適である。
【0056】
また、冷却板１０が筐体２１に固定されることで、収容空間２３は閉塞される。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈが一体となった流路部２４Ｃは、収容空間２３内に設置される。流路部２４ＣのＹ軸方向の厚さは、各流路板２２Ａ～２２ＨのＸ軸方向の長辺の長さを下回ることが好適である。
【0057】
複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は金属製であることが好適である。しかし、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は金属製でなくてもよい。例えば、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は、熱伝導率が高く耐水性を有する、セラミックス又はグラファイトであってもよい。また、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの板厚は互いに等しいことが好適である。しかし、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの板厚は、互いに等しくなくてもよい。複数の流路板２２Ａ～２２ＨのＹ軸方向の厚さは、１ｍｍ～２ｍｍ程度であることが好適である。しかし、当該厚さは、１ｍｍ～２ｍｍ程度に限定されない。また、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は、単一の部材によって構成されてもよく、複数の部材から構成されてもよい。例えば、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は、複数の１ｍｍ～２ｍｍよりも薄い金属板を張り合わせることにより製造されてもよい。
【0058】
図１１に示されるように、流路板２２Ａには、複数の開口部２２１Ａが形成されることが好適である。例えば図３に示されるように、流路板２２Ａには、当該流路板２２ＡのＸＺ平面に平行な表面において、Ｘ軸方向及びＺ軸方向にわたり複数の開口部２２１Ａが形成される。なお、Ｘ軸方向は「第１方向」の一例である。また、Ｚ軸方向は「第２方向」の一例である。また、この場合、流路板２２Ａに形成される複数の開口部２２１Ａは、格子状に整列することが好適である。しかし、複数の開口部２２１Ａは、格子状に整列していなくてもよい。また、図１１に示される例において、複数の開口部２２１Ａは、Ｘ軸方向に１７列、Ｚ軸方向に４列並んでいる。しかし、流路板２２Ａに複数の開口部２２１Ａが格子状に整列する場合、Ｘ軸方向の列数、及びＺ軸方向の列数は、任意の列数としてよい。複数の開口部２２１Ａの各々は円形である。流路板２２Ｂ～２２Ｈの各々についても、流路板２２Ａと同様に、複数の開口部２２１Ｂ～２２１Ｈが形成される。複数の流路板２２Ｂ～２２Ｈと、複数の開口部２２１Ｂ～２２１Ｈとは、互いに一対一に対応する。複数の開口部２２１Ｂ～２２１Ｈの各々も、複数の開口部２２１Ａと同様に円形である。
【0059】
図１２は、図１０に示されるＢ－Ｂ線を通り、ＸＹ平面に平行な平面で切断した流路部２４Ｃの断面図である。図１２に示されるように、開口部２２１Ａ～２２１ＨがＹ軸方向に連通することにより、冷媒ＦＬの流路Ｐ１１～Ｐ２７が形成される。具体的には、流路板２２Ａには、複数の開口部２２１Ａが形成される。同様に、流路板２２Ｂ～２２Ｈの各々には、複数の開口部２２１Ｂ～２２１Ｈが形成される。複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々が、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈにわたり連通することで、互いに並行する複数の流路Ｐ１１～Ｐ２７が形成される。
【0060】
４－２：第４実施形態が奏する効果
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【0061】
本実施形態に係る冷却器１Ｃにおいて、流路部２４Ｃは、第２面ＳＳに外壁面が対向した状態で当該第２面ＳＳに沿って積層された複数の流路板２２Ａ～２２Ｈを備える。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々には、開口部２２１Ａ～２２１Ｈが形成される。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈにわたり開口部２２１Ａ～２２１Ｈが連通することで冷媒ＦＬの流路Ｐが形成される。
【0062】
この構成によれば、従来の冷却器に比較して高い放熱性能を有しながら、簡便に製造できる冷却器１Ｃを提供できる。
【0063】
また、本実施形態に係る冷却器１Ｃにおいて、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々には、複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈが形成される。複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々が複数の流路板２２Ａ～２２Ｈにわたり連通することで、互いに並行する複数の流路Ｐが形成される。
【0064】
この構成によれば、各流路板２２Ａ～２２Ｈにおける複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈの各々が複数の流路板２２Ａ～２２Ｈにわたり連通することで複数の流路Ｐが形成される。従って、冷却板１０の広範囲にわたり発熱体を冷却することが可能となる。
【0065】
また、本実施形態に係る冷却器１Ｃにおいて、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々には、当該流路板２２Ａ～２２Ｈの表面に平行なＸ軸方向及びＺ軸方向にわたり複数の開口部２２１Ａ～２２１Ｈが形成される。
【0066】
この構成によれば、冷却板１０の広範囲にわたり発熱体を冷却することが可能である。
【0067】
また、本実施形態に係る冷却器１Ｃにおいて、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々は、長尺状の板状部材である。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの各々において長辺に対応する外壁面が、冷却板１０の第２面ＳＳに対向する。複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの積層の厚さは、各流路板２２Ａ～２２Ｈの長辺の長さを下回る。
【0068】
この構成によれば、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの積層の厚さが各流路板２２Ａ～２２Ｈの長辺の長さを上回る構成と比較して、必要な流路板２２Ａ～２２Ｈの枚数が削減される。従って、冷却器１Ｃの製造が簡素化される。
【0069】
また、本実施形態に係る冷却器１Ｃにおいて、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの厚さが、互いに一致する。
【0070】
この構成によれば、複数の流路板２２Ａ～２２Ｈの厚さを等しくすることにより、冷却器１を簡便に製造できる。
【0071】
５：変形例
本開示は、以上に例示した実施形態に限定されない。具体的な変形の態様を以下に例示する。
本開示は、以上に例示した実施形態に限定されない。具体的な変形の態様を以下に例示する。
【0072】
５－１：変形例１
第１実施形態に係る冷却器１～第４実施形態に係る冷却器１Ｃにおいて、流路ＰのＸＺ平面に平行な断面は、円形であった。しかし、流路ＰのＸＺ平面に平行な断面は、円形には限定されない。図１３は、変形例１における流路Ｐ１１の形状の例を示す図である。図１３に示されるように、流路Ｐ１１は、例えば四角形であってもよい。また、図１３においては一例として、流路Ｐ１１の断面の形状を示したが、流路Ｐ１１以外の流路Ｐの断面が四角形であってもよい。更に、流路部２４～２４Ｃに備わる全ての流路Ｐの断面が四角形であってもよく、一部の流路Ｐの断面が四角形であってもよい。
第１実施形態に係る冷却器１～第４実施形態に係る冷却器１Ｃにおいて、流路ＰのＸＺ平面に平行な断面は、円形であった。しかし、流路ＰのＸＺ平面に平行な断面は、円形には限定されない。図１３は、変形例１における流路Ｐ１１の形状の例を示す図である。図１３に示されるように、流路Ｐ１１は、例えば四角形であってもよい。また、図１３においては一例として、流路Ｐ１１の断面の形状を示したが、流路Ｐ１１以外の流路Ｐの断面が四角形であってもよい。更に、流路部２４～２４Ｃに備わる全ての流路Ｐの断面が四角形であってもよく、一部の流路Ｐの断面が四角形であってもよい。
【0073】
５－２：変形例２
図１４は、変形例２における流路Ｐ１１の形状の例を示す図である。図１４に示されるように、流路Ｐ１１は、その内周面に突起部ＰＲを具備してもよい。突起部ＰＲの個数は１つであってもよく、複数であってもよい。また、突起部ＰＲは、Ｙ軸方向に配列される複数のピンフィンであってもよく、Ｙ軸方向に延在する平板フィンであってもよい。また、図１４においては一例として、流路Ｐ１１が突起部ＰＲを具備する態様を示したが、流路Ｐ１１以外の流路Ｐが突起部ＰＲを具備してもよい。更に、流路部２４～２４Ｃに備わる全ての流路Ｐが突起部ＰＲを具備してもよく、一部の流路Ｐが突起部ＰＲを具備してもよい。流路Ｐが突起部ＰＲを具備することにより、流路Ｐの内周面の表面積が増加する。この結果、流路Ｐによってもたらされる冷却性能が向上する。
図１４は、変形例２における流路Ｐ１１の形状の例を示す図である。図１４に示されるように、流路Ｐ１１は、その内周面に突起部ＰＲを具備してもよい。突起部ＰＲの個数は１つであってもよく、複数であってもよい。また、突起部ＰＲは、Ｙ軸方向に配列される複数のピンフィンであってもよく、Ｙ軸方向に延在する平板フィンであってもよい。また、図１４においては一例として、流路Ｐ１１が突起部ＰＲを具備する態様を示したが、流路Ｐ１１以外の流路Ｐが突起部ＰＲを具備してもよい。更に、流路部２４～２４Ｃに備わる全ての流路Ｐが突起部ＰＲを具備してもよく、一部の流路Ｐが突起部ＰＲを具備してもよい。流路Ｐが突起部ＰＲを具備することにより、流路Ｐの内周面の表面積が増加する。この結果、流路Ｐによってもたらされる冷却性能が向上する。
【符号の説明】
【0074】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…冷却器、５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…含む半導体装置、１０…冷却板、２０，２０Ｂ，２０Ｂ，２０Ｃ…ウォータージャケット、２１…筐体、２２Ａ～２２Ｈ…流路板、２３…収容空間、２４，２４Ａ，２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ…流路部、４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ…領域、５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ…半導体モジュール、７１…供給管、７２…排出管、２２１Ａ～２２１Ｈ…開口部、Ｐ…流路、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】