特開 2024-130014 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】P2024130014

(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

   F28F 1/40 20060101ALI20240920BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240920BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 Z

F28F1/40 B

H05K7/20 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023039479

(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）】

5E322AA01

5E322AA05

5E322AA11

5E322DA01

5E322FA01

5F136CB07

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。流路部材２０の内面は、取付面４０の裏面である第１面２５と、第１面２５以外の第２面２６とを含んでいる。第１面２５のうち長さ方向Ｘにおいて取付面４０が設けられている領域２５ａには、第１突出部５０が設けられている。第２面２６のうち長さ方向Ｘにおいて取付面４０が設けられている領域２６ａには、第２突出部６０が設けられている。
【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、
前記流路部材の内面は、前記取付面の裏面である第１面と、前記第１面以外の第２面と、を含み、
前記第１面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ている領域には、第１突出部が設けられており、
前記第２面のうち前記流れ方向において前記取付面が設けられている領域には、第２突出部が設けられている、
半導体用冷却器。

【請求項2】

複数の前記第２突出部が、前記流れ方向において互いに間隔をあけて設けられている、
請求項１に記載の半導体用冷却器。

【請求項3】

前記第２突出部が、前記第２面のうち前記第１面と対向する対向面に設けられている、
請求項１に記載の半導体用冷却器。

【請求項4】

前記第１面と前記対向面との対向方向と前記流れ方向との双方に直交する方向を幅方向とするとき、
複数の前記第２突出部が、前記幅方向において互いに間隔をあけて設けられている、
請求項３に記載の半導体用冷却器。

【請求項5】

前記第２突出部の前記流れ方向における長さが、前記第２突出部の突出高さよりも小さい、
請求項１に記載の半導体用冷却器。

【請求項6】

前記第１突出部は、前記流れ方向の下流側ほど突出高さが徐々に小さくなる徐変部を有する、
請求項１～請求項５のいずれか一項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が取り付けられる取付面と、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とを有するギアケースを備える。内部流路の内面のうちインバータ及び降圧コンバータが取り付けられる取付面の裏面には、複数のフィンが設けられている。複数のフィンにより内部流路の表面積が大きくされることで、内部流路を流通する冷媒と、インバータ及び降圧コンバータからの受熱により温度上昇するギアケースとの間での熱交換が促進される。

【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】

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、冷却性能の更なる向上が望まれている。

【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、前記流路部材の内面は、前記取付面の裏面である第１面と、前記第１面以外の第２面と、を含み、前記第１面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ている領域には、第１突出部が設けられており、前記第２面のうち前記流れ方向において前記取付面が設けられている領域には、第２突出部が設けられている。

【0006】

同構成によれば、第１突出部により第１面の表面積が大きくなることで、冷却液と基板からの受熱により温度上昇する第１面との間での熱交換が促進される。また、第１面側の冷却液よりも温度が低い第２面側の冷却液の流れが、第２突出部によって乱される。第２面側の冷却液の流れの乱れによって第１面側の冷却液と第２面側の冷却液との間の熱交換が促進されることで、第１面側の冷却液の温度上昇が抑制される。このため、第１面側の冷却液と第１面との間での熱交換が一層促進される。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、一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突出部を拡大して示す断面図である。

【図4】図４は、第１突出部を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図１～図４を参照して、半導体用冷却器の一実施形態について説明する。
＜流路部材２０＞
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】

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。
本実施形態の内部流路３０の断面は、長方形である。

【0010】

流路部材２０の内面は、取付面４０の裏面である第１面２５と、第１面２５以外の第２面２６とを有している。第２面２６は、第１面２５と対向する対向面２７と、第１面２５と対向面２７との間に位置し、互いに対向する側面２８とを有する。

【0011】

なお、以降において、内部流路３０の延在方向（図１の左右方向）を長さ方向Ｘとし、第１面２５と対向面２７との対向方向（図１及び図２の上下方向）を単に対向方向Ｚとして説明する。また、長さ方向Ｘ及び対向方向Ｚの双方に直交する方向（図２の左右方向）を幅方向Ｙとして説明する。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。

【0012】

図１及び図２に示すように、第１面２５は、長さ方向Ｘ及び幅方向Ｙの双方に沿う面である。第１面２５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２８は、長さ方向Ｘ及び対向方向Ｚの双方に沿う面である。一対の側面２８は、互いに平行であり、第１面２５及び対向面２７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及び対向方向Ｚの双方において一定である。

【0013】

図１に示すように、対向面２７は、長さ方向Ｘ及び幅方向Ｙの双方に沿う面である。対向面２７は、第１面２５と平行な面である。
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。

【0014】

＜第１突出部５０＞
図１及び図２に示すように、第１面２５のうち長さ方向Ｘにおいて取付面４０が設けられている領域２５ａには、第１突出部５０が設けられている。

【0015】

第１突出部５０は、柱状突出部５１と、半球状突出部５２とを含んでいる。
柱状突出部５１は、複数設けられていることが好ましい。複数の柱状突出部５１は、長さ方向Ｘにおいて互いに間隔をあけて設けられている（図１参照）。複数の柱状突出部５１は、幅方向Ｙにおいて互いに間隔をあけて設けられている（図２参照）。

【0016】

半球状突出部５２は、第１面２５のうち流れ方向、すなわち長さ方向Ｘにおいて半導体１１が設けられている領域２５ｂの上流側に隣接して設けられていることが好ましい。
図４に示すように、半球状突出部５２は、半球状である。半球状突出部５２の下流側の半分の部位５４は、流れ方向の下流側（図４の右側）ほど突出高さが徐々に小さくなる。

【0017】

本実施形態では、半球状突出部５２の下流側の半分の部位５４が、本発明に係る徐変部に相当する。
＜第２突出部６０＞
図１及び図２に示すように、第２面２６のうち流れ方向、すなわち長さ方向Ｘにおいて取付面４０が設けられている領域２６ａには、第２突出部６０が設けられている。本実施形態では、第２突出部６０は、柱状である。第２突出部６０は、第２面２６のうち対向面２７に設けられていることが好ましい。第２突出部６０は、複数設けられていることが好ましい。複数の第２突出部６０は、長さ方向Ｘにおいて互いに間隔をあけて設けられている（図１参照）。複数の第２突出部６０は、内部流路３０の幅方向Ｙにおいて互いに間隔をあけて設けられている（図２参照）。

【0018】

図３に示すように、第２突出部６０の長さ方向Ｘにおける長さＸ１は、第２突出部６０の突出高さＺ１よりも小さいことが好ましい。
次に、本実施形態の作用について説明する。

【0019】

図１及び図２に示すように、第１突出部５０により第１面２５の表面積が大きくなることで、冷却液と基板１２からの受熱により温度上昇する第１面２５との間での熱交換が促進される。

【0020】

また、図３に示すように、第１面２５側の冷却液よりも温度が低い第２面２６側の冷却液の流れが、第２突出部６０によって乱される。第２面２６側の冷却液の流れの乱れによって第１面２５側の冷却液と第２面２６側の冷却液との間の熱交換が促進されることで、第１面２５側の冷却液の温度上昇が抑制される。このため、第１面２５側の冷却液と第１面２５との間での熱交換が一層促進される。

【0021】

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）第１面２５のうち長さ方向Ｘにおいて取付面４０が設けられている領域２５ａには、第１突出部５０が設けられている。第２面２６のうち長さ方向Ｘにおいて取付面４０が設けられている領域２６ａには、第２突出部６０が設けられている。

【0022】

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。
（２）複数の第２突出部６０が、長さ方向Ｘにおいて互いに間隔をあけて設けられている。

【0023】

こうした構成によれば、長さ方向Ｘにおける内部流路３０の複数箇所で第２面２６側の冷却液の流れを乱すことができる。このため、長さ方向Ｘにおける複数箇所において、第１面２５側の冷却液と第１面２５との間での熱交換が促進される。したがって、冷却器１０の冷却性能をさらに高めることができる。

【0024】

（３）第２突出部６０が、第２面２６のうち第１面２５と対向する対向面２７に設けられている。
こうした構成によれば、第２面２６のうち第１面２５からの距離が最も離れており、冷却液の温度が最も低くなりやすい対向面２７側での冷却液の流れを第２突出部６０によって乱すことができる。このため、第１面２５側の冷却液と第２面２６側の冷却液との間の熱交換をさらに促進させることができる。

【0025】

（４）複数の第２突出部６０が、幅方向Ｙにおいて互いに間隔をあけて設けられている。
こうした構成によれば、幅方向Ｙにおける内部流路３０の複数箇所で第２面２６側の冷却液の流れを乱すことができる。このため、幅方向Ｙにおける複数箇所において、第１面２５側の冷却液と第１面２５との間での熱交換が促進される。したがって、冷却器１０の冷却性能をさらに高めることができる。

【0026】

（５）第２突出部６０の長さ方向Ｘにおける長さＸ１が、第２突出部６０の突出高さＺ１よりも小さい。
第２突出部６０の突出高さＺ１を第２突出部６０の長さ方向Ｘにおける長さＸ１で除した除算値Ｚ１／Ｘ１が大きくなるほど、第２突出部６０の下流側に冷却液の流れの渦が生じやすくなる。

【0027】

上記構成によれば、除算値Ｚ１／Ｘ１を大きくすることができるので、第２突出部６０によって第２面２６側の冷却液の流れを大きく乱すことができる。このため、第１面２５側の冷却液と第２面２６側の冷却液との間の熱交換をさらに促進させることができる。

【0028】

（６）半球状突出部５２は、長さ方向Ｘの下流側ほど突出高さが徐々に小さくなる下流側の半分の部位５４を有する。
こうした構成によれば、半球状突出部５２に向かって流れる冷却液は、下流側の半分の部位５４の表面に沿って第１突出部５０よりも下流側へと流れやすくなる。このため、冷却液が流れない領域Ｖ１（図３参照）が第１突出部５０の下流側に生じることを抑制できる。したがって、第１面２５側の冷却液と第１面２５との間での熱交換をさらに促進させることができる。

【0029】

（７）半球状突出部５２は、第１面２５のうち流れ方向、すなわち長さ方向Ｘにおいて半導体１１が設けられている領域２５ｂの上流側に隣接して設けられている。
こうした構成によれば、第１面２５に第１突出部５０を設けつつ、第１面２５のうち半導体１１からの受熱により温度が最も高くなり易い部分に冷却液を流し易くすることができる。このため、第１面２５側の冷却液と第１面２５との間での熱交換をより促進させることができる。

【0030】

＜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。

【0031】

・徐変部の形状は、上記実施形態において例示した半球状突出部５２の部位５４に限定されない。要するに、徐変部は、流れ方向の下流側ほど突出高さが徐々に小さくなるものであればよく、傾斜面であってもよい。

【0032】

・全ての第１突出部５０に徐変部を設けるようにしてもよい。
・第１突出部５０は、徐変部を有していないものであってもよい。
・第２突出部６０の形状は、上記実施形態において例示したものに限定されない。すなわち、第２突出部６０の流れ方向における長さが、第２突出部６０の突出高さ以上であってもよい。

【0033】

・第２突出部６０は、内部流路３０の幅方向Ｙにおいて少なくとも１つ設けられていればよい。
・本実施形態では、第２面２６のうちの対向面２７にのみ第２突出部６０を設けるようにしたが、対向面２７に代えて、或いは加えて一対の側面２８の少なくとも一方に第２突出部６０を設けるようにしてもよい。

【0034】

・第２突出部６０は、冷却液の流れ方向において少なくとも１つ設けられていればよい。
＜付記＞
上記実施形態は、以下の付記に記載する構成を含む。

【0035】

［付記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、前記流路部材の内面は、前記取付面の裏面である第１面と、前記第１面以外の第２面と、を含み、前記第１面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ている領域には、第１突出部が設けられており、前記第２面のうち前記流れ方向において前記取付面が設けられている領域には、第２突出部が設けられている、半導体用冷却器。

【0036】

［付記２］複数の前記第２突出部が、前記流れ方向において互いに間隔をあけて設けられている、［付記１］に記載の半導体用冷却器。
［付記３］前記第２突出部が、前記第２面のうち前記第１面と対向する対向面に設けられている、［付記１］または［付記２］に記載の半導体用冷却器。

【0037】

［付記４］前記第１面と前記対向面との対向方向と前記流れ方向との双方に直交する方向を幅方向とするとき、複数の前記第２突出部が、前記幅方向において互いに間隔をあけて設けられている、［付記３］に記載の半導体用冷却器。

【0038】

［付記５］前記第２突出部の前記流れ方向における長さが、前記第２突出部の突出高さよりも小さい、［付記１］～［付記４］のいずれか一つに記載の半導体用冷却器。
［付記６］前記第１突出部は、前記流れ方向の下流側ほど突出高さが徐々に小さくなる徐変部を有する、［付記１］～［付記５］のいずれか一つに記載の半導体用冷却器。

【符号の説明】

【0039】

１０…冷却器（半導体用冷却器）
１１…半導体
１２…基板
２０…流路部材
２１，２２…開口
２５…第１面
２５ａ，２５ｂ…領域
２６…第２面
２６ａ…領域
２７…対向面
２８…側面
３０…内部流路
４０…取付面
５０…第１突出部
５１…柱状突出部
５２…半球状突出部
５４…半分の部位（徐変部）
６０…第２突出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】