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公開番号2022095195
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-06-28
出願番号2020208376
出願日2020-12-16
発明の名称冷却装置
出願人日本電産株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 23/473 20060101AFI20220621BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】冷却流体が流路の底面部に垂直な方向からスムーズに流入・流出できるようにしつつ、冷却装置の冷却能力の低下を抑制できる構造を提供すること。
【解決手段】冷却流体が流れる方向に沿って設けられた1つ以上の発熱体を、前記冷却流体により冷却する冷却装置であって、前記1つ以上の発熱体に熱的に接続された第1面部と、前記第1面部に対向する第2面部と、を有し、前記第1面部と前記第2面部の間に、前記冷却流体が流れる流路が形成され、前記冷却装置は、前記第1面部と前記第2面部を繋ぎ、且つ、前記冷却流体が流れる方向に沿って延びる側壁を有し、前記側壁の高さは、前記流路の出口において、前記第2面部側から前記第1面部側に向かって小さくされ、高さが小さくされた前記側壁の部分において、前記第2面部の少なくとも一部は欠落しており、前記側壁が前記第1面部に接する部分は、少なくとも前記流路の出口に最も近い発熱体の全体に重なる。
【選択図】図1C
特許請求の範囲【請求項1】
冷却流体が流れる方向に沿って設けられた1つ以上の発熱体を、前記冷却流体により冷却する冷却装置であって、
前記1つ以上の発熱体に熱的に接続された第1面部と、
前記第1面部に対向する第2面部と、を有し、
前記第1面部と前記第2面部の間に、前記冷却流体が流れる流路が形成され、
前記冷却装置は、前記第1面部と前記第2面部を繋ぎ、且つ、前記冷却流体が流れる方向に沿って延びる側壁を有し、
前記側壁の高さは、前記流路の出口において、前記第2面部側から前記第1面部側に向かって小さくされ、
高さが小さくされた前記側壁の部分において、前記第2面部の少なくとも一部は欠落しており、
前記側壁が前記第1面部に接する部分は、少なくとも前記流路の出口に最も近い発熱体の全体に重なることを特徴とする冷却装置。
続きを表示(約 820 文字)【請求項2】
前記側壁の高さは、前記流路の入口においても、前記第2面部側から前記第1面部側に向かって小さくされていることを特徴とする請求項1に記載の冷却装置。
【請求項3】
前記側壁に設けられて、前記冷却流体の流れを前記第1面部に向ける第1突起をさらに有することを特徴とする請求項1または2に記載の冷却装置。
【請求項4】
前記第1突起の下流で前記側壁に設けられて、前記冷却流体の流れを前記第1の突起により生成された低流速域に向ける第2突起をさらに有することを特徴とする請求項3に記載の冷却装置。
【請求項5】
前記第1突起及び前記第2突起を形成する位置は、前記1つ以上の発熱体のそれぞれの位置に対応していることを特徴とする請求項4に記載の冷却装置。
【請求項6】
前記第1突起は、前記流路の前記冷却流体が流れる方向に対して、第1所定角度傾斜しており、前記第2突起は前記第1所定角度とは異なる角度で、前記流路の長手方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項4または5に記載の冷却装置。
【請求項7】
前記第1突起及び前記第2突起は、前記流路の長手方向に対して、約30度傾斜していることを特徴とする請求項4または5に記載の冷却装置。
【請求項8】
高さが小さくされた前記側壁の部分の高さは、高さが小さくされていない部分の高さの1/2以下であることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の冷却装置。
【請求項9】
高さが小さくされた前記側壁の部分の高さは一定ではないことを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の冷却装置。
【請求項10】
前記第1突起及び第2突起は、前記側壁と対向する側壁に接触することを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の冷却装置。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は半導体素子等の発熱体を冷却する冷却装置に関する。
続きを表示(約 2,500 文字)【背景技術】
【0002】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体素子を冷却する冷却装置は、例えば、特許文献1に開示されている。特許文献1の冷却装置では、水平な板部材の上に複数の垂直なフィンを設け、フィンとフィンの間に水平方向(冷却液が流れる方向)に延びるフィン間流路を形成している。そして、複数のフィン間流路の集合体として略直方体の流路を形成し、当該流路に冷却液を流すことにより、発熱体である半導体素子を冷却している。直方体流路の表面積(発熱体と接触する表面の大きさ)とフィンの大きさは、冷却装置の冷却能力に大きく影響する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2020-88199号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1では、流路が水平方向に延び、且つ、流路の側壁であるフィンの高さが、流路の入口から出口まで不変であるので、流路に対して冷却液を水平方向に流入・流出させることは容易にできる。しかし、流路に対して冷却液を垂直方向に流入・流出させる場合には、流路の入口・出口のフィンを除去して、垂直方向に流れる冷却液を徐々に方向転換して水平方向に流すためのスペース(遷移区間)を確保しなければならない。しかし、このようなスペースを設けると、流路の一部(入口・出口)を削除することになるので、流路の表面積が小さくなり、冷却装置の冷却能力が低下する。
本発明の目的は、冷却流体が流路の底面部に垂直な方向からスムーズに流入・流出できるようにしつつ、冷却装置の冷却能力の低下を抑制できる構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の1つの態様による冷却装置は、冷却流体が流れる方向に沿って設けられた1つ以上の発熱体を、前記冷却流体により冷却する冷却装置であって、前記1つ以上の発熱体に熱的に接続された第1面部と、前記第1面部に対向する第2面部と、を有し、前記第1面部と前記第2面部の間に、前記冷却流体が流れる流路が形成され、前記冷却装置は、前記第1面部と前記第2面部を繋ぎ、且つ、前記冷却流体が流れる方向に沿って延びる側壁を有し、前記側壁の高さは、前記流路の出口において、前記第2面部側から前記第1面部側に向かって小さくされ、高さが小さくされた前記側壁の部分において、前記第2面部の少なくとも一部は欠落しており、前記側壁が前記第1面部に接する部分は、少なくとも前記流路の出口に最も近い発熱体の全体に重なる。
【0006】
発熱体が第1面部の下面に設けられている場合、前記側壁の高さが前記流路の出口において前記第1面部側に小さくなっており、且つ、高さが小さくされた前記側壁の部分において、前記第2面部の少なくとも一部は欠落しているという構造は、前記流路の上部が切り欠かれた構造であると言える。前記流路の上部が切り欠かれているので、冷却流体が流路から出る場合、流路底面部から垂直方向に流出し易い。また、前記流路の下部は切り欠かれていないので、前記流路出口において、前記流路の底面部は、平面視で、最下流の発熱体の全体を覆うことができる。流路出口において最下流の発熱体の全体を覆うことにより、最下流の発熱体に対する冷却能力を低下させないようにしている。
【0007】
前記側壁の高さは、前記流路の入口においても、前記第2面部側から前記第1面部側に向かって小さくされてもよい。
前記冷却装置は、前記側壁に設けられて、前記冷却流体の流れを前記第1面部に向ける第1突起をさらに有してもよい。
前記冷却装置は、第1突起の下流で前記側壁に設けられて、前記冷却流体の流れを前記第1の突起により生成された低流速域に向ける第2突起をさらに有してもよい。
前記第1突起及び前記第2突起を形成する位置は、前記1つ以上の発熱体のそれぞれの位置に対応してよい。
【0008】
前記第1突起は、前記流路の前記冷却流体が流れる方向に対して、第1所定角度傾斜しており、前記第2突起は前記第1所定角度とは異なる角度で、前記流路の長手方向に対して傾斜してよい。あるいは、前記第1突起及び前記第2突起は、前記流路の長手方向に対して、約30度傾斜してもよい。
高さが小さくされた前記側壁の部分の高さは、高さが小さくされていない部分の高さの1/2以下であってよい。
高さが小さくされた前記側壁の部分の高さは一定ではなくてもよい。
前記第1突起及び第2突起は、前記側壁と対向する側壁に接触してよい。
【0009】
前記第1突起及び第2突起は、打ち抜き加工で形成されてよい。
前記1つ以上の発熱体は、板状部材を介して前記第1面部に設けられ、前記板状部材は銅板であってよい。前記板状部材は、銅製の筐体を有するベイパーチャンバに置換してもよい。
前記1つ以上の発熱体はヒートパイプを介して前記第1面部に設けられてよい。
前記1つ以上の発熱体のうち少なくとも1つは絶縁ゲートバイポーラトランジスタであってよい。
【0010】
前記第1面部と前記側壁と前記第2面部は、コの字状の1つの金属板により構成されてよい。また、前記流路は、複数の前記コの字状の金属板を、前記第1面部と平行かつ前記冷却流体が流れる方向と垂直な方向に連結して形成されてよい。
前記コの字状の金属板はフィン部材であってよい。また、前記流路は複数の前記フィン部材により形成されてよい。前記金属板は銅板であってよい。
前記側壁は、前記第1面部から前記第2面部に向けて垂直に設けられた複数の放熱フィンであってよい。
【発明の効果】
(【0011】以降は省略されています)

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