WO2015178064A1 - 半導体モジュール用冷却器及びその製造方法 - Google Patents

半導体モジュール用冷却器及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2015178064A1
WO2015178064A1 PCT/JP2015/056158 JP2015056158W WO2015178064A1 WO 2015178064 A1 WO2015178064 A1 WO 2015178064A1 JP 2015056158 W JP2015056158 W JP 2015056158W WO 2015178064 A1 WO2015178064 A1 WO 2015178064A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
header
cooler
semiconductor module
jacket
inlet
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/056158
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
広道 郷原
新井　伸英
Original Assignee
富士電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 富士電機株式会社 filed Critical 富士電機株式会社
Priority to JP2016520960A priority Critical patent/JP6098760B2/ja
Priority to CN201580003050.8A priority patent/CN105814685B/zh
Publication of WO2015178064A1 publication Critical patent/WO2015178064A1/ja
Priority to US15/177,885 priority patent/US9704779B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/48—Manufacture or treatment of parts, e.g. containers, prior to assembly of the devices, using processes not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326
    • H01L21/4814—Conductive parts
    • H01L21/4871—Bases, plates or heatsinks
    • H01L21/4882—Assembly of heatsink parts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367—Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672—Foil-like cooling fins or heat sinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor module cooler capable of reducing pressure loss of a refrigerant and reducing manufacturing cost.
  • patent documents 1 and 2 are known as documents regarding a cooler for semiconductor modules.
  • the heat dissipating fins and the peripheral wall are integrally formed to constitute a finned base plate, the amount of protrusion of the heat dissipating fin is equal to or less than the amount of protrusion of the peripheral wall, and the peripheral wall end face of the peripheral wall is coplanar.
  • the power semiconductor module and the cooling jacket form a flow path of a cooling medium, and the device in which the water supply port and the drainage port are disposed at diagonal positions of the flow path corner is disclosed.
  • Patent document 2 is a manufacturing method of a casing constituent member to which a pipe is connected, and it is connected rather than the 1st process of making the 1st middle processed product which has a connection part formation part and a flat part, and the 1st middle processed product.
  • Patent Document 1 since the heat dissipating fins and the peripheral wall portion are integrally formed to constitute a finned base plate, processing of the finned base plate on which a power semiconductor is mounted and soldered is complicated and the manufacturing cost is increased. There was a problem of that.
  • the refrigerant is supplied from the lower surface of the device, the pressure loss at the header portion where the refrigerant flows into the radiation fin is high, and the discharge capacity of the refrigerant pump needs to be increased. There was a problem that it became high.
  • patent documents 2 manufacture a pipe and a casing component separately, and join them, since a high processing accuracy of a junction of a pipe and a casing component is required, there is a problem that manufacturing cost becomes high. there were.
  • the conventional cooler has a structure in which a pipe is joined from one side of the cooler to a header portion disposed with respect to the cooling unit, and the pipe needs to connect the pipe in the range of the side height Therefore, the pipe diameter was partially reduced in cross-sectional area. As a result, the pressure loss is high, resulting in a large pump load cooler. Further, the position of the pipe for introducing and discharging the refrigerant from the cooler is arranged in consideration of the assembling property and the maintenance property, and the degree of freedom in design is required. Furthermore, miniaturization of the cooler itself is required, and it is important to achieve both cooling performance and low pressure loss.
  • the pipe joint of the cooler needs to have a structure in which a pipe is covered or a hose is inserted and connected, and in the past, an area having a narrow flow passage cross-sectional area existed partially. Therefore, the pressure loss of the cooler is high, and in order to circulate the refrigerant, a large dynamic pressure and a large pump are required.
  • the present invention aims at providing a cooler for semiconductor modules which can reduce pressure loss of a refrigerant and can reduce manufacturing cost.
  • an embodiment of a cooler for semiconductor modules of the present invention is the 1st plate in which a 1st semiconductor module is installed, and it is arranged under the 1st plate, and said 1st plate side And a jacket having a first through hole and a second through hole spaced apart from each other at the end of the recess, and a distribution disposed to cover the first through hole from the lower side of the jacket And an inlet-side header having an inlet-side pipe portion extending from the longitudinal direction of the distribution portion, a water collection portion arranged to cover the second through hole from the lower side of the jacket, and the water collection portion
  • the outlet side pipe portion extending from the longitudinal direction of the water portion, the outlet side header disposed parallel to the inlet side header, and the recess disposed between the first plate and the jacket, the inlet side header
  • the jacket is provided with the recess for receiving the cooling fin, it is not necessary to process the first plate to form the recess.
  • the cooler is assembled as a separate member, the jacket, the inlet header and the outlet header, the first plate and the jacket are not redesigned when designing according to the increase or decrease of the refrigerant flow rate, the inlet header and the outlet Parts can be standardized because the cooler can be designed to change the side header. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
  • the inlet side header is disposed in parallel with the outlet side header, the pressure loss between the cooling fins can be made substantially the same, and the refrigerant can be evenly distributed.
  • all members may be made of metal.
  • At least the first plate and the plurality of cooling fins may be made of metal, and the inlet side header and the outlet side header may be made of resin.
  • the height of the recess of the jacket may be shorter than the inner diameter of the inlet side pipe portion and the inner diameter of the outlet side pipe portion.
  • the inlet side pipe portion and the outlet side pipe portion are disposed on the bottom surface of the recess of the jacket, compared to the case where the inlet side pipe portion and the outlet side pipe portion are disposed on the side surface of the jacket recess. Therefore, the height of the recess of the jacket can be shortened without being influenced by the inner diameter of the inlet side pipe portion and the inner diameter of the outlet side pipe portion, and the height of the entire semiconductor module cooler can be reduced.
  • the distribution unit includes a semicircular bottom surface extended from the inlet side pipe portion, and the water collecting portion is a semicircular shape extended from the outlet side pipe portion. You may make it the structure provided with the bottom face.
  • the plurality of cooling fins are provided at an inlet side end portion at the upper side of the inlet side header, an inlet side cutout area, and an outlet side above the outlet side header.
  • the outlet-side notch region may be provided at the end, and the inlet-side notch region and the outlet-side notch region may be configured to be lower in height than the central portion of the cooling fin.
  • the cross-sectional area of the refrigerant flow path in the longitudinal direction of the inlet side header can be extended to the inlet side notch region of the inlet side end of the cooling fin, and immediately before flowing into the inlet side end of the cooling fin. It is possible to reduce the pressure loss in the inlet header portion. Since the refrigerant channel cross-sectional area of the portion immediately before the refrigerant enters the cooling fin is wide, it is presumed that the amount of refrigerant flowing into each cooling fin is equalized.
  • each cross-sectional area of the refrigerant flow path in the longitudinal direction of the outlet side header can be extended to the outlet side notch area of the outlet side end of the cooling fin, and the outlet side header portion immediately after flowing out from the outlet side end of the cooling fin Pressure loss can be reduced. Since the refrigerant channel cross-sectional area of the portion immediately after the refrigerant comes out of the cooling fins is wide, it is presumed that the pressure loss of the channel from each cooling fin to the outlet side header portion is equalized.
  • each cross-sectional area here is each cross-sectional area of the position of a distribution part and a water collection part.
  • the cross-sectional area of the refrigerant flow path surrounded by the inner wall and jacket of the inlet side header and the lower end of the cooling fin is the cross-sectional area inside the inlet side pipe portion
  • the cross-sectional area of the refrigerant flow path surrounded by the inner wall and jacket of the outlet side header and the lower end of the cooling fin may be larger than the cross-sectional area inside the outlet side pipe portion.
  • the jacket includes a second semiconductor module between the inlet header and the outlet header.
  • the space between the inlet header and the outlet header can be effectively utilized, and the number of second semiconductor modules can be increased.
  • a second plate on which a capacitor is installed is provided, and the jacket is an opening between the inlet side header and the outlet side header.
  • the opening may be covered with the second plate from the lower side.
  • a capacitor can be installed between the inlet header and the outlet header, and this space can be effectively utilized. Since the second plate supporting the capacitor is not in direct contact with the cooling fins, the capacitor can be prevented from receiving heat from the first semiconductor module or vice versa.
  • the material of the jacket, the inlet side header, and the outlet side header may be resin.
  • the plurality of cooling fins are accommodated in the recess of the jacket;
  • the cooling fin incorporating step of arranging the first plate so as to cover the recess, the first plate connecting step of connecting the jacket and the first plate, and connecting the inlet side header and the outlet side header to the jacket And a header connecting step.
  • the jacket is provided with the recess for receiving the cooling fin, it is not necessary to process the first plate to form the recess.
  • the cooler is assembled as a separate member, the jacket, the inlet header and the outlet header, the first plate and the jacket are not redesigned when designing according to the increase or decrease of the refrigerant flow rate, the inlet header and the outlet Parts can be standardized because the cooler can be designed to change the side header. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
  • the steps of connecting the jacket and the first plate, and connecting the inlet header and the outlet header to the jacket are soldered. It is desirable to connect each using attachment and laser welding.
  • the header connecting step may be bonding using an adhesive.
  • the present invention it is possible to provide a semiconductor module cooler capable of reducing the pressure loss of the refrigerant and reducing the manufacturing cost.
  • FIG. 1 is an assembly view of a semiconductor module cooler according to a first embodiment of the present invention. It is a bird's-eye view of the back side of the cooler for semiconductor modules which concerns on the 1st Example of this invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the AA cross section of FIG. 1; It is sectional drawing of the cooler for semiconductor modules which concerns on the 2nd Example of this invention. It is sectional drawing of the cooler for semiconductor modules which concerns on the 3rd Example of this invention. It is sectional drawing of the cooler for semiconductor modules which concerns on the 4th Example of this invention. It is sectional drawing of the cooler for semiconductor modules of a comparative example. It is process drawing which shows one Embodiment of the manufacturing process of the cooler for semiconductor modules of this invention. It is the chart which put together the simulation result of the cooler for semiconductor modules.
  • the semiconductor module 100 includes a first plate 1 on which the first semiconductor module 6 is installed, and a lower side of the first plate 1.
  • a jacket 2 having a recess 2a on the side of the first plate 1, and further having a first through hole 2b and a second through hole 2c spaced apart from each other at the end of the recess 2a;
  • An inlet side header 3 having a distribution portion 3a disposed to cover the first through hole 2b from the lower side and an inlet side pipe portion 3b extending from the longitudinal direction of the distribution portion 3a; It has a water collecting portion 4a arranged to cover the second through hole 2c from the lower side, and an outlet side pipe portion 4b extending from the longitudinal direction of the water collecting portion 4a, and is parallel to the inlet side header 3 With the outlet side header 4 arranged A plurality of depressions 2 a disposed between the first plate 1 and the jacket 2 and extending from above the distribution portion 3 a of the inlet side header 3 to
  • the first plate 1 is connected to the first semiconductor module 6 via a connecting member such as solder (not shown). Then, the back surface side of the surface of the first plate 1 to which the first semiconductor module 6 is connected is connected to the plurality of cooling fins 5 via a connection member (not shown) such as solder or brazing material, for example. .
  • At least a part of the upper surface or the lower surface of the plurality of cooling fins 5 is connected to each other, and the cooling fins 5 are integrated.
  • the height of the cooling fin 5 was 8 mm.
  • the jacket 2 is provided with a flange portion 2d at the upper end of the recess 2a.
  • the inlet side header 3 is smooth with the distributor 3a having the semicircular bottom 3a1, the flange 3a2 formed on the upper end of the distributor 3a, and the semicircular bottom 3a1. And an inlet side pipe portion 3b having a tapered portion 3b1 connected to the flange portion 3a2.
  • the outlet side header 4 is smoothly connected to the water collecting portion 4a having the semicircular bottom 4a1, the flange 4a2 formed on the upper end of the water collecting 4a, and the semicircular bottom 4a1, and the flange 4a2 And an outlet-side pipe portion 4b having a tapered portion 4b1 connected thereto.
  • the flow channel width inside the distribution part 3a and the water collection part 4a was 10 mm, respectively.
  • the flange portion 3a2 is provided such that the piping center of the inlet-side pipe portion 3b coincides with the height of the back surface of the recess 2a of the jacket 2. Further, the flange portion 4a2 is provided such that the piping center of the outlet side pipe portion 4b coincides with the height of the back surface of the recess 2a of the jacket 2.
  • the cross-sectional area of the header portion immediately before or after the cooling fin 5 can be set freely, and the fin height is set. It is possible to set the fin height lower without being restricted by the diameter of the pipe connected to the header.
  • the height of the recess 2a of the jacket 2 is shorter than the inner diameter of the inlet side pipe portion 3b and the inner diameter of the outlet side pipe portion 4b. Therefore, a tapered portion 3b1 is formed in the inlet side pipe portion 3b, and a tapered portion 4b1 is formed in the outlet side pipe portion 4b.
  • the portion where the tapered portion 3b1 and the flange portion 3a2 are connected is the portion where the cross-sectional area of the refrigerant flow path is the smallest.
  • the portion where the tapered portion 4b1 and the flange portion 4a2 are connected is the portion where the cross-sectional area of the refrigerant flow path is the smallest.
  • each member of the semiconductor module cooler 100 is formed of aluminum.
  • the present invention is not limited to this.
  • the first plate 1 and the plurality of cooling fins 5 are formed of metal having good thermal conductivity
  • the jacket 2, the inlet side header 3 and the outlet side header 4 are formed of resin. It is also good.
  • An ethylene glycol-based diluted LLC (Long Life Coolant) was used as the refrigerant.
  • the type of the refrigerant is not particularly limited and can be appropriately changed.
  • the refrigerant is introduced into the cooler from the inlet side pipe portion 3b of the inlet side header 3, passes through the distribution portion 3a, the refrigerant flow direction is changed to be perpendicular, and flows into the jacket 2.
  • the refrigerant exchanges heat in the process of flowing between the fins of the plurality of cooling fins 5 in the jacket 2.
  • the refrigerant passes through the water collecting portion 4 a, and the refrigerant flow direction is changed to a right angle, and is discharged from the outlet side pipe portion 4 b of the outlet side header 4.
  • the refrigerant discharged from the cooler 100 is cooled by a radiator (not shown) and then circulated to the inlet-side pipe portion 3b of the cooler 100 via a pump (not shown).
  • the design of the cooler requires a design that takes into account the entire cooling system.
  • thermal resistance and pressure loss were simulated for different flow channel structures of the semiconductor module cooler.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor module cooler 200 according to a second embodiment of the present invention.
  • This cross-sectional view is a cross-sectional view corresponding to the same position as the AA cross section of FIG.
  • the semiconductor module cooler 200 maintains the external size of the semiconductor module cooler 100 of the first embodiment, and cuts the lower portions at both ends of the cooling fin 5 so as to be shorter as it approaches the end, thereby achieving a cross-sectional area It is an expanded configuration. That is, the cross-sectional area 7 of the refrigerant flow channel enclosed by the inner wall of the inlet side header 3 and the jacket 2 and the lower end of the cooling fin 5 is larger than the cross-sectional area 8 (see FIG.
  • the other structure was the same as in Example 1.
  • the plurality of cooling fins 5 are provided with an inlet side cutout area 5a and an outlet side cutout area 5b.
  • the channel width of the distribution part 3a and the water collection part 4a was 10 mm.
  • the inlet-side notch region 5 a and the outlet-side notch region 5 b are formed obliquely to the lower side of both ends of the cooling fin 5.
  • the height of the cooling fin 5 was 8 mm.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor module cooler 300 according to a third embodiment of the present invention.
  • This cross-sectional view is a cross-sectional view corresponding to the same position as the AA cross section of FIG.
  • the semiconductor module cooler 300 further includes a second semiconductor module 11 between the inlet side header 3 and the outlet side header 4 in addition to the semiconductor module cooler 200.
  • the back side of the jacket 2 to which the second semiconductor module 11 is joined is connected to the cooling fin 5. According to this configuration, the space between the inlet header and the outlet header can be effectively utilized, and the number of semiconductor modules can be increased.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor module cooler 400 according to a fourth embodiment of the present invention.
  • This cross-sectional view is a cross-sectional view corresponding to the same position as the AA cross section of FIG.
  • the semiconductor module cooler 400 includes the second plate 12, the capacitor 13 disposed on the lower surface of the second plate 12, and the opening 2e formed in the jacket 2 in addition to the semiconductor module cooler 200. It is equipped further.
  • the second plate 12 covers the opening 2 e and is joined to the jacket 2 without water leakage.
  • the capacitor 13 and the second plate 12 are fixed by a fixing member (not shown).
  • the heat generated in the condenser 13 is conducted to the refrigerant flowing in the semiconductor module cooler 200 through the second plate 12.
  • the other structure was the same as in Example 2. According to this configuration, since the second plate supporting the capacitor is not in direct contact with the cooling fin, the capacitor can be prevented from receiving heat from the first semiconductor module or vice versa.
  • Example 5 The embodiment of the method for manufacturing a cooler for a semiconductor module according to the present invention is, as shown in FIG. 9, a method for manufacturing a cooler for a semiconductor module according to any one of the above, comprising: A cooling fin incorporating step S1 for accommodating the cooling fins 5 and arranging the first plate 1 so as to cover the recess 2a, a first plate connecting step S2 for connecting the jacket 2 and the first plate 1, and an inlet side to the jacket 2 And a header connecting step S3 for connecting the header 3 and the outlet side header 4.
  • the header connecting step S3 may be bonding using an adhesive, or may be bonding using brazing or welding. If the jacket 2, inlet side header 3 and outlet side header 4 are molded of resin, they can be joined using an adhesive. In this case, since the resin can not withstand the temperature at the time of connection of the first plate connection step S2, the cooling fin incorporation step S1 and the first plate connection step S2 are sequentially performed to dissipate heat from the cooler. I do.
  • the first plate connecting step S2 and the header connection process S3 may be sequentially performed, or the first plate connection process S2 and the header connection process S3 may be performed simultaneously.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the semiconductor module cooler of the comparative example.
  • the inlet side header 3 and the outlet side header 4 respectively connect the inlet side pipe portion 3b and the outlet side pipe portion 4b from the side surface of the recess 2a of the jacket 2 through two conical tapered portions. It has a structure that Spaces are respectively provided at both ends of the recess 2a of the jacket, and the space and the tapered portion communicate with each other. A plurality of cooling fans 5 are disposed between the spaces.
  • the other structure was the same as in Example 1.
  • the conventional cooler generally has a configuration in which the header areas are disposed on the opposite side on the inner side of the jacket as in the comparative example, and the cross-sectional area where the header area and the cooling fin portion contact is the height of the cooling fin and the fins It was decided by the width to arrange. Therefore, in order to secure the flow path of the header portion, it is necessary to expand the cooler in the plane direction, and the pipe connection portion is more limited.
  • the fin height was 8 mm
  • the flow path width of the header area was 10 mm. That is, in the comparative example, the header cross-sectional area is 80 mm 2.
  • the smallest channel cross-sectional area in the comparative example is the connecting portion between the conical tapered portion and the jacket 2.
  • FIG. 10 is a diagram summarizing simulation results of the semiconductor module cooler.
  • the structures of Example 1, Example 2 and Comparative Example were used as calculation models to simulate thermal conductivity and pressure loss.
  • An ethylene glycol-based diluted LLC (Long Life Coolant) was used as the refrigerant, and the flow rate of the refrigerant was 10 L / min, and the inflow temperature of the refrigerant was 60 ° C.
  • the simulation result of Example 1 was that the thermal resistance was 0.21 ° C./W, and the pressure loss was 12.4 kPa.
  • Example 2 The simulation result of Example 2 was that the thermal resistance was 0.22 ° C./W and the pressure loss was 10.8 kPa. Compared with the simulation result of Example 1, the thermal resistance was slightly increased because a part of the cooling fins was reduced. However, the pressure loss could be reduced from 12.4 kPa (Example 1) to 10.8 kPa. If the external size of the cooler is limited and the heat dissipation performance has a surplus, the structure of the second embodiment is desirable.
  • the simulation results of the comparative example show that the thermal resistance is 0.22 ° C./W and the pressure loss is 25.7 kPa.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

　冷媒の圧力損失を低減し、製造コストも低減できる半導体モジュール用冷却器を提供する。　本発明の冷却器は、第１の半導体モジュール６が設置される第１プレート１と、窪み２ａの端部に第１貫通孔２ｂと第２貫通孔２ｃとを離間して持ったジャケット２と、ジャケット２の下側から第１貫通孔２ｂを覆うように配置された入口側ヘッダー３と、ジャケット２の下側から第２貫通孔２ｃを覆うように配置され、入口側ヘッダー３と平行に配置された出口側ヘッダー４と、窪み２ａに配置され、入口側ヘッダー３の分配部３ａ上方から出口側ヘッダー４の集水部４ｂ上方まで延在された複数の冷却フィンと、を備える。

Description

半導体モジュール用冷却器及びその製造方法
　本発明は、冷媒の圧力損失を低減し、製造コストも低減できる半導体モジュール用冷却器に関する。
　半導体モジュール用冷却器に関する文献として、次の特許文献１、２が知られている。
　特許文献１は、放熱フィンと周壁部が一体成形されてフィン付ベースプレートを構成し、放熱フィンの突出量が周壁部の突出量以下であり、周壁部の周壁端面が同一平面となっており、パワー半導体モジュールと冷却ジャケットとで冷却媒体の流路を形成し、給水口と排水口が流路の隅部対角位置に配置されている装置を開示している。
　特許文献２は、パイプが接続されるケーシング構成部材の製造方法であって、接続部形成部と平坦部とを有する第１中間加工品をつくる第１工程と、第１中間加工品よりも接続部形成部の屈曲深さが大きく、平坦部の幅が小さい第２中間加工品をつくる第２工程と、接続部形成部と傾斜平坦部と幅狭平坦部を有する第３中間加工品をつくる第３工程と、第３中間加工品の傾斜平坦部を斜め上方に押圧し、傾斜部平坦部と接続部形成部の側壁との連接部に材料を集めて第４中間加工品をつくる第４工程と、第４中間加工品の接続部形成部の側壁、傾斜平坦部および幅狭平坦部を上下から加圧し、接続部形成部の両側壁の開口端部にばりが形成された第５中間加工品をつくる第５工程と、ばりを除去してケーシング構成部材をつくる第６工程と、を備えたケーシング構成部材の製造方法を開示している。
特開２００８－２５１９３２号公報 特開２００９－１９５９１２号公報
　特許文献１は、放熱フィンと周壁部が一体成形されてフィン付ベースプレートを構成しているため、パワー半導体が載せられてはんだ接続されるこのフィン付ベースプレートの加工が複雑であり製造コストが高くなるという問題点があった。また、冷媒が装置の下面から供給されているため、放熱フィンへ冷媒が流入するヘッダー部分の圧力損失が高く、冷媒ポンプの吐出能力を高める必要があるため、冷媒ポンプの製造コストと作動コストが高くなるという問題点があった。
　特許文献２は、パイプとケーシング構成部材を別々に製作しそれらを接合させているので、パイプとケーシング構成部材の接合部分の高い加工精度が要求されるため、製造コストが高くなるという問題点があった。
　従来の冷却器は、冷却部に対して配置されたヘッダー部に対し、冷却器の一側面よりパイプが接合された構成であり、パイプは側面の高さの範囲でパイプを接続する必要があるため、パイプ直径は部分的に断面積が減少する構成であった。そのため圧力損失が高く、ポンプ負荷の大きい冷却器となっていた。また、冷却器に対して冷媒を導入・排出するパイプの位置は、組み付け性やメンテ性を考慮した配置がなされ、設計の自由度が求められる。さらに、冷却器自体の小型化が求められており、冷却性能と低圧力損失化の両立が重要である。
　また、冷却器のパイプ接合部は、パイプを覆うか、もしくはホースを差し込んで接続される構造にする必要があり、従来は、部分的に流路断面積が狭いエリアが存在していた。そのため、冷却器の圧力損失は高く、冷媒を循環するためには動圧が大きく大型のポンプが必要となっていた。
　上記の課題を解決するべく、本発明は、冷媒の圧力損失を低減し、製造コストも低減できる半導体モジュール用冷却器を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明の半導体モジュール用冷却器の実施態様は、第１の半導体モジュールが設置される第１プレートと、前記第１プレートの下側に配置され、前記第１プレート側に窪みを備え、さらに前記窪みの端部に第１貫通孔と第２貫通孔とを離間して持ったジャケットと、前記ジャケットの下側から前記第１貫通孔を覆うように配置された分配部、および前記分配部の長手方向から延在した入口側パイプ部を持った入口側ヘッダーと、前記ジャケットの下側から前記第２貫通孔を覆うように配置された集水部、および前記集水部の長手方向から延在した出口側パイプ部を持ち、前記入口側ヘッダーと平行に配置された出口側ヘッダーと、前記第１プレートと前記ジャケットの間の前記窪みに配置され、前記入口側ヘッダーの前記分配部上方から前記出口側ヘッダーの前記集水部上方まで延在された複数の冷却フィンと、を備えることを特徴とする。
　この構成によれば、ジャケットが冷却フィンを収納される窪みを備えているので、窪みを形成するために第１プレートを加工する必要がない。ジャケットと入口側ヘッダーと出口側ヘッダーが別々の部材として冷却器が組み立てられるので、冷媒流量の増減に応じた設計をする場合、第１プレートと前記ジャケットは設計変更せず、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーを変更するように冷却器を設計できるため、部品の共通化ができる。従って、製造コストを低減できる。そして、前記入口側ヘッダーが、前記出口側ヘッダーと平行に配置されているので、各冷却フィン間の圧力損失がほぼ同じにでき、均等に冷媒を分配できる。さらに、入口側ヘッダーの分配部の長手方向と入口側パイプ部の冷媒流れ方向が同じであり、かつ、出口側ヘッダーの集水部の長手方向と出口側パイプ部の冷媒流れ方向が同じであるので、各パイプ部の冷媒流れ方向が分配部の長手方向または集水部の長手方向とそれぞれ異なる場合に比べて、これらの部分の圧力損失を低減できる。本発明の冷却器は、すべての部材が金属製であってもよい。少なくとも、第１プレートと、複数の冷却フィンが金属製であって、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーが樹脂製であってもよい。
　また、上記の半導体モジュール用冷却器において、前記ジャケットの窪みの高さは、前記入口側パイプ部の内径および前記出口側パイプ部の内径よりも短くしてもよい。
　この構成によれば、入口側パイプ部および出口側パイプ部がジャケットの窪みの底面に配置されているので、ジャケットの窪みの側面に入口側パイプ部および出口側パイプ部が配置される場合に比べて、入口側パイプ部の内径および出口側パイプ部の内径の大きさに影響されることなく、ジャケットの窪みの高さを短くでき、半導体モジュール用冷却器全体の高さを薄くできる。
　また、上記の半導体モジュール用冷却器において、前記分配部は、入口側パイプ部から延長された半円形状の底面を備え、前記集水部は、出口側パイプ部から延長された半円形状の底面を備えた構造にしてもよい。
　この構成によれば、入口側パイプ部下部から入口側ヘッダー下部まで冷媒流路に段差が無く、かつ、出口側ヘッダー下部から出口側パイプ部下部まで冷媒流路に段差が無いため、圧力損失を低減できる。
　また、上記のいずれか１つの半導体モジュール用冷却器において、前記複数の冷却フィンは、前記入口側ヘッダーの上方の入口側端部に入口側切欠き領域と、前記出口側ヘッダーの上方の出口側端部に出口側切欠き領域と、を備え、入口側切欠き領域および出口側切欠き領域は、冷却フィンの中央部よりも高さが低くなっている構成にしてもよい。
　この構成によれば、入口側ヘッダーの長手方向の冷媒流路の断面積を、冷却フィンの入口側端部の入口側切欠き領域まで拡張でき、冷却フィンの入口側端部に流入する直前の入口側ヘッダー部分の圧力損失を低減できる。冷媒が冷却フィンに入る直前の部分の冷媒流路断面積が広いので各冷却フィンへ流入する冷媒量を均一化されたためと推測される。また、出口側ヘッダーの長手方向の冷媒流路の断面積を、冷却フィンの出口側端部の出口側切欠き領域まで拡張でき、冷却フィンの出口側端部から流出した直後の出口側ヘッダー部分の圧力損失を低減できる。冷媒が冷却フィンから出た直後の部分の冷媒流路断面積が広いので各冷却フィンから出口側ヘッダー部分への流路の圧力損失が均一化されたためと推測される。なお、ここでいう各断面積は、分配部および集水部の位置の各断面積のことである。
　また、上記のいずれか１つの半導体モジュール用冷却器において、前記入口側ヘッダーの内壁とジャケットと前記冷却フィンの下端で囲われる冷媒流路の断面積が、前記入口側パイプ部の内側の断面積より大きく、前記出口側ヘッダーの内壁とジャケットと前記冷却フィンの下端で囲われる冷媒流路の断面積が、前記出口側パイプ部の内側の断面積より大きくしてもよい。
　この構成によれば、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーの冷媒流路の圧力損失を低減できる。
　また、上記のいずれか１つの半導体モジュール用冷却器において、前記ジャケットは、前記入口側ヘッダーと前記出口側ヘッダーとの間に第２の半導体モジュールを備えることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
　この構成によれば、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーとの間の空間を有効に活用でき、第２の半導体モジュールの設置数を増加できる。
　また、上記のいずれか１つの半導体モジュール用冷却器において、コンデンサ（キャパシタ，ｃａｐａｃｉｔｏｒ）が設置される第２プレートを備え、前記ジャケットは、前記入口側ヘッダーと前記出口側ヘッダーとの間に開口部を備え、前記開口部が下側から前記第２プレートで覆われていてもよい。
　この構成によれば、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーとの間にコンデンサを設置でき、この空間を有効に活用できる。コンデンサを支持する第２プレートが冷却フィンに直接接していないので、このコンデンサが、第１の半導体モジュールからの熱を受けない、もしくは逆に与えないようにできる。
　また、上記のいずれか１つの半導体モジュール用冷却器において、前記ジャケット、前記入口側ヘッダー、及び前記出口側ヘッダーの材質が、樹脂であってもよい。
　この構成によれば、樹脂でモールド成形する部材に構造が複雑な部分を集約でき、その他の部材の構造を単純にできるので、製造コストを低減できる。
　また、本発明の半導体モジュール用冷却器の製造方法の実施態様は、上記のいずれか１つの半導体モジュール用冷却器の製造方法において、前記ジャケットの前記窪みに前記複数の冷却フィンを収納し、前記窪みを覆うように前記第１プレートを配置する冷却フィン組み込み工程と、前記ジャケットと前記第１プレートを接続する第１プレート接続工程と、前記ジャケットに前記入口側ヘッダーおよび前記出口側ヘッダーを接続するヘッダー接続工程と、を備えることを特徴とする。
　この構成によれば、ジャケットが冷却フィンを収納される窪みを備えているので、窪みを形成するために第１プレートを加工する必要がない。ジャケットと入口側ヘッダーと出口側ヘッダーが別々の部材として冷却器が組み立てられるので、冷媒流量の増減に応じた設計をする場合、第１プレートと前記ジャケットは設計変更せず、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーを変更するように冷却器を設計できるため、部品の共通化ができる。従って、製造コストを低減できる。
　例えば、第１プレート、ジャケット、入口側ヘッダー及び出口側ヘッダーが金属製である場合は、ジャケットと第１プレートを接続する工程と、ジャケットに入口側ヘッダーおよび出口側ヘッダーを接続する工程は、ろう付けやレーザー溶接等を用いてそれぞれを接続することが望ましい。
　また、上記半導体モジュール用冷却器の製造方法の実施態様において、前記ヘッダー接続工程は、接着剤を用いた接合であってもよい。
　この構成によれば、接着剤で部品を接続して装置を組み立てるので、入口側ヘッダー及び出口側ヘッダーを、求められる冷媒流量やパイプ径に変更された部品に変更することが容易になる。
　本発明によれば、冷媒の圧力損失を低減し、製造コストも低減できる半導体モジュール用冷却器を提供できる。
本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール用冷却器の鳥瞰図である。 本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール用冷却器の組み立て図である。 本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール用冷却器の裏側の鳥瞰図である。 図１のＡ－Ａ断面の断面図である。 本発明の第２の実施例に係る半導体モジュール用冷却器の断面図である。 本発明の第３の実施例に係る半導体モジュール用冷却器の断面図である。 本発明の第４の実施例に係る半導体モジュール用冷却器の断面図である。 比較例の半導体モジュール用冷却器の断面図である。 本発明の半導体モジュール用冷却器の製造工程の一実施形態を示す工程図である。 半導体モジュール用冷却器のシミュレーション結果をまとめた図表である。
　以下、図面を参照しながら本発明に係る半導体モジュール用冷却器の実施形態を説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
（実施例１）
　本発明に係る第１の実施例について説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール用冷却器１００の鳥瞰図である。図２は、本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール用冷却器１００の組み立て図である。図２では、半導体モジュール６を省略して記載している。図３は、本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール用冷却器１００の裏側の鳥瞰図である。図４は、図１のＡ－Ａ断面の断面図である。
　図１、２、３に示すように、本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール１００は、第１の半導体モジュール６が設置される第１プレート１と、前記第１プレート１の下側に配置され、前記第１プレート１側に窪み２ａを備え、さらに前記窪み２ａの端部に第１貫通孔２ｂと第２貫通孔２ｃとを離間して持ったジャケット２と、前記ジャケット２の下側から前記第１貫通孔２ｂを覆うように配置された分配部３ａ、および前記分配部３ａの長手方向から延在した入口側パイプ部３ｂを持った入口側ヘッダー３と、前記ジャケット２の下側から前記第２貫通孔２ｃを覆うように配置された集水部４ａ、および前記集水部４ａの長手方向から延在した出口側パイプ部４ｂを持ち、前記入口側ヘッダー３と平行に配置された出口側ヘッダー４と、前記第１プレート１と前記ジャケット２の間の前記窪み２ａに配置され、前記入口側ヘッダー３の前記分配部３ａ上方から前記出口側ヘッダー４の前記集水部４ａ上方まで延在された複数の冷却フィン５と、を備えている。
　第１プレート１は、図示されていない半田のような接続部材を介して第１の半導体モジュール６と接続されている。そして、第１プレート１の第１の半導体モジュール６が接続された面の裏面側は、例えば半田やろう材のような図示されていない接続部材を介して複数の冷却フィン５と接続されている。
　複数の冷却フィン５は、上面もしくは下面の少なくとも一部がそれぞれ接続されて冷却フィン５が一体化されている。冷却フィン５の高さは、８ｍｍとした。ジャケット２は、窪み２ａの上端にフランジ部２ｄを備えている。
　図４を合わせて参照すると、入口側ヘッダー３は、半円形状の底面３ａ１を持った分配部３ａと、分配部３ａの上端に形成されたフランジ部３ａ２と、半円形状の底面３ａ１と滑らかに繋がり、フランジ部３ａ２と繋がっているテーパー部３ｂ１を持った入口側パイプ部３ｂと、を備えている。出口側ヘッダー４は、半円形状の底面４ａ１を持った集水部４ａと、集水部４ａの上端に形成されたフランジ部４ａ２と、半円形状の底面４ａ１と滑らかに繋がり、フランジ部４ａ２と繋がっているテーパー部４ｂ１を持った出口側パイプ部４ｂと、を備えている。分配部３ａと集水部４ａの内側の流路幅をそれぞれ１０ｍｍとした。
　フランジ部３ａ２は、入口側パイプ部３ｂの配管中心がジャケット２の窪み２ａの裏面の高さに一致するように設けられている。また、フランジ部４ａ２は、出口側パイプ部４ｂの配管中心がジャケット２の窪み２ａの裏面の高さに一致するように設けられている。
　実施例１の構造のようにジャケット２の底面に入口側ヘッダー３および出口側ヘッダー４を配置する場合、冷却フィン５の直前もしくは直後のヘッダー部分の断面積を自由に設定でき、フィン高さをヘッダーに接続される配管径に制約されずにフィン高さをより低く設定することが可能である。ジャケット２の窪み２ａの高さは、入口側パイプ部３ｂの内径および出口側パイプ部４ｂの内径よりも短い。そのために、入口側パイプ部３ｂにはテーパー部３ｂ１が形成され、出口側パイプ部４ｂには、テーパー部４ｂ１が形成されている。冷媒が冷却フィン５に入る前において、テーパー部３ｂ１とフランジ部３ａ２が繋がる部分が最も冷媒流路の断面積が小さくなる部分である。これと同様に、冷媒が冷却フィン５から出た後において、テーパー部４ｂ１とフランジ部４ａ２が繋がる部分が最も冷媒流路の断面積が小さくなる部分である。
　実施例１では、半導体モジュール用冷却器１００の各部材をアルミニウムで形成した。しかし、これに限定されず、例えば、第１プレート１および複数の冷却フィン５を熱伝導率のよい金属で形成し、ジャケット２、入口側ヘッダー３、および出口側ヘッダー４を樹脂で形成してもよい。冷媒にはエチレングリコール系の希釈したＬＬＣ（ロングライフクーラント）を用いた。冷媒の種類は、特に限定されず適宜変更可能である。冷媒は、入口側ヘッダー３の入口側パイプ部３ｂから冷却器に導入され、分配部３ａを経て冷媒流れ方向が直角に変更されて、ジャケット２内に流入する。そして、この冷媒は、ジャケット２内の複数の冷却フィン５のフィンの間を通流する過程で熱交換される。次に、この冷媒は、集水部４ａを経て冷媒流れ方向が直角に変更され、出口側ヘッダー４の出口側パイプ部４ｂから排出される。冷却器１００から排出された冷媒は、図示しないラジエータで冷却された後、図示しないポンプを経由して、冷却器１００の入口側パイプ部３ｂへ循環される。
　通水抵抗は冷媒流速の２乗に比例するため、冷却器１００の圧力損失が高い場合にはポンプの負荷が大きくなる。このように冷却器の設計には、熱抵抗や熱交換性能に加えて、冷却システム全体を考慮した設計が必要である。後述の図１０では、半導体モジュール用冷却器の異なる流路構造について熱抵抗と圧力損失のシミュレーションを行った。
（実施例２）
　図５は、本発明の第２の実施例に係る半導体モジュール用冷却器２００の断面図である。この断面図は、図１のＡ－Ａ断面と同じ位置に相当する断面図である。半導体モジュール用冷却器２００は、実施例１の半導体モジュール用冷却器１００に対し、外形サイズを維持し、冷却フィン５の両端の下部を端部に近づくにつれて短くなるように削ることで断面積を拡張した構成になっている。すなわち、入口側ヘッダー３の内壁とジャケット２と冷却フィン５の下端で囲われる冷媒流路の断面積７は、入口側パイプ部３ｂの内側の断面積８（図２参照）より大きく、出口側ヘッダー４の内壁とジャケット２と冷却フィン５の下端で囲われる冷媒流路の断面積９が、出口側パイプ部４ｂの内側の断面積１０（図２参照）より大きくなっている。この構成によれば、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーの冷媒流路の圧力損失を低減できる。それ以外の構造は、実施例１と同じにした。複数の冷却フィン５は、入口側切欠き領域５ａと、出口側切欠き領域５ｂと、を備えている。分配部３ａと集水部４ａの流路幅をそれぞれ１０ｍｍとした。入口側切欠き領域５ａと、出口側切欠き領域５ｂを冷却フィン５の両端の斜め下側に傾斜して形成した。冷却フィン５の高さは、８ｍｍとした。
（実施例３）
　図６は、本発明の第３の実施例に係る半導体モジュール用冷却器３００の断面図である。この断面図は、図１のＡ－Ａ断面と同じ位置に相当する断面図である。半導体モジュール用冷却器３００は、半導体モジュール用冷却器２００に加えて、入口側ヘッダー３と前記出口側ヘッダー４との間に第２の半導体モジュール１１をさらに備えている。ジャケット２の第２の半導体モジュール１１が接合されている裏面側は、冷却フィン５と接続されている。この構成によれば、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーとの間の空間を有効に活用でき、半導体モジュールの設置数を増加できる。
（実施例４）
　図７は、本発明の第４の実施例に係る半導体モジュール用冷却器４００の断面図である。この断面図は、図１のＡ－Ａ断面と同じ位置に相当する断面図である。半導体モジュール用冷却器４００は、半導体モジュール用冷却器２００に加えて、第２プレート１２と、第２プレート１２の下面に配置されたコンデンサ１３と、ジャケット２に形成された開口部２ｅと、をさらに備えている。第２プレート１２は、開口部２ｅを覆い、ジャケット２と水漏れなく接合されている。コンデンサ１３と第２プレート１２は、図示しない固定部材で固定されている。コンデンサ１３で生じた熱は、第２プレート１２を介して半導体モジュール用冷却器２００内を流れる冷媒に伝導される。それ以外の構造は、実施例２と同じにした。この構成によれば、コンデンサを支持する第２プレートが冷却フィンに直接接していないので、このコンデンサが、第１の半導体モジュールからの熱を受けない、もしくは逆に与えないようにできる。
（実施例５）
　本発明の半導体モジュール用冷却器の製造方法の実施態様は、図９に示すように、上記のいずれか一つに記載の半導体モジュール用冷却器の製造方法において、ジャケット２の窪み２ａに複数の冷却フィン５を収納し、窪み２ａを覆うように第１プレート１を配置する冷却フィン組み込み工程Ｓ１と、ジャケット２と第１プレート１を接続する第１プレート接続工程Ｓ２と、ジャケット２に入口側ヘッダー３および出口側ヘッダー４を接続するヘッダー接続工程Ｓ３と、を備える。
　上記の半導体モジュール用冷却器の製造方法において、ヘッダー接続工程Ｓ３は、接着剤を用いた接合にしてもよいし、ろう付けや溶接による接合にしてもよい。ジャケット２、入口側ヘッダー３、および出口側ヘッダー４が、樹脂で成形されている場合は、接着剤を用いてそれらを接合することができる。この場合、第１プレート接続工程Ｓ２の接続時の温度に樹脂が耐えられないので、冷却フィン組み込み工程Ｓ１、第１プレート接続工程Ｓ２を順に行い、冷却器を放熱させた後、ヘッダー接続工程Ｓ３を行う。
　第１プレート１、複数の冷却フィン５、ジャケット２、入口側ヘッダー３、および出口側ヘッダー４が、金属で成形されている場合は、冷却フィン組み込み工程Ｓ１を行った後、第１プレート接続工程Ｓ２とヘッダー接続工程Ｓ３とを順に行うか、または、第１プレート接続工程Ｓ２とヘッダー接続工程Ｓ３とを同時に行ってもよい。
（比較例）
　図８は、比較例の半導体モジュール用冷却器の断面図である。比較例は、図示しない入口側ヘッダー３、および出口側ヘッダー４が、ジャケット２の窪み２ａの側面から２つの円錐状のテーパー部を介して入口側パイプ部３ｂおよび出口側パイプ部４ｂをそれぞれ接続させた構造になっている。ジャケットの窪み２ａの両端にはそれぞれ空間が設けられており、この空間とテーパー部とが連通されている。この空間の間に複数の冷却ファン５が配置されている。それ以外の構造は、実施例１と同じにした。
　従来の冷却器は、比較例のようにジャケットの内側の対向する側面にヘッダーエリアをそれぞれ配置する構成が一般的であり、ヘッダーエリアと冷却フィン部分が接する断面積は冷却フィンの高さとフィンを配置する幅で決まっていた。そのため、ヘッダー部の流路を確保するには冷却器を平面方向に拡大する必要があり、配管接続部はより限られたものとなる。比較例では、フィン高さを８ｍｍとし、ヘッダーエリアの流路幅を１０ｍｍとして計算した。すなわち、比較例ではヘッダー断面積を８０ｍｍ２とした。比較例で最も流路断面積が小さくなるのは、円錐状のテーパー部とジャケット２との接続部分である。
　図１０は、半導体モジュール用冷却器のシミュレーション結果をまとめた図である。実施例１、実施例２、および比較例の構造を計算モデルとし、熱伝導率と圧力損失をシミュレーションした。冷媒にはエチレングリコール系の希釈したＬＬＣ（ロングライフクーラント）を用い、冷媒流量を１０Ｌ／ｍｉｎ、冷媒流入温度を６０℃として計算した。実施例１のシミュレーション結果は、熱抵抗が０．２１℃／Ｗであり、圧力損失が１２．４ｋＰａであった。
　実施例２のシミュレーション結果は、熱抵抗が０．２２℃／Ｗであり、圧力損失が１０．８ｋＰａであった。実施例１のシミュレーション結果に比べて、冷却フィンの一部を削減したことから熱抵抗が若干上昇した。しかし、圧力損失を１２．４ｋＰａ（実施例１）から１０．８ｋＰａまで低減できた。冷却器の外形サイズに制約があり、かつ放熱性能に余力がある場合、実施例２の構造が望ましい。比較例のシミュレーション結果は、熱抵抗が０．２２℃／Ｗであり、圧力損失が２５．７ｋＰａであった。
　上記シミュレーション結果から、実施例１，２は、比較例に比べて圧力損失をそれぞれ５２％低減、５８％低減できたことが判る。熱抵抗については、各計算結果は、ほぼ同じ熱抵抗を示した。
　以上のように、本発明の実施例によれば、冷媒の圧力損失を低減し、製造コストも低減できる半導体モジュール用冷却器を提供できる。
１ 第１プレート
２ ジャケット
２ａ 窪み
２ｂ 第１貫通孔
２ｃ 第２貫通孔
２ｄ フランジ部
２ｅ 開口部
３ 入口側ヘッダー
３ａ 分配部
３ａ１ 半円形状の底面
３ａ２ フランジ部
３ｂ 入口側パイプ部
３ｂ１ テーパー部
４ 出口側ヘッダー
４ａ 集水部
４ａ１ 半円形状の底面
４ａ２ フランジ部
４ｂ 出口側パイプ部
４ｂ１ テーパー部
５ 複数の冷却フィン
５ａ 入口側切欠き領域
５ｂ 出口側切欠き領域
６ 第１の半導体モジュール
７ 入口側ヘッダーの内壁とジャケットと冷却フィンの下端で囲われた冷媒流路の断面積
８ 入口側パイプ部の内側の断面積
９ 出口側ヘッダーの内壁とジャケットと冷却フィンの下端で囲われた冷媒流路の断面積
１０ 出口側パイプ部の内側の断面積
１１ 第２の半導体モジュール
１２ 第２プレート
１３ コンデンサ（キャパシタ）
１００ 半導体モジュール用冷却器
２００ 半導体モジュール用冷却器
３００ 半導体モジュール用冷却器
４００ 半導体モジュール用冷却器
Ｓ１ 冷却フィン組み込み工程
Ｓ２ 第１プレート接続工程
Ｓ３ ヘッダー接続工程

Claims (10)

  1. 　第１の半導体モジュールが設置される第１プレートと、
    　前記第１プレートの下側に配置され、前記第１プレート側に窪みを備え、さらに前記窪みの端部に第１貫通孔と第２貫通孔とを離間して持ったジャケットと、
    　前記ジャケットの下側から前記第１貫通孔を覆うように配置された分配部、および前記分配部の長手方向から延在した入口側パイプ部を持った入口側ヘッダーと、
    　前記ジャケットの下側から前記第２貫通孔を覆うように配置された集水部、および前記集水部の長手方向から延在した出口側パイプ部を持ち、前記入口側ヘッダーと平行に配置された出口側ヘッダーと、
    　前記第１プレートと前記ジャケットの間の前記窪みに配置され、前記入口側ヘッダーの前記分配部上方から前記出口側ヘッダーの前記集水部上方まで延在された複数の冷却フィンと、
    　を備えることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
  2. 　請求項１に記載の半導体モジュール用冷却器において、
    　前記ジャケットの窪みの高さは、前記入口側パイプ部の内径および前記出口側パイプ部の内径よりも短いことを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
  3. 　請求項２に記載の半導体モジュール用冷却器において、
    　前記分配部は、入口側パイプ部から延長された半円形状の底面を備え、
    　前記集水部は、出口側パイプ部から延長された半円形状の底面を備えたことを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
  4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
    　前記複数の冷却フィンは、前記入口側ヘッダーの上方の入口側端部に入口側切欠き領域と、前記出口側ヘッダーの上方の出口側端部に出口側切欠き領域と、を備え、
    　前記入口側切欠き領域および前記出口側切欠き領域は、前記冷却フィンの中央部よりも高さが低くなっていることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
  5. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
    　前記入口側ヘッダーの内壁とジャケットと前記冷却フィンの下端で囲われる冷媒流路の断面積が、前記入口側パイプ部の内側の断面積より大きく、
    　前記出口側ヘッダーの内壁とジャケットと前記冷却フィンの下端で囲われる冷媒流路の断面積が、前記出口側パイプ部の内側の断面積より大きいことを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
  6. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
    　前記ジャケットは、前記入口側ヘッダーと前記出口側ヘッダーとの間に第２の半導体モジュールを備えることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
  7. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
    　キャパシタが設置される第２プレートを備え、
    　前記ジャケットは、前記入口側ヘッダーと前記出口側ヘッダーとの間に開口部を備え、
    　前記開口部が下側から前記第２プレートで覆われていることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
  8. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
    　前記ジャケット、前記入口側ヘッダー、及び前記出口側ヘッダーの材質が、樹脂であることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
  9. 　請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器の製造方法において、
    　前記ジャケットの前記窪みに前記複数の冷却フィンを収納し、前記窪みを覆うように前記第１プレートを配置する冷却フィン組み込み工程と、
    　前記ジャケットと前記第１プレートを接続する第１プレート接続工程と、
    　前記ジャケットに前記入口側ヘッダーおよび前記出口側ヘッダーを接続するヘッダー接続工程と、
    　を備えることを特徴とする半導体モジュール用冷却器の製造方法。
  10. 　請求項９に記載の半導体モジュール用冷却器の製造方法において、
    　前記ヘッダー接続工程は、接着剤を用いた接合であることを特徴とする半導体モジュール用冷却器の製造方法。
PCT/JP2015/056158 2014-05-20 2015-03-03 半導体モジュール用冷却器及びその製造方法 WO2015178064A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016520960A JP6098760B2 (ja) 2014-05-20 2015-03-03 半導体モジュール用冷却器及びその製造方法
CN201580003050.8A CN105814685B (zh) 2014-05-20 2015-03-03 半导体模块用冷却器及其制造方法
US15/177,885 US9704779B2 (en) 2014-05-20 2016-06-09 Semiconductor module cooler and method for manufacturing same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014104118 2014-05-20
JP2014-104118 2014-05-20

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US15/177,885 Continuation US9704779B2 (en) 2014-05-20 2016-06-09 Semiconductor module cooler and method for manufacturing same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015178064A1 true WO2015178064A1 (ja) 2015-11-26

Family

ID=54553741

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/056158 WO2015178064A1 (ja) 2014-05-20 2015-03-03 半導体モジュール用冷却器及びその製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9704779B2 (ja)
JP (1) JP6098760B2 (ja)
CN (1) CN105814685B (ja)
WO (1) WO2015178064A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017216293A (ja) * 2016-05-30 2017-12-07 昭和電工株式会社 液冷式冷却装置
JP2018074010A (ja) * 2016-10-31 2018-05-10 株式会社ケーヒン 電力変換装置
US11018076B2 (en) 2018-04-02 2021-05-25 Fuji Electric Co., Ltd. Cooling apparatus, semiconductor module, and vehicle

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014111786A1 (de) * 2014-08-19 2016-02-25 Infineon Technologies Ag Kühlplatte, Bauelement, das eine Kühlplatte umfasst, und Verfahren zum Herstellen einer Kühlplatte
US10388589B2 (en) * 2015-11-25 2019-08-20 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device, inverter device, and vehicle
US11284534B2 (en) * 2016-09-23 2022-03-22 Sumitomo Precision Products Co., Ltd. Cooling device
US10892208B2 (en) * 2017-10-19 2021-01-12 Beijing E. Motor Advance Co. Ltd. Heat dissipation apparatus and method for power semiconductor devices
JP6663899B2 (ja) * 2017-11-29 2020-03-13 本田技研工業株式会社 冷却装置
US11129310B2 (en) * 2018-11-22 2021-09-21 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor module, vehicle and manufacturing method
WO2021155018A1 (en) * 2020-01-30 2021-08-05 Colorado State University Research Foundation Jet impingement cooling devices, systems, and methods

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04221843A (ja) * 1990-03-21 1992-08-12 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 除熱装置
JP2007189145A (ja) * 2006-01-16 2007-07-26 Mitsubishi Electric Corp 放熱構造体
JP2009206191A (ja) * 2008-02-26 2009-09-10 Sumitomo Electric Ind Ltd パワーモジュール
JP2012172936A (ja) * 2011-02-23 2012-09-10 Mitsubishi Electric Corp プレート積層型冷却装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10207873A1 (de) * 2002-02-23 2003-09-04 Modine Mfg Co Kühlvorrichtung für elektronische/elektrische Komponenten
JP2003324173A (ja) * 2002-05-02 2003-11-14 Nissan Motor Co Ltd 半導体素子の冷却装置
US7348665B2 (en) * 2004-08-13 2008-03-25 Intel Corporation Liquid metal thermal interface for an integrated circuit device
JP2006196853A (ja) * 2004-12-13 2006-07-27 Daikin Ind Ltd ヒートポンプ装置
US20090065178A1 (en) * 2005-04-21 2009-03-12 Nippon Light Metal Company, Ltd. Liquid cooling jacket
WO2007105580A1 (ja) * 2006-03-13 2007-09-20 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki パワーモジュール用ベース
JP2008235725A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Calsonic Kansei Corp 水冷式ヒートシンク
JP5046378B2 (ja) 2007-03-30 2012-10-10 ニチコン株式会社 パワー半導体モジュール、および該モジュールを搭載したパワー半導体デバイス
US7564129B2 (en) 2007-03-30 2009-07-21 Nichicon Corporation Power semiconductor module, and power semiconductor device having the module mounted therein
US20090059594A1 (en) * 2007-08-31 2009-03-05 Ming-Feng Lin Heat dissipating apparatus for automotive LED lamp
JP5033673B2 (ja) 2008-02-19 2012-09-26 昭和電工株式会社 パイプ接続部品の製造方法およびケーシング構成部材の製造方法
US8418517B2 (en) 2008-02-19 2013-04-16 Showa Denko K.K. Method of manufacturing a pipe coupling component
JP2010123881A (ja) * 2008-11-21 2010-06-03 Fujikura Ltd コールドプレート
JP5262822B2 (ja) * 2009-02-23 2013-08-14 日本軽金属株式会社 液冷ジャケットの製造方法
JP5588895B2 (ja) * 2011-02-28 2014-09-10 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワー半導体モジュール，パワー半導体モジュールの製造方法及び電力変換装置
JP5716825B2 (ja) * 2011-05-12 2015-05-13 トヨタ自動車株式会社 冷却器および冷却器の製造方法
JP5900506B2 (ja) * 2011-10-12 2016-04-06 富士電機株式会社 半導体モジュール用冷却器及び半導体モジュール
WO2013157467A1 (ja) * 2012-04-16 2013-10-24 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置用冷却器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04221843A (ja) * 1990-03-21 1992-08-12 Internatl Business Mach Corp <Ibm> 除熱装置
JP2007189145A (ja) * 2006-01-16 2007-07-26 Mitsubishi Electric Corp 放熱構造体
JP2009206191A (ja) * 2008-02-26 2009-09-10 Sumitomo Electric Ind Ltd パワーモジュール
JP2012172936A (ja) * 2011-02-23 2012-09-10 Mitsubishi Electric Corp プレート積層型冷却装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017216293A (ja) * 2016-05-30 2017-12-07 昭和電工株式会社 液冷式冷却装置
JP2018074010A (ja) * 2016-10-31 2018-05-10 株式会社ケーヒン 電力変換装置
US11018076B2 (en) 2018-04-02 2021-05-25 Fuji Electric Co., Ltd. Cooling apparatus, semiconductor module, and vehicle
US11538736B2 (en) 2018-04-02 2022-12-27 Fuji Electric Co., Ltd. Cooling apparatus, semiconductor module, and vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
CN105814685B (zh) 2018-07-13
CN105814685A (zh) 2016-07-27
US20160293518A1 (en) 2016-10-06
US9704779B2 (en) 2017-07-11
JP6098760B2 (ja) 2017-03-22
JPWO2015178064A1 (ja) 2017-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015178064A1 (ja) 半導体モジュール用冷却器及びその製造方法
EP2289098B1 (en) Liquid cooler and method of its manufacture
US20090065178A1 (en) Liquid cooling jacket
US10520258B2 (en) Heat exchanger
JP4265509B2 (ja) 積層型冷却器
US20090236083A1 (en) Heat Exchanger for Small Components
EP2676094B1 (en) Method of producing a heat exchanger and a heat exchanger
JP2008166423A (ja) 冷却管およびその製造方法
TWI454334B (zh) 熱交換器及其製造方法
CN105509513A (zh) 间壁式换热器
JP5498135B2 (ja) ヒートシンク
JP2006292307A (ja) 多板式熱交換器
CN112584671A (zh) 用于冷却电子构件的均温板
JP2014013848A (ja) 熱交換器
JP2006135275A (ja) 液冷式冷却装置の冷却器
JP6616264B2 (ja) 冷却器及びそれを備えた冷却装置
JP5851846B2 (ja) 熱交換器及びその製造方法
JP7431719B2 (ja) パワーデバイス用冷却器
JP2005123260A (ja) 水冷式ヒートシンク
CN215528187U (zh) 微流道热沉组件和芯片封装结构
JP4164145B2 (ja) 熱交換器、及びこれを用いたカー・エアコン
JP6372332B2 (ja) 熱交換器及び熱交換器の製造方法
KR20050104501A (ko) 자동차의 엔진 오일 냉각용 수냉식 오일 쿨러
JP3208964U (ja) 水冷放熱ユニット及びその水冷モジュール
KR101204899B1 (ko) 냉각기 및 이를 구비하는 압축 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15796568

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016520960

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15796568

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1