JP2010140964A - Radiator for semiconductor device - Google Patents

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健司 大塚
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve radiation performance of a radiator for a semiconductor device, while controlling the increase in the pressure drop. <P>SOLUTION: The radiator includes: a casing 20, provided with an ingress and egress for a coolant; an insulating substrate 24 prepared on one outer surface of the casing 20, to which an IGBT 17 (insulated gate bipolar transistor) is attached; and a corrugated fin 30, whose respective apices are joined to the inner surface of the side opposite to the one where the casing 20s insulating substrate 24 is attached, which prescribes the coolant flow passage 37, wherein as to the corrugation fin 30, the direction in which each apex extends is a straight line, that part corresponding to the part of the casing 20, to which the insulating substrate 24 is attached is divided into two or more blocks 31a to 31b and 32a to 32c, in a direction in which the coolant flows by a slit 34 set up at right angle with the direction in which the coolant flows, and the corrugated fin 30 of respective adjoining blocks is arranged so that its pitch is shifted in a right angle direction with the direction in which the coolant flows. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体素子用冷却器の構造に関する。   The present invention relates to a structure of a semiconductor device cooler.

近年、エンジンとモータジェネレータの2種類の駆動源を組み合わせて車両の駆動源とするハイブリッド車両や、モータジェネレータによって車両を駆動する電気自動車等が多く用いられるようになってきている。このような電動車両には、充放電可能な二次電池と、二次電池の直流電力をモータジェネレータ駆動用の三相交流電力に変換して出力するとともにモータジェネレータによって回生した交流電力を二次電池に充電する電力変換器であるインバータとが搭載されている。インバータは、スイッチング素子のスイッチング動作によって電力の変換を行うものであるが、スイッチング動作の際に大きな熱を発生する。また、電動車両にはインバータの他に、直流電圧を変換する昇圧コンバータやDC/DCコンバータが搭載される場合があるが、これらのコンバータにも動作時に大きな発熱をするスイッチング素子が用いられている。スイッチング素子には、パワートランジスタが用いられることが多く、例えば、絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ(IGBT)等が用いられる。   In recent years, hybrid vehicles using a combination of two types of drive sources, that is, an engine and a motor generator, as a vehicle drive source, and electric vehicles that drive a vehicle with a motor generator have been increasingly used. In such an electric vehicle, a chargeable / dischargeable secondary battery and the DC power of the secondary battery are converted into three-phase AC power for driving the motor generator and output, and the AC power regenerated by the motor generator is secondary An inverter that is a power converter for charging the battery is mounted. The inverter performs power conversion by the switching operation of the switching element, but generates large heat during the switching operation. In addition to an inverter, an electric vehicle may be equipped with a boost converter or a DC / DC converter that converts a DC voltage. These converters also use switching elements that generate a large amount of heat during operation. . As the switching element, a power transistor is often used. For example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or the like is used.

このような高発熱性の半導体素子を用いたインバータなどの電気機器では、半導体素子で発生した熱を除去して半導体素子を適正な動作温度とするために、冷却器が取り付けられている。例えば、パワーモジュール用回路基板に放熱用のコルゲートフィンを取り付けて、コルゲートフィンに波長方向に切れ目を入れて分断し、各切れ目を挟んで隣り合う各フィンのピッチをずらして配置する冷却方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   In an electric device such as an inverter using such a highly exothermic semiconductor element, a cooler is attached in order to remove heat generated in the semiconductor element and bring the semiconductor element to an appropriate operating temperature. For example, a cooling method is proposed in which a corrugated fin for heat dissipation is attached to a circuit board for a power module, the corrugated fin is cut by dividing in the wavelength direction, and the pitch between adjacent fins is shifted with each cut being sandwiched. (For example, refer to Patent Document 1).

また、プレート部材をジグザグに折り曲げた折板を両面から挟み込んで冷媒流路を構成した冷却器において、折板の側面のスリットを開け、スリット間の板を所定の角度だけ起こしてルーバー状にしたり、折板に交互に膨出部を設けたりして熱交換効率を向上させることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。   Also, in a cooler configured with a coolant channel by sandwiching folded plates with zigzag plate members sandwiched from both sides, slits on the side surfaces of the folded plates are opened, and the plates between the slits are raised by a predetermined angle to form a louver. It has been proposed to improve heat exchange efficiency by alternately providing bulging portions on the folded plate (see, for example, Patent Document 2).

特開2006−310486号公報JP 2006-310486 A 特開2002−5591号公報JP 2002-5591 A

一方、熱伝達率と流路の抵抗とは相反する関係にあり、熱伝達率を向上させて放熱性能を向上させようとすると流路抵抗が増加してしまい、ポンプの吐出圧力を上げたり配管径を大きくしたりすることが必要となり、逆に装置が大型になったりコストが高くなってしまう場合がある。   On the other hand, the heat transfer coefficient and the resistance of the flow path are in a contradictory relationship, and trying to improve the heat dissipation performance by improving the heat transfer coefficient increases the flow path resistance, increasing the pump discharge pressure or piping It is necessary to increase the diameter, and on the contrary, the apparatus may become large and cost may increase.

特許文献1に記載されたコルゲートフィンのピッチをずらして配置する方法は、冷媒流路の全長さに渡って略均等にスリットが配置されているため、半導体素子が取り付けられていない部分でも冷媒の流路が折れ曲がり、放熱量の増加の割に流体抵抗が大きくなってしまうという問題があった。   In the method of disposing the corrugated fins with the pitches described in Patent Document 1, the slits are arranged substantially evenly over the entire length of the refrigerant flow path. There is a problem that the flow path is bent, and the fluid resistance increases for an increase in the heat radiation amount.

また、特許文献2に記載された従来技術は、折板の側面に略均等にルーバーを設けたり、略均等の間隔で折板に交互に膨出部を設けたりするので放熱量の増加の割に流体抵抗の増加が大きくなってしまうという問題があった。   In addition, the prior art described in Patent Document 2 provides a louver substantially evenly on the side surface of the folded plate or alternately swells the folded plate at substantially equal intervals. However, there is a problem that the increase in fluid resistance becomes large.

そこで、本発明は、圧力損失の増加を抑えつつ放熱性能を向上させることを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to improve heat dissipation performance while suppressing an increase in pressure loss.

本発明の半導体素子用冷却器は、冷媒の入口と冷媒の出口が設けられるケーシングと、ケーシングの一方の外面に設けられ、半導体素子が取り付けられる絶縁基板と、ケーシングの絶縁基板が取り付けられる面と反対側の内面に各頂部が接合され、冷媒流路を規定するコルゲートフィンと、を含み、コルゲートフィンは各頂部の延びる方向が直線であり、絶縁基板が取り付けられているケーシングの部分に対応する部分は冷媒の流れの方向と直角方向に設けられたスリットによって冷媒の流れる方向に複数のブロックに分割され、隣接する各ブロックのコルゲートフィンは冷媒の流れる方向と直角方向にピッチをずらして配置されていること、を特徴とする。   The cooler for a semiconductor element of the present invention includes a casing provided with a refrigerant inlet and a refrigerant outlet, an insulating substrate provided on one outer surface of the casing, to which the semiconductor element is attached, and a surface to which the insulating substrate of the casing is attached. Corrugated fins each having a top joined to the inner surface on the opposite side and defining a coolant flow path, the corrugated fins extending in a straight line and corresponding to a portion of the casing to which the insulating substrate is attached The portion is divided into a plurality of blocks in the refrigerant flow direction by slits provided in a direction perpendicular to the refrigerant flow direction, and the corrugated fins of each adjacent block are arranged with a pitch shifted in a direction perpendicular to the refrigerant flow direction. It is characterized by that.

本発明の半導体素子用冷却器において、ケーシングの外面には冷媒の流れの方向に沿って複数の絶縁基板が設けられ、各絶縁基板の間に対応するケーシングの部分のコルゲートフィンは1ブロックであること、としても好適である。   In the cooler for semiconductor elements of the present invention, a plurality of insulating substrates are provided on the outer surface of the casing along the direction of the flow of the refrigerant, and the corrugated fins in the corresponding casing portion between the insulating substrates are one block. This is also preferable.

本発明の半導体素子用冷却器において、半導体素子は、ケーシングの冷媒入口側の外面と冷媒出口側の外面とに取り付けられ、コルゲートフィンは冷媒流路の上流部と下流部と上流部と下流部との間の中間部とを含み、上流部と下流部とは冷媒の流れの方向と直角方向に設けられたスリットによって冷媒の流れる方向に複数のブロックに分割され、隣接する各ブロックのコルゲートフィンは冷媒の流れる方向と直角方向にピッチをずらして配置され、中間部のコルゲートフィンは1つのブロックであること、としても好適である。   In the semiconductor element cooler of the present invention, the semiconductor element is attached to the outer surface of the casing on the refrigerant inlet side and the outer surface of the refrigerant outlet side, and the corrugated fins are upstream, downstream, upstream, and downstream of the refrigerant flow path. The upstream portion and the downstream portion are divided into a plurality of blocks in the refrigerant flow direction by slits provided in a direction perpendicular to the refrigerant flow direction, and corrugated fins of adjacent blocks. Are arranged with a pitch shifted in a direction perpendicular to the direction in which the refrigerant flows, and the corrugated fins in the middle are preferably one block.

本発明は、圧力損失の増加を抑えつつ放熱性能を向上させることができるという効果を奏する。   The present invention has an effect that heat dissipation performance can be improved while suppressing an increase in pressure loss.

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図1に示すように、本実施形態の冷却器10は、入口流路11と出口流路14とが設けられ、その内部にLLC等の冷媒が流れるケーシング20とを備えている。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the cooler 10 of this embodiment is provided with an inlet channel 11 and an outlet channel 14, and a casing 20 through which a refrigerant such as LLC flows.

図2に示すように、ケーシング20はアルミニウム製の天板21と底板22とを有している。天板21は半導体素子であるIGBT(絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ)17が取り付けられる平板21aと平板21aの周囲に設けられ、平板21aから底板22に向かって延びるスカート部21bとスカート部21bに設けられたフランジ21cとを備えている。底板22はアルミニウム製の平面板であり、天板21のフランジ21cは底板22にロウ付けによって取り付けられている。ケーシング20の内部の平板21aと底板22との間には、U字型の山部35と谷部36とが連続するよう成形されたコルゲートフィン30がロウ付け38によって取り付けられている。山部35と谷部36との間は冷媒が流れる流路37となる。コルゲートフィン30は板厚0.3mmのアルミニウムの板を高さ約5mmでフィン間の隙間が0.9mmとなるように成形したものである。コルゲートフィン30は、山部35と谷部36とが直線状に延びるストレートフィンである。   As shown in FIG. 2, the casing 20 includes an aluminum top plate 21 and a bottom plate 22. The top plate 21 is provided around a flat plate 21a and a flat plate 21a to which an IGBT (insulated gate bipolar transistor) 17 as a semiconductor element is attached, and is provided on a skirt portion 21b and a skirt portion 21b extending from the flat plate 21a toward the bottom plate 22. And a flange 21c. The bottom plate 22 is a flat plate made of aluminum, and the flange 21c of the top plate 21 is attached to the bottom plate 22 by brazing. Between the flat plate 21 a and the bottom plate 22 inside the casing 20, a corrugated fin 30 is attached by brazing 38 so that a U-shaped peak 35 and valley 36 are continuous. Between the peak part 35 and the valley part 36 is a flow path 37 through which the refrigerant flows. The corrugated fin 30 is formed by forming an aluminum plate having a thickness of 0.3 mm so that the height between the fins is about 5 mm and the gap between the fins is 0.9 mm. The corrugated fin 30 is a straight fin in which the crest 35 and the trough 36 extend linearly.

図2に示すように、平板21aの外表面には、多孔アルミニウム板の緩衝材23が取り付けられ、緩衝材23の上には絶縁基板24が取り付けられている。絶縁基板24は、セラミック製で両面にアルミニウムの薄板がクラッドによって取り付けられている。絶縁基板24のアルミニウムクラッド25の一方は緩衝材23にロウ付けされ、他方の表面にはIGBT17とダイオード18が取り付けられている。緩衝材23は、アルミニウム製の平板21aとセラミック製の絶縁基板24との熱膨張差を低減するものである。   As shown in FIG. 2, a buffer material 23 made of a porous aluminum plate is attached to the outer surface of the flat plate 21 a, and an insulating substrate 24 is attached on the buffer material 23. The insulating substrate 24 is made of ceramic, and a thin aluminum plate is attached to both surfaces by clad. One of the aluminum clads 25 of the insulating substrate 24 is brazed to the buffer material 23, and the IGBT 17 and the diode 18 are attached to the other surface. The buffer material 23 reduces the difference in thermal expansion between the aluminum flat plate 21a and the ceramic insulating substrate 24.

図3に示すように、ケーシング20のコルゲートフィン30の延びる方向の端面13,16は開放端となっており、入口流路11と出口流路14とが接続されている。図1に示す冷媒入口12から入口流路11に流入した冷媒はケーシング20の端面13からケーシング20の内部のコルゲートフィン30によって規定された流路37に入り、端面16から出口流路14に流出し図1に示す冷媒出口15から外部に流出する。   As shown in FIG. 3, end surfaces 13 and 16 of the casing 20 in the extending direction of the corrugated fins 30 are open ends, and the inlet channel 11 and the outlet channel 14 are connected. The refrigerant flowing into the inlet channel 11 from the refrigerant inlet 12 shown in FIG. 1 enters the channel 37 defined by the corrugated fins 30 inside the casing 20 from the end surface 13 of the casing 20 and flows out from the end surface 16 to the outlet channel 14. However, it flows out from the refrigerant outlet 15 shown in FIG.

図3に示すように、コルゲートフィン30は上流部31と下流部32と上流部31と下流部32との間の中間部33とを備えている。上流部31と下流部32との長さは全体の流路長さの約1/4程度である。上流部31と下流部32は更に冷媒の流れる方向と直角方向に延びるスリット34によって3つのブロック31a〜31c、32a〜32cに分割されている。各スリットの幅は略1.0mmである。これは、スリット34の幅が0.9mm以上あると冷媒中の異物によるスリット34に目詰まりが発生するのを防止できるためである。また、スリット34の幅は1.5mm以上となると冷却性能が大きく低下してくるので、その幅は0.9mmに近い寸法に余裕を取った1.0mmとしている。   As shown in FIG. 3, the corrugated fin 30 includes an upstream portion 31, a downstream portion 32, and an intermediate portion 33 between the upstream portion 31 and the downstream portion 32. The length of the upstream part 31 and the downstream part 32 is about 1/4 of the whole flow path length. The upstream portion 31 and the downstream portion 32 are further divided into three blocks 31a to 31c and 32a to 32c by a slit 34 extending in a direction perpendicular to the direction in which the refrigerant flows. The width of each slit is approximately 1.0 mm. This is because when the width of the slit 34 is 0.9 mm or more, clogging of the slit 34 due to foreign matter in the refrigerant can be prevented. In addition, when the width of the slit 34 is 1.5 mm or more, the cooling performance is greatly deteriorated. Therefore, the width is set to 1.0 mm with a margin close to 0.9 mm.

図4及び図2に示すように、コルゲートフィン30の上流部31の隣接するブロック31aとブロック31bは各ブロックの山部35と谷部36とが冷媒の流れる方向と直角方向にずれる様に配置されている。本実施形態では、ブロック31aの山部35がブロック31bの谷部36となるように、山部35あるいは谷部36のピッチの半ピッチ分だけずらして配置してある。上流部31のブロック31bとブロック31cとの間もブロック31aとブロック31bとの間と同様の配置となっている。このため、ブロック31aとブロック31cの各コルゲートフィン30の山部35と谷部36の各ピッチはずれることなく揃っている。下流部32の各ブロック32a〜32cは上流部31のブロック31a〜31cと同様の配置となっている。また、上流部31の下流側にあるブロック31cと下流部32の上流側にあるブロック32cとの各コルゲートフィン30の山部35と谷部36の各ピッチはずれることなく揃っている。   As shown in FIGS. 4 and 2, adjacent blocks 31a and 31b of the upstream portion 31 of the corrugated fin 30 are arranged such that the crests 35 and the troughs 36 of each block are shifted in a direction perpendicular to the refrigerant flow direction. Has been. In the present embodiment, the ridges 35 of the block 31a are shifted by half the pitch of the ridges 35 or the valleys 36 so that the ridges 35 of the block 31b become the valleys 36. The arrangement between the block 31b and the block 31c in the upstream portion 31 is the same as that between the block 31a and the block 31b. For this reason, the pitches of the peak portions 35 and the valley portions 36 of the corrugated fins 30 of the block 31a and the block 31c are aligned without deviation. Each block 32a-32c of the downstream part 32 has the same arrangement as the blocks 31a-31c of the upstream part 31. Further, the pitches of the peak portions 35 and the valley portions 36 of the corrugated fins 30 of the block 31c downstream of the upstream portion 31 and the block 32c upstream of the downstream portion 32 are aligned without deviation.

上流部31と下流部32との間の中間部33は上流部31と下流部32との間にスリット34を介して配置され、中間部33のコルゲートフィン30の山部35と谷部36とのピッチは上流部31の下流側にあるブロック31cおよび下流部32の上流側にあるブロック32cのコルゲートフィン30の山部35と谷部36とのピッチとずれるように配置されている。本実施形態では、山部35あるいは谷部36のピッチの半ピッチ分だけずらして配置してある。図3に示すように、上流部31と下流部32に対応するケーシング20の平板21aには、IGBT17とダイオード18が取り付けられている絶縁基板24が取り付けられている。このため、上流部31と下流部32とはIGBT17等から発生する熱を冷媒に吸収させる必要があるが、図1に示すように、中間部33に対応するケーシング20の上部には交流バスバー19が設けられており、IGBT17等の発熱体が取り付けられていないので、冷媒に熱を吸収させる必要がない部分である。   The intermediate portion 33 between the upstream portion 31 and the downstream portion 32 is disposed via the slit 34 between the upstream portion 31 and the downstream portion 32, and the peak portion 35 and the valley portion 36 of the corrugated fin 30 of the intermediate portion 33 Are arranged so as to deviate from the pitch between the crests 35 and the troughs 36 of the corrugated fins 30 of the block 31c on the downstream side of the upstream part 31 and the block 32c on the upstream side of the downstream part 32. In this embodiment, the pitch is shifted by a half pitch of the pitch of the peak portion 35 or the valley portion 36. As shown in FIG. 3, an insulating substrate 24 to which the IGBT 17 and the diode 18 are attached is attached to the flat plate 21 a of the casing 20 corresponding to the upstream portion 31 and the downstream portion 32. For this reason, it is necessary for the upstream portion 31 and the downstream portion 32 to absorb the heat generated from the IGBT 17 and the like into the refrigerant. However, as shown in FIG. 1, the AC bus bar 19 is disposed above the casing 20 corresponding to the intermediate portion 33. Since a heating element such as IGBT 17 is not attached, the refrigerant does not need to absorb heat.

以上のように構成された冷却器10での冷媒の流れについて説明する。図1に示す冷媒入口12から入口流路11に入った冷媒は、ケーシング20の端面13からケーシング20の内部に流入する。図4に示すように、冷媒はまず上流部31の上流側にあるブロック31aの流路37に流入する。冷媒は流路37を流れながらコルゲートフィン30を冷却し、IGBT17およびダイオード18によって発生した熱を吸収する。ブロック31aの流路37を流れた冷媒はブロック31aから流出してスリット34に入る。ブロック31bの山部35または谷部36のピッチはブロック31aの山部35または谷部36のピッチと半ピッチ分だけずれている。またフィンの厚さは0.3mmで流路37を構成するフィンの面間寸法は0.9mmとなっているので、ブロック31aを流出した冷媒はブロック31bのコルゲートフィン30の端面に当たり、左右に分かれて流れ、ブロック31bの流路37に流れ込んでいく。このようにスリット34の部分で冷媒の流れが乱れることによって、ブロック31bの内部に乱流が発生する。そして、この乱流によってブロック31bのコルゲートフィン30と冷媒との熱交換が促進される。そして、ブロック31bを流出した冷媒はスリット34を通って左右に分かれ、コルゲートフィン30の山部35または谷部36とのピッチが半ピッチずれているブロック31cに流入し、再び乱流となってブロック31cの中を流れ、IGBT17或いはダイオード18の熱を吸収していく。そして、ブロック31cから流出した冷媒は再びスリット34に入って左右に別れ中間部33の流路37に流入していく。   The flow of the refrigerant in the cooler 10 configured as described above will be described. The refrigerant that has entered the inlet channel 11 from the refrigerant inlet 12 shown in FIG. 1 flows into the casing 20 from the end face 13 of the casing 20. As shown in FIG. 4, the refrigerant first flows into the flow path 37 of the block 31 a on the upstream side of the upstream portion 31. The refrigerant cools the corrugated fins 30 while flowing through the flow path 37 and absorbs heat generated by the IGBT 17 and the diode 18. The refrigerant that has flowed through the flow path 37 of the block 31 a flows out of the block 31 a and enters the slit 34. The pitch of the crests 35 or troughs 36 of the block 31b is shifted by a half pitch from the pitch of the crests 35 or troughs 36 of the block 31a. Further, since the fin thickness is 0.3 mm and the inter-surface dimension of the fins constituting the flow path 37 is 0.9 mm, the refrigerant flowing out of the block 31a hits the end face of the corrugated fin 30 of the block 31b, and left and right It flows separately and flows into the flow path 37 of the block 31b. In this way, the flow of the refrigerant is disturbed at the slit 34, whereby a turbulent flow is generated inside the block 31b. The turbulent flow promotes heat exchange between the corrugated fins 30 of the block 31b and the refrigerant. Then, the refrigerant that has flowed out of the block 31b is divided into left and right through the slit 34, and flows into the block 31c whose pitch with the peak 35 or valley 36 of the corrugated fin 30 is shifted by a half pitch, and becomes turbulent again. It flows through the block 31 c and absorbs the heat of the IGBT 17 or the diode 18. Then, the refrigerant that has flowed out of the block 31 c enters the slit 34 again, divides left and right, and flows into the flow path 37 of the intermediate portion 33.

中間部33は1つのブロックであり、その流路はストレートとなっている。このため、冷媒は次第に乱れが無くなり層流となって中間部33を流れていく。中間部33はその上面にIGBT17等の発熱体が取り付けられておらず熱を吸収する必要がない。このため流れを乱して伝熱特性を向上させるよりも流れを安定させて流路抵抗を低減するほうが効果的である。この中間部33は流体が層流として流れていくため、熱吸収は低いが流体の抵抗も少なくなる。   The intermediate part 33 is one block, and the flow path is straight. For this reason, the refrigerant gradually disappears and becomes a laminar flow and flows through the intermediate portion 33. The intermediate portion 33 does not need to absorb heat because a heating element such as the IGBT 17 is not attached to the upper surface of the intermediate portion 33. For this reason, it is more effective to stabilize the flow and reduce the channel resistance than to disturb the flow and improve the heat transfer characteristics. Since the fluid flows as a laminar flow in the intermediate portion 33, the heat absorption is low, but the resistance of the fluid is also reduced.

そして、中間部33を流出した冷媒は再びスリット34に入って左右に別れ乱流となって下流部32の上流側のブロック32cに入っていく。そして、上流部31の各ブロック31aから31cを流れたのと同様、スリット34に入るたびに冷媒は左右に分かれて乱流となり、各ブロック32c〜32aを流れ、図1に示すケーシング20の端面16から出口流路14に流出する。出口流路14に流出した冷媒は図1に示す冷媒出口15から外部に流出する。   Then, the refrigerant that has flowed out of the intermediate portion 33 enters the slit 34 again, diverges left and right, and enters a block 32c on the upstream side of the downstream portion 32. And as it flowed through each block 31a-31c of the upstream part 31, every time it enters the slit 34, a refrigerant | coolant is divided into right and left, and becomes a turbulent flow, flows through each block 32c-32a, and the end surface of the casing 20 shown in FIG. 16 flows into the outlet channel 14. The refrigerant that has flowed into the outlet channel 14 flows out from the refrigerant outlet 15 shown in FIG.

以上説明した本実施形態では、IGBT17等の発熱体が取り付けられる絶縁基板24の設けられている部分のケーシング20に対応するコルゲートフィン30の上流部31と下流部32とは複数のブロック31a〜31c,32a〜32cに分割され、隣接するブロックのフィンの山部35或いは谷部36のピッチをずらして配置されているので、放熱性能が向上し、絶縁基板24の設けられていない部分のケーシング20に対応するコルゲートフィン30の中間部33は1ブロックとしてストレートな流路37を形成して流路抵抗を低減するようにしている。このため、本実施形態は圧力損失の増加を抑えつつ放熱性能を向上させることができるという効果を奏する。   In the present embodiment described above, the upstream portion 31 and the downstream portion 32 of the corrugated fin 30 corresponding to the casing 20 of the portion provided with the insulating substrate 24 to which the heating element such as the IGBT 17 is attached include a plurality of blocks 31a to 31c. , 32a to 32c, and the pitches of the crests 35 or troughs 36 of the fins of adjacent blocks are shifted, so that the heat dissipation performance is improved and the casing 20 in the portion where the insulating substrate 24 is not provided. The intermediate part 33 of the corrugated fin 30 corresponding to the above forms a straight flow path 37 as one block so as to reduce the flow resistance. For this reason, this embodiment has an effect that heat dissipation performance can be improved while suppressing an increase in pressure loss.

また、本実施形態では、IGBT17とダイオード18の取り付けられているセラミックス製の絶縁基板24のある部分に対応する部分にスリット34が設けられている。IGBT17やダイオード18が発熱すると絶縁基板24とケーシング20の平板21aの温度が上昇する。この場合、セラミックス製の絶縁基板24の熱膨張量はアルミニウム製のケーシング20の平板21aよりも少なく、絶縁基板24と平板21aとの間に熱膨張差が生じ、平板21aは上下方向に曲げ変形をしようとする。スリット34は平板21aと底板22とにロウ付けで固定されているコルゲートフィン30が平板21aの補強部材として働いて曲げ変形に抵抗することを抑制するので、絶縁基板24と平板21aとの熱膨張差は平板21aの曲げ変形によって吸収されてしまい、セラミックス製の絶縁基板24が破損することを防止することができるという効果を奏する。   In the present embodiment, the slit 34 is provided in a portion corresponding to a portion of the ceramic insulating substrate 24 to which the IGBT 17 and the diode 18 are attached. When the IGBT 17 and the diode 18 generate heat, the temperatures of the insulating substrate 24 and the flat plate 21a of the casing 20 rise. In this case, the amount of thermal expansion of the ceramic insulating substrate 24 is smaller than that of the flat plate 21a of the aluminum casing 20, and a difference in thermal expansion occurs between the insulating substrate 24 and the flat plate 21a, and the flat plate 21a is bent and deformed in the vertical direction. To try. The slit 34 prevents the corrugated fins 30 fixed to the flat plate 21a and the bottom plate 22 by brazing from acting as a reinforcing member of the flat plate 21a and resisting bending deformation, so that the thermal expansion between the insulating substrate 24 and the flat plate 21a. The difference is absorbed by the bending deformation of the flat plate 21a, and the ceramic insulating substrate 24 can be prevented from being damaged.

本発明の実施形態における半導体素子用冷却器の平面図である。It is a top view of the cooler for semiconductor elements in the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態における半導体素子冷却器の流路と直角方向の断面図である。It is sectional drawing of the orthogonal | vertical direction with the flow path of the semiconductor element cooler in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における半導体素子冷却器の流路方向の断面図である。It is sectional drawing of the flow-path direction of the semiconductor element cooler in embodiment of this invention. 本発明の実施形態における半導体素子冷却器のコルゲートフィンを示す平面図である。It is a top view which shows the corrugated fin of the semiconductor element cooler in embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 冷却器、11 入口流路、12 冷媒入口、13,16 端面、14 出口流路、15 冷媒出口、17 IGBT、18 ダイオード、19 交流バスバー、20 ケーシング、21 天板、21a 平板、21b スカート部、21c フランジ、22 底板、23 緩衝材、24 絶縁基板、25 アルミニウムクラッド、30 コルゲートフィン、31 上流部、31a-31c ブロック、32 下流部、32a-32c ブロック、33 中間部、34 スリット、35 山部、36 谷部、37 流路、38 ロウ付け。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Cooler, 11 Inlet flow path, 12 Refrigerant inlet, 13,16 End surface, 14 Outlet flow path, 15 Refrigerant outlet, 17 IGBT, 18 Diode, 19 AC bus bar, 20 Casing, 21 Top plate, 21a Flat plate, 21b Skirt part , 21c flange, 22 bottom plate, 23 cushioning material, 24 insulating substrate, 25 aluminum clad, 30 corrugated fin, 31 upstream part, 31a-31c block, 32 downstream part, 32a-32c block, 33 intermediate part, 34 slit, 35 ridges Part, 36 valley part, 37 flow path, 38 brazing.

Claims (3)

冷媒の入口と冷媒の出口が設けられるケーシングと、
ケーシングの一方の外面に設けられ、半導体素子が取り付けられる絶縁基板と、
ケーシングの絶縁基板が取り付けられる面と反対側の内面に各頂部が接合され、冷媒流路を規定するコルゲートフィンと、を含み、
コルゲートフィンは各頂部の延びる方向が直線であり、
絶縁基板が取り付けられているケーシングの部分に対応する部分は冷媒の流れの方向と直角方向に設けられたスリットによって冷媒の流れる方向に複数のブロックに分割され、隣接する各ブロックのコルゲートフィンは冷媒の流れる方向と直角方向にピッチをずらして配置されていること、
を特徴とする半導体素子用冷却器。
A casing provided with a refrigerant inlet and a refrigerant outlet;
An insulating substrate provided on one outer surface of the casing and to which a semiconductor element is attached;
Corrugated fins each of which is joined to the inner surface opposite to the surface on which the insulating substrate of the casing is attached, and which defines a refrigerant flow path,
Corrugated fins are straight in the direction in which each apex extends,
A portion corresponding to the portion of the casing to which the insulating substrate is attached is divided into a plurality of blocks in a direction in which the refrigerant flows by a slit provided in a direction perpendicular to the direction of the refrigerant flow. The pitch is shifted in the direction perpendicular to the direction of flow of
A cooler for semiconductor elements.
請求項1に記載された半導体素子用冷却器であって、
ケーシングの外面には冷媒の流れの方向に沿って複数の絶縁基板が設けられ、各絶縁基板の間に対応するケーシングの部分のコルゲートフィンは1ブロックであること、
を特徴とする半導体素子用冷却器。
A cooler for a semiconductor device according to claim 1,
A plurality of insulating substrates are provided on the outer surface of the casing along the direction of the refrigerant flow, and the corrugated fins of the corresponding casing portion between the insulating substrates are one block,
A cooler for semiconductor elements.
請求項2記載の半導体素子用冷却器であって、
半導体素子は、ケーシングの冷媒入口側の外面と冷媒出口側の外面とに取り付けられ、
コルゲートフィンは冷媒流路の上流部と下流部と上流部と下流部との間の中間部とを含み、上流部と下流部とは冷媒の流れの方向と直角方向に設けられたスリットによって冷媒の流れる方向に複数のブロックに分割され、隣接する各ブロックのコルゲートフィンは冷媒の流れる方向と直角方向にピッチをずらして配置され、中間部のコルゲートフィンは1つのブロックであること、
を特徴とする半導体素子用冷却器。
A cooler for a semiconductor device according to claim 2,
The semiconductor element is attached to the outer surface on the refrigerant inlet side and the outer surface on the refrigerant outlet side of the casing,
The corrugated fin includes an upstream portion and a downstream portion of the refrigerant flow path, and an intermediate portion between the upstream portion and the downstream portion, and the upstream portion and the downstream portion are formed by a slit provided in a direction perpendicular to the direction of the refrigerant flow. The corrugated fins of each adjacent block are arranged with a pitch shifted in the direction perpendicular to the direction of refrigerant flow, and the corrugated fin in the middle part is one block,
A cooler for semiconductor elements.
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