JP4881583B2 - パワーモジュール用ヒートシンク - Google Patents

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コルゲートフィンが配設され、
該コルゲートフィンは、前記冷却媒体の流通方向に延びる山、谷並びに該山及び該谷を連結する側壁が該流通方向で見て波状に形成されたものであり、
該側壁には、該山又は該谷と、隣り合う２枚の該側壁とによって構成されるフィンの内側で、隣り合う２枚の該側壁の一方に形成された複数のルーバと、他方に形成された各該ルーバとが該冷却媒体の流通方向に対して互いに同方向又は逆方向である斜めの角度で延在し、各該ルーバ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。

ここで、第１発明のパワーモジュール用ヒートシンクにおいて、冷媒流路内にはコルゲートフィンが配設され、コルゲートフィンは、冷却媒体の流通方向に延びる山、谷並びに山及び谷を連結する側壁が流通方向で見て波状に形成されたものである。そして、側壁には、山又は谷と、隣り合う２枚の側壁とによって構成されるフィンの内側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ルーバ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。

このため、第１発明のパワーモジュール用ヒートシンクでは、フィンの内側を流通する冷却媒体が複数のルーバによって旋回することとなり、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る。このため、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り、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放熱効率が向上する。複数のルーバは、冷却媒体を少なくとも旋回させればよく、一部に乱流を生じてもよい。冷却媒体が少なくとも旋回すれば、冷却媒体の冷却能力をより有効に活用することが可能となる。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。コルゲートフィンもアルミニウムや銅からなり得る。

なお、特開２００２−５５９１号公報には、フィンにルーバを設けたパワーモジュール用ヒートシンクが開示されている。しかしながら、同公報開示のフィンは、冷却媒体を旋回させるものではなく、単に乱流を生じさせるものに過ぎないため、エロージョンを生じるおそれがある。これに対し、第１発明のパワーモジュール用ヒートシンクは、ルーバによって冷却媒体が旋回するため、エロージョンを防止し、優れた耐久性を発揮する。

第１発明において、隣り合う２枚の側壁の一方に形成された各ルーバと、他方に形成された各ルーバとは、冷却媒体の流通方向に対して、互いに同方向又は逆方向である斜めの角度で延在している。この場合、フィンの内側を例えば一面側の側壁に沿って流通する冷却媒体は、その一面側のルーバに案内され、山又は谷を経て他面側の側壁に至り、その他面側のルーバ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。

この場合、各ルーバは、側壁に形成された切り込みが曲げられることにより形成され得る。これによって容易に上記構成を実現できる。また、その場合、あるフィンの内側の冷却媒体は、ルーバが曲げられることによって生じた穴を経て、側壁を跨いだ方向にも旋回しながら移動する。

側壁には波の高さ方向に複数の切り込みが形成され、波の高さ方向で隣り合う各切り込みが互いに逆方向に曲げられていることが好ましい。その場合、あるフィンの内側の冷却媒体は、あるルーバによってそのフィンの内側で旋回するとともに、他のルーバが曲げられることによって生じた穴を経て、側壁を跨いだ方向にも旋回しながら移動する。

また、第１発明において、各側壁には、波の高さ方向の両端に貫通孔が貫設されていることが好ましい。この場合、あるフィンの内側の冷却媒体はルーバによってそのフィンの内側で一方向に流通しながら、波の高さ方向の両端において貫通孔を経て、側壁を跨いだ別のフィンの内側を他方向に流通することとなり、各側壁の周りを旋回しながら移動する。

第１発明において、コルゲートフィンは、波の形状が矩形であることが好ましい。この場合、各フィンの側壁間の距離が高さ方向でほぼ等しくなるため、冷却媒体がフィンの内側で対面するルーバによって案内されやすい。但し、フィンの上端又は下端が側壁と直交する平坦な面にされることは、その上端又は下端で冷却媒体が滞留を生じ易くなるため、好ましくなく、あくまで湾曲する山又は谷にされていることが好ましい。

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、
前記冷媒流路内にはコルゲートフィンが配設され、
該コルゲートフィンは、前記冷却媒体の流通方向に延びる山、谷並びに該山及び該谷を連結する側壁が該流通方向で見て波状に形成されたものであり、
該山又は該谷と、隣り合う２枚の該側壁とによって構成されるフィンの内側には、該流通方向に延在し、該フィンの内側に沿うように螺旋状に屈曲するガイドが挿入されていることを特徴とする。

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、フィンの内側を流通する冷却媒体がガイドによって少なくとも旋回するため、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、冷媒流路の内面やフィン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。

また、第２発明のパワーモジュール用ヒートシンクは、コルゲートフィンの製造時にガイドをフィンの内側に挿入させることが可能であり、これによって製造コストの低廉化を実現できる。

第２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。ガイドもアルミニウムや銅からなり得る。ガイドは、線材であってもよく、帯材であってもよい。また、フィンの内側に複数のガイドを挿入することもできる。

本願において、攪拌は、旋回及び乱流を含む。

第２発明においても、コルゲートフィンは、波の形状が矩形であることが好ましい。この場合、各フィンの側壁間の距離が高さ方向でほぼ等しくなるため、冷却媒体がフィンの内側に挿入されたガイドによって案内されやすい。但し、フィンの上端又は下端が側壁と直交する平坦な面にされることは、その上端又は下端で冷却媒体が滞留を生じ易くなるため、好ましくなく、あくまで湾曲する山又は谷にされていることが好ましい。

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案内部材が配設され、
該案内部材は、山、谷並びに該山及び該谷を連結する側壁が波状に形成されたコルゲートフィンからなり、該山又は該谷と、隣り合う２枚の該側壁とによって構成されるフィンが前記冷却媒体の流通方向に対して該流通方向を含む面内で傾斜する第１角度で該冷却媒体を案内する第１案内板と、
該コルゲートフィンからなり、該フィンが該流通方向に対して該流通方向を含む面内で傾斜して該第１角度と交差する第２角度で該冷却媒体を案内する第２案内板とを有するものであることを特徴とする。

第３発明のパワーモジュール用ヒートシンクでは、第１案内板と第２案内板とを有する案内部材が冷媒流路に配設されている。第１案内板は、山、谷並びに山及び谷を連結する側壁が波状に形成されたコルゲートフィンからなる。また、第１案内板は、山又は谷と、隣り合う２枚の側壁とによって構成されるフィンが冷却媒体の流通方向に対して流通方向を含む面内で傾斜する第１角度で冷却媒体を案内する。第２案内板も、上述の構成のコルゲートフィンからなる。但し、第２案内板は、上述の構成のフィンが流通方向に対して流通方向を含む面内で傾斜して第１角度と交差する第２角度で冷却媒体を案内する。案内部材は、第２案内板と隣接するコルゲートフィンからなる第３案内板も有し得る。この第３案内板を第１案内板とすることもできる。

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、第１案内板のフィンの内側を第１角度で流通した冷却媒体が冷媒流路の一方の面側で第２案内板のフィンの内側に流入する。そして、冷却媒体は、第２案内板のフィンの内側を第２角度で流通し、冷媒流路の他方の面側で第１案内板のフィンの内側に流入する。それに加えて、第１案内板のフィンの内側の途中を流通する冷却媒体が第２案内板のフィンの内側の途中に移動するとともに、第２案内板のフィンの内側の途中を流通する冷却媒体が第１案内板のフィンの内側の途中に移動する。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、冷媒流路の内面やフィン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。コルゲートフィンもアルミニウムや銅からなり得る。

第３発明において、第１案内板と第２案内板との間には、第１角度及び第２角度を含む面内の高さ方向の両端を連通させ、他部分を連通させない隔壁が配設され得る。この場合、例えば第１案内板のフィンの内側の冷却媒体は、高さ方向の両端において第２案内板のフィンの内側に移動する。このため、このパワーモジュール用ヒートシンクでは、冷却媒体が第１案内板のフィンの内側を第１角度で流通した後、冷媒流路の一方の面側で第２案内板のフィンの内側に流入する。そして、冷却媒体は、第２案内板のフィンの内側を第２角度で流通した後、冷媒流路の他方の面側で第１案内板のフィンの内側に流入する。この際、隔壁により第１案内板のフィンの内側の途中を流通する冷却媒体が第２案内板のフィンの内側の途中に移動したり、第２案内板のフィンの内側の途中を流通する冷却媒体が第１案内板のフィンの内側の途中に移動することがない。このため、このパワーモジュール用ヒートシンクでは、冷却媒体が旋回するように攪拌される。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、冷媒流路の内面やフィンの表面から冷却媒体への熱伝達が好適に行われる。

第３発明においても、コルゲートフィンは、波の形状が矩形であることが好ましい。この場合、各フィンの側壁間の距離が高さ方向でほぼ等しくなるため、冷却媒体がフィンの内側を案内されやすい。但し、フィンの上端又は下端が側壁と直交する平坦な面にされることは、その上端又は下端で冷却媒体が滞留を生じ易くなるため、好ましくなく、あくまで湾曲する山又は谷にされていることが好ましい。

以下、第１〜３発明を具体化した実施例１〜９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及び図２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１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１ｄ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１において、冷媒流路１ｄは、表面部１ｂ、裏面部１ｃ及びその両側に設けられた側面部（図示しない）により囲まれた矩形断面の空間であり、図２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。

図１及び図２に示すように、冷媒流路１ｄ内には、コルゲートフィン１ａが配設されている。コルゲートフィン１ａは、冷却媒体の流通方向に延びる山２１ｂ、谷２１ｃ並びに山２１ｂ及び谷２１ｃを連結する側壁２１ａが流通方向で見て波状に形成されたものである。山２１ｂ又は谷２１ｃと、隣り合う２枚の側壁２１ａとによって、フィン２１が構成されている。

各側壁２１ａには、フィン２１の内側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ルーバ３１が形成されている。ルーバ３１は、下記のようにして、コルゲートフィン１ａを製造する際に同時に形成される。

すなわち、コルゲートフィン１ａは、図３に示すアルミニウム製薄板９０から製造される。このアルミニウム製薄板９０には、折り曲げられることにより谷２１ｃとなる帯状部Ａと、帯状部Ａと平行に延び、折り曲げられることにより山２１ｂとなる帯状部Ｂと、帯状部Ａと帯状部Ｂとの間に位置して帯状部Ａ、Ｂと平行に延び、各々が平行に並ぶ無数の切り込み３１ａが形成された帯状部Ｃとが繰り返し形成されている。全ての切り込み３１ａは、折り曲げライン３１ｂを底辺とする等脚台形をなしており、配列方向に対して、同じ傾斜角度を有している。

このような構成であるアルミニウム製薄板９０は、まず、切り込み３１ａが折り曲げライン３１ｂに沿って、図３の奥側から手前側に向けて折り曲げられて、ルーバ３１とされ、次に、帯状部Ａが谷２１ｃとなり、帯状部Ｂが山２１ｂとなるように矩形に折り曲げられることにより、波状に形成されたコルゲートフィン１ａとされる。これにより、帯状部Ｃは側壁２１ａとなり、各フィン２１は矩形断面となる。

このようにして得られたコルゲートフィン１ａにおいて、側壁２１ａに形成され、フィン２１の内側で対面する各ルーバ３１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、ルーバ３１は、図２の矢印で示すように、フィン２１の内側で冷却媒体をその流通によって少なくとも旋回させることが可能とされている。

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１は、その表面側に例えば、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（図示しない）が搭載されてパワーモジュール（図示しない）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１に伝え、冷媒流路１ｄ内を流通する冷却媒体によりその熱を放熱する。

ここで、実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１において、冷媒流路１ｄ内にはコルゲートフィン１ａが配設され、コルゲートフィン１ａは、冷却媒体の流通方向に延びる山２１ｂ、谷２１ｃ並びに山２１ｂ及び谷２１ｃを連結する側壁２１ａが流通方向で見て波状に形成されたものである。そして、山２１ｂ又は谷２１ｃと、隣り合う２枚の側壁２１ａとによってフィン２１が構成され、フィン２１の各側壁２１ａには、フィン２１の内側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ルーバ３１が形成されている。このため、このパワーモジュール用ヒートシンク１では、フィン２１の内側を流通する冷却媒体が各ルーバ３１によって少なくとも旋回することとなり、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いる。このため、冷媒流路１ｄ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おり、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１では、冷媒流路１ｄの内面やフィン２１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１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。

特に、このパワーモジュール用ヒートシンク１では、ルーバ３１によって冷却媒体が少なくとも旋回するため、エロージョンを防止し、優れた耐久性を発揮することにも寄与している。

また、このパワーモジュール用ヒートシンク１において、フィン２１の内側で対面する各ルーバ３１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から、図２の矢印で示すように、フィン２１の内側を例えば一面側の側壁２１ａに沿って流通する冷却媒体は、その一面側のルーバ３１に案内され、山２１ｂ又は谷２１ｃを経て他面側の側壁２１ａに至り、その他面側のルーバ３１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。

さらに、このパワーモジュール用ヒートシンク１において、各ルーバ３１は、側壁２１ａに形成された切り込み３１ａが曲げられることにより形成されている。これにより、このパワーモジュール用ヒートシンク１は、容易に上記構成を実現できており、製造コストの低廉化に寄与している。この際、あるフィン２１の内側の冷却媒体は、ルーバ３１が曲げられることによって生じた穴を経て、側壁２１ａを跨いだ方向にも旋回しながら移動するので、冷却媒体の不均一な温度分布が一層生じ難くなっている。

また、このパワーモジュール用ヒートシンク１において、コルゲートフィン１ａは、波の形状が矩形であることから、各フィン２１の側壁２１ａ間の距離が高さ方向でほぼ等しくなっている。このため、冷却媒体がフィン２１の内側で対面するルーバ３１によって案内され易くなっており、冷却媒体の不均一な温度分布が一層生じ難くなっている。

（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２は、実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１のコルゲートフィン１ａに対して、図４及び図５に示すように、コルゲートフィン２ａのフィン２２に形成されたルーバ３２が波の高さ方向に２列に配設されている点及びコルゲートフィン２ａの山２２ｂ及び谷２２ｃが丸くカーブしている点が異なる。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１と同様であるので、説明は省く。

パワーモジュール用ヒートシンク２において、冷媒流路１ｄ内には、コルゲートフィン２ａが配設されている。コルゲートフィン２ａは、冷却媒体の流通方向に延びる山２２ｂ、谷２２ｃ並びに山２２ｂ及び谷２２ｃを連結する側壁２２ａが流通方向で見て波状に形成されたものである。そして、山２２ｂ又は谷２２ｃと、隣り合う２枚の側壁２２ａとによって、フィン２２が構成されている。コルゲートフィン２ａの山２２ｂ及び谷２２ｃは、丸くカーブするように折り曲げられており、矩形に曲げられる場合と比べて加工コストの低廉化が図られている。フィン２２の各側壁２２ａには、波の高さ方向に２列に配設された無数のルーバ３２が形成されており、２列のルーバ３２の上段と下段とで、冷却媒体の流通方向に対する角度や、大きさ等を変化させることが容易になっている。このため、このパワーモジュール用ヒートシンク２では、冷却媒体の旋回流をより生じさせ易くなっている。

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２も、パワーモジュールとされて、実施例１のパワーモジュール用ヒートシンク１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３は、実施例２のパワーモジュール用ヒートシンク２のコルゲートフィン２ａに対して、図６及び図７に示すように、コルゲートフィン３ａの各ルーバ３３が冷却媒体の流通方向に対して、互いに同方向である斜めの角度で延在している点及び各側壁２３ａに貫通孔３３ｂが貫設されている点が異なる。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１と同様であるので、説明は省く。

パワーモジュール用ヒートシンク３において、冷媒流路１ｄ内には、コルゲートフィン３ａが配設されている。コルゲートフィン３ａは、冷却媒体の流通方向に延びる山２３ｂ、谷２３ｃ並びに山２３ｂ及び谷２３ｃを連結する側壁２３ａが流通方向で見て波状に形成されたものである。そして、山２３ｂ又は谷２３ｃと、隣り合う２枚の側壁２３ａとによって、フィン２３が構成されている。コルゲートフィン３ａの山２３ｂ及び谷２３ｃは、丸くカーブするように折り曲げられている。フィン２３の各側壁２３ａには、波の高さ方向に２列に配設された無数のルーバ３３が形成されており、各ルーバ３３は、冷却媒体の流通方向に対して、互いに同方向である斜めの角度で延在している。また、各側壁２３ａには、波の高さ方向の両端に多数の貫通孔３３ｂがルーバ３３と並列に貫設されている。

このような構成であるパワーモジュール用ヒートシンク３において、あるフィン２３の内側の冷却媒体は、図７の矢印で示すように、ルーバ３３によってそのフィン２３の内側を一方向に流通しながら、波の高さ方向の両端において貫通孔３３ｂを経て、側壁２３ｂを跨いだ別のフィン２３の内側を他方向に流通することとなり、各側壁２３ａの周りを旋回しながら移動することとなっている。このため、実施例３のパワーモジュール用ヒートシンク３も、パワーモジュールとされて、実施例１、２のパワーモジュール用ヒートシンク１、２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４は、実施例２のパワーモジュール用ヒートシンク２のコルゲートフィン２ａに対して、図８及び図９に示すように、コルゲートフィン４ａの各ルーバ３４ａ、３４ｂが冷却媒体の流通方向に対して、互いに同方向である斜めの角度で延在している点及び各側壁２４ａに波の高さ方向に２列に配設された無数のルーバ３４ａ、３４ｂが上段及び下段で互いに逆方向に曲げられている点が異なる。他の構成は、実施例２のパワーモジュール用ヒートシンク２と同様であるので、説明は省く。

パワーモジュール用ヒートシンク４において、冷媒流路１ｄ内には、コルゲートフィン４ａが配設されている。コルゲートフィン４ａは、冷却媒体の流通方向に延びる山２４ｂ、谷２４ｃ並びに山２４ｂ及び谷２４ｃを連結する側壁２４ａが流通方向で見て波状に形成されたものである。そして、山２４ｂ又は谷２４ｃと、隣り合う２枚の側壁２４ａとによって、フィン２４が構成されている。コルゲートフィン４ａの山２４ｂ及び谷２４ｃは、丸くカーブするように折り曲げられている。フィン２４の各側壁２４ａには、波の高さ方向に２列に配設された無数の上段ルーバ３４ａと下段ルーバ３４ｂとが冷却媒体の流通方向に対して、互いに同方向である斜めの角度で延在している。また、上段ルーバ３４ａと下段ルーバ３４ｂとは、波の高さ方向に２列の切り込みが形成され、上段及び下段の各切り込みが互いに逆方向に曲げられることにより形成されている。

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４においては、図９の矢印で示すように、あるフィン２４の内側の冷却媒体があるルーバ３４によってそのフィン２４内を旋回するとともに、他のルーバ３４が曲げられることによって生じた穴を経て、側壁２４ａを跨いだ方向に旋回しながら移動することとなっている。このため、実施例４のパワーモジュール用ヒートシンク４も、パワーモジュールとされて、実施例１〜３のパワーモジュール用ヒートシンク１〜３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１０及び図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５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５ｄ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５において、冷媒流路５ｄは、表面部５ｂ、裏面部５ｃ及びその両側に設けられた側面部（図示しない）により囲まれた矩形断面の空間であり、図１１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５ｄ内には、コルゲートフィン５ａが配設されている。コルゲートフィン５ａは、冷却媒体の流通方向に延びる山２５ｂ、谷２５ｃ並びに山２５ｂ及び谷２５ｃを連結する側壁２５ａが流通方向で見て波状に形成されたものである。そして、山２５ｂ又は谷２５ｃと、隣り合う２枚の側壁２５ａとによって、フィン２５が構成されている。側壁２５ａ、山２５ｂ及び谷２５ｃの稜線は、曲げＲを有しつつ直角に折り曲げられており、コルゲートフィン５ａの波の形状が矩形とされている。

フィン２５の内側には、図１０及び図１１に示すように、流通方向に延在するガイド３５が挿入されている。ガイド３５は、アルミニウム製の線材が矩形断面のフィン２５の内側に沿うように屈曲しつつ螺旋を描くように折り曲げられたものである。このため、ガイド３５は、図１１の矢印で示すように、フィン２５の内側で冷却媒体をその流通によって少なくとも旋回させつつ攪拌させることが可能とされている。

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５では、フィン２５の内側を流通する冷却媒体がガイド３５によって少なくとも旋回しつつ攪拌されるため、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５ｄ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５でも、冷媒流路５ｄの内面やフィン２５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５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。

また、このパワーモジュール用ヒートシンク５においても、コルゲートフィン５ａの波の形状が矩形である。このため、各フィン２５の側壁２５ａ間の距離が高さ方向でほぼ等しくなっており、冷却媒体がフィン２５の内側に挿入されたガイド３５によって案内されやすくなっている。

（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６は、実施例５のパワーモジュール用ヒートシンク５のガイド３５の代わりに、図１２及び図１３に示すように、形状が異なるガイド３６を適用したものである。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５と同様であるので、説明は省く。

ガイド３６は、図１２に示すように、金属薄板の一部が切除され、折り曲げ加工されたものであり、一方の側壁２５ａのみに沿う斜面３６ａと、他方の側壁２５ａのみに沿う斜面３６ｂとが繰り返される形状とされている。そして、斜面３６ａと斜面３６ｂ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を有するように配設されている。このため、ガイド３６は、図１３の矢印で示すように、フィン２５の内側で冷却媒体をその流通によって少なくとも旋回させることが可能とされている。

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６でも、フィン２５の内側を流通する冷却媒体がガイド３６によって少なくとも旋回するため、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５ｄ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６でも、冷媒流路５ｄの内面やフィン２５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、実施例６のパワーモジュール用ヒートシンク６も、実施例５のパワーモジュール用ヒートシンク５と同様の作用効果を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７は、実施例６のパワーモジュール用ヒートシンク６のガイド３６の代わりに、図１５及び図１６に示すように、形状が異なるガイド３７を適用したものである。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６と同様であるので、説明は省く。

ガイド３７は、図１４に示すように、金属薄板の一部が切除され、折り曲げ加工されたガイド構成部材３７ｃが図１５に示すように、複数積み重ねられたものである。

このガイド構成部材３７ｃは、実施例６のガイド３６の高さを低くしたものであり、一方の側壁２５ａのみに沿う斜面３７ａと、他方の側壁２５ａのみに沿う斜面３７ｂとが繰り返される形状とされている。そして、斜面３７ａと斜面３７ｂ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を有するように配設されている。このため、複数のガイド構成部材３７ｃが積み重ねられてなるガイド３７は、図１６の矢印で示すように、フィン２５の内側で冷却媒体をその流通によって少なくとも旋回させることが可能とされている。

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７でも、フィン２５の内側を流通する冷却媒体がガイド３７によって少なくとも旋回するため、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５ｄ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７でも、冷媒流路５ｄの内面やフィン２５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、実施例７のパワーモジュール用ヒートシンク７も、実施例５、６のパワーモジュール用ヒートシンク５、６と同様の作用効果を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１８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８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８ｄ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８において、冷媒流路８ｄは、表面部８ｂ、裏面部８ｃ及びその両側に設けられた側面部８ｅにより囲まれた矩形断面の空間であり、図１８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８ｄ内には、第１案内板８１ａと、第２案内板８２ａとを有する案内部材３８が配設されている。

図１７に示すように、第１案内板８１ａは、山２８１ｂ、谷２８１ｃ並びに山２８１ｂ及び谷２８１ｃを連結する側壁２８１ａが波状に形成されたアルミニウム製のコルゲートフィンからなる。また、第１案内板８１ａは、山２８１ｂ又は谷２８１ｃと、隣り合う２枚の側壁２８１ａとによって構成されるフィン２８１が冷却媒体の流通方向に対して流通方向を含む面内で傾斜する第１角度（＋α）で冷却媒体を案内する。

第２案内板８２ａも、第１案内板８１ａと同様に、山２８２ｂ、谷２８２ｃ並びに山２８２ｂ及び谷２８２ｃを連結する側壁２８２ａが波状に形成されたアルミニウム製のコルゲートフィンからなる。但し、第２案内板８２ａは、山２８２ｂ又は谷２８２ｃと、隣り合う２枚の側壁２８２ａとによって構成されるフィン２８２が流通方向に対して流通方向を含む面内で傾斜して第１角度（＋α）と交差する第２角度（−α）で冷却媒体を案内するように配設されている。

こうした第１案内板８１ａと第２案内板８２ａとが交互に隣接しつつ、冷媒流路８ｄ内に配設されることにより、案内部材３８が完成する。

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８では、図１８の矢印で示すように、冷却媒体が第１案内板８１ａのフィン２８１の内側を第１角度（＋α）で流通した後、冷媒流路８ｄの表面部８ｂ側で第２案内板８２ａのフィン２８２の内側に流入する。そして、冷却媒体は、第２案内板８２ａのフィン２８２の内側を第２角度（−α）で流通した後、冷媒流路８ｄの裏面部８ｃ側で第１案内板８１ａのフィン２８１の内側に流入する。それに加えて、第１案内板８１ａのフィン２８１の内側の途中を流通する冷却媒体が第２案内板８２ａのフィン２８２の内側の途中に移動するとともに、第２案内板８２ａのフィン２８２の内側の途中を流通する冷却媒体が第１案内板８１ａのフィン２８１の内側の途中に移動する。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８ｄ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８でも、冷媒流路８ｄの内面やフィン２８１、２８２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８のパワーモジュール用ヒートシンク８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９は、実施例８のパワーモジュール用ヒートシンク８の第１案内板８１ａと第２案内板８２ａとの間に、図１９及び図２０に示すように、隔壁３９を配設したものである。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８と同様であるので、説明は省く。

隔壁３９は、第１案内板８１ａと第２案内板８２ａとの間には、第１角度（＋α）及び第２角度（−α）を含む面内の高さ方向の両端を連通させ、他部分を連通させないように配設されたアルミニウム製の薄板である。

このような構成である実施例９のパワーモジュール用ヒートシンク９では、図２０の矢印で示すように、冷却媒体が第１案内板８１ａのフィン２８１の内側を第１角度（＋α）で流通した後、冷媒流路８ｄの表面部８ｂ側で第２案内板８２ａのフィン２８２の内側に流入する。そして、冷却媒体は、第２案内板８２ａのフィン２８２の内側を第２角度（−α）で流通した後、冷媒流路８ｄの裏面部８ｃ側で第１案内板８１ａのフィン２８１の内側に流入する。この際、隔壁３９により、第１案内板８１ａのフィン２８１の内側の途中を流通する冷却媒体が第２案内板８２ａのフィン２８２の内側の途中に移動したり、第２案内板８２ａのフィン２８２の内側の途中を流通する冷却媒体が第１案内板８１ａのフィン２８１の内側の途中に移動することがない。このため、このパワーモジュール用ヒートシンク９では、冷却媒体が旋回するように攪拌される。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８ｄ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９でも、冷媒流路８ｄの内面やフィン２８１、２８２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、実施例９のパワーモジュール用ヒートシンク９も、実施例８のパワーモジュール用ヒートシンク８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１〜９に即して説明したが、本発明は上記実施例１〜９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。

実施例１のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、コルゲートフィンの概略斜視図である。 実施例１のパワーモジュール用ヒートシンクの概略断面図である。 実施例１のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、折り曲げられてコルゲートフィンとされるアルミニウム薄板の概略上面図である。 実施例２のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、コルゲートフィンの概略斜視図である。 実施例２のパワーモジュール用ヒートシンクの概略断面図である。 実施例３のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、コルゲートフィンの概略斜視図である。 実施例３のパワーモジュール用ヒートシンクの概略断面図である。 実施例４のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、コルゲートフィンの概略斜視図である。 実施例４のパワーモジュール用ヒートシンクの概略断面図である。 実施例５のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、ガイド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の概略断面図である。 実施例６のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、ガイドの概略斜視図である。 実施例６のパワーモジュール用ヒートシンクの概略断面図である。 実施例７のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、ガイド構成部材の概略斜視図である。 実施例７のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、ガイドの概略斜視図である。 実施例７のパワーモジュール用ヒートシンクの概略断面図である。 実施例８のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、第１案内板及び第２案内板の概略斜視図である。 実施例８のパワーモジュール用ヒートシンクの概略断面図である。 実施例９のパワーモジュール用ヒートシンクに係り、第１案内板、第２案内板及び隔壁の概略斜視図である。 実施例９のパワーモジュール用ヒートシンクの概略断面図である。

符号の説明

１、２、３、４、５、６、７、８、９…パワーモジュール用ヒートシンク
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ、５ａ…コルゲートフィン
１ｄ、５ｄ、８ｄ…冷媒流路
２１、２２、２３、２４、２５、２８１、２８２…フィン
２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ、２５ａ、２８１ａ、２８２ａ…側壁
２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ、２５ｂ、２８１ｂ、２８２ｂ…山
２１ｃ、２２ｃ、２３ｃ、２４ｃ、２５ｃ、２８１ｃ、２８２ｃ…谷
３１、３２、３３、３４、３４ａ、３４ｂ…ルーバ
３１ａ…切り込み
３３ｂ…貫通孔
３５、３６、３７…ガイド
３８…案内部材
３９…隔壁
８１ａ…第１案内板
８２ａ…第２案内板

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コルゲートフィンが配設され、
   該コルゲートフィンは、前記冷却媒体の流通方向に延びる山、谷並びに該山及び該谷を連結する側壁が該流通方向で見て波状に形成されたものであり、
   該側壁には、該山又は該谷と、隣り合う２枚の該側壁とによって構成されるフィンの内側で、隣り合う２枚の該側壁の一方に形成された複数のルーバと、他方に形成された各該ルーバとが該冷却媒体の流通方向に対して互いに同方向又は逆方向である斜めの角度で延在し、各該ルーバ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. 各前記ルーバは、前記側壁に形成された切り込みが曲げられることにより形成され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. 前記側壁には波の高さ方向に複数の前記切り込みが形成され、該高さ方向で隣り合う各該切り込みが互いに逆方向に曲げられていることを特徴とする請求項２記載のパワーモジュール用ヒートシンク。
4. 隣り合う２枚の前記側壁に形成された各前記ルーバは、前記冷却媒体の流通方向に対して、互いに同方向である斜めの角度で延在し、
   各該側壁には、波の高さ方向の両端に貫通孔が貫設され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。
5. 前記コルゲートフィンは、波の形状が矩形であることを特徴とする請求項１乃至４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。
6. 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コルゲートフィンが配設され、
   該コルゲートフィンは、前記冷却媒体の流通方向に延びる山、谷並びに該山及び該谷を連結する側壁が該流通方向で見て波状に形成されたものであり、
   該山又は該谷と、隣り合う２枚の該側壁とによって構成されるフィンの内側には、該流通方向に延在し、該フィンの内側に沿うように螺旋状に屈曲するガイドが挿入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。
7. 前記コルゲートフィンは、波の形状が矩形であることを特徴とする請求項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案内部材が配設され、
   該案内部材は、山、谷並びに該山及び該谷を連結する側壁が波状に形成されたコルゲートフィンからなり、該山又は該谷と、隣り合う２枚の該側壁とによって構成されるフィンが前記冷却媒体の流通方向に対して該流通方向を含む面内で傾斜する第１角度で該冷却媒体を案内する第１案内板と、
   該コルゲートフィンからなり、該フィンが該流通方向に対して該流通方向を含む面内で傾斜して該第１角度と交差する第２角度で該冷却媒体を案内する第２案内板とを有するものであ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. 前記第１案内板と前記第２案内板との間には、前記第１角度及び前記第２角度を含む面内の高さ方向の両端を連通させ、他部分を連通させない隔壁が配設されてい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. 前記コルゲートフィンは、波の形状が矩形であることを特徴とする請求項８又は９記載のパワーモジュール用ヒートシンク。

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