(57)【要約】【課題】冷却性能が向上した冷却器およびその製造方法を提供する。【解決手段】冷却器２は、おもて面３ａに半導体チップ９２が取り付けられるベースプレート３と、ベースプレート３の裏面３ｂに間隔をあけて並んで配置された複数のフィン４と、各フィン４の先端から基端側へ延びると共に複数のフィン４の並び方向に並んで形成されているスリット６と、スリット６に向けて冷媒を噴出する冷媒ノズル５と、を備える。スリット６に面したフィン４の側端部４１において、隣接するフィン４とフィン４との隙間４３をフィン４の所定の高さから先端まで閉塞する閉塞部材２１がフィン４に固定されている。【選択図】図１
2014187175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方面に冷却対象が取り付けられるベースプレートと、
前記ベースプレートの他方面に間隔をあけて並んで配置された複数のフィンと、
前記各フィンの先端から基端側へ延びると共に前記複数のフィンの並び方向に並んで形成されているスリットと、
前記スリットに向けて冷媒を噴出する冷媒ノズルと、
前記スリットに面した前記フィンの側端部において、隣接する前記フィンとフィンとの隙間を前記フィンの所定の高さから先端まで閉塞する閉塞部材と、を備える冷却器。
【請求項２】
前記閉塞部材は、前記フィンの高さの１／２以上の高さにわたって設けられている、請求項１に記載の冷却器。
【請求項３】
前記閉塞部材は、前記冷媒ノズルと一体的に形成されている、請求項１又は２に記載の冷却器。
【請求項４】
前記閉塞部材は、前記フィンと一体的に形成されている、請求項１又は２に記載の冷却器。
【請求項５】
一方面に冷却対象が取り付けられるベースプレートの他方面に間隔をあけて並んで配置された複数のフィンに先端から基端側へ延びるスリットを形成するステップを備え、
前記ステップは、前記各フィンの先端部を前記複数のフィンの並び方向に工具で切断しながら押圧することにより前記スリットを形成すると共に、前記スリットに面した前記フィンの側端部において、隣接する前記フィンとフィンとの隙間を前記フィンの所定の高さから先端まで閉塞する閉塞部材を前記フィンと一体的に形成する、冷却器の製造方法。
【請求項６】
前記工具は、基部と、当該基部の先端に取り付けられ、前記フィンを切断する切断刃とを備え、
前記基部は、前記切断刃の両脇に位置して切断された前記フィンを前方に押圧する前方押圧面と、当該前方押圧面の両脇に位置して切断された前記フィンを側方に押圧する側方押圧面とを備えている、請求項５に記載の冷却器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却器およびその製造方法に関する。特に、ベースプレートの一方の面に半導体チップなどの冷却対象を取り付け、ベースプレートの裏面に冷媒を衝突させる衝突噴流型の冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップや電子部品の冷却用に、一方の面に半導体チップなどを取り付け、その裏側に冷媒を流すタイプの冷却器が用いられることがある。本明細書では、半導体チップなどの冷却対象を取り付ける部位を「ベースプレート」と称する。そして、説明の便宜上、冷却対象を取り付ける面を、ベースプレートのおもて面（一方面）と称し、反対の面を裏面（他方面）と称する。裏面は、冷媒が流れる流路の内壁に相当する。
【０００３】
冷却器の冷却効率を高めるため、ベースプレートの裏面にはフィンが設けられることがある。また、さらに冷却効率を高めるため、冷媒をベースプレートに平行にではなく、ベースプレートに向けて冷媒を噴出させる冷却器が提案されている。そのようなタイプの冷却器は、衝突噴流型の冷却器と呼ばれることがある。特許文献１及び２には、そのタイプの冷却器が開示されている。その技術では、ベースプレートの裏面に複数のフィンを設置する。冷媒ノズルは、冷却対象が取り付けられた領域の裏側に向けられている。ベースプレートに噴き付けられた冷媒は複数のフィンの間を勢いよく流れる。冷却対象の取付領域の裏側に冷媒が勢いよく噴き付けられることで、冷却対象の冷却が促進される。さらに、ベースプレートの裏面に衝突した冷媒はその後、フィンに沿って流れ、フィンと熱交換することによっても副次的に冷却対象を冷却する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３００２６１１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６６１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の技術では、冷媒を噴出させる冷媒ノズルがフィンを挟んでベースプレートの裏面と対向しているため、冷媒ノズルから噴出された冷媒が複数のフィンの間を流れる過程で抵抗を受ける。それゆえ、冷媒がベースプレートの裏面に到達する前に流れの勢いが低下したり、流れが横に拡がってしまい、冷媒をベースプレートに十分に噴きつけることができず、冷却対象を十分に冷却できないことがあった。そこで、本明細書が開示する技術は、上記の課題に鑑みて、従来よりも冷却性能が向上した冷却器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する技術は、一方面に冷却対象が取り付けられるベースプレートと、ベースプレートの他方面に間隔をあけて並んで配置された複数のフィンと、各フィンの先端から基端側へ延びると共に複数のフィンの並び方向に並んで形成されているスリットと、スリットに向けて冷媒を噴出する冷媒ノズルと、を備える冷却器に関する。この冷却器において、スリットに面したフィンの側端部において、隣接するフィンとフィンとの隙間をフィンの所定の高さから先端まで閉塞する閉塞部材がフィンに固定されている。
【０００７】
このような技術によれば、冷媒ノズルからスリットに向けて噴出された冷媒が、隣接するフィンとフィンとの隙間に流入する。このとき、隣接するフィンとフィンとの隙間が所定の高さから先端まで閉塞部材によって閉塞されているので、前記隙間に流入する冷媒は、閉塞部材によって閉塞された部分を通過せずに、閉塞されていない開放部分を通過する。これにより、冷媒ノズルから噴出された冷媒がフィンの基端側に近い開放部分を通過するので、フィンの基端側の奥深くまで冷媒を流し込むことができる。また、冷媒を奥深くまで流すことにより、ベースプレートに冷媒を十分に供給できる。その結果、ベースプレート及びフィンの基端側を十分に冷却でき、冷却性能を向上させることができる。
【０００８】
また、上記の冷却器において、閉塞部材は、フィンの高さの１／２以上の高さにわたって設けられている。このような技術によれば、閉塞部材を高くすることにより冷媒を更に奥まで流し込むことができ、冷却性能が更に向上する。また、閉塞部材が冷媒ノズルと一体的に形成されていることが好ましい。また、閉塞部材がフィンと一体的に形成されていることが好ましい。
【０００９】
また、本明細書が開示する技術は、一方面に冷却対象が取り付けられるベースプレートの他方面に間隔をあけて並んで配置された複数のフィンに先端から基端側へ延びるスリットを形成するステップを備える冷却器の製造方法に関する。この製造方法において、前記ステップは、各フィンの先端部を複数のフィンの並び方向に工具で切断しながら押圧することによりスリットを形成している。また、これと共に、スリットに面したフィンの側端部において、隣接するフィンとフィンとの隙間をフィンの所定の高さから先端まで閉塞する閉塞部材をフィンと一体的に形成している。
【００１０】
このような技術によれば、複数のフィンにスリットを形成する過程で閉塞部材を形成しているので、１つのステップでスリットと閉塞部材とを同時に形成でき、冷却器を製造するのに手間を要さない。よって、冷却器を容易かつ安価に製造できる。
【００１１】
また、スリットを形成する工具は、基部と、当該基部の先端に取り付けられ、フィンを切断する切断刃とを備えている。また、基部は、切断刃の両脇に位置して切断されたフィンを前方に押圧する前方押圧面と、当該前方押圧面の両脇に位置して切断されたフィンを側方に押圧する側方押圧面とを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る冷却器の斜視図を示す（筐体は仮想線で描いてある）。
【図２】冷却器の分解斜視図を示す（筐体は省略）。
【図３】図１のIII−III線に沿った断面図を示す。
【図４】図３のIV−IV線に沿った断面図を示す。
【図５】他の実施形態に係る冷却器における、図３に対応する断面図を示す。
【図６】冷却器の製造方法を説明する斜視図である（１）。
【図７】冷却器の製造方法を説明する斜視図である（２）。
【図８】冷却器の製造方法を説明する斜視図である（３）。
【図９】冷却器の製造方法を説明する斜視図である（４）。
【図１０】冷却器の製造方法を説明する斜視図である（５）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について添付図面を参照して説明する。図１は、冷却器２の斜視図である。但し、図１では、冷却器２の内部構造が理解できるように、筐体１０は仮想線（二点鎖線）で描いてあり、内部の構造を実線で描いてある。また、図２に、筐体を除く部品（ベースプレート３、フィン４、冷媒ノズル５、仕切プレート７、及び、閉塞部材２１等）の分解斜視図を示す。また、図３は、図１のIII−III線に沿った断面図であり、図４は、図３のIV−IV線に沿った断面図である。
【００１４】
図１〜図４に示すように、冷却器２は、一方の面に冷却対象の取付領域が規定されたベースプレート３と、ベースプレート３の他方の面に並んで配置された平板状の複数のフィン４と、を備えている。また、冷却器２は、筐体１０と、筐体１０内で冷媒の供給チャネルＡと排出チャネルＣを区画する仕切プレート７と、冷媒をベースプレート３に向けて噴出する冷媒ノズル５と、を備えている。全ての部材は、熱伝導率の高い金属、典型的にはアルミニウムで作られている。説明の便宜のため、図に描かれている座標系を参照し、ベースプレート３のＺ軸負方向を向いている面（一方面）をおもて面３ａと称し、Ｚ軸の正方向を向いている面（他方面）を裏面３ｂと称する。おもて面３ａに冷却対象取付領域が規定されている。裏面３ｂに複数のフィン４が立設されている。ベースプレート３のおもて面３ａには、半導体チップ９２がヒートスプレッダ９１を介して取り付けられている。ヒートスプレッダ９１は、半導体チップ９２の熱をベースプレート３に効率よく伝えるための伝熱板であり、熱伝導率の高い銅で作られている。半導体チップ９２が冷却対象に相当し、ヒートスプレッダ９１が取り付けられている領域が、冷却対象取付領域に相当する。
【００１５】
冷却器２は、冷媒ノズル５により冷媒をベースプレート３の裏面３ｂに勢いよく衝突させることで、冷却対象取付領域に取り付けた冷却対象を効率よく冷却する。冷媒は、液体であり、典型的には水あるいは不凍液である。
【００１６】
複数のフィン４は、ベースプレート３の裏面３ｂに、その平面が対向するように間隔をあけて平行に配置されている。これら各フィン４には、先端から基端側に向かって延びるスリット６が形成されている。フィン４にスリット６が形成されることにより、このフィン４にはスリット６に面する側端部４１が形成される。また、各スリット６は、複数のフィン４の並び方向に一直線状に並んで形成されている。別言すれば、各スリット６は、複数のフィン４にわたって、これら複数のフィン４を横断するように一列に設けられている。また、各スリット６は、フィン４の先端から基端側へ延び、ベースプレート３まで達している。
【００１７】
また、隣接するフィン４とフィン４との間には冷媒が流入する隙間４３が形成されており、隙間４３を通過する冷媒がフィン４を冷却する。隙間４３はスリット６と連通しており、冷媒がスリット６から隙間４３に流入する。
【００１８】
スリット６に面した各フィン４の側端部４１には、平板状の閉塞部材２１が固定されている。この閉塞部材２１は、フィン４の側端部４１において、隣接するフィン４とフィン４との隙間４３をフィン４の所定の高さから先端まで閉塞している。また、フィン４の側端部４１において閉塞部材２１が設置されていない部分の隙間４３は開放されており、開放された隙間４３を冷媒が通過できるように構成されている。すなわち、閉塞部材２１は、スリット６に面する隙間４３を所定の高さにわたって閉塞しており、閉塞部材２１が設置された部分では冷媒がスリット６から隙間４３に流入しないように構成されている。また、閉塞部材２１は、複数のフィン４の並び方向に沿って延びている。また、閉塞部材２１は、フィン４の先端からベースプレート３の近傍まで延びている。この閉塞部材２１の高さＨ１はフィン４の高さＨ２の１／２以上であり、フィン４の高さの１／２以上にわたって隙間４３が閉塞されていることが好ましい。本実施形態の場合、閉塞部材３２の高さＨ１は、フィン４の高さＨ２の約３／４である。なお、閉塞部材２１の高さＨ１とは、閉塞部材２１の上端から下端までの距離のことであり、フィン４の高さＨ２とは、フィン４の上端から下端までの距離のことである。
【００１９】
冷媒ノズル５は、仕切プレート７からスリット６に向けて延びており、スリット６に向けて冷媒を噴出する。また、冷媒ノズル５がスリット６と対向する位置に形成され、冷媒ノズル５から噴出された冷媒がスリット６を通過し、複数のフィン４の隙間４３へ流入する。また、冷媒ノズル５は、ベースプレート３の裏面３ｂに対してほぼ垂直に延びており、先端開口がベースプレート３を向いている。また、冷媒ノズル５の先端は、スリット６の上方において複数のフィン４の先端部に密着している。
【００２０】
仕切プレート７は、筐体１０の内部空間を二分する板であり、仕切プレート７の上方の空間が冷媒供給チャネルＡ（冷媒供給路）を構成し、仕切プレート７の下方の空間（仕切プレート７とフィン４の間の空間）が冷媒排出チャネルＣ（冷媒排出路）を構成する（図１参照）。なお、冷媒ノズル５の内側の空間をノズル内流路Ｂと称する。
【００２１】
次に、冷媒の流れについて説明する。図３と図４における太線の矢印は、冷媒の流れを表している。筐体１０には、冷媒供給口１２と冷媒排出口１３が設けられている。冷媒供給口１２は、仕切プレート７の上方の空間（仕切プレート７を挟んでベースプレート３よりも遠い側の空間）、即ち、冷媒供給チャネルＡに通じている。冷媒排出口１３は、仕切プレート７の下方の空間（仕切プレート７よりもベースプレート３に近い側の空間）、即ち、冷媒排出チャネルＣに通じている。冷媒供給口１２及び冷媒排出口１３は、フィン４の平面が向いている方向（Ｙ軸方向）の端に設けられている。また、冷媒供給口１２及び冷媒排出口１３は、筐体１０の互いに対向する端部に形成されている。冷媒供給口１２には、冷媒を供給するパイプが接続される。冷媒排出口１３には、冷媒を排出するパイプが接続される。冷媒は、不図示のリザーブタンクに通じており、不図示のポンプにより、冷媒供給口１２へと供給される。
【００２２】
冷媒供給口１２から筐体１０の内部へ供給された冷媒は、図中のＹ軸に沿って流れ、冷媒供給チャネルＡからノズル内流路Ｂを通り、冷媒ノズル５の先端からスリット６に向かって勢いよく噴出される。
【００２３】
スリット６に向けて噴出された冷媒は、閉塞部材２１によって閉塞されていない部分を通過して、複数のフィン４の隙間４３に流入する。また、この過程で冷媒は、ベースプレート３の裏面３ｂ（特に、冷却対象取付領域の裏面側）に衝突し、その後、フィン４に沿って流れる。この冷媒は、ベースプレート３の裏面に衝突したとき、そこでベースプレート３から熱を吸収する。冷媒がベースプレート３の裏面３ｂに強く連続的に衝突するので、冷媒はベースプレート３の熱を効率よく吸収する。熱を吸収した冷媒は、複数のフィン４の隙間４３を通り、冷媒排出チャネルＣへと向かう。また、フィン４の側端部４１においてフィン４の所定の高さから先端まで閉塞部材２１が設けられているので、冷媒が隙間４３に流入するときに、閉塞部分から冷媒が隙間４３に流入することがなく、冷媒をベースプレート３に向けて奥まで流し込むことができる。これにより、冷媒をベースプレート３に確実に届けることができ、冷却性能を向上させることができる。
【００２４】
また、ベースプレート３の裏面３ｂに衝突した冷媒は、複数のフィン４の隙間４３を通る過程で、フィン４からも熱を吸収する。その後、冷媒は、フィン４と仕切プレート７の間の冷媒排出チャネルＣを通ってフィン４の平面と交差する方向に流れ、冷媒排出口１３から排出される。冷媒排出口１３は、フィン４の平面が向いている方向で筐体１０の端に設けられている。こうして、半導体チップ９２は、ヒートスプレッダ９１、ベースプレート３、及び、フィン４を介して効率よく冷却される。
【００２５】
以上のような冷却器２によれば、隣接するフィン４とフィン４との隙間４３をフィン４の所定の高さから先端まで閉塞部材２１により閉塞するので、冷媒をベースプレート３に向けて奥まで流し込むことができ、冷却性能を向上させることができる。また、閉塞部材２１の高さＨ１をフィン４の高さＨ２の１／２以上にすることにより、冷媒を更に奥まで流し込むことができ、冷却性能が更に向上する。
【００２６】
以上、一実施形態について説明したが、具体的な態様は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、閉塞部材２１の高さＨ１は特に限定されるものではなく適宜変更可能である。また、スリット６の形状も特に限定されるものではない。
【００２７】
また、上記実施形態では冷媒ノズル５の先端がフィン４の先端部に密着する構成であったが、必ずしも密着する必要はなく、フィン４から離れていてもよい。また、冷媒ノズル５の先端がスリット６に挿入されていてもよい。また、上記実施形態では冷媒ノズル５と閉塞部材２１が別体であったが、冷媒ノズル５と閉塞部材２１を一体にすることもできる。この場合、冷媒ノズル５の先端が閉塞部材２１の端部と連続的に繋がっており、両者が一体的に形成されている。
【００２８】
また、上記実施形態ではフィン４がスリット６を介してＸ方向に分離していたが、図５に示すように、フィン４がＸ方向に分離せずに繋がっている構成であってもよい。この構成では、フィン４の途中までスリット６が形成されている。また、閉塞部材２１に閉塞されていない部分が上方を向いて開口しており、この開口部分から冷媒が下方に向かって流入し、複数のフィン４の隙間４３に流入してゆく。
【００２９】
次に、上記の冷却器を製造する方法の一例について説明する。図６〜図１０は冷却器の製造方法を説明する斜視図である。まず、冷却器の製造に用いる工具について説明する。図６に示すように、工具１０１は、棒状の基部１０２と、基部１０２の先端に取り付けられた鋭利な切断刃１０３とを備えており、フィン４の平面に対して直行する方向に進行するよう構成されている。工具１０１の進行は、例えば公知のアクチュエータ（不図示）で工具１０１を押圧することにより実行される。この工具１０１の基部１０２は、前側に位置する前方押圧面１２１と、横側に位置する側方押圧面１２２とを備えている。また、切断刃１０３は、工具１０１の進行方向に突出しており、工具１０１が進行することによりフィン４を厚み方向に切断する。また、切断刃１０３は、先端がＴ字型に形成されており、フィン４をＴ字に切り込むことができる。前方押圧面１２１は、切断刃１０３の両脇に位置し、工具１０１の進行方向を向いており、切断刃１０３で切断したフィン４の切断部分を工具１０１の進行に伴って前方に押圧する。また、側方押圧面１２２は、前方押圧面１２１の両脇に位置し、工具１０１の進行方向に沿って延びており、工具１０１の進行に伴ってフィン４の切断部分を側方へ押圧する。この工具１０１は、例えば鉄や銅等の金属により形成されている。
【００３０】
続いて、上記の工具を用いて冷却器を製造する方法について説明する。冷却器を製造するときは、図６に示すように、ベースプレート３に複数のフィン４が間隔をあけて立設されている状態で、矢印Ｐで示すように、工具１０１をフィン４に向けて押し進める。このとき、工具１０１の軸方向及び進行方向をフィン４の平面に対して直行させて押し進める。また、ベースプレート３と平行な方向に工具１０１を押し進める。なお、ベースプレート３にフィン４を立設する方法は、従来公知の方法を用いることができる。工具１０１が進行すると、図７に示すように、工具１０１の切断刃１０３がフィン４を厚み方向に切断し、フィン４にＴ字型の切り込みを形成する。また、工具１０１の進行に伴って、前方押圧面１２１がフィン４の切断部分を前方に押圧してフィン４の並び方向へ押し開き、この切断部分を側方へ折り曲げる。また、工具１０１の進行に伴って、側方押圧面１２２がフィン４の切断部分を側方に押圧し、この切断部分を隣接するフィン４の隙間４３に配置する。このように、工具１０１の進行によりフィン４が切断されると共に押圧されて折り曲げられ、図８に示すように、折り曲げられた切断部分により閉塞部材２１が形成される。また、フィン４の切断により、フィン４の先端から基端側へ延びるスリット６が形成される。このように、フィン４を切断しながら押圧することにより、１つのステップでスリット６および閉塞部材２１を一度に一体的に形成する。
【００３１】
また、上記の製造方法において、工具１０１でフィン４を押圧するときにフィン４が押圧力で転倒する可能性がある場合は、図９に示すように、フィン４とフィン４との間にスペーサー１０４を配置してもよい。スペーサー１０４は、各フィン４の間に入る厚みで形成されている。このような構成によれば、スペーサー１０４が押圧力に抵抗することにより、フィン４が転倒することを防止できる。
【００３２】
その後、図１０に示すように、冷媒ノズル５及び仕切プレート７を複数のフィン４の上方に配置すると共に、全体を筐体１０で覆う。このようにして冷却器２が製造される。このような方法によれば、工具１０１によりスリット６と閉塞部材２１とを同時に一体的に形成することができるので、冷却器を効率的に製造できる。
【００３３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３４】
２：冷却器
３：ベースプレート
３ａ：おもて面
３ｂ：裏面
４：フィン
５：冷媒ノズル
６：スリット
７：仕切プレート
１０：筐体
１２：冷媒供給口
１３：冷媒排出口
２１：閉塞部材
４１：側端部
４３：隙間
９１：ヒートスプレッダ
９２：半導体チップ
１０１：工具
１０２：基部
１０３：切断刃
１０４：スペーサー
１２１：前方押圧面
１２２：側方押圧面
Ａ：冷媒供給チャネル
Ｂ：ノズル内流路
Ｃ：冷媒排出チャネル
【図１】
2014187175.tif 000003
【図２】
2014187175.tif 000004
【図３】
2014187175.tif 000005
【図４】
2014187175.tif 000006
【図５】
2014187175.tif 000007
【図６】
2014187175.tif 000008
【図７】
2014187175.tif 000009
【図８】
2014187175.tif 000010
【図９】
2014187175.tif 000011
【図１０】
2014187175.tif 000012