(57)【要約】【課題】半導体モジュールの冷却効率が高い冷却器を提供する。【解決手段】冷却器１は、冷却ケース３と、冷却フィン５と、凹部６とを備える。冷却ケース３は、冷媒１０が流れる流路３０を内部に有し、半導体モジュール２を載置する載置面３１を外面に備える。冷却ケース３を構成し、流路３０を挟んで相対向する一対の壁部４ａ，４ｂのうち、一方の壁部４ａからケース内側に突出するように、冷却フィン５が形成されている。凹部６は、他方の壁部４ｂのケース内面４０に形成されている。冷却ケース３は、一方の壁部４ａが、他の部分とは別部材として構成されている。そして、冷却フィン５の先端部５０が凹部６内に位置している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子を内蔵した半導体モジュールを冷却するための冷却器であって、
冷媒が流れる流路を内部に有し、上記半導体モジュールを載置する載置面を外面に備えた冷却ケースと、
該冷却ケースを構成し、上記流路を挟んで相対向する一対の壁部のうち、一方の壁部からケース内側に突出するよう形成された冷却フィンと、
上記一対の壁部のうち、他方の壁部のケース内面に形成された凹部とを備え、
上記冷却ケースは、上記一対の壁部のいずれか一方が、他の部分とは別部材として構成されており、
上記冷却フィンの先端部が上記凹部内に位置していることを特徴とする冷却器。
【請求項２】
請求項１において、上記冷却フィンの先端部は、先端側が尖ったテーパ状に形成されていることを特徴とする冷却器。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、上記凹部は、該凹部の底部から開口部へ向かうほど、上記他方の壁部の上記ケース内面に平行な面における断面形状が次第に大きくなるよう、内面がテーパ状に形成されていることを特徴とする冷却器。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項において、上記冷却ケースは、上記冷却フィンを形成した上記一方の壁部が上記別部材として構成されており、該一方の壁部と上記半導体モジュールとが一体に形成されていることを特徴とする冷却器。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項において、上記一方の壁部と上記他方の壁部との間に伸縮可能なフィルムが介在しており、該フィルムは、上記凹部以外の部分において上記他方の壁部のケース内面に密着すると共に、残余の部分が、上記冷却フィンの上記先端部によって上記凹部内に押し込められていることを特徴とする冷却器。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか１項において、上記冷却フィンの先端部と、上記凹部の内面との間に隙間が設けられており、上記冷却フィンよりもヤング率が小さい樹脂が上記隙間に充填されていることを特徴とする冷却器。
【請求項７】
請求項６に記載の冷却器の製造方法であって、上記冷却ケースは、上記一方の壁部が上記別部材として構成されており、上記冷却フィンの先端部に上記樹脂を付着させる付着工程と、上記一方の壁部と上記他の部分とを組み合わせて上記冷却ケースを形成すると共に、上記冷却フィンの先端部を上記凹部に挿入し、上記隙間を上記樹脂で充填する組付工程とを行うことを特徴とする冷却器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体モジュールを冷却するための冷却器と、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を内蔵した半導体モジュールを冷却するための冷却器として、図１６に示すごとく、冷却ケース９３を備えたものが従来から知られている（下記特許文献１参照）。この冷却ケース９３は、冷媒９１０が流れる流路９３０が内部に形成されており、外面に、半導体モジュール９２を載置する載置面９３１を備える。また、冷却ケース９３には一対のパイプ９１１，９１２が取り付けられている。一方のパイプ９１１から冷媒９１０を導入し、他方のパイプ９１２から導出する。これにより、流路９３０に冷媒９１０を流し、半導体モジュール９２を冷却している。
【０００３】
冷却ケース９３は、流路９３０を挟んで相対向する位置に、一対の壁部９４ａ，９４ｂを有する。一対の壁部９４ａ，９４ｂのうち、一方の壁部９４ａには、ケース内側に突出するようにピン状の冷却フィン９５が複数本、形成されている。この冷却フィン９５によって、冷媒９１０との接触面積を増やし、半導体モジュール９２の冷却効率を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０１１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、冷却器９１は、他方の壁部９４ｂが別部材になっており、この他方の壁部９４ｂを組み付けて冷却ケース９３を形成している。冷却フィン９５の長さには交差があるため、組付時に冷却フィン９５の先端部９５０と他方の壁部９４ｂとが当接することを防止できるよう、これらの間に隙間９９を設ける必要がある。
【０００６】
このように隙間９９を設けると、冷媒９１０の一部が抵抗の小さい隙間９９を流れるため、冷却フィン９５の間に流れる冷媒９１０の量が減少するという問題があった。そのため、半導体モジュール９２の冷却効率を充分に高められないという問題があった。
【０００７】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、半導体モジュールの冷却効率が高い冷却器と、その製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールを冷却するための冷却器であって、
冷媒が流れる流路を内部に有し、上記半導体モジュールを載置する載置面を外面に備えた冷却ケースと、
該冷却ケースを構成し、上記流路を挟んで相対向する一対の壁部のうち、一方の壁部からケース内側に突出するよう形成された冷却フィンと、
上記一対の壁部のうち、他方の壁部のケース内面に形成された凹部とを備え、
上記冷却ケースは、上記一対の壁部のいずれか一方が、他の部分とは別部材として構成されており、
上記冷却フィンの先端部が上記凹部内に位置していることを特徴とする冷却器にある（請求項１）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の作用効果について説明する。本発明では、上記一方の壁部に冷却フィンを形成し、上記他方の壁部に凹部を形成した。そして、冷却フィンの先端部が凹部内に位置するよう構成した。
このようにすると、他方の壁部のケース内面と、冷却フィンの先端部との間に隙間ができなくなる。そのため、冷却フィンの先端部の先端側における、ケース内面に沿った方向への直線的な冷媒の流れを防ぐことができる。これにより、冷却フィンの間を通る冷媒の量を増やすことができ、半導体モジュールの冷却効率を高めることが可能になる。
【００１０】
以上のごとく、本発明によれば、半導体モジュールの冷却効率が高い冷却器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における、冷却器の分解斜視図。
【図２】半導体モジュールと共に描いた、図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】実施例１における、冷却フィンとしてストレートフィンを用いた、一方の壁部の斜視図。
【図４】実施例１における、冷却フィンとしてオフセットフィンを用いた、一方の壁部の斜視図。
【図５】実施例１における、他方の壁部を別部材とした冷却器の断面図。
【図６】実施例２における、冷却器の分解断面図。
【図７】実施例２における、組み立てた状態の冷却器の断面図。
【図８】実施例３における、冷却器の製造方法説明図。
【図９】実施例４における、冷却器の分解断面図。
【図１０】図９の要部拡大図。
【図１１】図１０に続く図。
【図１２】実施例５における、冷却器の分解断面図。
【図１３】実施例６における、冷却器の分解断面図。
【図１４】実施例７における、冷却器の製造方法を表した要部拡大断面図。
【図１５】図１４に続く図。
【図１６】従来例における、冷却器の分解断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記冷却フィンの先端部は、先端側が尖ったテーパ状に形成されていることが好ましい（請求項２）。
このようにすると、冷却フィンの先端部を凹部に挿入しやすくなる。すなわち、冷却ケースを製造する際には、例えば、冷却フィンを設けた一方の壁部を上記他の部分に組み合わせる必要があるが、この際、冷却フィンと凹部とが位置ずれする場合が有り得る。この場合、冷却フィンの先端部を平坦状にしておくと、該先端部が他方の壁部のケース内面に当接し、先端部が凹部にスムーズに入らないことがある。しかしながら、上述のように、冷却フィンの先端部をテーパ状にすれば、冷却フィンと凹部とが多少位置ずれした場合でも、テーパ状になった先端部を凹部の開口縁に当接させることができる。この状態で冷却フィンを凹部側へ押し込めば、テーパ状の先端部を開口縁において摺動させることができ、該先端部をスムーズに凹部に挿入することができる。
また、後述するように、樹脂を使って凹部を予め充填しておき、この樹脂に対して冷却フィンの先端部を突き刺すこともできるが、この場合、先端部をテーパ状にしておくと、先端部を樹脂に容易に突き刺すことが可能になる。
【００１３】
また、上記凹部は、該凹部の底部から開口部へ向かうほど、上記他方の壁部の上記ケース内面に平行な面における断面形状が次第に大きくなるよう、内面がテーパ状に形成されていることが好ましい（請求項３）。
この場合には、冷却フィンの先端部をテーパ状にした場合と同様に、先端部を凹部に挿入しやすくなる。また、冷却フィンの先端部をテーパ状にし、かつ凹部の内面をテーパ状にすると、先端部を凹部に一層、挿入しやすくなる。
【００１４】
また、上記冷却ケースは、上記冷却フィンを形成した上記一方の壁部が上記別部材として構成されており、該一方の壁部と上記半導体モジュールとが一体に形成されていることが好ましい（請求項４）。
この場合には、一方の壁部と半導体モジュールとが一体化されているため、部品点数を減らすことができる。また、冷却ケースの製造工程と、半導体モジュールの取付工程を一度に行うことができ、冷却器の製造工程を簡素化することが可能になる。
【００１５】
また、上記一方の壁部と上記他方の壁部との間に伸縮可能なフィルムが介在しており、該フィルムは、上記凹部以外の部分において上記他方の壁部のケース内面に密着すると共に、残余の部分が、上記冷却フィンの上記先端部によって上記凹部内に押し込められていることが好ましい（請求項５）。
このようにすると、上記フィルムによって、冷却フィンの先端部よりも先端側を冷媒が通ることを確実に防ぎ、半導体モジュールの冷却効率を一層、高めることが可能になる。
【００１６】
また、上記冷却フィンの先端部と、上記凹部の内面との間に隙間が設けられており、上記冷却フィンよりもヤング率が小さい樹脂が上記隙間に充填されていることが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記隙間が樹脂で充填されているため、凹部に入る冷媒の量を一層、少なくすることができる。そのため、冷却フィンの間を通る冷媒の量を増やすことができ、半導体モジュールの冷却効率を更に高めることが可能になる。上記冷却器を製造する際には、例えば、凹部を予め樹脂で充填しておき、冷却ケースを製造する際に、冷却フィンの先端部を樹脂に差し込む。樹脂は冷却フィンよりもヤング率が小さいため、先端部を樹脂に容易に差し込むことができる。
【００１７】
また、請求項６に記載の冷却器の製造方法においては、上記冷却ケースは、上記一方の壁部が上記別部材として構成されており、上記冷却フィンの先端部に上記樹脂を付着させる付着工程と、上記一方の壁部と上記他の部分とを組み合わせて上記冷却ケースを形成すると共に、上記冷却フィンの先端部を上記凹部に挿入し、上記隙間を上記樹脂で充填する組付工程とを行うことが好ましい（請求項７）。
このようにすると、凹部の内面と先端部との隙間を樹脂で充填した冷却器を、容易に製造することができる。すなわち、凹部を予め樹脂で充填しておき、この樹脂に対して冷却フィンの先端部を差し込むことも可能であるが、この場合、凹部を樹脂で充填するために、他方の壁部のケース内面に樹脂を塗布等する必要がある。そのため、凹部以外の部分にも樹脂が付着するという問題がある。そのため、凹部以外の部分に付着した樹脂を除去する工程が必要になる。しかしながら、冷却フィンの先端部に、ディッピング等で樹脂を付着させておき（付着工程）、この冷却フィンの先端部を凹部に挿入すれば（組付工程）、凹部の周囲に樹脂を付着させることなく、上記隙間を樹脂で充填することが可能になる。そのため、樹脂の除去工程が不要になり、冷却器の製造工程を簡素にすることが可能になる。
【実施例】
【００１８】
（実施例１）
本発明の実施例にかかる冷却器につき、図１〜図５を用いて説明する。
図１、図２に示すごとく、本例の冷却器１は、冷却ケース３と、冷却フィン５と、凹部６とを備える。
冷却ケース３は、冷媒１０が流れる流路３０を内部に有し、半導体モジュール２を載置する載置面３１を外面に備える。
【００１９】
冷却ケース３を構成し、流路３０を挟んで相対向する一対の壁部４ａ，４ｂのうち、一方の壁部４ａからケース内側に突出するように、冷却フィン５が形成されている。
また、凹部６は、一対の壁部４ａ，４ｂのうち、他方の壁部４ｂのケース内面４０に形成されている。
冷却ケース３は、一方の壁部４ａが、他の部分とは別部材として構成されている。
そして、図２に示すごとく、冷却フィン５の先端部５０が凹部６内に位置している。
以下、詳説する。
【００２０】
図１に示すごとく、冷却ケース３は略直方体を呈しており、他方の壁部４ｂと、側壁４１と、上壁４２とを備える。他方の壁部４ｂと、側壁４１と、上壁４２とは、予め溶接等されて一体化している。また、上壁４２には開口部３００が形成されている。この開口部３００に一方の壁部４ａを取り付け、冷却フィン５の先端部５０を凹部６に挿入すると共に、開口部３００の周囲において、一方の壁部４ａを上壁４２に溶接する。このようにして、冷却ケース３を製造する。
また、一方の壁部４ａの外面は、半導体モジュール２を載置するための載置面３１となっている。
【００２１】
図２に示すごとく、本例では、冷却フィン５の先端部５０は、凹部６の底部６２に当接していない。先端部５０は、凹部６の底部６２と、他方の壁部４ｂのケース内面４０との間に位置している。
【００２２】
また、側壁４１には、一対のパイプ１１，１２が取り付けられている。図２に示すごとく、一方のパイプ１１から冷媒１０を導入し、他方のパイプ１２から導出する。これにより、流路３０に冷媒１０を流し、載置面３１に載置した半導体モジュール２を冷却している。
【００２３】
半導体モジュール２は、放熱板２１、ヒートスプレッダ２２、半導体素子２０、パワー端子２３、制御端子２４を備え、これらを樹脂製の封止部材２５で封止したものである。放熱板２１、ヒートスプレッダ２２は銅等の金属からなる。半導体モジュール２０は、はんだ２６ａによってヒートスプレッダ２２に接続されている。また、一方のパワー端子２３ａは、ヒートスプレッダ２２及びはんだ２６ａを介して半導体素子２０に電気的に接続されている。他方のパワー端子２３ｂは、はんだ２６ｂによって半導体素子２０に電気的に接続されている。
半導体素子２０は、ＩＧＢＴ素子等のスイッチング素子である。この半導体素子２０によって、直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置を構成している。
【００２４】
図１、図２に示すごとく、本例の冷却器１では、ピン状の冷却フィン５を用いているが、図３に示すごとく、長方形状の複数の冷却フィン５ａを、冷媒１０の流れる方向に対して平行に配置したストレートフィンを用いても良い。
また、図４に示すごとく、矩形状の複数の冷却フィン５ｂを、冷媒１０の流れる方向に対して平行に、かつ互い違いに配置したオフセットフィンを用いても良い。
【００２５】
また、図１、図２に示すごとく、本例の冷却ケース３は、冷却フィン５を設けた一方の壁部４ａを、他の部分（他方の壁部４ｂ、側壁４１、上壁４２）とは別部材として構成したが、図５に示すごとく、他方の壁部４ｂを別部材としてもよい。
【００２６】
本例の作用効果について説明する。本例では、図１、図２に示すごとく、一方の壁部４ａに冷却フィン５を形成し、他方の壁部４ｂに凹部６を形成した。そして、冷却フィン５の先端部５０が凹部６内に位置するよう構成した。
このようにすると、他方の壁部４ｂのケース内面４０と、冷却フィン５の先端部５０との間に隙間（図１６参照）ができなくなる。そのため、冷却フィン５の先端部５０の先端側における、ケース内面４０に沿った方向への直線的な冷媒１０の流れを防ぐことが可能になる。これにより、冷却フィン５の間を通る冷媒１０の量を増やすことができ、半導体モジュール２の冷却効率を高めることが可能になる。
【００２７】
以上のごとく、本例によれば、半導体モジュールの冷却効率が高い冷却器を提供することができる。
【００２８】
（実施例２）
本例は、図７に示すごとく、冷却フィン５の先端部５０と、凹部６の内面との間の隙間６０を、冷却フィン５よりもヤング率が小さい樹脂７で充填した例である。
この冷却器１は、例えば図６に示すごとく、凹部６を予め樹脂７で充填しておき、一方の壁部４ａを上壁４２に取り付けると共に、冷却フィン５の先端５０を樹脂７に差し込むことにより製造する。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００２９】
本例の作用効果について説明する。上述のようにすると、隙間６０が樹脂７で充填されているため、凹部６に入る冷媒１０の量を少なくすることができる。そのため、冷却フィン５の間を通る冷媒１０の量を増やすことができ、半導体モジュール２の冷却効率を高めることが可能になる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
（実施例３）
本例は、実施例２に示した冷却器１の製造方法を変更した例である。図８に示すごとく、本例では、冷却ケース３は、一方の壁部４ａが上記別部材として構成されている。そして、冷却フィン５の先端部５０に樹脂７を付着させる付着工程と、一方の壁部４ａと他の部分とを組み合わせて冷却ケース３を形成すると共に、冷却フィン５の先端部５０を凹部６に挿入し、隙間６０を樹脂７で充填する組付工程とを行う。
その他、実施例２と同様の構成を備える。
【００３０】
本例の作用効果について説明する。上記方法によると、凹部６の内面と先端部５０との隙間６０を樹脂７で充填した冷却器１を、容易に製造することができる。すなわち、図６，図７に示すごとく、凹部６を予め樹脂７で充填しておき、この樹脂７に対して冷却フィン５の先端部５０を差し込むことも可能であるが、凹部６を樹脂７で充填するためには、他方の壁部４ｂのケース内面４０に樹脂７を塗布等する必要がある。そのため、凹部６以外の部分にも樹脂７が付着するという問題がある。そのため、この樹脂７を除去する工程が必要になる。しかしながら、図８に示すごとく、冷却フィン５の先端部５０に、ディッピング等で樹脂７を付着させておき（付着工程）、この冷却フィン５の先端部５０を凹部６に挿入すれば（組付工程）、凹部６の周囲に樹脂７を付着させることなく、隙間６０を樹脂７で充填することが可能になる。そのため、樹脂７の除去工程が不要になり、冷却器１の製造工程を簡素にすることが可能になる。
その他、実施例２と同様の作用効果を備える。
【００３１】
（実施例４）
本例は、冷却フィン５の先端部５の形状を変更した例である。図９に示すごとく、本例では、冷却フィン５の先端部５０は、先端側が尖ったテーパ状に形成されている。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００３２】
本例の作用効果について説明する。上述のようにすると、冷却フィン５の先端部５０を凹部６に挿入しやすくなる。すなわち、冷却ケース３を製造する際には、例えば、冷却フィン５を設けた一方の壁部４ａを他の部分に組み合わせる必要があるが、この際、冷却フィン５と凹部６とが位置ずれする場合が有り得る。この場合、冷却フィン５の先端部５０を平坦状にしておくと、先端部５０が他方の壁部４ｂのケース内面４０に当接し、先端部５０が凹部６にスムーズに入らないことがある。しかしながら、上述のように、冷却フィン５の先端部５０をテーパ状にすれば、冷却フィン５と凹部６とが多少位置ずれした場合でも、図１０，図１１に示すごとく、テーパ状になった先端部５０を凹部６の開口縁６００に当接させることができる。この状態で冷却フィン５を凹部６側へ押し込めば、テーパ状の先端部５０を開口縁６００において摺動させることができ、先端部５０を凹部６にスムーズに挿入することができる。
【００３３】
また、図１０，図１１に示すごとく、樹脂７を使って凹部６を予め充填しておき、この樹脂７に対して冷却フィン５の先端部５０を突き刺す場合には、先端部５０をテーパ状にしておくと、先端部５０を樹脂７に容易に突き刺すことができるというメリットもある。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
【００３４】
（実施例５）
本例は、凹部６の形状を変更した例である。図１２に示すごとく、本例では、凹部６は、凹部６の底部６２から開口部６１へ向かうほど、他方の壁部４ｂのケース内面４０に平行な面における断面形状が次第に大きくなるよう、内面６３がテーパ状に形成されている。
このようにすると、開口部６１を広げたため、冷却フィン５の先端部５０を凹部６に挿入しやすくなる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。
【００３５】
（実施例６）
本例は、図１３に示すごとく、冷却フィン５を形成した一方の壁部４ａを別部材として構成し、一方の壁部４ａと半導体モジュール２とを一体に形成した例である。
このようにすると、一方の壁部４ａと半導体モジュール２とが一体化されているため、部品点数を減らすことができる。また、冷却ケース３の製造工程と、半導体モジュール２の取付工程を一度に行うことができるため、冷却器１の製造工程を簡素化できる。
その他、実施例１と同様の構成および作用効果を備える。
【００３６】
（実施例７）
本例は、凹部６の構造を変更した例である。図１５に示すごとく、本例では、一方の壁部４ａと他方の壁部４ｂとの間に伸縮可能なフィルム８が介在している。このフィルム８は、凹部６以外の部分８１において他方の壁部４ｂのケース内面４０に密着すると共に、残余の部分８２が、冷却フィン５の先端部５０によって凹部６内に押し込められている。
この冷却器１を製造するには、図１４に示すごとく、まず、冷却フィン５を凹部６に挿入する前に、他方の壁部４ｂのケース内面４０をフィルム８で覆っておく。そして、先端部５０を平坦状にした冷却フィン５を凹部６に挿入すると共に、先端部５０によってフィルム８の一部８２を凹部６内に押し込む。
その他、実施例１と同様の構成を備える。
【００３７】
本例の作用効果について説明する。上述のようにすると、フィルム８によって、冷却フィン５の先端部５０よりも先端側を冷媒１０が通ることを確実に防き、冷却フィン５の間を通る冷媒１０の量を増やすことができ、半導体モジュール２の冷却効率を高めることが可能になる。
その他、実施例１と同様の作用効果を備える。
【符号の説明】
【００３８】
１  冷却器
１０  冷媒
２  半導体モジュール
３  冷却ケース
３０  流路
３１  載置面
４ａ  一方の壁部
４ｂ  他方の壁部
５  冷却フィン
５０  先端部
６  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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