專利名稱：液體冷卻式散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為了冷卻電力用半導(dǎo)體元件等的發(fā)熱體、與其結(jié)合使用的液體冷卻式 散熱器。
背景技術(shù)：
在電力變換裝置等使用的半導(dǎo)體元件以及復(fù)合半導(dǎo)體元件構(gòu)成的模塊形半導(dǎo)體 元件因大容量化及高速化產(chǎn)生大的損耗熱，為了提高元件可靠性以及延長壽命，必須抑制 元件溫度上升，將元件溫度保持在規(guī)定溫度以內(nèi)。為此，一般，容量特別大的半導(dǎo)體元件或模塊形半導(dǎo)體元件等的發(fā)熱體在其上結(jié) 合以水或鹽水那樣的冷卻液體冷卻的液體冷卻式散熱器，進(jìn)行冷卻。圖6表示從專利文獻(xiàn)1等公知的液體冷卻式散熱器的現(xiàn)有例。在該圖中，(a)是 表示與成為發(fā)熱體的模塊形半導(dǎo)體元件50結(jié)合狀態(tài)的散熱器60的立體圖，(b)是表示散 熱器60的平面截面圖。散熱器60由以銅或鋁等高熱傳導(dǎo)性材料構(gòu)成的主體61以及與該主體兩端結(jié)合的 冷卻液體的流入集管64及流出集管65構(gòu)成。散熱器主體61呈扁平長方體，在其外表面載 置模塊形半導(dǎo)體元件50等的發(fā)熱體熱結(jié)合，在散熱器主體61的內(nèi)部，如圖6 (b)所示，形成 多個散熱片62。各散熱片62互相隔開適當(dāng)?shù)拈g隔平行配置，在這些散熱片之間，形成平行 的多個冷卻液體流通通道63 (63a，63b，63c，63d，63e，63f，63g)。并且，冷卻液體流通通道 63的兩端與流入集管64及流出集管65連通。在流入集管64的與冷卻液體流通通道63平 行的端面壁的一端，設(shè)有用于從外部供給冷卻液體的冷卻液體入口 64a，在流出集管65的 與冷卻液體流通通道63平行的端面壁的一端，設(shè)有用于向外部排出冷卻液體的冷卻液體 出口 6^1。在外部的沒有圖示的液體冷卻裝置被冷卻的液體通過冷卻液體入口 6 供給散 熱器60。供給散熱器60的冷卻液體如圖6 (b)實線箭頭所示，從流入集管64分散到形成在 散熱片之間的各冷卻液體流通通道63流動，再集流到流出集管65，從冷卻液體出口 6 排 出，回到冷卻裝置。發(fā)熱體(模塊形半導(dǎo)體元件)50產(chǎn)生的熱從散熱器主體61擴(kuò)散到多個散熱片62， 傳遞到流過冷卻液體流通通道63的冷卻液體，能良好地散熱。按照這種帶散熱片的散熱器，通過散熱片，散熱器主體61的和冷卻液體的熱交換 面積A擴(kuò)大到10 50倍左右，因此，如下式(1)所示，能大幅度降低散熱器主體61的熱阻 R0由此，如下式( 所示，能抑制發(fā)熱體50的溫度上升Δ T到低的程度R = l/(hXAX η) (1)ΔΤ = RXQ (2)在(1)式和(2)式中，R表示熱阻(K/W)，h表示傳熱系數(shù)(W/m2K)，A表示熱交換面 積(m2)，η表示散熱片效率，Δ T表示發(fā)熱體溫度上升(K)，Q表示發(fā)熱體的產(chǎn)生熱量(W)。專利文獻(xiàn)1日本特開2008-103400號公報
在這種現(xiàn)有的液體冷卻式散熱器中，在流入集管64的與冷卻液體流通通道63平 行的端面壁，設(shè)有冷卻液體流入口 64a，在流出集管65的與冷卻液體流通通道63平行的端 面壁，設(shè)有冷卻液體流出口 65a，因此，從流入口 6 經(jīng)流入集管64-各冷卻液體流通通道 63-流出集管65至流出口 6 的冷卻液體流通通道的長度因各冷卻液體流通通道63的位 置而變化，流通通過各冷卻液體流通通道63的冷卻液體的流體阻力產(chǎn)生差異。因此，越靠 近流入口 6 及流出口 6 的冷卻液體流通通道63，流通通過冷卻液體的流量越大，離開流 入口 6 及流出口 6 越遠(yuǎn)的冷卻液體流通通道63，流通通過冷卻液體的流量越小，成為如 圖6(b)虛線箭頭所示那樣的流量分布。虛線箭頭用長度表示流量大小，長度越長表示流量 越大。流通通過散熱器主體61的冷卻液體流量大的、靠近流入口 6 及流出口 6 的在 圖示右端部的冷卻液體流通通道63a具有的冷卻效果大，流通通過散熱器主體61的冷卻液 體流量小的、離開流入口 6 及流出口 6 遠(yuǎn)的在圖示左端部的冷卻液體流通通道63g具 有的冷卻效果小。這樣，散熱器內(nèi)多個并列的冷卻液體流通通道的冷卻液體的流量分布不 均一場合，散熱器表面各位置的冷卻效果產(chǎn)生差異，存在不能使得散熱器整體的冷卻效果 均一的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是鑒于現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題而提出來的，本發(fā)明的課題在于，提供能 使得散熱器內(nèi)部多個并列的冷卻液體流通通道的冷卻液體的流通通過的流量分布均一，能 使得散熱器整體的冷卻效果均一的液體冷卻式散熱器。為了解決所述課題，本發(fā)明提出一種液體冷卻式散熱器，散熱器主體由高熱傳導(dǎo) 性材料構(gòu)成，呈扁平體，在其上面與發(fā)熱體結(jié)合，在該散熱器主體內(nèi)部形成冷卻液體流入的 流入集管，冷卻液體流出的流出集管，以及由以規(guī)定間隔平行配設(shè)的多個散熱片形成的多 個冷卻液體流通通道，在由所述散熱片形成的冷卻液體流通通道的兩端，連通結(jié)合所述流 入集管及流出集管，其特征在于在所述流入集管和流出集管的與所述冷卻液體流通通道 相對的端面壁的中央部，設(shè)有冷卻液體的流入口及流出口。在本發(fā)明中，可以閉塞所述多個冷卻液體流通通道之中的、與設(shè)在所述冷卻液體 流入集管的冷卻液體流入口相對的中央部附近的冷卻液體流通通道。又，可以在所述冷卻液體流入集管的中央部附近，與冷卻液體流通通道相對，設(shè)有 液流控制機(jī)構(gòu)，將冷卻液體的液流從中央向側(cè)方導(dǎo)向。該液流控制機(jī)構(gòu)也可以設(shè)有多個。再有，在本發(fā)明中，也可以設(shè)有多個開口分散設(shè)置的液流控制板，作為所述的冷卻 液體的液流控制機(jī)構(gòu)。并且，所述開口的開口面積，可以設(shè)為隨著從中央向著兩端部，具有 越大的開口面積。下面說明本發(fā)明的效果。本發(fā)明提出一種液體冷卻式散熱器，散熱器主體由高熱傳導(dǎo)性材料構(gòu)成，呈扁平 體，在其上面與發(fā)熱體結(jié)合，在該散熱器主體內(nèi)部形成冷卻液體流入的流入集管，冷卻液 體流出的流出集管，以及由以規(guī)定間隔平行配設(shè)的多個散熱片形成的多個冷卻液體流通通 道，在由所述散熱片形成的冷卻液體流通通道的兩端，連通結(jié)合所述流入集管及流出集管， 在所述流入集管和流出集管的與所述冷卻液體流通通道相對的端面壁的中央部，設(shè)有冷卻液體的流入口及流出口，因此，從所述冷卻液體流入口通過多個冷卻液體流通通道到冷卻 液體流出口的多個并列流通通道的長度差變小，得到均等化，流過各冷卻液體流通通道的 冷卻液體的流量均等化，差異小，因此，能減小散熱器位置的冷卻效果的偏差，提高散熱器 整體的冷卻效果的均一性。


圖1表示本發(fā)明第一實施例的液體冷卻式散熱器的構(gòu)成，其中，(a)是外觀立體 圖，(b)是平面截面圖。圖2是表示本發(fā)明第二實施例的液體冷卻式散熱器構(gòu)成的平面截面圖。圖3是表示本發(fā)明第三實施例的液體冷卻式散熱器構(gòu)成的平面截面圖。圖4是表示本發(fā)明第四實施例的液體冷卻式散熱器構(gòu)成的平面截面圖。圖5表示本發(fā)明第五實施例的液體冷卻式散熱器的構(gòu)成，其中，(a)是平面截面 圖，(b)是在此使用的流動控制板的側(cè)面圖。圖6表示以往的液體冷卻式散熱器的構(gòu)成，其中，(a)是立體圖，(b)是平面截面 圖。符號說明10模塊形半導(dǎo)體元件(發(fā)熱體)20液體冷卻式散熱器21散熱器主體22散熱片23Q3a 23g) 冷卻液體流通通道24冷卻液體流入集管25冷卻液體流出集管^、28a ^d冷卻液體的流動控制機(jī)構(gòu)
具體實施例方式下面，針對本發(fā)明的實施方式，就圖示的實施例進(jìn)行說明。在以下實施例中，雖然 對構(gòu)成要素，種類，組合，位置，形狀，數(shù)量，相對配置等作了各種限定，但是，這些僅僅是舉 例，本發(fā)明并不局限于此。[第一實施例]圖1表示本發(fā)明第一實施例，圖1表示本發(fā)明第一實施例的液體冷卻式散熱器的 構(gòu)成，其中，(a)是表示外觀的立體圖，(b)是表示內(nèi)部構(gòu)成的平面截面圖。在圖1中，符號10是作為發(fā)熱體的模塊形半導(dǎo)體元件，其結(jié)合在由銅或鋁那樣的 高熱傳導(dǎo)性材料構(gòu)成的呈扁平的長方體狀的散熱器20表面。散熱器20設(shè)有散熱器主體21， 在其內(nèi)部由隔開間隔平行地設(shè)置的多個散熱片22，形成多個冷卻液體流通通道23 23g)。在散熱器主體21的兩端，冷卻液體流入的流入集管M以及冷卻液體流出的流出集 管25分別與冷卻液體流通通道23連通結(jié)合。在流入集管M以及流出集管25的與冷卻液 體流通通道23相對的壁面Ma、2fe的中央，分別設(shè)有冷卻液體流入口 24b及冷卻液體流出 口 2汕。
再有，在散熱器主體21的內(nèi)部，如圖1(b)所示，由互相隔開規(guī)定間隔平行地設(shè)置 的多個散熱片22，形成與所述流入集管M及流出集管25連通的多個冷卻液體流通通道 23。這樣，在本發(fā)明中，在與散熱器主體21兩端結(jié)合的冷卻液體的流入集管M以及流 出集管25的與冷卻液體流通通道相對的端面壁Ma、2fe的中央部，分別設(shè)有冷卻液體流入 口 24b及冷卻液體流出口 25b，因此，從冷卻液體流入口 24b到冷卻液體流出口 2 的各冷 卻液體流通通道23a 23g的長度大致相等。因此，從冷卻液體流入口 24b供給的冷卻液 體C如圖1 (b)實線箭頭所示，從流入集管M向各冷卻液體流通通道23a 23g分流，再次 集流到流出集管25，從冷卻液體流出口 2 向外部流出。各冷卻液體流通通道23a 23g的從冷卻液體流入口 24b到冷卻液體流出口 2 的長度大致均等，但不能完全相等，位于中央的冷卻液體流通通道23d稍短，隨著朝向兩 側(cè)，相對變長。各冷卻液體流通通道的流體阻力與其長度成正比，因此，各冷卻液體流通通 道23a 23g的冷卻液體的流量如圖1(b)虛線箭頭所示，差別很小，位于中央的冷卻液體 流通通道23d的流量大，隨著朝向兩側(cè)而變小，但大致均等。因此，散熱器20整體的冷卻效 果得到均一化。表示流量的虛線箭頭用長度表示流量大小，長度長表示流量大，長度短表示流量 小。在以下其他實施例中也相同。[第二實施例]圖2表示本發(fā)明第二實施例。該第二實施例系在所述第一實施例中，抑制位于中 央的冷卻液體流通通道23d的流量大，使得流通通過各冷卻液體流通通道的冷卻液體流量 更均等。第二實施例如圖2所示，閉塞體閉塞散熱器主體21內(nèi)部的與冷卻液體流入口 24b 及冷卻液體流出口 2 相對附近的中央部的冷卻液體流通通道23d，將該閉塞體作為冷卻 液體的流動控制機(jī)構(gòu)觀。因此，從冷卻液體流入集管M向著中央的冷卻液體流通通道23d 的冷卻液體分散供給兩側(cè)的冷卻液體流通通道，因此，剩余的冷卻液體流通通道23a 23c 以及23e 23g的流量增加，流量分布如圖2虛線箭頭所示得到均一化。因此，與第一實施例相比，散熱器整體的冷卻效果能提高均一性。[第三實施例]圖3表示本發(fā)明第三實施例。在該第三實施例中，在冷卻液體流入集管M內(nèi)的冷卻液體流入口 24b和中央的冷 卻液體流通通道23d之間，設(shè)置一個將冷卻液體流動從中央向兩側(cè)導(dǎo)向的控制突起^a，限 制冷卻液體向中央的冷卻液體流通通道23d流入。通過該控制突起^a，限制向通常流量多的中央的冷卻液體流通通道23d的冷卻 液體的流入量，因此，該中央的冷卻液體流通通道23d的流量減少，兩側(cè)的其他冷卻液體流 通通道的流量相對增加，整體的流通通道的流量分布如圖3虛線箭頭所示得到均一化。因 此，進(jìn)一步提高散熱器20整體的冷卻效果的均一性。[第四實施例]圖4表示本發(fā)明第四實施例。該第四實施例系在所述第三實施例中，由于液流的控制突起28a在中央只設(shè)置一個，兩外側(cè)的冷卻液體流通通道23a及23g的流量增加很少，比其他冷卻液體流通通道的流 量小，為了改善這種狀況，將控制突起觀增加為三個，分散配置在冷卻液體流入集管M內(nèi)。通過調(diào)整三個控制突起28a 28c的間隔，限制從冷卻液體流入集管M直接流入 冷卻液體流通通道2 23f的流量，能增加冷卻液體向兩側(cè)的冷卻液體流通通道23a及 23g的流入量。由此，能如圖4虛線箭頭所示那樣，使得流通通道整體的流量分布均一化，與 第三實施例相比，能提高散熱器20整體的冷卻效果的均一性。[第五實施例]圖5表示本發(fā)明第五實施例。該第五實施例系設(shè)置一塊液流控制板觀山以代替第四實施例的多個冷卻液體的 液流控制突起。液流控制板28d如圖5(b)所示，沿著長度方向分散設(shè)有開口面積不同的三種開 口。中央開口 28e是開口面積最小的開口，與其兩側(cè)鄰接的開口 28f，28g成為開口面積中 間大小的開口。并且，兩端開口 2 !，28i成為開口面積最大的開口。通過將這種液流控制板28d設(shè)置在冷卻液體流入集管M的冷卻液體流入口 24b 和冷卻液體流通通道23之間，冷卻液體流入流量越是靠近中央的冷卻液體流通通道越受 限制而減小，越是靠近兩側(cè)的冷卻液體流通通道越是相對增大，因此，如圖5(a)的虛線箭 頭所示，能使得流通通道整體的流量分布均一。由此，能使得散熱器20的冷卻效果全體均一。上面參照

了本發(fā)明的實施形態(tài)，但本發(fā)明并不局限于所述實施形態(tài)。在 本發(fā)明技術(shù)思想范圍內(nèi)可以作種種變更，它們都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種液體冷卻式散熱器，其特征在于，具有由高熱傳導(dǎo)性材料構(gòu)成的扁平體所形成 的散熱器主體，在該散熱器主體上面結(jié)合有發(fā)熱體，在散熱器主體內(nèi)部形成有流入冷卻液 體的流入集管；流出冷卻液體的流出集管；和由以規(guī)定間隔平行配設(shè)的多個散熱片形成的 多個冷卻液體流通通道，在由所述散熱片形成的冷卻液體流通通道的兩端，所述流入集管 與所述流出集管連通并結(jié)合，其中在所述流入集管和流出集管的與所述冷卻液體流通通道相對的端面壁的中央部，設(shè)置 有冷卻液體的流入口和流出口。
2.如權(quán)利要求1所述的液體冷卻式散熱器，其特征在于閉塞所述多個冷卻液體流通通道之中的、與設(shè)置在所述冷卻液體流入集管的冷卻液體 流入口相對的中央部附近的冷卻液體流通通道。
3.如權(quán)利要求1所述的液體冷卻式散熱器，其特征在于在所述冷卻液體流入集管的中央部附近，與冷卻液體流通通道相對地設(shè)置有將冷卻液 體的液流從中央導(dǎo)向側(cè)方的液流控制機(jī)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的液體冷卻式散熱器，其特征在于設(shè)置有多個將所述冷卻液體的液流從中央導(dǎo)向側(cè)方的液流控制機(jī)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的液體冷卻式散熱器，其特征在于在所述冷卻液體流入集管的冷卻液體流入口和冷卻液體流通通道之間，設(shè)置有對冷卻 液體進(jìn)行控制的液流控制板，在該液流控制板上分散設(shè)置有多個開口。
6.如權(quán)利要求5所述的液體冷卻式散熱器，其特征在于所述冷卻液體的液流控制板的多個開口，隨著從中央向兩端部靠近，其開口面積越大。
全文摘要
本發(fā)明涉及液體冷卻式散熱器，散熱器主體由高熱傳導(dǎo)性材料構(gòu)成，呈扁平體，在其上面與發(fā)熱體結(jié)合，在該散熱器主體內(nèi)部形成冷卻液體流入的流入集管，冷卻液體流出的流出集管，以及由以規(guī)定間隔平行配設(shè)的多個散熱片形成的多個冷卻液體流通通道，在由所述散熱片形成的冷卻液體流通通道的兩端，所述流入集管與流出集管連通并結(jié)合，在所述流入集管和流出集管的與所述冷卻液體流通通道相對的端面壁的中央部，設(shè)置有冷卻液體的流入口和流出口。提供能使得散熱器內(nèi)部多個并列的冷卻液體流通通道的冷卻液體的流通通過的流量均一，能使得散熱器整體的冷卻效果均一的液體冷卻式散熱器。
文檔編號H01L23/473GK102136461SQ201010611828
公開日2011年7月27日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者安達(dá)昭夫, 石井美里 申請人:富士電機(jī)控股株式會社