特開 2024-130013 半導体用冷却器

(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】P2024130013

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】半導体用冷却器

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/473 20060101AFI20240920BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 Z

H05K7/20 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023039478

(22)【出願日】2023-03-14

(71)【出願人】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】中島 夏澄

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA06

5E322AA10

5E322AA11

5E322DA04

5E322DB06

5E322FA01

5F136CB07

5F136CB08

5F136DA27

5F136FA02

(57)【要約】

【課題】冷却性能を高めることができる半導体用冷却器を提供する。
【解決手段】冷却器１０は、半導体１１を支持する基板１２が取り付けられる取付面４０と、基板１２を介して半導体１１を冷却する冷却液が流通する内部流路３０とを有する流路部材２０を備える。内部流路３０のうち冷却液の流れ方向、すなわち長さ方向Ｘにおいて取付面４０が設けられる領域Ａでは、下流側の流路断面積が上流側の流路断面積よりも大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体を支持する基板が取り付けられる取付面と、前記基板を介して前記半導体を冷却する冷却液が流通する内部流路と、を有する流路部材を備える半導体用冷却器であって、
前記内部流路のうち前記冷却液の流れ方向において前記取付面が設けられる領域では、下流側の流路断面積が上流側の流路断面積よりも大きい、
半導体用冷却器。

【請求項2】

前記領域では、前記流路断面積が下流側ほど大きい、
請求項１に記載の半導体用冷却器。

【請求項3】

前記領域では、前記基板の厚み方向における前記内部流路の長さが大きくなることで、下流側の流路断面積が上流側の流路断面積よりも大きくなっている、
請求項１または請求項２に記載の半導体用冷却器。

【請求項4】

前記流れ方向と前記基板の厚み方向との双方に直交する方向を幅方向とするとき、
前記領域では、前記幅方向における前記内部流路の長さが大きくなることで、下流側の流路断面積が上流側の流路断面積よりも大きくなっている、
請求項１または請求項２に記載の半導体用冷却器。

【請求項5】

複数の前記内部流路が前記幅方向に並んで設けられており、
前記領域では、前記流路断面積が下流側ほど大きくなっており、
互いに隣り合う前記内部流路の一方における前記冷却液の流れ方向の上流側となる部分と、他方における前記冷却液の下流側となる部分とが前記幅方向において隣り合っている、
請求項４に記載の半導体用冷却器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体用冷却器に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の半導体用冷却器としては、例えば特許文献１に記載の車両用冷却構造がある。特許文献１に記載の車両用冷却構造は、インバータ及び降圧コンバータと、インバータ及び降圧コンバータが取り付けられるギアケースとを備える。ギアケースは、インバータ及び降圧コンバータを冷却する冷媒が流通する内部流路を有する。内部流路は、冷媒の流れ方向において一定の流路断面積を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１３１５４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に記載の車両用冷却構造を含む従来の半導体用冷却器においては、内部流路の下流側を流れる冷媒ほど半導体からの受熱量が多くなることで高温となる。このため、内部流路の下流側ほど冷却性能が低下しやすい。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するための半導体用冷却器は、半導体を支持する基板が取り付けられる取付面と、前記基板を介して前記半導体を冷却する冷却液が流通する内部流路と、を有する流路部材を備える半導体用冷却器であって、前記内部流路のうち前記冷却液の流れ方向において前記取付面が設けられる領域では、下流側の流路断面積が上流側の流路断面積よりも大きい。

【0006】

同構成によれば、内部流路の上記領域では、下流側の流路断面積が上流側の流路断面積よりも大きいので、下流側を流れる冷却液の単位流路断面積当たりの熱容量が上流側を流れる冷却液の単位流路断面積当たりの熱容量よりも大きくなる。このため、流路断面積が流れ方向において一定とされる場合に比べて、下流側を流れる冷却液の温度上昇を抑制することができる。したがって、半導体用冷却器の冷却性能を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１実施形態に係る半導体用冷却器の断面図である。

【図2】図２は、図１の２－２線に沿った断面図である。

【図3】図３は、第２実施形態に係る半導体用冷却器の断面図である。

【図4】図４は、図３の４－４線に沿った断面図である。

【図5】図５は、変更例の流路部材を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

＜第１実施形態＞
以下、図１及び図２を参照して、半導体用冷却器の第１実施形態について説明する。
図１及び図２に示すように、半導体用冷却器（以下、冷却器１０）は、半導体１１を支持する基板１２が取り付けられる取付面４０と、基板１２を介して半導体１１を冷却する冷却液が流通する内部流路３０とを有する流路部材２０を備える。

【0009】

なお、以降において、内部流路３０の延在方向（図１及び図２の左右方向）を長さ方向Ｘとし、基板１２の厚み方向（図１の上下方向）を単に厚み方向Ｚとし、長さ方向Ｘ及び厚み方向Ｚの双方に直交する方向（図２の上下方向）を幅方向Ｙとして説明する。

【0010】

本実施形態の流路部材２０では、図示しないポンプにより圧送される冷却液が、図１及び図２の左側の開口２１から内部流路３０に導入され、右側の開口２２から導出される。本実施形態では、長さ方向Ｘが、冷却液の流れ方向と一致する。

【0011】

本実施形態の内部流路３０の断面は、長方形である。
内部流路３０は、頂面３１と、頂面３１と厚み方向Ｚにおいて対向する底面３２と、幅方向Ｙの両側に位置し、頂面３１及び底面３２を連結する一対の側面３３とにより区画されている。

【0012】

図１に示すように、頂面３１は、長さ方向Ｘ及び幅方向Ｙの双方に沿う面である。頂面３１は、取付面４０と平行な面である。
図２に示すように、一対の側面３３は、長さ方向Ｘ及び厚み方向Ｚの双方に沿う面である。一対の側面３３は、互いに平行であり、頂面３１に対して直交している。すなわち、幅方向Ｙにおける内部流路３０の長さが長さ方向Ｘ及び厚み方向Ｚの双方において一定である。

【0013】

図１に示すように、底面３２は、冷却液の下流側（図１の右側）ほど厚み方向Ｚにおいて頂面３１から離れるように傾斜している。すなわち、厚み方向Ｚにおける内部流路３０の長さが下流側ほど大きくなっている。内部流路３０のうち冷却液の流れ方向、すなわち長さ方向Ｘにおいて取付面４０が設けられる領域Ａでは、流路断面積が下流側ほど大きい。

【0014】

流路部材２０は、アルミニウムなどの熱伝導率の高い金属製であることが好ましい。
次に、本実施形態の作用について説明する。
図１に示すように、内部流路３０の上記領域Ａでは、下流側の流路断面積が上流側の流路断面積よりも大きいので、下流側を流れる冷却液の単位流路断面積当たりの熱容量が上流側を流れる冷却液の単位流路断面積当たりの熱容量よりも大きくなる。このため、流路断面積が長さ方向Ｘにおいて一定とされる場合に比べて、下流側を流れる冷却液の温度上昇を抑制することができる。

【0015】

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１－１）内部流路３０のうち長さ方向Ｘにおいて取付面４０が設けられる領域Ａでは、下流側の流路断面積が上流側の流路断面積よりも大きい。

【0016】

こうした構成によれば、上記作用を奏することから、冷却器１０の冷却性能を高めることができる。
（１－２）領域Ａでは、流路断面積が下流側ほど大きい。

【0017】

冷却液は、内部流路３０の上記領域Ａを上流側から下流側に流れる過程において、半導体１１及び基板１２から徐々に熱を受け取る。このため、下流側を流れる冷却液ほど高温になる。

【0018】

この点、上記構成によれば、内部流路３０の上記領域Ａでは、流路断面積が下流側ほど大きいので、下流側を流れる冷却液ほど単位流路断面積当たりの熱容量が大きくなる。このため、冷却液の温度上昇を長さ方向Ｘの全体にわたって効果的に抑制することができる。したがって、冷却器１０の冷却性能を一層高めることができる。

【0019】

（１－３）領域Ａでは、厚み方向Ｚにおける内部流路３０の長さが大きくなることで、下流側の流路断面積が上流側の流路断面積よりも大きくなっている。
こうした構成によれば、幅方向Ｙにおける内部流路３０の長さを大きくすることなく流路断面積を変更できるので、幅方向Ｙにおける流路部材２０の体格を小さくできる。

【0020】

＜第２実施形態＞
次に、図３及び図４を参照して、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。

【0021】

なお、以降において、第２実施形態の構成のうち第１実施形態の構成と同一または対応する構成については、第１実施形態の構成の符号「＊＊」に「１００」を加算した符号「１＊＊」を付すことで重複する説明を省略することがある。

【0022】

図３に示すように、底面１３２は、長さ方向Ｘ及び幅方向Ｙの双方に沿う面である。底面１３２及び頂面１３１は、互いに平行である。すなわち、厚み方向Ｚにおける内部流路１３０の長さが長さ方向Ｘ及び幅方向Ｙの双方において一定である。

【0023】

図４に示すように、一対の側面１３３は、冷却液の下流側（図４の右側）ほど幅方向Ｙにおいて互いに離れるように傾斜している。すなわち、幅方向Ｙにおける内部流路１３０の長さが下流側ほど大きくなっている。

【0024】

次に、本実施形態の作用効果について説明する。本実施形態に係る冷却器１１０によれば、第１実施形態の効果（１－１）及び（１－２）に加えて、新たに以下の作用効果（２－１）を奏することができる。

【0025】

（２－１）領域Ａでは、幅方向Ｙにおける内部流路１３０の長さが大きくなることで、下流側の流路断面積が上流側の流路断面積よりも大きくなっている。
こうした構成によれば、厚み方向Ｚにおける内部流路１３０の長さを大きくすることなく流路断面積を変更できるので、厚み方向Ｚにおける流路部材１２０の体格を小さくできる。

【0026】

＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

【0027】

・各実施形態では、流路部材２０，１２０には、１つの内部流路３０，１３０が設けられていたが、複数の内部流路が設けられていてもよい。例えば図５に示すように、複数の内部流路２３０が幅方向Ｙに並んで設けられている。領域Ａでは、幅方向Ｙにおける内部流路２３０の長さが大きくなることで、複数の内部流路２３０の流路断面積が下流側ほど大きくなっている。また、互いに隣り合う内部流路２３０の一方における冷却液の流れ方向の上流側となる部分と、他方における冷却液の下流側となる部分とが幅方向Ｙにおいて隣り合っている。互いに隣り合う内部流路２３０の一方における上流側となる部分と、他方における下流側となる部分とは、接続部材２５０によって互いに接続されている。この場合、互いに隣り合う内部流路２３０の一方のうち幅方向Ｙの長さが大きくされる部分と、他方のうち幅方向Ｙの長さが小さくされる部分とが、幅方向Ｙにおいて隣り合う。このため、流路部材２２０に複数の内部流路２３０を密に配置することができる。したがって、冷却器２１０の冷却性能を一層高めることができる。

【0028】

・内部流路の厚み方向Ｚの長さ及び幅方向Ｙの長さの両方が大きくなることで、下流側の流路断面積が上流側の流路断面積よりも大きくなるようにしてもよい。
・各実施形態では、領域Ａでの流路断面積が下流側ほど大きくなるようにしたが、これに限られない。下流側の流路断面積が上流側の流路断面積よりも大きければよく、例えば内部流路が、流路断面積が一定の上流側部分と、上流側部分よりも流路断面積が大きいとともに、流路断面積が一定の下流側部分とによって構成されていてもよい。このとき、上記上流側部分と上記下流側部分との接続される部分は、段差状となる。

【符号の説明】

【0029】

１０，１１０，２１０…冷却器（半導体用冷却器）
１１…半導体
１２…基板
２０，１２０，２２０…流路部材
２１，２２…開口
３０，１３０，２３０…内部流路
３１，１３１…頂面
３２，１３２…底面
３３，１３３…側面
４０…取付面
２５０…接続部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】