散热部件及半导体模块的制作方法

1.本发明涉及散热部件。


背景技术：

2.以往，已知有具备用于水冷的水套和散热部件的冷却装置。散热部件具有冷却用的翅片。在水套中收纳有翅片。水套内部成为冷却水的流路，发热体经由翅片被冷却(例如，参照专利文献1)。[现有技术文献][专利文献]
[0003]
专利文献1：日本特开2017-108068号公报
[0004]
在此，为了抑制冷却水内含有的污染物的堵塞，需要确保相邻的翅片间的间隔。但是，若扩大该间隔，则存在翅片的设置密度降低、冷却性能降低的问题。


技术实现要素：

[0005]
鉴于上述状况，本发明的目的在于提供一种能够在进行污染物对策的同时确保冷却性能的散热部件。
[0006]
本发明的示例性散热部件具有：板状的基部，其在沿着制冷剂流动的方向的第一方向以及与第一方向正交的第二方向上扩展，且在与第一方向以及第二方向正交的第三方向上具有厚度；以及翅片，其从所述基部向所述第三方向一侧突出，且沿第二方向配置有多个。将所述制冷剂流动的下游侧作为第一方向一侧，所述翅片具有平板状的侧壁部，该侧壁部在第一方向和第三方向上扩展，并且在第二方向上具有厚度。在所述侧壁部设置有：沿第二方向贯通的狭缝；以及折弯部，其配置于所述狭缝的第一方向一侧和第一方向另一侧中的至少任一侧，并且向第二方向折弯。所述折弯部的长度比所述狭缝的与所述折弯部对置的第一方向端和所述折弯部的折弯开始位置之间的第一方向长度短。
[0007]
根据本发明的示例的散热部件，能够在进行污染物对策的同时确保冷却性能。
附图说明
[0008]
图1是根据本发明的示例性实施方式的散热部件的立体图。图2是散热部件的侧面剖视图。图3是示意性地示出散热翅片部的上面截面的一部分的图。图4是示出比较例的结构的图。图5是示意性地示出第一变形例的散热翅片部的上面截面的一部分的图。图6是示意性地示出第二变形例的散热翅片部的上面截面的一部分的图。图7是使折弯部的倾斜角度变化的各种散热部件的侧面剖视图。图8是示出模拟结果的一例的图。图9是一变形例的散热部件的侧面剖视图。
(符号说明)1翅片2基部3a、3b、3c、3d、3e、3f半导体装置5散热部件10散热翅片部11侧壁部11a折弯部11a1、11a2折弯部11at 1第三方向一侧端11at2第三方向另一侧端12底板部13顶板部50半导体模块c污染物s狭缝w制冷剂
具体实施方式
[0009]
在下文中，将参考附图描述本发明的示例性实施方式。
[0010]
另外，在附图中，将第一方向作为x方向，将x1示出第一方向一侧，将x2示出第一方向另一侧。第一方向是沿着制冷剂w流动的方向f的方向，下游侧示出为f1，上游侧示出为f2。下游侧f1是第一方向一侧，上游侧f2是第一方向另一侧。另外，将与第一方向正交的第二方向设为y方向，将y1设为第二方向一侧，将y2设为第二方向另一侧。另外，将与第一方向和第二方向正交的第三方向设为z方向，将z1设为第三方向一侧，将z2设为第三方向另一侧。另外，上述正交也包括从90度稍微偏离的角度的交叉。另外，上述各方向不限定将散热部件5组装到各种设备时的方向。
[0011]
＜1.散热部件的结构＞图1是根据本发明的示例性实施方式的散热部件5的立体图。图2是散热部件5的侧面剖视图。图2是向第二方向一侧观察在散热部件5的第二方向中途位置用与第二方向正交的切断面切断的状态的图。
[0012]
由散热部件5和供散热部件5设置的未图示的液冷套构成冷却装置。该冷却装置是用于冷却多个半导体装置3a、3b、3c、3d、3e、3f(以下称为3a等)(参照图2)的装置。半导体装置是发热体的一个例子。半导体装置3a等例如是用于驱动车辆的车轮的牵引马达所具备的逆变器的功率晶体管。该功率晶体管例如是igbt(insulated gate bipolar transistor：绝缘栅双极型晶体管)。在这种情况下，冷却装置装设在牵引马达上。另外，半导体装置的个数既可以是六个以外的多个，也可以是1个。
[0013]
散热部件5具有基部2和散热翅片部10。基部2是在第一方向和第二方向上扩展且在第三方向上具有厚度的板状。基部2由热传导性高的金属构成，例如由铜合金构成。
[0014]
散热翅片部10固定于基部2的第三方向一侧。散热翅片部10构成为将由在第一方向上延伸的一张金属板构成的翅片1在第二方向上排列多个而形成的所谓层叠翅片。翅片1例如由铜板构成。
[0015]
翅片1具有侧壁部11、底板部12和顶板部13。侧壁部11是在第一方向和第三方向上扩展且在第二方向上具有厚度的平板状。
[0016]
底板部12在侧壁部11的第三方向另一侧端部向第二方向一侧折弯。顶板部13在侧壁部11的第三方向一侧端部向第二方向一侧折弯。因此，翅片1的截面为方形u字状。通过例如钎焊将底板部12固定于基部2的第三方向一侧的侧面21，从而将翅片1沿第二方向层叠而成的散热翅片部10固定于基部2。即，散热部件5具有从基部2向第三方向一侧突出并在第二方向上配置多个的翅片1。
[0017]
散热翅片部10收纳在未图示的液冷套中。流入液冷套的制冷剂w如图1所示从第一方向另一侧(上游侧)流入散热翅片部10。制冷剂w例如是水或乙二醇水溶液。制冷剂w在形成于第二方向上相邻的翅片1之间的流路内部向第一方向一侧流动，从散热翅片部10排出后，从液冷套向外部排出。半导体装置3a等配置在基部2的第三方向另一侧(参照图2)。从半导体装置3a等产生的热经由基部2及翅片1向冷却介质w移动，从而半导体装置3a等被冷却。另外，半导体模块50具有散热部件5和配置在基部2的第三方向另一侧的半导体装置3a等(参照图2)。
[0018]
＜2.关于折弯部＞如图1及图2所示，翅片1具有折弯部11a。下面，对折弯部11a的结构进行说明。
[0019]
图3是示意性地示出散热翅片部10的上面截面的一部分的图。图3是从第三方向另一侧观察在散热翅片部10的第三方向中途位置用与第三方向正交的切断面切断的状态的图。另外，图4、图5、图6也同样。
[0020]
如图3(图1、图2)所示，在翅片1的侧壁部11上设有向第二方向另一侧折弯的折弯部11a。在位于折弯部11a的第一方向另一侧的侧壁部11的一部分11b与折弯部11a之间设置有在第二方向上贯通的狭缝s。即，在侧壁部11上设置有沿第二方向贯通的狭缝s和配置在狭缝s的第一方向一侧且沿第二方向折弯的折弯部11a。通过设置折弯部11a，能够产生紊流，破坏沿着侧壁部11生长的边界层，提高冷却性能。
[0021]
另外，折弯部11a的长度l1比侧壁部11的一部分11b与折弯部11a的折弯开始位置之间的第一方向长度l2短。即，折弯部11a的长度l1比狭缝s的与折弯部11a对置的第一方向端11bt与折弯部11a的折弯开始位置之间的第一方向长度l2短。
[0022]
在此，为了与本实施方式进行对比，在图4中示出在侧壁部11中，在侧壁部11的一部分11b与折弯部11a之间未设置狭缝s的情况下的结构。在该情况下，折弯部11a的前端部11as与配置在与该前端部11as的第二方向另一侧相邻的前端部11as的第一方向另一侧的侧壁部11的一部分11b之间的间隙f容易因折弯部11a的折弯而变窄。为了抑制在沿第二方向相邻的翅片1之间流动的制冷剂w中含有的污染物c的堵塞，作为最小间隙的f需要满足如下条件。f＝dc+α这里，dc是污染物c的直径，α是余量。
[0023]
与此相对，如果是图3所示的本实施方式的结构，则通过设置狭缝s，最小间隙成为
fm，由fm＝f+g示出。即，在与图4相同的ft的情况下，fm＝dc+α+g，最小间隙扩大g，进而即使最小间隙fm减小g，也能够抑制污染物c的堵塞。即，根据本实施方式，能够在进行污染对策的同时减小间隔ft。因此，能够提高翅片1的设置密度，提高冷却性能。
[0024]
另外，如图3中用虚线包围的那样，在相同的第一方向位置沿第二方向排列配置多个的折弯部11a向第二方向的相同侧(第二方向另一侧)折弯。由此，能够抑制因相邻的折弯部11a之间的间隔变窄而导致的污染物堵塞。
[0025]
图5是示意性地示出第一变形例的散热翅片部10的上面截面的一部分的图。在图5所示的结构中，在侧壁部11上设置有向第二方向一侧折弯的折弯部11a。在位于折弯部11a的第一方向一侧的侧壁部11的一部分11b与折弯部11a之间设置有在第二方向上贯通的狭缝s。即，在侧壁部11上设置有折弯部11a，该折弯部11a配置在狭缝s的第一方向另一侧，并且向第二方向折弯。另外，折弯部11a的长度l1比狭缝s的与折弯部11a对置的第一方向端11bt与折弯部11a的折弯开始位置之间的第一方向长度l2短。
[0026]
根据这样的结构，即使翅片1之间的间隔ft变窄，间隙f也变宽，能够抑制污染物堵塞，并且提高冷却性能。
[0027]
图6是示意性地示出第二变形例的散热翅片部10的上面截面的一部分的图。在图6所示的结构中，在侧壁部11上设有向第二方向一侧折弯的折弯部11a1和向第二方向另一侧折弯的折弯部11a2。在折弯部11a1与折弯部11a2之间设置有在第二方向上贯通的狭缝s。即，在侧壁部11上设置有折弯部11a1、11a2，该折弯部11a1、11a2配置在狭缝s的第一方向一侧以及第一方向另一侧，并且向第二方向折弯。
[0028]
根据这样的结构，即使翅片1之间的间隔ft变窄，折弯部11a1、11a2之间的间隙f也变宽，能够抑制污染物堵塞，并且提高冷却性能。
[0029]
＜3.倾斜的折弯部＞关于折弯部11a，也可以从第二方向观察相对于第三方向倾斜。图7示出具有这种结构的各种散热部件5的侧面剖视图。图7示出使折弯部11a的倾斜角度变化的结构例。另外，在图7的最上段还示出了不倾斜的折弯部11a的结构例。
[0030]
如图7所示，倾斜的折弯部11a具体而言是指，在折弯部11a的沿第二方向观察的第一方向端，第三方向一侧端11at1位于比第三方向另一侧端11at2靠第一方向一侧的位置。即，远离基部2的第三方向一侧端11at 1位于比基部2侧的第三方向另一侧端11at2靠下游侧的位置。由此，在折弯部11a的下游侧产生逆压力梯度，尾流的流动停滞，在未停滞的基部2侧制冷剂w的流速变快，能够进一步提高冷却性能。
[0031]
另外，在该情况下，狭缝s也倾斜，上述的第一方向长度l2是沿着狭缝s的边的长度。即，第一方向长度l2是包括第一方向分量的方向上的长度。
[0032]
如图7所示，折弯部11a的沿第二方向观察的第一方向端相对于第三方向以倾斜角度θ倾斜。在图7的例子中，分别示出θ＝15
°
、30
°
、45
°
、-30
°
的情况。
[0033]
图8示出对这样的折弯部11a以θ＝15
°
、30
°
、45
°
、-30
°
倾斜的结构的模型实施模拟的结果。在图8中，绘制了压力损失以及半导体装置3a等的最高温度的模拟结果。
[0034]
如图8所示，在折弯部11a的沿第二方向观察的第一方向端相对于第三方向倾斜30
°
的情况下，最高温度最低，在冷却性能优先的情况下是优选的。
[0035]
如图8所示，在折弯部11a的沿第二方向观察的第一方向端相对于第三方向以45
°
倾斜的情况下，压力损失最低，适于优先降低压力损失的情况。
[0036]
如图8所示，在折弯部11a的沿第二方向观察的第一方向端相对于第三方向倾斜15
°
的情况下，在需要压力损失的性能和冷却性能这两者的情况下是优选的。
[0037]
另外，在θ＝-30
°
时冷却性能降低的原因在于，虽然在折弯部11a的下游侧产生逆压力梯度，尾流的流动停滞，但在没有停滞的与基部2相反的一侧，制冷剂w的流速变快，在基部2侧流速变低。
[0038]
另外，鉴于上述效果，也可以采用如图9的侧面剖视图所示的结构的散热部件5。在图9中，与上游侧的半导体装置3a、3b对应地设置以θ＝45
°
倾斜的折弯部11a，与中央的半导体装置3c、3d对应地设置以θ＝15
°
倾斜的折弯部11a，与下游侧的半导体装置3e、3f对应地设置以θ＝30
°
倾斜的折弯部11a。
[0039]
由此，在制冷剂w的温度低、冷却性能比较不需要的上游侧优先降低压力损失，在通过冷却而制冷剂w的温度高、冷却性能比较需要的下游侧优先冷却性能，在中央能够一定程度地确保压力损失性能和冷却性能这两者。因此，能够抑制整体的压力损失，并且能够抑制半导体装置3a等中的温度差。
[0040]
换言之，折弯部11a在第一方向上配置有多个。折弯部11a的沿第二方向观察的第一方向端相对于第三方向的倾斜角度θ在第一方向上变化。由此，如上所述，作为整体能够抑制压力损失的增加，并且能够抑制发热体的温度差。
[0041]
＜4.其他＞以上，说明了本发明的实施方式。另外，本发明的范围并不限定于上述实施方式。本发明能够在不脱离发明主旨的范围内对上述实施方式施加各种变更来实施。另外，在上述实施方式中说明的事项能够在不产生矛盾的范围内适当地任意组合。
[0042]
本发明能够利用于各种发热体的冷却。

技术特征：
1.一种散热部件，其特征在于，具有：板状的基部，其在沿着制冷剂流动的方向的第一方向以及与第一方向正交的第二方向上扩展，且在与第一方向以及第二方向正交的第三方向上具有厚度；以及翅片，其从所述基部向所述第三方向一侧突出，且沿第二方向配置有多个，将所述制冷剂流动的下游侧作为第一方向一侧，所述翅片具有平板状的侧壁部，该侧壁部在第一方向和第三方向上扩展，并且在第二方向上具有厚度，在所述侧壁部设置有：沿第二方向贯通的狭缝；以及折弯部，其配置于所述狭缝的第一方向一侧和第一方向另一侧中的至少任一侧，并且向第二方向折弯，所述折弯部的长度比所述狭缝的与所述折弯部对置的第一方向端和所述折弯部的折弯开始位置之间的第一方向长度短。2.根据权利要求1所述的散热部件，其特征在于，在相同的第一方向位置沿第二方向排列配置多个的所述折弯部向第二方向的相同侧折弯。3.根据权利要求1或2所述的散热部件，其特征在于，在所述折弯部的沿第二方向观察的第一方向端，第三方向一侧端位于比第三方向另一侧端靠第一方向一侧的位置。4.根据权利要求3所述的散热部件，其特征在于，所述折弯部的沿第二方向观察的第一方向端相对于第三方向倾斜15
°
。5.根据权利要求3所述的散热部件，其特征在于，所述折弯部的沿第二方向观察的第一方向端相对于第三方向倾斜30
°
。6.根据权利要求3所述的散热部件，其特征在于，所述折弯部的沿第二方向观察的第一方向端相对于第三方向倾斜45
°
。7.根据权利要求3至6中任一项所述的散热部件，其特征在于，所述折弯部在第一方向上配置有多个，所述折弯部的沿第二方向观察的第一方向端相对于第三方向的倾斜角度在第一方向上变化。8.一种半导体模块，其特征在于，具有：权利要求1至7中任一项所述的散热部件；以及配置在所述基部的第三方向另一侧的半导体装置。

技术总结
散热部件具有：板状的基部，其在沿着制冷剂流动的方向的第一方向以及与第一方向正交的第二方向上扩展，且在与第一方向以及第二方向正交的第三方向上具有厚度；以及翅片，其从所述基部向所述第三方向一侧突出，且沿第二方向配置有多个。将所述制冷剂流动的下游侧作为第一方向一侧，所述翅片具有平板状的侧壁部，该侧壁部在第一方向和第三方向上扩展，并且在第二方向上具有厚度。在所述侧壁部设置有：沿第二方向贯通的狭缝；以及折弯部，其配置于所述狭缝的第一方向一侧和第一方向另一侧中的至少任一侧，并且向第二方向折弯。所述折弯部的长度比所述狭缝的与所述折弯部对置的第一方向端和所述折弯部的折弯开始位置之间的第一方向长度短。一方向长度短。一方向长度短。


技术研发人员：村上浩二 栁田裕毅
受保护的技术使用者：日本电产株式会社
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/9/26