(57)【要約】【課題】漏水の虞がない半導体冷却器を形成する。【解決手段】管状部材１０の中途部１８ａ，１８ｂ，１８ｃを平面状に押し広げて平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃを形成することによって、接合部のない半導体冷却器５を構成し、発熱型半導体素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃが実装された基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃを、それぞれ、平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃに当接して設置し、管状部材１０の両側の端部１２，１４の間に冷媒を流して基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃを冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中途部が平面状に押し広げられることによって形成された平面部を有する管状部材と、
前記平面部に当接して設置される、発熱型半導体素子が実装された基板と、を有して、前記管状部材の両端部の間に冷媒を流して前記基板を冷却することを特徴とする半導体冷却器。
【請求項２】
前記基板は、蛇行部をなすように曲げ加工された前記管状部材に形成された複数の前記平面部に架け渡されて設置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体冷却器。
【請求項３】
前記基板は、複数の前記平面部に、前記管状部材の延伸方向と交差する方向に架け渡されて設置されることを特徴とする請求項２に記載の半導体冷却器。
【請求項４】
前記平面部が前記管状部材に連なる両端側には、それぞれ、前記平面部を幅方向で切った断面の幅が前記管状部材の側に向かって漸減するように形成された断面形状移行部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体冷却器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車のモータ制御等に用いられるスイッチング素子である半導体パワーデバイスを冷却する半導体冷却器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴやパワートランジスタ等の半導体パワーデバイス（半導体素子）は、スイッチング時に大電流が流れるため、多くの熱を発生する。そのため、使用時には半導体素子を冷却する必要があり、従来から熱交換機能を有する半導体冷却器が用いられている。
【０００３】
このような半導体冷却器として、例えば、中空パイプにＵ形パイプと出入口パイプをそれぞれ接合して蛇行状の冷却水流路を形成した例が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−９８６５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、特許文献１に記載された半導体冷却器にあっては、冷却水流路に接合部を有しているため、接合部から冷却水が漏れる、所謂漏水の虞があった。また、複数の部品を接合する必要があるため、部品点数が増大するとともに、加工コストや加工時間が増大していた。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもので、漏水の虞がない半導体冷却器を安価に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の半導体冷却器は、中途部が平面状に押し広げられることによって形成された平面部を有する管状部材と、前記平面部に当接して設置される、発熱型半導体素子が実装された基板と、を有して、前記管状部材の両端部の間に冷媒を流して前記基板を冷却することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る半導体冷却器によれば、上記した構造により接合部が生じないため、漏水の虞がない半導体冷却器を安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態である実施例１に係る半導体冷却器の外観図である。（ｂ）は図１（ａ）を切断線Ａ−Ａで切った断面図である。
【図２】（ａ）は半導体冷却器を構成する管状部材の外観図である。（ｂ）は管状部材に曲げ加工を施した状態を示す外観図である。（ｃ）は曲げ加工を施した管状部材に平面部を形成した状態を示す外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の半導体冷却器の具体的な実施形態について、図１（ａ），（ｂ）を用いて、説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１（ａ）は、本発明の一実施形態である半導体冷却器５の外観図である。図１（ｂ）は図１（ａ）を切断線Ａ−Ａで切った断面図である。
［全体構成の説明］
【００１２】
半導体冷却器５は、管状部材１０と、管状部材１０に当接して設置された基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃと、を備えている。
【００１３】
管状部材１０は、端部１２，１４を両端とする、例えばアルミニウム製の中空丸管であり、図１（ａ）に示すような形状に加工されている。即ち、管状部材１０は、屈曲部１６ａと屈曲部１６ｂとで蛇行部１６をなすように、それぞれ１８０度向きを変えるように曲げ加工されている。
【００１４】
このように曲げ加工された管状部材１０の、互いに平行に整列した中途部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ（詳しくは図２（ｂ）参照））には、上下方向から平面状に押し潰された平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃが形成されている。そして、これらの平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、図１（ｂ）に示すように、略面一になるように整列している。これらの平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、管状部材１０の円形断面が上下方向に押し潰されて、長楕円形状の断面をなしている。
【００１５】
そして、各平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃの両端側には、それぞれ、断面形状が、長楕円形状から円形状に移行する断面形状移行部２２ａ〜２２ｃ，２４ａ〜２４ｃが形成されている。即ち、管状部材１０の延伸方向に沿う、平面部２０ａの両端には、それぞれ断面形状移行部２２ａと断面形状移行部２４ａが形成されている。同様に、平面部２０ｂの両端には、それぞれ断面形状移行部２２ｂと断面形状移行部２４ｂが形成されて、平面部２０ｃの長手方向両端には、それぞれ断面形状移行部２２ｃと断面形状移行部２４ｃが形成されている。
【００１６】
これらの断面形状移行部２２ａ〜２２ｃ，２４ａ〜２４ｃは、各平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃが管状部材１０に連なる両端側に、それぞれ、平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃを幅方向で切った断面の幅ｗ（図２（ｃ）参照）が管状部材１０の側に向かって漸減するように形成されている。
【００１７】
このように加工された管状部材１０の内部には、一方の端部１２から、他方の端部１４に向かって、冷媒である冷却液が流通する。冷却液の流通経路について、詳しくは後述する。
【００１８】
略面一に整列した平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃには、基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃが当接した状態で架け渡されて設置されている。
【００１９】
基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃには、例えば、ＩＧＢＴ素子やパワートランジスタ素子に代表される発熱型半導体素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃがそれぞれ実装されている。
【００２０】
そして、基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、図１（ｂ）に示すように、半田４０ａ，４０ｂ，４０ｃによって、それぞれ、平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃに半田付けされている。
【００２１】
次に、実施例１の半導体冷却器５の作用について、図１（ａ），（ｂ）を用いて説明する。
［半導体冷却器の作用の説明］
【００２２】
管状部材１０の内側には、端部１２から矢印Ｌinの方向に、冷媒である冷却液が流入される。流入された冷却液は、断面形状移行部２２ａ，平面部２０ａ，断面形状移行部２４ａの内部の冷媒流路２６ａ（図１（ｂ））を通過する。
【００２３】
その後、屈曲部１６ａの内部を経て、断面形状移行部２４ｂ，平面部２０ｂ，断面形状移行部２２ｂの内部の冷媒流路２６ｂ（図１（ｂ））を通過する。
【００２４】
そして、その後、屈曲部１６ｂの内部を経て、断面形状移行部２２ｃ，平面部２０ｃ，断面形状移行部２４ｃの内部の冷媒流路２６ｃ（図１（ｂ））を通過し、端部１４から矢印Ｌoutの方向に流出する。
【００２５】
端部１４から流出した冷却液は、図１（ａ）には図示しないが、循環して再び端部１２に戻り、前記した流通経路を再び通過する。このように、管状部材１０の内側には冷却液の循環経路が形成されている。
【００２６】
このようにして流通する冷却液によって、管状部材１０の平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃに架け渡して設置された基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃに実装された発熱型半導体素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃが、それぞれ冷却される。
【００２７】
なお、基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃに実装された発熱型半導体素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃは、動作時に多量の熱を発生するため、この熱によって基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃが熱膨張する虞がある。一方、基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃが接合された管状部材１０の内部には冷却液が流通しているため、発生する熱膨張は僅かである。この熱膨張差によって、基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃを接合している半田４０ａ，４０ｂ，４０ｃに大きなストレスがかかる虞がある。
【００２８】
しかしながら、本実施例の半導体冷却器５にあっては、基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、それぞれ平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃに架け渡されて配置され、半田４０ａ，４０ｂ，４０ｃで接合されているため、半田４０ａ，４０ｂ，４０ｃの長さは、それぞれ、平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃの幅相当に短く設定することができる。したがって、基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃと平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃ（管状部材１０）の熱膨張差によって発生するストレスを小さく抑えることができる。
【００２９】
次に、実施例１の半導体冷却器５を構成する管状部材１０の加工方法について、図２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。
［管状部材の加工方法の説明］
【００３０】
無加工状態の管状部材１０は、図２（ａ）に示すように、端部１２，１４をそれぞれ両端とする、円形断面を有する丸管である。この管状部材１０は押出加工や引抜加工によって製造される。
【００３１】
この管状部材１０を、曲げ加工によって折り曲げて、図２（ｂ）に示すように、屈曲部１６ａと屈曲部１６ｂを形成する。これらの屈曲部１６ａと屈曲部１６ｂにおいて、管状部材１０は、それぞれ１８０度屈曲されて、蛇行部１６を形成する。なお、このとき、管状部材１０の中途部１８ａ，１８ｂ，１８ｃは、それぞれ所定の間隔を隔てて略平行になるように整列させておく。所定の間隔の決め方については後述する。
【００３２】
次に、蛇行部１６が形成された管状部材１０の中途部１８ａ，１８ｂ，１８ｃをプレス加工によって上下方向から押し潰して、図２（ｃ）に示すように、押し潰された面が平面をなす平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃを形成する。このとき、管状部材１０の押し潰しは、図示しないプレス装置を用いて行う。なお、管状部材１０をプレス加工によって押し潰した際に、隣接する平面部、例えば、平面部２０ａと平面部２０ｂ、平面部２０ｂと平面部２０ｃ、は互いに重ならないように、前述した所定の間隔が設定される。
【００３３】
平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃを形成する際に、平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃそれぞれの、管状部材１０の延伸方向に沿う両端側には、図２（ｃ）に示すように、平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃの断面形状が、長楕円形状から円形状に移行する断面形状移行部２２ａ〜２２ｃと断面形状移行部２４ａ〜２４ｃがそれぞれ同時に形成される。このとき、断面形状移行部２２ａ〜２２ｃ，２４ａ〜２４ｃの幅ｗは、平面部２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）の幅が、管状部材１０の押し潰されていない側に向かって漸減するように形成される。
【００３４】
なお、管状部材１０を押し潰すプレス装置の詳細説明は省略するが、例えば、平面部２０ａとそこに連なる断面形状移行部２２ａ，２４ａ、平面部２０ｂとそこに連なる断面形状移行部２２ｂ，２４ｂ、平面部２０ｃとそこに連なる断面形状移行部２２ｃ，２４ｃをそれぞれ１つの金型として形成して、この金型を用いてプレス加工が行われる。
【００３５】
以上説明したように、実施例１に係る半導体冷却器５によれば、中途部１８ａ，１８ｂ，１８ｃが平面状に押し広げられて形成された平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃを有する管状部材１０と、平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃに当接して設置される、発熱型半導体素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃが実装された基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃと、を有して、管状部材１０の端部１２，１４（両端部）の間に冷媒を流して基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃを冷却するため、簡単な加工によって接合部のない半導体冷却器５が得られる。したがって、漏水の虞がない半導体冷却器５を安価に製造することができる。また、管状部材１０のみで半導体冷却器５を構成することができるため、部品点数が減ることによって製造コストを低減することができる。
【００３６】
さらに、実施例１に係る半導体冷却器５によれば、基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、蛇行部１６をなすように曲げ加工された管状部材１０に形成された複数の平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃに架け渡されて設置されるため、基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃを管状部材１０に確実に当接させて設置することができる。したがって、安定した冷却性能を得ることができる。
【００３７】
また、実施例１に係る半導体冷却器５によれば、基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、複数の平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃに、管状部材１０の延伸方向と交差する方向に架け渡されて設置されるため、管状部材１０と基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃの熱膨張差によって、管状部材１０と基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃを接合している半田４０ａ，４０ｂ，４０ｃにかかるストレスを低減することができる。したがって、半導体冷却器５の耐久性を向上させることができる。
【００３８】
そして、実施例１に係る半導体冷却器５によれば、平面部２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）が管状部材１０に連なる両端側には、平面部２０ａ（２０ｂ，２０ｃ）を幅方向で切った断面の幅が、管状部材１０の側に向かって漸減するように形成された、断面形状移行部２２ａ，２４ａ（２２ｂ，２４ｂ，２２ｃ，２４ｃ）を有するため、管状部材１０の内部を流れる冷媒の流れを円滑にすることができる。したがって、安定した冷却性能を得ることができる。
【００３９】
なお、実施例１に係る半導体冷却器５によれば、管状部材１０を蛇行部１６を有するように曲げ加工した上で、プレス加工によって平面部２０ａ，２０ｂ，２０ｃを形成するため、冷却する基板３０ａ，３０ｂ，３０ｃのサイズや個数に応じた形状の蛇行部１６を容易に形成することができる。したがって、冷媒流路２６ａ，２６ｂ，２６ｃをフレキシブルに構成することができ、半導体冷却器の小型化を図ることができる。
【００４０】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、実施例はこの発明の例示にしか過ぎないものであるため、この発明は実施例の構成にのみ限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれることは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
５                        半導体冷却器
１０                      管状部材
１２，１４                端部
１６                      蛇行部
１６ａ，１６ｂ            屈曲部
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ    中途部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ    平面部
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ    断面形状移行部
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ    冷媒流路
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ    基板
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ    発熱型半導体素子
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ    半田
【図１】
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【図２】
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