JP4820256B2 - Heating element cooling device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体素子からなる発熱体を冷却する、発熱体冷却装置に関する。 The present invention relates to a heating element cooling device for cooling a heating element made of a semiconductor element.
半導体素子は動作時に発熱するので、耐久性を維持するために、発熱による温度上昇を抑制することが求められる。例えば、電動モータの回転を制御するパワードライブコントローラには、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)等のパワー半導体素子が用いられている。このようなパワー半導体素子は、特に発熱量が多いので、発熱体冷却装置によって十分に冷却することが好ましい。 Since a semiconductor element generates heat during operation, it is required to suppress a temperature rise due to heat generation in order to maintain durability. For example, a power semiconductor device such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) is used in a power drive controller that controls the rotation of an electric motor. Since such a power semiconductor element has a particularly large calorific value, it is preferable that the power semiconductor element be sufficiently cooled by a heating element cooling device.
発熱体冷却装置としては、強制空冷装置や沸騰冷却装置が知られている。強制空冷装置は、ファンで発生した空気流によって半導体素子を冷却するものである。一方、沸騰冷却装置は、半導体素子が発生した熱で、冷媒液を気化させることによって、半導体素子を冷却するものである。沸騰冷却装置は、ファンが必要ないので、ランニングコストを低減することができる。このため、近年、沸騰冷却装置の開発が進められている(例えば、特許文献1参照。)。
特許文献1に示される発熱体冷却装置は、密閉されたケースの中を、分離壁によって第1室と第2室の2つに分離し、第1室において分離壁にモジュール型パワー半導体素子を取付け、第2室(冷却槽)に冷媒液を収納したというものである。
分離壁は貫通孔を有している。パワー半導体素子は、金属製の取付部を有している。この取付部の取付面は、放熱部を兼ねており、貫通孔を塞ぐように分離壁に取付けられる。このため、取付面は、貫通孔を通して、第2室の中の冷媒液に直接に接する。パワー半導体素子が発した熱は、取付面を介して冷媒液に伝わり、放散される。
The heating element cooling device shown in Patent Document 1 separates a sealed case into two chambers, a first chamber and a second chamber, by a separation wall, and a module type power semiconductor element is placed on the separation wall in the first chamber. It is attached and the refrigerant | coolant liquid was accommodated in the 2nd chamber (cooling tank).
The separation wall has a through hole. The power semiconductor element has a metal mounting portion. The mounting surface of the mounting portion also serves as a heat radiating portion, and is attached to the separation wall so as to close the through hole. For this reason, the attachment surface directly contacts the refrigerant liquid in the second chamber through the through hole. The heat generated by the power semiconductor element is transferred to the refrigerant liquid through the mounting surface and is dissipated.
ところで、特許文献1に示される発熱体冷却装置では、冷媒液が気化することによって発生した蒸気の熱を、大気へ効率良く放散する必要がある。このため、第2室(冷却槽)は、熱伝導性が良好な金属材料で構成されることが好ましい。一方、パワー半導体素子の取付部は、取付面から冷媒液へ熱を効率良く伝えるために、金属材料で構成されている。このため、冷媒液を収納した第2室(分離壁)と、パワー半導体素子の取付面との間を、電気的に絶縁する必要がある。しかしながら、電気的に絶縁する部材を新たに設けるのでは、部品数が多くなるとともに、構成が複雑になるので、得策ではない。 By the way, in the heat generating body cooling device shown by patent document 1, it is necessary to dissipate efficiently the heat | fever of the vapor | steam which generate | occur | produced when the refrigerant liquid vaporizes to air | atmosphere. For this reason, it is preferable that the second chamber (cooling tank) is made of a metal material having good thermal conductivity. On the other hand, the mounting portion of the power semiconductor element is made of a metal material in order to efficiently transfer heat from the mounting surface to the refrigerant liquid. For this reason, it is necessary to electrically insulate between the 2nd chamber (separation wall) which accommodated the refrigerant liquid, and the attachment surface of a power semiconductor element. However, it is not a good idea to newly provide an electrically insulating member because the number of parts increases and the configuration becomes complicated.
本発明は、絶縁性の冷媒液を収納した冷却槽と、発熱体を接合した放熱板との間を、簡単な構成によって、電気的に確実に絶縁できるとともに、発熱体を絶縁性の冷媒液で冷却する冷却性能を高めることができる技術を提供することを課題とする。 The present invention can electrically and reliably insulate between a cooling tank containing an insulating refrigerant liquid and a heat radiating plate joined with a heating element with a simple structure, and the heating element can be insulated from the insulating refrigerant liquid. It is an object of the present invention to provide a technique capable of improving the cooling performance of cooling with a vacuum.
請求項1に係る発明では、半導体素子からなる発熱体が発生した熱で、絶縁性の冷媒液を気化させることによって、発熱体を冷却する発熱体冷却装置であって、発熱体冷却装置は、絶縁性の冷媒液を収納する金属製の冷却槽を備え、この冷却槽は、発熱体を取付ける取付面に、内外貫通した貫通孔を有しており、発熱体は、熱伝導性を有した金属製の放熱板における、一方の面に接合されており、放熱板における他方の面は、貫通孔よりも大きい面であって、貫通孔に被せたときに、この貫通孔を通して、冷却槽内の絶縁性の冷媒液に直接に接する放熱面であり、この放熱面のうち、貫通孔に臨む部分だけが露出され、残りの部分は電気絶縁性を有した被覆部材で被覆されており、放熱面は、貫通孔の位置で取付面に、被覆部材を介して重ねて、取付けられており、取付面は、冷却槽を構成する板部材によって形成されており、さらに、発熱体は、外方へ延びるバスバーを有しており、このバスバーは、バスバー固定部にボルト止めされるものであり、このバスバー固定部を配置するように、冷却槽と共に板部材が延長しており、バスバー固定部は、バスバーから伝わった熱が板部材を介して絶縁性の冷媒液に伝わるように、板部材の延長した部位に設けられることで、発熱体が発生した熱を、放熱板とバスバーの両方から絶縁性の冷媒液に伝えるように構成されていることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a heating element cooling device that cools the heating element by evaporating the insulating refrigerant liquid with the heat generated by the heating element composed of a semiconductor element. A cooling tank made of metal that contains an insulating refrigerant liquid is provided, and this cooling tank has a through-hole penetrating inside and outside on a mounting surface to which the heating element is attached, and the heating element has thermal conductivity. It is joined to one surface of a metal heat sink, and the other surface of the heat sink is larger than the through hole. The heat dissipating surface is in direct contact with the insulative refrigerant liquid. Of this heat dissipating surface, only the part facing the through hole is exposed, and the remaining part is covered with a covering member having electrical insulating properties. The surface overlaps the mounting surface at the position of the through-hole via the covering member Mounted, the mounting surface is formed by a plate member constituting the cooling bath, further, the heating element has a bus bar that extends outwardly, the bus bar bolted to the bus bar fixing portion The plate member is extended together with the cooling tank so as to arrange the bus bar fixing portion, and the heat transmitted from the bus bar is transferred to the insulating refrigerant liquid through the plate member in the bus bar fixing portion. As described above, it is characterized in that the heat generated by the heating element is transmitted from both the heat radiating plate and the bus bar to the insulating refrigerant liquid by being provided in the extended portion of the plate member .
請求項2に係る発明では、前記被覆部材は、前記発熱体の全体をモールドするモールド樹脂からなることを特徴とする。
In the invention which concerns on
請求項3に係る発明では、前記取付面と前記被覆部材との間で、前記貫通孔の周囲は、シール部材によってシールされていることを特徴とする。 In the invention which concerns on Claim 3, the circumference | surroundings of the said through-hole are sealed with the sealing member between the said attachment surface and the said coating | coated member.
請求項4に係る発明では、前記放熱板は、前記放熱面を上向きにして配置されており、前記冷却槽は、前記放熱板よりも高位に配置されるとともに、外表面に放熱フィンを有していることを特徴とする。 In the invention which concerns on Claim 4, the said heat sink is arrange | positioned with the said heat radiating surface facing upwards, While the said cooling tank is arrange | positioned higher than the said heat radiating plate, it has a heat radiating fin on an outer surface. It is characterized by.
請求項1に係る発明は、発熱体(半導体素子)が接合された放熱板の放熱面のうち、冷却槽の貫通孔に臨む部分だけを露出させ、残りの部分を電気絶縁性を有した被覆部材で被覆したので、冷却槽の取付面に対し、被覆部材を介して放熱面を重ね、冷却槽に取付けることができる。
このため、放熱板の放熱面のうち、冷却槽の貫通孔に臨む部分だけを露出させ、残りの部分を電気絶縁性を有した被覆部材で被覆するという、極めて簡単な構成によって、冷却槽と放熱板との間を、電気的に容易に且つ確実に絶縁することができる。しかも、部品数を抑制することができ、取付け工数が増すこともない。
さらには、発熱体から放熱板へ伝わった熱を、放熱板から絶縁性の冷媒液へ直接に伝えることができるので、熱伝達性能を十分に高めることができる。従って、発熱体を冷却する性能を十分に高めることができる。
このように、請求項1に係る発明では、簡単な構成であるにもかかわらず、冷却槽と放熱板との間を電気的に確実に絶縁することができるとともに、発熱体を冷却する冷却性能を十分に高めることができる。
さらに請求項1に係る発明では、冷却槽を構成する板部材によって前記取付面を形成し、この取付面にバスバー固定部を設け、一方、発熱体から外方にバスバーを延ばし、バスバーをバスバー固定部にボルト止めすることによって、バスバーからバスバー固定部へ伝わった熱を、バスバー固定部から絶縁性の冷媒液へ伝わるように構成したものである。
このため、発熱体が発生した熱は、バスバー、バスバー固定部及び板部材を介して絶縁性の冷媒液に伝わる。従って、発熱体が発生した熱は、放熱板とバスバーの両方から、絶縁性の冷媒液に伝わる。この結果、発熱体から絶縁性の冷媒液に伝わる熱量を増大させることができるので、発熱体を冷却する性能を、より一層十分に高めることができる。
このようなバスバー固定部は、バスバーを外部配線に接続するために中継する、端子台を兼ねることができる。
According to the first aspect of the present invention, only the portion facing the through hole of the cooling tank is exposed and the remaining portion of the heat radiating surface of the heat radiating plate to which the heat generating element (semiconductor element) is bonded is exposed. Since it coat | covered with the member, with respect to the attachment surface of a cooling tank, a heat radiating surface can be piled up via a coating | coated member, and it can attach to a cooling tank.
For this reason, only the portion of the heat radiating surface of the heat radiating plate that faces the through hole of the cooling tub is exposed, and the remaining portion is covered with a covering member having electrical insulating properties, so that the cooling tub and It is possible to easily and reliably insulate the heat sink. In addition, the number of parts can be reduced, and the number of mounting steps is not increased.
Furthermore, since the heat transmitted from the heat generating body to the heat radiating plate can be directly transmitted from the heat radiating plate to the insulating refrigerant liquid, the heat transfer performance can be sufficiently enhanced. Therefore, the performance for cooling the heating element can be sufficiently enhanced.
Thus, in the invention according to claim 1, despite the simple configuration, the cooling tank and the heat radiating plate can be electrically and reliably insulated, and the cooling performance for cooling the heating element can be achieved. Can be increased sufficiently.
Furthermore, in the invention according to claim 1, the mounting surface is formed by a plate member constituting the cooling tank, and a bus bar fixing portion is provided on the mounting surface, while the bus bar is extended outward from the heating element, and the bus bar is fixed to the bus bar. The heat transmitted from the bus bar to the bus bar fixing portion is transferred from the bus bar fixing portion to the insulating refrigerant liquid by bolting to the portion.
For this reason, the heat generated by the heating element is transmitted to the insulating refrigerant liquid through the bus bar, the bus bar fixing portion and the plate member. Therefore, the heat generated by the heating element is transmitted from both the heat radiating plate and the bus bar to the insulating refrigerant liquid. As a result, the amount of heat transferred from the heating element to the insulating refrigerant liquid can be increased, so that the performance of cooling the heating element can be further improved sufficiently.
Such a bus bar fixing | fixed part can serve as a terminal block which relays in order to connect a bus bar to external wiring.
請求項2に係る発明では、発熱体の全体をモールドするモールド樹脂によって、被覆部材を構成したものである。このため、発熱体の全体をモールド樹脂でモールドするときに、同時に、放熱板の放熱面をも、モールド樹脂によってモールドすることができる。
従って、モールド樹脂により、(1)発熱体を封止して防湿性を確保する工程と、(2)放熱板の放熱面のうち、電気絶縁に必要な部分を被覆する工程とを、同時に実施することができる。この結果、発熱体と放熱板とからなる半導体モジュールを、簡単に製造することができ、生産性が高まる。
In the invention which concerns on
Therefore, (1) the step of sealing the heating element to ensure moisture resistance with the mold resin and (2) the step of covering the part of the heat dissipation surface of the heat sink necessary for electrical insulation are performed simultaneously. can do. As a result, a semiconductor module composed of a heating element and a heat radiating plate can be easily manufactured, increasing productivity.
請求項3に係る発明では、冷却槽の取付面と被覆部材との間で、貫通孔の周囲を、シール部材によってシールしたものである。このため、貫通孔の周囲をシール部材で確実に且つ容易にシールすることができる。この結果、取付面と被覆部材との間から絶縁性の冷媒液の漏洩を防止することができる。 In the invention which concerns on Claim 3, the circumference | surroundings of a through-hole are sealed with the sealing member between the attachment surface of a cooling tank, and a coating | coated member. For this reason, the periphery of the through hole can be reliably and easily sealed with the seal member. As a result, it is possible to prevent leakage of the insulating refrigerant liquid from between the mounting surface and the covering member.
請求項4に係る発明では、放熱板の放熱面を上向きに配置し、放熱板よりも高位に冷却槽を配置したものである。このため、放熱面に対して、絶縁性の冷媒液を常に十分に接触させることができる。従って、放熱面から絶縁性の冷媒液へ、熱を効率良く伝えることができる。また、冷却槽の外表面に放熱フィンを設けたので、絶縁性の冷媒液が気化することによって発生した蒸気の熱を、放熱フィンを介して大気へ効率良く放散することができる。
このため、発熱体から放熱板へ伝わった熱を、絶縁性の冷媒液を介して大気へ、より一層十分に放散することができる。従って、発熱体を冷却する性能を、より一層十分に高めることができる。
In the invention which concerns on Claim 4, the heat radiating surface of a heat sink is arrange | positioned upwards, and a cooling tank is arrange | positioned higher than a heat sink. For this reason, the insulating refrigerant liquid can always be sufficiently brought into contact with the heat radiating surface. Therefore, heat can be efficiently transferred from the heat radiation surface to the insulating refrigerant liquid. Moreover, since the heat radiating fin is provided on the outer surface of the cooling tank, the heat of the vapor generated by vaporizing the insulating refrigerant liquid can be efficiently dissipated to the atmosphere through the heat radiating fin.
For this reason, the heat transmitted from the heating element to the heat radiating plate can be more sufficiently dissipated to the atmosphere via the insulating refrigerant liquid. Therefore, the performance of cooling the heating element can be further enhanced sufficiently.
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図1は、本発明の発熱体冷却装置(第1の実施の形態)の説明図である。
発熱体冷却装置11は、第1〜第3電気部材12〜14を冷却するもので、第1〜第3電気部材12〜14と、第1〜第3電気部材12〜14の上部に取付けられている冷却槽16と、第1〜第3電気部材12〜14に入れた絶縁性の冷媒液17と、からなる。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram of a heating element cooling device (first embodiment) according to the present invention.
The heating
図2は、図1の2−2線断面図であり、第1電気部材12及び冷却槽16の断面を示している。
第1電気部材12は、半導体素子からなる発熱体21と、発熱体21の固定端22が一方の実装面23に取付けられている放熱板24と、発熱体21の導電端25に接続しているバスバー26と、これらのバスバー26、発熱体21及び放熱板24を覆っている樹脂製の被覆部材27と、からなる。C1は冷却槽16に設定している第1電気部材12の中心、Cp1は第1電気部材12並びに放熱板24の中心である。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1 and shows a cross section of the first
The first
放熱板24は、金属製で、下方(矢印a1の方向)へ向けた一方の実装面23と、上方(矢印a2の方向)へ向いている他方の放熱面28を有し、中央に中心C1と同心に絶縁のための孔31が開けられ、孔31は被覆部材27の樹脂で包まれている。
The
被覆部材27は、冷却槽16を取付けている上部に冷却水溜め凹部32を形成している。具体的には、上部に冷却槽16を押圧する上部絶縁面33が形成され、上部絶縁面33に連ねて所望の深さの凹部壁34が形成され、凹部壁34に一体的に連ねて底部となる放熱板24の他方の放熱面28が配置されているとともに、放熱板24の縁から所定の距離だけ放熱面28に被さっている。縁に被せることで、放熱板24をより確実に保持することができる。
The covering
また、被覆部材27は、冷却水溜め凹部32の中央に放熱板24の孔31を包んだ中央絶縁凸部35が形成され、中央絶縁凸部35の当接面36に内リング溝37が形成され、上部絶縁面33に外リング溝38が形成されている。
さらに、被覆部材27は、中央絶縁凸部35にボルト用孔43が中心C1と同心に開けられ、ボルト用孔43に通している中央ボルト44の軸力を受ける補強板45がインサートされているものである。47は内リング溝37に嵌合しているオーリング、48は外リング溝38に嵌合しているシール部材である。
Further, the covering
Further, the covering
被覆部材27の材質は、絶縁性の冷媒液17に対して耐久性(耐溶解性や耐透過性)があるものである。
絶縁性の冷媒液17は、例えば、フッ素系不活性液体である。
冷却水溜め凹部32には、絶縁性の冷媒液17を入れているが、入れる量は任意である。第1電気部材12の上部絶縁面33以上入れることも可能である。
第2・第3電気部材13、14は、第1電気部材12と同様であり、発熱体冷却装置11に含まれる。
The material of the covering
The insulating
Insulating
The second and third
発熱体冷却装置11は、具体的には、第1電気部材12の冷却水溜め凹部32と、第2電気部材13の冷却水溜め凹部32と、第3電気部材14の冷却水溜め凹部32と、冷却槽16と、からなるものである。
Specifically, the heat
冷却槽16は、第1〜第3電気部材12〜14の被覆部材27に取付けられているベース部51と、ベース部51に連なる枠部52と、枠部52に連なる天井部53と、からなる。具体的には、ベース部51を形成している板部材54と、板部材54を縁に嵌合している枠部52と、天井部53の中央に形成され且つ、第1〜第3電気部材12〜14の中央絶縁凸部35がそれぞれ密着しているボス部55と、天井部53の外面(外表面)56に形成している放熱フィン57と、を備えている。
The
「絶縁性の冷媒液17を収納する冷却槽16」とは、冷却水溜め凹部32に絶縁性の冷媒液17を上部絶縁面33以上入れた場合で、冷却槽16の液面がベース部51(板部材54)に達した状態やベース部51(板部材54)以上の状態である。
The “
板部材54は、冷却槽16の縁に形成している嵌合段部61に嵌合し、第1〜第3電気部材12〜14が密着しているシート面部(取付面)62が形成され、シート面部62に連ねてそれぞれ貫通孔であるところの循環開口63が開けられ、枠部52に形成された注入口64に連通している流路65を封じる蓋部66(図1参照)を形成したものである。
なお、板部材54と嵌合段部61との接合方法は任意であり、例えば、ろう付けを用いる。
The
In addition, the joining method of the
ボス部55は、被覆部材27が有する中央絶縁凸部35の当接面36が密着している中央シート面67が形成され、中央シート面67に中央ボルト44に対応するめねじ部68が所望の深さで形成されている。
中央シート面67は、ベース部51(板部材54)のシート面部62と同じ高さ(つらいち)である。その結果、被覆部材27が備える中央絶縁凸部35の当接面36及び上部絶縁面33の形成が簡単になり、樹脂成形金型の製造が容易になる。
The
The central sheet surface 67 has the same height (i.e., as the sheet surface portion 62) of the base portion 51 (plate member 54). As a result, the formation of the
ここで、発熱体冷却装置11の組立て要領の一例を簡単に説明する。図1及び図2を併用して説明する。
まず、第1電気部材12の内リング溝37にオーリング47を入れ、外リング溝38にシール部材48を入れ、第1電気部材12を冷却槽16の板部材54のシート面部62に矢印a3(図1右参照)のように当接させる。続けて、第1電気部材12のボルト用孔43に中央ボルト44を通して、冷却槽16のボス部55に形成しためねじ部68にねじ込んで、中央ボルト44に所望の軸力を付与する。その際、軸力の管理には、例えば、トルク管理を用いる。
Here, an example of the assembly procedure of the heating
First, an O-
被覆部材27は、補強板45を備えているので、中央ボルト44の軸力のばらつきを小さくすることができるとともに、中央ボルト44から被覆部材27に加わる面圧を小さくすることができ、被覆部材27の変形を抑制することができる。
Since the covering
引き続き、第1電気部材12と同様に、第2・第3電気部材13、14を冷却槽16の板部材54に取付ける。
最後に、絶縁性の冷媒液17を図1の注入装置71で注入する。注入の手順は、まず、注入口64に注入装置71の接続口72をねじ込み、注入装置71の真空ポンプ73で冷却槽16並びに第1〜第3冷却水溜め凹部32内を真空にした後、第1バルブ74を閉じる。その次に、第2バルブ75を開き、注入装置71の水圧ポンプ76で絶縁性の冷媒液17を注入して、注入口64に栓をねじ込んで注入口64を封じる。これで、発熱体冷却装置11の組立ては完了する。
なお、真空ポンプ73や液圧ポンプ76を用いずに絶縁性の冷媒液17を注入することも可能である。
Subsequently, similarly to the first
Finally, the insulating
Note that it is possible to inject the insulating
次に、本発明の発熱体冷却装置(第1の実施の形態)の作用を説明する。
図3は、発熱体冷却装置(第1の実施の形態)の冷却の機構を説明する図である。図2を併用して説明する。第1電気部材12を対象に説明し、第2・第3電気部材13、14の説明は省略する。
Next, the operation of the heating element cooling device (first embodiment) of the present invention will be described.
FIG. 3 is a diagram for explaining a cooling mechanism of the heating element cooling device (first embodiment). This will be described with reference to FIG. The first
第1電気部材12の半導体素子(発熱体)21を作動させると、半導体素子(発熱体)21の熱は放熱板24に矢印a4のように伝わり、放熱板24は伝わった熱を放熱面(上面)28から絶縁性の冷媒液17に伝え、絶縁性の冷媒液17を昇温して矢印a5のように蒸発させる。その結果、放熱板24は放熱面(上面)28から熱を放出し、半導体素子(発熱体)21を冷却することができる。
つまり、発熱体21を絶縁性の冷媒液17で冷却する冷却性能を高めることができる。
一方、蒸発した絶縁性の冷媒液17は、温度の低い冷却槽16の天井部53に触れて凝結して液化し、液体は冷却水溜め凹部32に戻る。
When the semiconductor element (heating element) 21 of the first
That is, the cooling performance for cooling the
On the other hand, the evaporated insulating
冷却槽16の天井部53は、放熱フィン57によって放熱面積が大きくなり、絶縁性の冷媒液17で昇温される天井部53から絶縁性の冷媒液17の熱を矢印a6のように放出することでき、絶縁性の冷媒液17で昇温される冷却槽16の温度上昇を抑制することができ、冷却効果を高めることができる。
The
第2・第3電気部材13、14の半導体素子(発熱体)21を作動させると、前述と同様に、発熱体21を絶縁性の冷媒液17で冷却する冷却性能を高めることができる。
When the semiconductor elements (heating elements) 21 of the second and third
また、被覆部材27は、半導体素子(発熱体)21が実装された放熱板24を覆い、覆っている上部絶縁面33、つまり凹部壁34を、金属製の放熱板24と金属製の冷却槽16との間に介在させているので、簡単な構成で金属製の放熱板24と金属製の冷却槽16とを絶縁することができる。
The covering
このように、発熱体冷却装置11では、絶縁性の冷媒液17を収納する金属製の冷却槽16を備え、この冷却槽16は、発熱体21を取付ける取付面(シート面部)62に、内外貫通した貫通孔(循環開口)63を有しており、発熱体21は、熱伝導性を有した金属製の放熱板24における、一方の面(実装面)23に接合されており、放熱板24における他方の面(放熱面)28は、貫通孔63よりも大きい面であって、貫通孔63に被せたときに、この貫通孔63を通して、冷却槽16内の絶縁性の冷媒液17に直接に接する放熱面であり、この放熱面28のうち、貫通孔(循環開口)63に臨む部分だけが露出され、残りの部分は電気絶縁性を有した被覆部材27で被覆されており、放熱面28は、貫通孔(循環開口)63の位置で取付面(シート面部)62に、被覆部材27を介して重ねて、取付けられているので、絶縁性の冷媒液17を収納した冷却槽16と、発熱体21を接合した放熱板24との間を、簡単な構成によって、電気的に確実に絶縁できるとともに、発熱体21を絶縁性の冷媒液17で冷却する冷却性能を高めることができる。
As described above, the heating
発熱体冷却装置11では、冷却槽16の取付面(シート面部)62と被覆部材27との間で、貫通孔(循環開口)63の周囲は、シール部材48によってシールされているので、冷却槽16と被覆部材27との間から絶縁性の冷媒液17が漏れるのを防止することができる。
In the heating
放熱板24は、放熱面28を上向きにして配置されており、冷却槽16は、放熱板24よりも高位(矢印a2の方向)に配置されるとともに、外表面56に放熱フィン57を有しているので、放熱板24から熱を奪って蒸発した絶縁性の冷媒液17を高位に配置している冷却槽16で液化することができるとともに、放熱フイン57によってより効率的に液化することができる。
The
次に、本発明の別の実施の形態を説明する。まず、第2の実施の形態を説明し、その次に、第3の実施の形態を説明し、最後に、第4の実施の形態を説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described. First, the second embodiment will be described, then the third embodiment will be described, and finally the fourth embodiment will be described.
図4は、第2の実施の形態を説明する図である。上記図1〜図3に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
第2の実施の形態の発熱体冷却装置11Bは、第1電気部材12Bのフランジ部81と、フランジ部81を取付けるために冷却槽16Bに形成したフランジ取付部82と、を備えていることを特徴とする。
また、フランジ部81を2本もしくは4本のフランジ用ボルト83で締結していることを特徴とする。
FIG. 4 is a diagram for explaining the second embodiment. The same configurations as those in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The heating
Further, the
第1電気部材12Bは、発熱体(半導体素子)21が実装されている放熱板24Bと、被覆部材27Bと、を備えている。
放熱板24Bは、金属製で、一方の実装面23と他方の放熱面28を有する板である。
The first
The
被覆部材27Bは、冷却槽16Bを取付けている上部に冷却水溜め凹部32Bを形成している。具体的には、冷却槽16Bを押圧する上部絶縁面33に連ねて所望の深さの凹部壁34が形成され、凹部壁34に一体的に連ねて底部となる放熱板24Bの放熱面28が配置されているとともに、放熱板24の縁から所定の距離だけ放熱面28に被さっている。
The covering
また、被覆部材27Bは、上部絶縁面33にリング溝85が形成され、上部絶縁面33に連ねて外方(矢印b1の方向)にフランジ部81が形成され、フランジ部81にボルト用孔86が2個もしくは4個開けられているものである。87はリング溝85に嵌合しているシール部材である。
The covering
冷却水溜め凹部32Bには、絶縁性の冷媒液17を上部絶縁面33まで入れているが、上部絶縁面33以上入れることも可能である。
被覆部材27Bの材質は、絶縁性の冷媒液17に対して耐久性(耐溶解性や耐透過性)があるものである。
Insulating
The material of the covering
図に示していない第2・第3電気部材13B、14Bは、第1電気部材12Bと同様である。
The second and third electric members 13B and 14B not shown in the drawing are the same as the first
発熱体冷却装置11Bは、具体的には、第1電気部材12Bの冷却水溜め凹部32Bと、第2電気部材13Bの冷却水溜め凹部32Bと、第3電気部材14Bの冷却水溜め凹部32Bと、冷却槽16Bと、からなる。
Specifically, the heating
冷却槽16Bは、第1〜第3電気部材12B〜14Bの被覆部材27Bに取付けられているベース部51及び枠部52と、枠部52に連なる天井部53と、からなる。具体的には、ベース部51を形成している板部材54と、板部材54を縁に嵌合している枠部52と、天井部53の外面(外表面)56に形成している放熱フィン57と、枠部52に形成しているフランジ取付部82と、フランジ取付部82に形成され、フランジ用ボルト83がねじ込まれるめねじ部88と、を備えている。
The
第2の実施の形態の発熱体冷却装置11Bは、第1の実施の形態の発熱体冷却装置11と同様の効果を発揮する。すなわち、絶縁性の冷媒液17を収納した冷却槽16Bと、発熱体21を接合した放熱板24Bとの間を、簡単な構成によって、電気的に確実に絶縁できるとともに、発熱体21を絶縁性の冷媒液17で冷却する冷却性能を高めることができる。
The heating
また、第2の実施の形態の発熱体冷却装置11Bでは、冷却槽16Bに半導体素子(発熱体)21を含む第1電気部材12Bを第1電気部材12Bの外方に形成したフランジ部81で取付けるとともに、フランジ部81を2〜4本のフランジ用ボルト83で締結しているので、第1電気部材12Bの中央の変形をなくすることができるとともに、冷却槽16Bに第1電気部材12Bをより確実に固定することができる。
Further, in the heating
次に、第3の実施の形態を説明する。
図5は、第3の実施の形態を説明する図である。上記図1〜図3に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
第3の実施の形態の発熱体冷却装置11Cは、第1電気部材12Cの被覆部材27Cがフランジ部81側のみであることを特徴とする。フランジ部81には冷却槽16Cが取付けられている。
図に示していない第2・第3電気部材13C、14Cはともに、第1電気部材12Cと同様である。
Next, a third embodiment will be described.
FIG. 5 is a diagram for explaining the third embodiment. The same configurations as those in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
The heating
Both the second and third electric members 13C and 14C not shown in the drawing are the same as the first
また、第3の実施の形態の発熱体冷却装置11Cは、第1〜第3電気部材12C〜14C及び冷却槽16Cが縦長(矢印c1の方向)に配置されるものであることを特徴とする。
In addition, the heating
第1電気部材12Cは、半導体素子からなる発熱体21と、発熱体21の固定端22が一方の実装面23に取付けられている放熱板24と、発熱体21の導電端25に接続しているバスバー26と、放熱板24のみを覆っている樹脂製の被覆部材27Cと、を備えている。
The first
被覆部材27Cは、放熱板24の周囲を包み、包んだ部位に連ねてフランジ部81が形成され、包んだ部位に連なり、かつ、冷却槽16Cを取付けるための側部絶縁面91に冷却水溜め凹部32Cを形成している。具体的には、冷却槽16Cを押圧する側部絶縁面91に連ねて開口部92が形成され、開口部92に連ねて放熱板24による側部放熱面93が配置され、放熱板24の縁から所定の距離だけ側部放熱面93に被さっている。
The covering
また、被覆部材27Cは、側部絶縁面91にリング溝85が形成され、側部絶縁面91に連ねて外方(矢印c2の方向)にフランジ部81が形成され、フランジ部81にボルト用孔86が2個もしくは4個開けられ、フランジ部81を2本もしくは4本のフランジ用ボルト83で締結していることを特徴とする。
The covering
冷却槽16Cは、第1〜第3電気部材12C〜14Cの被覆部材27Cに取付けられている第1縦壁95及びボトム部96と、ボトム部96に連なる第2〜第4縦壁部102〜104と、これらの第1〜第4縦壁部102〜104に連なっているトップ部105と、からなり、絶縁性の冷媒液17を収納している。
The
冷却槽16Cは、具体的には、第1縦壁95が被覆部材27Cの側部絶縁面91に密着している板部材54と被覆部材27Cのフランジ部81に密着している本体部106とで形成され、本体部106にめねじ部107が形成され、ボトム部96にフランジ取付部82をフランジ部81に密着するように形成して、フランジ取付部82にめねじ部107が切られ、トップ部105に放熱フィン57、トップ部105近傍の第1縦壁95に放熱フィン57、トップ部105近傍の第4縦壁104に放熱フィン57が形成されているものである。めねじ部107にはフランジ用ボルト83がねじ込まれる。
なお、冷却槽16Cでは、板部材54の取付け方法は任意であり、例えば、ろう付けでボトム部96の縁及び本体部106に接合する。
Specifically, the
In addition, in the
第3の実施の形態の発熱体冷却装置11Cは、第1の実施の形態の発熱体冷却装置11と同様の効果を発揮する。すなわち、絶縁性の冷媒液17を収納した冷却槽16Cと、発熱体21を接合した放熱板24との間を、簡単な構成によって、電気的に確実に絶縁できるとともに、発熱体21を絶縁性の冷媒液17で冷却する冷却性能を高めることができる。
The heating
また、第3の実施の形態の発熱体冷却装置11Cでは、冷却槽16Cに半導体素子(発熱体)21を含む第1電気部材12Cを第1電気部材12Cの外方に形成したフランジ部81で取付けるとともに、フランジ部81を2〜4本のボルトで締結しているので、第1電気部材12Cの中央の変形をなくすることができるとともに、第1電気部材12Cをより確実に固定することができる。
Further, in the heating
さらに、第3の実施の形態の発熱体冷却装置11Cでは、第1〜第3電気部材12C〜14C及び冷却槽16Cを縦長(矢印c1の方向)に配置しているので、狭い隙間に配置することができ、省資源スペース化を図ることができる。
Furthermore, in the heating
次に、第4の実施の形態を説明する。
図6は、第4の実施の形態を説明する図である。上記図1〜図3に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
第4の実施の形態の発熱体冷却装置11Dは、第1〜第3電気部材12〜14の上部に冷却槽16Dを配置し、冷却槽16Dにバスバー固定部であるところの端子台111を接続したことを特徴とする。
端子台111には第1〜第3電気部材12〜14のそれぞれのバスバー26を接続している。後で具体的に説明する。
Next, a fourth embodiment will be described.
FIG. 6 is a diagram for explaining the fourth embodiment. The same configurations as those in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
In the heating element cooling device 11D of the fourth embodiment, a
The
冷却槽16Dは、第1の実施の形態の冷却槽16に端子台111を配置するための取付部112を備えている。すなわち、冷却槽16を所定の距離X1だけ延長したもので、延長した板部材54(ベース部51)に台配置部113が形成され、台配置部113に対向する天井部53に延長部114及び放熱フィン57が形成されている。
なお、絶縁性の冷媒液17の量は、板部材54(ベース部51)の上まで入れてもよい。
The
Note that the amount of the insulating
端子台111は、バスバー26に接続する金属製のナット部121と、ナット部121にねじ込むボルト122と、ナット部121を覆う樹脂製の絶縁部材123と、ナット部121と板部材54(ベース部51)の間に介在させた電気絶縁シート124と、からなる。電気絶縁シート124は、厚さが非常に薄く、例えば、0.2mmである。
The terminal block 111 includes a
また、端子台111は、ナット部121にバスバー26を接触させ、バスバー26に、例えば、電動モータのケーブル端子125を重ね、これらのバスバー26並びにケーブル端子125にボルト122を通してナット部121にねじ込むことで、バスバー26にケーブルを接続している。
端子台111を固定する構成は任意であり、例えば、図に示していないボルトで絶縁部材123をベース部51又は枠部52に固定する。
In addition, the terminal block 111 has the
The structure which fixes the terminal block 111 is arbitrary, for example, the insulating
第4の実施の形態の発熱体冷却装置11Dは、第1の実施の形態の発熱体冷却装置11と同様の効果を発揮する。すなわち、絶縁性の冷媒液17を収納した冷却槽16Dと、発熱体21を接合した放熱板24との間を、簡単な構成によって、電気的に確実に絶縁できるとともに、発熱体21を絶縁性の冷媒液17で冷却する冷却性能を高めることができる。
The heating element cooling device 11D of the fourth embodiment exhibits the same effects as the heating
また、第4の実施の形態の発熱体冷却装置11Dでは、第1電気部材12の半導体素子(発熱体)21を作動させると、半導体素子(発熱体)21の熱はバスバー26を伝わって、ナット部121に伝わる。ナット部121に伝わった熱は板部材54(ベース部51)伝わるので、板部材54(ベース部51)から絶縁性の冷媒液17もしくは絶縁性の冷媒液17の蒸気によって熱を逃がすことができる。
Further, in the heating element cooling device 11D of the fourth embodiment, when the semiconductor element (heating element) 21 of the first
端子台111では、ナット部121と板部材54(ベース部51)の間に介在させた電気絶縁シート124を極めて薄くしているので、熱の伝達を妨げない。その結果、絶縁性の冷媒液17を収納した冷却槽16Dと、発熱体21を接合した放熱板24との間を、簡単な構成によって、電気的に確実に絶縁できるとともに、発熱体21を冷却する冷却性能をより高めることができる。
In the terminal block 111, the electrical insulating
尚、本発明の発熱体冷却装置は、実施の形態では半導体素子の冷却に用いたが、半導体素子以外の発熱するものにも採用可能である。
また、実施の形態では、第1〜第3電気部材12〜14を冷却する構成を示したが、第1〜第3電気部材12〜14が一体である構成、又は、更に第1〜第3電気部材12〜14が分割されている場合においても本発明の発熱体冷却装置は適用可能である。
Although the heating element cooling device of the present invention is used for cooling the semiconductor element in the embodiment, it can be applied to a device that generates heat other than the semiconductor element.
Moreover, in embodiment, although the structure which cools the 1st-3rd electric members 12-14 was shown, the structure in which the 1st-3rd electric members 12-14 are integrated, or also 1st-3rd. Even when the
本発明の発熱体冷却装置は、半導体素子に好適である。 The heating element cooling device of the present invention is suitable for a semiconductor element.
11…発熱体冷却装置、16…冷却槽、17…絶縁性の冷媒液、21…発熱体、23…一方の面(実装面)、24…放熱板、26…バスバー、27…被覆部材、28…他方の面(放熱面)、47…オーリング、48…シール部材、56…外表面(外面)、62…取付面(シート面部)、63…貫通孔(循環開口)、111…バスバー固定部(端子台)。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記発熱体冷却装置は、前記絶縁性の冷媒液を収納する金属製の冷却槽を備え、
この冷却槽は、前記発熱体を取付ける取付面に、内外貫通した貫通孔を有しており、
前記発熱体は、熱伝導性を有した金属製の放熱板における、一方の面に接合されており、
前記放熱板における他方の面は、前記貫通孔よりも大きい面であって、前記貫通孔に被せたときに、この貫通孔を通して、前記冷却槽内の前記絶縁性の冷媒液に直接に接する放熱面であり、
この放熱面のうち、前記貫通孔に臨む部分だけが露出され、残りの部分は電気絶縁性を有した被覆部材で被覆されており、
前記放熱面は、前記貫通孔の位置で前記取付面に、前記被覆部材を介して重ねて、取り付けられており、
前記取付面は、前記冷却槽を構成する板部材によって形成されており、
さらに、前記発熱体は、外方へ延びるバスバーを有しており、
このバスバーは、バスバー固定部にボルト止めされるものであり、
このバスバー固定部を配置するように、前記冷却槽と共に前記板部材が延長しており、
前記バスバー固定部は、前記バスバーから伝わった熱が前記板部材を介して前記絶縁性の冷媒液に伝わるように、前記板部材の延長した部位に設けられることで、前記発熱体が発生した熱を、前記放熱板と前記バスバーの両方から前記絶縁性の冷媒液に伝えるように構成されていることを特徴とした発熱体冷却装置。 A heating element cooling device that cools the heating element by evaporating an insulating refrigerant liquid with heat generated by a heating element composed of a semiconductor element,
The heating element cooling device includes a metal cooling tank that stores the insulating refrigerant liquid,
This cooling tank has a through-hole penetrating inside and outside on the mounting surface for mounting the heating element,
The heating element is bonded to one surface of a metal heat radiating plate having thermal conductivity,
The other surface of the heat radiating plate is a surface larger than the through hole, and when covered with the through hole, the heat radiating directly contacts the insulating refrigerant liquid in the cooling tank through the through hole. Surface,
Of this heat radiating surface, only the part facing the through hole is exposed, and the remaining part is covered with a covering member having electrical insulation,
The heat dissipating surface is attached to the mounting surface at the position of the through hole, overlapping the covering member ,
The mounting surface is formed by a plate member constituting the cooling tank,
Furthermore, the heating element has a bus bar extending outward,
This bus bar is bolted to the bus bar fixing part,
The plate member extends with the cooling tank so as to arrange the bus bar fixing portion,
The bus bar fixing portion is provided at an extended portion of the plate member so that heat transmitted from the bus bar is transmitted to the insulating refrigerant liquid through the plate member, so that heat generated by the heating element is generated. The heating element cooling device is configured to transmit the heat from both the heat radiating plate and the bus bar to the insulating refrigerant liquid .
前記冷却槽は、前記放熱板よりも高位に配置されるとともに、外表面に放熱フィンを有していることを特徴とした請求項1、請求項2又は請求項3のいずれか1項に記載の発熱体冷却装置。 The heat dissipation plate is arranged with the heat dissipation surface facing upward,
The said cooling tank is arrange | positioned higher than the said heat sink, and has a heat radiating fin in the outer surface, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Heating element cooling device.
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