JP2014154753A - Semiconductor cooling device - Google Patents

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JP2014154753A JP2013024475A JP2013024475A JP2014154753A JP 2014154753 A JP2014154753 A JP 2014154753A JP 2013024475 A JP2013024475 A JP 2013024475A JP 2013024475 A JP2013024475 A JP 2013024475A JP 2014154753 A JP2014154753 A JP 2014154753A
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Hiromasa Sugawara
宏将 菅原
Masa Sawaguchi
雅 沢口
Hidetaka Kobayashi
英貴 小林
Toshikazu Yoshihara
俊和 吉原
Yuichi Hamasaki
雄一 濱▲崎▼
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Marelli Corp
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Calsonic Kansei Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate mainly the problem due to friction stir welding, or the problem when providing a coolant outlet.SOLUTION: A cooling device body 28 has a body container 41, and an upper lid 42 that can be closed and fixed to the upper surface of the body container 41 by friction stir welding. A coolant outlet 23b is formed in the partial upper surface 414 on the other side of the upper surface of the body container 41. In the lower surface 412 of the body container 41, a jig insertion opening 416 into which a receiving jig 45, for receiving the pushing force from below when friction stir welding the upper lid 42, is provided. At the lower edge of the jig insertion opening 416, a lower lid 46 that can be closed and fixed by friction stir welding is provided while having a coolant circulation part 47. A lower lid fixing edge 417 has a strength section 418 that can withstand the pressing force when performing friction stir welding.

Description

この発明は、半導体冷却装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor cooling device.

近年、様々な分野において各種の電子機器が用いられている。このような電子機器には、パワートランジスタなどの発熱型半導体を使用したものが存在している。このような発熱型半導体は熱暴走によって誤作動を起こすおそれがあるため、熱暴走しないように冷却する必要がある。そして、このような発熱型半導体に対する冷却方式には空冷式や水冷式があるが、発熱型半導体の高性能化、高出力化による発熱量の増大に伴って、空冷式よりも冷却効果の高い水冷式を採用する機会が増加している(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, various electronic devices are used in various fields. Some of such electronic devices use heat-generating semiconductors such as power transistors. Such exothermic semiconductors may malfunction due to thermal runaway, and therefore must be cooled to prevent thermal runaway. And there are air cooling type and water cooling type cooling methods for such exothermic semiconductors, but with higher performance and higher output of exothermic semiconductors, the cooling effect is higher than air cooling type. Opportunities to adopt the water-cooling method are increasing (see, for example, Patent Document 1).

図7は、現在開発中の半導体冷却構造1を示すものである。   FIG. 7 shows a semiconductor cooling structure 1 currently under development.

この半導体冷却構造1は、少なくとも1個の発熱型半導体が収容されたパワーモジュール2と、このパワーモジュール2の下面側に当接配置された下部半導体冷却装置3と、上記パワーモジュール2の上面に当接配置された上部半導体冷却装置4と、この上部半導体冷却装置4の上部に当接配置された荷重受板5と、この荷重受板5の上面側に設けられて荷重受板5を介し上部半導体冷却装置4をパワーモジュール2の上面へ圧接可能な弾性部材6とを備えている。   The semiconductor cooling structure 1 includes a power module 2 containing at least one heat generating semiconductor, a lower semiconductor cooling device 3 disposed in contact with the lower surface side of the power module 2, and an upper surface of the power module 2. The upper semiconductor cooling device 4 disposed in contact, the load receiving plate 5 disposed in contact with the upper portion of the upper semiconductor cooling device 4, and provided on the upper surface side of the load receiving plate 5 via the load receiving plate 5. An elastic member 6 capable of pressing the upper semiconductor cooling device 4 to the upper surface of the power module 2 is provided.

そして、少なくとも上記下部半導体冷却装置3は、内部に冷却液通路7となる中空部を有する冷却装置本体8を備えている。この冷却装置本体8の一端側に冷却液通路7と連通する冷却液入口が設けられ、冷却装置本体8の他端側に冷却液通路7と連通する冷却液出口が設けられている。冷却装置本体8の上面にパはワーモジュール2を当接配置可能な当接面8aが設けられている。この当接面8aの裏面側には冷却液通路7内へ延びる放熱フィン9が設けられている。   At least the lower semiconductor cooling device 3 includes a cooling device main body 8 having a hollow portion serving as a coolant passage 7 therein. A coolant inlet that communicates with the coolant passage 7 is provided on one end side of the cooling device body 8, and a coolant outlet that communicates with the coolant passage 7 is provided on the other end side of the cooling device body 8. The upper surface of the cooling device main body 8 is provided with a contact surface 8a on which the war module 2 can be disposed in contact. Radiation fins 9 extending into the coolant passage 7 are provided on the back side of the contact surface 8a.

なお、上部半導体冷却装置4も、下部半導体冷却装置3とほぼ同様の液冷式のものとされている。   The upper semiconductor cooling device 4 is also of a liquid cooling type substantially the same as the lower semiconductor cooling device 3.

そして、下部半導体冷却装置3と上部半導体冷却装置4とを連続させて、下部半導体冷却装置3から出た冷却液を上部半導体冷却装置4へと流入させるようにしている。   Then, the lower semiconductor cooling device 3 and the upper semiconductor cooling device 4 are made continuous so that the coolant discharged from the lower semiconductor cooling device 3 flows into the upper semiconductor cooling device 4.

このような構成によれば、パワーモジュール2の下面側に当接配置された下部半導体冷却装置3と、上記パワーモジュール2の上面に当接配置された上部半導体冷却装置4とによってパワーモジュール2の両面を効率良く冷却することができる。   According to such a configuration, the lower semiconductor cooling device 3 disposed in contact with the lower surface side of the power module 2 and the upper semiconductor cooling device 4 disposed in contact with the upper surface of the power module 2 Both sides can be efficiently cooled.

また、弾性部材6と荷重受板5とを用いて、上部半導体冷却装置4をパワーモジュール2の上面へ圧接(或いは密着)させることにより、パワーモジュール2やパワーモジュール2内部の発熱型半導体の寸法バラ付きの影響を吸収して、パワーモジュール2の熱を効率良く上部半導体冷却装置4へ伝えることができる。   Further, by using the elastic member 6 and the load receiving plate 5 to press the upper semiconductor cooling device 4 against (or in close contact with) the upper surface of the power module 2, the dimensions of the power module 2 and the heat generating semiconductor inside the power module 2 are measured. By absorbing the effect of variation, the heat of the power module 2 can be efficiently transmitted to the upper semiconductor cooling device 4.

そして、下部半導体冷却装置3では、冷却液を、冷却装置本体8の一端側に設けた冷却液入口から、冷却装置本体8の内部の冷却液通路7へ供給し、冷却液通路7を通して、冷却装置本体8の他端側に設けた冷却液出口から外部(この場合には、上部半導体冷却装置4)へ排出させようにする。すると、パワーモジュール2の熱は、冷却液通路7内に配置された放熱フィン9から冷却液へと伝えられ、冷却液と共に外部へ逃がされる。これにより、パワーモジュール2を冷却液によって効率的に冷却することができる。   In the lower semiconductor cooling device 3, the cooling liquid is supplied from the cooling liquid inlet provided on one end side of the cooling device main body 8 to the cooling liquid passage 7 inside the cooling device main body 8, and is cooled through the cooling liquid passage 7. The cooling liquid outlet provided on the other end side of the apparatus main body 8 is discharged to the outside (in this case, the upper semiconductor cooling apparatus 4). Then, the heat of the power module 2 is transmitted to the cooling liquid from the radiating fins 9 disposed in the cooling liquid passage 7, and is released to the outside together with the cooling liquid. Thereby, the power module 2 can be efficiently cooled by the coolant.

特開2009−182311号JP2009-18211A

しかしながら、上記した半導体冷却構造1には、以下のような問題があった。   However, the semiconductor cooling structure 1 described above has the following problems.

即ち、上記したように下部半導体冷却装置3と上部半導体冷却装置4とを連続したものにする場合、下部半導体冷却装置3の冷却液出口と、上部半導体冷却装置4の冷却液入口とを、向い合わせに形成するのが構造上最も簡単になるので都合が良い。そのために、下部半導体冷却装置3については、冷却液出口を、下部半導体冷却装置3の他端側の上面に設けるようにするのが最も望ましい。   That is, when the lower semiconductor cooling device 3 and the upper semiconductor cooling device 4 are made continuous as described above, the coolant outlet of the lower semiconductor cooling device 3 and the coolant inlet of the upper semiconductor cooling device 4 face each other. Forming them together is convenient because it is the simplest in structure. Therefore, it is most desirable for the lower semiconductor cooling device 3 to provide a coolant outlet on the upper surface on the other end side of the lower semiconductor cooling device 3.

一方、下部半導体冷却装置3は、冷却液通路7の内部に放熱フィン9を配置するために、構造上、冷却液通路7の下部を構成する本体容器部8bと、冷却液通路7の上部を構成する上蓋部8cとに分けて、上蓋部8cの下面に放熱フィン9を設けるなどする必要がある。また、下部半導体冷却装置3は、冷却液の漏れを防ぐために、それ自体に高い密閉性を持たせる必要がある。そのため、上記した本体容器部8bに対して上蓋部8cを摩擦撹拌接合によって閉止固定することが検討されている。   On the other hand, the lower semiconductor cooling device 3 has a structure in which the main body container portion 8b constituting the lower portion of the coolant passage 7 and the upper portion of the coolant passage 7 are structurally arranged in order to dispose the radiation fins 9 inside the coolant passage 7. It is necessary to provide heat radiating fins 9 on the lower surface of the upper lid portion 8c separately from the upper lid portion 8c to be configured. Further, the lower semiconductor cooling device 3 needs to have a high hermeticity in order to prevent leakage of the coolant. Therefore, it has been studied to close and fix the upper lid 8c by friction stir welding to the main body container 8b.

しかし、摩擦撹拌接合の際には、冷却装置本体8に強い押圧力が作用されるので、本体容器部8bと上蓋部8cとの接合部周辺は、この強い押圧力に耐えられる構造にしなければならない。   However, a strong pressing force is applied to the cooling device main body 8 during the friction stir welding, so the periphery of the joint between the main body container portion 8b and the upper lid portion 8c must be structured to withstand this strong pressing force. Don't be.

また、上記した冷却液出口の、下部半導体冷却装置3の他端側上面に対する設け方について言うと、冷却液出口を冷却装置本体8の上蓋部8cに対して予め開口形成しておくようにした場合、摩擦撹拌接合を行う時に冷却液出口を栓で塞いでおき、摩擦撹拌接合の後でこの栓を取外すなどの操作が必要になるので、栓の取扱いが煩わしいという問題がある。また、冷却液出口から十分に離して摩擦撹拌接合を行わなければならないため、上蓋部8cが必要以上に大きくなってしまうという問題がある。   Further, regarding the way of providing the cooling liquid outlet with respect to the upper surface on the other end side of the lower semiconductor cooling device 3, the cooling liquid outlet is previously formed in the upper cover portion 8 c of the cooling device body 8. In this case, it is necessary to perform an operation such as closing the coolant outlet with a stopper when performing friction stir welding and removing the stopper after the friction stir welding. Moreover, since friction stir welding must be performed sufficiently away from the coolant outlet, there is a problem that the upper lid portion 8c becomes larger than necessary.

これに対し、摩擦撹拌接合の後で冷却液出口を上蓋部8cに開口形成することも考えられるが、このようにする場合、冷却液出口を加工する際の切削屑が冷却装置本体8の内部に入り込んで除去することが不可能になるので、この手段は採用できないものとして断念されている。   On the other hand, it is conceivable that the coolant outlet is formed in the upper lid portion 8c after the friction stir welding, but in this case, the cutting waste when the coolant outlet is machined is inside the cooling device main body 8. This method is abandoned as it cannot be adopted because it becomes impossible to get in and remove.

よって、摩擦撹拌接合による問題を解消しつつ、冷却液出口を下部半導体冷却装置3の他端側の上面に設けられるようにすることが望まれている。   Therefore, it is desired that the cooling liquid outlet be provided on the upper surface of the other end side of the lower semiconductor cooling device 3 while solving the problem caused by the friction stir welding.

上記課題を解決するために、本発明は、内部に冷却液通路となる中空部を有する冷却装置本体を備え、該冷却装置本体の一端側に前記冷却液通路と連通する冷却液入口が設けられ、前記冷却装置本体の他端側に前記冷却液通路と連通する冷却液出口が設けられ、前記冷却装置本体の上面に半導体を当接配置可能な当接面が設けられ、該当接面の裏面側に前記冷却液通路内へ延びる放熱フィンが設けられた半導体冷却装置であって、
前記冷却装置本体が、少なくとも、前記冷却液通路の下部を構成する凹状部を有する本体容器部と、上面に前記当接面を有し、下面に前記放熱フィンを有して、前記本体容器部上面における前記凹状部上縁に設けられた上蓋取付部に対し、摩擦撹拌接合によって閉止固定可能な上蓋部とを有し、
更に、前記冷却液出口が、前記本体容器部上面における、前記上蓋取付部の他端側縁部よりも他端側の位置に部分的に設けられた部分上面部に形成され、
前記本体容器部の下面部における前記上蓋取付部の他端側縁部および前記冷却液出口の下方に、前記上蓋部を摩擦撹拌接合する際に、前記上蓋取付部の他端側縁部に作用する押圧力を下方から受けるための受治具を挿入可能な治具挿入用開口部が設けられ、
該治具挿入用開口部の下縁に設けられた下蓋取付用縁部に対し、摩擦撹拌接合によって閉止固定可能な下蓋部が、前記部分上面部との間に冷却液流通部を有して設けられ、
前記下蓋取付用縁部が、前記下蓋部を摩擦撹拌接合する際に作用される押圧力に耐え得る耐力部を有することを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the present invention includes a cooling device body having a hollow portion serving as a cooling fluid passage inside, and a cooling fluid inlet communicating with the cooling fluid passage is provided on one end side of the cooling device body. A cooling liquid outlet that communicates with the cooling liquid passage is provided on the other end side of the cooling device main body, and an abutting surface capable of abutting and arranging a semiconductor is provided on the upper surface of the cooling device main body, A semiconductor cooling device provided on the side with heat dissipating fins extending into the coolant passage,
The cooling device main body has at least a main body container portion having a concave portion constituting a lower portion of the coolant passage, the upper surface has the contact surface, and the lower surface has the radiation fin, and the main body container portion. An upper lid portion that can be closed and fixed by friction stir welding to the upper lid mounting portion provided on the upper edge of the concave portion on the upper surface;
Furthermore, the cooling liquid outlet is formed on a partial upper surface portion that is partially provided at a position on the other end side with respect to the other end side edge portion of the upper lid mounting portion on the upper surface of the main body container portion,
When the upper lid portion is friction-stir welded to the other end side edge portion of the upper lid attaching portion on the lower surface portion of the main body container portion and below the coolant outlet, it acts on the other end side edge portion of the upper lid attaching portion. An opening for inserting a jig into which a receiving jig for receiving a pressing force from below can be inserted is provided,
The lower lid portion that can be closed and fixed by friction stir welding to the lower lid mounting edge provided at the lower edge of the jig insertion opening has a coolant circulation portion between the partial upper surface portion. Provided,
The lower lid attaching edge portion has a strength portion capable of withstanding a pressing force applied when the lower lid portion is friction stir welded.

本発明によれば、上記構成によって、上記したような摩擦撹拌接合の問題や、冷却液出口を下部半導体冷却装置の他端側の上面に設ける際の問題を解消することができる。   According to the present invention, the above-described configuration can solve the above-described problem of friction stir welding and the problem of providing the coolant outlet on the upper surface on the other end side of the lower semiconductor cooling device.

本発明の実施例にかかる半導体冷却構造の斜視図である。It is a perspective view of the semiconductor cooling structure concerning the Example of this invention. 図1の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. 1. 図1の横断面図である。It is a cross-sectional view of FIG. 図1の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 図4の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 摩擦撹拌接合の様子を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the mode of friction stir welding. 現在開発中の半導体冷却構造を示す横断面図である。It is a cross-sectional view showing a semiconductor cooling structure currently under development.

以下、本発明を具体化した実施例を、図面を用いて詳細に説明する。   DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments embodying the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

<構成>以下、構成について説明する。
図1〜図6は、この実施例を示すものである。
<Configuration> The configuration will be described below.
1 to 6 show this embodiment.

図1の斜視図または図2の分解斜視図に示すように、この半導体冷却構造21は、少なくとも1個の発熱型半導体22aが収容されたパワーモジュール22(被冷却体)と、このパワーモジュール22の下面側に当接配置された下部半導体冷却装置23と、上記パワーモジュール22の上面に当接配置された上部半導体冷却装置24と、この上部半導体冷却装置24の上部に当接配置された荷重受板25と、この荷重受板25の上面側に設けられて荷重受板25を介し上部半導体冷却装置24をパワーモジュール22の上面へ圧接可能な弾性部材26と、を備えている。   As shown in the perspective view of FIG. 1 or the exploded perspective view of FIG. 2, the semiconductor cooling structure 21 includes a power module 22 (cooled body) in which at least one heat generating semiconductor 22 a is accommodated, and the power module 22. The lower semiconductor cooling device 23 disposed in contact with the lower surface of the power module 22, the upper semiconductor cooling device 24 disposed in contact with the upper surface of the power module 22, and the load disposed in contact with the upper portion of the upper semiconductor cooling device 24 A receiving plate 25 and an elastic member 26 provided on the upper surface side of the load receiving plate 25 and capable of pressing the upper semiconductor cooling device 24 to the upper surface of the power module 22 via the load receiving plate 25 are provided.

そして、少なくとも上記下部半導体冷却装置23は、図3の横断面図に示すように、内部に冷却液通路27となる中空部を有する冷却装置本体28を備えている。この冷却装置本体28の一端側に冷却液通路27と連通する冷却液入口23a(図1または図2参照)が設けられ、冷却装置本体28の他端側に冷却液通路27と連通する冷却液出口23bが設けられている。冷却装置本体28の上面にパワーモジュール22を当接配置可能な当接面28aが設けられている。当接面28aの裏面側には冷却液通路27内へ延びる放熱フィン29が設けられている。   At least the lower semiconductor cooling device 23 includes a cooling device main body 28 having a hollow portion serving as a coolant passage 27 therein, as shown in the cross-sectional view of FIG. A cooling liquid inlet 23a (see FIG. 1 or 2) communicating with the cooling liquid passage 27 is provided on one end side of the cooling apparatus main body 28, and a cooling liquid communicating with the cooling liquid passage 27 on the other end side of the cooling apparatus main body 28. An outlet 23b is provided. A contact surface 28 a on which the power module 22 can be placed in contact is provided on the upper surface of the cooling device main body 28. Radiating fins 29 extending into the coolant passage 27 are provided on the back side of the contact surface 28a.

なお、上部半導体冷却装置24も、下部半導体冷却装置23とほぼ同様の液冷式のものとされている。   The upper semiconductor cooling device 24 is also of a liquid cooling type that is substantially the same as the lower semiconductor cooling device 23.

この実施例の場合、上記したパワーモジュール22は、パワートランジスタなどの発熱型半導体22aを3個内蔵する平面視長方形状の板状体とされている。なお、発熱型半導体22aの設置数は、3個に限るものではない。   In the case of this embodiment, the above-described power module 22 is a plate-like body having a rectangular shape in plan view and including three heat generating semiconductors 22a such as power transistors. Note that the number of the exothermic semiconductors 22a is not limited to three.

そして、下部半導体冷却装置23と上部半導体冷却装置24とは、パワーモジュール22の全面を覆い隠し得るようにするために、パワーモジュール22よりも一回り程度以上大きい平面視長方形状のものとされている。   The lower semiconductor cooling device 23 and the upper semiconductor cooling device 24 have a rectangular shape in plan view that is one or more times larger than the power module 22 so that the entire surface of the power module 22 can be covered and hidden. Yes.

下部半導体冷却装置23と上部半導体冷却装置24とは、ボルトなどの締結具31を用いて直接締結固定されている。締結具31は、下部半導体冷却装置23と上部半導体冷却装置24との4箇所のコーナー部に取付けられている。締結具31の取付位置はこれに限るものではない。   The lower semiconductor cooling device 23 and the upper semiconductor cooling device 24 are directly fastened and fixed using a fastener 31 such as a bolt. The fasteners 31 are attached to four corner portions of the lower semiconductor cooling device 23 and the upper semiconductor cooling device 24. The attachment position of the fastener 31 is not restricted to this.

そして、下部半導体冷却装置23の一端側に設けた冷却液入口23aから供給された冷却液Lは、下部半導体冷却装置23の内部を長手方向の一端側から他端側へと流れて、下部半導体冷却装置23の他端側に設けた冷却液出口23bを出ると共に、上部半導体冷却装置24の他端側に設けた冷却液入口24aから上部半導体冷却装置24の内部へ入り、上部半導体冷却装置24の内部を他端側から一端側へと流れて、上部半導体冷却装置24の一端側に設けた冷却液出口24bから排出されるように構成されている。
即ち、下部半導体冷却装置23と上部半導体冷却装置24とは、連続した一つの冷却液Lの流れが形成されるように接続されている。下部半導体冷却装置23他端側の冷却液出口23bと、上部半導体冷却装置24他端側の冷却液入口24aとの間には、シール部材32または、シール性を有する接続部材が設けられる。
Then, the cooling liquid L supplied from the cooling liquid inlet 23a provided on one end side of the lower semiconductor cooling device 23 flows through the inside of the lower semiconductor cooling device 23 from one end side to the other end side in the longitudinal direction. The coolant exits from the coolant outlet 23 b provided on the other end of the cooling device 23 and enters the inside of the upper semiconductor cooler 24 from the coolant inlet 24 a provided on the other end of the upper semiconductor cooler 24. Of the upper semiconductor cooling device 24 is discharged from a coolant outlet 24b provided on one end side of the upper semiconductor cooling device 24.
That is, the lower semiconductor cooling device 23 and the upper semiconductor cooling device 24 are connected so that one continuous flow of the cooling liquid L is formed. Between the coolant outlet 23b on the other end side of the lower semiconductor cooling device 23 and the coolant inlet 24a on the other end side of the upper semiconductor cooling device 24, a seal member 32 or a connecting member having a sealing property is provided.

また、上記した荷重受板25は、パワーモジュール22の全面を圧接し得るようにするために、パワーモジュール22よりも一回り程度以上大きい平面視長方形状のものとされている。   In addition, the load receiving plate 25 described above has a rectangular shape in plan view that is one or more times larger than the power module 22 so that the entire surface of the power module 22 can be pressed.

上記した弾性部材26は、上部半導体冷却装置24の幅方向へ延びる短冊状のものとされると共に、その中間部に、荷重受板25を部分的に押圧可能な下方迂回形状の押圧部26aを少なくとも一つ有している。弾性部材26は、その両端部を下部半導体冷却装置23の側面に一体に固定された取付部33に、ボルトなどの締結具34を用いて締結固定される。弾性部材26は、上部半導体冷却装置24の長手方向に対し少なくとも一箇所設けられている。この場合には、3個の発熱型半導体22aの間の二箇所の位置に設けられている。   The elastic member 26 has a strip shape extending in the width direction of the upper semiconductor cooling device 24, and a lower detour-shaped pressing portion 26a capable of partially pressing the load receiving plate 25 is provided at an intermediate portion thereof. Have at least one. The elastic member 26 is fastened and fixed to a mounting portion 33 whose both ends are integrally fixed to the side surface of the lower semiconductor cooling device 23 by using a fastener 34 such as a bolt. The elastic member 26 is provided at least in one place with respect to the longitudinal direction of the upper semiconductor cooling device 24. In this case, it is provided at two positions between the three heat generating semiconductors 22a.

そして、以上のような全体構成に対し、この実施例のものでは、以下のような構成を備えるようにしている。   And the thing of this Example is provided with the following structures with respect to the above whole structures.

(構成1)
図4の縦断面図または図5の部分拡大図に示すように、下部半導体冷却装置23(半導体冷却装置)の冷却装置本体28が、少なくとも、冷却液通路27の下部を構成する凹状部410を有する本体容器部41と、上面に当接面28aを有し、下面に放熱フィン29を有して、本体容器部41上面における凹状部410の上縁に設けられた上蓋取付部411に対し、摩擦撹拌接合によって閉止固定可能な上蓋部42とを有している。
(Configuration 1)
As shown in the longitudinal sectional view of FIG. 4 or the partially enlarged view of FIG. 5, the cooling device body 28 of the lower semiconductor cooling device 23 (semiconductor cooling device) has at least a concave portion 410 constituting the lower portion of the coolant passage 27. A main body container part 41, a contact surface 28a on the upper surface, and a heat dissipating fin 29 on the lower surface, and an upper lid attaching part 411 provided on the upper edge of the concave part 410 on the upper surface of the main body container part 41, And an upper lid portion 42 that can be closed and fixed by friction stir welding.

(補足説明1)
ここで、本体容器部41は、下面部412と、この下面部412の周縁部に沿って立上がる側面部413とを有している。上蓋部42は、凹状部410を閉止することにより、冷却液通路27の上部を構成する。また、上蓋部42は、当接面28aと放熱フィン29とを有することにより、伝熱促進部材として使用される。上蓋取付部411は、本体容器部41の上面に対して、上蓋部42を面一状態で取付可能な段差部とされる。本体容器部41および上蓋部42は、摩擦撹拌接合が可能で、しかも、熱伝導率の高い金属によって構成される。例えば、アルミニウムや銅などによって構成される。摩擦撹拌接合については後述する。
(Supplementary explanation 1)
Here, the main body container portion 41 has a lower surface portion 412 and a side surface portion 413 that rises along the peripheral edge portion of the lower surface portion 412. The upper lid part 42 constitutes the upper part of the coolant passage 27 by closing the concave part 410. Further, the upper lid part 42 is used as a heat transfer promoting member by having the contact surface 28 a and the heat radiating fins 29. The upper lid attaching portion 411 is a stepped portion that can attach the upper lid portion 42 to the upper surface of the main body container portion 41 in a flush state. The main body container portion 41 and the upper lid portion 42 can be friction stir welded and are made of a metal having high thermal conductivity. For example, it is made of aluminum or copper. The friction stir welding will be described later.

(構成2)
冷却液出口23bが、本体容器部41上面における、上蓋取付部411の他端側縁部411aよりも他端側の位置に部分的に設けられた部分上面部414に対して形成される。
(Configuration 2)
The coolant outlet 23 b is formed on the upper surface portion 414 provided partially on the upper surface of the main body container portion 41 at a position on the other end side than the other end side edge portion 411 a of the upper lid attaching portion 411.

(補足説明2)
ここで、冷却液出口23bは、上蓋取付部411の他端側縁部411aから、少なくとも摩擦撹拌接合に必要な距離以上離して設けられる。冷却液出口23bは、摩擦撹拌接合の前に予め設けられる。この場合、冷却液出口23bは、部分上面部414から上方へ立上がる周壁部415の内部に設けられている。但し、冷却液出口23bは、単なる開口部などとしても良い。
(Supplementary explanation 2)
Here, the coolant outlet 23b is provided at least a distance necessary for friction stir welding from the other end side edge portion 411a of the upper lid attaching portion 411. The coolant outlet 23b is provided in advance before the friction stir welding. In this case, the coolant outlet 23 b is provided inside the peripheral wall portion 415 that rises upward from the partial upper surface portion 414. However, the coolant outlet 23b may be a simple opening.

(構成3)
本体容器部41の下面部412における上蓋取付部411の他端側縁部411aおよび冷却液出口23bの下方に、上蓋部42を摩擦撹拌接合する際に、上蓋取付部411の他端側縁部411aに作用する押圧力を下方から受けるための受治具45を挿入可能な治具挿入用開口部416が設けられる。
そして、治具挿入用開口部416の下縁に設けられた下蓋取付用縁部417に対し、摩擦撹拌接合によって閉止固定可能な下蓋部46が、部分上面部414との間に冷却液流通部47を有して設けられる。
更に、下蓋取付用縁部417が、下蓋部46を摩擦撹拌接合する際に作用される押圧力に耐え得る耐力部418を有している。
(Configuration 3)
The other end side edge portion of the upper lid attaching portion 411 when the upper lid portion 42 is friction stir welded below the other end side edge portion 411a of the upper lid attaching portion 411 and the coolant outlet 23b in the lower surface portion 412 of the main body container portion 41. A jig insertion opening 416 into which a receiving jig 45 for receiving a pressing force acting on 411a from below can be inserted is provided.
A lower lid portion 46 that can be closed and fixed by friction stir welding to a lower lid mounting edge portion 417 provided at the lower edge of the jig insertion opening 416 is provided between the partial upper surface portion 414 and a coolant. A circulation part 47 is provided.
Further, the lower lid attaching edge 417 has a strength portion 418 capable of withstanding the pressing force applied when the lower lid portion 46 is friction stir welded.

(補足説明3)
ここで、下蓋取付用縁部417は、下蓋部46を取付可能な段差部とされる。この段差部は、好ましくは、下蓋取付用縁部417に下蓋部46を面一状態で取付可能なものとする。冷却液流通部47は、上記凹状部410と冷却液出口23bとの間を連接するものである。耐力部418は、上蓋取付部411の他端側縁部411a(部分上面部414)の肉厚t1よりも上下方向の寸法t2を大きくした肉厚部とされる(t1<t2)。
この場合、耐力部418は、肉厚部となるようにするために、治具挿入用開口部416の周縁部から下方へ立下がる周壁部(立下壁部)とされている。但し、耐力部418は、例えば、本体容器部41の下面部412全体を厚肉にすることによって、上記した立下壁部を設けないようにすることなどもできる。
(Supplementary explanation 3)
Here, the lower lid attaching edge 417 is a stepped portion to which the lower lid 46 can be attached. Preferably, the stepped portion can attach the lower lid portion 46 to the lower lid attaching edge 417 in a flush state. The coolant circulation part 47 connects the concave part 410 and the coolant outlet 23b. The proof stress portion 418 is a thick portion in which the vertical dimension t2 is larger than the thickness t1 of the other end side edge portion 411a (partial top surface portion 414) of the upper lid attaching portion 411 (t1 <t2).
In this case, the proof stress portion 418 is a peripheral wall portion (falling wall portion) that rises downward from the peripheral edge portion of the jig insertion opening 416 so as to be a thick portion. However, the proof stress portion 418 may be configured not to provide the above-described falling wall portion, for example, by making the entire lower surface portion 412 of the main body container portion 41 thick.

(構成4)
上記した摩擦撹拌接合(Friction Stir Welding、略してFSW)は、図6に示すように、先端に突起51のある円柱状の工具52を回転させながら強い力で接合しようとする部材53,54に押付けて、突起51を部材53,54の接合部55に嵌入させることにより、摩擦熱を発生させて部材53,54を軟化すると共に、工具52の回転力によって接合部55周辺を塑性流動させて練り混ぜるようにしつつ部材53,54を一体化する接合方法である。
(Configuration 4)
As shown in FIG. 6, the friction stir welding (FSW for short) described above is performed on the members 53 and 54 to be joined with a strong force while rotating the columnar tool 52 having the projection 51 at the tip. By pressing and fitting the protrusions 51 into the joints 55 of the members 53 and 54, frictional heat is generated to soften the members 53 and 54, and the periphery of the joints 55 is plastically flowed by the rotational force of the tool 52. In this method, the members 53 and 54 are integrated while being kneaded.

(補足説明4)
この場合、上記した部材53,54は、本体容器部41と上蓋部42、または、本体容器部41と下蓋部46である。
(Supplementary explanation 4)
In this case, the above-described members 53 and 54 are the main body container portion 41 and the upper lid portion 42, or the main body container portion 41 and the lower lid portion 46.

なお、摩擦撹拌接合の後は、発生したバリを接合線に沿って除去する。   After the friction stir welding, the generated burrs are removed along the joining line.

<作用>以下、この実施例の作用について説明する。   <Operation> The operation of this embodiment will be described below.

このような構成によれば、パワーモジュール22の下面側に当接配置された下部半導体冷却装置23と、上記パワーモジュール22の上面に当接配置された上部半導体冷却装置24とによってパワーモジュール22の両面を効率良く冷却することができる。   According to such a configuration, the lower semiconductor cooling device 23 disposed in contact with the lower surface side of the power module 22 and the upper semiconductor cooling device 24 disposed in contact with the upper surface of the power module 22 Both sides can be efficiently cooled.

また、弾性部材26と荷重受板25とを用いて、上部半導体冷却装置24をパワーモジュール22の上面へ圧接(或いは密着)させることにより、パワーモジュール22やパワーモジュール22内部の発熱型半導体22aの寸法バラ付きの影響を吸収して、パワーモジュール22の熱を効率良く上部半導体冷却装置24へ伝えることができる。   Further, by using the elastic member 26 and the load receiving plate 25, the upper semiconductor cooling device 24 is brought into pressure contact (or close contact) with the upper surface of the power module 22, so The influence of the dimensional variation can be absorbed and the heat of the power module 22 can be efficiently transmitted to the upper semiconductor cooling device 24.

そして、冷却液Lを、冷却装置本体28の一端側に設けた冷却液入口23aから、冷却装置本体28の内部の冷却液通路27へ供給し、冷却液通路27を通して、冷却装置本体28の他端側に設けた冷却液出口23bから外部へ排出させる。すると、パワーモジュール22の熱は、冷却液通路27内に配置された放熱フィン29から冷却液Lへと伝えられ、冷却液Lと共に外部へ逃がされる(この場合には、上部半導体冷却装置24へと送られる)。これにより、パワーモジュール22を冷却液Lによって効率的に冷却することができる。   Then, the cooling liquid L is supplied from a cooling liquid inlet 23 a provided on one end side of the cooling device main body 28 to the cooling liquid passage 27 inside the cooling device main body 28, and the cooling liquid passage 27 is passed through the other cooling device main body 28. The coolant is discharged from the coolant outlet 23b provided on the end side. Then, the heat of the power module 22 is transmitted to the cooling liquid L from the radiating fins 29 disposed in the cooling liquid passage 27 and is released to the outside together with the cooling liquid L (in this case, to the upper semiconductor cooling device 24). Sent). Thereby, the power module 22 can be efficiently cooled by the coolant L.

<効果>この実施例によれば、以下のような効果を得ることができる。   <Effect> According to this embodiment, the following effects can be obtained.

冷却装置本体28は、本体容器部41における凹状部410の上縁に設けられた上蓋取付部411に対し、上蓋部42を摩擦撹拌接合によって閉止固定することにより、ほぼ構成される。これによって、密閉された冷却液通路27の主要部が形成されると共に、冷却液通路27の内部に放熱フィン29が挿入配置される。   The cooling device main body 28 is substantially configured by closing and fixing the upper lid portion 42 by friction stir welding to the upper lid attaching portion 411 provided at the upper edge of the concave portion 410 in the main body container portion 41. As a result, the main part of the sealed coolant passage 27 is formed, and the radiation fins 29 are inserted into the coolant passage 27.

更に、冷却液出口23bを、本体容器部41の上面における、上蓋取付部411の他端側縁部411aよりも他端側の位置に部分的に設けられた部分上面部414に対して設けるようにし、これに伴い、本体容器部41の下面部412における上蓋取付部411の他端側縁部411aおよび冷却液出口23bの下方に治具挿入用開口部416を設けて、治具挿入用開口部416から受治具45を挿入することにより、上蓋部42を凹状部410上縁の上蓋取付部411に摩擦撹拌接合する際に、受治具45で上蓋取付部411の他端側縁部411aに作用される押圧力を下方から受けさせることができる。これにより、部分上面部414を厚肉にしなくても、本体容器部41の上蓋取付部411に対し、上蓋部42を摩擦撹拌接合によって支障なく取付けることが可能となる。   Further, the coolant outlet 23 b is provided on the partial upper surface portion 414 that is partially provided on the upper surface of the main body container portion 41 at a position on the other end side with respect to the other end side edge portion 411 a of the upper lid attaching portion 411. Accordingly, a jig insertion opening 416 is provided below the other end side edge 411a of the upper lid attaching part 411 and the coolant outlet 23b in the lower surface part 412 of the main body container part 41, and the jig insertion opening is provided. By inserting the receiving jig 45 from the portion 416, when the upper lid portion 42 is friction stir joined to the upper lid attaching portion 411 of the upper edge of the concave portion 410, the other end side edge portion of the upper lid attaching portion 411 is received by the receiving jig 45. The pressing force applied to 411a can be received from below. Accordingly, the upper lid portion 42 can be attached to the upper lid attaching portion 411 of the main body container portion 41 by the friction stir welding without any trouble without making the partial upper surface portion 414 thick.

加えて、治具挿入用開口部416に対し、下蓋部46を摩擦撹拌接合によって閉止固定するようにし、この際、下蓋部46と部分上面部414との間に冷却液流通部47が形成されるようにしているので、下蓋部46と部分上面部414との間で塞がれることなく冷却液Lを流通させることができる。   In addition, the lower lid portion 46 is closed and fixed to the jig insertion opening 416 by friction stir welding. At this time, the coolant circulation portion 47 is provided between the lower lid portion 46 and the partial upper surface portion 414. Since it is formed, the coolant L can be circulated without being blocked between the lower lid portion 46 and the partial upper surface portion 414.

そして、下蓋部46を治具挿入用開口部416に摩擦撹拌接合する際に、治具挿入用開口部416の下蓋取付用縁部417に耐力部418を設けることによって、摩擦撹拌接合の押圧力に耐えられるようにしている。これにより、本体容器部41の治具挿入用開口部416に対し、下蓋部46を摩擦撹拌接合によって支障なく取付けることが可能となる。   When the lower lid portion 46 is friction stir welded to the jig insertion opening 416, the strength insertion portion 418 is provided on the lower lid mounting edge 417 of the jig insertion opening 416, so that the friction stir welding is performed. It is designed to withstand the pressing force. Accordingly, the lower lid portion 46 can be attached to the jig insertion opening 416 of the main body container portion 41 without any trouble by friction stir welding.

以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものであるため、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the embodiments are only examples of the present invention, and the present invention is not limited to the configurations of the embodiments. Needless to say, design changes and the like within a range not departing from the gist of the invention are included in the present invention.

27 冷却液通路
28 冷却装置本体
23a 冷却液入口
23b 冷却液出口
28a 当接面
29 放熱フィン
41 本体容器部
410 凹状部
411 上蓋取付部
411a 他端側縁部
412 下面部
414 部分上面部
416 治具挿入用開口部
417 下蓋取付用縁部
418 耐力部
42 上蓋部
45 受治具
46 下蓋部
47 冷却液流通部
27 Coolant passage 28 Cooling device body 23a Coolant inlet 23b Coolant outlet 28a Contact surface 29 Radiation fin 41 Main body container part 410 Recessed part 411 Upper lid attaching part 411a Other end side edge part 412 Lower surface part 414 Partial upper surface part 416 Jig Insertion opening 417 Lower lid mounting edge 418 Strength bearing portion 42 Upper lid portion 45 Receiving jig 46 Lower lid portion 47 Coolant flow portion

Claims (1)

内部に冷却液通路となる中空部を有する冷却装置本体を備え、
該冷却装置本体の一端側に前記冷却液通路と連通する冷却液入口が設けられ、
前記冷却装置本体の他端側に前記冷却液通路と連通する冷却液出口が設けられ、
前記冷却装置本体の上面に半導体を当接配置可能な当接面が設けられ、
該当接面の裏面側に前記冷却液通路内へ延びる放熱フィンが設けられた半導体冷却装置であって、
前記冷却装置本体が、少なくとも、前記冷却液通路の下部を構成する凹状部を有する本体容器部と、
上面に前記当接面を有し、下面に前記放熱フィンを有して、前記本体容器部上面における前記凹状部上縁に設けられた上蓋取付部に対し、摩擦撹拌接合によって閉止固定可能な上蓋部と、を有し、
更に、前記冷却液出口が、前記本体容器部上面における、前記上蓋取付部の他端側縁部よりも他端側の位置に部分的に設けられた部分上面部に形成され、
前記本体容器部の下面部における前記上蓋取付部の他端側縁部および前記冷却液出口の下方に、前記上蓋部を摩擦撹拌接合する際に、前記上蓋取付部の他端側縁部に作用する押圧力を下方から受けるための受治具を挿入可能な治具挿入用開口部が設けられ、
該治具挿入用開口部の下縁に設けられた下蓋取付用縁部に対し、摩擦撹拌接合によって閉止固定可能な下蓋部が、前記部分上面部との間に冷却液流通部を有して設けられ、
前記下蓋取付用縁部が、前記下蓋部を摩擦撹拌接合する際に作用される押圧力に耐え得る耐力部を有することを特徴とする半導体冷却装置。
Provided with a cooling device body having a hollow portion serving as a coolant passage inside,
A coolant inlet communicating with the coolant passage is provided at one end of the cooling device body;
A coolant outlet communicating with the coolant passage is provided on the other end side of the cooling device body,
A contact surface on which a semiconductor can be disposed in contact with the upper surface of the cooling device body is provided,
A semiconductor cooling device provided with a radiation fin extending into the coolant passage on the back side of the contact surface,
The cooling device main body has at least a main body container portion having a concave portion constituting a lower portion of the coolant passage;
An upper lid that has the abutment surface on the upper surface and the radiating fin on the lower surface, and can be closed and fixed by friction stir welding to the upper lid mounting portion provided on the upper edge of the concave portion on the upper surface of the main body container portion And
Furthermore, the cooling liquid outlet is formed on a partial upper surface portion that is partially provided at a position on the other end side with respect to the other end side edge portion of the upper lid mounting portion on the upper surface of the main body container portion,
When the upper lid portion is friction-stir welded to the other end side edge portion of the upper lid attaching portion on the lower surface portion of the main body container portion and below the coolant outlet, it acts on the other end side edge portion of the upper lid attaching portion. An opening for inserting a jig into which a receiving jig for receiving a pressing force from below can be inserted is provided,
The lower lid portion that can be closed and fixed by friction stir welding to the lower lid mounting edge provided at the lower edge of the jig insertion opening has a coolant circulation portion between the partial upper surface portion. Provided,
The semiconductor cooling device according to claim 1, wherein the lower lid attaching edge portion has a strength portion capable of withstanding a pressing force applied when the lower lid portion is friction stir joined.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116323148B (en) * 2020-10-13 2023-11-17 八千代工业株式会社 Cooling device for tank

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