(57)【要約】  冷媒の圧力損失を低減し、製造コストも低減できる半導体モジュール用冷却器を提供する。  本発明の冷却器は、第１の半導体モジュール６が設置される第１プレート１と、窪み２ａの端部に第１貫通孔２ｂと第２貫通孔２ｃとを離間して持ったジャケット２と、ジャケット２の下側から第１貫通孔２ｂを覆うように配置された入口側ヘッダー３と、ジャケット２の下側から第２貫通孔２ｃを覆うように配置され、入口側ヘッダー３と平行に配置された出口側ヘッダー４と、窪み２ａに配置され、入口側ヘッダー３の分配部３ａ上方から出口側ヘッダー４の集水部４ｂ上方まで延在された複数の冷却フィンと、を備える。
2015178064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体モジュールが設置される第１プレートと、
前記第１プレートの下側に配置され、前記第１プレート側に窪みを備え、さらに前記窪みの端部に第１貫通孔と第２貫通孔とを離間して持ったジャケットと、
前記ジャケットの下側から前記第１貫通孔を覆うように配置された分配部、および前記分配部の長手方向から延在した入口側パイプ部を持った入口側ヘッダーと、
前記ジャケットの下側から前記第２貫通孔を覆うように配置された集水部、および前記集水部の長手方向から延在した出口側パイプ部を持ち、前記入口側ヘッダーと平行に配置された出口側ヘッダーと、
前記第１プレートと前記ジャケットの間の前記窪みに配置され、前記入口側ヘッダーの前記分配部上方から前記出口側ヘッダーの前記集水部上方まで延在された複数の冷却フィンと、
を備えることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体モジュール用冷却器において、
前記ジャケットの窪みの高さは、前記入口側パイプ部の内径および前記出口側パイプ部の内径よりも短いことを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体モジュール用冷却器において、
前記分配部は、入口側パイプ部から延長された半円形状の底面を備え、
前記集水部は、出口側パイプ部から延長された半円形状の底面を備えたことを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
前記複数の冷却フィンは、前記入口側ヘッダーの上方の入口側端部に入口側切欠き領域と、前記出口側ヘッダーの上方の出口側端部に出口側切欠き領域と、を備え、
前記入口側切欠き領域および前記出口側切欠き領域は、前記冷却フィンの中央部よりも高さが低くなっていることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
前記入口側ヘッダーの内壁とジャケットと前記冷却フィンの下端で囲われる冷媒流路の断面積が、前記入口側パイプ部の内側の断面積より大きく、
前記出口側ヘッダーの内壁とジャケットと前記冷却フィンの下端で囲われる冷媒流路の断面積が、前記出口側パイプ部の内側の断面積より大きいことを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
前記ジャケットは、前記入口側ヘッダーと前記出口側ヘッダーとの間に第２の半導体モジュールを備えることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項７】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
キャパシタが設置される第２プレートを備え、
前記ジャケットは、前記入口側ヘッダーと前記出口側ヘッダーとの間に開口部を備え、
前記開口部が下側から前記第２プレートで覆われていることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項８】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
前記ジャケット、前記入口側ヘッダー、及び前記出口側ヘッダーの材質が、樹脂であることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項９】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器の製造方法において、
前記ジャケットの前記窪みに前記複数の冷却フィンを収納し、前記窪みを覆うように前記第１プレートを配置する冷却フィン組み込み工程と、
前記ジャケットと前記第１プレートを接続する第１プレート接続工程と、
前記ジャケットに前記入口側ヘッダーおよび前記出口側ヘッダーを接続するヘッダー接続工程と、
を備えることを特徴とする半導体モジュール用冷却器の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体モジュール用冷却器の製造方法において、
前記ヘッダー接続工程は、接着剤を用いた接合であることを特徴とする半導体モジュール用冷却器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒の圧力損失を低減し、製造コストも低減できる半導体モジュール用冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体モジュール用冷却器に関する文献として、次の特許文献１、２が知られている。【０００３】
特許文献１は、放熱フィンと周壁部が一体成形されてフィン付ベースプレートを構成し、放熱フィンの突出量が周壁部の突出量以下であり、周壁部の周壁端面が同一平面となっており、パワー半導体モジュールと冷却ジャケットとで冷却媒体の流路を形成し、給水口と排水口が流路の隅部対角位置に配置されている装置を開示している。【０００４】
特許文献２は、パイプが接続されるケーシング構成部材の製造方法であって、接続部形成部と平坦部とを有する第１中間加工品をつくる第１工程と、第１中間加工品よりも接続部形成部の屈曲深さが大きく、平坦部の幅が小さい第２中間加工品をつくる第２工程と、接続部形成部と傾斜平坦部と幅狭平坦部を有する第３中間加工品をつくる第３工程と、第３中間加工品の傾斜平坦部を斜め上方に押圧し、傾斜部平坦部と接続部形成部の側壁との連接部に材料を集めて第４中間加工品をつくる第４工程と、第４中間加工品の接続部形成部の側壁、傾斜平坦部および幅狭平坦部を上下から加圧し、接続部形成部の両側壁の開口端部にばりが形成された第５中間加工品をつくる第５工程と、ばりを除去してケーシング構成部材をつくる第６工程と、を備えたケーシング構成部材の製造方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２５１９３２号公報
【特許文献２】特開２００９−１９５９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、放熱フィンと周壁部が一体成形されてフィン付ベースプレートを構成しているため、パワー半導体が載せられてはんだ接続されるこのフィン付ベースプレートの加工が複雑であり製造コストが高くなるという問題点があった。また、冷媒が装置の下面から供給されているため、放熱フィンへ冷媒が流入するヘッダー部分の圧力損失が高く、冷媒ポンプの吐出能力を高める必要があるため、冷媒ポンプの製造コストと作動コストが高くなるという問題点があった。【０００７】
特許文献２は、パイプとケーシング構成部材を別々に製作しそれらを接合させているので、パイプとケーシング構成部材の接合部分の高い加工精度が要求されるため、製造コストが高くなるという問題点があった。【０００８】
従来の冷却器は、冷却部に対して配置されたヘッダー部に対し、冷却器の一側面よりパイプが接合された構成であり、パイプは側面の高さの範囲でパイプを接続する必要があるため、パイプ直径は部分的に断面積が減少する構成であった。そのため圧力損失が高く、ポンプ負荷の大きい冷却器となっていた。また、冷却器に対して冷媒を導入・排出するパイプの位置は、組み付け性やメンテ性を考慮した配置がなされ、設計の自由度が求められる。さらに、冷却器自体の小型化が求められており、冷却性能と低圧力損失化の両立が重要である。【０００９】
また、冷却器のパイプ接合部は、パイプを覆うか、もしくはホースを差し込んで接続される構造にする必要があり、従来は、部分的に流路断面積が狭いエリアが存在していた。そのため、冷却器の圧力損失は高く、冷媒を循環するためには動圧が大きく大型のポンプが必要となっていた。【００１０】
上記の課題を解決するべく、本発明は、冷媒の圧力損失を低減し、製造コストも低減できる半導体モジュール用冷却器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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の半導体モジュール用冷却器の実施態様は、第１の半導体モジュールが設置される第１プレートと、前記第１プレートの下側に配置され、前記第１プレート側に窪みを備え、さらに前記窪みの端部に第１貫通孔と第２貫通孔とを離間して持ったジャケットと、前記ジャケットの下側から前記第１貫通孔を覆うように配置された分配部、および前記分配部の長手方向から延在した入口側パイプ部を持った入口側ヘッダーと、前記ジャケットの下側から前記第２貫通孔を覆うように配置された集水部、および前記集水部の長手方向から延在した出口側パイプ部を持ち、前記入口側ヘッダーと平行に配置された出口側ヘッダーと、前記第１プレートと前記ジャケットの間の前記窪みに配置され、前記入口側ヘッダーの前記分配部上方から前記出口側ヘッダーの前記集水部上方まで延在された複数の冷却フィンと、を備えることを特徴とする。【００１２】
この構成によれば、ジャケットが冷却フィンを収納される窪みを備えているので、窪みを形成するために第１プレートを加工する必要がない。ジャケットと入口側ヘッダーと出口側ヘッダーが別々の部材として冷却器が組み立てられるので、冷媒流量の増減に応じた設計をする場合、第１プレートと前記ジャケットは設計変更せず、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーを変更するように冷却器を設計できるため、部品の共通化ができる。従って、製造コストを低減できる。そして、前記入口側ヘッダーが、前記出口側ヘッダーと平行に配置されているので、各冷却フィン間の圧力損失がほぼ同じにでき、均等に冷媒を分配できる。さらに、入口側ヘッダーの分配部の長手方向と入口側パイプ部の冷媒流れ方向が同じであり、かつ、出口側ヘッダーの集水部の長手方向と出口側パイプ部の冷媒流れ方向が同じであるので、各パイプ部の冷媒流れ方向が分配部の長手方向または集水部の長手方向とそれぞれ異なる場合に比べて、これらの部分の圧力損失を低減できる。本発明の冷却器は、すべての部材が金属製であってもよい。少なくとも、第１プレートと、複数の冷却フィンが金属製であって、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーが樹脂製であってもよい。【００１３】
また、上記の半導体モジュール用冷却器において、前記ジャケットの窪みの高さは、前記入口側パイプ部の内径および前記出口側パイプ部の内径よりも短くしてもよい。【００１４】
この構成によれば、入口側パイプ部および出口側パイプ部がジャケットの窪みの底面に配置されているので、ジャケットの窪みの側面に入口側パイプ部および出口側パイプ部が配置される場合に比べて、入口側パイプ部の内径および出口側パイプ部の内径の大きさに影響されることなく、ジャケットの窪みの高さを短くでき、半導体モジュール用冷却器全体の高さを薄くできる。【００１５】
また、上記の半導体モジュール用冷却器において、前記分配部は、入口側パイプ部から延長された半円形状の底面を備え、前記集水部は、出口側パイプ部から延長された半円形状の底面を備えた構造にしてもよい。【００１６】
この構成によれば、入口側パイプ部下部から入口側ヘッダー下部まで冷媒流路に段差が無く、かつ、出口側ヘッダー下部から出口側パイプ部下部まで冷媒流路に段差が無いため、圧力損失を低減できる。【００１７】
また、上記のいずれか１つの半導体モジュール用冷却器において、前記複数の冷却フィンは、前記入口側ヘッダーの上方の入口側端部に入口側切欠き領域と、前記出口側ヘッダーの上方の出口側端部に出口側切欠き領域と、を備え、入口側切欠き領域および出口側切欠き領域は、冷却フィンの中央部よりも高さが低くなっている構成にしてもよい。【００１８】
この構成によれば、入口側ヘッダーの長手方向の冷媒流路の断面積を、冷却フィンの入口側端部の入口側切欠き領域まで拡張でき、冷却フィンの入口側端部に流入する直前の入口側ヘッダー部分の圧力損失を低減できる。冷媒が冷却フィンに入る直前の部分の冷媒流路断面積が広いので各冷却フィンへ流入する冷媒量を均一化されたためと推測される。また、出口側ヘッダーの長手方向の冷媒流路の断面積を、冷却フィンの出口側端部の出口側切欠き領域まで拡張でき、冷却フィンの出口側端部から流出した直後の出口側ヘッダー部分の圧力損失を低減できる。冷媒が冷却フィンから出た直後の部分の冷媒流路断面積が広いので各冷却フィンから出口側ヘッダー部分への流路の圧力損失が均一化されたためと推測される。なお、ここでいう各断面積は、分配部および集水部の位置の各断面積のことである。【００１９】
また、上記のいずれか１つの半導体モジュール用冷却器において、前記入口側ヘッダーの内壁とジャケットと前記冷却フィンの下端で囲われる冷媒流路の断面積が、前記入口側パイプ部の内側の断面積より大きく、前記出口側ヘッダーの内壁とジャケットと前記冷却フィンの下端で囲われる冷媒流路の断面積が、前記出口側パイプ部の内側の断面積より大きくしてもよい。【００２０】
この構成によれば、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーの冷媒流路の圧力損失を低減できる。【００２１】
また、上記のいずれか１つの半導体モジュール用冷却器において、前記ジャケットは、前記入口側ヘッダーと前記出口側ヘッダーとの間に第２の半導体モジュールを備えることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。【００２２】
この構成によれば、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーとの間の空間を有効に活用でき、第２の半導体モジュールの設置数を増加できる。【００２３】
また、上記のいずれか１つの半導体モジュール用冷却器において、コンデンサ（キャパシタ，ｃａｐａｃｉｔｏｒ）が設置される第２プレートを備え、前記ジャケットは、前記入口側ヘッダーと前記出口側ヘッダーとの間に開口部を備え、前記開口部が下側から前記第２プレートで覆われていてもよい。【００２４】
この構成によれば、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーとの間にコンデンサを設置でき、この空間を有効に活用できる。コンデンサを支持する第２プレートが冷却フィンに直接接していないので、このコンデンサが、第１の半導体モジュールからの熱を受けない、もしくは逆に与えないようにできる。【００２５】
また、上記のいずれか１つの半導体モジュール用冷却器において、前記ジャケット、前記入口側ヘッダー、及び前記出口側ヘッダーの材質が、樹脂であってもよい。【００２６】
この構成によれば、樹脂でモールド成形する部材に構造が複雑な部分を集約でき、その他の部材の構造を単純にできるので、製造コストを低減できる。【００２７】
また、本発明の半導体モジュール用冷却器の製造方法の実施態様は、上記のいずれか１つの半導体モジュール用冷却器の製造方法において、前記ジャケットの前記窪みに前記複数の冷却フィンを収納し、前記窪みを覆うように前記第１プレートを配置する冷却フィン組み込み工程と、前記ジャケットと前記第１プレートを接続する第１プレート接続工程と、前記ジャケットに前記入口側ヘッダーおよび前記出口側ヘッダーを接続するヘッダー接続工程と、を備えることを特徴とする。【００２８】
この構成によれば、ジャケットが冷却フィンを収納される窪みを備えているので、窪みを形成するために第１プレートを加工する必要がない。ジャケットと入口側ヘッダーと出口側ヘッダーが別々の部材として冷却器が組み立てられるので、冷媒流量の増減に応じた設計をする場合、第１プレートと前記ジャケットは設計変更せず、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーを変更するように冷却器を設計できるため、部品の共通化ができる。従って、製造コストを低減できる。【００２９】
例えば、第１プレート、ジャケット、入口側ヘッダー及び出口側ヘッダーが金属製である場合は、ジャケットと第１プレートを接続する工程と、ジャケットに入口側ヘッダーおよび出口側ヘッダーを接続する工程は、ろう付けやレーザー溶接等を用いてそれぞれを接続することが望ましい。【００３０】
また、上記半導体モジュール用冷却器の製造方法の実施態様において、前記ヘッダー接続工程は、接着剤を用いた接合であってもよい。【００３１】
この構成によれば、接着剤で部品を接続して装置を組み立てるので、入口側ヘッダー及び出口側ヘッダーを、求められる冷媒流量やパイプ径に変更された部品に変更することが容易になる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、冷媒の圧力損失を低減し、製造コストも低減できる半導体モジュール用冷却器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール用冷却器の鳥瞰図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール用冷却器の組み立て図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール用冷却器の裏側の鳥瞰図である。
【図４】図１のＡ−Ａ断面の断面図である。
【図５】本発明の第２の実施例に係る半導体モジュール用冷却器の断面図である。
【図６】本発明の第３の実施例に係る半導体モジュール用冷却器の断面図である。
【図７】本発明の第４の実施例に係る半導体モジュール用冷却器の断面図である。
【図８】比較例の半導体モジュール用冷却器の断面図である。
【図９】本発明の半導体モジュール用冷却器の製造工程の一実施形態を示す工程図である。
【図１０】半導体モジュール用冷却器のシミュレーション結果をまとめた図表である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、図面を参照しながら本発明に係る半導体モジュール用冷却器の実施形態を説明する。同一の構成要素については、同一の符号を付け、重複する説明は省略する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施することができるものである。
【００３５】
（実施例１）
本発明に係る第１の実施例について説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール用冷却器１００の鳥瞰図である。図２は、本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール用冷却器１００の組み立て図である。図２では、半導体モジュール６を省略して記載している。図３は、本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール用冷却器１００の裏側の鳥瞰図である。図４は、図１のＡ−Ａ断面の断面図である。
【００３６】
図１、２、３に示すように、本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール１００は、第１の半導体モジュール６が設置される第１プレート１と、前記第１プレート１の下側に配置され、前記第１プレート１側に窪み２ａを備え、さらに前記窪み２ａの端部に第１貫通孔２ｂと第２貫通孔２ｃとを離間して持ったジャケット２と、前記ジャケット２の下側から前記第１貫通孔２ｂを覆うように配置された分配部３ａ、および前記分配部３ａの長手方向から延在した入口側パイプ部３ｂを持った入口側ヘッダー３と、前記ジャケット２の下側から前記第２貫通孔２ｃを覆うように配置された集水部４ａ、および前記集水部４ａの長手方向から延在した出口側パイプ部４ｂを持ち、前記入口側ヘッダー３と平行に配置された出口側ヘッダー４と、前記第１プレート１と前記ジャケット２の間の前記窪み２ａに配置され、前記入口側ヘッダー３の前記分配部３ａ上方から前記出口側ヘッダー４の前記集水部４ａ上方まで延在された複数の冷却フィン５と、を備えている。
【００３７】
第１プレート１は、図示されていない半田のような接続部材を介して第１の半導体モジュール６と接続されている。そして、第１プレート１の第１の半導体モジュール６が接続された面の裏面側は、例えば半田やろう材のような図示されていない接続部材を介して複数の冷却フィン５と接続されている。
【００３８】
複数の冷却フィン５は、上面もしくは下面の少なくとも一部がそれぞれ接続されて冷却フィン５が一体化されている。冷却フィン５の高さは、８ｍｍとした。ジャケット２は、窪み２ａの上端にフランジ部２ｄを備えている。
【００３９】
図４を合わせて参照すると、入口側ヘッダー３は、半円形状の底面３ａ１を持った分配部３ａと、分配部３ａの上端に形成されたフランジ部３ａ２と、半円形状の底面３ａ１と滑らかに繋がり、フランジ部３ａ２と繋がっているテーパー部３ｂ１を持った入口側パイプ部３ｂと、を備えている。出口側ヘッダー４は、半円形状の底面４ａ１を持った集水部４ａと、集水部４ａの上端に形成されたフランジ部４ａ２と、半円形状の底面４ａ１と滑らかに繋がり、フランジ部４ａ２と繋がっているテーパー部４ｂ１を持った出口側パイプ部４ｂと、を備えている。分配部３ａと集水部４ａの内側の流路幅をそれぞれ１０ｍｍとした。
【００４０】
フランジ部３ａ２は、入口側パイプ部３ｂの配管中心がジャケット２の窪み２ａの裏面の高さに一致するように設けられている。また、フランジ部４ａ２は、出口側パイプ部４ｂの配管中心がジャケット２の窪み２ａの裏面の高さに一致するように設けられている。
【００４１】
実施例１の構造のようにジャケット２の底面に入口側ヘッダー３および出口側ヘッダー４を配置する場合、冷却フィン５の直前もしくは直後のヘッダー部分の断面積を自由に設定でき、フィン高さをヘッダーに接続される配管径に制約されずにフィン高さをより低く設定することが可能である。ジャケット２の窪み２ａの高さは、入口側パイプ部３ｂの内径および出口側パイプ部４ｂの内径よりも短い。そのために、入口側パイプ部３ｂにはテーパー部３ｂ１が形成され、出口側パイプ部４ｂには、テーパー部４ｂ１が形成されている。冷媒が冷却フィン５に入る前において、テーパー部３ｂ１とフランジ部３ａ２が繋がる部分が最も冷媒流路の断面積が小さくなる部分である。これと同様に、冷媒が冷却フィン５から出た後において、テーパー部４ｂ１とフランジ部４ａ２が繋がる部分が最も冷媒流路の断面積が小さくなる部分である。
【００４２】
実施例１では、半導体モジュール用冷却器１００の各部材をアルミニウムで形成した。しかし、これに限定されず、例えば、第１プレート１および複数の冷却フィン５を熱伝導率のよい金属で形成し、ジャケット２、入口側ヘッダー３、および出口側ヘッダー４を樹脂で形成してもよい。冷媒にはエチレングリコール系の希釈したＬＬＣ（ロングライフクーラント）を用いた。冷媒の種類は、特に限定されず適宜変更可能である。冷媒は、入口側ヘッダー３の入口側パイプ部３ｂから冷却器に導入され、分配部３ａを経て冷媒流れ方向が直角に変更されて、ジャケット２内に流入する。そして、この冷媒は、ジャケット２内の複数の冷却フィン５のフィンの間を通流する過程で熱交換される。次に、この冷媒は、集水部４ａを経て冷媒流れ方向が直角に変更され、出口側ヘッダー４の出口側パイプ部４ｂから排出される。冷却器１００から排出された冷媒は、図示しないラジエータで冷却された後、図示しないポンプを経由して、冷却器１００の入口側パイプ部３ｂへ循環される。
【００４３】
通水抵抗は冷媒流速の２乗に比例するため、冷却器１００の圧力損失が高い場合にはポンプの負荷が大きくなる。このように冷却器の設計には、熱抵抗や熱交換性能に加えて、冷却システム全体を考慮した設計が必要である。後述の図１０では、半導体モジュール用冷却器の異なる流路構造について熱抵抗と圧力損失のシミュレーションを行った。
【００４４】
（実施例２）
図５は、本発明の第２の実施例に係る半導体モジュール用冷却器２００の断面図である。この断面図は、図１のＡ−Ａ断面と同じ位置に相当する断面図である。半導体モジュール用冷却器２００は、実施例１の半導体モジュール用冷却器１００に対し、外形サイズを維持し、冷却フィン５の両端の下部を端部に近づくにつれて短くなるように削ることで断面積を拡張した構成になっている。すなわち、入口側ヘッダー３の内壁とジャケット２と冷却フィン５の下端で囲われる冷媒流路の断面積７は、入口側パイプ部３ｂの内側の断面積８（図２参照）より大きく、出口側ヘッダー４の内壁とジャケット２と冷却フィン５の下端で囲われる冷媒流路の断面積９が、出口側パイプ部４ｂの内側の断面積１０（図２参照）より大きくなっている。この構成によれば、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーの冷媒流路の圧力損失を低減できる。それ以外の構造は、実施例１と同じにした。複数の冷却フィン５は、入口側切欠き領域５ａと、出口側切欠き領域５ｂと、を備えている。分配部３ａと集水部４ａの流路幅をそれぞれ１０ｍｍとした。入口側切欠き領域５ａと、出口側切欠き領域５ｂを冷却フィン５の両端の斜め下側に傾斜して形成した。冷却フィン５の高さは、８ｍｍとした。
【００４５】
（実施例３）
図６は、本発明の第３の実施例に係る半導体モジュール用冷却器３００の断面図である。この断面図は、図１のＡ−Ａ断面と同じ位置に相当する断面図である。半導体モジュール用冷却器３００は、半導体モジュール用冷却器２００に加えて、入口側ヘッダー３と前記出口側ヘッダー４との間に第２の半導体モジュール１１をさらに備えている。ジャケット２の第２の半導体モジュール１１が接合されている裏面側は、冷却フィン５と接続されている。この構成によれば、入口側ヘッダーと出口側ヘッダーとの間の空間を有効に活用でき、半導体モジュールの設置数を増加できる。
【００４６】
（実施例４）
図７は、本発明の第４の実施例に係る半導体モジュール用冷却器４００の断面図である。この断面図は、図１のＡ−Ａ断面と同じ位置に相当する断面図である。半導体モジュール用冷却器４００は、半導体モジュール用冷却器２００に加えて、第２プレート１２と、第２プレート１２の下面に配置されたコンデンサ１３と、ジャケット２に形成された開口部２ｅと、をさらに備えている。第２プレート１２は、開口部２ｅを覆い、ジャケット２と水漏れなく接合されている。コンデンサ１３と第２プレート１２は、図示しない固定部材で固定されている。コンデンサ１３で生じた熱は、第２プレート１２を介して半導体モジュール用冷却器２００内を流れる冷媒に伝導される。それ以外の構造は、実施例２と同じにした。この構成によれば、コンデンサを支持する第２プレートが冷却フィンに直接接していないので、このコンデンサが、第１の半導体モジュールからの熱を受けない、もしくは逆に与えないようにできる。
【００４７】
（実施例５）
本発明の半導体モジュール用冷却器の製造方法の実施態様は、図９に示すように、上記のいずれか一つに記載の半導体モジュール用冷却器の製造方法において、ジャケット２の窪み２ａに複数の冷却フィン５を収納し、窪み２ａを覆うように第１プレート１を配置する冷却フィン組み込み工程Ｓ１と、ジャケット２と第１プレート１を接続する第１プレート接続工程Ｓ２と、ジャケット２に入口側ヘッダー３および出口側ヘッダー４を接続するヘッダー接続工程Ｓ３と、を備える。
【００４８】
上記の半導体モジュール用冷却器の製造方法において、ヘッダー接続工程Ｓ３は、接着剤を用いた接合にしてもよいし、ろう付けや溶接による接合にしてもよい。ジャケット２、入口側ヘッダー３、および出口側ヘッダー４が、樹脂で成形されている場合は、接着剤を用いてそれらを接合することができる。この場合、第１プレート接続工程Ｓ２の接続時の温度に樹脂が耐えられないので、冷却フィン組み込み工程Ｓ１、第１プレート接続工程Ｓ２を順に行い、冷却器を放熱させた後、ヘッダー接続工程Ｓ３を行う。
【００４９】
第１プレート１、複数の冷却フィン５、ジャケット２、入口側ヘッダー３、および出口側ヘッダー４が、金属で成形されている場合は、冷却フィン組み込み工程Ｓ１を行った後、第１プレート接続工程Ｓ２とヘッダー接続工程Ｓ３とを順に行うか、または、第１プレート接続工程Ｓ２とヘッダー接続工程Ｓ３とを同時に行ってもよい。
【００５０】
（比較例）
図８は、比較例の半導体モジュール用冷却器の断面図である。比較例は、図示しない入口側ヘッダー３、および出口側ヘッダー４が、ジャケット２の窪み２ａの側面から２つの円錐状のテーパー部を介して入口側パイプ部３ｂおよび出口側パイプ部４ｂをそれぞれ接続させた構造になっている。ジャケットの窪み２ａの両端にはそれぞれ空間が設けられており、この空間とテーパー部とが連通されている。この空間の間に複数の冷却ファン５が配置されている。それ以外の構造は、実施例１と同じにした。
【００５１】
従来の冷却器は、比較例のようにジャケットの内側の対向する側面にヘッダーエリアをそれぞれ配置する構成が一般的であり、ヘッダーエリアと冷却フィン部分が接する断面積は冷却フィンの高さとフィンを配置する幅で決まっていた。そのため、ヘッダー部の流路を確保するには冷却器を平面方向に拡大する必要があり、配管接続部はより限られたものとなる。比較例では、フィン高さを８ｍｍとし、ヘッダーエリアの流路幅を１０ｍｍとして計算した。すなわち、比較例ではヘッダー断面積を８０ｍｍ２とした。比較例で最も流路断面積が小さくなるのは、円錐状のテーパー部とジャケット２との接続部分である。
【００５２】
図１０は、半導体モジュール用冷却器のシミュレーション結果をまとめた図である。実施例１、実施例２、および比較例の構造を計算モデルとし、熱伝導率と圧力損失をシミュレーションした。冷媒にはエチレングリコール系の希釈したＬＬＣ（ロングライフクーラント）を用い、冷媒流量を１０Ｌ／ｍｉｎ、冷媒流入温度を６０℃として計算した。実施例１のシミュレーション結果は、熱抵抗が０．２１℃／Ｗであり、圧力損失が１２．４ｋＰａであった。
【００５３】
実施例２のシミュレーション結果は、熱抵抗が０．２２℃／Ｗであり、圧力損失が１０．８ｋＰａであった。実施例１のシミュレーション結果に比べて、冷却フィンの一部を削減したことから熱抵抗が若干上昇した。しかし、圧力損失を１２．４ｋＰａ（実施例１）から１０．８ｋＰａまで低減できた。冷却器の外形サイズに制約があり、かつ放熱性能に余力がある場合、実施例２の構造が望ましい。比較例のシミュレーション結果は、熱抵抗が０．２２℃／Ｗであり、圧力損失が２５．７ｋＰａであった。
【００５４】
上記シミュレーション結果から、実施例１，２は、比較例に比べて圧力損失をそれぞれ５２％低減、５８％低減できたことが判る。熱抵抗については、各計算結果は、ほぼ同じ熱抵抗を示した。
【００５５】
以上のように、本発明の実施例によれば、冷媒の圧力損失を低減し、製造コストも低減できる半導体モジュール用冷却器を提供できる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 第１プレート
２ ジャケット
２ａ 窪み
２ｂ 第１貫通孔
２ｃ 第２貫通孔
２ｄ フランジ部
２ｅ 開口部
３ 入口側ヘッダー
３ａ 分配部
３ａ１ 半円形状の底面
３ａ２ フランジ部
３ｂ 入口側パイプ部
３ｂ１ テーパー部
４ 出口側ヘッダー
４ａ 集水部
４ａ１ 半円形状の底面
４ａ２ フランジ部
４ｂ 出口側パイプ部
４ｂ１ テーパー部
５ 複数の冷却フィン
５ａ 入口側切欠き領域
５ｂ 出口側切欠き領域
６ 第１の半導体モジュール
７ 入口側ヘッダーの内壁とジャケットと冷却フィンの下端で囲われた冷媒流路の断面積
８ 入口側パイプ部の内側の断面積
９ 出口側ヘッダーの内壁とジャケットと冷却フィンの下端で囲われた冷媒流路の断面積
１０ 出口側パイプ部の内側の断面積
１１ 第２の半導体モジュール
１２ 第２プレート
１３ コンデンサ（キャパシタ）
１００ 半導体モジュール用冷却器
２００ 半導体モジュール用冷却器
３００ 半導体モジュール用冷却器
４００ 半導体モジュール用冷却器
Ｓ１ 冷却フィン組み込み工程
Ｓ２ 第１プレート接続工程
Ｓ３ ヘッダー接続工程
【図１】
2015178064.tif 000003
【図２】
2015178064.tif 000004
【図３】
2015178064.tif 000005
【図４】
2015178064.tif 000006
【図５】
2015178064.tif 000007
【図６】
2015178064.tif 000008
【図７】
2015178064.tif 000009
【図８】
2015178064.tif 000010
【図９】
2015178064.tif 000011
【図１０】
2015178064.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成27年9月11日(2015.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体モジュールが設置される第１プレートと、
前記第１プレートの下側に配置され、前記第１プレート側に窪みを備え、さらに前記窪みの端部に第１貫通孔と第２貫通孔とを離間して持ったジャケットと、
前記ジャケットの下側から前記第１貫通孔を覆うように配置された分配部、および前記分配部の長手方向から延在した入口側パイプ部を持った入口側ヘッダーと、
前記ジャケットの下側から前記第２貫通孔を覆うように配置された集水部、および前記集水部の長手方向から延在した出口側パイプ部を持ち、前記入口側ヘッダーと平行に配置された出口側ヘッダーと、
前記第１プレートと前記ジャケットの間の前記窪みに配置され、前記入口側ヘッダーの前記分配部上方から前記出口側ヘッダーの前記集水部上方まで延在された複数の冷却フィンと、
を備え、
前記複数の冷却フィンは、前記入口側ヘッダーの上方の入口側端部に入口側切欠き領域と、前記出口側ヘッダーの上方の出口側端部に出口側切欠き領域とを備え、
前記入口側切欠き領域および前記出口側切欠き領域は、前記冷却フィンの中央部よりも高さが低くなっていることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体モジュール用冷却器において、
前記ジャケットの窪みの高さは、前記入口側パイプ部の内径および前記出口側パイプ部の内径よりも短いことを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体モジュール用冷却器において、
前記分配部は、入口側パイプ部から延長された半円形状の底面を備え、
前記集水部は、出口側パイプ部から延長された半円形状の底面を備えたことを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
前記入口側ヘッダーの内壁とジャケットと前記冷却フィンの下端で囲われる冷媒流路の断面積が、前記入口側パイプ部の内側の断面積より大きく、
前記出口側ヘッダーの内壁とジャケットと前記冷却フィンの下端で囲われる冷媒流路の断面積が、前記出口側パイプ部の内側の断面積より大きいことを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
前記ジャケットは、前記入口側ヘッダーと前記出口側ヘッダーとの間に第２の半導体モジュールを備えることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項７】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
キャパシタが設置される第２プレートを備え、
前記ジャケットは、前記入口側ヘッダーと前記出口側ヘッダーとの間に開口部を備え、
前記開口部が下側から前記第２プレートで覆われていることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項８】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器において、
前記ジャケット、前記入口側ヘッダー、及び前記出口側ヘッダーの材質が、樹脂であることを特徴とする半導体モジュール用冷却器。
【請求項９】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体モジュール用冷却器の製造方法において、前記ジャケットの前記窪みに前記複数の冷却フィンを収納し、前記窪みを覆うように前  記第１プレートを配置する冷却フィン組み込み工程と、
前記ジャケットと前記第１プレートを接続する第１プレート接続工程と、
前記ジャケットに前記入口側ヘッダーおよび前記出口側ヘッダーを接続するヘッダー接続工程と、
を備えることを特徴とする半導体モジュール用冷却器の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体モジュール用冷却器の製造方法において、
前記ヘッダー接続工程は、接着剤を用いた接合であることを特徴とする半導体モジュール用冷却器の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月1日(2016.6.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
図１、２、３に示すように、本発明の第１の実施例に係る半導体モジュール冷却器１００は、第１の半導体モジュール６が設置される第１プレート１と、前記第１プレート１の下側に配置され、前記第１プレート１側に窪み２ａを備え、さらに前記窪み２ａの端部に第１貫通孔２ｂと第２貫通孔２ｃとを離間して持ったジャケット２と、前記ジャケット２の下側から前記第１貫通孔２ｂを覆うように配置された分配部３ａ、および前記分配部３ａの長手方向から延在した入口側パイプ部３ｂを持った入口側ヘッダー３と、前記ジャケット２の下側から前記第２貫通孔２ｃを覆うように配置された集水部４ａ、および前記集水部４ａの長手方向から延在した出口側パイプ部４ｂを持ち、前記入口側ヘッダー３と平行に配置された出口側ヘッダー４と、前記第１プレート１と前記ジャケット２の間の前記窪み２ａに配置され、前記入口側ヘッダー３の前記分配部３ａ上方から前記出口側ヘッダー４の前記集水部４ａ上方まで延在された複数の冷却フィン５と、を備えている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
従来の冷却器は、比較例のようにジャケットの内側の対向する側面にヘッダーエリアをそれぞれ配置する構成が一般的であり、ヘッダーエリアと冷却フィン部分が接する断面積は冷却フィンの高さとフィンを配置する幅で決まっていた。そのため、ヘッダー部の流路を確保するには冷却器を平面方向に拡大する必要があり、配管接続部はより限られたものとなる。比較例では、フィン高さを８ｍｍとし、ヘッダーエリアの流路幅を１０ｍｍとして計算した。すなわち、比較例ではヘッダー断面積を８０ｍｍ２とした。比較例で最も流路断面積が小さくなるのは、円錐状のテーパー部とジャケット２との接続部分である。
【国際調査報告】
2015178064.tif 000013
2015178064.tif 000014
2015178064.tif 000015
2015178064.tif 000016