WO2023181481A1 - 冷却装置 - Google Patents

冷却装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2023181481A1
WO2023181481A1 PCT/JP2022/040415 JP2022040415W WO2023181481A1 WO 2023181481 A1 WO2023181481 A1 WO 2023181481A1 JP 2022040415 W JP2022040415 W JP 2022040415W WO 2023181481 A1 WO2023181481 A1 WO 2023181481A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow path
cooling device
fins
semiconductor component
path sections
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/040415
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
努 川水
浩輝 松田
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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 三菱重工業株式会社 filed Critical 三菱重工業株式会社
Publication of WO2023181481A1 publication Critical patent/WO2023181481A1/ja

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
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the present disclosure relates to a cooling device.
  • This application claims priority to Japanese Patent Application No. 2022-045924 filed in Japan on March 22, 2022, the contents of which are incorporated herein.
  • the device described in Patent Document 1 below As a device for cooling semiconductor components (chips), for example, the device described in Patent Document 1 below is known.
  • a cooling water channel through which cooling water flows is formed between a plurality of semiconductor modules. It is said that the cooling water is guided laterally from one end of the cooling waterway and can sequentially cool the semiconductor modules.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and an object of the present disclosure is to provide a cooling device that exhibits even higher cooling effects.
  • a cooling device that cools a plurality of semiconductor components mounted on the front surface of a substrate and arranged in a first direction, and that is mounted on the back surface of the substrate.
  • the passage is provided independently for each of the semiconductor components and has a plurality of passage sections extending in a second direction perpendicular to the first direction, and a central part of the bottom plate in the second direction has a plurality of passage sections.
  • An inlet for supplying the refrigerant to the flow path section is formed.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a cooling device and a substrate according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the bottom plate of the cooling device according to the first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of a cooling device and a substrate according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a plan view showing the configuration of a bottom plate of a cooling device according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a plan view showing a modification of the cooling device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a plan view showing the configuration of a bottom plate of a cooling device according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a plan view showing a modification of the cooling device according to the third embodiment of the present disclosure.
  • This cooling device 1 is a device for cooling a semiconductor component 20 mounted on a substrate 2 using a liquid coolant.
  • the substrate 2 includes a substrate body 21, a copper pattern 22, and bonding materials 23 and 24.
  • the substrate main body 21 is formed into a plate shape of, for example, glass epoxy resin, Bakelite resin, or the like. Copper patterns 22 are deposited on the front and back surfaces of the substrate body 21, respectively. A desired printed wiring is formed on the copper pattern 22 by etching. Bonding material 24 is provided to fix semiconductor component 20 to copper pattern 22 .
  • a plurality of semiconductor components 20 are arranged on the substrate 2.
  • the semiconductor component 20 is electrically connected to the copper pattern 22 described above.
  • the semiconductor component 20 is, for example, a power transistor or a power FET, and generates heat due to internal resistance associated with its operation.
  • These semiconductor components 20 are arranged on the substrate 2 at intervals in the first direction d1.
  • the cooling device 1 includes a base 10, fins 11, and a bottom plate 12. These base 10, fins 11, and bottom plate 12 are made of a metal material with good thermal conductivity, such as aluminum or copper. It is also possible to model the cooling device 1 using an additive manufacturing method (AM method).
  • the base 10, the fins 11, and the bottom plate 12 may be integrally formed, or only the bottom plate 12 may be configured to be removable from the base 10 and the fins 11. In this case, it is desirable that a leak prevention member such as an O-ring be disposed on the joint surface between the bottom plate 12 and the fins 11.
  • the base 10 is fixed by a bonding material 23 to the back surface of the substrate 2 (that is, the surface facing opposite to the surface on which the semiconductor component 20 is mounted).
  • the base 10 has a plate shape and has a larger area than the substrate 2.
  • a plurality of fins 11 are provided on the back surface 13 of the base 10. Each fin 11 projects in a direction away from the base 10. More specifically, as shown in FIG. 2, these fins 11 extend along the back surface 13 of the base 10 in a second direction d2, which is a horizontal direction orthogonal to the first direction d1, and extend in the first direction d1. Arranged at intervals. Thereby, a flow path F through which the refrigerant flows is formed between the fins 11. Further, a pair of side walls 14 are provided on both sides in the second direction d2.
  • This flow path F is independently divided into three flow path sections F1 for each of the three semiconductor components 20 described above. Specifically, the flow path sections F1 adjacent to each other are separated by one fin 11a of the plurality of fins 11.
  • the fins 11a have the same shape and dimensions as the other fins 11. Note that in FIG. 2, only the fin 11a is shown for the sake of simplification.
  • the bottom plate 12 has a plate shape and is spaced apart from the base 10 by the amount of the flow path F.
  • the bottom plate 12 extends in a first direction d1 and a second direction d2.
  • the thickness of the bottom plate 12 is constant over the entire area.
  • An inlet 17 for introducing the refrigerant into the flow path F from the outside is formed in the center of the bottom plate 12 in the second direction d2 (that is, directly below the center of each semiconductor component 20 in the second direction d2). .
  • the introduction port 17 is a rectangular opening extending in the first direction d1 (see FIG. 2).
  • the dimension of the inlet 17 in the second direction d2 is constant throughout all the flow path sections F1.
  • a refrigerant is introduced in a direction from the bottom plate 12 toward the base 10.
  • the refrigerant flows between the fins 11 to both sides in the second direction d2.
  • alcohol or the like is preferably used as the refrigerant.
  • each semiconductor component 20 can be individually cooled by the refrigerant flowing through each flow path section F1. That is, each semiconductor component 20 is normally supplied with new coolant. Thereby, the refrigerant between the semiconductor components 20 becomes less susceptible to the influence of heat, and it becomes possible to improve the cooling effect. Further, since the introduction port 17 is formed in the center of the flow path section F1 in the second direction d2, the initial low temperature refrigerant can be actively supplied toward the semiconductor component. This makes it possible to cool the semiconductor component 20 more efficiently and actively.
  • the direction in which the refrigerant flows can be restricted to only the second direction d2. This reduces the possibility that the refrigerant will stay in the flow path F or form a vortex, for example. As a result, the refrigerant flows more smoothly, making it possible to cool the semiconductor component 20 more efficiently. Furthermore, only by providing a plurality of fins 11, it is possible to form a plurality of flow path sections F1. In other words, the flow path section F1 can be formed without requiring any other members. This also makes it possible to reduce manufacturing costs and maintenance costs.
  • the number of semiconductor components 20 is not limited to three, and may be four or more. Also in this case, by forming the number of flow path sections F1 corresponding to the number of semiconductor components 20, the same effects as those described above can be obtained.
  • the distance between the fins 11 in the flow path section F1 (first flow path section F11) corresponding to the first semiconductor component 21a (that is, the distance between the fins 11 in the first direction
  • the distance between the fins 11 in d1) is smaller than the distance between the fins 11 in the other flow path section F1.
  • the fins 11 are arranged more densely than in the other flow path sections F1.
  • the size of the inlet 17 in the second direction d2 is larger than the inlet port 17 of the other flow path section F1.
  • the flow rate flowing into the first flow path section F11 becomes equal to or higher than that of the other flow path section F1.
  • the interval between the fins 11 is narrow, and the dimension of the inlet 17 in the second direction d2 is smaller than that of the other one. It is larger than the flow path section F1.
  • the first semiconductor component 21a in the center, which tends to generate heat, with an amount of refrigerant equal to or more than that in the other flow path sections F1, and to enhance the cooling effect by the more densely arranged fins 11. can. Therefore, it is possible to suppress the influence of superimposed heat generation around the first semiconductor component 21a, and the possibility of thermal runaway or damage to each semiconductor component 20 can be significantly reduced.
  • each flow path division F1 is mutually divided by the plate-shaped partition part 18 extended in the second direction d2.
  • the pins 111 are used as cooling bodies, the surface area of the surface with which the refrigerant comes into contact is increased compared to the fins 11. This allows more heat to be transferred from pin 111 to the refrigerant. As a result, in addition to the effects described in the second embodiment, it is possible to further improve the cooling performance of the cooling device 101.
  • the dimensions of the fins 11 in the second direction d2 are smaller than those of the fins 11 in the other flow path sections F1.
  • both ends are close to the center side in the second direction d2, so that the overall length thereof is shortened.
  • the distance between the fins 11 in the first direction d1 is smaller than the distance between the fins 11 in the other flow path sections F1.
  • the dimensions of the inlet 17 are the same in each flow path section F1, and the intervals between the fins 11 are narrow in the first flow path section F11 corresponding to the first semiconductor component 21a in the center. Therefore, in the first flow path section F11, the pressure loss with respect to the refrigerant tends to be larger than in the other flow path sections F1.
  • the length of the fin 11 in the second direction d2 is set smaller than that of the fin 11 in the other flow path section F1.
  • the section where pressure loss occurs when flowing between the fins 11 becomes shorter in the first flow path section F11.
  • the flow rate of the refrigerant supplied to the first flow path section F11 can be made equal to or higher than that of the other flow path section F1.
  • the cooling effect is enhanced by arranging the fins 11 narrowly, and by shortening the length, other The amount of refrigerant equal to or greater than that of the flow path section F1 is supplied. Therefore, it is possible to suppress the influence of superimposed heat generation around the first semiconductor component 21a, and it is possible to significantly reduce the possibility of thermal runaway or damage of each semiconductor component 20.
  • the processing cost and processing time when forming the introduction port 17 can also be reduced. As a result, it is possible to reduce the manufacturing cost of the cooling device 201.
  • the distance between the pins 111 in the first flow path section F11 is set smaller than the distance between the pins 111 in the other flow path section F1.
  • the dimension in the second direction d2 of the region where the pin 111 is arranged is set smaller than the region where the pin 111 is arranged in the other flow path section F1.
  • the pins 111 are used as cooling bodies, the surface area of the surface with which the refrigerant comes into contact is increased compared to the fins 11. This allows more heat to be transferred from pin 111 to the refrigerant. As a result, in addition to the effects described in the third embodiment, it is possible to further improve the cooling performance of the cooling device 201.
  • the cooling device 1, 101, 201 is a cooling device 1, 101, 201 that is mounted on the surface of the substrate 2 and cools a plurality of semiconductor components 20 arranged in the first direction d1.
  • An inlet 17 is formed in the center of the bottom plate 12 in the second direction d2 to supply the refrigerant to each of the flow path sections F1.
  • each semiconductor component 20 can be individually cooled by the refrigerant flowing through each flow path section F1. Further, since the introduction port 17 is formed in the center of the flow path section F1, the initial low temperature refrigerant can be actively supplied toward the semiconductor component 20. This makes it possible to efficiently and actively cool the semiconductor component 20.
  • the cooling device 1, 101, 201 is the cooling device 1, 101, 201 of (1), in which the cooling body protrudes from the base 10 toward the bottom plate 12.
  • a plurality of fins 11 extending in the second direction d2 may be provided, and a pair of adjacent flow path sections F1 may be partitioned by one fin 11a.
  • the direction in which the refrigerant flows can be restricted to only the second direction d2. This allows the refrigerant to flow more smoothly, making it possible to cool the semiconductor component 20 more efficiently.
  • the cooling device 101 is the cooling device 101 of (2), and is configured to cool the semiconductor component 20 located at the center in the first direction d1 among the plurality of semiconductor components 20.
  • the interval between the fins 11 is narrower than in the other flow path section F1
  • the distance between the fins 11 is narrower in the second direction of the introduction port 17 than in the other flow path section F1.
  • the dimension at d2 may be large.
  • the interval between the fins 11 is narrow, and the size of the introduction port 17 is large.
  • the flow rate of the refrigerant supplied to the central semiconductor component 20, which is susceptible to the effects of superimposed heat generation, is equal to or higher than that of the other flow path sections F1, while the fins 11 arranged more densely provide a cooling effect. can be further increased.
  • the cooling device 201 according to the fourth aspect is the cooling device 201 of (2), in which the size of the inlet 17 in the second direction d2 is between the plurality of flow path sections F1.
  • the flow path section F11 corresponding to the semiconductor component 20 that is the same and located at the center in the first direction d1 among the plurality of semiconductor components 20 has a larger number of fins than the other flow path sections F1.
  • 11 may be narrow, and the dimensions of the fins 11 in the second direction d2 may be smaller than the dimensions of the fins 11 in the other channel sections F1.
  • the dimensions of the inlet 17 are the same in each flow path section F1, and the intervals between the fins 11 are narrow in the flow path section F11 corresponding to the semiconductor component 20 in the center.
  • the length of the fin 11 in the second direction d2 is small.
  • the cooling device 101, 201 is the cooling device 101, 201 of (1), in which the cooling body includes a plurality of rod-shaped rods extending from the base 10 toward the bottom plate 12. It may further include a partition wall portion 18 which is a pin 111 and is provided between the pair of flow path sections F1 adjacent to each other.
  • the pins 111 are used as cooling bodies, the surface area is increased compared to the fins 11. Thereby, it becomes possible to further improve the cooling performance of the cooling device 1.
  • the cooling device 101 according to the sixth aspect is the cooling device 101 according to (5), and is configured to cool the semiconductor component 20 located at the center in the first direction d1 among the plurality of semiconductor components 20.
  • the distance between the pins 111 is narrower than in the other channel sections F11, and the distance between the pins 111 is narrower in the second direction of the inlet 17 than in the other channel section F1.
  • the dimension at d2 may be large.
  • the interval between the pins 111 is narrow, and the size of the introduction port 17 is large.
  • the flow rate of the refrigerant supplied to the semiconductor component 20 in the central part, which tends to generate heat is equal to or higher than that of the other flow path sections F1, and the cooling effect can be further enhanced by the more densely arranged pins 111. can.
  • the cooling device 201 according to the seventh aspect is the cooling device 201 according to (5), in which the size of the introduction port 17 in the second direction d2 is between the plurality of flow path sections F1.
  • the flow path section F11 corresponding to the semiconductor component 20 that is the same and located at the center in the first direction d1 among the plurality of semiconductor components 20 has a smaller number of pins than the other flow path sections F1.
  • 111 is narrow, and the size of the region where the pins 111 are arranged in the second direction d2 is smaller than the size of the region where the pins 111 are arranged in the other channel section F1. Good too.
  • the dimensions of the inlet 17 are the same in each flow path section F1, and the intervals between the pins 111 are narrow in the flow path section F11 corresponding to the semiconductor component 20 in the center.
  • the size of the area where the pin 111 is arranged in the second direction d2 is small.
  • a cooling device that exhibits even higher cooling effects can be provided.
  • Cooling device 2 ... Substrate 10... Base 11, 11a... Fin 12... Bottom plate 13... Back surface 14... Side wall 17... Inlet 18... Partition wall part 20
  • Semiconductor component 21a ... First semiconductor component 21b
  • ...Binding material 24 ...Binding material 101
  • Cooling device 111 ...Pin 201
  • Cooling device d1 ...First direction d2
  • Second direction F...Flow path

Landscapes

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

Abstract

本開示の冷却装置は、基板の表面に実装され、第一方向に配列された複数の半導体部品を冷却する冷却装置であって、基板の裏面に取り付けられたベースと、ベースに離間して配置されることでベースとの間に冷媒が流通する流路を形成する底板と、流路内に配置された冷却体と、を備え、流路は、半導体部品ごとに独立して設けられ、第一方向に直交する第二方向に延びる複数の流路区画を有し、底板における第二方向の中央部には、各流路区画に冷媒を供給する導入口が形成されている。

Description

冷却装置
　本開示は、冷却装置に関する。
　本願は、２０２２年３月２２日に日本に出願された特願２０２２－０４５９２４号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　半導体部品（チップ）を冷却するための装置として、例えば下記特許文献１に記載されたものが知られている。下記特許文献１に記載された装置では、複数の半導体モジュールの間に、冷却水が流通する冷却水路が形成されている。冷却水は、冷却水路の一端から横方向に導かれ、順次半導体モジュールを冷却することができるとされている。
特開２００６－２０３１３８号公報
　ところで、上記のように複数の半導体部品を実装した場合、各半導体部品の発熱が重畳されることで、これら複数の半導体部品のうちの中央部の温度が高温になりやすい。また、上記特許文献１のように、冷却水路の一端から横方向に順次冷却水を流通させる構成では、高温となった冷媒が他の半導体部品の冷却に順次供されるため、冷媒の流れ方向の下流側に位置する半導体部品になるほど冷却効果が低下してしまう。
　本開示は上記課題を解決するためになされたものであって、さらに高い冷却効果を発揮する冷却装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係る冷却装置は、基板の表面に実装され、第一方向に配列された複数の半導体部品を冷却する冷却装置であって、前記基板の裏面に取り付けられたベースと、前記ベースに離間して配置されることで該ベースとの間に冷媒が流通する流路を形成する底板と、前記流路内に配置された冷却体と、を備え、前記流路は、前記半導体部品ごとに独立して設けられ、前記第一方向に直交する第二方向に延びる複数の流路区画を有し、前記底板における前記第二方向の中央部には、各前記流路区画に前記冷媒を供給する導入口が形成されている。
　本開示によれば、さらに高い冷却効果を発揮する冷却装置を提供することができる。
本開示の第一実施形態に係る冷却装置、及び基板の構成を示す断面図である。 本開示の第一実施形態に係る冷却装置の底板の構成を示す平面図である。 本開示の第二実施形態に係る冷却装置、及び基板の構成を示す断面図である。 本開示の第二実施形態に係る冷却装置の底板の構成を示す平面図である。 本開示の第二実施形態に係る冷却装置の変形例を示す平面図である。 本開示の第三実施形態に係る冷却装置の底板の構成を示す平面図である。 本開示の第三実施形態に係る冷却装置の変形例を示す平面図である。
＜第一実施形態＞
　以下、本開示の第一実施形態に係る基板２、及び冷却装置１について、図１と図２を参照して説明する。この冷却装置１は、基板２に実装された半導体部品２０を液体の冷媒によって冷却するための装置である。
（基板の構成）
　図１に示すように、基板２は、基板本体２１と、銅パターン２２と、接合材２３，２４と、を有している。
　基板本体２１は、例えばガラスエポキシ樹脂や、ベークライト樹脂等で板状に形成されている。基板本体２１の表面、及び裏面にはそれぞれ銅パターン２２が蒸着されている。銅パターン２２には、所望のプリント配線がエッチングによって形成されている。接合材２４は、半導体部品２０を銅パターン２２に固定するために設けられている。
　半導体部品２０は、複数（一例として３つ）が基板２上に配置されている。半導体部品２０は上記の銅パターン２２に対して電気的に接続されている。半導体部品２０は、例えばパワートランジスタやパワーＦＥＴであり、その動作に伴う内部抵抗によって発熱する。これら半導体部品２０は、基板２上で第一方向ｄ１に互いに間隔をあけて配置されている。
（冷却装置の構成）
　次いで、冷却装置１の構成について説明する。図１に示すように、冷却装置１は、ベース１０と、フィン１１と、底板１２と、を備えている。これらベース１０、フィン１１、及び底板１２は、アルミニウムや銅のように熱伝導性の良好な金属材料で形成されている。Ａｄｄｉｔｉｖｅ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ造形法（ＡＭ造形法）によって冷却装置１を造形することも可能である。なお、ベース１０、フィン１１、及び底板１２は一体に形成されていてもよいし、底板１２のみがベース１０、フィン１１に対して取り外し可能に構成されていてもよい。この場合、底板１２とフィン１１の接合面にはＯリング等の漏洩防止部材が配置されることが望ましい。
　ベース１０は、上記の基板２の裏面（つまり、半導体部品２０が実装されている表面とは反対側を向く面）に対して接合材２３によって固定されている。ベース１０は、基板２よりも大きな面積を有する板状をなしている。
　ベース１０の裏面１３には、複数のフィン１１（冷却体）が設けられている。それぞれのフィン１１は、ベース１０から離間する方向に突出している。より具体的には図２に示すように、これらフィン１１は、ベース１０の裏面１３に沿って、第一方向ｄ１に直交する水平方向である第二方向ｄ２に延びるとともに、第一方向ｄ１に間隔をあけて配列されている。これにより、フィン１１同士の間には冷媒が流れる流路Ｆが形成されている。また、第二方向ｄ２における両側には、一対の側壁１４が設けられている。
　この流路Ｆは、上記の３つの半導体部品２０ごとに独立して３つの流路区画Ｆ１に区画されている。具体的には、互いに隣り合う流路区画Ｆ１同士は、複数のフィン１１のうちの一のフィン１１ａによって区画されている。フィン１１ａは他のフィン１１と同等の形状と寸法を有する。なお、図２中では図示簡略化のため、このフィン１１ａのみを図示している。
　再び図１に示すように、上記のフィン１１は、底板１２によってベース１０との間に支持されている。底板１２は、ベース１０に対して流路Ｆの分だけ間隔をあけて配置された板状をなしている。底板１２は、第一方向ｄ１、及び第二方向ｄ２に広がっている。底板１２の厚さは全域で一定である。
　第二方向ｄ２における底板１２の中央部（つまり、第二方向ｄ２における各半導体部品２０の中央部直下）には、外部から流路Ｆ内に冷媒を導くための導入口１７が形成されている。導入口１７は、第一方向ｄ１に延びる矩形状の開口である（図２参照）。全ての流路区画Ｆ１を通じて導入口１７の第二方向ｄ２における寸法が一定である。この導入口１７を通じて、底板１２からベース１０に向かう方向に冷媒が導入される。冷媒は各フィン１１同士の間を通じて第二方向ｄ２の両側に向かって流通する。なお、冷媒としては低温の水の他、アルコール等が好適に用いられる。
（作用効果）
　上記の半導体部品２０に電流が流れると、内部抵抗に伴って当該半導体部品２０が発熱する。ここで、従来は、複数の半導体部品２０に対して一方向（例えば上記の第一方向ｄ１）に冷媒を供給することでこれら半導体部品２０を上流側から下流側にかけて順番に冷却する構成を採ることが一般的であった。しかしながら、この構成では、下流側に位置する半導体部品２０になるほど高温の冷媒が供給されることから、当該下流側の半導体部品２０に対する冷却効果が低下してしまうという課題があった。そこで、本実施形態では上記の構成を採っている。
　上記構成によれば、各流路区画Ｆ１を流れる冷媒によって、それぞれの半導体部品２０を個別に冷却することができる。つまり、それぞれの半導体部品２０には常態的に新しい冷媒が供給される。これにより、半導体部品２０同士の間で冷媒が熱の影響を受けにくくなり、冷却効果を向上させることが可能となる。また、導入口１７が第二方向ｄ２における流路区画Ｆ１の中央部に形成されていることから、初期の低温の冷媒を半導体部品に向けて積極的に供給することができる。これにより、半導体部品２０をさらに効率的かつ積極的に冷却することが可能となる。
　さらに、上記構成によれば、フィン１１が第二方向ｄ２に延びていることによって、冷媒の流れる方向を当該第二方向ｄ２のみに規制することができる。これにより、例えば冷媒が流路Ｆ内で滞留したり、渦を形成したりする可能性が低減される。その結果、冷媒がより円滑に流れるようになり、半導体部品２０をより効率的に冷却することが可能となる。また、複数のフィン１１を設けることのみによって複数の流路区画Ｆ１を形成することが可能となる。つまり、他の部材を必要とすることなく、流路区画Ｆ１を形成することができる。これにより、製造コストやメンテナンスコストの削減も実現することができる。
　以上、本開示の第一実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、半導体部品２０の数は３つに限定されず、４つ以上であってもよい。この場合にも、半導体部品２０の数に応じた数の流路区画Ｆ１が形成されることで、上述したものと同様の作用効果を得ることができる。
＜第二実施形態＞
　続いて、本開示の第二実施形態について、図３と図４を参照して説明する。なお、上記の第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。以下の説明では、３つの半導体部品２０のうち、第一方向ｄ１の中央部に位置する半導体部品２０を第一半導体部品２１ａと呼び、残余の２つの半導体部品２０を第二半導体部品２１ｂと呼ぶ。
　図３に示すように、本実施形態に係る冷却装置１０１では、第一半導体部品２１ａに対応する流路区画Ｆ１（第一流路区画Ｆ１１）におけるフィン１１同士の間の間隔（つまり、第一方向ｄ１におけるフィン１１同士の間の間隔）が、他の流路区画Ｆ１におけるフィン１１同士の間の間隔に比べて小さくなっている。言い換えると、当該中央部に位置する第一流路区画Ｆ１１では、フィン１１が、他の流路区画Ｆ１に比べて、より密になるように配列されている。
　さらに、図４に示すように、この第一流路区画Ｆ１１では、導入口１７の第二方向ｄ２における寸法が他の流路区画Ｆ１の導入口１７よりも大きくなっている。これにより、第一流路区画Ｆ１１に流れる流量が他の流路区画Ｆ１と同等以上となる。
（作用効果）
　ここで、複数の半導体部品２０の発熱量が互いに等しいと仮定した場合、上述のように３つの半導体部品２０のうち、中央部に配置された第一半導体部品２１ａの周囲では、第二半導体部品２１ｂの影響を受けて発熱が重畳される。その結果、第一半導体部品２１ａは第二半導体部品２１ｂに比べて高温になりやすい。そこで、本実施形態では、上述のような構成を採っている。
　上記構成によれば、中央部の半導体部品２０（第一半導体部品２１ａ）に対応する第一流路区画Ｆ１１ではフィン１１同士の間隔が狭く、かつ導入口１７の第二方向ｄ２における寸法が他の流路区画Ｆ１よりも大きい。これにより、発熱しやすい中央部の第一半導体部品２１ａに対して他の流路区画Ｆ１と同等以上の量の冷媒を供給しつつ、より密に配置されたフィン１１によって冷却効果を高めることができる。したがって、第一半導体部品２１ａの周囲で発熱が重畳される影響を小さく抑えることが可能となり、各半導体部品２０の熱暴走や損壊が生じる可能性を大幅に低減することができる。
　以上、本開示の第二実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
　例えば、図５に変形例として示すように、冷却体としてフィン１１に代えて、ピン１１１を適用することも可能である。この場合、同図に示すように、第一流路区画Ｆ１１ではピン１１１同士の間の間隔が、他の流路区画Ｆ１に比べて狭くなるように配置される。また、各流路区画Ｆ１は、第二方向ｄ２に延びる板状の隔壁部１８によって互いに区画されている。
　上記構成によれば、冷却体としてピン１１１が用いられていることから、フィン１１に比べて冷媒が接触する面の表面積が増加する。これにより、ピン１１１から冷媒に移動する熱がより多くなる。その結果、第二実施形態で説明した作用効果に加えて、冷却装置１０１の冷却性能をさらに向上させることが可能となる。
＜第三実施形態＞
　次に、本開示の第三実施形態について、図６を参照して説明する。なお、上記の各実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。同図に示すように、本実施形態に係る冷却装置２０１では、全ての流路区画Ｆ１を通じて導入口１７の第二方向ｄ２における寸法が一定である。
　さらに、第一半導体部品２１ａに対応する第一流路区画Ｆ１１では、第二方向ｄ２におけるフィン１１の寸法が、他の流路区画Ｆ１のフィン１１に比べて小さくなっている。具体的には、第一流路区画Ｆ１１のフィン１１では、両端部が第二方向ｄ２における中央側に近接することでその全長が短くなっている。さらに、第一流路区画Ｆ１１では、フィン１１同士の第一方向ｄ１における間隔が、他の流路区画Ｆ１のフィン１１同士の間隔よりも小さくなっている。
（作用効果）
　上記構成によれば、導入口１７の寸法が各流路区画Ｆ１で同一であり、中央部の第一半導体部品２１ａに対応する第一流路区画Ｆ１１ではフィン１１同士の間隔が狭い。このため、第一流路区画Ｆ１１では、冷媒に対する圧力損失が他の流路区画Ｆ１に比べて大きくなる傾向にある。
　そこで、この第一流路区画Ｆ１１では第二方向ｄ２におけるフィン１１の長さが他の流路区画Ｆ１のフィン１１に比べて小さく設定されている。これにより、フィン１１同士の間を流れる際に圧力損失が生じる区間が第一流路区画Ｆ１１では短くなる。その結果、第一流路区画Ｆ１１に供給される冷媒の流量を、他の流路区画Ｆ１と同等以上とすることができる。中央部の半導体部品２０（第一半導体部品２１ａ）に対応する第一流路区画Ｆ１１ではフィン１１同士の間隔が狭く配置されることで冷却効果が高められており、長さを短くすることで他の流路区画Ｆ１と同等以上の冷媒が供給される。このため、第一半導体部品２１ａの周囲で発熱が重畳される影響を小さく抑えることが可能となり、各半導体部品２０の熱暴走や損壊が生じる可能性を大幅に低減することができる。
　さらに、導入口１７の第二方向ｄ２における寸法が各流路区画Ｆ１同士の間で一定であることから、当該導入口１７を形成する際の加工コストや加工時間を短縮することもできる。その結果、冷却装置２０１の製造コストを削減することが可能となる。
　以上、本開示の第三実施形態について説明した。なお、本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。
　例えば、図７に変形例として示すように、フィン１１に代えて、ピン１１１を冷却体として用いることも可能である。この場合、第一流路区画Ｆ１１では、ピン１１１同士の間の間隔が他の流路区画Ｆ１のピン１１１同士の間の間隔よりも小さく設定される。また、第一流路区画Ｆ１１では、ピン１１１が配置される領域の第二方向ｄ２における寸法が他の流路区画Ｆ１におけるピン１１１が配置される領域よりも小さく設定される。
　上記構成によれば、冷却体としてピン１１１が用いられていることから、フィン１１に比べて冷媒が接触する面の表面積が増加する。これにより、ピン１１１から冷媒に移動する熱がより多くなる。その結果、第三実施形態で説明した作用効果に加えて、冷却装置２０１の冷却性能をさらに向上させることが可能となる。
＜付記＞
　各実施形態に記載の冷却装置１，１０１，２０１は、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係る冷却装置１，１０１，２０１は、基板２の表面に実装され、第一方向ｄ１に配列された複数の半導体部品２０を冷却する冷却装置１，１０１，２０１であって、前記基板２の裏面に取り付けられたベース１０と、前記ベース１０に離間して配置されることで該ベース１０との間に冷媒が流通する流路Ｆを形成する底板１２と、前記流路Ｆ内に配置された冷却体と、を備え、前記流路Ｆは、前記半導体部品２０ごとに独立して設けられ、前記第一方向ｄ１に直交する第二方向ｄ２に延びる複数の流路区画Ｆ１を有し、前記底板１２における前記第二方向ｄ２の中央部には、各前記流路区画Ｆ１に前記冷媒を供給する導入口１７が形成されている。
　上記構成によれば、各流路区画Ｆ１を流れる冷媒によって、それぞれの半導体部品２０を個別に冷却することができる。また、導入口１７が流路区画Ｆ１の中央部に形成されていることから、初期の低温の冷媒を半導体部品２０に向けて積極的に供給することができる。これにより、半導体部品２０を効率的かつ積極的に冷却することが可能となる。
（２）第２の態様に係る冷却装置１，１０１，２０１は、（１）の冷却装置１，１０１，２０１であって、前記冷却体は、前記ベース１０から前記底板１２に向かって突出するとともに、前記第二方向ｄ２に延びる複数のフィン１１であり、互いに隣り合う一対の前記流路区画Ｆ１は、一の前記フィン１１ａによって区画されていてもよい。
　上記構成によれば、フィン１１が第二方向ｄ２に延びていることによって、冷媒の流れる方向を当該第二方向ｄ２のみに規制することができる。これにより、冷媒がより円滑に流れるため、半導体部品２０をより効率的に冷却することが可能となる。
（３）第３の態様に係る冷却装置１０１は、（２）の冷却装置１０１であって、前記複数の半導体部品２０のうち、前記第一方向ｄ１における中央部に位置する前記半導体部品２０に対応する前記流路区画Ｆ１では、他の前記流路区画Ｆ１に比べて前記フィン１１同士の間の間隔が狭く、かつ他の前記流路区画Ｆ１に比べて前記導入口１７の前記第二方向ｄ２における寸法が大きくてもよい。
　上記構成によれば、中央部の半導体部品２０に対応する流路区画Ｆ１１ではフィン１１同士の間隔が狭く、かつ導入口１７の寸法が大きい。これにより、発熱の重畳の影響を受けやすい中央部の半導体部品２０に対して供給される冷媒の流量を他の流路区画Ｆ１と同等以上としつつ、より密に配置されたフィン１１によって冷却効果をさらに高めることができる。
（４）第４の態様に係る冷却装置２０１は、（２）の冷却装置２０１であって、前記導入口１７の前記第二方向ｄ２における寸法は、複数の前記流路区画Ｆ１同士の間で同一であり、前記複数の半導体部品２０のうち、前記第一方向ｄ１における中央部に位置する前記半導体部品２０に対応する前記流路区画Ｆ１１では、他の前記流路区画Ｆ１に比べて前記フィン１１同士の間の間隔が狭く、かつ前記第二方向ｄ２における前記フィン１１の寸法が他の前記流路区画Ｆ１における前記フィン１１の寸法に比べて小さくてもよい。
　上記構成によれば、導入口１７の寸法が各流路区画Ｆ１で同一であり、中央部の半導体部品２０に対応する流路区画Ｆ１１ではフィン１１同士の間隔が狭い。一方で、中央部の半導体部品２０に対応する流路区画Ｆ１では第二方向ｄ２におけるフィン１１の長さが小さい。これにより、中央部の半導体部品２０に対応する流路区画Ｆ１１に供給される冷媒の流量を他の流路区画Ｆ１と同等以上にすることができる。
（５）第５の態様に係る冷却装置１０１，２０１は、（１）の冷却装置１０１，２０１であって、前記冷却体は、前記ベース１０から前記底板１２に向かって延びる棒状をなす複数のピン１１１であり、互いに隣り合う一対の前記流路区画Ｆ１同士の間に設けられた隔壁部１８をさらに備えてもよい。
　上記構成によれば、冷却体としてピン１１１が用いられていることから、フィン１１に比べて表面積が増加する。これにより、冷却装置１の冷却性能をさらに向上させることが可能となる。
（６）第６の態様に係る冷却装置１０１は、（５）の冷却装置１０１であって、前記複数の半導体部品２０のうち、前記第一方向ｄ１における中央部に位置する前記半導体部品２０に対応する前記流路区画Ｆ１１では、他の前記流路区画Ｆ１１に比べて前記ピン１１１同士の間の間隔が狭く、かつ他の前記流路区画Ｆ１に比べて前記導入口１７の前記第二方向ｄ２における寸法が大きくてもよい。
　上記構成によれば、中央部の半導体部品２０に対応する流路区画Ｆ１１ではピン１１１同士の間隔が狭く、かつ導入口１７の寸法が大きい。これにより、発熱しやすい中央部の半導体部品２０に対して供給される冷媒の流量を他の流路区画Ｆ１と同等以上としつつ、より密に配置されたピン１１１によって冷却効果をさらに高めることができる。
（７）第７の態様に係る冷却装置２０１は、（５）の冷却装置２０１であって、前記導入口１７の前記第二方向ｄ２における寸法は、複数の前記流路区画Ｆ１同士の間で同一であり、前記複数の半導体部品２０のうち、前記第一方向ｄ１における中央部に位置する前記半導体部品２０に対応する前記流路区画Ｆ１１では、他の前記流路区画Ｆ１に比べて前記ピン１１１同士の間の間隔が狭く、かつ前記第二方向ｄ２における前記ピン１１１が配置される領域の寸法が他の前記流路区画Ｆ１における前記ピン１１１が配置される領域の寸法に比べて小さくてもよい。
　上記構成によれば、導入口１７の寸法が各流路区画Ｆ１で同一であり、中央部の半導体部品２０に対応する流路区画Ｆ１１ではピン１１１同士の間隔が狭い。一方で、中央部の半導体部品２０に対応する流路区画Ｆ１１では第二方向ｄ２におけるピン１１１が配置される領域の寸法が小さい。これにより、中央部の半導体部品２０に対応する流路区画Ｆ１に供給される冷媒の流量を他の流路区画Ｆ１と同等以上とすることができる。
　さらに高い冷却効果を発揮する冷却装置を提供することができる。
１…冷却装置
２…基板
１０…ベース
１１，１１ａ…フィン
１２…底板
１３…裏面
１４…側壁
１７…導入口
１８…隔壁部
２０…半導体部品
２１ａ…第一半導体部品
２１ｂ…第二半導体部品
２１…基板本体
２２…銅パターン
２３…接合材
２４…接合材
１０１…冷却装置
１１１…ピン
２０１…冷却装置
ｄ１…第一方向
ｄ２…第二方向
Ｆ…流路
Ｆ１…流路区画
Ｆ１１…第一流路区画

Claims (7)

  1. 　基板の表面に実装され、第一方向に配列された複数の半導体部品を冷却する冷却装置であって、
    　前記基板の裏面に取り付けられたベースと、
    　前記ベースに離間して配置されることで該ベースとの間に冷媒が流通する流路を形成する底板と、
    　前記流路内に配置された冷却体と、
    を備え、
    　前記流路は、前記半導体部品ごとに独立して設けられ、前記第一方向に直交する第二方向に延びる複数の流路区画を有し、
    　前記底板における前記第二方向の中央部には、各前記流路区画に前記冷媒を供給する導入口が形成されている冷却装置。
  2. 　前記冷却体は、前記ベースから前記底板に向かって突出するとともに、前記第二方向に延びる複数のフィンであり、互いに隣り合う一対の前記流路区画は、一の前記フィンによって区画されている請求項１に記載の冷却装置。
  3. 　前記複数の半導体部品のうち、前記第一方向における中央部に位置する前記半導体部品に対応する前記流路区画では、他の前記流路区画に比べて前記フィン同士の間の間隔が狭く、かつ他の前記流路区画に比べて前記導入口の前記第二方向における寸法が大きい請求項２に記載の冷却装置。
  4. 　前記導入口の前記第二方向における寸法は、複数の前記流路区画同士の間で同一であり、
    　前記複数の半導体部品のうち、前記第一方向における中央部に位置する前記半導体部品に対応する前記流路区画では、他の前記流路区画に比べて前記フィン同士の間の間隔が狭く、かつ前記第二方向における前記フィンの寸法が他の前記流路区画における前記フィンの寸法に比べて小さい請求項２に記載の冷却装置。
  5. 　前記冷却体は、前記ベースから前記底板に向かって延びる棒状をなす複数のピンであり、
    　互いに隣り合う一対の前記流路区画同士の間に設けられた隔壁部をさらに備える請求項１に記載の冷却装置。
  6. 　前記複数の半導体部品のうち、前記第一方向における中央部に位置する前記半導体部品に対応する前記流路区画では、他の前記流路区画に比べて前記ピン同士の間の間隔が狭く、かつ他の前記流路区画に比べて前記導入口の前記第二方向における寸法が大きい請求項５に記載の冷却装置。
  7. 　前記導入口の前記第二方向における寸法は、複数の前記流路区画同士の間で同一であり、
    　前記複数の半導体部品のうち、前記第一方向における中央部に位置する前記半導体部品に対応する前記流路区画では、他の前記流路区画に比べて前記ピン同士の間の間隔が狭く、かつ前記第二方向における前記ピンが配置される領域の寸法が他の前記流路区画における前記ピンが配置される領域の寸法に比べて小さい請求項５に記載の冷却装置。
PCT/JP2022/040415 2022-03-22 2022-10-28 冷却装置 WO2023181481A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022045924A JP2023140076A (ja) 2022-03-22 2022-03-22 冷却装置
JP2022-045924 2022-03-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023181481A1 true WO2023181481A1 (ja) 2023-09-28

Family

ID=88100370

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/040415 WO2023181481A1 (ja) 2022-03-22 2022-10-28 冷却装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2023140076A (ja)
WO (1) WO2023181481A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011166113A (ja) * 2010-01-15 2011-08-25 Toyota Central R&D Labs Inc 冷却器
JP2012044140A (ja) * 2010-07-23 2012-03-01 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
US20170055378A1 (en) * 2015-08-20 2017-02-23 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Configurable double-sided modular jet impingement assemblies for electronics cooling
WO2018073965A1 (ja) * 2016-10-21 2018-04-26 三菱電機株式会社 半導体モジュール及び電力変換装置
US20210247151A1 (en) * 2018-05-02 2021-08-12 EKWB d.o.o. Fluid-based cooling device for cooling at least two distinct first heat-generating elements of a heat source assembly

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011166113A (ja) * 2010-01-15 2011-08-25 Toyota Central R&D Labs Inc 冷却器
JP2012044140A (ja) * 2010-07-23 2012-03-01 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
US20170055378A1 (en) * 2015-08-20 2017-02-23 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Configurable double-sided modular jet impingement assemblies for electronics cooling
WO2018073965A1 (ja) * 2016-10-21 2018-04-26 三菱電機株式会社 半導体モジュール及び電力変換装置
US20210247151A1 (en) * 2018-05-02 2021-08-12 EKWB d.o.o. Fluid-based cooling device for cooling at least two distinct first heat-generating elements of a heat source assembly

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023140076A (ja) 2023-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9472488B2 (en) Semiconductor device and cooler thereof
TWI527168B (zh) 冷卻裝置及使用該冷卻裝置之附冷卻裝置的功率模組
US9298231B2 (en) Methods of fabricating a coolant-cooled electronic assembly
US9253923B2 (en) Fabricating thermal transfer and coolant-cooled structures for cooling electronics card(s)
CN112840497A (zh) 用于车辆电池模块的蛇形逆流冷却板
KR20150051894A (ko) 방열 장치
US5705854A (en) Cooling apparatus for electronic device
US4450505A (en) Apparatus for cooling integrated circuit chips
JP2003008264A (ja) 電子部品の冷却装置
JP3780953B2 (ja) 冷却装置付き電子回路装置
JP6157887B2 (ja) 冷却装置
KR20210090231A (ko) 열전달이 개선된 파워 일렉트로닉스용 충돌 제트 냉각판
WO2023188501A1 (ja) 冷却装置
US20150250075A1 (en) Cooler and electronic device
WO2023181481A1 (ja) 冷却装置
US20210247151A1 (en) Fluid-based cooling device for cooling at least two distinct first heat-generating elements of a heat source assembly
JP6190914B1 (ja) 冷媒流路付き電気機器
JP3462598B2 (ja) ヒートシンク付レーザダイオードアレイ
US20210378144A1 (en) Radiator
JPS62257796A (ja) 電子部品の冷却装置
JP2005197454A (ja) 冷却装置
TWM611757U (zh) 液冷式散熱系統
US20210404751A1 (en) Liquid cooling structure and liquid cooling system including the liquid cooling structure
JPH0526758Y2 (ja)
US20230005815A1 (en) Cooling device

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: 22933611

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1