JP2019079908A - Cooling device and semiconductor module including the same - Google Patents

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Abstract

To provide a cooling device capable of improving a cooling capacity while suppressing an increase in pressure loss.SOLUTION: A cooling device includes a base plate provided with a heating element, a top plate provided so as to face the base plate, a first flow path formed in parallel in the width direction between the base plate and the top plate and communicating with a downstream portion located on the top plate side via a first replacement portion from the upstream portion located on the base plate side, which is one of flow paths through which a refrigerant flows, and a second flow path arranged in combination with the first flow path and communicating with the downstream portion located on the base plate side via a second replacement portion from the upstream portion located on the top plate side, which is one of the flow paths through which a refrigerant flows.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、電子機器の発熱を冷却する冷却装置に関する。   The present invention relates to a cooling device for cooling the heat generation of an electronic device.

近年、電子機器の小型化及び高出力化に伴い発熱密度が増大する傾向にある。そこで、電子機器を安定して動作させるために、高効率な冷却技術の開発が重要となる。このような冷却技術として、従来から複数の放熱フィンを並列に配置し、当該フィン間の一方向に冷媒を流通させて、電子機器を冷却する冷却装置が知られている。しかし、この従来の冷却装置では、電子機器が設けられる厚み方向への熱伝達率が小さいため、十分に熱交換を行うことが困難であった。これに対し、例えば特許文献1では、厚み方向に積層された複数の縦部材間に斜め部材を設けた冷媒流路において、冷媒が攪拌されることにより、熱交換を促進させる冷却装置が開示されている。   In recent years, the heat generation density tends to increase as the size and output of electronic devices decrease. Therefore, in order to operate electronic devices stably, it is important to develop highly efficient cooling technology. As such a cooling technique, conventionally, a cooling device has been known in which a plurality of heat radiation fins are arranged in parallel, and a refrigerant is allowed to flow in one direction between the fins to cool the electronic device. However, in this conventional cooling device, since the heat transfer coefficient in the thickness direction in which the electronic device is provided is small, it has been difficult to perform sufficient heat exchange. On the other hand, for example, Patent Document 1 discloses a cooling device that promotes heat exchange by agitating the refrigerant in a refrigerant flow path in which diagonal members are provided between a plurality of vertical members stacked in the thickness direction. ing.

特開2010−114174号公報(8頁、図3)JP, 2010-114174, A (page 8, FIG. 3)

しかしながら、複数の流路が交差して冷媒が攪拌される冷却装置の場合、流路断面の急変により渦流が発生し、圧力損失が増加するため、冷却装置に流入する冷媒流量が低下し、電子機器に対する冷却能力が低下するという課題があった。   However, in the case of a cooling device in which a plurality of flow paths cross each other and the refrigerant is agitated, a sudden change in the flow path cross section generates a swirl and pressure loss increases, so the flow rate of the refrigerant flowing into the cooling device decreases. There is a problem that the cooling capacity for the equipment is reduced.

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、圧力損失の増加を抑制して冷却能力を向上させることが可能な冷却装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the problems as described above, and it is an object of the present invention to provide a cooling device capable of improving the cooling capacity by suppressing an increase in pressure loss.

本発明に係る冷却装置は、発熱体が設けられるベース板と、ベース板に対向して設けられた天面板と、ベース板及び天面板の間に幅方向に複数並列に形成され、冷媒が流通する流路の1つであって、ベース板側に位置する上流部から第1の入れ替わり部を経由して天面板側に位置する下流部に連通する第1流路と、第1流路と組み合わされて配置され、冷媒が流通する流路の他の1つであって、天面板側に位置する上流部から第2の入れ替わり部を経由してベース板側に位置する下流部に連通する第2流路とを備える。   The cooling device according to the present invention is formed in parallel in the width direction between the base plate provided with the heating element, the top plate provided opposite to the base plate, and the base plate and the top plate, and the refrigerant flows And a first flow path communicating with the downstream portion located on the top plate side via the first replacement portion from the upstream portion located on the base plate side, and the first flow path It is another one of the flow paths through which the refrigerant flows, which is arranged in combination, and is communicated from the upstream portion located on the top plate side to the downstream portion located on the base plate side via the second replacement portion. And a second flow path.

また本発明に係る半導体モジュールは、冷却装置と、冷却装置のベース板又は天面板の少なくとも一方の面に発熱体として半導体素子とを備える。   A semiconductor module according to the present invention comprises a cooling device, and a semiconductor element as a heating element on at least one surface of a base plate or a top plate of the cooling device.

本発明によれば、発熱体が設けられるベース板近傍に低温の冷媒を供給でき、圧力損失の増加を抑制して冷却能力を向上させる冷却装置を実現できる。また冷却能力の高い半導体モジュールを実現できる。   According to the present invention, a low temperature refrigerant can be supplied in the vicinity of a base plate provided with a heating element, and a cooling device that improves the cooling capacity by suppressing an increase in pressure loss can be realized. In addition, a semiconductor module with high cooling capacity can be realized.

本発明の実施の形態1に係る冷却装置を備えた冷却システムの概略構成図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic block diagram of the cooling system provided with the cooling device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る冷却装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the cooling device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る冷却装置の流路構造を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the flow-path structure of the cooling device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る冷却装置の流路断面を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the flow-path cross section of the cooling device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る冷却装置の流路断面を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the flow-path cross section of the cooling device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る冷却装置の比較対象である櫛形ヒートシンクの一部についての数値解析モデルを示す概略図である。It is the schematic which shows the numerical analysis model about a part of comb heat sink which is comparison object of the cooling device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る冷却装置の一部についての数値解析モデルを示す概略図である。It is the schematic which shows the numerical analysis model about a part of cooling device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る冷却装置のベース板の温度と圧力損失の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature of the base plate of the cooling device and the relationship of pressure loss which concern on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る冷却装置の冷媒温度及びベース板の断面温度分布を示す温度コンター図である。It is a temperature contour figure which shows refrigerant | coolant temperature of a cooling device and the cross-sectional temperature distribution of a base plate which concern on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る冷却装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the cooling device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る冷却装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the cooling device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明に実施の形態4に係る冷却装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the cooling device concerning Embodiment 4 to this invention. 本発明の実施の形態5に係る冷却装置を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the cooling device which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6に係る半導体モジュールを示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the semiconductor module concerning Embodiment 6 of this invention.

以下、本発明に係る実施の形態を、図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係る冷却装置を備えた冷却システムを示す概略構成図である。図1(a)、図1(b)に示すように、冷却システム100は、冷却装置1及び冷媒駆動装置2から構成される。冷媒駆動装置2は、冷却管31内を流れ方向32に流通する冷媒3を冷却装置1に供給する。冷却装置1は、冷媒3を流通させ、熱を受熱し、外部環境へ放熱させる。冷却システム100は、例えば、図1(a)に示すように、冷媒3が冷却装置1を流通した後、再び冷媒駆動装置2に戻って循環するシステムである。また、図1(b)に示すように、冷媒3が循環せずにそのまま外部環境へ放出されるシステムとしてもよい。ここで、冷媒3は気体又は液体であればよく、空気、水素、水、エタノール、アセトン等が挙げられる。
Embodiment 1
FIG. 1 is a schematic configuration view showing a cooling system provided with a cooling device according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIGS. 1A and 1B, the cooling system 100 includes a cooling device 1 and a refrigerant driving device 2. The refrigerant drive device 2 supplies the refrigerant 3 flowing in the flow direction 32 in the cooling pipe 31 to the cooling device 1. The cooling device 1 circulates the refrigerant 3, receives heat, and dissipates heat to the external environment. The cooling system 100 is a system in which, for example, as shown in FIG. 1A, the refrigerant 3 circulates by returning to the refrigerant driving device 2 again after flowing through the cooling device 1. Further, as shown in FIG. 1 (b), it may be a system in which the refrigerant 3 is discharged to the outside environment as it is without being circulated. Here, the refrigerant 3 may be a gas or a liquid, and includes air, hydrogen, water, ethanol, acetone and the like.

冷媒駆動装置2は、空冷式の場合にはファン、水冷式の場合にはポンプを用いる。ここでファンは、例えば、軸流ファン、遠心ファン、斜流ファン、横断流ファン等を用いることができる。ポンプは、例えば、軸流ポンプ、遠心ポンプ、斜流ポンプ等のターボ型ポンプ又は容積式ポンプを用いることができる。その他、例えば、水又は蒸気のジェット噴射力を利用したポンプ、圧縮空気を利用したポンプ等を用いてもよい。   The refrigerant driving device 2 uses a fan in the case of the air cooling type and a pump in the case of the water cooling type. Here, as the fan, for example, an axial fan, a centrifugal fan, a mixed flow fan, a cross flow fan or the like can be used. The pump may be, for example, a turbo pump such as an axial flow pump, a centrifugal pump or a mixed flow pump, or a positive displacement pump. In addition, for example, a pump using the jet injection force of water or steam, a pump using compressed air, or the like may be used.

図2は、本発明に係る冷却装置を示す概略構成図である。図2(a)は、発熱体が配置された冷却装置の斜視図である。図2(b)、図2(c)は、図2(a)の冷却装置の内部の一部を透視した上面図及び側面図である。冷却装置1の幅方向をX軸、長手方向をY軸、厚み方向をZ軸とした座標軸を表記する。   FIG. 2 is a schematic configuration view showing a cooling device according to the present invention. FIG. 2A is a perspective view of the cooling device in which the heating element is disposed. FIG.2 (b), FIG.2 (c) is the top view and side view which saw through a part of the inside of the cooling device of FIG. 2 (a). A coordinate axis in which the width direction of the cooling device 1 is X axis, the longitudinal direction is Y axis, and the thickness direction is Z axis will be described.

図2(c)に示すように、冷却装置1はベース板11と天面板12とを有して構成される。冷却装置1のベース板11には、発熱体4が配置される。冷却装置1は、熱伝導性の優れたグリス、シート、熱拡散性の大きいヒートスプレッダ、炭素繊維部材(グラファイトシート)等を介して、発熱体4に取り付けられる。発熱体4から発生した熱は、冷却装置1を流通する冷媒3と熱交換されて放熱される。ここで図2では、ベース板11に発熱体4が設けられる例を示したが、天面板12に設けられてもよく、少なくとも一方に設けられていればよい。   As shown in FIG. 2 (c), the cooling device 1 is configured to have a base plate 11 and a top plate 12. A heating element 4 is disposed on the base plate 11 of the cooling device 1. The cooling device 1 is attached to the heating element 4 via a grease having excellent thermal conductivity, a sheet, a heat spreader having high thermal diffusivity, a carbon fiber member (graphite sheet), and the like. The heat generated from the heating element 4 exchanges heat with the refrigerant 3 flowing through the cooling device 1 and is dissipated. Here, FIG. 2 shows an example in which the heating element 4 is provided on the base plate 11, but it may be provided on the top plate 12 as long as it is provided on at least one side.

冷却装置1のベース板11と天面板12の間には、Y方向を流れ方向32とする冷媒流路10が形成されている。冷媒流路10は、例えばZ方向に2段の冷媒3の流入口181、182を有し、第1流路5及び第2流路6の2つの流路が組み合わされて構成される。また、図2(a)、図2(b)に示すように、冷媒流路10は、X方向に複数並列に形成されている。冷却装置1の材質は、例えばアルミニウム、銅等の熱伝導率の高い金属を用いることができる。   Between the base plate 11 and the top plate 12 of the cooling device 1, a refrigerant flow path 10 in which the Y direction is the flow direction 32 is formed. The refrigerant channel 10 has, for example, inlets 181 and 182 of the two stages of the refrigerant 3 in the Z direction, and two channels of the first channel 5 and the second channel 6 are combined and configured. Further, as shown in FIGS. 2A and 2B, a plurality of refrigerant channels 10 are formed in parallel in the X direction. The material of the cooling device 1 may be, for example, a metal having a high thermal conductivity, such as aluminum or copper.

図3は、本発明に係る冷却装置の流路構造を示す概略構成図である。図3(a)は、第1流路及び第2流路が組み合わされた流路構造の斜視図である。図3(b)、図3(c)は、第1流路及び第2流路を各々分離した斜視図である。図3(a)に示すように、冷媒流路10は、互いに別体として形成された第1流路5及び第2流路6が組み合わされ、冷媒3が流通する過程でベース板11側と天面板12側とで位置関係が入れ替わるように構成されている。   FIG. 3 is a schematic configuration view showing a flow passage structure of the cooling device according to the present invention. FIG. 3A is a perspective view of a flow channel structure in which the first flow channel and the second flow channel are combined. FIG.3 (b), FIG.3 (c) is the perspective view which each isolate | separated the 1st flow path and the 2nd flow path. As shown in FIG. 3A, in the refrigerant flow path 10, the first flow path 5 and the second flow path 6, which are formed separately from each other, are combined, and the refrigerant 3 flows in the process of flowing The positional relationship with the top plate 12 is interchanged.

図3(b)に示すように、第1流路5は、ベース板11側において2つに分岐された流入口181を有し、ベース板11側に位置する上流部で2つに分岐された流路が合流する。合流後、ベース板11側の上流部から天面板12側の下流部に連通する第1の入れ替わり部171を経由して、下流部で再び2つに分岐され、天面板12側に2つの流出口191を有する。また、図3(c)に示すように、第2流路6は、天面板12側において2つに分岐された流入口182を有し、天面板12側に位置する上流部で分岐された流路が合流する。合流後、天面板12側の上流部からベース板11側の下流部に連通する第2の入れ替わり部172を経由して、下流部で再び2つに分岐され、天面板12側に2つの流出口192を有する。   As shown in FIG. 3B, the first flow path 5 has an inlet 181 branched into two on the base plate 11 side, and is branched into two in the upstream portion located on the base plate 11 side. Flow paths merge. After merging, it is branched into two again at the downstream portion via the first switching portion 171 communicating with the upstream portion on the base plate 11 side to the downstream portion on the top plate 12 side, and two flows on the top plate 12 side It has an outlet 191. Further, as shown in FIG. 3C, the second flow path 6 has an inlet 182 branched into two on the top plate 12 side, and is branched at an upstream portion located on the top plate 12 side. The channels merge. After merging, it is branched into two again at the downstream portion via the second switching portion 172 communicating with the upstream portion on the top plate 12 side to the downstream portion on the base plate 11 side, and two flows on the top plate 12 side It has an outlet 192.

このように、第1流路5及び第2流路6は、発熱体4が設けられるベース板11側と天面板12側とで互いの位置関係を入れ替えることができる。第1流路5及び第2流路6は、別体として形成されているため、各々の流路を流通する冷媒3の熱が互いに伝わりにくくなり、発熱体4が設けられるベース板11側と、天面板12側とで温度の異なる冷媒3を生じさせることができる。   As described above, the first flow path 5 and the second flow path 6 can exchange the positional relationship between the base plate 11 side on which the heating element 4 is provided and the top plate 12 side. Since the first flow path 5 and the second flow path 6 are separately formed, the heat of the refrigerant 3 flowing in the respective flow paths is less likely to be transmitted to each other, and the base plate 11 side provided with the heating element 4 The refrigerants 3 having different temperatures can be generated on the top plate 12 side.

ここで、第1流路5及び第2流路6は、例えば、同一の寸法形状の第1部材及び第2部材で構成され、一方をY軸周りに180度回転させて互いに組み合わされ、直方体形状を形成するものである。直方体形状とは、全ての面が長方形で形成された形状である。ここで、冷媒3が流入及び流出する面は開口されていることは言うまでもない。このように形成されることで、冷却装置1全体を大きくすることなく、組み合わされた2つの流路を冷却装置1の幅方向に複数並列して設けることができる。   Here, the first flow path 5 and the second flow path 6 are formed of, for example, the first member and the second member of the same size and shape, and one is rotated 180 degrees around the Y axis and combined with one another. It forms a shape. The rectangular parallelepiped shape is a shape in which all surfaces are formed in a rectangular shape. Here, it goes without saying that the surface on which the refrigerant 3 flows in and out is opened. By being formed in this manner, a plurality of two combined flow paths can be provided in parallel in the width direction of the cooling device 1 without enlarging the entire cooling device 1.

図4は、第1流路及び第2流路の斜視図及び各位置における流路断面図である。ここで流路断面とは、冷媒3の流れ方向32に対して直交する断面のことである。第1流路5及び第2流路6は、分岐流路部13a、13b、合流流路部14a、14b、L字型流路部15a、15b、並行流路部16aを有する。   FIG. 4 is a perspective view of the first channel and the second channel, and a channel sectional view at each position. Here, the flow channel cross section is a cross section orthogonal to the flow direction 32 of the refrigerant 3. The first flow path 5 and the second flow path 6 have branch flow path portions 13a and 13b, merging flow path portions 14a and 14b, L-shaped flow path portions 15a and 15b, and parallel flow path portions 16a.

第1流路5がベース板11側、第2流路6が天面板12側に位置する流路部をそれぞれ、分岐流路部13a、合流流路部14a、L字型流路部15aとし、第1流路5が天面板12側、第2流路6がベース板11側に位置する流路部をそれぞれ分岐流路部13b、合流流路部14b、L字型流路部15bとする。ここで流路部とは、第1流路5及び第2流路6の冷媒3流れ方向32に沿った各位置における一部の流路のことである。   The first channel 5 is located on the base plate 11 side, and the second channel 6 is located on the top plate 12 as branch channel 13a, merging channel 14a, and L-shaped channel 15a. The first flow path 5 is located on the top plate 12 side, and the second flow path 6 is located on the base plate 11 side. The flow path portion 13b, the merging flow path portion 14b, and the L-shaped flow path portion 15b Do. Here, the flow path portion refers to a partial flow path at each position along the flow direction 32 of the refrigerant 3 of the first flow path 5 and the second flow path 6.

第1流路5及び第2流路6は、上流部で順に、分岐流路部13a、合流流路部14aを形成し、L字型流路部15a、並行流路部16a、L字型流路部15bを経由して、下流部の合流流路部14b、分岐流路部13bに連通する。L字型流路部15a、並行流路部16a、L字型流路部15bの順に連通した部分を入れ替わり部17aとする。入れ替わり部17aは、上述した第1流路5に形成された第1の入れ替わり部171及び第2流路6に形成された第2の入れ替わり部172をまとめた部分に相当する。   The first flow path 5 and the second flow path 6 form a branch flow path portion 13a and a merging flow path portion 14a sequentially in the upstream portion, and an L-shaped flow path portion 15a, a parallel flow path portion 16a, and an L-shaped It communicates with the junction flow path portion 14b and the branch flow path portion 13b at the downstream portion via the flow path portion 15b. A portion in which the L-shaped flow passage portion 15a, the parallel flow passage portion 16a, and the L-shaped flow passage portion 15b communicate in this order is referred to as a replacement portion 17a. The replacement portion 17 a corresponds to a portion obtained by putting together the first replacement portion 171 formed in the first flow path 5 and the second replacement portion 172 formed in the second flow path 6 described above.

上流部の分岐流路部13aにおいて、第1流路5及び第2流路6は、上下2段に配置され、各々幅方向に2つに分岐されている。第1流路5及び第2流路6の位置関係は、第1流路5がベース板11側に位置し、第2流路6が天面板12側に位置する。冷媒3は4つの流路へそれぞれ並行に流通する。ここで分岐数は2つに限らず、更に複数分岐されてもよい。このように、上流部の分岐流路部13aにおいて、流路が複数分岐されることによって、効率的に冷媒3と発熱体4との熱交換を行うことができる。   In the upstream branch flow path portion 13a, the first flow path 5 and the second flow path 6 are arranged in two upper and lower stages, and are branched into two in the width direction. The positional relationship between the first flow path 5 and the second flow path 6 is such that the first flow path 5 is located on the base plate 11 side and the second flow path 6 is located on the top plate 12 side. The refrigerant 3 flows in parallel to the four flow paths. Here, the number of branches is not limited to two, and may be further branched. As described above, the plurality of flow paths are branched in the upstream branch flow path portion 13a, so that the heat exchange between the refrigerant 3 and the heating element 4 can be efficiently performed.

合流流路部14aにおいて、第1流路5及び第2流路6は、2つに分岐されていた流路が連結されて各々1つの流路を形成する。第1流路5は流路の上端部が連結され、第2流路6は下端部が連結される。ここで、第1流路5及び第2流路6は、冷媒3が合流する際のX方向の流れが互いに逆になるように形成される。例えば第1流路5を流通する冷媒3がXの負方向に向かって流通する場合、第2流路6を流通する冷媒3はXの正方向に流通する。   In the merging channel portion 14a, the first channel 5 and the second channel 6 are branched into two channels, and each channel is connected to form one channel. The first flow path 5 is connected to the upper end of the flow path, and the second flow path 6 is connected to the lower end. Here, the first flow path 5 and the second flow path 6 are formed such that the flows in the X direction when the refrigerants 3 merge become opposite to each other. For example, when the refrigerant 3 flowing in the first flow path 5 flows in the negative direction of X, the refrigerant 3 flowing in the second flow path 6 flows in the positive direction of X.

分岐流路部13a及び合流流路部14aにおいて、ベース板11側に位置する第1流路5に流通する冷媒3は、ベース板11に設けられた発熱体4から発生する熱を受熱し、温度が上昇する。一方、天面板12側に位置する第2流路6に流通する冷媒3は、第2流路6がベース板11から離間し、かつ第1流路5と別体として分離して配置されているため、第1流路5を流通する冷媒3より低い温度となる。このように、分岐流路部13a及び合流流路部14aにおいて、ベース板11側の第1流路5及び天面板12側の第2流路6が別体として分離して配置されることで、温度の異なる冷媒3を生じさせることができる。   In the branch flow passage portion 13a and the merging flow passage portion 14a, the refrigerant 3 flowing in the first flow passage 5 located on the base plate 11 side receives heat generated from the heating element 4 provided in the base plate 11, The temperature rises. On the other hand, the refrigerant 3 flowing in the second flow path 6 located on the top plate 12 side is disposed with the second flow path 6 separated from the base plate 11 and separately from the first flow path 5 Therefore, the temperature is lower than that of the refrigerant 3 flowing through the first flow path 5. As described above, in the branch flow channel portion 13a and the merging flow channel portion 14a, the first flow channel 5 on the base plate 11 side and the second flow channel 6 on the top plate 12 side are separately disposed separately and arranged. , Refrigerants 3 having different temperatures can be produced.

L字型流路部15aにおいて、第1流路5は、冷媒3の流れ方向32からみて、ベース板11側の底部と幅方向の一方の側部とに形成され、第2流路6は、冷媒流路10の天面板12側の上部及び幅方向の他方の側部に形成され、それぞれL字の流路断面を有する。並行流路部16aにおいて、第1流路5及び第2流路6はそれぞれ冷媒流路10の幅方向の一方の側部及び他方の側部に形成され、並列に配置される。更に、並行流路部16aを経たL字型流路部15bにおいて、第1流路5は、天面板12側の上部と幅方向の一方の側部に形成され、第2流路6は、ベース板11側の底部と幅方向の他方の側部とに形成され、それぞれL字の流路断面を有する。   In the L-shaped flow path portion 15a, the first flow path 5 is formed at the bottom on the base plate 11 side and one side in the width direction as viewed from the flow direction 32 of the refrigerant 3, and the second flow path 6 is And the other side in the width direction on the top plate 12 side of the refrigerant flow passage 10 and has an L-shaped flow passage cross section. In the parallel flow passage portion 16a, the first flow passage 5 and the second flow passage 6 are respectively formed on one side and the other side of the refrigerant flow passage 10 in the width direction, and are arranged in parallel. Furthermore, in the L-shaped flow passage portion 15b passing through the parallel flow passage portion 16a, the first flow passage 5 is formed in the upper portion on the top panel 12 side and one side portion in the width direction. It is formed on the bottom on the side of the base plate 11 and the other side in the width direction, and has an L-shaped channel cross section.

図5は、入れ替わり部における流路断面を示す概略構成図である。図5に示すように、入れ替わり部17aでは、冷媒3の流れ方向32に対し、直交する断面において、幅方向及び厚み方向がそれぞれ中間となる位置、即ち中間位置を中心として、第1流路5及び第2流路6は、流路の過程で各々時計回り又は反時計回りに旋回するように形成されている。これにより、第1流路5及び第2流路6内の冷媒3が流通する過程でY軸を基準とした旋回流れを発生させることができる。この旋回流れにより、流れが乱されることで発熱体4が設けられるベース板11への熱伝達を向上させることができる。   FIG. 5 is a schematic configuration view showing a cross section of the flow passage in the replacement part. As shown in FIG. 5, in the alternate portion 17 a, in the cross section orthogonal to the flow direction 32 of the refrigerant 3, the first flow path 5 is centered on a position where the width direction and thickness direction are middle, ie, the middle position. The second flow path 6 is formed to turn clockwise or counterclockwise in the course of the flow path. Thus, it is possible to generate a swirling flow based on the Y axis in the process of circulating the refrigerant 3 in the first flow passage 5 and the second flow passage 6. By this swirling flow, the flow can be disturbed to improve the heat transfer to the base plate 11 on which the heating element 4 is provided.

また、L字型流路部15a、15bでは、第1流路5及び第2流路6の互いに対向する面が、流れ方向32に対して傾斜するように形成されている。このため、L字型流路部15aでは、第1流路5及び第2流路6の各々の幅方向の側部が徐々に長く、L字型流路部15bでは徐々に短くなるように変化する。また、第1流路5及び第2流路6は、旋回の中心に対して点対称な形状であり、流れ方向32に対して直交する断面における流路面積は同じとなるように形成されている。このように、L字型流路部15a、15bを形成することで、冷媒3が旋回するように上下が入れ替わる流路過程においても、流路の断面積の変化を小さく抑えることができ、流路抵抗による圧力損失の増加を抑制することができる。また、冷媒3が旋回する流路部をL字の流路断面とし、流路の等価直径を大きくすることで、より圧力損失の増加を抑制することができる。更に、天面板12側からベース板11側へ冷媒3が流通する際、ベース板11への衝突流を発生させ、局所的にベース板11への熱伝達を向上させることができる。   Further, in the L-shaped flow path portions 15 a and 15 b, the mutually facing surfaces of the first flow path 5 and the second flow path 6 are formed to be inclined with respect to the flow direction 32. Therefore, in the L-shaped flow passage portion 15a, the side portions in the width direction of each of the first flow passage 5 and the second flow passage 6 are gradually elongated, and in the L-shaped flow passage portion 15b, gradually shortened. Change. Further, the first flow path 5 and the second flow path 6 are shaped so as to be point-symmetrical with respect to the center of the swirl, and are formed to have the same flow area in the cross section orthogonal to the flow direction 32 There is. As described above, by forming the L-shaped flow path portions 15a and 15b, even in the flow path process in which the refrigerant 3 is switched so that the refrigerant 3 is swirled, the change in the cross-sectional area of the flow path can be suppressed small. It is possible to suppress an increase in pressure loss due to the road resistance. Moreover, the flow path part which the refrigerant | coolant 3 turns is made into the flow-path cross section of L character, and the increase in pressure loss can be suppressed more by enlarging the equivalent diameter of a flow path. Furthermore, when the refrigerant 3 flows from the top plate 12 side to the base plate 11 side, a collision flow to the base plate 11 can be generated, and heat transfer to the base plate 11 can be locally improved.

合流流路部14bにおいて、第1流路5及び第2流路6は上下2段に配置される。第1流路5は天面板12側に位置し、上端部が二股に分離している。第2流路6はベース板11側に位置し、下端部が二股に分離している。分岐流路部13bにおいて、第1流路5及び第2流路6は各々幅方向に2つに分岐された流路を形成する。   In the merging channel portion 14 b, the first channel 5 and the second channel 6 are arranged in two upper and lower stages. The first flow path 5 is located on the top plate 12 side, and its upper end is bifurcated. The second flow path 6 is located on the side of the base plate 11, and the lower end is separated into two. In the branch flow channel portion 13b, the first flow channel 5 and the second flow channel 6 each form a flow channel branched into two in the width direction.

上述のように、互いに組み合わされた第1流路5及び第2流路6が、発熱体4が設けられるベース板11側と天面板12側とで厚み方向に入れ替わる構造により、高温となる冷媒3をベース板11側から天面板12側に、低温となる冷媒3を天面板12側からベース板11側に供給することができる。発熱体4が設けられるベース板11近傍に低温の冷媒3を供給することで、冷却能力を向上させることができる。   As described above, the refrigerant whose temperature is high due to the structure in which the first flow path 5 and the second flow path 6 combined with each other are interchanged in the thickness direction on the side of the base plate 11 and the top plate 12 side where the heating element 4 is provided. The refrigerant 3 having a low temperature can be supplied from the top plate 12 side to the base plate 11 side from the base plate 11 side to the top plate 12 side. By supplying the low temperature refrigerant 3 in the vicinity of the base plate 11 on which the heating element 4 is provided, the cooling capacity can be improved.

次に、本発明の実施の形態1に係る冷却装置1の効果について説明する。実施の形態1に係る冷却装置1の流れの把握を行うため、数値解析ソフト(FLOW−DESIGNER)を用いて3次元数値熱流体解析を行った。   Next, the effects of the cooling device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described. In order to grasp the flow of the cooling device 1 according to the first embodiment, three-dimensional numerical thermal fluid analysis was performed using numerical analysis software (FLOW-DESIGNER).

実施の形態1に係る冷却装置1の比較対象として、従来の複数のフィン20を並列に配置し、冷媒3をフィン20間の一方向に流通させる櫛形のヒートシンクを用いた。図6は、櫛形ヒートシンクの一部についての数値解析モデルを示す概略図である。図6(a)は、櫛形ヒートシンクの斜視図である。図6(b)は、流れ方向から見た櫛形ヒートシンクの正面図である。   As a comparison object of the cooling device 1 according to the first embodiment, a plurality of conventional fins 20 are arranged in parallel, and a comb-shaped heat sink that circulates the refrigerant 3 in one direction between the fins 20 is used. FIG. 6 is a schematic diagram showing a numerical analysis model for a part of the comb heat sink. FIG. 6A is a perspective view of the comb-shaped heat sink. FIG. 6 (b) is a front view of the comb-shaped heat sink viewed from the flow direction.

櫛形ヒートシンクのベース板11の厚みは、1.5mm、フィン20の厚みは、0.5mm、フィン20のピッチは1mm、フィン20の高さは5mm、奥行きは50mm、材質はアルミニウム(熱伝導率=220W/m・K)とした。冷媒3は温度25℃の水とし、流入口183は流速規定0.28m/s、0.42m/s、0.56m/s、流出口193は圧力を0Paとする。また、櫛形ヒートシンクの底面には発熱量20Wの発熱体4を模擬している。なお、メッシュ数は400万メッシュ、層流モデルで計算を行った。   The thickness of the base plate 11 of the comb-shaped heat sink is 1.5 mm, the thickness of the fins 20 is 0.5 mm, the pitch of the fins 20 is 1 mm, the height of the fins 20 is 5 mm, the depth is 50 mm, the material is aluminum (thermal conductivity It was set as = 220 W / m * K). The coolant 3 is water at a temperature of 25 ° C., the inlet 183 has a flow velocity of 0.28 m / s, 0.42 m / s, 0.56 m / s, and the outlet 193 has a pressure of 0 Pa. Further, on the bottom surface of the comb-shaped heat sink, a heating element 4 with a calorific value of 20 W is simulated. In addition, the number of meshes is 4 million mesh, and calculation was performed by a laminar flow model.

図7は、本発明の実施の形態1に係る冷却装置の一部の数値解析モデルを示す概略図である。図7(a)は、冷却装置1の一部についてのモデルの斜視図を示す。図7(b)は、流れ方向から見た冷却装置の正面図である。図7(c)は、冷却装置の側面図である。冷却装置1のモデルは、図6における櫛形ヒートシンクと、ベース板11の厚み、フィン20の厚み、ピッチ、高さ、奥行き、材質を同じくした。また、分岐流路部13a、13bのZ方向のフィン20の厚みは0.5mm、入れ替わり部17aの傾斜角度は30°とする。以下、図6をモデルA(櫛形ヒートシンク)、図7をモデルB(実施の形態1)と呼ぶ。   FIG. 7 is a schematic view showing a numerical analysis model of a part of the cooling device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 7A shows a perspective view of a model of a part of the cooling device 1. FIG.7 (b) is a front view of the cooling device seen from the flow direction. FIG. 7C is a side view of the cooling device. The model of the cooling device 1 has the same thickness as the comb-like heat sink in FIG. 6, the thickness of the base plate 11, the thickness, the pitch, the height, the depth, and the material of the fins 20. In addition, the thickness of the fins 20 in the Z direction of the branch flow path portions 13a and 13b is 0.5 mm, and the inclination angle of the replacement portion 17a is 30 °. Hereinafter, FIG. 6 is referred to as a model A (comb-shaped heat sink), and FIG. 7 is referred to as a model B (first embodiment).

図8は、モデルA(櫛形ヒートシンク)とモデルB(実施の形態1)のベース板の温度[℃]−圧力損失[Pa]の数値解析結果を示すグラフである。従来のモデルA(櫛形ヒートシンク)に比べ、モデルB(実施の形態1)のベース板11の温度が同一圧力損失で約1K低下していることが確認できる。したがって、実施の形態1に係る冷却装置1は、冷媒駆動装置2の能力に依存せず、発熱体4が設けられるベース板11への熱伝達を向上させることができる。   FIG. 8 is a graph showing the results of numerical analysis of temperature [° C.]-Pressure loss [Pa] of the base plate of model A (comb-shaped heat sink) and model B (embodiment 1). It can be confirmed that the temperature of the base plate 11 of the model B (Embodiment 1) is lowered by about 1 K at the same pressure loss as compared with the conventional model A (comb-shaped heat sink). Therefore, the cooling device 1 according to the first embodiment can improve the heat transfer to the base plate 11 on which the heating element 4 is provided, without depending on the ability of the refrigerant driving device 2.

図9は、流速を0.28m/sとした場合のモデルA(櫛形ヒートシンク)とモデルB(実施の形態1)のフィン間の冷媒温度及びベース板の断面温度分布を表わす温度コンター図である。図9(a)は、各モデルを側方から見た断面温度分布である。図9(b)は、図9(a)のベース板11出口近傍を拡大した断面温度分布である。モデルA(櫛形ヒートシンク)は、ベース板11に沿った一方向の一様な流れであるため、上流部から下流部にいくに従い、温度境界層が発達していることが確認できる。   FIG. 9 is a temperature contour diagram showing the refrigerant temperature between the fins of the model A (comb-shaped heat sink) and the model B (embodiment 1) and the cross-sectional temperature distribution of the base plate when the flow velocity is 0.28 m / s. . FIG. 9A is a cross-sectional temperature distribution when each model is viewed from the side. FIG.9 (b) is cross-sectional temperature distribution which expanded base plate 11 exit vicinity of FIG. 9 (a). Since the model A (comb-shaped heat sink) is a uniform flow in one direction along the base plate 11, it can be confirmed that the temperature boundary layer is developed as it goes from the upstream portion to the downstream portion.

これに対し、モデルB(実施の形態1)においては、天面板12側からベース板11側へ低温の冷媒3が流通することにより、入れ替わり部17aでベース板11側の温度が低下していることが確認できる。したがって、実施の形態1に係る冷却装置1は、ベース板11側へ低温の冷媒3を流通することにより、前縁効果を誘起させて温度境界層を薄くでき、ベース板11への熱伝達を向上させることができる。   On the other hand, in Model B (Embodiment 1), the low temperature refrigerant 3 flows from the top plate 12 side to the base plate 11 side, whereby the temperature on the base plate 11 side is lowered in the replacement portion 17a. You can confirm that. Therefore, the cooling device 1 according to the first embodiment can cause the leading edge effect to thin the temperature boundary layer by circulating the low temperature refrigerant 3 to the base plate 11 side, and the heat transfer to the base plate 11 can be achieved. It can be improved.

上述したように、本実施の形態では、互いに組み合わされた第1流路5及び第2流路6が、ベース板11側と天面板12側で入れ替わる構造とすることで、発熱体4が設けられるベース板11近傍に低温の冷媒3を供給し、冷却能力を向上させることができる。また、L字型流路部15a、並行流路部16a、L字型流路部15bを形成することで旋回流れ及び衝突流を発生させ、発熱体4が設けられるベース板11への熱伝達を向上させることができる。更に、冷媒3が旋回するように上下が入れ替わる流路過程において、流路の断面積の変化を小さく抑えるように形成されていることにより、圧力損失の増加を抑制することができる。   As described above, in the present embodiment, the first flow path 5 and the second flow path 6 combined with each other are replaced by the base plate 11 side and the top plate 12 side, whereby the heating element 4 is provided. The low temperature refrigerant 3 can be supplied near the base plate 11 to improve the cooling capacity. Further, by forming the L-shaped flow path portion 15a, the parallel flow path portion 16a, and the L-shaped flow path portion 15b, a swirling flow and a collision flow are generated, and heat transfer to the base plate 11 provided with the heating element 4 Can be improved. Furthermore, in the flow path process in which the refrigerant 3 is turned upside down, the change in cross-sectional area of the flow path is suppressed to a small value, whereby an increase in pressure loss can be suppressed.

なお、当然ながら、第1流路5及び第2流路6を入れ替えて、第1流路5が天面板12側からベース板11側に連通し、第2流路6がベース板11側から天面板12側に連通するとしてもよい。   As a matter of course, the first flow path 5 and the second flow path 6 are interchanged, and the first flow path 5 communicates from the top panel 12 side to the base plate 11 side, and the second flow path 6 from the base plate 11 side It may be in communication with the top plate 12 side.

また、冷却装置1の分岐流路部13a、13b、合流流路部14a、14b、L字型流路部15a、並行流路部16aの高さ、幅、長さ等の寸法、入れ替わり部17aの傾斜角度等は適宜変更してもよい。また各々の流路の形状は、例えば、矩形流路、円形流路、台形流路としてもよい。   In addition, dimensions such as height, width, length, etc. of the branch flow paths 13a and 13b, the merging flow paths 14a and 14b, the L-shaped flow path 15a, and the parallel flow path 16a of the cooling device 1 The angle of inclination of and the like may be changed as appropriate. The shape of each flow path may be, for example, a rectangular flow path, a circular flow path, or a trapezoidal flow path.

また、第1流路5及び第2流路6は、互いにベース板11側と天面板12側とが入れ替わる構造であればよく、分岐流路部13a、13bを備えない構成も可能である。   Moreover, the 1st flow path 5 and the 2nd flow path 6 should just be the structure where the base board 11 side and the top-plate 12 side mutually interchange, and the structure which does not comprise branch flow-path part 13a, 13b is also possible.

実施の形態2.
本発明を実施するための実施の形態2に係る冷却装置1について、図10を参照して説明する。図10は本発明の実施の形態2に係る冷却装置を示す概略構成図である。実施の形態1に係る冷却装置1と重複する説明は、適宜簡略化又は省略している。
Second Embodiment
A cooling device 1 according to a second embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a schematic configuration view showing a cooling device according to Embodiment 2 of the present invention. The description overlapping with that of the cooling device 1 according to the first embodiment is appropriately simplified or omitted.

本実施の形態では、L字型流路部15a、並行流路部16a、L字型流路部15bの順に連通する入れ替わり部17aに加えて、L字型流路部15b、並行流路部16b、L字型流路部15aの順に連通する入れ替わり部17bを有する構成とした。ここで、並行流路部16bは、上流部にL字型流路部15b、下流部にL字型流路部15aを有する流路部とする。   In this embodiment, in addition to the interchanged portion 17a communicating with the L-shaped flow passage portion 15a, the parallel flow passage portion 16a, and the L-shaped flow passage portion 15b in order, the L-shaped flow passage portion 15b and the parallel flow passage portion 16b, it has composition which has exchange part 17b connected in order of L character type channel part 15a. Here, the parallel flow passage portion 16b is a flow passage portion having an L-shaped flow passage portion 15b at the upstream portion and an L-shaped flow passage portion 15a at the downstream portion.

図10に示すように、第1流路5では、ベース板11側に位置する上流部から天面板12側に位置する下流部に連通した後、天面板12側からさらにベース板11側に連通する。また、第2流路6では、天面板12側に位置する上流部からベース板11側に位置する下流部に連通した後、ベース板11側からさらに天面板12側に連通する。   As shown in FIG. 10, in the first flow path 5, after communicating from the upstream portion located on the base plate 11 side to the downstream portion located on the top plate 12 side, the top plate 12 side further communicates from the top plate 12 side Do. Further, in the second flow path 6, after communicating from the upstream portion located on the top plate 12 side to the downstream portion located on the base plate 11 side, the second channel 6 further communicates from the base plate 11 side to the top plate 12 side.

このような構成においても、実施の形態1と同様に、第1流路5及び第2流路6がベース板11側と天面板12側で入れ替わるように形成されることで、冷却能力を向上させることができる。更に本実施の形態では、第1流路5及び第2流路6は、入れ替わり部17bを設けたことで、旋回流れが促進され、発熱体4が設けられるベース板11への熱伝達を向上させることができる。   Even in such a configuration, as in the first embodiment, the first flow path 5 and the second flow path 6 are formed so as to be interchanged on the base plate 11 side and the top plate 12 side, thereby improving the cooling capacity. It can be done. Furthermore, in the present embodiment, the first flow path 5 and the second flow path 6 are provided with the replacement portion 17b, so that the swirl flow is promoted and heat transfer to the base plate 11 on which the heating element 4 is provided is improved. It can be done.

なお、本実施の形態では、第1流路5及び第2流路6は、入れ替わり部17a及び入れ替わり部17bをそれぞれ1つ有する構成としたが、入れ替わり部17a、17bの個数は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜増やしてもよい。このように入れ替わり部17a、17bを複数設けることで、発熱体4が設けられるベース板11の複数の位置において低温の冷媒3を供給することができ、冷却能力を向上させることができる。また、旋回流れが更に促進され、発熱体4が設けられるベース板11への熱伝達を向上させることができる。   In the present embodiment, the first flow path 5 and the second flow path 6 are configured to have one replacement portion 17a and one replacement portion 17b, but the number of replacement portions 17a and 17b is the same as that of the present invention. You may increase suitably in the range which does not deviate from the meaning. By providing a plurality of replacement parts 17a and 17b as described above, the low temperature refrigerant 3 can be supplied at a plurality of positions of the base plate 11 where the heating element 4 is provided, and the cooling capacity can be improved. Further, the swirling flow is further promoted, and the heat transfer to the base plate 11 on which the heating element 4 is provided can be improved.

実施の形態3.
本発明を実施するための実施の形態3に係る冷却装置1について、図11を参照して説明する。図11は本発明の実施の形態3に係る冷却装置を示す概略側面図である。なお、実施の形態1及び2に係る冷却装置1と重複する説明は、適宜簡略化又は省略している。
Third Embodiment
A cooling device 1 according to a third embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a schematic side view showing a cooling device according to Embodiment 3 of the present invention. In addition, the description which overlaps with the cooling device 1 which concerns on Embodiment 1 and 2 is simplified or abbreviate | omitted suitably.

本実施の形態では、第1流路5及び第2流路6で構成された冷媒流路10をベース板11と天面板12との間に複数積層した構成とした。天面板12側に形成された冷媒流路10は、発熱体4が設けられるベース板11と接しないため、常に低温の冷媒3が流通することになる。   In the present embodiment, a plurality of refrigerant channels 10 configured by the first channel 5 and the second channel 6 are stacked between the base plate 11 and the top plate 12. The refrigerant flow path 10 formed on the top plate 12 does not contact the base plate 11 on which the heating element 4 is provided, so that the low temperature refrigerant 3 always flows.

このような構成においても、実施の形態1と同様に、第1流路5及び第2流路6がベース板11側と天面板12側で入れ替わるように形成されることで、冷却能力を向上させることができる。更に本実施の形態では、2個以上の積層流路にすることで、ベース板11に低温の冷媒3を常に供給することが可能となり、発熱体4が設けられるベース板11への熱伝達を向上させることができる。   Even in such a configuration, as in the first embodiment, the first flow path 5 and the second flow path 6 are formed so as to be interchanged on the base plate 11 side and the top plate 12 side, thereby improving the cooling capacity. It can be done. Furthermore, in the present embodiment, it is possible to always supply the low temperature refrigerant 3 to the base plate 11 by using two or more laminated flow paths, and heat transfer to the base plate 11 on which the heating element 4 is provided. It can be improved.

実施の形態4.
なお、実施の形態1から3では、冷媒3が流入及び流出する流路を各々分岐流路部13a、13bとしたが、これに限定されるものではない。図12は、本発明の実施の形態4に係る冷却装置を示す概略構成図である。第1流路5及び第2流路6は、上流から並行流路部16b、L字型流路部15a、合流流路部14a、分岐流路部13a、合流流路部14a、L字型流路部15a、並行流路部16a、L字型流路部15b、合流流路部14b、分岐流路部13bの順に連続するように形成されている。このように、冷媒3が流通する過程で第1流路5と第2流路6がベース板11側と天面板12側とで入れ替わるように形成されていれば、流入及び流出する流路の形状は問わない。
Fourth Embodiment
In the first to third embodiments, the flow paths through which the refrigerant 3 flows in and out are the branch flow paths 13a and 13b, respectively. However, the present invention is not limited to this. FIG. 12 is a schematic configuration view showing a cooling device according to Embodiment 4 of the present invention. The first flow path 5 and the second flow path 6 are, from the upstream side, a parallel flow path portion 16b, an L-shaped flow path portion 15a, a merging flow path portion 14a, a branch flow path portion 13a, a merging flow path portion 14a, an L-shaped The flow path portion 15a, the parallel flow path portion 16a, the L-shaped flow path portion 15b, the merging flow path portion 14b, and the branch flow path portion 13b are formed to be continuous in this order. As described above, if the first flow path 5 and the second flow path 6 are formed so as to be exchanged between the base plate 11 side and the top plate 12 side in the process of circulating the refrigerant 3, The shape does not matter.

実施の形態5.
本発明を実施するための実施の形態5に係る冷却装置1について、図13を参照して説明する。図13は本発明の実施の形態5に係る冷却装置を示す概略側面図である。なお、実施の形態1から4に係る冷却装置1と重複する説明は、適宜簡略化又は省略している。
Embodiment 5
A cooling device 1 according to a fifth embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a schematic side view showing a cooling device according to Embodiment 5 of the present invention. The description overlapping with that of the cooling device 1 according to the first to fourth embodiments is appropriately simplified or omitted.

本実施の形態では、第1流路5及び第2流路6で構成された冷媒流路10の流路断面がL字型流路部15a、並行流路部16a、L字型流路部15b、並行流路部16b、L字型流路部15aの順に循環するように形成されている。即ち、第1流路5及び第2流路6は、入れ替わり部17aと入れ替わり部17bとが交互に形成されている。   In the present embodiment, the flow passage cross section of the refrigerant flow passage 10 configured by the first flow passage 5 and the second flow passage 6 is L-shaped flow passage portion 15a, parallel flow passage portion 16a, L-shaped flow passage portion It is formed to circulate in order of 15b, the parallel flow path part 16b, and the L-shaped flow path part 15a. That is, in the first flow path 5 and the second flow path 6, the replacement portion 17a and the replacement portion 17b are alternately formed.

このような構成では、冷媒3がY方向に流通しながら、ZX面において常に時計回り又は反時計回りの旋回流れが発生し、流れが乱れることによって発熱体4が設けられるベース板11への熱伝達を向上させることができる。   In such a configuration, while the refrigerant 3 flows in the Y direction, a clockwise or counterclockwise swirling flow is always generated on the ZX plane, and the flow is disturbed so that the heat to the base plate 11 provided with the heating element 4 is generated. Transmission can be improved.

実施の形態6.
本発明を実施するための実施の形態6に係る半導体モジュール200について、図14を参照して説明する。図14は本発明の実施の形態6に係る半導体モジュールを示す側面図である。なお、実施の形態1から5に係る冷却装置1と重複する説明は、適宜簡略化又は省略している。
Sixth Embodiment
A semiconductor module 200 according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a side view showing a semiconductor module according to the sixth embodiment of the present invention. The description overlapping with that of the cooling device 1 according to the first to fifth embodiments is appropriately simplified or omitted.

本実施の形態では、冷却装置1のベース板11に発熱体である半導体素子4を配置し、半導体モジュール200とする構成とした。半導体素子4は、熱伝導性の優れたグリス、シート、熱拡散性の大きいヒートスプレッダ、炭素繊維部材(グラファイトシート)等を介して、冷却装置1に取り付けられる。半導体素子4は、例えば、第1流路5及び第2流路6の入れ替わり部17aの上流側近傍に配置される。   In the present embodiment, the semiconductor element 4 which is a heating element is disposed on the base plate 11 of the cooling device 1 to form the semiconductor module 200. The semiconductor element 4 is attached to the cooling device 1 via a grease having excellent thermal conductivity, a sheet, a heat spreader having high thermal diffusivity, a carbon fiber member (graphite sheet), and the like. The semiconductor element 4 is disposed, for example, in the vicinity of the upstream side of the replacement portion 17 a of the first flow path 5 and the second flow path 6.

このような構成においても、実施の形態1と同様に、第1流路5及び第2流路6がベース板11側と天面板12側で入れ替わるように形成されることで、冷却能力を向上させることができる。更に本実施の形態では、冷却装置1に半導体素子4を取付け、半導体モジュール200とした。これにより冷却能力の高い半導体モジュールを実現できる。また、半導体素子4を第1流路5及び第2流路6の入れ替わり部17aの上流側近傍に配置することにより、相対的に温度が高くなる領域、即ちホットスポットを効率的に冷却することができる。   Even in such a configuration, as in the first embodiment, the first flow path 5 and the second flow path 6 are formed so as to be interchanged on the base plate 11 side and the top plate 12 side, thereby improving the cooling capacity. It can be done. Furthermore, in the present embodiment, the semiconductor element 4 is attached to the cooling device 1 to form the semiconductor module 200. Thus, a semiconductor module with high cooling capacity can be realized. In addition, by arranging the semiconductor element 4 in the vicinity of the upstream side of the replacement portion 17a of the first flow path 5 and the second flow path 6, it is possible to efficiently cool the region where the temperature is relatively high, that is, the hot spot. Can.

100 冷却システム、200 半導体モジュール、1 冷却装置、2 冷媒駆動装置、3 冷媒、32 流れ方向、4 発熱体、5 第1流路、6 第2流路、10 冷媒流路、11 ベース板、12 天面板、13a,13b 分岐流路部、14a,14b 合流流路部、15a,15b L字型流路部、16a,16b 並行流路部、17a,17b 入れ替わり部、181,182,183 流入口、191,192,193 流出口、20 フィン。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Cooling system, 200 semiconductor module, 1 cooling device, 2 refrigerant drive device, 3 refrigerant, 32 flow direction, 4 heat generating body, 5 1st flow path, 6 2nd flow path, 10 refrigerant flow path, 11 base plate, 12 Top plate, 13a, 13b branch flow channel section, 14a, 14b merge flow channel section, 15a, 15b L-shaped flow channel section, 16a, 16b parallel flow channel section, 17a, 17b replacement section, 181, 182, 183 inlet 191, 192, 193 outlet, 20 fins.

Claims (11)

発熱体が設けられるベース板と、
前記ベース板に対向して設けられた天面板と、
前記ベース板及び前記天面板の間に幅方向に複数並列に形成され、冷媒が流通する流路の1つであって、前記ベース板側に位置する上流部から第1の入れ替わり部を経由して前記天面板側に位置する下流部に連通する第1流路と、
前記第1流路と組み合わされて配置され、前記冷媒が流通する前記流路の他の1つであって、前記天面板側に位置する上流部から第2の入れ替わり部を経由して前記ベース板側に位置する下流部に連通する第2流路と
を備えたことを特徴とする冷却装置。
A base plate provided with a heating element;
A top plate provided opposite to the base plate;
A plurality of parallel formed in the width direction between the base plate and the top plate, which is one of the flow paths through which the refrigerant flows, from the upstream portion located on the base plate side through the first replacement portion A first flow passage communicating with the downstream portion located on the top plate side;
It is another one of the flow paths which is disposed in combination with the first flow path and through which the refrigerant flows, and from the upstream portion located on the top plate side to the base via the second replacement portion A cooling device comprising: a second flow passage communicating with a downstream portion located on a plate side.
前記第1の入れ替わり部及び前記第2の入れ替わり部は、それぞれ前記冷媒の流れに対して直交する断面における前記第1流路と前記第2流路との間の中間位置を中心として旋回するように形成されることを特徴とする請求項1に記載の冷却装置。 Each of the first and second replacement sections is configured to pivot about an intermediate position between the first flow path and the second flow path in a cross section orthogonal to the flow of the refrigerant. The cooling device according to claim 1, wherein the cooling device is formed in 前記第1流路及び前記第2流路の前記上流部は、それぞれ複数に分岐されており、前記第1の入れ替わり部と前記第2の入れ替わり部に至るまでに合流されることを特徴とする請求項1又は2に記載の冷却装置。 Each of the upstream portions of the first flow path and the second flow path is branched into a plurality of portions, and the upstream portions are joined together before reaching the first switching portion and the second switching portion. The cooling device according to claim 1. 前記第1の入れ替わり部及び前記第2の入れ替わり部の少なくとも一方は、前記冷媒の流れに対して直交する断面がL字であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の冷却装置。 The cross section which intersects perpendicularly to the flow of the refrigerant is L character at least one of the 1st exchange part and the 2nd exchange part according to any one of claims 1 to 3 characterized by the above-mentioned Cooling system. 前記第1流路及び前記第2流路は、互いに組み合わされて直方体形状を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の冷却装置。 The cooling device according to any one of claims 1 to 4, wherein the first flow path and the second flow path are combined with each other to have a rectangular parallelepiped shape. 前記第1流路は、前記天面板側に位置する前記下流部からさらに前記ベース板側に連通し、前記第2流路は、前記ベース板側に位置する前記下流部からさらに前記天面板側に連通することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の冷却装置。 The first flow path communicates with the base plate further from the downstream portion located on the top plate side, and the second flow path further extends from the downstream portion located on the base plate side The cooling device according to any one of claims 1 to 5, wherein the cooling device is in communication with 前記第1流路及び前記第2流路は、前記ベース板及び前記天面板の間に複数積層されたことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の冷却装置。 The cooling device according to any one of claims 1 to 6, wherein a plurality of the first flow paths and the second flow paths are stacked between the base plate and the top plate. 請求項1から7のいずれか一項に記載の冷却装置と、
前記冷却装置の前記ベース板又は前記天面板の少なくとも一方の面に発熱体として半導体素子とを備えたことを特徴とする半導体モジュール。
The cooling device according to any one of claims 1 to 7,
A semiconductor module comprising a semiconductor element as a heating element on at least one surface of the base plate or the top plate of the cooling device.
ベース板と、
前記ベース板から受熱する第1流路と、
前記第1流路と分離し、前記ベース板の面方向に沿って、前記第1流路と互いの位置関係が入れ替わる第2流路と
を備えた冷却装置。
Base plate,
A first flow path receiving heat from the base plate;
And a second flow passage which is separated from the first flow passage and whose positional relationship with the first flow passage is interchanged along the surface direction of the base plate.
前記第1流路は第1部材に形成され、前記第2流路は第2部材に形成され、
前記第1部材と前記第2部材が互いに組み合わされた請求項9に記載の冷却装置。
The first channel is formed in a first member, and the second channel is formed in a second member,
The cooling device according to claim 9, wherein the first member and the second member are combined with each other.
前記位置関係は、前記第1流路及び前記第2流路のうち、いずれかが前記ベース板側に位置する請求項9又は10に記載の冷却装置。 The cooling device according to claim 9, wherein one of the first flow path and the second flow path is positioned on the base plate side in the positional relationship.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021057370A (en) * 2019-09-27 2021-04-08 京セラ株式会社 Channel member and power semiconductor module

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007005673A (en) * 2005-06-27 2007-01-11 Toyota Industries Corp Heat sink for power module
JP2008116105A (en) * 2006-11-02 2008-05-22 Fuji Xerox Co Ltd Heat exchanger and manufacturing method for it
JP2009188387A (en) * 2008-01-10 2009-08-20 Denso Corp Semiconductor cooling structure
JP2010177484A (en) * 2009-01-30 2010-08-12 Denso Corp Stacked cooling device, and method of manufacturing cooling tube used for the same
JP2011071398A (en) * 2009-09-28 2011-04-07 Denso Corp Semiconductor cooling structure
JP2012033966A (en) * 2011-10-31 2012-02-16 Toyota Industries Corp Heat sink for power module
JP2018006688A (en) * 2016-07-07 2018-01-11 株式会社デンソー Cooling apparatus
JP2018085386A (en) * 2016-11-21 2018-05-31 トヨタ自動車株式会社 Double sided cooler

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007005673A (en) * 2005-06-27 2007-01-11 Toyota Industries Corp Heat sink for power module
JP2008116105A (en) * 2006-11-02 2008-05-22 Fuji Xerox Co Ltd Heat exchanger and manufacturing method for it
JP2009188387A (en) * 2008-01-10 2009-08-20 Denso Corp Semiconductor cooling structure
JP2010177484A (en) * 2009-01-30 2010-08-12 Denso Corp Stacked cooling device, and method of manufacturing cooling tube used for the same
JP2011071398A (en) * 2009-09-28 2011-04-07 Denso Corp Semiconductor cooling structure
JP2012033966A (en) * 2011-10-31 2012-02-16 Toyota Industries Corp Heat sink for power module
JP2018006688A (en) * 2016-07-07 2018-01-11 株式会社デンソー Cooling apparatus
JP2018085386A (en) * 2016-11-21 2018-05-31 トヨタ自動車株式会社 Double sided cooler

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021057370A (en) * 2019-09-27 2021-04-08 京セラ株式会社 Channel member and power semiconductor module
JP7274390B2 (en) 2019-09-27 2023-05-16 京セラ株式会社 Flow path member and power semiconductor module

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