JP5212125B2 - パワーデバイス用ヒートシンク - Google Patents
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Description
本発明は、冷却性能が高いパワーデバイス用ヒートシンクに関する。
従来から、パワーデバイスを冷却するためのヒートシンクが知られている。例えば、パワーＭＯＳ等の半導体素子によってコンバータやインバータ等を構成し、駆動すると、該パワーＭＯＳが発熱する。この熱を冷却するために上記ヒートシンクが用いられる。
従来のヒートシンクの例を図１７に示す。図示するごとく、このヒートシンク９０は内部に冷媒９３の流路９２が形成されており、金属板９４の表面にパワーデバイス９１が取り付けられる。
しかしながら、従来のヒートシンク９０は全体の強度が弱いという問題がある。また、例えばヒートシンク９０にカバー（図示しない）を螺子止めし、このカバーによってパワーデバイス９１を金属板９４に押さ付けることがある。パワーデバイス９１と金属板９４との密着性を高め、冷却性能を向上させるためである。しかし、このようにすると、応力によって金属板９４が変形する問題が生じる。金属板９４が変形すると、パワーデバイス９１と金属板９４とが密着しなくなるため、冷却能力が低下する。また、パワーデバイス９１自体の発熱によって金属板９４に熱応力が加わり、金属板９４が変形する場合もある。この場合も、冷却性能が低下する。
また、パワーデバイスを金属板に直接ハンダ等で接着する場合、パワーデバイスの発熱と、金属板の冷却によりはんだ等の接着部に応力が発生し、接着部にクラックが生じ温度上昇する問題も発生する。
また、パワーデバイスを金属板に直接ハンダ等で接着する場合、パワーデバイスの発熱と、金属板の冷却によりはんだ等の接着部に応力が発生し、接着部にクラックが生じ温度上昇する問題も発生する。
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、全体の強度を高めることができ、かつパワーデバイスを組付けた際の応力や、パワーデバイスの発熱による熱応力が加わった場合でも、これらの応力を緩和でき、冷却性能に優れたパワーデバイス用ヒートシンクを提供しようとするものである。
本発明は、冷媒が流れる流路が内部に形成され、該冷媒によってパワーデバイスから発生する熱を冷却するパワーデバイス用ヒートシンクであって、
金属板からなり、上記冷媒に接触する冷媒接触面を有する板状部材を備え、
該板状部材には複数のデバイス配置部を形成してあり、該デバイス配置部における上記冷媒接触面の反対側の面に上記パワーデバイスが配置され、
上記板状部材は、隣接する上記デバイス配置部の間に、該デバイス配置部を各々区画するリブ部を有し、
該リブ部は、上記冷媒側から上記パワーデバイス配置側へ向かって突出すると共に内部に上記冷媒が入る空間を有する凸状に形成されており、
隣り合う２つの上記パワーデバイスの間に上記凸状のリブ部が位置し、
上記冷媒の流路のうち、上記デバイス配置部に対面する部分には、上記冷媒の流れ方向に沿ったインナフィンが設けられ、上記リブ部に対面する部分には、上記インナフィンが配置されていないことを特徴とするパワーデバイス用ヒートシンクにある（請求項１）。
金属板からなり、上記冷媒に接触する冷媒接触面を有する板状部材を備え、
該板状部材には複数のデバイス配置部を形成してあり、該デバイス配置部における上記冷媒接触面の反対側の面に上記パワーデバイスが配置され、
上記板状部材は、隣接する上記デバイス配置部の間に、該デバイス配置部を各々区画するリブ部を有し、
該リブ部は、上記冷媒側から上記パワーデバイス配置側へ向かって突出すると共に内部に上記冷媒が入る空間を有する凸状に形成されており、
隣り合う２つの上記パワーデバイスの間に上記凸状のリブ部が位置し、
上記冷媒の流路のうち、上記デバイス配置部に対面する部分には、上記冷媒の流れ方向に沿ったインナフィンが設けられ、上記リブ部に対面する部分には、上記インナフィンが配置されていないことを特徴とするパワーデバイス用ヒートシンクにある（請求項１）。
次に、本発明の作用効果につき説明する。
本発明では、金属板からなる板状部材に上記リブ部が形成されているため、板状部材の曲げ強度が高くなり、ヒートシンク全体の強度を高めることができる。また、パワーデバイスを板状部材に押し付けると、パワーデバイスの表面の凹凸形状に合った形に板状部材が変形する。これにより板状部材の両端部に応力が集中するが、リブ部がパワーデバイス表面と平行な面方向に動き変形するため、板状部材の応力を緩和できる。
また、パワーデバイスの発熱によりデバイス配置部に熱応力が加わった場合でも、リブ部が変形して該熱応力を緩和することができる。そのため、デバイス配置部の変形量が少なくてすみ、パワーデバイスの表面の凹凸形状に合った形状になる。これにより、密着性が高まり、冷却性能が高くなる。
なお、リブ部は、板状部材を折り曲げたり、厚みの変化をつけたりする事で形成できる。
本発明では、金属板からなる板状部材に上記リブ部が形成されているため、板状部材の曲げ強度が高くなり、ヒートシンク全体の強度を高めることができる。また、パワーデバイスを板状部材に押し付けると、パワーデバイスの表面の凹凸形状に合った形に板状部材が変形する。これにより板状部材の両端部に応力が集中するが、リブ部がパワーデバイス表面と平行な面方向に動き変形するため、板状部材の応力を緩和できる。
また、パワーデバイスの発熱によりデバイス配置部に熱応力が加わった場合でも、リブ部が変形して該熱応力を緩和することができる。そのため、デバイス配置部の変形量が少なくてすみ、パワーデバイスの表面の凹凸形状に合った形状になる。これにより、密着性が高まり、冷却性能が高くなる。
なお、リブ部は、板状部材を折り曲げたり、厚みの変化をつけたりする事で形成できる。
以上のごとく、本発明によれば、全体の強度を高めることができ、かつパワーデバイスを組付けた際の応力や、パワーデバイスの発熱による熱応力が加わった場合でも、これらの応力を緩和でき、冷却性能に優れたパワーデバイス用ヒートシンクを提供することができる。
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明（請求項１）において、上記リブ部は、上記冷媒側から上記パワーデバイス配置側へ向かって突出する凸状となるように形成されている。
したがって、リブ部を、パワーデバイスの位置決め部材として利用することも可能になる。すなわち、パワーデバイスを板状部材にはんだ付けする場合があるが、この場合、熱処理工程（リフロー）時に、はんだが流れ、パワーデバイスが移動してしまうことがある。しかし、上述のようにリブ部を凸状に形成すると、はんだの流れがリブ部によって防止される。
また、上記構成によると、冷媒の流路のうち、デバイス配置部に対面する部分がリブ部よりも狭くなるため、冷媒の流速を早くすることができる。そのため、パワーデバイスの冷却性能が向上する。
本発明（請求項１）において、上記リブ部は、上記冷媒側から上記パワーデバイス配置側へ向かって突出する凸状となるように形成されている。
したがって、リブ部を、パワーデバイスの位置決め部材として利用することも可能になる。すなわち、パワーデバイスを板状部材にはんだ付けする場合があるが、この場合、熱処理工程（リフロー）時に、はんだが流れ、パワーデバイスが移動してしまうことがある。しかし、上述のようにリブ部を凸状に形成すると、はんだの流れがリブ部によって防止される。
また、上記構成によると、冷媒の流路のうち、デバイス配置部に対面する部分がリブ部よりも狭くなるため、冷媒の流速を早くすることができる。そのため、パワーデバイスの冷却性能が向上する。
また、上記冷媒の流路のうち、上記デバイス配置部に対面する部分には、上記冷媒の流れ方向に沿ったインナフィンが設けられ、流れ方向に並んだ上記デバイス配置部間の上記リブ部に対面する部分には、上記インナフィンが配置されていない。
したがって、インナフィンによって冷媒が分流するため、パワーデバイスを効率よく冷却することができる。
また、冷媒流路のうち、リブ部に対面する部分にはインナフィンが配置されていないため、冷媒の圧損を低減できる。インナフィンによって分流した冷媒は、パワーデバイスにより暖められた部分と、そうでない部分とで温度差があるが、上記構成によるとこの冷媒が上記リブ部にて混合するため、冷媒の温度を均一にすることができる。そのため、このリブ部の下流に存在するパワーデバイスを効果的に冷却することができる。
したがって、インナフィンによって冷媒が分流するため、パワーデバイスを効率よく冷却することができる。
また、冷媒流路のうち、リブ部に対面する部分にはインナフィンが配置されていないため、冷媒の圧損を低減できる。インナフィンによって分流した冷媒は、パワーデバイスにより暖められた部分と、そうでない部分とで温度差があるが、上記構成によるとこの冷媒が上記リブ部にて混合するため、冷媒の温度を均一にすることができる。そのため、このリブ部の下流に存在するパワーデバイスを効果的に冷却することができる。
また、上記パワーデバイスは、封止部材に封止された状態で上記デバイス配置部に配置され、上記板状部材の板厚方向における上記冷媒流路側に押圧され、その押圧力によって上記リブ部が、上記パワーデバイスの配置面に対して平行な面方向に動いて変形することにより、上記デバイス配置部に加わる応力を緩和するよう構成されていることが好ましい（請求項２）。
パワーデバイスを押圧すると、デバイス配置部はパワーデバイスの表面の凹凸に合う形になる。そのため、パワーデバイスとデバイス配置部との密着性が高まり、冷却性能を向上できる。この時、リブ部が変形する事でデバイス配置部両端に加わる応力が低下する。
パワーデバイスを押圧すると、デバイス配置部はパワーデバイスの表面の凹凸に合う形になる。そのため、パワーデバイスとデバイス配置部との密着性が高まり、冷却性能を向上できる。この時、リブ部が変形する事でデバイス配置部両端に加わる応力が低下する。
また、上記パワーデバイスは、上記デバイス配置部上に絶縁部材を介して取付けられており、上記パワーデバイスから発生する熱により上記デバイス配置部に加わる熱応力を、上記パワーデバイスの配置面に対して平行な面方向に上記リブ部が動いて変形することによって緩和するよう構成されていることが好ましい（請求項３）。
このようにすると、パワーデバイスの発熱によってデバイス配置部が熱膨張したときに、リブ部が変形することで、デバイス配置部に加わる熱応力を少なくできる。この時、デバイス配置部の変形量を少なく出来、パワーデバイスの表面の凹凸に合う形のままになる。そのため、パワーデバイスとデバイス配置部との密着性が高まり、冷却性能を向上できる。
このようにすると、パワーデバイスの発熱によってデバイス配置部が熱膨張したときに、リブ部が変形することで、デバイス配置部に加わる熱応力を少なくできる。この時、デバイス配置部の変形量を少なく出来、パワーデバイスの表面の凹凸に合う形のままになる。そのため、パワーデバイスとデバイス配置部との密着性が高まり、冷却性能を向上できる。
また、上記板状部材の周辺に、凸状の周辺リブ部が形成されており、該周辺リブ部の側壁に、上記冷媒流路に上記冷媒を導入する導入口と、該冷媒流路から上記冷媒が導出される導出口とが取付けられていることが好ましい（請求項４）。
このようにすると、導入口と導出口とを周辺リブ部の側壁に設けるため、導入口と導出口の口径が大きい場合であっても取り付けることができる。また、デバイス配置部は周辺リブ部よりも低くなっているため、このデバイス配置部にパワーデバイスを配置することにより、全体の高さを低くすることができる。
なお、周辺リブ部は、板状部材の折り曲げや、ダイカスト等により形成することができる。
このようにすると、導入口と導出口とを周辺リブ部の側壁に設けるため、導入口と導出口の口径が大きい場合であっても取り付けることができる。また、デバイス配置部は周辺リブ部よりも低くなっているため、このデバイス配置部にパワーデバイスを配置することにより、全体の高さを低くすることができる。
なお、周辺リブ部は、板状部材の折り曲げや、ダイカスト等により形成することができる。
また、上記リブ部の側壁は、上記デバイス配置部よりも薄肉に形成されていることが好ましい（請求項５）。
このようにすると、リブ部が変形しやすくなるため、上述した応力等を緩和しやすくなる。そのため、パワーデバイスとデバイス配置部との密着性が向上し、冷却性能が高まる。
このようにすると、リブ部が変形しやすくなるため、上述した応力等を緩和しやすくなる。そのため、パワーデバイスとデバイス配置部との密着性が向上し、冷却性能が高まる。
また、上記パワーデバイスを上記板状部材に圧接するための固定部材を備え、該固定部材と上記板状部材との間で上記パワーデバイスを挟持して固定しており、上記固定部材は螺子によって上記板状部材に取り付けられ、上記板状部材には、上記螺子が螺合する雌螺子部が形成されており、その雌螺子部を形成した部分の厚みは、上記リブ部の側壁よりも厚いことが好ましい（請求項６）。
このようにすると、固定部材を螺子止めする部分の強度を上げることができる。
このようにすると、固定部材を螺子止めする部分の強度を上げることができる。
（実施例１）
本発明の実施例にかかるパワーデバイス用ヒートシンクにつき、図１〜図８を用いて説明する。
本例は図１〜図３に示すごとく、冷媒３が流れる流路３０が内部に形成され、冷媒３によってパワーデバイス２から発生する熱を冷却するパワーデバイス用ヒートシンク１である。冷媒３に接触する冷媒接触面４０と、その反対側の面にパワーデバイス２が配置される複数のデバイス配置部５とを有する金属板からなる板状部材４を備える。板状部材４は、隣接するデバイス配置部５の間に、デバイス配置部５を各々区画する、断面凸状または凹状のリブ部６を有する。
本発明の実施例にかかるパワーデバイス用ヒートシンクにつき、図１〜図８を用いて説明する。
本例は図１〜図３に示すごとく、冷媒３が流れる流路３０が内部に形成され、冷媒３によってパワーデバイス２から発生する熱を冷却するパワーデバイス用ヒートシンク１である。冷媒３に接触する冷媒接触面４０と、その反対側の面にパワーデバイス２が配置される複数のデバイス配置部５とを有する金属板からなる板状部材４を備える。板状部材４は、隣接するデバイス配置部５の間に、デバイス配置部５を各々区画する、断面凸状または凹状のリブ部６を有する。
より詳しくは、図１（Ｂ）、図２に示すごとく、リブ部６は、冷媒３側からパワーデバイス２配置側へ向かって突出する凸状となるように形成されている。
上記パワーデバイス２として、パワーＭＯＳ等が用いられる。このパワーＭＯＳを使って、例えばインバータやコンバータを構成する。図１の例では、パワーデバイス用ヒートシンク１に４個のパワーデバイス２を配置しているが、この数は適宜変更することができる。
また、本例では図２に示すごとく、板状部材４に対向配置された底面部材１３と、板状部材４と底面部材１３とを繋ぐ側壁６１とを備える。また、リブ部６には仕切板８が設けられている。これらの部材によって、冷媒３が流れる流路３０が形成されている。
また、本例では図２に示すごとく、板状部材４に対向配置された底面部材１３と、板状部材４と底面部材１３とを繋ぐ側壁６１とを備える。また、リブ部６には仕切板８が設けられている。これらの部材によって、冷媒３が流れる流路３０が形成されている。
図３は、パワーデバイス用ヒートシンク１の断面図である。図示するごとく、側壁６１ａに冷媒３の導入口３１と導出口３２とが設けられている。また、導入口３１と導出口３２の間には仕切板８が設けられている。冷媒３は、導入口３１から流路３０に入った後、図３の左側を流れ、隙間８０を通って右側に移動する。そして導出口３２から導出される。
また、図３に示すごとく、冷媒３の流路３０のうち、デバイス配置部５に対面する部分には、冷媒３の流れ方向に沿ったインナフィン７が設けられている。
より詳しくは、このインナフィン７は、図２に示すごとく、波板状に形成されている。このインナフィン７により、冷媒３との接触面積が増加するため、パワーデバイス２の熱を効率よく冷媒３に伝えることが可能となる。また、図２に示すごとく、インナフィン７により、冷媒３は、パワーデバイス２により暖められる部分３ａと、暖められない部分３ｂとに分流する。
より詳しくは、このインナフィン７は、図２に示すごとく、波板状に形成されている。このインナフィン７により、冷媒３との接触面積が増加するため、パワーデバイス２の熱を効率よく冷媒３に伝えることが可能となる。また、図２に示すごとく、インナフィン７により、冷媒３は、パワーデバイス２により暖められる部分３ａと、暖められない部分３ｂとに分流する。
そして図１（Ｂ）、図３に示すごとく、冷媒３の流路３０のうち、流れ方向に並んだデバイス配置部５間のリブ部６に対面する部分には、インナフィン７が配置されていない。
インナフィン７を通って分流した冷媒３は、冷媒混合部３３にて混合する。これにより、冷媒３の温度が均一になる。
インナフィン７を通って分流した冷媒３は、冷媒混合部３３にて混合する。これにより、冷媒３の温度が均一になる。
図４に、パワーデバイス２の表面の凹凸およびリブ部６の変形量を誇張して描いた図を示す。図示するごとく、パワーデバイス２は、封止部材２０に封止された状態でデバイス配置部５に配置され、板状部材４の板厚方向における冷媒流路３０側に押圧され、その押圧力ｆによってリブ部６が、パワーデバイス２の配置面に対して平行な面方向に動いて変形することにより、デバイス配置部５に加わる応力を緩和するよう構成されている。
図４の点線は、板状部材４が押圧される前の状態であり、実線は、押圧された後の状態である。パワーデバイス２の表面およびデバイス配置部５の表面には、僅かに凹凸があるため、密着性を良くするために、パワーデバイス２を押圧している。
なお、パワーデバイス２の封止部材２０には樹脂が使用され、この封止部材２０の内部にパワーＭＯＳ等の半導体チップ（図示しない）が封止されている。
図４の点線は、板状部材４が押圧される前の状態であり、実線は、押圧された後の状態である。パワーデバイス２の表面およびデバイス配置部５の表面には、僅かに凹凸があるため、密着性を良くするために、パワーデバイス２を押圧している。
なお、パワーデバイス２の封止部材２０には樹脂が使用され、この封止部材２０の内部にパワーＭＯＳ等の半導体チップ（図示しない）が封止されている。
パワーデバイスを押圧しつつ取り付ける方法を図５、図６に示す。図５の例では、カバー（固定部材）１０を螺子止めしている。より詳しくは、側壁６１とリブ部６に雌螺子部６２が形成され、その雌螺子部に雄螺子１１を螺入することにより、カバー１０を固定している。このカバー１０によって、パワーデバイス２を押圧している。
図示するごとく、雄螺子１１が入れられる部分は、ヒートシンクが厚く形成されている。
また、図６に示すように、板バネ（固定部材）１２を雄螺子１１によって固定する方法を採用することもできる。
図示するごとく、雄螺子１１が入れられる部分は、ヒートシンクが厚く形成されている。
また、図６に示すように、板バネ（固定部材）１２を雄螺子１１によって固定する方法を採用することもできる。
また、本例は、図７のようにすることもできる。図７では、パワーデバイス２の形状を長方形板状にしている。そして、パワーデバイス２の長手方向と、冷媒３の流れる方向とが一致するように、パワーデバイス２の配置方向が定められている。
また、本例では、図３と比較して仕切板８が横向きになっている。すなわち、導入口３１から入った冷媒３は、図７の下側部分３０ａと上側部分３０ｂとに分流し、その後、合流して導出口３２から導出される。
このようにすると、パワーデバイス２で受熱して水温が上昇するため、図３に対して図７は、冷却水の下流側の水温を低くすることが可能である。
また、本例では、図３と比較して仕切板８が横向きになっている。すなわち、導入口３１から入った冷媒３は、図７の下側部分３０ａと上側部分３０ｂとに分流し、その後、合流して導出口３２から導出される。
このようにすると、パワーデバイス２で受熱して水温が上昇するため、図３に対して図７は、冷却水の下流側の水温を低くすることが可能である。
また、本例では、図３、図８（Ｂ）に示すごとく、板状部材４の周辺に、凸状の周辺リブ部６ａが形成されており、周辺リブ部６ａの側壁６１ａに、冷媒流路３０に冷媒３を導入する導入口３１と、冷媒流路３０から冷媒３が導出される導出口３２とが取付けられている。
なお、図８（Ａ）は本例に属さない比較例で、リブ部６を形成していないパワーデバイス用ヒートシンク１’の断面図である。
なお、図８（Ａ）は本例に属さない比較例で、リブ部６を形成していないパワーデバイス用ヒートシンク１’の断面図である。
次に、本例のパワーデバイス用ヒートシンク１の作用効果につき説明する。
本例では、図１（Ｂ）、図２に示すごとく、金属板からなる板状部材４にリブ部６が形成されているため、板状部材４の曲げ強度が高くなり、ヒートシンク１全体の強度を高めることができる。また、図９に示すごとく、パワーデバイス２を板状部材４に押し付けると、パワーデバイス２の表面の凹凸形状に合った形に板状部材４が変形する。これにより板状部材４の両端部に応力が集中するが、リブ部６がパワーデバイス２の表面と平行な面方向に動き変形するため、板状部材４の応力を緩和できる。
また、パワーデバイス２の発熱によりデバイス配置部５に熱応力が加わった場合でも、リブ部６が変形して熱応力を緩和することができる。そのため、デバイス配置部５の変形量が少なくてすみ、パワーデバイス２の表面の凹凸形状に合った形状になる。これにより、密着性が高まり、冷却性能が高くなる。
本例では、図１（Ｂ）、図２に示すごとく、金属板からなる板状部材４にリブ部６が形成されているため、板状部材４の曲げ強度が高くなり、ヒートシンク１全体の強度を高めることができる。また、図９に示すごとく、パワーデバイス２を板状部材４に押し付けると、パワーデバイス２の表面の凹凸形状に合った形に板状部材４が変形する。これにより板状部材４の両端部に応力が集中するが、リブ部６がパワーデバイス２の表面と平行な面方向に動き変形するため、板状部材４の応力を緩和できる。
また、パワーデバイス２の発熱によりデバイス配置部５に熱応力が加わった場合でも、リブ部６が変形して熱応力を緩和することができる。そのため、デバイス配置部５の変形量が少なくてすみ、パワーデバイス２の表面の凹凸形状に合った形状になる。これにより、密着性が高まり、冷却性能が高くなる。
また、図１（Ｂ）、図２に示すごとく、リブ部６は、冷媒３側からパワーデバイス２配置側へ向かって突出する凸状となるように形成されている。
このようにすると、リブ部６を、パワーデバイス２の位置決め部材として利用することも可能になる。すなわち、パワーデバイス２を板状部材４にはんだ付けする場合があるが、この場合、熱処理工程（リフロー）時に、はんだが流れ、パワーデバイス２が移動してしまうことがある。しかし、上述のようにリブ部６を凸状に形成すると、はんだの流れがリブ部６によって防止される。
また、上記構成によると、冷媒３の流路３０のうち、デバイス配置部５に対面する部分がリブ部６よりも狭くなるため、冷媒３の流速を早くすることができる。そのため、パワーデバイス２の冷却性能が向上する。
このようにすると、リブ部６を、パワーデバイス２の位置決め部材として利用することも可能になる。すなわち、パワーデバイス２を板状部材４にはんだ付けする場合があるが、この場合、熱処理工程（リフロー）時に、はんだが流れ、パワーデバイス２が移動してしまうことがある。しかし、上述のようにリブ部６を凸状に形成すると、はんだの流れがリブ部６によって防止される。
また、上記構成によると、冷媒３の流路３０のうち、デバイス配置部５に対面する部分がリブ部６よりも狭くなるため、冷媒３の流速を早くすることができる。そのため、パワーデバイス２の冷却性能が向上する。
また、図３に示すごとく、冷媒３の流路３０のうち、デバイス配置部５に対面する部分には、冷媒３の流れ方向に沿ったインナフィン７が設けられており、流れ方向に並んだデバイス配置部５間のリブ部６に対面する部分には、インナフィン７が配置されていない。
このようにすると、冷媒流路３０のうち、リブ部６に対面する部分にはインナフィン７が配置されていないため、冷媒３の圧損を低減できる。また、インナフィン７によって分流した冷媒３は、パワーデバイス２により暖められた部分と、そうでない部分とで温度差があるが、構成によるとこの冷媒３がリブ部６にて混合するため、冷媒３の温度を均一にすることができる。そのため、このリブ部６の下流に存在するパワーデバイス２を効果的に冷却することができる。
このようにすると、冷媒流路３０のうち、リブ部６に対面する部分にはインナフィン７が配置されていないため、冷媒３の圧損を低減できる。また、インナフィン７によって分流した冷媒３は、パワーデバイス２により暖められた部分と、そうでない部分とで温度差があるが、構成によるとこの冷媒３がリブ部６にて混合するため、冷媒３の温度を均一にすることができる。そのため、このリブ部６の下流に存在するパワーデバイス２を効果的に冷却することができる。
また、図４に示すごとく、パワーデバイス２は取り付け時にデバイス配置部５に押圧されており、リブ部６が変形することにより、デバイス配置部５に加わる応力を緩和するように構成されている。
パワーデバイス２を押圧すると、リブ部６が変形するため、デバイス配置部５に加わる応力を緩和できる。これにより、デバイス配置部５の変形量が少なくてすみ、パワーデバイス２の表面の凹凸に合う形になる。そのため、パワーデバイス２とデバイス配置部５との密着性が高まり、冷却性能を向上できる。
パワーデバイス２を押圧すると、リブ部６が変形するため、デバイス配置部５に加わる応力を緩和できる。これにより、デバイス配置部５の変形量が少なくてすみ、パワーデバイス２の表面の凹凸に合う形になる。そのため、パワーデバイス２とデバイス配置部５との密着性が高まり、冷却性能を向上できる。
また、本例では図５、図６に示すごとく、パワーデバイス２をヒートシンク１に圧接するための固定部材１０、１２を、パワーデバイス２を挟んでヒートシンク１の反対側に設け、螺子１１でヒートシンク１に取り付ける部分を有し、その部分の厚みをヒートシンク１及びリブ６よりも厚くしている。
このようにすると、固定部材１０、１２を螺子止めする部分の強度を上げることができる。
このようにすると、固定部材１０、１２を螺子止めする部分の強度を上げることができる。
また、図８（Ｂ）に示すごとく、本例のパワーデバイス２は、周辺リブ部６の側壁６１ａに冷媒３の導入口３１と導出口３２を設けている。
このようにすると、導入口３１と導出口３２の口径が大きい場合であっても取り付けることができる。また、デバイス配置部５は周辺リブ部６よりも低くなっているため、このデバイス配置部５にパワーデバイス２を配置することにより、全体の高さｈを図８（Ａ）と比較して低くすることができる。
このようにすると、導入口３１と導出口３２の口径が大きい場合であっても取り付けることができる。また、デバイス配置部５は周辺リブ部６よりも低くなっているため、このデバイス配置部５にパワーデバイス２を配置することにより、全体の高さｈを図８（Ａ）と比較して低くすることができる。
以上のごとく、本例によると、全体の強度を高めることができ、かつパワーデバイス２を組付けた際の応力や、パワーデバイス２の発熱による熱応力が加わった場合でも、これらの応力を緩和でき、冷却性能に優れたパワーデバイス用ヒートシンク１を高さ方向を抑制した形で提供することができる。
（実施例２）
本例は、リブ部６，６ａの形状を変更した例である。図１０に示すごとく、本例のパワーデバイス用ヒートシンク１では、リブ部６，６ａの側壁６０の厚さを、デバイス配置部５の厚さよりも薄くしている。
また、図１０は、リブ部６，６ａの側壁６０を薄くするとともに、波状に形成した例である。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
本例は、リブ部６，６ａの形状を変更した例である。図１０に示すごとく、本例のパワーデバイス用ヒートシンク１では、リブ部６，６ａの側壁６０の厚さを、デバイス配置部５の厚さよりも薄くしている。
また、図１０は、リブ部６，６ａの側壁６０を薄くするとともに、波状に形成した例である。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
図１０のようにすると、リブ部６が変形しやすくなるため、パワーデバイス２を押し付けた際に、デバイス配置部５に加わる応力を緩和しやすくなる。これにより、デバイス配置部５とパワーデバイス２の密着性が向上し、冷却性能を高めることができる。
また、図１１の例では、波状にされているため、リブ部６，６ａがさらに変形しやすくなる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
また、図１１の例では、波状にされているため、リブ部６，６ａがさらに変形しやすくなる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
（実施例３）
本例は、パワーデバイス２の取付方法を変えた例である。本例では、図１２に示すごとく、パワーデバイス２は封止部材で封止されていない。このパワーデバイス２は、デバイス配置部５上に絶縁部材１４を介して取付けられている。そして、パワーデバイス２から発生する熱によりデバイス配置部５に加わる熱応力を、リブ部６が変形することによって緩和するよう構成されている。
絶縁部材１４は、例えばセラミック板が用いられる。絶縁体１４を設ける理由は、パワーデバイス２に高電圧を加えるため、金属製のパワーデバイス用ヒートシンク１への漏電を防止するためである。
より詳しくは、図１２に示すごとく、絶縁部材１４はデバイス配置部５上にはんだ１５によって固定されている。また、パワーデバイス２ははんだ１６によって、絶縁部材１４上に固定されている。
なお、はんだ１５、１６の他に、銀ペーストやアルミのロウ付け等を用いることができる。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
本例は、パワーデバイス２の取付方法を変えた例である。本例では、図１２に示すごとく、パワーデバイス２は封止部材で封止されていない。このパワーデバイス２は、デバイス配置部５上に絶縁部材１４を介して取付けられている。そして、パワーデバイス２から発生する熱によりデバイス配置部５に加わる熱応力を、リブ部６が変形することによって緩和するよう構成されている。
絶縁部材１４は、例えばセラミック板が用いられる。絶縁体１４を設ける理由は、パワーデバイス２に高電圧を加えるため、金属製のパワーデバイス用ヒートシンク１への漏電を防止するためである。
より詳しくは、図１２に示すごとく、絶縁部材１４はデバイス配置部５上にはんだ１５によって固定されている。また、パワーデバイス２ははんだ１６によって、絶縁部材１４上に固定されている。
なお、はんだ１５、１６の他に、銀ペーストやアルミのロウ付け等を用いることができる。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
上記構成にすると、パワーデバイスの発熱によってデバイス配置部が熱膨張したときに、リブ部が変形するため、デバイス配置部に加わる熱応力を少なくできる。そのため、デバイス配置部の変形量が少なくてすみ、パワーデバイスの表面の凹凸に合う形になる。そのため、パワーデバイスとデバイス配置部との密着性が高まり、冷却性能を向上できる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
（比較例１）
本例は、リブ部６の形状を変えた例である。図１３に示すごとく、本例では、リブ部６が凹状に形成されている。
このようにすると、板状部材４の曲げ強度が上がるので、パワーデバイス用ヒートシンク１の強度を向上させることができる。
また、リブ部６の高さがパワーデバイスより高い場合、リブ部６を凸状にすると、パワーデバイス用ヒートシンク１全体の高さが高くなってしまうが、凹状にすると、高さを低くできるというメリットがある。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。
本例は、リブ部６の形状を変えた例である。図１３に示すごとく、本例では、リブ部６が凹状に形成されている。
このようにすると、板状部材４の曲げ強度が上がるので、パワーデバイス用ヒートシンク１の強度を向上させることができる。
また、リブ部６の高さがパワーデバイスより高い場合、リブ部６を凸状にすると、パワーデバイス用ヒートシンク１全体の高さが高くなってしまうが、凹状にすると、高さを低くできるというメリットがある。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。
（実施例４）
本例は、板状部材４の形状を変更した例である。図１４に一部切り欠き斜視図を示し、図１５に断面図を示す。図示するごとく、本例のパワーデバイス用ヒートシンク１は、２枚の板状部材４ａ，４ｂを張り合わせて形成されている。板状部材４ａ，４ｂには、リブ部６が形成されている。この板状部材４ａ，４ｂの側部は折り曲げられており、中板１７を挟んでロウ付けされている。
図１５に示すごとく、板状部材４ａ，４ｂの間は冷媒３の流路３０となっている。そしてデバイス配置部５の内側には、インナフィン７が配置されている。また、リブ部６の内側は、インナフィン７によって温められ、分流した冷媒３が混流する冷媒混合部３３となっている。
本例は、板状部材４の形状を変更した例である。図１４に一部切り欠き斜視図を示し、図１５に断面図を示す。図示するごとく、本例のパワーデバイス用ヒートシンク１は、２枚の板状部材４ａ，４ｂを張り合わせて形成されている。板状部材４ａ，４ｂには、リブ部６が形成されている。この板状部材４ａ，４ｂの側部は折り曲げられており、中板１７を挟んでロウ付けされている。
図１５に示すごとく、板状部材４ａ，４ｂの間は冷媒３の流路３０となっている。そしてデバイス配置部５の内側には、インナフィン７が配置されている。また、リブ部６の内側は、インナフィン７によって温められ、分流した冷媒３が混流する冷媒混合部３３となっている。
また、図１６のように構成してもよい。この例では、板状部材４ｃ，４ｄを、中板１７１を介してロウ付けしており、これによりリブ部６を形成している。また、板状部材４ｅ，４ｆも同様に、中板１７２を介してロウ付けされており、これによりリブ部６が形成されている。
図１４〜図１６の構造の場合、ヒートシンクの上下面にパワーデバイスや発熱部品をリブ６とリブ６の間に配置できる。
本例では、同じ部品（板状部材４、中板１７１、１７２等）をいくつも組み合わせてパワーデバイス用ヒートシンク１を製造することが可能である。そのため、パワーデバイス２の使用個数を増やすことができ、また、レイアウトの自由度が上がる。さらに、同じ部品を流用することで、低コスト化が可能である。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。
図１４〜図１６の構造の場合、ヒートシンクの上下面にパワーデバイスや発熱部品をリブ６とリブ６の間に配置できる。
本例では、同じ部品（板状部材４、中板１７１、１７２等）をいくつも組み合わせてパワーデバイス用ヒートシンク１を製造することが可能である。そのため、パワーデバイス２の使用個数を増やすことができ、また、レイアウトの自由度が上がる。さらに、同じ部品を流用することで、低コスト化が可能である。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を有する。
１ パワーデバイス用ヒートシンク
２ パワーデバイス
３ 冷媒
３０ 流路
３１ 導入口
３２ 導出口
４ 板状部材
４０ 冷媒接触面
５ デバイス配置部
６ リブ部
７ インナフィン
２ パワーデバイス
３ 冷媒
３０ 流路
３１ 導入口
３２ 導出口
４ 板状部材
４０ 冷媒接触面
５ デバイス配置部
６ リブ部
７ インナフィン
Claims (6)
- 冷媒が流れる流路が内部に形成され、該冷媒によってパワーデバイスから発生する熱を冷却するパワーデバイス用ヒートシンクであって、
金属板からなり、上記冷媒に接触する冷媒接触面を有する板状部材を備え、
該板状部材には複数のデバイス配置部を形成してあり、該デバイス配置部における上記冷媒接触面の反対側の面に上記パワーデバイスが配置され、
上記板状部材は、隣接する上記デバイス配置部の間に、該デバイス配置部を各々区画するリブ部を有し、
該リブ部は、上記冷媒側から上記パワーデバイス配置側へ向かって突出すると共に内部に上記冷媒が入る空間を有する凸状に形成されており、
隣り合う２つの上記パワーデバイスの間に上記凸状のリブ部が位置し、
上記冷媒の流路のうち、上記デバイス配置部に対面する部分には、上記冷媒の流れ方向に沿ったインナフィンが設けられ、上記リブ部に対面する部分には、上記インナフィンが配置されていないことを特徴とするパワーデバイス用ヒートシンク。 - 請求項１において、上記パワーデバイスは、封止部材に封止された状態で上記デバイス配置部に配置され、上記板状部材の板厚方向における上記冷媒流路側に押圧され、その押圧力によって上記リブ部が、上記パワーデバイスの配置面に対して平行な面方向に動いて変形することにより、上記デバイス配置部に加わる応力を緩和するよう構成されていることを特徴とするパワーデバイス用ヒートシンク。
- 請求項１または請求項２において、上記パワーデバイスは、上記デバイス配置部上に絶縁部材を介して取付けられており、上記パワーデバイスから発生する熱により上記デバイス配置部に加わる熱応力を、上記パワーデバイスの配置面に対して平行な面方向に上記リブ部が動いて変形することによって緩和するよう構成されていることを特徴とするパワーデバイス用ヒートシンク。
- 請求項１〜請求項３のいずれか１項において、上記板状部材の周辺に、凸状の周辺リブ部が形成されており、該周辺リブ部の側壁に、上記冷媒流路に上記冷媒を導入する導入口と、該冷媒流路から上記冷媒が導出される導出口とが取付けられていることを特徴とするパワーデバイス用ヒートシンク。
- 請求項１〜請求項４のいずれか１項において、上記リブ部の側壁は、上記デバイス配置部よりも薄肉に形成されていることを特徴とするパワーデバイス用ヒートシンク。
- 請求項１〜請求項５のいずれか１項において、上記パワーデバイスを上記板状部材に圧接するための固定部材を備え、該固定部材と上記板状部材との間で上記パワーデバイスを挟持して固定しており、上記固定部材は螺子によって上記板状部材に取り付けられ、上記板状部材には、上記螺子が螺合する雌螺子部が形成されており、その雌螺子部を形成した部分の厚みは、上記リブ部の側壁よりも厚いことを特徴とするパワーデバイス用ヒートシンク。
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