WO2020196333A1 - 冷却構造体 - Google Patents

冷却構造体 Download PDF

Info

Publication number
WO2020196333A1
WO2020196333A1 PCT/JP2020/012485 JP2020012485W WO2020196333A1 WO 2020196333 A1 WO2020196333 A1 WO 2020196333A1 JP 2020012485 W JP2020012485 W JP 2020012485W WO 2020196333 A1 WO2020196333 A1 WO 2020196333A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow path
resin
cooling
heat diffusion
cooling structure
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/012485
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
広明 庄田
孝宏 山下
藤澤 和武
Original Assignee
日立化成株式会社
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 日立化成株式会社 filed Critical 日立化成株式会社
Priority to EP20779047.8A priority Critical patent/EP3929975A4/en
Priority to JP2021509345A priority patent/JP7164021B2/ja
Priority to US17/440,058 priority patent/US11778776B2/en
Publication of WO2020196333A1 publication Critical patent/WO2020196333A1/ja

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20218Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20263Heat dissipaters releasing heat from coolant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3737Organic materials with or without a thermoconductive filler
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/467Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/14Mounting supporting structure in casing or on frame or rack
    • H05K7/1422Printed circuit boards receptacles, e.g. stacked structures, electronic circuit modules or box like frames
    • H05K7/1427Housings
    • H05K7/1432Housings specially adapted for power drive units or power converters
    • H05K7/14329Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for the configuration of power bus bars
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20409Outer radiating structures on heat dissipating housings, e.g. fins integrated with the housing
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2089Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for power electronics, e.g. for inverters for controlling motor
    • H05K7/20927Liquid coolant without phase change

Definitions

  • the present invention relates to a cooling structure.
  • Vehicles equipped with a motor such as a hybrid vehicle and an electric vehicle, are equipped with a driving means for driving the motor.
  • the drive means includes a power module including a plurality of power semiconductors such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), electronic components such as capacitors, and a bus bar that electrically joins these electronic components.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • capacitors capacitors
  • bus bar that electrically joins these electronic components.
  • a metal heat sink such as aluminum or copper is used because of its high thermal conductivity (see, for example, Patent Document 1).
  • One embodiment of the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional circumstances, and an object of the present invention is to provide a resin cooling structure having excellent cooling efficiency.
  • a resin-made flow path forming member that forms a flow path through which a refrigerant flows, and a plate-shaped and metal flow path member that is embedded in the flow path forming member or joined to the flow path forming member.
  • a cooling structure including a heat diffusion portion and one or more cooling fins extending from the heat diffusion portion into the flow path and having at least one or a plurality of cooling fins whose surfaces are made of resin.
  • the metal constituting the heat diffusion portion is at least one selected from the group consisting of aluminum, iron, copper, gold, silver and stainless steel, and the resin constituting the cooling fin is a polyphenylene sulfide type. Any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, which is at least one selected from the group consisting of resins, polyamide-based resins, polyphthalamide-based resins, polybutylene terephthalate-based resins, phenol-based resins, and epoxy-based resins.
  • ⁇ 5> The cooling structure according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein the heat diffusion portion has a main surface facing the flow path.
  • ⁇ 6> The ratio of the total cross-sectional area of the cooling fins extending from the heat diffusion portion into the flow path in the direction parallel to the main surface with respect to the area of the main surface of the heat diffusion portion is.
  • the cooling structure according to ⁇ 5> which is 30% or more.
  • the minimum distance h from the surface of the heat diffusion portion on the flow path side to the inner wall of the flow path forming member is any one of ⁇ 1> to ⁇ 6> of 0.3 mm to 2.5 mm.
  • ⁇ 8> The cooling structure according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein a cooled body to be cooled by transferring heat to the heat diffusion portion is arranged.
  • a metal layer is provided on at least a part of the outer wall of the flow path forming member.
  • the metal layer is a metal sprayed layer.
  • the cooling structure of the present disclosure has a plate-like shape in which a resin-made flow path forming member forming a flow path through which a refrigerant flows and a flow path forming member embedded in the flow path forming member or joined to the flow path forming member. It also includes a metal heat diffusing section and one or more cooling fins extending from the heat diffusing section into the flow path and having at least one or more resin surfaces.
  • the cooling structure of the present disclosure includes a heat diffusion portion that is plate-shaped and made of metal, and a cooling fin that extends from the heat diffusion portion into the flow path and has at least a resin surface, and thus has thermal conductivity.
  • the cooling structure of the present disclosure has a cooling efficiency as compared with a resin cooling means including a plate-shaped resin member and resin cooling fins extending from the resin member into the flow path. Excellent for.
  • the cooling structure 10 shown in FIG. 1 includes a resin flow path forming member 14 that forms a flow path 12 through which a refrigerant flows.
  • the shape of the flow path may be a substantially rectangular cross section, a circular cross section, an elliptical shape, a polygon other than the rectangular cross section, or the like.
  • the flow path 12 includes an upper inner wall 16 corresponding to one inner wall of a pair of facing inner walls, a lower inner wall 18 corresponding to the other inner wall, and a side inner wall 20 connecting the upper inner wall 16 and the lower inner wall 18. It is configured to be surrounded by a side inner wall 22.
  • a plurality of cylindrical cooling fins 24 are extended in the flow path 12 from the plate-shaped and metal heat diffusion portion 34.
  • the cooling fin 24 is made of resin like the flow path 12. In FIG. 1, a part of the cooling fins 24 is shown by an imaginary line.
  • the bus bar 26 which is a cooled body that is cooled by transferring heat to the heat diffusion portion 34, is formed by the bolt 28 and the nut 30. It is fixed.
  • the nut 30 has a nut body 32 and a heat diffusion portion 34 provided on the side opposite to the side where the bolt 28 of the nut body 32 is inserted.
  • the heat diffusion portion 34 is a rectangular plate-like object and is integrated with the nut body 32.
  • the bus bar 26 is connected to an electronic component (not shown) such as a power semiconductor or a capacitor.
  • the entire heat diffusion portion 34 of the nut 30 and the side of the nut body 32 opposite to the side where the bolt 28 is inserted are embedded in the flow path forming member 14.
  • the heat diffusion portion is not limited to the configuration embedded in the flow path forming member, and is joined to the flow path forming member, for example, to the outer wall of the flow path forming member without contacting the flow path. It may be a configuration.
  • the heat diffusion portion may be joined to the flow path forming member by using the resin metal joining technique by laser roughening.
  • the plurality of cooling fins 24 are all extended from the heat diffusion portion 34 into the flow path 12. As a result, the heat diffused in the surface direction by the heat diffusion unit 34 is easily dissipated by the cooling fins 24.
  • FIG. 2 is a view of the region where the cooling fins 24 are provided in the cooling structure 10 of FIG. 1 as viewed from the insertion direction of the bolt 28.
  • the description of the bus bar 26 and the like is omitted in FIG.
  • the heat diffusion portion 34 is represented by a dotted line so that the positional relationship between the cooling fin 24 and the heat diffusion portion 34 can be easily understood.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA shown in FIG. As shown in FIG. 2, the number of cooling fins 24 is seven, and the cooling fins 24 are provided within the range in which the heat diffusion portion 34 is arranged. Further, the main surface of the heat diffusion portion 34 faces the flow path 12.
  • bus bar 26 when a current flows through the bus bar 26, the bus bar 26 itself generates heat due to resistance loss. Further, the bus bar 26 is connected to an electronic component (not shown), and heat generated from these electronic components is diffused through the bus bar 26 by energization. Therefore, the bus bar 26 tends to be in a high temperature state.
  • the heat generated from the bus bar 26 itself and the heat diffused through the bus bar 26 are transferred to the portion integrated with the nut body of the heat diffusion unit 34 via the bolt 28 and the nut body 32. Since the heat diffusion unit 34 is a rectangular plate, the heat transferred to the heat diffusion unit 34 is diffused in the surface direction of the heat diffusion unit 34, and the heat can be diffused over a wide range.
  • the heat diffusion portion 34 is arranged at the root portion of the cooling fin 24, and the heat diffused to the heat diffusion portion 34 reaches the root portion of the cooling fin 24 via the flow path forming member 14.
  • the heat that has reached the root of the cooling fin 24 is transferred from the root of the cooling fin 24 toward the inside of the flow path 12 through the cooling fin 24.
  • heat is transferred from the cooling fins 24 to the refrigerant by the refrigerant flowing through the flow path 12. In this way, the object to be cooled such as the bus bar 26 is cooled.
  • the cooling fins 24 do not reach from the upper inner wall 16 to the lower inner wall 18, and the tip of the cooling fins 24 is located in the flow path 12. From the viewpoint of increasing the amount of the refrigerant that comes into contact with the cooling fins 24 and increasing the cooling efficiency of the cooling structure 10, the tip portion of the cooling fins 24 may be in contact with the lower inner wall 18. Further, when the tip end portion of the cooling fin 24 is in contact with the lower inner wall 18, for example, when a load is applied from the upper inner wall 16 toward the lower inner wall 18 (or from the lower inner wall 18 toward the upper inner wall 16). In addition, it is possible to increase the strength of the cooling structure 10.
  • the area (area ratio) of the observed portion of the cooling fins 24 in the area of the flow path 12 is preferably 30% or more, more preferably 70% or more, and further preferably 100%.
  • the minimum distance h from the surface of the heat diffusion portion 34 on the flow path 12 side to the inner wall of the flow path forming member 14 is preferably 0.3 mm or more from the viewpoint of insulation, and is preferably from the viewpoint of moldability. Therefore, it is more preferably 0.5 mm or more, and further preferably 1.5 mm or more. Further, the above-mentioned minimum distance h is preferably 2.5 mm or less from the viewpoint of cooling efficiency.
  • (Area ratio B) is preferably 30% or more, and more preferably 70% or more, from the viewpoint of improving the cooling efficiency.
  • the area ratio B described above is preferably 70% or less, and more preferably 30% or less, from the viewpoint of resistance in the flow path 12.
  • the heat diffusion portion 34 is a rectangular plate-like object, but the heat diffusion portion 34 is not limited to a rectangle, and may be a circle, an ellipse, a polygon other than a rectangle, or the like.
  • the surface of the cooling fin 24 may be at least made of resin, the entire cooling fin 24 may be made of resin, or the cooling fin 24 has a rod-shaped core material made of metal, and the surface of the core material is coated with resin. You may be. One end of the core material may be connected to the heat diffusion unit 34 from the viewpoint of improving the cooling efficiency.
  • the tip of the cooling fin 24 has a flat shape orthogonal to the extending direction of the cooling fin 24, but the shape of the tip of the cooling fin 24 is not particularly limited and is hemispherical or conical. , Pyramid shape, etc.
  • Examples of the body to be cooled include electronic components such as power semiconductors and capacitors in addition to the bus bar 26.
  • electronic components such as power semiconductors and capacitors in addition to the bus bar 26.
  • cooling fins may be provided at a position where the electronic component of the cooling structure is arranged.
  • the number of cooling fins 24 extending from the heat diffusion unit 34 into the flow path 12 may be one or two or more.
  • the cooling fins 24 may be arranged at a position away from the heat diffusion portion 34.
  • a metal layer is provided on at least a part of the outer wall of the flow path forming member, and preferably, a power semiconductor, a capacitor or the like as the cooled body is the outer wall of the flow path forming member.
  • a metal layer is provided so that at least a portion of the object to be cooled is in contact. Since the metal layer is provided so that at least a part of the cooled body is in contact with the cooled body, the heat generated in the cooled body is transferred to the refrigerant flowing through the flow path through the metal layer, so that the cooled body is cooled. Can be cooled efficiently.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of a modified example of the cooling structure.
  • FIG. 4 shows a cross section of the cooling structure 44 parallel to the flow direction of the refrigerant in the flow path 12. In FIG. 4, the description of the cooling fin is omitted.
  • the power semiconductor 46 which is a cooled body, is in contact with the flow path forming member 14 via the metal layer 48 provided on the outer wall of the flow path forming member 14.
  • a bus bar 26 is connected to the power semiconductor 46 to ensure continuity with other power semiconductors (not shown), other electronic components, and the like.
  • Cooling fins are extended from the upper inner wall 16 to the lower inner wall 18 at a position where the flow path forming member 14 comes into contact with the power semiconductor 46. That is, the power semiconductor 46 is arranged at the root of the cooling fin (not shown).
  • the heat generated from the power semiconductor 46 reaches the outer wall of the flow path forming member 14 via the metal layer 48, and the heat that reaches the root of the cooling fin (not shown) passes through the cooling fin from the root to the lower part of the cooling fin. Move towards the inner wall 18. At this time, heat is transferred from the cooling fins to the refrigerant by the refrigerant flowing through the flow path 12. Since the power semiconductor 46 comes into contact with the flow path forming member 14 via the metal layer 48, the heat generated from the power semiconductor 46 can be efficiently transferred to the cooling fins, and the cooling efficiency is improved.
  • the metal layer 48 can shield a magnetic field in a low frequency region (particularly, a radio band) generated from the power semiconductor 46. Therefore, it is effective from the viewpoint of magnetic field shielding to provide the metal layer 48 on the outer wall of the flow path forming member 14.
  • the metal layer 48 may be provided on at least a part of the outer wall of the flow path forming member 14. Since the metal layer 48 is conductive, it is not necessary to provide the metal layer 48 at a place where insulation is required. Further, a metal layer 48 may be formed on the outer wall of the flow path forming member 14, and the metal layer 48 at a location where insulation is required may be covered with a resin layer.
  • the metal layer 48 is preferably provided on the outer wall of the flow path forming member 14 on the side opposite to the side on which the cooled body is arranged. Further, as shown in FIG. 4, when the metal layer 48 is provided on a part of the outer wall of the flow path forming member 14 on the side where the cooled body is arranged, the arrangement of the cooled body in the flow path forming member 14 is provided. A region 50 in which the metal layer 48 is not provided may exist on the outer wall on the side opposite to the side where the metal layer 48 is provided. Further, a region on which the metal layer 48 is not provided may exist on the outer wall on the side opposite to the location where the heat diffusion portion 34 is arranged in FIG.
  • the method for producing the cooling structure of the present disclosure is not particularly limited, and is not particularly limited, and is an injection molding method, a die slide injection molding method, a blow molding method, a compression molding method, a transfer molding method, an extrusion molding method, a casting molding method, etc.
  • the usual molding method of a resin molded product can be adopted.
  • the die slide injection molding method is preferable because high position accuracy may be required for manufacturing the cooling structure 10. Further, the portion of the nut 30 embedded in the flow path forming member 14 may be separately manufactured by an insert molding method.
  • the type of resin constituting the flow path forming member 14 and the cooling fin 24 is not particularly limited.
  • the resin include polyethylene resin, polypropylene resin (PP), composite polypropylene resin (PPC), polyphenylene sulfide resin (PPS), polyphthalamide resin (PPA), and polybutylene terephthalate resin (PBT).
  • Epoxy resin, phenol resin, polystyrene resin, polyethylene terephthalate resin, polyvinyl alcohol resin, vinyl chloride resin, ionomer resin, polyamide resin, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer resin (ABS) and polycarbonate resin Resin is mentioned.
  • the resins constituting the flow path forming member 14 and the cooling fins 24 may be the same or different.
  • the resin constituting the flow path forming member 14 and the cooling fin 24 may contain an inorganic filler.
  • the inorganic filler include silica, alumina, zircon, magnesium oxide, calcium silicate, calcium carbonate, potassium titanate, silicon carbide, silicon nitride, boron nitride, beryllium and zirconia.
  • examples of the inorganic filler having a flame-retardant effect include aluminum hydroxide and zinc borate.
  • the inorganic filler contained in the resin constituting the flow path forming member 14 and the cooling fin 24 may be the same or different. Further, one of the resin constituting the flow path forming member 14 and the resin constituting the cooling fin 24 may contain an inorganic filler, and the other may not contain an inorganic filler.
  • Examples of the metal constituting the heat diffusion unit 34 include metals such as aluminum, iron, copper, gold, silver, and stainless steel, and alloys.
  • the heat diffusion portion 34 has a mesh shape from the viewpoint of suppressing the load on the cooling structure 10 due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the resin constituting the flow path forming member 14 and the cooling fin 24 and the metal constituting the heat diffusion portion 34. , Punching metal or the like.
  • the metals constituting the heat diffusion unit 34 are aluminum, iron, copper, gold, silver and stainless steel from the viewpoint of the heat diffusion of the heat diffusion unit 34 in the surface direction and the heat dissipation of the cooling fin 24.
  • the resin constituting the cooling fin 24 is at least one selected from the group consisting of polyphenylene sulfide resin, polyamide resin, polyphthalamide resin, polybutylene terephthalate resin, phenol resin and epoxy. It is preferably at least one selected from the group consisting of based resins.
  • Preferred polyamide-based resins include nylon 6, nylon 66 and the like.
  • the type of refrigerant flowing through the flow path is not particularly limited.
  • the refrigerant include water, liquids such as organic solvents, and gases such as air.
  • Water used as a refrigerant may contain components such as antifreeze.
  • the components constituting the metal layer 48 are not particularly limited, and zinc, aluminum, zinc-aluminum alloy, carbon steel, stainless steel, nickel, nickel alloy, tin, copper, copper alloy, silver, silver alloy, gold, Examples include gold alloys and molybdenum. Among these, silver and copper are preferable from the viewpoint of enhancing the magnetic field shielding effect. On the other hand, silver and gold are preferable from the viewpoint of cooling efficiency of the object to be cooled.
  • the method for forming the metal layer 48 is not particularly limited, and examples thereof include electrolytic plating, electroless plating, thin film deposition, sticking of a metal plate, and metal spraying.
  • the metal layer 48 is preferably a metal sprayed layer formed by a metal spraying method from the viewpoint of formability, and zinc is preferable from the viewpoint of processability.
  • the thickness of the metal layer 48 is not particularly limited, and is preferably 1 ⁇ m to 2 mm.
  • the average thickness of the metal layer 48 in contact with the power semiconductor 46, which is the object to be cooled is preferably 200 ⁇ m to 2 mm, more preferably 500 ⁇ m to 2 mm, from the viewpoint of cooling efficiency.
  • the average thickness of the metal layer 48 provided on the outer wall of the flow path forming member 14 opposite to the side on which the cooled body is arranged is preferably 1 ⁇ m to 2 mm, preferably 200 ⁇ m to 2 mm from the viewpoint of magnetic field shielding. More preferably, it is 500 ⁇ m to 2 mm.
  • the cooling structure 10 may be provided with a temperature sensor for measuring the temperature of the refrigerant, or may be provided with a temperature sensor downstream of the region in which the cooling fins 24 are extended in the flow path 12. Further, the amount of the refrigerant may be adjusted according to the temperature of the temperature sensor, or a control unit may be provided for adjusting the amount of the refrigerant according to the temperature of the temperature sensor.
  • the cooling structure of the present disclosure is effective for cooling a power module having a plurality of power semiconductors, an electronic component such as a capacitor, and a bus bar that electrically joins these electronic components in a vehicle equipped with a motor such as a hybrid vehicle and an electric vehicle. Is.
  • a PPS resin plate having a length of 120 mm, a width of 120 mm, and a thickness of 5 mm was prepared and used as a test piece 1.
  • a zinc layer having an average thickness of 200 ⁇ m was formed on one surface of the test piece 1 by a thermal spraying method. This was designated as test piece 2.
  • an aluminum plate having a length of 120 mm, a width of 120 mm, and a thickness of 500 ⁇ m was used as the test piece 3.
  • the magnetic field shielding performance of the test piece 1, the test piece 2, and the test piece 3 was evaluated by the magnetic field shielding effect evaluation device in the KEC method (500 Hz to 1 GHz) shown below. The obtained results are shown in FIG. As is clear from FIG. 5, according to the test piece 2 and the test piece 3, it can be seen that an excellent magnetic field shielding effect can be obtained as compared with the test piece 1.
  • a water channel model 1 having an outer diameter of 30 mm in width ⁇ 15 mm in length, an inner diameter of 25 mm in width ⁇ 10 mm in length, and a length of 110 mm was formed.
  • a zinc layer 48 having an average thickness of 200 ⁇ m was formed on the upper surface of an outer wall of 110 mm ⁇ 30 mm in the water channel model 1 by a thermal spraying method. This was designated as a waterway model 2.
  • An iron block 52 having a size of 95 mm ⁇ 25 mm ⁇ 15 mm heated to 100 ° C. is shown in FIG.
  • Cooling structure 12 Flow path 14
  • Flow path forming member 16 Upper inner wall 18
  • Lower inner wall 20 Side inner wall 22
  • Side inner wall 24 Cooling fin 26
  • Bus bar 28 Bolt 30
  • Nut 32 Nut body 34
  • Heat diffusion part 46 Power semiconductor 48
  • Metal layer 50 area 52 iron block

Landscapes

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

Abstract

冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、前記流路形成部材に埋設された、又は、前記流路形成部材に接合された、板状かつ金属製である熱拡散部と、前記熱拡散部から前記流路内に延設され、少なくとも表面が樹脂製の1つ又は複数の冷却フィンと、を備える冷却構造体。

Description

冷却構造体
 本発明は、冷却構造体に関する。
 ハイブリッド自動車、電気自動車等のモータを搭載する車両には、モータを駆動する駆動手段が搭載されている。駆動手段は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワー半導体を複数備えるパワーモジュール、キャパシタ等の電子部品、これら電子部品を電気的に接合するバスバーなどから構成される。
 モータを駆動する際には、パワー半導体、キャパシタ等、これら電子部品を接合するバスバーに大電流の流れることがある。この場合、スイッチング損失、抵抗損失等によって駆動手段が発熱するため、駆動手段を効率的に冷却する必要がある。
 駆動手段を冷却するための冷却手段としては、熱伝導性の高さから、アルミニウム、銅等の金属製のヒートシンクが用いられる(例えば、特許文献1参照)。
特開2010-182831号公報
 しかしながら、金属製のヒートシンクを製造するためには、押出成形、スカイブ加工、カシメ加工等の複雑な製造工程を経る必要がある。そのため、金属製のヒートシンクはコストが高くなりやすい。
 また、金属製のヒートシンクを駆動手段等の冷却対象に組み込むためには、多くの工数を要することがある。そのため、加工が容易で駆動手段等に容易に組み込むことが可能な樹脂製の冷却手段が求められている。
 しかしながら、樹脂製の冷却手段は金属製のヒートシンクに比較して熱伝導性に劣るため、冷却効率に改善の余地がある。
 本発明の一形態は上記従来の事情に鑑みてなされたものであり、冷却効率に優れる樹脂製の冷却構造体を提供することを目的とする。
 前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、前記流路形成部材に埋設された、又は、前記流路形成部材に接合された、板状かつ金属製である熱拡散部と、前記熱拡散部から前記流路内に延設され、少なくとも表面が樹脂製の1つ又は複数の冷却フィンと、を備える冷却構造体。
<2> 前記冷却フィンは、樹脂製である、又は金属製の芯材の表面が樹脂で被覆されている<1>に記載の冷却構造体。
<3> 前記熱拡散部はメッシュ状又はパンチングメタルである<1>又は<2>に記載の冷却構造体。
<4> 前記熱拡散部を構成する金属はアルミニウム、鉄、銅、金、銀及びステンレスからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、前記冷却フィンを構成する樹脂は、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフタルアミド系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、フェノール系樹脂及びエポキシ系樹脂からなる群より選択される少なくともいずれか1つである<1>~<3>のいずれか1つに記載の冷却構造体。
<5> 前記熱拡散部は、主面が前記流路と対向する<1>~<4>のいずれか1つに記載の冷却構造体。
<6> 前記熱拡散部の前記主面の面積に対する、前記主面と平行な方向における、前記熱拡散部から前記流路内に延設された前記冷却フィンの断面積の合計の比率は、30%以上である<5>に記載の冷却構造体。
<7> 前記熱拡散部の前記流路側の面から前記流路形成部材の内壁までの最小距離hは、0.3mm~2.5mmである<1>~<6>のいずれか1つに記載の冷却構造体。
<8> 前記熱拡散部に伝熱することで冷却される被冷却体が配置された<1>~<7>のいずれか1つに記載の冷却構造体。
<9> 前記流路形成部材の外壁の少なくとも一部に、金属層が設けられた<1>~<8>のいずれか1つに記載の冷却構造体。
<10> 前記金属層が、金属溶射層である<9>に記載の冷却構造体。
 本発明の一形態によれば、冷却効率に優れる樹脂製の冷却構造体を提供することができる。
冷却構造体の一実施形態についての要部断面を示す図である。 冷却構造体10における冷却フィン24の設けられた領域の一例を示す図である。 冷却構造体10における冷却フィン24の設けられた領域の他の一例を示す図である。 冷却構造体の変形例の要部を示す断面図である。 金属層の磁界シールド性能の評価結果を示す図である。 冷却性能の評価方法を説明するために図である。
<冷却構造体>
 本開示の冷却構造体は、冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、前記流路形成部材に埋設された、又は、前記流路形成部材に接合された、板状かつ金属製である熱拡散部と、前記熱拡散部から前記流路内に延設され、少なくとも表面が樹脂製の1つ又は複数の冷却フィンと、を備える。本開示の冷却構造体は、板状かつ金属製である熱拡散部と、熱拡散部から流路内に延設された、少なくとも表面が樹脂製の冷却フィンと、を備えるため、熱伝導性に優れる熱拡散部が受け取った熱が板状の熱拡散部の面方向に拡散され、広範囲に拡散された熱が放熱性に優れる冷却フィンの表面から放熱される。これにより、本開示の冷却構造体は、板状の樹脂部材と、この樹脂部材から流路内に延設された、樹脂製の冷却フィンとを備える樹脂製の冷却手段と比較して冷却効率に優れる。
 以下、本開示の冷却構造体を、図面を参照して説明する。なお、各図における部材の大きさは概念的なものであり、部材間の大きさの相対的な関係はこれに限定されない。また、実質的に同一の機能を有する部材には全図面を通して同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。
 図1に示す冷却構造体10は、冷媒を流通させる流路12を形成する樹脂製の流路形成部材14を備える。流路の形状は、図1に示すように断面が略矩形であってもよく、断面が円形、楕円形、矩形以外の多角形等であってもよい。
 流路12は、対向する一対の内壁のうちの一方側の内壁に相当する上部内壁16及び他方側の内壁に相当する下部内壁18並びに上部内壁16及び下部内壁18を接続する側部内壁20及び側部内壁22に取り囲まれて構成されている。
 上部内壁16側では、板状かつ金属製である熱拡散部34から流路12内に円筒状の冷却フィン24が複数延設されている。冷却フィン24は、流路12と同様に樹脂製とされる。図1では、冷却フィン24の一部が想像線で示されている。
 熱拡散部34の冷却フィン24が延設されている側とは反対側では、熱拡散部34に伝熱することで冷却される被冷却体であるバスバー26が、ボルト28とナット30とで固定されている。ナット30は、ナット本体32とナット本体32のボルト28が挿入される側とは反対側に設けられた熱拡散部34とを有する。熱拡散部34は、矩形の板状物とされ、ナット本体32と一体化されている。
 バスバー26は、パワー半導体、キャパシタ等の不図示の電子部品と接続されている。
 ナット30における熱拡散部34の全体及びナット本体32のボルト28が挿入される側とは反対側は、流路形成部材14に埋設されている。なお、熱拡散部は、流路形成部材に埋設された構成に限定されず、流路形成部材に接合された構成、例えば、流路と接触せずに流路形成部材の外壁に接合された構成であってもよい。例えば、レーザー粗化による樹脂金属接合技術を用い、熱拡散部を流路形成部材に接合させてもよい。
 また、複数の冷却フィン24はいずれも熱拡散部34から流路12内に延設されている。これにより、熱拡散部34にて面方向に拡散された熱が冷却フィン24にて放熱されやすい構造となっている。
 図2は、図1の冷却構造体10における冷却フィン24の設けられた領域を、ボルト28の挿入方向から見た図である。冷却フィン24と熱拡散部34との位置関係をわかりやすくするため、図2では、バスバー26等の記載を割愛している。また、冷却フィン24と熱拡散部34との位置関係がわかりやすいように、熱拡散部34を点線で表している。なお、図1は、図2に示すAA線で切断したときの断面図である。
 図2に示すように、冷却フィン24は7本とされており、熱拡散部34の配置された範囲内に冷却フィン24が設けられている。また、熱拡散部34の主面は流路12と対向している。
 ここで、バスバー26に電流が流れると、抵抗損失によってバスバー26自体が発熱する。また、バスバー26は不図示の電子部品と接続されており、通電によりこれら電子部品から生じた熱がバスバー26を通じて拡散される。そのため、バスバー26は高温状態になりやすい。
 バスバー26自体から生じた熱及びバスバー26を通じて拡散された熱は、ボルト28及びナット本体32を介して熱拡散部34のナット本体と一体化されている箇所に伝達される。熱拡散部34は矩形の板状物とされているため、熱拡散部34に伝達された熱は熱拡散部34の面方向に拡散され、広範囲に熱を拡散することができる。
 熱拡散部34は冷却フィン24の根元部に配置されており、熱拡散部34まで拡散された熱は、流路形成部材14を介して冷却フィン24の根元部に到達する。冷却フィン24の根元部に到達した熱は、冷却フィン24を通じて冷却フィン24の根元部から流路12内に向けて移動する。このときに、流路12を流通する冷媒により冷却フィン24から熱が冷媒に移動する。このようにして、バスバー26等の被冷却体が冷却される。
 冷却構造体10では、冷却フィン24が上部内壁16から下部内壁18にまで到達せずに、冷却フィン24の先端部が流路12内に位置している。冷却フィン24に触れる冷媒の量を増加させて冷却構造体10の冷却効率を高める観点から、冷却フィン24の先端部が下部内壁18に接触していてもよい。また、冷却フィン24の先端部が下部内壁18に接触している場合、例えば、上部内壁16から下部内壁18に向けて(又は、下部内壁18から上部内壁16に向けて)荷重がかかった際に、冷却構造体10の強度を高めることが可能となる。
 図1において、流路12の冷却フィン24の設けられた領域を冷媒が流通する方向上流側から観察したときに、流路12の面積に占める冷却フィン24の観察される部分の面積(面積比率A)は、冷却効率を向上する観点から、30%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましく、100%であることがさらに好ましい。
 図1において、熱拡散部34の流路12側の面から流路形成部材14の内壁までの最小距離hは、絶縁性の観点から、0.3mm以上であることが好ましく、成形性の観点から、0.5mm以上であることがより好ましく、1.5mm以上であることがさらに好ましい。また、前述の最小距離hは、冷却効率の観点から2.5mm以下であることが好ましい。
 図2において、熱拡散部34の主面の面積に対する、熱拡散部34の主面と平行な方向における、熱拡散部34から流路12内に延設された冷却フィン24の断面積の合計の比率(面積比率B)は、冷却効率を向上する観点から、30%以上であることが好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。前述の面積比率Bは、流路12内の抵抗の観点から、70%以下であることが好ましく、30%以下であることがさらに好ましい。
 図2では、熱拡散部34は矩形の板状物となっているが、矩形に限定されず、円形、楕円形、矩形以外の多角形等であってもよい。
 冷却フィン24は、少なくとも表面が樹脂製であればよく、冷却フィン24全体が樹脂製であってもよいし、金属製の棒状の芯材を有し、この芯材の表面が樹脂で被覆されていてもよい。芯材の一端は、冷却効率を向上する観点から、熱拡散部34と接続されていてもよい。
 図1においては、冷却フィン24の先端は冷却フィン24の延設方向に直交する平坦状とされているが、冷却フィン24の先端の形状は特に限定されるものではなく、半球状、円錐状、角錐状等であってもよい。
 被冷却体としては、バスバー26の他に、パワー半導体、キャパシタ等の電子部品が挙げられる。被冷却体が電子部品である場合、冷却構造体の電子部品の配置される箇所に冷却フィンを設けてもよい。
 熱拡散部34から流路12内に延設された冷却フィン24の本数は、1本であってもよく、2本以上であってもよい。
 例えば、図3に示すように、熱拡散部34から外れた位置に冷却フィン24が配置されていてもよい。
(冷却構造体の変形例)
 本開示の冷却構造体の変形例は、流路形成部材の外壁の少なくとも一部に金属層が設けられており、好ましくは、被冷却体であるパワー半導体、キャパシタ等が流路形成部材の外壁上に配置され、被冷却体の少なくとも一部が接触するように金属層が設けられている。被冷却体の少なくとも一部が接触するように金属層が設けられていることにより、被冷却体にて生じた熱が金属層を介して流路を流通する冷媒に移動するため、被冷却体を効率よく冷却することができる。
 以下、本開示の冷却構造体の変形例について、図4を用いて説明する。図4は、冷却構造体の変形例の要部を示す断面図である。図4は、冷却構造体44における流路12の冷媒が流通する方向に平行な断面を示す。なお、図4では、冷却フィンの記載を省略している。
 図4に示す冷却構造体44では、被冷却体であるパワー半導体46が、流路形成部材14の外壁に設けられた金属層48を介して流路形成部材14と接している。パワー半導体46にはバスバー26が接続されており、不図示の他のパワー半導体、その他の電子部品等と導通が確保されている。流路形成部材14のパワー半導体46と接触する箇所には、不図示の冷却フィンが上部内壁16から下部内壁18に向けて延設されている。つまり、不図示の冷却フィンの根元部に、パワー半導体46が配置されている。
 パワー半導体46から生じた熱は、金属層48を介して流路形成部材14の外壁に達し、さらに不図示の冷却フィンの根元部に到達した熱は、冷却フィンを通じて冷却フィンの根元部から下部内壁18に向けて移動する。このときに、流路12を流通する冷媒により冷却フィンから熱が冷媒に移動する。パワー半導体46が金属層48を介して流路形成部材14と接するため、パワー半導体46から生じた熱が、効率的に冷却フィンへ移動しやすくなり、冷却効率が向上する。
 また、金属層48は、パワー半導体46から発生する低周波域(特に、ラジオ帯)の磁界をシールドすることができる。そのため、流路形成部材14の外壁に金属層48を設けることは磁界シールドの観点から有効である。金属層48は、流路形成部材14の外壁の少なくとも一部に設ければよい。なお、金属層48は導電性であるため、絶縁性を求められる箇所には金属層48を設けなくともよい。また、流路形成部材14の外壁に金属層48を形成し、さらに絶縁性を求められる箇所の金属層48を樹脂層で覆ってもよい。
 金属層48は、例えば、流路形成部材14における被冷却体の配置された側とは反対側の外壁に設けることが好ましい。また、図4に示すように、金属層48が流路形成部材14における被冷却体の配置された側の外壁の一部に設けられている場合、流路形成部材14における被冷却体の配置された側とは反対側の外壁には、金属層48の設けられていない領域50が存在してもよい。さらに、図4における熱拡散部34の配置された箇所とは反対側の外壁には、金属層48の設けられていない領域が存在してもよい。
 本開示の冷却構造体の製造方法は、特に限定されるものではなく、インジェクション成形法、ダイスライドインジェクション成形法、ブロー成形法、圧縮成形法、トランスファ成形法、押出成形法、注型成形法等の通常の樹脂成形体の成形方法を採用することができる。なお、冷却構造体10の製造には高い位置精度を要求される場合があることから、ダイスライドインジェクション成形法が好ましい。
 また、ナット30の流路形成部材14に埋設されている箇所は、別途インサート成形法により製造してもよい。
 流路形成部材14及び冷却フィン24を構成する樹脂の種類は特に限定されるものではない。樹脂としては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂(PP)、複合ポリプロピレン系樹脂(PPC)、ポリフェニレンサルファイド系樹脂(PPS)、ポリフタルアミド系樹脂(PPA)、ポリブチレンテレフタレート系樹脂(PBT)、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂、塩化ビニル系樹脂、アイオノマー系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂(ABS)及びポリカーボネート系樹脂が挙げられる。流路形成部材14及び冷却フィン24を構成する樹脂は同じであっても異なっていてもよい。
 流路形成部材14及び冷却フィン24を構成する樹脂は、無機充填材を含有してもよい。無機充填材としては、例えば、シリカ、アルミナ、ジルコン、酸化マグネシウム、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、チタン酸カリウム、炭化珪素、窒化珪素、窒化ホウ素、ベリリア及びジルコニアが挙げられる。さらに、難燃効果のある無機充填材としては、水酸化アルミニウム、硼酸亜鉛等が挙げられる。
 流路形成部材14及び冷却フィン24を構成する樹脂に含まれる無機充填材は、同じであっても異なっていてもよい。また、流路形成部材14を構成する樹脂及び冷却フィン24を構成する樹脂の一方に無機充填材が含まれ、他方に無機充填材が含まれなくてもよい。
 熱拡散部34を構成する金属は、アルミニウム、鉄、銅、金、銀、ステンレス等の金属、合金などが挙げられる。
 熱拡散部34は、流路形成部材14及び冷却フィン24を構成する樹脂と熱拡散部34を構成する金属との熱膨張係数差による冷却構造体10への負荷を抑制する観点から、メッシュ状、パンチングメタル等であってもよい。
 冷却構造体10では、熱拡散部34の熱の面方向への拡散性及び冷却フィン24の放熱性の観点から、熱拡散部34を構成する金属はアルミニウム、鉄、銅、金、銀及びステンレスからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、冷却フィン24を構成する樹脂は、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフタルアミド系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、フェノール系樹脂及びエポキシ系樹脂からなる群より選択される少なくともいずれか1つであることが好ましい。好ましいポリアミド系樹脂としては、ナイロン6、ナイロン66等が挙げられる。
 流路を流通する冷媒の種類は、特に限定されるものではない。冷媒としては、水、有機溶媒等の液体、空気等の気体などが挙げられる。冷媒として用いられる水には、不凍液等の成分が含まれていてもよい。
 金属層48を構成する成分は特に限定されるものではなく、亜鉛、アルミニウム、亜鉛・アルミニウム合金、炭素鋼、ステンレス鋼、ニッケル、ニッケル合金、スズ、銅、銅合金、銀、銀合金、金、金合金、モリブデン等が挙げられる。これらの中でも、磁界シールド効果を高める観点からは、銀及び銅が好ましい。一方、被冷却体の冷却効率の観点からは、銀及び金が好ましい。
 金属層48を形成する方法は特に限定されるものではなく、電解メッキ、無電解メッキ、蒸着、金属板の張り付け、金属溶射等が挙げられる。金属層48は、形成性の観点から、金属溶射法により形成された金属溶射層であることが好ましく、加工性の観点から亜鉛が好ましい。
 金属層48の厚みは特に限定されるものではなく、1μm~2mmが好ましい。
 被冷却体であるパワー半導体46と接触する金属層48の平均厚みは、冷却効率の観点から、200μm~2mmが好ましく、500μm~2mmがより好ましい。
 流路形成部材14における被冷却体の配置された側とは反対側の外壁に設けられた金属層48の平均厚みは、磁界シールドの観点から、1μm~2mmが好ましく、200μm~2mmが好ましく、500μm~2mmがより好ましい。
 冷却構造体10は、冷媒の温度を測定する温度センサを備えていてもよく、流路12内の冷却フィン24が延設された領域よりも下流に温度センサを備えていてもよい。また、温度センサの温度に応じて冷媒の量を調節してもよく、温度センサの温度に応じて冷媒の量を調節する制御部を備えていてもよい。
 本開示の冷却構造体は、ハイブリッド自動車、電気自動車等のモータを搭載する車両における、パワー半導体を複数備えるパワーモジュール、キャパシタ等の電子部品、これら電子部品を電気的に接合するバスバーの冷却に有効である。
 以下、実験例に基づいて、金属層の磁界シールド性能及び冷却性能を検証した。
-磁界シールド性能評価-
 縦120mm、横120mm、厚み5mmのPPS樹脂板を準備し、試験片1とした。
 試験片1の一方の面に、溶射法により平均厚み200μmの亜鉛層を形成した。これを試験片2とした。
 また、縦120mm、横120mm、厚み500μmのアルミニウム板を試験片3とした。
 試験片1、試験片2及び試験片3について、磁界シールド性能を以下に示すKEC法(500Hzから1GHz)における磁界シールド効果評価用装置で評価した。
 得られた結果を図5に示す。図5から明らかなように、試験片2及び試験片3によれば、試験片1に比較して優れた磁界シールド効果の得られることがわかる。
-冷却性能評価-
 PPS樹脂を用いて、外径が横30mm×縦15mmで、内径が横25mm×縦10mmで、長さが110mmの断面矩形の水路モデル1を形成した。水路モデル1における110mm×30mmの外壁の上面に、溶射法により平均厚み200μmの亜鉛層48を形成した。これを水路モデル2とした。
 水路モデル1の110mm×30mmの外壁及び水路モデル2の亜鉛層48を形成した面上に、各々、100℃に熱した95mm×25mm×15mmの大きさの鉄ブロック52を図6に示すようにして配置し、各水路モデル内に20℃の水を8L/分の流量で流通させた。
 鉄ブロック52の配置直後から、図6に示すA~Dの計4箇所の温度変化を、株式会社KEYENCE製 高機能レコーダ GR-3500を用いて測定したところ、鉄ブロック52の配置から17分後の各測定箇所の温度は、下記表1に示すとおりであり、亜鉛層48は被冷却体の冷却に有効であることが明らかとなった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 2019年3月22日に出願された日本国特許出願2019-055694の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
 本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。
10、44 冷却構造体
12 流路
14 流路形成部材
16 上部内壁
18 下部内壁
20 側部内壁
22 側部内壁
24 冷却フィン
26 バスバー
28 ボルト
30 ナット
32 ナット本体
34 熱拡散部
46 パワー半導体
48 金属層
50 領域
52 鉄ブロック

Claims (10)

  1.  冷媒を流通させる流路を形成する樹脂製の流路形成部材と、
     前記流路形成部材に埋設された、又は、前記流路形成部材に接合された、板状かつ金属製である熱拡散部と、
     前記熱拡散部から前記流路内に延設され、少なくとも表面が樹脂製の1つ又は複数の冷却フィンと、を備える冷却構造体。
  2.  前記冷却フィンは、樹脂製である、又は金属製の芯材の表面が樹脂で被覆されている請求項1に記載の冷却構造体。
  3.  前記熱拡散部はメッシュ状又はパンチングメタルである請求項1又は請求項2に記載の冷却構造体。
  4.  前記熱拡散部を構成する金属はアルミニウム、鉄、銅、金、銀及びステンレスからなる群より選択される少なくともいずれか1つであり、
     前記冷却フィンを構成する樹脂は、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフタルアミド系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、フェノール系樹脂及びエポキシ系樹脂からなる群より選択される少なくともいずれか1つである請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の冷却構造体。
  5.  前記熱拡散部は、主面が前記流路と対向する請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の冷却構造体。
  6.  前記熱拡散部の前記主面の面積に対する、前記主面と平行な方向における、前記熱拡散部から前記流路内に延設された前記冷却フィンの断面積の合計の比率は、30%以上である請求項5に記載の冷却構造体。
  7.  前記熱拡散部の前記流路側の面から前記流路形成部材の内壁までの最小距離hは、0.3mm~2.5mmである請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の冷却構造体。
  8.  前記熱拡散部に伝熱することで冷却される被冷却体が配置された請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の冷却構造体。
  9.  前記流路形成部材の外壁の少なくとも一部に、金属層が設けられた請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の冷却構造体。
  10.  前記金属層が、金属溶射層である請求項9に記載の冷却構造体。
PCT/JP2020/012485 2019-03-22 2020-03-19 冷却構造体 WO2020196333A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20779047.8A EP3929975A4 (en) 2019-03-22 2020-03-19 COOLING STRUCTURE
JP2021509345A JP7164021B2 (ja) 2019-03-22 2020-03-19 冷却構造体
US17/440,058 US11778776B2 (en) 2019-03-22 2020-03-19 Cooling structure

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-055694 2019-03-22
JP2019055694 2019-03-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020196333A1 true WO2020196333A1 (ja) 2020-10-01

Family

ID=72609398

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/012485 WO2020196333A1 (ja) 2019-03-22 2020-03-19 冷却構造体

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11778776B2 (ja)
EP (1) EP3929975A4 (ja)
JP (1) JP7164021B2 (ja)
WO (1) WO2020196333A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019101973A1 (de) * 2019-01-28 2020-07-30 Eugen Forschner Gmbh Verbindungsanordnung zum Verbinden einer Stromschiene mit einem Gehäuse

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08204068A (ja) * 1995-01-20 1996-08-09 Fuji Electric Co Ltd モジュール構造の半導体装置
JP2003003248A (ja) * 2001-06-25 2003-01-08 Sawaki Kogyo:Kk 金属溶射層被覆シート
JP2010182831A (ja) 2009-02-04 2010-08-19 Toyota Industries Corp 半導体装置
JP2012015240A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Denso Corp 半導体装置及びその製造方法
WO2016080333A1 (ja) * 2014-11-21 2016-05-26 株式会社村田製作所 モジュール
JP2017161204A (ja) * 2016-03-11 2017-09-14 富士通株式会社 冷却装置、冷却装置の製造方法、及び電子機器
JP2019055694A (ja) 2017-09-21 2019-04-11 本田技研工業株式会社 鞍乗り型車両

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6019165A (en) * 1998-05-18 2000-02-01 Batchelder; John Samuel Heat exchange apparatus
US6483705B2 (en) * 2001-03-19 2002-11-19 Harris Corporation Electronic module including a cooling substrate and related methods
US7078803B2 (en) * 2002-09-27 2006-07-18 Isothermal Systems Research, Inc. Integrated circuit heat dissipation system
US7215545B1 (en) 2003-05-01 2007-05-08 Saeed Moghaddam Liquid cooled diamond bearing heat sink
WO2006029527A1 (en) * 2004-09-13 2006-03-23 Lighthaus Logic Inc. Structures for holding cards incorporating electronic and/or micromachined components
DE102006058327B3 (de) * 2006-12-11 2008-05-15 Siemens Ag Stromschienenpaket
US7477517B2 (en) * 2007-01-29 2009-01-13 International Business Machines Corporation Integrated heat spreader and exchanger
JP2012009498A (ja) * 2010-06-22 2012-01-12 Fujitsu Ten Ltd 発熱体の放熱構造と放熱構造を備えたオーディオアンプ
JP5447433B2 (ja) * 2011-05-13 2014-03-19 株式会社安川電機 電子機器および電子機器が設けられた電力変換装置
JP5488540B2 (ja) 2011-07-04 2014-05-14 トヨタ自動車株式会社 半導体モジュール
JP6124742B2 (ja) * 2013-09-05 2017-05-10 三菱電機株式会社 半導体装置
US9357675B2 (en) * 2013-10-21 2016-05-31 International Business Machines Corporation Pump-enhanced, immersion-cooling of electronic component(s)
WO2019146524A1 (ja) * 2018-01-25 2019-08-01 三菱電機株式会社 回路装置および電力変換装置
US10743442B2 (en) * 2018-12-11 2020-08-11 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Cooling devices including jet cooling with an intermediate mesh and methods for using the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08204068A (ja) * 1995-01-20 1996-08-09 Fuji Electric Co Ltd モジュール構造の半導体装置
JP2003003248A (ja) * 2001-06-25 2003-01-08 Sawaki Kogyo:Kk 金属溶射層被覆シート
JP2010182831A (ja) 2009-02-04 2010-08-19 Toyota Industries Corp 半導体装置
JP2012015240A (ja) * 2010-06-30 2012-01-19 Denso Corp 半導体装置及びその製造方法
WO2016080333A1 (ja) * 2014-11-21 2016-05-26 株式会社村田製作所 モジュール
JP2017161204A (ja) * 2016-03-11 2017-09-14 富士通株式会社 冷却装置、冷却装置の製造方法、及び電子機器
JP2019055694A (ja) 2017-09-21 2019-04-11 本田技研工業株式会社 鞍乗り型車両

Also Published As

Publication number Publication date
US20220192053A1 (en) 2022-06-16
EP3929975A1 (en) 2021-12-29
JPWO2020196333A1 (ja) 2021-10-21
US11778776B2 (en) 2023-10-03
EP3929975A4 (en) 2022-06-15
JP7164021B2 (ja) 2022-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101312183B (zh) 半导体装置
CN105742252B (zh) 一种功率模块及其制造方法
US20110299244A1 (en) Cooling member for heat containing device
US9226430B2 (en) Power semiconductor module
US20160190032A1 (en) Wiring board and semiconductor package including wiring board
JP6775374B2 (ja) 放熱ユニットの製造方法
JP2013123014A (ja) 半導体装置
US10314208B2 (en) Cooling device, method for producing a cooling device and power circuit
WO2020196333A1 (ja) 冷却構造体
CN106415827B (zh) 冷却器一体型半导体模块
WO2020196331A1 (ja) 冷却構造体
WO2020196335A1 (ja) 冷却構造体
WO2020196330A1 (ja) 冷却構造体
WO2020196332A1 (ja) 冷却構造体
WO2020196334A1 (ja) 冷却構造体
US10748835B2 (en) Aluminum heat sink having a plurality of aluminum sheets and power device equipped with the heat sink
WO2022163418A1 (ja) 冷却構造体
JP2019212906A (ja) 樹脂成形品
CN113453418A (zh) 导热装置及其制造方法
JP2002043479A (ja) 半導体装置
JP2009158674A (ja) リードフレーム用条材、リードフレーム、リードフレーム用条材の製造方法

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: 20779047

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021509345

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020779047

Country of ref document: EP

Effective date: 20210920