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JP7345774B2 - How to manufacture a heat sink - Google Patents
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Description

本発明は、ヒートシンク及びヒートシンクの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a heat sink and a method of manufacturing the heat sink.

例えば、特許文献1には、マイクロ熱伝達器を用いた沸騰冷却装置(ヒートシンク)が開示されている。このような沸騰冷却装置においては、熱源であるパワーエレクトロニクス構成部材から発生した熱を、内部に形成された冷却通路を流れる冷媒を沸騰させることにより冷却している。 For example, Patent Document 1 discloses a boiling cooling device (heat sink) using a micro heat transfer device. In such a boiling cooling device, heat generated from a power electronics component that is a heat source is cooled by boiling a refrigerant flowing through a cooling passage formed inside.

特表2004-509450号公報Special Publication No. 2004-509450

昨今においては、高性能かつ小型の電子部品等の開発が行われており、このような高性能かつ小型の部品(熱源)から発生する高い熱を素早く冷却することが求められている。しかしながら、上記のような従来のヒートシンクにおいては、熱源に近い冷媒流路において、冷媒が沸騰することで大きな気泡が多数発生して流動抵抗が大きくなり、徐々に冷媒の流量が減少することで、冷却性能が小さくなる課題がある。 In recent years, high-performance and small-sized electronic components have been developed, and there is a need to quickly cool down the high heat generated from such high-performance and small-sized components (heat sources). However, in the conventional heat sink as described above, when the refrigerant boils, many large bubbles are generated in the refrigerant flow path near the heat source, increasing flow resistance and gradually reducing the flow rate of the refrigerant. There is a problem that cooling performance is reduced.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、高温の熱源の冷却時において、ヒートシンクの冷却性能を担保することを目的とする。 The present invention was made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to ensure the cooling performance of a heat sink when cooling a high-temperature heat source.

上記目的を達成するために、本発明では、ヒートシンクに係る第1の手段として、内部を流通する冷媒により熱源の熱を冷却するヒートシンクであって、前記冷媒が流通する冷媒流路を複数備え、熱源からの距離が近い冷媒流路は、熱源からの距離が遠い冷媒流路よりも水力直径が大きくなるように形状設定される、という構成を採用する。 In order to achieve the above object, the present invention provides, as a first means related to a heat sink, a heat sink that cools the heat of a heat source by a refrigerant flowing inside, comprising a plurality of refrigerant channels through which the refrigerant flows, A configuration is adopted in which a refrigerant flow path that is closer to the heat source has a larger hydraulic diameter than a refrigerant flow path that is farther from the heat source.

ヒートシンクに係る第2の手段として、上記第1の手段において、前記冷媒流路は、前記冷媒の流動方向に直交する断面形状が円形または多角形とされる、という構成を採用する。 As a second means related to the heat sink, a configuration is adopted in which the refrigerant flow path has a circular or polygonal cross-sectional shape perpendicular to the flow direction of the refrigerant in the first means.

ヒートシンクに係る第3の手段として、上記第1または第2の手段において、前記冷媒流路が形成されると共に、複数積層される冷媒流路層を備える、という構成を採用する。 As a third means related to the heat sink, a configuration is adopted in which the refrigerant flow path is formed in the first or second means, and a plurality of refrigerant flow path layers are laminated.

ヒートシンクの製造方法に係る第1の手段として、熱源に最も近い第1面に第1溝が形成され、前記熱源に最も近い面と対向する第2面に前記第1溝よりも水力直径が小さくなるように形状設定された第2溝が形成された流路板と、前記第1面および前記第2面に対して設けられる天板とを拡散接合により接合する、という構成を採用する。 As a first means according to the method for manufacturing a heat sink, a first groove is formed on a first surface closest to the heat source, and a hydraulic diameter smaller than the first groove is formed on a second surface opposite to the surface closest to the heat source. A configuration is adopted in which a channel plate in which a second groove is formed and a top plate provided for the first surface and the second surface are joined by diffusion bonding.

ヒートシンクの製造方法に係る第2の手段として、上記第1の手段において、前記第1溝及び第2溝は、押出成形または圧延加工、切削加工のいずれかの手法により形成される、という構成を採用する。 As a second means according to the method for manufacturing a heat sink, in the first means, the first groove and the second groove are formed by any one of extrusion molding, rolling processing, and cutting processing. adopt.

ヒートシンクの製造方法に係る第3の手段として、冷媒が流通する冷媒流路が形成される複数の流路板を備え、前記複数の流路板は、熱源からの距離が近い冷媒流路が、熱源からの距離が遠い冷媒流路よりも水力直径が大きくなるように形状設定され、前記複数の流路板同士が拡散接合により接合される、という構成を採用する。 A third method of manufacturing a heat sink includes a plurality of flow path plates in which refrigerant flow paths through which a refrigerant flows are formed, and each of the plurality of flow path plates has a refrigerant flow path that is close to the heat source. A configuration is adopted in which the shape is set so that the hydraulic diameter is larger than that of the refrigerant flow path located far from the heat source, and the plurality of flow path plates are joined together by diffusion bonding.

本発明によれば、熱源から近いほどに水力直径が大きくなるように冷媒流路が形状設定されている。熱源から近い冷媒流路においては、高温となることから大きな気泡が発生しやすいが、水力直径を大きくすることにより、冷媒の流量が減少することを防止し、冷媒の流量を確保することができる。熱源から遠い冷媒流路は、熱源に近い冷媒流路と比較して温度上昇量が小さく、気泡発生による流動抵抗が発生しにくい。そして、冷媒は流動抵抗が小さな流路を選択的に流れるため、熱源から遠い冷媒流路の水力直径を小さく設定し、強く加熱された際に熱源に近い冷媒流路に生じる流動抵抗に匹敵する流動抵抗を設定することで、冷媒が熱源から遠い冷媒流路に迂回することを防ぐことができる。したがって、高温の熱源の冷却時において、ヒートシンクの冷却性能を担保することが可能である。 According to the present invention, the shape of the refrigerant flow path is set so that the closer it is to the heat source, the larger the hydraulic diameter becomes. In the refrigerant flow path close to the heat source, large bubbles are likely to occur due to the high temperature, but by increasing the hydraulic diameter, it is possible to prevent the refrigerant flow rate from decreasing and ensure the refrigerant flow rate. . A refrigerant flow path that is far from the heat source has a smaller temperature rise than a refrigerant flow path that is closer to the heat source, and flow resistance due to bubble generation is less likely to occur. Since the refrigerant flows selectively through channels with low flow resistance, the hydraulic diameter of the refrigerant channel far from the heat source is set small to match the flow resistance that occurs in the refrigerant channel near the heat source when it is strongly heated. By setting the flow resistance, it is possible to prevent the refrigerant from detouring to a refrigerant flow path far from the heat source. Therefore, it is possible to ensure the cooling performance of the heat sink when cooling a high-temperature heat source.

本発明の第1実施形態に係るヒートシンクが備えられるパワー半導体ユニットの模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a power semiconductor unit equipped with a heat sink according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係るヒートシンクの模式斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of a heat sink according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に係るヒートシンクの模式斜視図である。It is a schematic perspective view of the heat sink based on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態に係るヒートシンクの変形例を示す模式斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the modification of the heat sink based on 1st Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して、本発明に係るヒートシンクの一実施形態について説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a heat sink according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

[第1実施形態]
本実施形態に係るヒートシンク1は、パワー半導体ユニット100に備えられている。パワー半導体ユニット100は、図1に示すように、パワー半導体チップ110と、回路基板120と、ヒートシンク1とを備えている。
[First embodiment]
A heat sink 1 according to this embodiment is included in a power semiconductor unit 100. The power semiconductor unit 100 includes a power semiconductor chip 110, a circuit board 120, and a heat sink 1, as shown in FIG.

パワー半導体チップ110は、回路基板120にハンダ層111により接合されている。このパワー半導体チップ110は、電極が不図示の外部端子に対して接続された半導体チップである。なお、パワー半導体チップ110は、通電されることにより大きな熱を発生させる。 Power semiconductor chip 110 is bonded to circuit board 120 with solder layer 111 . This power semiconductor chip 110 is a semiconductor chip whose electrodes are connected to external terminals (not shown). Note that the power semiconductor chip 110 generates a large amount of heat when energized.

回路基板120は、パワー半導体チップ110が実装されると共に、電子部品を含む電子回路が形成された基板である。この回路基板120は、パワー半導体チップ110が接合された面と反対側の面がヒートシンク1に全面的に接触した状態で接合されている。 The circuit board 120 is a board on which the power semiconductor chip 110 is mounted and an electronic circuit including electronic components is formed. This circuit board 120 is bonded with the surface opposite to the surface to which the power semiconductor chip 110 is bonded fully in contact with the heat sink 1 .

ヒートシンク1は、熱伝導性の高い金属(例えば、アルミニウム)により構成された略直方体状の部材である。ヒートシンク1は、図2に示すように、第1冷媒流路層2と、第2冷媒流路層3と、第3冷媒流路層4とが積層されることにより構成されている。第1冷媒流路層2は、回路基板120と一面が接触した状態の略矩形の板部材とされ、内部に複数(本実施形態においては3本)の第1冷媒流路R1が形成されている。第1冷媒流路R1は、第1冷媒流路層2の内部を貫通しており、それぞれ互いに平行となるように直線状に形成されている。また、第1冷媒流路R1は、流路の流動方向と直交する方向における流路断面形状が円形とされている。 The heat sink 1 is a substantially rectangular parallelepiped-shaped member made of a highly thermally conductive metal (for example, aluminum). As shown in FIG. 2, the heat sink 1 is configured by laminating a first coolant channel layer 2, a second coolant channel layer 3, and a third coolant channel layer 4. The first refrigerant flow path layer 2 is a substantially rectangular plate member with one side in contact with the circuit board 120, and a plurality of (three in this embodiment) first refrigerant flow paths R1 are formed inside. There is. The first refrigerant flow paths R1 penetrate through the inside of the first refrigerant flow path layer 2, and are formed in straight lines so as to be parallel to each other. Further, the first refrigerant flow path R1 has a circular cross-sectional shape in a direction perpendicular to the flow direction of the flow path.

第2冷媒流路層3は、第1冷媒流路層2と同様に略矩形の板部材とされ、第1冷媒流路層2における回路基板120と接触した面と対向する面に接触した状態で設けられている。第2冷媒流路層3は、内部に複数(本実施形態においては3本)の第2冷媒流路R2が形成されている。第2冷媒流路R2は、第2冷媒流路層3の内部を貫通しており、それぞれ互いに平行となるように直線状に形成されている。また、第2冷媒流路R2は、流路の流動方向と直交する方向における流路断面形状が円形とされている。 The second refrigerant flow path layer 3 is a substantially rectangular plate member similar to the first refrigerant flow path layer 2, and is in contact with the surface of the first refrigerant flow path layer 2 that is opposite to the surface that is in contact with the circuit board 120. It is set in. The second refrigerant flow path layer 3 has a plurality of (three in this embodiment) second refrigerant flow paths R2 formed therein. The second refrigerant flow path R2 penetrates the inside of the second refrigerant flow path layer 3, and is formed in a straight line so as to be parallel to each other. Further, the second refrigerant flow path R2 has a circular cross-sectional shape in a direction perpendicular to the flow direction of the flow path.

第3冷媒流路層4は、第1冷媒流路層2と同様に略矩形の板部材とされ、第2冷媒流路層3における第1冷媒流路層2と接触した面と対向する面に接触した状態で設けられている。第3冷媒流路層4は、内部に複数(本実施形態においては3本)の第3冷媒流路R3が形成されている。第3冷媒流路R3は、第3冷媒流路層4の内部を貫通しており、それぞれ互いに平行となるように直線状に形成されている。また、第3冷媒流路R3は、流路の流動方向と直交する方向における流路断面形状が円形とされている。 The third refrigerant flow layer 4 is a substantially rectangular plate member similar to the first refrigerant flow layer 2, and has a surface opposite to the surface of the second refrigerant flow layer 3 that is in contact with the first refrigerant flow layer 2. is placed in contact with the The third refrigerant flow path layer 4 has a plurality of (three in this embodiment) third refrigerant flow paths R3 formed therein. The third refrigerant flow path R3 passes through the inside of the third refrigerant flow path layer 4, and is formed in a straight line so as to be parallel to each other. Further, the third refrigerant flow path R3 has a circular cross-sectional shape in a direction perpendicular to the flow direction of the flow path.

このような第1冷媒流路層2が最も熱源であるパワー半導体チップ110からの距離が近く、第3冷媒流路層4が最もパワー半導体チップ110からの距離が遠い位置に配置されている。そして、第1冷媒流路R1、第2冷媒流路R2及び第3冷媒流路R3は、第1冷媒流路R1の水力直径が最も大きく、第3冷媒流路R3の水力直径が最も小さく形状設定されている。また、第1冷媒流路R1、第2冷媒流路R2及び第3冷媒流路R3は、熱源から近いほど流路断面積が大きくなるように形状設定されている。なお、水力直径Dは、冷媒の流動方向と直交する方向における断面積をA、流路の周長をLとして、下式(1)により求められる。 The first coolant channel layer 2 is located at the shortest distance from the power semiconductor chip 110, which is the heat source, and the third coolant channel layer 4 is located at the farthest distance from the power semiconductor chip 110. The first refrigerant flow path R1, the second refrigerant flow path R2, and the third refrigerant flow path R3 have a shape in which the first refrigerant flow path R1 has the largest hydraulic diameter and the third refrigerant flow path R3 has the smallest hydraulic diameter. It is set. Further, the first refrigerant flow path R1, the second refrigerant flow path R2, and the third refrigerant flow path R3 are shaped so that the closer they are to the heat source, the larger the cross-sectional area of the flow path becomes. Note that the hydraulic diameter D is determined by the following formula (1), where A is the cross-sectional area in the direction orthogonal to the flow direction of the refrigerant, and L is the circumference of the flow path.

Figure 0007345774000001
Figure 0007345774000001

このようなヒートシンク1においては、第1冷媒流路R1、第2冷媒流路R2及び第3冷媒流路R3において、液体状態の冷媒が一方向に向けて流れている。そして、パワー半導体チップ110及び回路基板120において発生した熱は、まず、第1冷媒流路層2へと熱が伝わる。これにより、第1冷媒流路層2における第1冷媒流路R1においては、冷媒が加熱されることにより沸騰して気泡が発生する。そして、第1冷媒流路R1の冷媒は、気泡が連結し、成長することで、大きな気泡を含んだ気液混合状態で下流側へと流れる。 In such a heat sink 1, liquid refrigerant flows in one direction in the first refrigerant flow path R1, the second refrigerant flow path R2, and the third refrigerant flow path R3. The heat generated in the power semiconductor chip 110 and the circuit board 120 is first transferred to the first coolant channel layer 2. As a result, in the first refrigerant flow path R1 in the first refrigerant flow path layer 2, the refrigerant is heated and boils to generate bubbles. Then, the refrigerant in the first refrigerant flow path R1 flows downstream in a gas-liquid mixed state containing large air bubbles as the air bubbles connect and grow.

また、第2冷媒流路層3においては、第1冷媒流路層2を介して熱が伝わる。したがって、第2冷媒流路層3に伝えられる熱エネルギは、第1冷媒流路層2に伝わる熱エネルギよりも小さくなる。このような状況で、第2冷媒流路層3の第2冷媒流路R2を流れる冷媒には、加熱されることにより気泡が発生する。第2冷媒流路R2の冷媒には、第1冷媒流路R1の冷媒の気泡よりも小さな気泡が発生し、気液混合状態で、下流側へと流れる。 Furthermore, heat is transferred to the second refrigerant flow path layer 3 via the first refrigerant flow path layer 2 . Therefore, the thermal energy transmitted to the second refrigerant channel layer 3 is smaller than the thermal energy transmitted to the first refrigerant channel layer 2. In such a situation, bubbles are generated in the refrigerant flowing through the second refrigerant flow path R2 of the second refrigerant flow path layer 3 due to heating. Bubbles smaller than bubbles in the refrigerant in the first refrigerant flow path R1 are generated in the refrigerant in the second refrigerant flow path R2, and the refrigerant flows downstream in a gas-liquid mixed state.

また、第3冷媒流路層4においては、第1冷媒流路層2及び第2冷媒流路層3を介して熱が伝わる。したがって、第3冷媒流路層4に伝えられる熱エネルギは、第2冷媒流路層3に伝わる熱エネルギよりも小さくなる。このような状況で、第3冷媒流路層4の第3冷媒流路R3の冷媒には、第1冷媒流路R1及び第2冷媒流路R2の冷媒の気泡よりも小さな気泡が僅かに発生し、気液混合状態で下流側へと流れる。 Furthermore, in the third refrigerant flow layer 4, heat is transferred via the first refrigerant flow layer 2 and the second refrigerant flow layer 3. Therefore, the thermal energy transmitted to the third refrigerant channel layer 4 is smaller than the thermal energy transmitted to the second refrigerant channel layer 3. In this situation, the refrigerant in the third refrigerant flow path R3 of the third refrigerant flow path layer 4 slightly contains bubbles that are smaller than the bubbles in the refrigerant in the first refrigerant flow path R1 and the second refrigerant flow path R2. Then, it flows downstream in a gas-liquid mixed state.

このようなヒートシンク1は、第1冷媒流路R1、第2冷媒流路R2及び第3冷媒流路R3を流れる冷媒が沸騰しつつ流動することにより熱を排出し、熱源であるパワー半導体チップ110及び回路基板120の熱を冷却する。 Such a heat sink 1 discharges heat by boiling and flowing the refrigerant flowing through the first refrigerant flow path R1, the second refrigerant flow path R2, and the third refrigerant flow path R3, and removes heat from the power semiconductor chip 110, which is a heat source. and cools down the heat of the circuit board 120.

このような本実施形態では、第1冷媒流路R1には高温の熱が伝わるため、冷媒に発生する気泡が大きくなるが、熱源からの距離が近いほど、冷媒流路(第1冷媒流路R1、第2冷媒流路R2及び第3冷媒流路R3)の水力直径が大きくなるように形状設定されている。これにより、冷媒の温度が高く、気泡が発生しやすい冷媒流路(第1冷媒流路R1)において、冷媒の流量を確保することが可能である。すなわち、第2冷媒流路R2、第3冷媒流路R3は、徐々に水力直径が小さくなるため、流動抵抗が大きくなり、冷媒の流量が減少し易い。第2冷媒流路R2、第3冷媒流路R3へ移動する冷媒の流量が減少することに伴い、第1冷媒流路R1へ移動する冷媒の流量が確保されることとなる。したがって、第1冷媒流路R1における冷媒の流量が減少することを防止できるため、高温の熱源の冷却時においても、ヒートシンク1の冷却性能を担保することが可能である。なお、仮に冷媒流路(第1冷媒流路R1、第2冷媒流路R2及び第3冷媒流路R3)の水力直径が同一である場合、冷媒に発生する気泡が小さい第3冷媒流路R3へ移動する冷媒の流量が増加することになり、冷媒に発生する気泡が大きい第1冷媒流路R1へ移動する冷媒の流量が減少し、第1冷媒流路R1ではドライアウトが発生する可能性がある。 In this embodiment, since high-temperature heat is transmitted to the first refrigerant flow path R1, bubbles generated in the refrigerant become larger. R1, the second refrigerant flow path R2, and the third refrigerant flow path R3) are shaped so that the hydraulic diameter thereof becomes large. Thereby, it is possible to ensure the flow rate of the refrigerant in the refrigerant flow path (first refrigerant flow path R1) where the temperature of the refrigerant is high and bubbles are likely to occur. That is, since the hydraulic diameter of the second refrigerant flow path R2 and the third refrigerant flow path R3 gradually decreases, the flow resistance increases and the flow rate of the refrigerant tends to decrease. As the flow rate of the refrigerant moving to the second refrigerant flow path R2 and the third refrigerant flow path R3 decreases, the flow rate of the refrigerant moving to the first refrigerant flow path R1 is ensured. Therefore, since it is possible to prevent the flow rate of the refrigerant in the first refrigerant flow path R1 from decreasing, it is possible to ensure the cooling performance of the heat sink 1 even when cooling a high-temperature heat source. In addition, if the hydraulic diameters of the refrigerant flow paths (first refrigerant flow path R1, second refrigerant flow path R2, and third refrigerant flow path R3) are the same, the third refrigerant flow path R3 has smaller bubbles generated in the refrigerant. The flow rate of the refrigerant moving to the first refrigerant flow path R1 will increase, and the flow rate of the refrigerant moving to the first refrigerant flow path R1 will decrease, and there is a possibility that dryout will occur in the first refrigerant flow path R1. There is.

また、本実施形態においては、第1冷媒流路R1、第2冷媒流路R2及び第3冷媒流路R3の冷媒流動方向に直交する断面形状が円形とされている。これにより、水力直径の設定、特に周長の設定を行い易くすることが可能である。 Further, in this embodiment, the cross-sectional shapes of the first refrigerant flow path R1, the second refrigerant flow path R2, and the third refrigerant flow path R3 perpendicular to the refrigerant flow direction are circular. This makes it easier to set the hydraulic diameter, especially the circumference.

また、本実施形態においては、ヒートシンク1は、第1冷媒流路層2、第2冷媒流路層3及び第3冷媒流路層4が積層されることにより構成されている。したがって、各層毎に冷媒流路を形成するため、その形成を簡易的に行うことができる。 Moreover, in this embodiment, the heat sink 1 is configured by laminating a first refrigerant flow path layer 2, a second refrigerant flow path layer 3, and a third refrigerant flow path layer 4. Therefore, since a refrigerant flow path is formed for each layer, the formation thereof can be easily performed.

[第2実施形態]
続いて、上記第1実施形態の変形例を第2実施形態として、図3を参照して説明する。なお、上記第1実施形態と同一の構成については、符号を同一とし、説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, a modification of the first embodiment will be described as a second embodiment with reference to FIG. 3. Note that the same components as in the first embodiment are given the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

本実施形態に係るヒートシンク1Aは、流路板5と、2枚の天板6とを備えている。
流路板5は、略直方体状の部材とされ、回路基板120と最も近い位置に配置される第1面5a(外面)に複数(本実施形態においては4本)の第1溝M1が形成され、第1面5aと対向する第2面5b(外面)に複数(本実施形態においては5本)の第2溝M2が形成されている。複数の第1溝M1及び第2溝M2は、それぞれ、各面の一辺から対抗する一辺へと向けて、互いに平行となるように直線状に形成されている。第1溝M1は、第2溝M2よりも幅、深さ共に大きく形状設定されている。
The heat sink 1A according to this embodiment includes a flow path plate 5 and two top plates 6.
The flow path plate 5 is a substantially rectangular parallelepiped-shaped member, and a plurality of (four in this embodiment) first grooves M1 are formed on a first surface 5a (outer surface) disposed at a position closest to the circuit board 120. A plurality of (five in this embodiment) second grooves M2 are formed on the second surface 5b (outer surface) facing the first surface 5a. The plurality of first grooves M1 and second grooves M2 are each formed in a linear shape parallel to each other from one side of each surface to the opposing side. The first groove M1 has a larger width and depth than the second groove M2.

天板6は、第1面5a及び第2面5bに接触した状態で固定されている。このうち、第1面5aに固定された天板6は、回路基板120と接触した状態で配置される。流路板5及び天板6は、それぞれ熱伝導率の高い金属(例えば、アルミニウム)とされている。 The top plate 6 is fixed in contact with the first surface 5a and the second surface 5b. Of these, the top plate 6 fixed to the first surface 5a is placed in contact with the circuit board 120. The channel plate 5 and the top plate 6 are each made of a metal with high thermal conductivity (for example, aluminum).

このようなヒートシンク1Aは、流路板5の第1面5a及び第2面5bに、天板6が拡散接合により接合されることで形成される。また、流路板5の第1溝M1及び第2溝M2は、それぞれ、縦型フライスを用いた切削加工により形成されている。これにより、流路板5の第1溝M1と天板6とに囲まれた空間及び第2溝M2と天板6とに囲まれた空間が冷媒流路とされる。 Such a heat sink 1A is formed by joining the top plate 6 to the first surface 5a and second surface 5b of the channel plate 5 by diffusion bonding. Further, the first groove M1 and the second groove M2 of the channel plate 5 are each formed by cutting using a vertical milling cutter. As a result, a space surrounded by the first groove M1 of the channel plate 5 and the top plate 6 and a space surrounded by the second groove M2 and the top plate 6 are used as a refrigerant flow path.

このような本実施形態に係るヒートシンク1Aにおいても、熱源からの距離が近い冷媒流路(第1溝M1)の水力直径が熱源からの距離が遠い冷媒流路(第2溝M2)の水力直径よりも大きく設定されている。したがって、高温となり気泡が発生しやすい冷媒流路において、流量を確保することが可能であり、気泡により冷媒の流量が減少することを防止できる。したがって、高温の熱源の冷却時においても、ヒートシンク1Aの冷却性能を担保することが可能である。 Also in the heat sink 1A according to this embodiment, the hydraulic diameter of the refrigerant flow path (first groove M1) that is closer to the heat source is the hydraulic diameter of the refrigerant flow path (second groove M2) that is farther from the heat source. is set larger than . Therefore, it is possible to ensure the flow rate in the refrigerant flow path where the temperature is high and bubbles are likely to occur, and it is possible to prevent the flow rate of the refrigerant from decreasing due to air bubbles. Therefore, even when cooling a high-temperature heat source, it is possible to ensure the cooling performance of the heat sink 1A.

本実施形態に係るヒートシンク1Aの製造方法によれば、流路板5に第1溝M1及び第2溝M2を形成し、さらに第1溝M1及び第2溝M2に重なるように天板6を拡散接合により接合することで、板状部材の内部に冷媒流路を形成する困難な加工を行うことなく、流路板5と天板6とを密に接合することが可能であると共に、水力直径の異なる冷媒流路を容易に形成することができる。 According to the method for manufacturing the heat sink 1A according to the present embodiment, the first groove M1 and the second groove M2 are formed in the channel plate 5, and the top plate 6 is further formed so as to overlap the first groove M1 and the second groove M2. By joining by diffusion bonding, it is possible to tightly join the channel plate 5 and the top plate 6 without performing difficult processing to form a refrigerant channel inside the plate-like member, and it is also possible to Refrigerant channels with different diameters can be easily formed.

また、本実施形態においては、第1溝M1及び第2溝M2を切削加工により形成している。これにより、流路板5における第1溝M1及び第2溝M2の形成を容易に行うことが可能である。 Moreover, in this embodiment, the first groove M1 and the second groove M2 are formed by cutting. Thereby, it is possible to easily form the first groove M1 and the second groove M2 in the channel plate 5.

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the present invention is not limited to the above embodiments. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the embodiments described above are merely examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.

上記第1実施形態においては、冷媒流路の断面形状を円形としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、冷媒流路の断面形状は、図4に示すように、矩形等の多角形形状としてもよい。この場合においても、熱源からの距離が近いほど水力直径を大きく形状設定することにより、気泡により冷媒の流量が減少することを防止できる。また、断面形状を多角形形状とすることで、表面張力により角部に液体状態の冷媒が残留するため、ヒートシンク1の冷却性能を担保することが可能である。 In the first embodiment, the refrigerant flow path has a circular cross-sectional shape, but the present invention is not limited to this. For example, the cross-sectional shape of the refrigerant flow path may be a polygonal shape such as a rectangle, as shown in FIG. Even in this case, by setting the hydraulic diameter to be larger as the distance from the heat source is shorter, it is possible to prevent the flow rate of the refrigerant from decreasing due to air bubbles. In addition, by making the cross-sectional shape polygonal, the refrigerant in a liquid state remains at the corners due to surface tension, so that the cooling performance of the heat sink 1 can be ensured.

また、上記第2実施形態においては、流路板5の第1溝M1及び第2溝M2を切削加工により形成するものとしたが、本発明はこれに限定されない。第1溝M1及び第2溝M2は、押出成形または圧延加工により形成するものとしてもよい。また、流路板5において圧延加工を行う際には、真空環境下で加熱圧延ローラを用いて加工を行うことが好ましい。 Further, in the second embodiment, the first groove M1 and the second groove M2 of the channel plate 5 are formed by cutting, but the present invention is not limited to this. The first groove M1 and the second groove M2 may be formed by extrusion molding or rolling. Further, when rolling the channel plate 5, it is preferable to perform the rolling using a heated rolling roller in a vacuum environment.

また、上記第1及び第2実施形態においては、ヒートシンク1を積層構造としているが、本発明はこれに限定されない。単体のヒートシンク1に冷媒流路(第1冷媒流路R1、第2冷媒流路R2及び第3冷媒流路R3)を形成してもよい。この場合、拡散接合等の接合工程を省略することができる。 Further, in the first and second embodiments described above, the heat sink 1 has a laminated structure, but the present invention is not limited to this. A single heat sink 1 may have refrigerant channels (a first refrigerant channel R1, a second refrigerant channel R2, and a third refrigerant channel R3). In this case, a bonding process such as diffusion bonding can be omitted.

上記実施形態においては、ヒートシンク1は、パワー半導体ユニット100に備えられるものとしたが、本発明はこれに限定されない。ヒートシンク1は、パワー半導体チップ110に限定されず、大きな熱を発生させる部品の冷却に適用可能である。 In the embodiment described above, the heat sink 1 is provided in the power semiconductor unit 100, but the present invention is not limited thereto. The heat sink 1 is not limited to the power semiconductor chip 110, and can be applied to cooling components that generate a large amount of heat.

1、1A……ヒートシンク
2……第1冷媒流路層
3……第2冷媒流路層
4……第3冷媒流路層
5……流路板
5a……第1面
5b……第2面
M1……第1溝
M2……第2溝
R1……第1冷媒流路
R2……第2冷媒流路
R3……第3冷媒流路
1, 1A... Heat sink 2... First refrigerant channel layer 3... Second coolant channel layer 4... Third coolant channel layer 5... Channel plate 5a... First surface 5b... Second Surface M1...First groove M2...Second groove R1...First refrigerant flow path R2...Second refrigerant flow path R3...Third refrigerant flow path

Claims (2)

熱源に最も近い第1面に第1溝が形成され、前記熱源に最も近い面と対向する第2面に前記第1溝よりも水力直径が小さくなるように形状設定された第2溝が形成された流路板と、
前記第1面および前記第2面に対して設けられる天板と
を拡散接合により接合することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
A first groove is formed on a first surface closest to the heat source, and a second groove whose shape is set so that the hydraulic diameter is smaller than that of the first groove is formed on a second surface facing the surface closest to the heat source. a flow path plate,
A method for manufacturing a heat sink, comprising: joining a top plate provided to the first surface and the second surface by diffusion bonding.
前記第1溝及び第2溝は、押出成形または圧延加工、切削加工のいずれかの手法により形成されることを特徴とする請求項に記載のヒートシンクの製造方法。 2. The method of manufacturing a heat sink according to claim 1 , wherein the first groove and the second groove are formed by extrusion molding, rolling, or cutting.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006310485A (en) 2005-04-27 2006-11-09 Toyota Industries Corp Power module heat sink
JP2007012955A (en) 2005-07-01 2007-01-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Heat receiver, electronic device and projection display device
JP2009260058A (en) 2008-04-17 2009-11-05 Mitsubishi Electric Corp Refrigerant cooling type electric power semiconductor device
JP2011112263A (en) 2009-11-25 2011-06-09 Daikin Industries Ltd Refrigerating device
JP2018179388A (en) 2017-04-11 2018-11-15 大日本印刷株式会社 Vapor chamber and metal sheet for vapor chamber

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006310485A (en) 2005-04-27 2006-11-09 Toyota Industries Corp Power module heat sink
JP2007012955A (en) 2005-07-01 2007-01-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Heat receiver, electronic device and projection display device
JP2009260058A (en) 2008-04-17 2009-11-05 Mitsubishi Electric Corp Refrigerant cooling type electric power semiconductor device
JP2011112263A (en) 2009-11-25 2011-06-09 Daikin Industries Ltd Refrigerating device
JP2018179388A (en) 2017-04-11 2018-11-15 大日本印刷株式会社 Vapor chamber and metal sheet for vapor chamber

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