冷却器和半导体模块制造技术

本发明专利技术提供一种冷却器和半导体模块。使用该冷却器和半导体模块，流体的冷却效率高，压力损失低。冷却器(7)冷却半导体元件(1a，1b)，并具有至少由板状散热片(7d1)(顶板)和板状散热片(7d6)(底板)构成的流路部(7d')，在顶板和底板之间形成供流体流动的连续的槽状流路。从与顶板平行且相对于流路交叉的方向观察流路部(7d')时，流路形成为流路的顶板侧的表面及底板侧的表面同步地向顶板侧及底板侧弯折的波形形状。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】冷却器和半导体模块
本专利技术涉及通过流体冷却半导体元件的冷却器以及具有该冷却器的半导体模块。
技术介绍
以往，在作为电力转换用的开关器件等而被使用的功率半导体模块中，为了抑制因电路产生热而导致的不良影响，使用冷却散热片(fin)作为散热部件。例如，已知有以下的液冷式冷却装置。由相邻的两个散热片中的一方(左侧的散热片中相邻的两个波顶部)与水平面构成的交线和由连结位于两波顶部之间的波底部的两个倾斜部的另一方(朝向右侧的散热片的右侧面)与水平面构成的交线所相交的点P1由沿前后方向延伸的第1直线L1连结。另外，由连结位于右侧的散热片中的相邻的两个波底部、以及位于两波底部之间的波顶部的两个倾斜部的左侧的散热片的左侧面与水平面构成的两条交线所相交的点P2由沿前后方向延伸的第2直线L2连结。并且，第1直线L1位于比第2直线L2靠右侧的位置，点P1和点P2在水平面上位于相对于沿前后方向(冷却液的流动方向)延伸的1条直线是在相邻的相反的散热片侧。因此，冷却液在冷却液流路中，在相邻的两个散热片间的流路部分呈蛇行状流动(参照日本国特开2013-165298号公报)。
技术实现思路
专利技术要解决的问题上述文献的散热片结构与以往的平直散热片相比，冷却液与发热体接触的时间长，散热性能高。但是，兼顾散热性能和冷却液压力损失低的散热片结构是理想的，因而需要重复进行改良。鉴于这样的问题，本专利技术的目的在于提供一种冷却效率高且压力损失低的冷却器。用于解决问题的方案为了实现上述目的，本专利技术第一方面的冷却器冷却半导体元件，该冷却器具有至少由顶板和底板构成的流路部，在所述顶板与所述底板之间形成有供流体流动的连续的槽状的流路，所述冷却器的特征在于，从与所述顶板平行且与所述流路交叉的方向观察时，所述流路形成为所述流路的所述顶板侧的面以及所述底板侧的面同步地向所述顶板侧及所述底板侧弯折的波形形状。本专利技术的冷却器利用流动于流路中的流体(例如，水)来冷却半导体模块，其中，流路的流路部由至少顶板和底板构成，该流路在顶板与底板之间。从与顶板平行且与流路交叉的方向观察时，该流路形成为顶板侧的面以及底板侧的面同步地向顶板侧以及底板侧弯折的波形形状，因此流体一边向顶板侧及底板侧摆动一边向前行进。由此，流体相对于流路内壁的接触面积增大，同时流体以保持降低因涡流等引起的压力损失的状态进行流动，因而能够实现冷却效率高、压力损失低的冷却器。在本专利技术第一方面的冷却器中，优选的是，所述流路部具有配置在所述顶板与所述底板之间的至少一枚板状散热片，在所述顶板与所述底板之间形成有由所述板状散热片隔开的多个流路，从与所述顶板平行且与所述多个流路交叉的方向观察时，所述多个流路形成为所述多个流路的所述顶板侧的面以及所述底板侧的面同步地向所述顶板侧及所述底板侧弯折的波形形状。根据该结构，在冷却器的顶板与底板之间配置至少一枚板状散热片，在顶板与底板之间形成由板状散热片隔开的多个流路，这些流路形成为同步地向顶板侧及底板侧弯折的波形形状。在顶板与底板之间重叠而形成的多个流路中流动的流体一边同步地向顶板侧及底板侧摆动一边行进，因此能够将压力损失抑制得较低，并且能够进一步提高冷却效率。另外，在本专利技术第一方面的冷却器中，优选的是，从与所述顶板垂直的方向观察时，所述流路形成为所述流路的两侧面同步地弯折的波形形状。根据该结构，从与顶板垂直的方向观察时，板状散热片的流路形成为流路的两侧面同步地弯折的波形形状，因此流体除了向顶板侧及底板侧摆动之外，还在沿着顶板的面的左右方向上摆动的同时向前行进。由此，经冷却的流体与流路内表面的接触面积进一步增大，并且涡流的产生得到抑制且流体不会停滞地流动，从而能够提高冷却效率。另外，在本专利技术第一方面的冷却器中，优选的是，从与所述顶板垂直的方向观察时的所述流路的波峰与波谷之间的间隔y1与从与所述顶板平行且与所述流路交叉的方向观察时的所述流路的波峰与波谷之间的间隔y2相等。从与顶板垂直的方向观察时的间隔y1是从该方向观察时的波形的半波长，从与顶板平行且与流路交叉的方向观察时的间隔y2是从该方向观察到的波形的半波长。通过将间隔y1与间隔y2设定得相等，只要变更除上述间隔以外的参数来调查压力损失等流路特性即可，因此设计变得容易。另外，在本专利技术第一方面的冷却器中，优选的是，从与所述顶板垂直的方向观察时的所述流路的波形形状与从与所述顶板平行且与所述流路交叉的方向观察时的所述流路的波形形状之间的相位差φ满足0°+90°n≤φ≤30°+90°n或者60°+90°n≤φ≤90°+90°n(n＝0，1，2，3)的关系。若变更从各个方向观察的两个波形形状之间的相位差φ，则决定冷却器的性能的温度和压力损失分别发生变化。当相位差φ在90°≤φ≤120°或者150°≤φ≤180°(n＝1的情况)时，冷却效率及压力损失均为适当的值，能够发挥作为冷却器的功能。另外，在本专利技术第一方面的冷却器中，优选的是，在将从与所述顶板垂直的方向观察时的所述流路的振幅设为x1，将从与所述顶板平行且与所述流路交叉的方向观察时的所述流路的振幅设为z1时，满足z1≤x1≤3z1的关系。根据该结构，能够将从与顶板垂直的方向观察时的流路的振幅x1变更成与顶板平行且与流路交叉的方向观察时的流路的振幅z1的1～3倍范围内的值。例如，考虑到流路的全长而将振幅x1设定为上述范围内的一定程度增大的值，从而流体与半导体元件接触的面积增大，因此能够提高冷却效率。另外，在本专利技术第一方面的冷却器中，优选的是，在将从与所述顶板垂直的方向观察时的相邻的所述流路的间隔设为x2且将所述流路的宽度设为x3时，满足2x3≤x2的关系。根据该结构，通过将从与顶板垂直的方向观察时的相邻的流路的间隔x2设定成流路的宽度x3的2倍以上，能够形成一定程度数量的流路。由此，由于流体与半导体元件接触的面积增大，能够提高冷却效率。本专利技术第二方面的半导体模块具备：半导体元件；搭载所述半导体元件并用导电性板夹持绝缘基板的上表面及下表面而成的层叠基板；以及供对所述半导体元件进行冷却的流体流动的冷却器，其中，所述冷却器与所述层叠基板的未搭载所述半导体元件的一侧接合，所述半导体模块的特征在于，所述冷却器是本专利技术第一方面以及本专利技术第一方面的从属方面的任一项所述的冷却器。本专利技术的半导体模块的半导体元件搭载在层叠基板上，层叠基板的未搭载半导体元件的一侧与冷却器接合。在该冷却器中流动有对半导体元件进行冷却的流体(例如水)，通过用导热性高的材料构成层叠基板，能够有效地冷却半导体元件。另外，在从与顶板平行且与流路交叉的方向观察时，冷却器(权利要求1)的流路部的流路形成为顶板侧的面以及底板侧的面同步地向顶板侧及底板侧弯折的波形形状，因此流体一边向顶板侧以及底板侧摆动一边向前行进。由此，能够增大流体相对于流路内壁的接触面积，同时流体在保持降低因涡流等引起的压力损失的状态下进行流动，因而能够提高半导体元件的冷却效率。附图说明图1是有关本专利技术的实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷却器，其冷却半导体元件，/n所述冷却器具有至少由顶板和底板构成的流路部，在所述顶板与所述底板之间形成有供流体流动的连续的槽状的流路，/n所述冷却器的特征在于，/n从与所述顶板平行且与所述流路交叉的方向观察时，所述流路形成为所述流路的所述顶板侧的面以及所述底板侧的面同步地向所述顶板侧及所述底板侧弯折的波形形状。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180809 JP 2018-1502061.一种冷却器，其冷却半导体元件，
所述冷却器具有至少由顶板和底板构成的流路部，在所述顶板与所述底板之间形成有供流体流动的连续的槽状的流路，
所述冷却器的特征在于，
从与所述顶板平行且与所述流路交叉的方向观察时，所述流路形成为所述流路的所述顶板侧的面以及所述底板侧的面同步地向所述顶板侧及所述底板侧弯折的波形形状。


2.根据权利要求1所述的冷却器，其特征在于，
所述流路部具有配置在所述顶板与所述底板之间的至少一枚板状散热片，在所述顶板与所述底板之间形成有由所述板状散热片隔开的多个流路，
从与所述顶板平行且与所述多个流路交叉的方向观察时，所述多个流路形成为所述多个流路的所述顶板侧的面以及所述底板侧的面同步地向所述顶板侧及所述底板侧弯折的波形形状。


3.根据权利要求1或2所述的冷却器，其特征在于，
从与所述顶板垂直的方向观察时，所述流路形成为所述流路的两侧面同步地弯折的波形形状。


4.根据权利要求3所述的冷却器，其特征在于，
从与所述顶板垂直的方向观察时的所述流路的波峰与波谷之间的间隔y1与从与所述顶板平行且与所述流路交叉的方向观察时的所述流路的波峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：加藤辽一，乡原广道，池田良成，宫下朋之，立石义博，沼田俊介，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，学校法人早稻田大学，
类型：发明
国别省市：日本;JP