JP6239997B2 - Cooler - Google Patents
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Description
本発明は、冷却器に関するものである。 The present invention relates to a cooler.
従来、電力機器制御用の半導体素子を内蔵した半導体モジュールの放熱を行うため、平板状の水冷プレートが使われている。近年、搭載効率を高めるため、平板状の水冷プレートの両面に発熱素子が配置されるようになってきた。その際、両面の素子の発熱密度あるいは許容温度が異なる場合には、水冷プレートの一方の面ともう一方の面との間に温度差が生じ、温度の低い面に反対側の面(温度の高い面)からの熱が伝わることがあった。このため、平板状の水冷プレートの流路を2層にして、水冷プレートの両面の素子の条件に合った過不足の無い冷却性能を有する流路を設けられてきた。このようにすることによって、許容温度が高い半導体素子が設けられる面が高い冷却性能を有するようにすることができ、製造コストの低減や手間を省くことができるようになった。 Conventionally, a flat water-cooled plate has been used to radiate heat from a semiconductor module containing a semiconductor element for controlling electric power equipment. In recent years, heating elements have been arranged on both sides of a flat water-cooled plate in order to increase mounting efficiency. At that time, if the heat generation density or allowable temperature of the elements on both sides are different, a temperature difference will occur between one side and the other side of the water cooling plate, and the opposite side (temperature The heat from the high surface was transmitted. For this reason, the flow path of the flat water-cooled plate is made into two layers, and the flow path which has the cooling performance without the excess and deficiency which met the conditions of the element of both surfaces of a water-cooling plate has been provided. By doing so, the surface on which the semiconductor element having a high allowable temperature is provided can have high cooling performance, and the manufacturing cost can be reduced and labor can be saved.
しかしながら、上述の2層構造を有し、それぞれの面に適した流路が設けられても、発熱密度あるいは許容温度の違いから、依然として両面に温度差が生じることがあった。そして、温度が高い側から温度が低い側に熱が伝わってしまい、温度が低い側の流路内を流れる冷却水の温度を上昇させ、許容温度の低い側の半導体モジュールの温度を上昇させてしまうことがあった。 However, even if the above-mentioned two-layer structure is provided and a flow path suitable for each surface is provided, a temperature difference may still occur between both surfaces due to a difference in heat generation density or allowable temperature. Then, heat is transferred from the higher temperature side to the lower temperature side, the temperature of the cooling water flowing in the flow path on the lower temperature side is increased, and the temperature of the semiconductor module on the lower allowable temperature side is increased. There was a case.
このような素子間の温度の伝わり方を改善するために、特許文献1および特許文献2が提案されてきた。 In order to improve the way in which the temperature is transmitted between the elements, Patent Documents 1 and 2 have been proposed.
特許文献1には、素子の配置が重ならないようにずらす方法が記載されているが、素子の配置が変えられない冷却器への適用は困難であった。また、特許文献1の方法は自然空冷に関連する装置であり、流路内の冷却媒体の温度上昇を解決するものではない。 Patent Document 1 describes a method of shifting so that the arrangement of elements does not overlap, but it has been difficult to apply to a cooler in which the arrangement of elements cannot be changed. Moreover, the method of patent document 1 is an apparatus relevant to natural air cooling, and does not solve the temperature rise of the cooling medium in the flow path.
また、特許文献2の放熱体においては、平板状の水冷プレートの両面に素子を配置する構造ではなく、発熱量が異なる素子毎に放熱体が必要なため、搭載効率を高くすることが難しく、それゆえに多数の発熱素子を冷却することは困難であった。 In addition, in the radiator of Patent Document 2, it is not a structure in which elements are arranged on both sides of a flat water-cooled plate, but a radiator is required for each element with a different amount of heat generation, so it is difficult to increase the mounting efficiency. Therefore, it has been difficult to cool a large number of heating elements.
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、高い冷却効率を有し、かつ、省スペース化された冷却器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a cooler having high cooling efficiency and space saving.
上記目的を達成するため、本発明にかかる冷却器は、
蓋部材と、
第一の流路部と、
第二の流路部と、
を備え、
前記蓋部材の外面に第一の発熱体が設けられ、前記第二の流路部の外面に第二の発熱体が設けられ、
前記第一の発熱体の使用温度と、前記第二の発熱体の使用温度とが異なり、
前記第一の流路部と、前記第二の流路部との間に断熱層が設けられた、
ことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a cooler according to the present invention includes:
A lid member;
A first flow path section;
A second flow path section;
With
A first heating element is provided on the outer surface of the lid member, and a second heating element is provided on the outer surface of the second flow path part,
The use temperature of the first heating element is different from the use temperature of the second heating element,
A heat insulating layer was provided between the first flow path part and the second flow path part,
It is characterized by that.
前記断熱層が気体を含む空間であってもよい。 The heat insulating layer may be a space containing a gas.
前記断熱層が複数の開口部を備え、
前記複数の開口部が前記空間を介して連通してもよい。
The thermal insulation layer comprises a plurality of openings;
The plurality of openings may communicate with each other through the space.
前記断熱層の外縁部にロウ溜まり部が設けられてもよい。 A wax reservoir may be provided at the outer edge of the heat insulating layer.
前記ロウ溜まり部にアルミニウム繊維が設けられてもよい。 Aluminum fibers may be provided in the wax reservoir.
前記ロウ溜まり部に溝が設けられてもよい。 A groove may be provided in the wax reservoir.
本発明によれば、高い冷却効率を有し、かつ、省スペース化された冷却器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a cooler having high cooling efficiency and space saving.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係る冷却器について詳細に説明する。 Hereinafter, a cooler according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の実施形態に係る冷却器100の外形を模式的に示す斜視図である。図2は本発明の実施形態に係る冷却器100の内部構造を模式的に示す断面図である。図1に示すように、冷却器100は、蓋部材1、冷却媒体の流入口2、冷却媒体の流出口3、開口部4を備える。冷却器100の外形寸法は本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、たとえば、厚さ30mm〜50mm×幅200mm〜300mm×長さ500mm〜600mmなどが用いられる。なお、開口部4は冷却器100の奥行き方向を貫通するように設けられている(奥行き側の開口部は図示せず)。本発明の実施形態においては、冷却媒体としては、たとえば、水、不凍液などが用いられる。図2に示すように、平板状の冷却器100においては、蓋部材1の外面(図2中、蓋部材1の上面)および第二の流路部11の外面(図2中、第二の流路部11の下面)にそれぞれ使用温度が異なる発熱体(半導体モジュール5、高温半導体モジュール6(第二の発熱体)および低温半導体モジュール7(第一の発熱体))が設けられる。本発明の実施形態においては、高温半導体モジュール6の使用温度は半導体モジュールの使用温度よりも高く、半導体モジュール5の使用温度は低温半導体モジュール7の使用温度よりも高い。半導体モジュール5、高温半導体モジュール6および低温半導体モジュール7の寸法は本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、たとえば、幅130〜150mm×長さ185〜195mmなどが用いられる。また、半導体モジュール5、高温半導体モジュール6および低温半導体モジュール7の使用温度は本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、たとえば、それぞれ、40〜60℃、75〜85℃、25〜35℃などが用いられる。また、冷却器100は、2層構造の流路部(第一の流路部9および第二の流路部11)を備え、第一の流路部9と第二の流路部11との間には、中間断熱層部材10内に配置された断熱層12が設けられている。断熱層12は、第一の流路部9および第二の流路部11と隔てられた空気の層を有する中空状の空間である。また、断熱層12以外の部分では、中間断熱層部材10の中実状の部分を介して第一の流路部9と第二の流路部11とが熱的に接合されている。なお、第二の流路部11の外面(図2中、下面)は、冷却器100の蓋の役割を有する。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing the outer shape of a cooler 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the internal structure of the cooler 100 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the cooler 100 includes a lid member 1, a cooling medium inlet 2, a cooling medium outlet 3, and an opening 4. The external dimensions of the cooler 100 are appropriately selected within the scope of the effects of the present invention, and are not limited to the following. For example, a thickness of 30 mm to 50 mm × width of 200 mm to 300 mm × length of 500 mm to 600 mm is used. It is done. The opening 4 is provided so as to penetrate the depth direction of the cooler 100 (the opening on the depth side is not shown). In the embodiment of the present invention, for example, water, antifreeze, or the like is used as the cooling medium. As shown in FIG. 2, in the flat cooler 100, the outer surface of the lid member 1 (the upper surface of the lid member 1 in FIG. 2) and the outer surface of the second flow path portion 11 (the second in FIG. 2). Heating elements (semiconductor module 5, high-temperature semiconductor module 6 (second heating element), and low-temperature semiconductor module 7 (first heating element)) having different use temperatures are provided on the lower surface of the flow path portion 11. In the embodiment of the present invention, the use temperature of the high temperature semiconductor module 6 is higher than the use temperature of the semiconductor module, and the use temperature of the semiconductor module 5 is higher than the use temperature of the low temperature semiconductor module 7. The dimensions of the semiconductor module 5, the high-temperature semiconductor module 6 and the low-temperature semiconductor module 7 are appropriately selected within the scope of the effects of the present invention, and are not limited to the following, but are, for example, 130 to 150 mm wide × 185 to 195 mm long Etc. are used. Further, the operating temperatures of the semiconductor module 5, the high temperature semiconductor module 6 and the low temperature semiconductor module 7 are appropriately selected within the range where the effects of the present invention are exerted, and are not limited to the following. 75-85 degreeC, 25-35 degreeC, etc. are used. In addition, the cooler 100 includes a two-layered flow path section (first flow path section 9 and second flow path section 11), and the first flow path section 9 and the second flow path section 11 In between, the heat insulation layer 12 arrange | positioned in the intermediate | middle heat insulation layer member 10 is provided. The heat insulation layer 12 is a hollow space having an air layer separated from the first flow path portion 9 and the second flow path portion 11. Moreover, in parts other than the heat insulation layer 12, the 1st flow path part 9 and the 2nd flow path part 11 are thermally joined via the solid-shaped part of the intermediate | middle heat insulation layer member 10. FIG. Note that the outer surface (the lower surface in FIG. 2) of the second flow path portion 11 serves as a lid of the cooler 100.
蓋部材1、流入口2、流出口3、第一の流路部9、中間断熱層部材10、第二の流路部11のそれぞれは、たとえば、JIS A1050合金などのアルミニウム合金、銅、ステンレスなどの熱伝導性の高い材料で形成される。 The lid member 1, the inlet 2, the outlet 3, the first flow path portion 9, the intermediate heat insulation layer member 10, and the second flow path portion 11 are each made of, for example, an aluminum alloy such as JIS A1050 alloy, copper, stainless steel, etc. Formed of a material having high thermal conductivity.
図3は、本発明の実施形態に係る、流路15を備える冷却器100の内部構造を模式的に示す分解斜視図である。なお、図3および後述する図4においては、図面の簡略化のため、半導体モジュール5、高温半導体モジュール6および低温半導体モジュール7は図示されていない。図3に示すように、第一の流路部9は、その内部に、流路15と、孔30と、を備え、第二の流路部11は、その内部に、流路15と、孔30と、を備える。第一の流路部9および第二の流路部11の寸法は本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、たとえば、厚さ10〜20mm×幅200〜300mm×長さ500〜600mmなどが採用される。また、第二の流路部11の下部に流入口2および流出口3が設けられ、孔30と接続される。流路15および孔30は、流入口2から流入する冷却媒体が冷却器100の内部を流れた後、流出口3から流出するようにする機能を有する。第一の流路部9および第二の流路部11において流路15を形成する方法としては、たとえば、圧延板から切削などによって機械加工する方法や、鍛造、ダイカスト等で形成する方法が挙げられるが、これらの方法に限定されるものではない。また、流路15の幅や高さは本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、たとえば、幅が約1〜2mmの細溝であってもよいし、約5mmの中程度の幅を有する溝などであってもよい。 FIG. 3 is an exploded perspective view schematically showing the internal structure of the cooler 100 including the flow path 15 according to the embodiment of the present invention. In FIG. 3 and FIG. 4 to be described later, the semiconductor module 5, the high temperature semiconductor module 6, and the low temperature semiconductor module 7 are not shown for simplification of the drawing. As shown in FIG. 3, the first flow path portion 9 includes a flow path 15 and a hole 30 therein, and the second flow path portion 11 includes a flow path 15 therein, Hole 30. The dimensions of the first flow path portion 9 and the second flow path portion 11 are appropriately selected within the range where the effects of the present invention are exhibited, and are not limited to the following, but are, for example, 10 to 20 mm thick × 200 width 200 ˜300 mm × length 500 to 600 mm are adopted. In addition, an inlet 2 and an outlet 3 are provided below the second flow path portion 11 and connected to the hole 30. The flow path 15 and the hole 30 have a function of allowing the cooling medium flowing in from the inlet 2 to flow out of the outlet 3 after flowing through the inside of the cooler 100. Examples of the method for forming the flow path 15 in the first flow path section 9 and the second flow path section 11 include a method of machining a rolled plate by cutting, a method of forming by forging, die casting, or the like. However, it is not limited to these methods. Further, the width and height of the flow path 15 are appropriately selected within the range where the effects of the present invention are exhibited. For example, the flow path 15 may be a narrow groove having a width of about 1 to 2 mm, or has a medium width of about 5 mm. It may be a groove or the like.
また、図3に示すように、中間断熱層部材10は、その内部に、断熱層12と、孔30と、複数の開口部4と、を備える。上述のように、断熱層12は、第一の流路部9および第二の流路部11とは隔てられた空気層を有する空間である。複数の開口部4は、空気層からなる断熱層12内部の空間を介して貫通するように(すなわち、図2中、奥行き方向に断熱層12内部の空間を貫通するように)設けられており、断熱層12内部の暖められた空気の冷却器100の外への排出を容易にし、断熱層12による断熱の効果を持続させる効果を有する。開口部4の寸法および数は、本発明の効果を有する範囲で適宜選択され、寸法は、たとえば、深さ1〜3mm×幅5〜15mm×長さ20〜40mmなどが採用され、また、図3および後述する図4においては開口部4の数は2つであるが、3つでもよいし、4つでもよいし、それ以上の数であってもよい。また、開口部4がなくてもよい。 Moreover, as shown in FIG. 3, the intermediate | middle heat insulation layer member 10 is equipped with the heat insulation layer 12, the hole 30, and the some opening part 4 in the inside. As described above, the heat insulating layer 12 is a space having an air layer separated from the first flow path portion 9 and the second flow path portion 11. The plurality of openings 4 are provided so as to penetrate through the space inside the heat insulation layer 12 made of an air layer (that is, so as to penetrate the space inside the heat insulation layer 12 in the depth direction in FIG. 2). In addition, it has the effect of facilitating the discharge of the warmed air inside the heat insulating layer 12 to the outside of the cooler 100 and maintaining the heat insulating effect by the heat insulating layer 12. The dimensions and the number of the openings 4 are appropriately selected within the range having the effects of the present invention. For example, the depth is 1 to 3 mm, the width is 5 to 15 mm, and the length is 20 to 40 mm. In FIG. 3 and FIG. 4 described later, the number of the openings 4 is two, but may be three, four, or more. Further, the opening 4 may not be provided.
以下、冷却器100の製造方法(組み立て方法)を説明する。冷却器100の製造方法(組み立て方法)は本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、たとえば、NB(Nocolok Blazing)ロウ付け法等を用いることができる。以下、NBロウ付け法を用いた冷却器100の製造方法を説明する。 Hereinafter, the manufacturing method (assembly method) of the cooler 100 will be described. The manufacturing method (assembly method) of the cooler 100 is appropriately selected within the scope of the effects of the present invention, and is not limited to the following. For example, an NB (Nocolok Blazing) brazing method or the like can be used. Hereinafter, a method for manufacturing the cooler 100 using the NB brazing method will be described.
はじめに、蓋部材1を、たとえば、圧延などによって作成する。また、第一の流路部9および第二の流路部11を、上述のように、たとえば、圧延板から切削などによって機械加工する方法や、鍛造、ダイカスト等で形成する方法によって作成する。また、中間断熱層部材10も、第一の流路部9および第二の流路部11と同様、たとえば、圧延板から切削などによって機械加工する方法や、鍛造、ダイカスト等で形成する方法によって作成する。また、冷却媒体用の流入口2および流出口3を、たとえば、切削、鍛造、ダイカスト等で形成する方法によって作成する。 First, the lid member 1 is created by, for example, rolling. Moreover, the 1st flow-path part 9 and the 2nd flow-path part 11 are produced by the method of machining by a cutting etc. from a rolled plate, the method of forming by forging, die-casting, etc. as mentioned above. Further, the intermediate heat insulating layer member 10 is also formed by, for example, a method of machining from a rolled plate by cutting or the like, a method of forming by forging, die casting or the like, like the first flow path portion 9 and the second flow path portion 11. create. Further, the inlet 2 and the outlet 3 for the cooling medium are created by a method of forming by cutting, forging, die casting or the like, for example.
次に、下から順に、第二の流路部11、中間断熱層部材10、第一の流路部9、蓋部材1を積層し、第二の流路部11の下に流入口2および流出口3を設ける。積層する際、これらの構成部材の間に、たとえば、フッ素系化合物などのフラックスを塗布したブレージングシートなどを配置する。また、積層する際、流入口2、流出口3、孔30を冷却媒体が通るようにそれぞれの位置を合わせる。ブレージングシートの材質、寸法などは本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、たとえば、厚さが0.1mm以上0.2mm以下で、ロウ付け可能なJIS A1000系合金あるいはJIS A3000系合金の芯材の両面にJIS A4045合金を10%クラッドされたものなどが用いられる。また、接合用のロウ材は本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、ブレージングシートに限らず、ペーストロウ(たとえば、粉末のロウ材、バインダー、および、フラックスの混合物)等を用いてもよい。 Next, in order from the bottom, the second flow path part 11, the intermediate heat insulation layer member 10, the first flow path part 9, and the lid member 1 are laminated, and the inlet 2 and the second flow path part 11 are An outlet 3 is provided. When laminating, for example, a brazing sheet coated with a flux such as a fluorine-based compound is disposed between these constituent members. Moreover, when laminating | stacking, each position is adjusted so that a cooling medium may pass the inflow port 2, the outflow port 3, and the hole 30. FIG. The material and dimensions of the brazing sheet are appropriately selected within the scope of the effects of the present invention, and are not limited to the following. For example, the brazing sheet has a thickness of 0.1 mm to 0.2 mm and can be brazed. A material obtained by cladding 10% of JIS A4045 alloy on both sides of the core material of A1000 alloy or JIS A3000 alloy is used. In addition, the brazing material for joining is appropriately selected within the scope of the effects of the present invention, and is not limited to the brazing sheet, but may be paste wax (for example, a mixture of powder brazing material, binder, and flux). .
ついで、積層された上述の構成部材を、たとえば窒素雰囲気環境で、たとえば580℃以上630℃以下の温度に加熱したロウ付け炉に入れて加熱し、たとえば、1分間以上5分間以下保持して、ブレージングシートのロウ材を溶融させて、上述の構成部材を一体に接合する。 Next, the above-described component members stacked are heated in a brazing furnace heated to a temperature of, for example, 580 ° C. or more and 630 ° C. or less in a nitrogen atmosphere environment, for example, and held for 1 minute or more and 5 minutes or less, The brazing material of the brazing sheet is melted and the above-described components are joined together.
以上の工程によって、冷却器100が製造される。 The cooler 100 is manufactured through the above steps.
上述のように、ロウ付け法を用いて冷却器100を製造することによって、安価かつ効率的に、冷却媒体が漏れないように上述の構成部材を一体に接合することができる。また、冷却器100の製造工程においては面接合が用いられるため、構成部材間の接合に十分な強度が得られ、必ずしも接合部分にフィレットが必要ではなく、接合に必要なロウ材の量を低減することができる。 As described above, by manufacturing the cooler 100 using the brazing method, the above-described constituent members can be joined together in an inexpensive and efficient manner so that the cooling medium does not leak. In addition, since surface bonding is used in the manufacturing process of the cooler 100, sufficient strength is obtained for bonding between the constituent members, and a fillet is not necessarily required at the bonding portion, and the amount of brazing material necessary for bonding is reduced. can do.
以下、冷却器100の構造の効果を述べる。 Hereinafter, effects of the structure of the cooler 100 will be described.
従来の冷却器においては、たとえば、使用温度が高温側の半導体モジュールの温度が80℃で、低温側の半導体モジュールの温度が30℃の場合、両面の温度が均一にはならないものの、低温側の温度が上昇してたとえば50℃になり、高温側の温度が低下してたとえば60℃となるように、冷却器の一方の面ともう一方の面との間で伝熱されてしまうことがあった。また、このような伝熱を抑制するための冷却器の構造は、半導体モジュールなどの素子の配置をずらすことが必要であったり、発熱量が異なる素子毎に放熱体が必要なために搭載効率を高くすることが難しく、多数の発熱素子を冷却することが困難であったりしていた。 In the conventional cooler, for example, when the temperature of the semiconductor module on the high temperature side is 80 ° C. and the temperature of the semiconductor module on the low temperature side is 30 ° C., the temperature on both sides is not uniform, Heat may be transferred between one surface of the cooler and the other surface so that the temperature rises to, for example, 50 ° C. and the temperature on the high temperature side decreases to, for example, 60 ° C. It was. In addition, the structure of the cooler to suppress such heat transfer requires mounting the elements such as semiconductor modules, or requires a radiator for each element that generates a different amount of heat. It is difficult to increase the temperature and it is difficult to cool a large number of heating elements.
一方、図2に示すように、冷却器100は、第一の流路部9の流路15と、第二の流路部11の流路15からなる2層の流路の間に、断熱層12が設けられた中間断熱層部材10を備える。そのため、冷却器100は、平板状の冷却器100の厚さ方向の略中央部の断熱したい箇所に空間からなる断熱層12を備え、断熱層12内部の空気によって第一の流路部9と第二の流路部11との間を断熱することによって、特別な部材を設けることなく、高温半導体モジュール6を第二の流路部11によって冷却し、低温半導体モジュール7を第一の流路部9によってそれぞれ冷却することができる。すなわち、冷却器100は、第一の流路部9と第二の流路部11との間に、断熱したい部分のみを薄く加工した平板部材(中間断熱層部材10)を挟むことで、両面の流路(第一の流路部9の流路15と第二の流路部11の流路15)同士の、図2中、矢印14で示される方向の伝熱を抑制することができる。 On the other hand, as shown in FIG. 2, the cooler 100 is adiabatic between a two-layer flow path composed of the flow path 15 of the first flow path section 9 and the flow path 15 of the second flow path section 11. The intermediate heat insulation layer member 10 provided with the layer 12 is provided. Therefore, the cooler 100 includes a heat insulating layer 12 composed of a space at a location where heat insulation is desired at a substantially central portion in the thickness direction of the flat plate cooler 100, and the first flow path portion 9 and the air flow inside the heat insulating layer 12. By insulating heat from the second flow path portion 11, the high temperature semiconductor module 6 is cooled by the second flow path portion 11 without providing a special member, and the low temperature semiconductor module 7 is moved to the first flow path. Each part 9 can be cooled. That is, the cooler 100 has a flat plate member (intermediate heat insulating layer member 10) in which only a portion to be insulated is thinly sandwiched between the first flow path portion 9 and the second flow path portion 11, so Heat transfer in the direction indicated by the arrow 14 in FIG. 2 can be suppressed between the first flow paths (the flow path 15 of the first flow path section 9 and the flow path 15 of the second flow path section 11). .
また、冷却器100は、板厚方向の略中央部に断熱層12を備えることで、冷却器100の面内で伝熱させたい部分と伝熱させたい部分とが混在している場合でも、所望の断熱および伝熱の効果を得ることができる。すなわち、図2に示すように、通常の温度の半導体モジュール5が配置された箇所には断熱層12がなく、高温半導体モジュール6および低温半導体モジュール7が配置された箇所に断熱層12が設けられているため、半導体モジュール5が配置された箇所では矢印14の方向に伝熱させることができ、高温半導体モジュール6および低温半導体モジュール7が配置された箇所では矢印14の方向の伝熱を抑制することができる。 In addition, the cooler 100 includes the heat insulating layer 12 in the substantially central portion in the plate thickness direction, so that even when a portion that wants to transfer heat and a portion that wants to transfer heat are mixed in the plane of the cooler 100, Desired heat insulation and heat transfer effects can be obtained. That is, as shown in FIG. 2, the heat insulating layer 12 is not provided at the place where the normal temperature semiconductor module 5 is arranged, and the heat insulating layer 12 is provided at the place where the high temperature semiconductor module 6 and the low temperature semiconductor module 7 are arranged. Therefore, heat can be transferred in the direction of the arrow 14 at the place where the semiconductor module 5 is arranged, and heat transfer in the direction of the arrow 14 is suppressed at the place where the high temperature semiconductor module 6 and the low temperature semiconductor module 7 are arranged. be able to.
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、使用温度が違う複数の発熱素子(たとえば、パワー半導体モジュール等)が両面に配置されている場合などにおいても、反対側の面からの伝熱によって温度が上昇することなく効率的に冷却可能であり、かつ、搭載効率に優れた冷却器100を実現できる。すなわち、本発明の実施形態によれば、素子からの発熱量の増大に対応することが可能であり、なおかつ、省スペース化を可能とする冷却器100を実現できる。 As described above, according to the embodiment of the present invention, even when a plurality of heating elements (for example, power semiconductor modules) having different operating temperatures are arranged on both surfaces, the power is transmitted from the opposite surface. The cooler 100 can be efficiently cooled without increasing the temperature due to heat, and has excellent mounting efficiency. That is, according to the embodiment of the present invention, it is possible to realize the cooler 100 that can cope with an increase in the amount of heat generated from the element and that can save space.
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば種々の変形が可能である。たとえば、本発明の実施形態においては、冷却媒体として、水や不凍液を用いた形態について説明したが、空気や二酸化炭素などの気体を用いてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in the embodiment of the present invention, the form using water or antifreeze as the cooling medium has been described, but a gas such as air or carbon dioxide may be used.
また、上記実施形態においては、断熱層12の空間が空気を含むことで断熱する形態について説明したが、空気以外によって断熱してもよく、本発明の効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、たとえば、酸素や二酸化炭素などの気体によって断熱してもよいし、ポリスチレンフォームなどのプラスチック系の断熱材や、グラスウールなどの鉱物系の断熱材を空間内に充填することによって断熱してもよい。また、上記実施形態においては、開口部4が空間を介して貫通している形態について説明したが、開口部4が空間を介して貫通していない形態においても、断熱層12は断熱効果を奏し、冷却器100は本発明の効果を奏することができる。 Moreover, in the said embodiment, although the form which heat-insulates by the space of the heat insulation layer 12 containing air was demonstrated, you may heat-insulate other than air and is suitably selected in the range with the effect of this invention, and is as follows. Although it is not limited, for example, it may be insulated with a gas such as oxygen or carbon dioxide, or a plastic insulation such as polystyrene foam or a mineral insulation such as glass wool is filled in the space. You may insulate. Moreover, in the said embodiment, although the form which the opening part 4 penetrated through the space was demonstrated, the heat insulation layer 12 has a heat insulation effect also in the form where the opening part 4 does not penetrate through the space. The cooler 100 can achieve the effects of the present invention.
また、図4に示すように、冷却器110の第三の流路部17(高温側)および第四の流路部18(低温側)が、冷却媒体が通る流路部にインナーフィン16を備えていてもよい。インナーフィン16を備えることによって、冷却媒体が冷却器110の内部を通過する際の第三の流路部17および第四の流路部18の内部での伝熱性能を向上させることができる。インナーフィン16を設ける空間19(高温側)および空間20(低温側)を形成する方法としては、圧延板から切削などによって機械加工する方法や、鍛造、ダイカスト等で形成する方法が挙げられるが、これらの方法に限定されるものではない。また、インナーフィン16に使用されるフィンには、コルゲート加工されたフィンや押出による櫛フィン、鍛造によるピンフィンなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。 Further, as shown in FIG. 4, the third flow path portion 17 (high temperature side) and the fourth flow path portion 18 (low temperature side) of the cooler 110 are provided with inner fins 16 in the flow path portion through which the cooling medium passes. You may have. By providing the inner fins 16, the heat transfer performance inside the third flow path portion 17 and the fourth flow path portion 18 when the cooling medium passes through the inside of the cooler 110 can be improved. Examples of a method for forming the space 19 (high temperature side) and the space 20 (low temperature side) in which the inner fin 16 is provided include a method of machining from a rolled plate by cutting, a method of forming by forging, die casting, and the like. It is not limited to these methods. Further, examples of the fins used for the inner fins 16 include corrugated fins, comb fins by extrusion, and pin fins by forging, but are not limited thereto.
また、図5に示すように、中間断熱層部材10の断熱層12の外縁部にロウ溜まり部21を設けてもよい。こうすることによって、断熱層12の部分や開口部4が溶融した余剰なロウで塞がれることを抑制することができ、冷却器の冷却効率を一層高めることができる。 Further, as shown in FIG. 5, a wax reservoir 21 may be provided on the outer edge portion of the heat insulating layer 12 of the intermediate heat insulating layer member 10. By doing so, it is possible to suppress the portion of the heat insulating layer 12 and the opening 4 from being clogged with the molten excessive wax, and the cooling efficiency of the cooler can be further enhanced.
また、図6に示すように、中間断熱層部材10のロウ溜まり部21に、溶融したロウが溜まりやすいよう、たとえば数十〜数百μmの長さのアルミニウム繊維22を設けてもよい。こうすることによって、溶融した余剰なロウが発生した場合に、毛細管現象によってアルミニウム繊維22にロウが吸着されるため、断熱層12や開口部4が余剰なロウで塞がれることを一層抑制することができ、冷却器の冷却効率をより一層高めることができる。 In addition, as shown in FIG. 6, aluminum fibers 22 having a length of, for example, several tens to several hundreds of μm may be provided in the brazing reservoir portion 21 of the intermediate heat insulation layer member 10 so that the melted wax tends to accumulate. In this way, when the molten excessive wax is generated, the aluminum fiber 22 is adsorbed by the capillary phenomenon, so that the heat insulating layer 12 and the opening 4 are further prevented from being blocked by the excessive wax. The cooling efficiency of the cooler can be further increased.
また、図7に示すように、中間断熱層部材10のロウ溜まり部21に余剰なロウが溜まりやすいよう、たとえば、溝の幅が1〜3mm、長さが10mmなどの多数の微細溝23を設けてもよい。こうすることによって、溶融した余剰なロウが発生した場合に、毛細管現象によって微細な溝の部分にロウが吸着されるため、断熱層12や開口部4が余剰なロウで塞がれることを一層抑制することができ、冷却器の冷却効率をより一層高めることができる。 Further, as shown in FIG. 7, for example, a large number of fine grooves 23 having a groove width of 1 to 3 mm and a length of 10 mm are formed so that excessive wax can be easily accumulated in the wax accumulation portion 21 of the intermediate heat insulating layer member 10. It may be provided. In this way, when a molten excess wax is generated, the wax is adsorbed to the fine groove portion by capillary action, so that the heat insulating layer 12 and the opening 4 are further blocked by the excess wax. Therefore, the cooling efficiency of the cooler can be further increased.
また、上記実施形態においては、複数の開口部4が貫通する形態について説明したが、複数の開口部4の接続形態は貫通に限定されるものではなく、たとえば、複数の開口部4が連通することによって断熱層12の内部の熱を冷却器の外に排出してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the form which the some opening part 4 penetrated was demonstrated, the connection form of the some opening part 4 is not limited to penetration, For example, the some opening part 4 connects. Thus, the heat inside the heat insulating layer 12 may be discharged out of the cooler.
1 蓋部材
2 流入口
3 流出口
4 開口部
5 半導体モジュール
6 高温半導体モジュール
7 低温半導体モジュール
9 第一の流路部
10 中間断熱層部材
11 第二の流路部
12 断熱層
14 伝熱による熱の移動方向
15 流路
16 インナーフィン
17 第三の流路部
18 第四の流路部
19 空間
20 空間
21 ロウ溜まり部分
22 アルミニウム繊維
23 微細溝
30 孔
100 冷却器
110 冷却器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lid member 2 Inlet 3 Outlet 4 Opening part 5 Semiconductor module 6 High temperature semiconductor module 7 Low temperature semiconductor module 9 First flow path part 10 Intermediate heat insulation layer member 11 Second flow path part 12 Heat insulation layer 14 Heat by heat transfer Movement direction 15 Flow path 16 Inner fin 17 Third flow path portion 18 Fourth flow path portion 19 Space 20 Space 21 Wax pool portion 22 Aluminum fiber 23 Fine groove 30 Hole 100 Cooler 110 Cooler
Claims (6)
第一の流路部と、
第二の流路部と、
を備え、
前記蓋部材の外面に第一の発熱体が設けられ、前記第二の流路部の外面に第二の発熱体が設けられ、
前記第一の発熱体の使用温度と、前記第二の発熱体の使用温度とが異なり、
前記第一の流路部と、前記第二の流路部との間に断熱層が設けられた、
ことを特徴とする冷却器。 A lid member;
A first flow path section;
A second flow path section;
With
A first heating element is provided on the outer surface of the lid member, and a second heating element is provided on the outer surface of the second flow path part,
The use temperature of the first heating element is different from the use temperature of the second heating element,
A heat insulating layer was provided between the first flow path part and the second flow path part,
A cooler characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の冷却器。 The heat insulating layer is a space containing gas,
The cooler according to claim 1.
前記複数の開口部が前記空間を介して連通する、
ことを特徴とする請求項2に記載の冷却器。 The thermal insulation layer comprises a plurality of openings;
The plurality of openings communicate with each other through the space;
The cooler according to claim 2.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の冷却器。 A wax reservoir is provided at the outer edge of the heat insulating layer,
The cooler according to any one of claims 1 to 3.
ことを特徴とする請求項4に記載の冷却器。 Aluminum fibers are provided in the wax reservoir,
The cooler according to claim 4.
ことを特徴とする請求項4に記載の冷却器。 A groove is provided in the wax reservoir,
The cooler according to claim 4.
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