(57)【要約】【課題】電子素子に応じた適切な放熱構造とすることができる冷却装置を提供する。【解決手段】複数の電子素子２１を冷却する冷却装置１であって、電子素子２１と対向して配置され、冷媒が流通可能な収容室１０ａを電子素子２１それぞれに対応した位置に画成するベース部１０を備え、収容室１０ａには、当該収容室１０ａに対応する電子素子２１の発熱量に基づいて設定された放熱能力を発揮する冷却フィン１２が収容されることにより、部分的な冷却フィン１２の設計が可能となる。このため、電子素子２１の発熱量にばらつきが生じた場合であっても、適切な放熱構造とすることができる。【選択図】図３
2011151178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子素子を冷却する冷却装置であって、
前記電子素子と対向して配置され、冷媒が流通可能な収容室を前記電子素子それぞれに対応した位置に画成するベース部を備え、
前記収容室には、当該収容室に対応する前記電子素子の発熱量に基づいて設定された放熱能力を発揮する放熱フィンが収容されること、
を特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記収容室は、複数の放熱フィンを収容可能に構成されており、
前記放熱フィンは、対応する前記電子素子の発熱量に応じて数量が設定される請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記放熱フィンは、対応する前記電子素子の発熱量に応じて形状又は材質が設定される請求項１又は２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記放熱フィンは、前記電子素子の熱抵抗に応じて形状及び数量が設定される請求項１〜３の何れか一項に記載の冷却装置。
【請求項５】
前記放熱フィンは、前記収容室における冷媒の流れ方向を考慮して収容位置が調整される請求項１〜４の何れか一項に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷却装置として、電子回路や電子素子で発生する熱を放熱部材に伝導させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の冷却装置を有する電子装置は、回路部分に第１の放熱部材が取り付けられており、この第１の放熱部材に第２の放熱部材を新たに増設できる構成とされている。第２の放熱部材は、ベース部及び複数のフィン領域部に分割されたフィンを有しており、このフィン領域部がベース部に着脱可能に配置されている。ベース部に取り付けるフィン領域部の数は、要求される放熱性能を実現するために加減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３５４９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の冷却装置にあっては、電子素子の発熱量を考慮していないため、電子素子の発熱量に応じたフィン構造、フィン配置とならない場合がある。このため、十分に放熱することができないおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明はこのような技術課題を解決するためになされたものであって、電子素子に応じた適切な放熱構造とすることができる冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明に係る冷却装置は、複数の電子素子を冷却する冷却装置であって、前記電子素子と対向して配置され、冷媒が流通可能な収容室を前記電子素子それぞれに対応した位置に画成するベース部を備え、前記収容室には、当該収容室に対応する前記電子素子の発熱量に基づいて設定された放熱能力を発揮する放熱フィンが収容されることを特徴として構成される。
【０００７】
本発明に係る冷却装置では、複数の電子素子それぞれに対応した収容室が画成され、電子素子の発熱量に基づいて設定された放熱能力を発揮する放熱フィンが収容室それぞれに収容される。このように、複数の電子素子それぞれに対応した収容室を画成することで、電子素子それぞれの発熱量に応じた放熱フィンを配置することができる。これにより、電子素子の発熱量にばらつきが生じた場合であっても、電子素子それぞれに応じた適切な放熱構造とすることが可能となる。
【０００８】
ここで、前記収容室は、複数の放熱フィンを収容可能に構成されており、前記放熱フィンは、対応する前記電子素子の発熱量に応じて数量が設定されることが好適である。また、前記放熱フィンは、対応する前記電子素子の発熱量に応じて形状又は材質が設定されることが好適である。このように構成することで、簡易な調整で電子素子それぞれに応じた適切な放熱構造とすることが可能となる。
【０００９】
また、前記放熱フィンは、前記電子素子の熱抵抗に応じて形状及び数量が設定されてもよい。
【００１０】
さらに、前記放熱フィンは、前記収容室における冷媒の流れ方向を考慮して収容位置が調整されることが好適である。このように構成することで、放熱フィンにより収容室における冷媒の流れを調整することができるので、電子素子それぞれに応じた適切な放熱構造とすることが可能となる。また、収容室の圧損も調整することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電子素子に応じた適切な放熱構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る冷却装置の斜視図である。
【図２】実施形態に係る冷却装置の一部断面図である。
【図３】実施形態に係る冷却装置の一部分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
本実施形態に係る冷却装置は、複数の電子素子を冷却する冷却装置であって、例えば、一体型構造とされたパワーカード式モジュールを冷却する際に好適に採用されるものである。
【００１５】
図１は本実施形態に係る冷却装置１の斜視図、図２は図１の冷却装置１のII-II線に沿った一部断面図である。図１，２に示すように、複数の略板状の一体型モジュール２が冷却装置１の上面側に配置されており、一体型モジュール２と冷却装置１とは熱的に接続されている。
【００１６】
図２に示すように、一体型モジュール２は、電子素子２１、半田２２、放熱部材２３及びモールド部材２０を備えている。電子素子２１は、所定の抵抗値を有する電子部品であって、例えばトランジスタ等である。電子素子２１は、半田２２を介して放熱部材２３上に配置されており、電子素子２１と放熱部材２３とは半田２２を介して熱的に接続されている。すなわち、電子素子２１の動作に伴って発生した熱は、半田２２を介して放熱部材２３へ伝導される。電子素子２１、半田２２及び放熱部材２３は、下から順に放熱部材２３、半田２２、電子素子２１の順に積層された状態で、放熱部材２３の下主面のみが露出するようにモールド部材２０に覆われて一体化されている。なお、図１では省略したが、一体型モジュール２と冷却装置１との間には絶縁層１３が配置されており、絶縁層１３と放熱部材２３及びモールド部材２０とは熱的に接続されている。
【００１７】
冷却装置１は、天板１１及びベース部１０を備えている。ベース部１０の上主面には、一体型モジュール２と対応する位置に開口が形成されている。天板１１はこの開口を覆うように配置されており、ベース部１０の内部に収容室１０ａが画成される。すなわち、収容室１０ａは、一体型モジュール２それぞれに対応するように画成されている。この収容室１０ａは、空気、水、ミスト等の冷媒が流通可能な構成とされている。例えば、収容室１０ａは、冷媒を供給するポンプ（不図示）等に接続されており、冷媒が供給される構造とされている。
【００１８】
収容室１０ａには、複数の冷却フィン（放熱フィン）１２が収容されている。冷却フィン１２は、天板１１と熱的に接続されている。この冷却フィン１２は、本体部１２ａ及び凸部１２ｂを備えている。冷却フィン１２は、凸部１２ｂが収容室１０ａの内面に形成された凹部１０ｂに差し込まれることで、収容室１０ａ内に配置される。すなわち、個々の冷却フィン１２は、それぞれが独立して着脱可能に構成されている。なお、冷却フィン１２の配置方法はこれに限られるものではなく、接着等により収容室１０ａ内に配置されてもよい。
【００１９】
上記構成により、電子素子２１から発生した熱は、半田２２及び放熱部材２３を介して絶縁層１３へ伝導し、さらに天板１１に伝導される。天板１１は、冷却フィン１２及び収容室１０ａ内を流通する冷媒によって効率的に冷却される。このように、ベース部１０内部のフィン構造によって冷却されることで電子素子２１の温度上昇が抑制される。
【００２０】
ここで、収容室１０ａに配置される冷却フィン１２は、当該収容室１０ａに対応する電子素子２１からの発熱量に応じた放熱能力を発揮するように、形状、材料、及び数量が選択される。電子素子２１の発熱量は、予め計測されたデータに基づいて算出される。例えば、電子素子２１の発熱量は、一体型モジュール２の熱抵抗の大きさに依存するため、一体型モジュール２の熱抵抗を予め計測することで電子素子２１の発熱量を評価することが可能となる。一体型モジュール２の熱抵抗Ｒｔｈｎは、電子素子２１に与える損失をＷ、電子素子２１の温度上昇量をΔＴとすると、以下の式１で表すことができる。
【数１】
2011151178.tif 000003
損失Ｗは、電子素子２１への電流電圧制御により一定値とすることができる。この電流電圧制御により電子素子２１に一定の損失Ｗを与え続けた状態で、電子素子２１の温度を計測する。電子素子２１の温度は、例えば、サーモカメラ、温度センスダイオード出力、閾値電圧の温度依存性等により実測することができる。このように、一定の損失Ｗにおける電子素子２１の温度上昇量ΔＴを計測し、式１を用いて一体型モジュール２の熱抵抗Ｒｔｈｎを算出する。
【００２１】
冷却装置１の放熱能力（冷却性能）は、冷却フィン１２と冷媒との接触面積、冷却フィン１２間の隙間、冷却フィン１２の形状による冷媒の流れ（流速、乱流や層流、方向等）の変化、冷却フィン１２の材質等を調整することで、変更することができる。例えば、ストレートフィン、オフセットフィン、ウェーブフィン、突起フィン、螺旋フィン又はピンフィン等の様々な形状の冷却フィン１２を採用することにより、冷却性能を変更することができる。また、冷却フィン１２を多段構造とすることで、冷却性能を変更することができる。また、冷却フィン１２はブロック化されているので、収容室１０ａに収容される数を調整したり、違う形状の冷却フィン１２を組み合わせたりすることで、冷却性能を変更することができる。さらに、冷却フィン１２の配置位置を冷媒の流れ方向を考慮して決定することで冷却性能及び冷却装置１の圧損を調整することができる。
【００２２】
上述のように、一体型モジュール２の熱抵抗Ｒｔｈを算出し、収容室１０ａに配置される冷却フィン１２の形状、材料、及び数量を変更することにより、算出された一体型モジュール２の熱抵抗Ｒｔｈｎに応じた冷却性能を実現することができる。例えば、一体型モジュール２の熱抵抗Ｒｔｈｎが大きいほど冷却フィン１２と冷媒との接触面積を大きくなるように、冷却フィン１２の形状、冷却フィン１２間の隙間、冷却フィン１２の形状による冷媒の流れ（流速、乱流や層流、方向等）の変化、冷却フィン１２の材質等が調整される。この調整は、例えば一体型モジュール２を冷却装置１に組み付ける際に行われる。
【００２３】
図３は、図１の冷却装置１の一部を分解した分解斜視図である。なお、図３では、説明理解の容易性を考慮して、予め計測した一体型モジュール２それぞれの熱抵抗Ｒｔｈｎ（ｎ：整数）を概念的に示している。図３に示す一体型モジュール２の熱抵抗Ｒｔｈｎは、例えば接合部分のボイド（空洞・気孔）や製造ばらつき等により、それぞれ異なる値となることがある。このため、図３に示すように、一体型モジュール２を冷却装置１に組み付ける前に、一体型モジュール２それぞれの熱抵抗Ｒｔｈｎに応じて、冷却フィン１２を適宜選択され、さらに冷媒の流れ方向を考慮して配置位置が決定される。このように冷却フィン１２を選択し、配置位置を決定することで、一体型モジュール２それぞれが有する電子素子２１の素子最大温度を、同レベルで保持することができる。さらに、冷却装置１の圧損を調整することで冷媒を供給するポンプ等の性能を最大限発揮することが可能となる。
【００２４】
以上、本実施形態に係る冷却装置１によれば、複数の電子素子２１それぞれに対応した収容室１０ａを画成することで、一体型モジュール２それぞれの熱抵抗Ｒｔｈｎに応じて冷却フィン１２を配置することができる。このように、冷却フィン１２の形状を選択可能としたり、レイアウトに自由度を持たせたりすることで、部分的な冷却フィン１２の設計が可能となるので、部分的な冷却性能の調整ができる。このため、一体型モジュール２の素子温度上昇をバランスよく調整することが可能となるとともに、電子素子２１の発熱量にばらつきが生じた場合であっても、電子素子２１それぞれに応じた適切な放熱構造とすることができる。
【００２５】
また、本実施形態に係る冷却装置１によれば、一体型モジュール２の熱抵抗Ｒｔｈｎに応じて冷却フィン１２の数量、形状又は材質を設定することができるので、簡易な調整で電子素子２１それぞれに応じた適切な放熱構造とすることが可能となる。
【００２６】
さらに、本実施形態に係る冷却装置１によれば、収容室１０ａにおける冷媒の流れ方向を考慮して冷却フィン１２の収容位置を調整することができるので、電子素子２１それぞれに応じた適切な放熱構造とすることが可能となるとともに、例えばポンプの性能条件等に応じて収容室１０ａの圧損も調整することができる。
【００２７】
なお、上述した実施形態は本発明に係る冷却装置の一例を示すものである。本発明に係る冷却装置は、実施形態に係る冷却装置１に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で、実施形態に係る冷却装置を変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００２８】
例えば、上述した実施形態では、冷却装置１の冷却対象として一体型モジュール２を例に説明したが、冷却対象が電子素子２１単体であってもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１…冷却装置、２…一体型モジュール、１０…ベース部、１０ａ…収容室、１２…冷却フィン（放熱フィン）。
【図１】
2011151178.tif 000004
【図２】
2011151178.tif 000005
【図３】
2011151178.tif 000006