JP2012033966A - パワーモジュール用ヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性能の一層の向上を実現可能なパワーモジュール用ヒートシンクを提供する。
【解決手段】パワーモジュール用ヒートシンク１０は、表面側にパワーデバイスが搭載され、パワーデバイスからの熱を内部に設けられた冷媒流路１０ｄ内を流通する冷却媒体により放熱するものである。冷媒流路１０ｄ内には櫛歯部材３１０が配設されている。櫛歯部材３１０は、表面と平行な基板３１０ａと、基板３１０ａから表面と交差する方向に延びて凸設された複数の立壁３１０ｂとからなる。櫛歯部材３１０は、冷媒流路１０ｄ内で各立壁３１０ｂが冷却媒体の流通方向に延びている。各立壁３１０ｂには、各立壁３１０ｂ間で冷却媒体をその流通によって少なくとも旋回させる複数の案内部３１０ｃが冷却媒体の流通方向に沿って整列して形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明はパワーモジュール用ヒートシンクに関する。

例えば特許文献１に従来のパワーモジュール用ヒートシンクが開示されている。このパワーモジュール用ヒートシンクは、アルミニウムや銅からなる（この明細書及び特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、「銅」という用語には、純銅の他に銅合金を含むものとする。）。また、このパワーモジュール用ヒートシンクは、内部に水等の冷却媒体を流通させる冷媒流路が形成されている。より詳しくは、パワーモジュール用ヒートシンクは横長の矩形断面をなしており、その内部には横長の矩形断面をなす冷媒流路が形成されている。冷媒流路内には上下方向に延びる複数のフィンが形成され、これらによって冷媒流路が冷却媒体と接触する接触面積が増やされている。

このパワーモジュール用ヒートシンクの一面側には、例えば、半導体チップ等のパワーデバイスが実装された絶縁回路基板が搭載される。パワーデバイスが搭載される前の構成物は、パワーモジュール用ヒートシンク及び絶縁回路基板からなるパワーモジュール用基板とされる。

絶縁回路基板は、例えば、アルミニウム製の配線層と、配線層の他方の面に接合された絶縁性セラミック製の絶縁基板と、絶縁基板の他方の面に接合されたアルミニウム製の放熱層とからなる。配線層には、パワーモジュール用基板が使用される際、半導体チップ等のパワーデバイスが実装される。絶縁回路基板とパワーモジュール用ヒートシンクとの間には、３〜１０ｍｍ程度のアルミニウム製の放熱板が介在するように配設されている。

このような構成である従来のパワーモジュール用ヒートシンクは、その一面側に例えば、半導体チップ等のパワーデバイスが実装された絶縁回路基板が搭載されてパワーモジュールを構成する。そして、このパワーモジュールは、例えば、電動モータを駆動源の一部とするハイブリッドカー等の移動体のインバータ回路に適用されることにより、移動体の運転状況に応じて電動モーター等に供給する電力を制御する。そして、このパワーモジュールでは、パワーデバイスが発する高熱を配線層、絶縁基板、放熱層及び放熱板を介してパワーモジュール用ヒートシンクに伝え、冷媒流路内を流通する冷却媒体によりその熱を放熱する。

特開２００３−８６７４４号公報

しかし、上記従来のパワーモジュール用ヒートシンクでは、パワーデバイスが発する高熱を冷媒流路やフィンの表面から、冷媒流路内を流通する冷却媒体に効率よく伝えることに関して、下記の通り問題があった。

すなわち、上記従来のパワーモジュール用ヒートシンクでは、冷媒流路と冷却媒体との間の接触面積を増やすために、冷媒流路内に上下方向に延びる複数のフィンが形成されてはいる。しかしながら、このようにフィンを設けたパワーモジュール用ヒートシンクであっても、パワーデバイスに熱的に近い領域ほど冷却媒体の温度が上昇して不均一な温度分布となってしまう。このため、冷却媒体は、冷却能力の一部しか有効に発揮することができず、放熱効率が低下してしまう。その結果、このパワーモジュール用ヒートシンクでは、冷媒流路の内面やフィンの表面から冷却媒体への熱伝達が阻害されることとなり、放熱性能の一層の向上が難しかった。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、放熱性能の一層の向上を実現可能なパワーモジュール用ヒートシンクを提供することを解決すべき課題としている。

第１発明のパワーモジュール用ヒートシンクは、少なくとも一面にパワーデバイスが搭載され、該パワーデバイスからの熱を内部に設けられた冷媒流路内を流通する冷却媒体により放熱するパワーモジュール用ヒートシンクにおいて、
前記冷媒流路内には櫛歯部材が配設され、該櫛歯部材は、前記一面と平行な基板と、該基板から該一面と交差する方向に延びて凸設された複数の立壁とからなるものであって、該冷媒流路内で各該立壁が前記冷却媒体の流通方向に延びており、
各該立壁には、各該立壁間で該冷却媒体をその流通によって少なくとも旋回させる複数の案内部が該冷却媒体の流通方向に沿って整列して形成されていることを特徴とする。

このような構成である第１発明のパワーモジュール用ヒートシンクは、その一面側に例えば、半導体チップ等のパワーデバイスが実装された絶縁回路基板が搭載されてパワーモジュールを構成する。そして、このパワーモジュールは、例えば、電動モータを駆動源の一部とするハイブリッドカー等の移動体のインバータ回路に適用されることにより、移動体の運転状況に応じて電動モーター等に供給する電力を制御する。そして、このパワーモジュールでは、パワーデバイスが発する高熱を絶縁回路基板等を介してパワーモジュール用ヒートシンクに伝え、冷媒流路内を流通する冷却媒体によりその熱を放熱する。

第１発明のパワーモジュール用ヒートシンクでは、櫛歯部材の立壁間を流通する冷却媒体が複数の案内部によって少なくとも旋回する。このため、パワーデバイスに熱的に近い領域と熱的に遠い領域との間で冷却媒体が流動し易くなり、冷媒流路内における冷却媒体の不均一な温度分布が生じ難くなる。このため、冷却媒体は、冷却能力を有効に発揮することが可能となり、放熱効率が向上する。その結果、このパワーモジュール用ヒートシンクでも、冷媒流路の内面や立壁の表面から冷却媒体への熱伝達が好適に行われる。

したがって、第１発明のパワーモジュール用ヒートシンクによれば、放熱性能の一層の向上を実現することができる。

第１発明において、冷媒流路を形成する本体はアルミニウムや銅からなり得る。櫛歯部材もアルミニウムや銅からなり得る。

第１発明において、互いに向かい合う対をなす立壁間の各案内部は、冷却媒体の流通方向に対して、互いに逆方向である斜めの角度で延在していることが好ましい。この場合、立壁間を例えば一面側の立壁に沿って流通する冷却媒体は、その一面側の案内部に案内され、他面側の立壁に至り、その他面側の案内部に案内されることとなる。こうして、冷却媒体が旋回されやすくなる。

第１発明において、各案内部は、各立壁に凸設された凸部であってもよく、各立壁に凹設された凹部であってもよく、各立壁に貫設された貫通孔であってもよい。

第２発明のパワーモジュール用ヒートシンクは、少なくとも一面にパワーデバイスが搭載され、該パワーデバイスからの熱を内部に設けられた冷媒流路内を流通する冷却媒体により放熱するパワーモジュール用ヒートシンクにおいて、
平坦な接合面に互いに平行な複数本の溝が凹設された板状をなす複数枚の流路板が各該接合面によって積層されることにより、各該溝によって前記冷媒流路が形成される積層体からなるものであって、
各該流路板には、各該溝の底部を貫通する複数の貫通孔が該冷却媒体の流通方向に沿って整列して形成され、各該貫通孔は、各該溝で該冷却媒体をその流通によって攪拌する複数の案内部とされていることを特徴とする。

第２発明のパワーモジュール用ヒートシンクは、複数枚の流路板の積層体からなる。各流路板は、板状であり、平坦な接合面に互いに平行な複数本の溝が凹設されたものである。また、各流路板には、各溝で冷却媒体をその流通によって攪拌する無数の案内部が形成されている。このような流路板が各接合面によって積層されることにより、流路板の各溝がそれらの溝側に位置する他の流路板によって蓋をされ、冷媒流路が形成される。そして、冷媒流路内には冷却媒体をその流通によって攪拌する無数の案内部が配設されることとなる。

このような構成である第２発明のパワーモジュール用ヒートシンクも、パワーモジュールを構成する。

第２発明のパワーモジュール用ヒートシンクでは、溝によって形成された冷媒流路内を流通する冷却媒体が案内部によって攪拌される。このため、パワーデバイスに熱的に近い領域と熱的に遠い領域との間で冷却媒体が流動し易くなり、冷媒流路内における冷却媒体の温度分布の不均一な温度分布が生じ難くなる。このため、冷却媒体は、冷却能力を有効に発揮することが可能となり、放熱効率が向上する。その結果、このパワーモジュール用ヒートシンクでも、冷媒流路の内面や流路板の表面から冷却媒体への熱伝達が好適に行われる。

したがって、第２発明のパワーモジュール用ヒートシンクによっても、放熱性能の一層の向上を実現することができる。

第２発明において、流路板はアルミニウム、銅等の金属又は窒化アルミニウム等のセラミック材料等からなり得る。

第２発明において、流路板の各溝で前記冷媒流路の幅方向に並んで対をなす各貫通孔は、冷却媒体の流通方向に対して、互いに逆方向である斜めの角度で延在していることが好ましい。この場合、溝内を例えば一面側の流路板に沿って流通する冷却媒体は、対をなす案内部の一方に案内され、その他面側の案内部に案内され、他面側の流路板に沿って流通する冷却媒体は、対をなす案内部の他方に案内され、その一面側の案内部に案内されることとなる。こうして、冷却媒体が旋回されやすくなる。

第２発明において、各案内部は、各溝に凸設された凸部を有していてもよい。

第３発明のパワーモジュール用ヒートシンクは、少なくとも一面にパワーデバイスが搭載され、該パワーデバイスからの熱を内部に設けられた冷媒流路内を流通する冷却媒体により放熱するパワーモジュール用ヒートシンクにおいて、
前記冷媒流路内には、一方の面側の前記冷却媒体を他方の面側に移動させる傾斜面と、該他方の側の該冷却媒体を該一方の面側に移動させる傾斜面と、各該傾斜面の終端に連続する水平面とを有する入れ替え装置が設けられ、
該入れ替え装置は、該冷却媒体の流通方向に沿って並ぶ複数の該パワーデバイスの間に配置されていることを特徴とする。

このような構成である第３発明のパワーモジュール用ヒートシンクも、パワーモジュールを構成する。

第３発明のパワーモジュール用ヒートシンクでは、冷媒流路内に設けられた入れ替え装置が一方の面側の冷却媒体を他方の面側に移動させ、かつ他方の面側の冷却媒体を一方の面側に移動させることができる。このため、パワーデバイスに熱的に近い領域と熱的に遠い領域との間で冷却媒体が流動し易くなり、冷媒流路内における冷却媒体の温度分布の不均一な温度分布が生じ難くなる。このため、冷却媒体は、冷却能力を有効に発揮することが可能となり、放熱効率が向上する。その結果、このパワーモジュール用ヒートシンクでも、冷媒流路の内面から冷却媒体への熱伝達が好適に行われる。

したがって、第３発明のパワーモジュール用ヒートシンクによっても、放熱性能の一層の向上を実現することができる。

第３発明において、冷媒流路を形成する本体はアルミニウムや銅からなり得る。入れ替え装置もアルミニウムや銅からなり得る。

第３発明において、入れ替え装置は、冷媒流路内における一方の面側の冷却媒体を他方の面側に移動させる第１通路と、他方の面側の冷却媒体を一方の面側に移動させる第２通路とを冷媒流路の幅方向に交互に有するものであり得る。このような入れ替え装置は、第１通路が形成された第１板と、第２通路が形成された第２板とが冷媒流路の幅方向に交互に積層されたものであり得る。

実施例１のパワーモジュール用ヒートシンクの概略正面図である。 実施例１のパワーモジュール用ヒートシンクの概略側面図である。 実施例１のパワーモジュール用ヒートシンクの概略底面図である。 実施例２のパワーモジュール用ヒートシンクの概略正面図である。 実施例２のパワーモジュール用ヒートシンクの概略側面図である。 実施例２のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、櫛歯部材の立壁及び凹部を示す概略斜視図である。 実施例３のパワーモジュール用ヒートシンクの概略正面図である。 実施例３のパワーモジュール用ヒートシンクの概略側面図である。 実施例３のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、櫛歯部材の立壁及び凹部を示す概略斜視図である。 実施例４のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、櫛歯部材の立壁及び貫通孔を示す概略斜視図である。 実施例５のパワーモジュール用ヒートシンクの概略斜視図である。 実施例５のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、流路板の概略上面図である。 実施例５のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、図１２のＪ−Ｊ断面を示す概略断面図である。 実施例６のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、流路板の概略上面図である。 実施例６のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、図１４のＫ−Ｋ断面を示す概略断面図である。 実施例６のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、図１４のＬ−Ｌ断面を示す概略断面図である。 実施例７のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、流路板の概略上面図である。 実施例７のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、図１７のＭ−Ｍ断面を示す概略断面図である。 実施例７のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、図１７のＮ−Ｎ断面を示す概略断面図である。 実施例８のパワーモジュール用ヒートシンクの概略上面断面図である。 実施例８のパワーモジュール用ヒートシンクの概略側面断面図である。 実施例８のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、図２０のＯ−Ｏ断面を示す概略断面図である。 実施例８のパワーモジュール用ヒートシンクの要部拡大断面図である。 実施例８のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、（ａ）は第１板を示す三面図であり、（ｂ）は第２板を示す三面図であり、（ｃ）は積層体を示す三面図である。 実施例８のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、（ａ）は積層体の側面図であり、（ｃ）は積層体を切断して得られた入れ替え装置の側面図である。 実施例９のパワーモジュール用ヒートシンクの入れ替え装置の概略斜視図である。 実施例１０のパワーモジュール用ヒートシンクの入れ替え装置の概略斜視図である。

以下、第１〜３発明を具体化した実施例１〜１０を図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において、上側を表面、下側を裏面とする。

（実施例１）
実施例１は第１発明を具体化したものである。

図１〜図３に示すように、実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１０は、表面側にパワーデバイス（図示しない）が搭載され、パワーデバイスからの熱を内部に設けられた冷媒流路１０ｄ内を流通する冷却媒体により放熱するものである。

このパワーモジュール用ヒートシンク１０において、冷媒流路１０ｄは、表面部１０ｂ、裏面部１０ｃ及びその両側に設けられた側面部１０ｅにより囲まれた矩形断面の空間であり、図１の手前側から奥側に向けて、冷却媒体を流通可能とされている。

冷媒流路１０ｄ内には、アルミニウム押出型材製の櫛歯部材３１０が配設されている。櫛歯部材３１０は、パワーデバイスが搭載される表面と平行な基板３１０ａと、基板３１０ａから表面と交差する方向に延びて凸設された複数の立壁３１０ｂとからなるものである。各立壁３１０ｂは、冷媒流路１０ｄ内で冷却媒体の流通方向に延びている。

各立壁３１０ｂの側面には、図２及び図３に示すように、所定の間隔をあけて、回転刃３１０ｅにより円弧状に切削されてなる凸部３１０ｄ及び凹部３１０ｃが形成されている。これら凸部３１０ｄ及び凹部３１０ｃは、各立壁３１０ｂ間で冷却媒体をその流通によって少なくとも旋回させる無数の案内部とされている。また、図３に示すように、回転刃３１０ｅは立壁３１０ｂに対して、傾斜角を有して回転し、互いに向かい合う対をなす立壁３１０ｂを同時に切削する。このため、互いに向かい合う対をなす立壁３１０ｂ間の各凸部３１０ｄ及び各凹部３１０ｃは、冷却媒体の流通方向に対して、互いに逆方向である斜めの角度で延在するように形成されている。

このような構成である実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１０では、櫛歯部材３１０の立壁３１０ｂ間を流通する冷却媒体が凸部３１０ｄ及び凹部３１０ｃからなる無数の案内部によって少なくとも旋回する。このため、パワーデバイスに熱的に近い領域と熱的に遠い領域との間で冷却媒体が流動し易くなっており、冷媒流路１０ｄ内における冷却媒体の不均一な温度分布が生じ難くなっている。このため、冷却媒体は、冷却能力を有効に発揮することが可能となっており、放熱効率が向上している。その結果、このパワーモジュール用ヒートシンク１０でも、冷媒流路１０ｄの内面や立壁３１０ｂの表面から冷却媒体への熱伝達が好適に行われることを実現できている。

したがって、実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１０によれば、放熱性能の一層の向上を実現することができている。

また、このパワーモジュール用ヒートシンク１０では、互いに向かい合う対をなす立壁３１０ｂ間の各凸部３１０ｄ及び各凹部３１０ｃが冷却媒体の流通方向に対して、互いに逆方向である斜めの角度で延在していることから、立壁３１０ｂ間を例えば一面側の立壁３１０ｂに沿って流通する冷却媒体は、その一面側の各凸部３１０ｄ及び各凹部３１０ｃに案内され、他面側の立壁３１０ｂに至り、その他面側の各凸部３１０ｄ及び各凹部３１０ｃに案内されることとなっている。こうして、冷却媒体が旋回されやすくなっている。

なお、実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１０では、表面部１０ｂと櫛歯部材３１０とが別体とされているが、当然に一体のものであってもよい。

（実施例２）
実施例２も第１発明を具体化したものである。

実施例２のパワーモジュール用ヒートシンク１１は、実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１０の櫛歯部材３１０の代わりに、図４及び図５に示す櫛歯部材３１１を適用したものである。他の構成は、実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１０と同様であるので、説明は省く。

冷媒流路１０ｄ内には、アルミニウム押出型材製の櫛歯部材３１１が配設されている。櫛歯部材３１１は、パワーデバイスが搭載される表面と平行な基板３１１ａと、基板３１１ａから表面と交差する方向に延びて凸設された複数の立壁３１１ｂとからなるものである。各立壁３１１ｂは、冷媒流路１０ｄ内で冷却媒体の流通方向に延びている。

各立壁３１１ｂの側面には、図６に示すように、ブローチ工具３１１ｅによって矩形断面の溝状にブローチ加工されてなる凹部３１１ｃが所定の間隔をあけて形成されている。この凹部３１１ｃは、各立壁３１１ｂ間で冷却媒体をその流通によって少なくとも旋回させる無数の案内部とされている。また、図５に示すように、互いに向かい合う対をなす立壁３１１ｂ間の各凹部３１１ｃは、冷却媒体の流通方向に対して、互いに逆方向である斜めの角度で延在するように形成されている。

このような構成である実施例２のパワーモジュール用ヒートシンク１１でも、実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１０と同様に、櫛歯部材３１１の立壁３１１ｂ間を流通する冷却媒体が凹部３１１ｃからなる無数の案内部によって少なくとも旋回する。このため、パワーデバイスに熱的に近い領域と熱的に遠い領域との間で冷却媒体が流動し易くなっており、冷媒流路１０ｄ内における冷却媒体の不均一な温度分布が生じ難くなっている。このため、冷却媒体は、冷却能力を有効に発揮することが可能となっており、放熱効率が向上している。その結果、このパワーモジュール用ヒートシンク１１でも、冷媒流路１０ｄの内面や立壁３１１ｂの表面から冷却媒体への熱伝達が好適に行われることを実現できている。このため、このパワーモジュール用ヒートシンク１１も、実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１０と同様の作用効果を奏することができている。

（実施例３）
実施例３も第１発明を具体化したものである。

実施例３のパワーモジュール用ヒートシンク１２は、実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１０の櫛歯部材３１０の代わりに、図７及び図８に示す櫛歯部材３１２を適用したものである。他の構成は、実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１０と同様であるので、説明は省く。

冷媒流路１０ｄ内には、アルミニウム押出型材製の櫛歯部材３１２が配設されている。櫛歯部材３１２は、パワーデバイスが搭載される表面と平行な基板３１２ａと、基板３１２ａから表面と交差する方向に延びて凸設された複数の立壁３１２ｂとからなるものである。各立壁３１２ｂは、冷媒流路１０ｄ内で冷却媒体の流通方向に延びている。

各立壁３１２ｂの側面には、図９に示すように、ドリル刃（図示しない）によって半円断面の溝状に切削加工されてなる凹部３１２ｃが所定の間隔をあけて形成されている。この凹部３１２ｃは、各立壁３１２ｂ間で冷却媒体をその流通によって少なくとも旋回させる無数の案内部とされている。また、図８に示すように、互いに向かい合う対をなす立壁３１２ｂ間の各凹部３１２ｃは、冷却媒体の流通方向に対して、互いに逆方向である斜めの角度で延在するように形成されている。

このような構成である実施例３のパワーモジュール用ヒートシンク１２でも、櫛歯部材３１２の立壁３１２ｂ間を流通する冷却媒体が凹部３１２ｃからなる無数の案内部によって攪拌される。このため、パワーデバイスに熱的に近い領域と熱的に遠い領域との間で冷却媒体が流動し易くなっており、冷媒流路１０ｄ内における冷却媒体の不均一な温度分布が生じ難くなっている。このため、冷却媒体は、冷却能力を有効に発揮することが可能となっており、放熱効率が向上している。その結果、このパワーモジュール用ヒートシンク１２も、実施例１、２のパワーモジュール用ヒートシンク１０、１１と同様の作用効果を奏することができている。

（実施例４）
実施例４も第１発明を具体化したものである。

実施例４のパワーモジュール用ヒートシンクは、実施例３のパワーモジュール用ヒートシンク１２の櫛歯部材３１２の各立壁３１２ｂの側面に形成された凹部３１２ｃの代わりに、図１０に示すように、貫通孔３１３ｃが形成されたものである。他の構成は、実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１２と同様であるので、説明は省く。

図１０に示すように、各立壁３１２ｂには、無数の貫通孔３１３ｃが各立壁３１２ｂの側面の垂直方向に対して傾斜角を有して貫設されている。このため、冷媒流路１０ｄ内を流通する冷却媒体は、ある立壁３１２ｂの側面側から貫通孔３１３ｃを介して、他の立壁３１２ｂに側面側に移動するが可能となっている。これらの貫通孔３１３ｃが無数の案内部とされている。

このような構成である実施例４のパワーモジュール用ヒートシンクでも、櫛歯部材３１２の立壁３１２ｂ間を流通する冷却媒体が貫通孔３１３ｃからなる無数の案内部によって少なくとも旋回するため、実施例１〜３のパワーモジュール用ヒートシンク１０〜１２と同様の作用効果を奏することができている。

（実施例５）
実施例５は第２発明を具体化したものである。

図１１に示すように、実施例５のパワーモジュール用ヒートシンク１４は、複数枚の流路板３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃの積層体からなる。各流路板３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃは、アルミニウム合金製の板である。最上層の流路板３１４ｃは、単なる平板であり、最下層の流路板３１４ｂと中間層の複数の流路板３１４ａは、平坦な接合面２１４ａに互いに平行な複数本の溝２１４ｂが凹設されたものである。また、中間層の各流路板３１４ａには、各溝２１４ｂで冷却媒体をその流通によって攪拌する無数の案内部としての貫通孔２１４ｃ、２１４ｄが形成されている。

図１１〜図１３に示すように、貫通孔２１４ｃの流通方向に並ぶ側面２１４ｅ、２１４ｆと、貫通孔２１４ｄの流通方向に並ぶ側面２１４ｇ、２１４ｈとは、冷却媒体の流通方向に対して、互いに逆方向である斜めの角度で延在するように形成されている。こうして、貫通孔２１４ｃ、２１４ｄにより構成される各案内部は、中間層の各流路板３１４ａの各溝２１４ｂで対をなしている。

このような流路板３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃが各接合面２１４ａによって積層されることにより、流路板３１４ａ、３１４ｂの各溝２１４ｂがそれらの溝２１４ｂ側に位置する他の流路板３１４ａ、３１４ｃによって蓋をされ、冷媒流路１４ｄが形成される。この際、各流路板３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃを接合する方法としては、ロウ付け等が適用される。

このような構成である実施例５のパワーモジュール用ヒートシンク１４では、溝２１４ｂによって形成された冷媒流路１４ｄ内を流通する冷却媒体が案内部としての貫通孔２１４ｃ、２１４ｄによって攪拌される。このため、パワーデバイスに熱的に近い領域と熱的に遠い領域との間で冷却媒体が流動し易くなっており、冷媒流路１４ｄ内における冷却媒体の不均一な温度分布が生じ難くなっている。このため、冷却媒体は、冷却能力を有効に発揮することが可能となっており、放熱効率が向上している。その結果、このパワーモジュール用ヒートシンク１４でも、冷媒流路１４ｄの内面や流路板３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃの表面から冷却媒体への熱伝達が好適に行われることを実現できている。

したがって、実施例５のパワーモジュール用ヒートシンク１４によっても、放熱性能の一層の向上を実現することができている。

特に、実施例５のパワーモジュール用ヒートシンク１４において、貫通孔２１４ｃの流通方向に並ぶ側面２１４ｅ、２１４ｆと、貫通孔２１４ｄの流通方向に並ぶ側面２１４ｇ、２１４ｈとは、冷却媒体の流通方向に対して、互いに逆方向である斜めの角度で延在している。このため、溝２１４ｂ内を例えば表面側の流路板３１４ａに沿って流通する冷却媒体は、対をなす案内部の一方の貫通孔２１４ｃに案内され、その裏面側の流路板３１４ａに案内され、裏面側の流路板３１４ａに沿って流通する冷却媒体は、対をなす案内部の他方の貫通孔２１４ｄに案内され、その表面側の流路板３１４ａに案内されることとなる。こうして、このパワーモジュール用ヒートシンク１４では、冷却媒体が旋回されやすくなっており、放熱性能をより確実に向上させることができている。

（実施例６）
実施例６も第２発明を具体化したものである。

実施例６のパワーモジュール用ヒートシンク１５は、実施例５のパワーモジュール用ヒートシンク１４の流路板３１４ａの貫通孔２１４ｃ、２１４ｄに対して、図１４〜図１６に示すように、流路板３１５ａの貫通孔２１５ｃ、２１５ｄの一部が折り曲げられて凸部２１５ｅ、２１５ｇとされている点が異なる。他の構成は、実施例５のパワーモジュール用ヒートシンク１４と同様であるので、説明は省く。

実施例６のパワーモジュール用ヒートシンク１５は、複数枚の流路板３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃの積層体からなる。各流路板３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃは、アルミニウム合金製の板である。最上層の流路板３１５ｃは、単なる平板であり、最下層の流路板３１５ｂと中間層の複数の流路板３１５ａは、平坦な接合面２１５ａに互いに平行な複数本の溝２１５ｂが凹設されたものである。また、中間層の各流路板３１５ａには、各溝２１５ｂで冷却媒体をその流通によって攪拌する無数の案内部としての貫通孔２１５ｃ、２１５ｄが形成されている。

貫通孔２１５ｃ、２１５ｄには、切り欠きが折り曲げられることにより、溝２１５ｂ内に突出する凸部２１５ｅ、２１５ｇが形成されている。凸部２１５ｅと凸部２１５ｇとは、冷却媒体の流通方向に対して、互いに逆方向である斜めの角度で延在するように形成されている。こうして、貫通孔２１５ｃ、２１５ｄ及び凸部２１５ｅ、２１５ｇにより構成される各案内部は、中間層の各流路板３１５ａの各溝２１５ｂで対をなしている。

このような流路板３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃが各接合面２１５ａによって積層されることにより、流路板３１５ａ、３１５ｂの各溝２１５ｂがそれらの溝２１５ｂ側に位置する他の流路板３１５ａ、３１５ｃによって蓋をされ、冷媒流路１５ｄが形成される。

このような構成である実施例６のパワーモジュール用ヒートシンク１５では、溝２１５ｂによって形成された冷媒流路１５ｄ内を流通する冷却媒体が案内部としての貫通孔２１５ｃ、２１５ｄだけでなく、冷媒流路１５ｄ内に突出する凸部２１５ｅ、２１５ｇによっても攪拌されるため、実施例５のパワーモジュール用ヒートシンク１４と同様の作用効果をより確実に奏することができている。

（実施例７）
実施例７も第２発明を具体化したものである。

実施例７のパワーモジュール用ヒートシンク１６は、実施例６のパワーモジュール用ヒートシンク１５とほぼ同様の構成であるが、図１７〜図１９に示すように、冷媒流路１６ｄ内にコルゲートフィン２１６ｊを配設したものである。他の構成は、実施例６のパワーモジュール用ヒートシンク１４と同様であるので、説明は省く。

実施例７のパワーモジュール用ヒートシンク１６は、複数枚の流路板３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃの積層体からなる。各流路板３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃは、アルミニウム合金製の板である。最上層の流路板３１６ｃは、単なる平板であり、最下層の流路板３１６ｂと中間層の複数の流路板３１６ａは、平坦な接合面２１６ａに互いに平行な複数本の溝２１６ｂが凹設されたものである。

中間層及び最下層の各流路板３１６ａ、３１６ｂの溝２１６ｂ内には、冷却媒体の流通方向に沿って、複数のコルゲートフィン２１６ｊが配設されている。コルゲートフィン２１６ｊはアルミニウム薄板が細かい波状に折り曲げられたものである。

また、中間層の各流路板３１６ａ内には、各溝２１６ｂで冷却媒体をその流通によって攪拌する無数の案内部としての貫通孔２１６ｃ、２１６ｄが各コルゲートフィン２１６ｊの間に位置するように形成されている。

貫通孔２１６ｃ、２１６ｄには、切り欠きが折り曲げられることにより、溝２１６ｂ内に突出する凸部２１６ｅ、２１６ｇが形成されている。凸部２１６ｅと凸部２１６ｇとは、冷却媒体の流通方向に対して、互いに逆方向である斜めの角度で延在するように形成されている。こうして、貫通孔２１６ｃ、２１６ｄ及び凸部２１６ｅ、２１６ｇにより構成される各案内部は、中間層の各流路板３１６ａの各溝２１６ｂで対をなしている。

このような流路板３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃが各接合面２１６ａによって積層されることにより、流路板３１６ａ、３１６ｂの各溝２１６ｂがそれらの溝２１６ｂ側に位置する他の流路板３１６ａ、３１６ｃによって蓋をされ、冷媒流路１６ｄが形成される。この際、コルゲートフィン２１６ｊ、貫通孔２１６ｃ、２１６ｄ及び凸部２１６ｅ、２１６ｇにより構成される各案内部は、図１８に示すように、積層方向で同じ位置となるように配設されている。

このような構成である実施例７のパワーモジュール用ヒートシンク１６では、コルゲートフィン２１６ｊにより冷媒流路１６内の表面積が大幅に増加していることから、冷媒流路１６ｄ内を流通する冷却媒体により多くの熱を伝えることができている。また、冷媒流路１６ｄ内を流通する冷却媒体は、案内部としての貫通孔２１６ｃ、２１６ｄだけでなく、冷媒流路１６ｄ内に突出する凸部２１６ｅ、２１６ｇによっても攪拌されつつ、コルゲートフィン２１６ｊに沿って流通するため、実施例５、６のパワーモジュール用ヒートシンク１４、１５と同様の作用効果を一層確実に奏することができている。

（実施例８）
実施例８は第３発明を具体化したものである。

図２０〜図２３に示すように、実施例８のパワーモジュール用ヒートシンク１７は、表面側にパワーデバイス９５が搭載され、パワーデバイス９５からの熱を内部に設けられた冷媒流路１７ｄ内を流通する冷却媒体により放熱するものである。パワーモジュール用ヒートシンク１７の一端側には、冷却媒体を供給する供給配管９６が接続されている。

このパワーモジュール用ヒートシンク１７において、冷媒流路１７ｄは、表面部１７ｂ、裏面部１７ｃ及びその両側に設けられた側面部１７ｅにより囲まれた矩形断面の空間である。供給配管９６により供給される冷却媒体は、図２０、図２１及び図２３の左側から右側に向けて、冷媒流路１７ｄ内を流通可能とされている。

冷媒流路１７ｄ内には、冷却媒体の流通方向に沿って、複数の櫛歯部材３１７が配設されている。櫛歯部材３１７は、アルミニウム押出型材製であり、パワーデバイス９５が搭載される表面と平行な基板３１７ａと、基板３１７ａから表面と交差する方向に延びて凸設された複数の立壁３１７ｂとからなるものである。各立壁３１７ｂは、冷媒流路１７ｄ内で冷却媒体の流通方向に延びている。

複数の各櫛歯部材３１７の間には、入れ替え装置２１７が設けられている。この入れ替え装置２１７は、図２０及び図２３に示すように、冷媒流路１７内における表面側の冷却媒体を裏面側に移動させる第１通路２１７ａと、裏面側の冷却媒体を表面側に移動させる第２通路２１７ｂとを冷媒流路１７ｄの幅方向に交互に有するものである。

このような入れ替え装置２１７は、例えば、下記に示すような製造方法により製造される。

すなわち、図２４（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１通路２１７ａが形成されたアルミニウム合金製の第１板４１８ａと、第２通路２１７ｂが形成されたアルミニウム合金製の第２板４１８ｂとを幅方向に交互に積層して、複数の入れ替え装置２１７の集合体である積層体４１８ｃを製造する。次に、図２５（ａ）及び（ｂ）に示すように、積層体４１８ｃを切断することにより、各々の入れ替え装置２１７が完成する。こうした製造方法を採用することで、実施例８のパワーモジュール用ヒートシンク１７は、製造コストの低廉化を図ることができる。

このような構成である実施例８のパワーモジュール用ヒートシンク１７も、その表面側にパワーデバイス９５が搭載されてパワーモジュールを構成する。

ここで、実施例８のパワーモジュール用ヒートシンク１７では、冷媒流路１７ｄ内に設けられた入れ替え装置２１７が表面側の冷却媒体を裏面側に移動させ、かつ裏面側の冷却媒体を表面側に移動させることができている。このため、このため、パワーデバイスに熱的に近い領域と熱的に遠い領域との間で冷却媒体が流動し易くなっており、冷媒流路１７ｄ内における冷却媒体の不均一な温度分布が生じ難くなっている。このため、冷却媒体は、冷却能力を有効に発揮することが可能となっており、放熱効率が向上している。その結果、このパワーモジュール用ヒートシンク１７でも、冷媒流路１７ｄの内面から冷却媒体への熱伝達が好適に行われることを実現できている。

したがって、実施例８のパワーモジュール用ヒートシンク１７によっても、放熱性能の一層の向上を実現することができている。

（実施例９）
実施例９も第３発明を具体化したものである。

実施例９のパワーモジュール用ヒートシンクは、実施例８のパワーモジュール用ヒートシンク１７の入れ替え装置２１７の代わりに、図２６に示す入れ替え装置４１８を適用したものである。他の構成は、実施例８のパワーモジュール用ヒートシンク１７と同様であるので、説明は省く。

入れ替え装置２１８は、図２６に示すように、帯状の金属薄板の両側の長辺に無数の切り込みをいれ、一方の長辺側において、隣り合う切片２１８ａ同士を互いに逆向きの傾斜角を有するように折り曲げた後、一方の長辺側の各切片２１８ａに対向する他方の長辺側の切片２１８ｂを逆向きの傾斜角を有するように折り曲げることにより得られる。こうした製造方法を採用することで、実施例９のパワーモジュール用ヒートシンクも、製造コストの低廉化を図ることができている。

このような入れ替え装置２１８を適用した実施例９のパワーモジュール用ヒートシンクでも、入れ替え装置２１８により表面側の冷却媒体を裏面側に移動させ、かつ裏面側の冷却媒体を表面側に移動させることができている。このため、実施例９のパワーモジュール用ヒートシンクでも、実施例８のパワーモジュール用ヒートシンク１７と同様の作用効果を奏することができている。

（実施例１０）
実施例１０も第３発明を具体化したものである。

実施例１０のパワーモジュール用ヒートシンクは、実施例８のパワーモジュール用ヒートシンク１７の入れ替え装置２１７の代わりに、図２６に示す入れ替え装置２１９を適用したものである。他の構成は、実施例８のパワーモジュール用ヒートシンク１７と同様であるので、説明は省く。

入れ替え装置２１９は、図２７に示すように、帯状の金属薄板がプレス加工により互いに逆向きに傾斜を有する凸部２１９ａ、２１９ｂが交互に形成されている。こうした製造方法を採用することで、実施例９のパワーモジュール用ヒートシンクも、製造コストの低廉化を図ることができている。

このような入れ替え装置２１９を適用した実施例１０のパワーモジュール用ヒートシンクでも、入れ替え装置２１９により表面側の冷却媒体を裏面側に移動させ、かつ裏面側の冷却媒体を表面側に移動させることができている。このため、実施例１０のパワーモジュール用ヒートシンクでも、実施例８のパワーモジュール用ヒートシンク１７と同様の作用効果を奏することができている。

以上において、本発明を実施例１〜１０に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜１０に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

本発明はパワーモジュール用ヒートシンクに利用可能である。

１０、１１、１２、１４、１５、１６、１７…パワーモジュール用ヒートシンク
１０ｄ、１４ｄ、１５ｄ、１６ｄ、１７ｄ…冷媒流路
３１３ｃ、２１４ｃ、２１４ｄ、２１５ｃ、２１５ｄ、２１６ｃ、２１６ｄ…貫通孔
９５…パワーデバイス
３１０、３１１、３１２、３１７…櫛歯部材
３１０ａ、３１１ａ、３１２ａ、３１７ａ…基板
３１０ｂ、３１１ｂ、３１２ｂ、３１７ｂ…立壁
３１０ｃ、３１１ｃ、３１２ｃ、３１０ｄ、３１３ｃ、２１４ｃ、２１４ｄ、２１５ｃ、２１５ｄ、２１６ｃ、２１６ｄ…案内部（３１０ｃ、３１１ｃ、３１２ｃ…凹部、３１０ｄ、２１５ｅ、２１５ｇ、２１６ｅ、２１６ｇ…凸部、３１３ｃ、２１４ｃ、２１４ｄ、２１５ｃ、２１５ｄ、２１６ｃ、２１６ｄ…貫通孔）
２１４ａ、２１５ａ、２１６ａ…接合面
２１４ｂ、２１５ｂ、２１６ｂ…溝
３１４ａ、３１４ｂ、３１４ｃ、３１５ａ、３１５ｂ、３１５ｃ、３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ…流路板
２１７、２１８、２１９…入れ替え装置
２１７ａ…第１通路
２１７ｂ…第２通路
４１８ａ…第１板
４１８ｂ…第２板
＋α…第１角度
−α…第２角度

Claims (10)

1. 少なくとも一面にパワーデバイスが搭載され、該パワーデバイスからの熱を内部に設けられた冷媒流路内を流通する冷却媒体により放熱するパワーモジュール用ヒートシンクにおいて、
   前記冷媒流路内には櫛歯部材が配設され、
   該櫛歯部材は、前記一面と平行な基板と、該基板から該一面と交差する方向に延びて凸設された複数の立壁とからなるものであって、該冷媒流路内で各該立壁が前記冷却媒体の流通方向に延びており、
   各該立壁には、各該立壁間で該冷却媒体をその流通によって少なくとも旋回させる複数の案内部が該冷却媒体の流通方向に沿って整列して形成されていることを特徴とするパワーモジュール用ヒートシンク。
2. 互いに向かい合う対をなす前記立壁間の各前記案内部は、前記冷却媒体の流通方向に対して、互いに逆方向である斜めの角度で延在していることを特徴とする請求項１記載のパワーモジュール用ヒートシンク。
3. 各前記案内部は各前記立壁に凸設された凸部であることを特徴とする請求項１又は２記載のパワーモジュール用ヒートシンク。
4. 各前記案内部は各前記立壁に凹設された凹部であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のパワーモジュール用ヒートシンク。
5. 少なくとも一面にパワーデバイスが搭載され、該パワーデバイスからの熱を内部に設けられた冷媒流路内を流通する冷却媒体により放熱するパワーモジュール用ヒートシンクにおいて、
   平坦な接合面に互いに平行な複数本の溝が凹設された板状をなす複数枚の流路板が各該接合面によって積層されることにより、各該溝によって前記冷媒流路が形成される積層体からなるものであって、
   各該流路板には、各該溝の底部を貫通する複数の貫通孔が該冷却媒体の流通方向に沿って整列して形成され、各該貫通孔は、各該溝で該冷却媒体をその流通によって攪拌する複数の案内部とされていることを特徴とするパワーモジュール用ヒートシンク。
6. 前記流路板の各溝で前記冷媒流路の幅方向に並んで対をなす各前記貫通孔は、前記冷却媒体の流通方向に対して、互いに逆方向である斜めの角度で延在していることを特徴とする請求項５記載のパワーモジュール用ヒートシンク。
7. 各前記案内部は各前記溝に凸設された凸部を有することを特徴とする請求項５又は６記載のパワーモジュール用ヒートシンク。
8. 少なくとも一面にパワーデバイスが搭載され、該パワーデバイスからの熱を内部に設けられた冷媒流路内を流通する冷却媒体により放熱するパワーモジュール用ヒートシンクにおいて、
   前記冷媒流路内には、一方の面側の前記冷却媒体を他方の面側に移動させる傾斜面と、該他方の側の該冷却媒体を該一方の面側に移動させる傾斜面と、各該傾斜面の終端に連続する水平面とを有する入れ替え装置が設けられ、
   該入れ替え装置は、該冷却媒体の流通方向に沿って並ぶ複数の該パワーデバイスの間に配置されていることを特徴とするパワーモジュール用ヒートシンク。
9. 前記入れ替え装置は、前記冷媒流路内における前記一方の面側の前記冷却媒体を前記他方の面側に移動させる第１通路と、該他方の面側の該冷却媒体を該一方の面側に移動させる第２通路とを該冷媒流路の幅方向に交互に有するものであることを特徴とする請求項８記載のパワーモジュール用ヒートシンク。
10. 前記入れ替え装置は、前記第１通路が形成された第１板と、前記第２通路が形成された第２板とが前記冷媒流路の幅方向に交互に積層されたものであることを特徴とする請求項９記載のパワーモジュール用ヒートシンク。

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