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JP2024113255A - Cooling structure and semiconductor device using same - Google Patents

Cooling structure and semiconductor device using same Download PDF

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Publication number
JP2024113255A
JP2024113255A JP2023018105A JP2023018105A JP2024113255A JP 2024113255 A JP2024113255 A JP 2024113255A JP 2023018105 A JP2023018105 A JP 2023018105A JP 2023018105 A JP2023018105 A JP 2023018105A JP 2024113255 A JP2024113255 A JP 2024113255A
Authority
JP
Japan
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heat dissipation
wind tunnel
gas
outlet
cooling structure
Prior art date
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Pending
Application number
JP2023018105A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
正佳 田村
Masayoshi Tamura
聡 石井
Satoshi Ishii
紘史 西
Hiroshi Nishi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2023018105A priority Critical patent/JP2024113255A/en
Publication of JP2024113255A publication Critical patent/JP2024113255A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a cooling structure and a semiconductor device using the same which improves the effect of cooling a heating element while suppressing energy consumption required for blowing air by reducing pressure loss of a heat dissipation fin.
SOLUTION: A cooling structure includes a base having a heating element thermally connected to one side and a plurality of heat dissipation fins on the other side, and a wind tunnel having a first wind tunnel for allowing gas to flow from the outside into the heat dissipation fins, and a second wind tunnel connected to the first wind tunnel via the heat dissipation fins and discharging gas that has passed through the heat dissipation fins to the outside, the first wind tunnel has an inlet that takes in gas and a first wind tunnel outlet that discharges gas to the heat dissipation fins, the first wind tunnel outlet abuts against the end of the heat dissipation fin on the opposite side to the base over its entire circumference, the second wind tunnel has a collection portion that collects gas radially discharged from the heat dissipation fins in a direction parallel to the other side of the base, an outlet that discharges the gas to the outside, and an outlet portion that directs the gas from the collection portion to the outlet, the outlet portion extends in a specific direction away from the inlet.
SELECTED DRAWING: Figure 17
COPYRIGHT: (C)2024,JPO&INPIT

Description

本願は、冷却構造及びそれを用いた半導体装置に関するものである。 This application relates to a cooling structure and a semiconductor device using the same.

冷却の対象となる発熱体を有した装置においては、発熱体からの放熱を促進させるためにヒートシンクなどの冷却構造が設けられる。冷却構造は、発熱体の発熱に起因した装置の機能の低下などを抑制するために設けられる。一般的なヒートシンクとしては、複数の放熱フィンを予め定めた間隔を空けて相互に平行に配列した構造が知られている。複数の放熱フィンの間の隙間の部分に送風することで、放熱フィンから発熱体の熱を効率よく放熱させることができる。 In a device having a heat generating element to be cooled, a cooling structure such as a heat sink is provided to promote heat dissipation from the heat generating element. The cooling structure is provided to suppress deterioration of the device's functionality caused by heat generated by the heat generating element. A typical heat sink has a structure in which multiple heat dissipation fins are arranged parallel to each other at predetermined intervals. By blowing air into the gaps between the multiple heat dissipation fins, the heat from the heat generating element can be efficiently dissipated from the heat dissipation fins.

放熱性能を向上させるためには、放熱フィンを高密度で配置すればよい。しかしながら、平行に配列した放熱フィンを高密度に配置した場合、気体の流れる方向における流体抵抗が大きくなり、気体の圧力損失が増加する。気体の圧力損失が増加すると、送風に要するエネルギーの消費が大きくなるという課題があった。この課題を解決するための構造が開示されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1では、冷却構造は、ヒートシンクベースと、ヒートシンクベースの表面に対向して設置された複数のファンと、ヒートシンクベース表面の複数のファンがそれぞれ対向する位置から湾曲しながら延在するように、ヒートシンクベース表面に立設された複数のフィンとを備え、フィンの中央部から、外側に向かって気体が流れるヒートシンクの構造が開示されている。 To improve heat dissipation performance, it is sufficient to arrange the heat dissipation fins at a high density. However, when the heat dissipation fins are arranged in parallel at a high density, the flow resistance in the direction of gas flow increases, and the pressure loss of the gas increases. When the pressure loss of the gas increases, the energy consumption required for blowing air increases. A structure to solve this problem has been disclosed (for example, see Patent Document 1). Patent Document 1 discloses a cooling structure that includes a heat sink base, a plurality of fans installed facing the surface of the heat sink base, and a plurality of fins erected on the surface of the heat sink base so as to extend while curving from the positions facing the plurality of fans on the surface of the heat sink base, and a heat sink structure in which gas flows from the center of the fins toward the outside.

特許第3591391号公報Patent No. 3591391

上記特許文献1においては、送風をフィンの中央部から行い、フィンに対して放射状に外側の方向へ導風しているため、フィン間を通る気体の経路の長さが短くなるので、気体の圧力損失を低減することができる。気体の圧力損失が低減するため、送風に要するエネルギーの消費を減少させる効果を得ることができる。しかしながら、開示された冷却構造では、フィンに対する気体の入口と出口が近接しているため、フィンを通過して温められた気体が再度気体の入口から取り込まれるので、発熱体の冷却効果が低下するという課題があった。 In the above-mentioned Patent Document 1, air is blown from the center of the fins and guided radially outward from the fins, shortening the length of the path of the gas passing between the fins and reducing the pressure loss of the gas. Because the pressure loss of the gas is reduced, it is possible to obtain the effect of reducing the consumption of energy required for blowing air. However, in the disclosed cooling structure, the gas inlet and outlet for the fins are close to each other, so the gas that has passed through the fins and been heated is taken in again through the gas inlet, which reduces the cooling effect of the heat-generating body.

そこで、本願は、放熱フィンの圧損を低減して送風に要するエネルギー消費を抑制しつつ、発熱体の冷却の効果を高めた冷却構造、及びそれを用いた半導体装置を得ることを目的としている。 Therefore, the present application aims to provide a cooling structure that reduces the pressure loss of the heat dissipation fins, suppresses the energy consumption required for blowing air, and improves the cooling effect of the heat generating body, as well as a semiconductor device using the same.

本願に開示される冷却構造は、一方の面に発熱体が熱的に接続され、他方の面に複数の放熱フィンを有したベースと、気体を外部から放熱フィンに流入させる第一の風洞、及び放熱フィンを介して第一の風洞と連通し、放熱フィンを通過した気体を外部に排出する第二の風洞を有した風洞と、を備え、第一の風洞は、気体を取り込む流入口と、放熱フィンに気体を流出する第1風洞排出口と、を有し、第1風洞排出口が、全周に亘って、放熱フィンのベースの側とは反対側の端部と当接し、第二の風洞は、放熱フィンから、ベースの他方の面に平行な方向に放射状に排出された気体を集める収集部と、外部に気体を排出する排出口と、収集部から排出口に気体を導く導出部と、を有し、導出部が、流入口から遠ざかる特定の方向に延出しているものである。 The cooling structure disclosed in the present application comprises a base having a heat generating element thermally connected to one side and a plurality of heat dissipation fins on the other side, a first wind tunnel for allowing gas to flow from the outside into the heat dissipation fins, and a second wind tunnel that communicates with the first wind tunnel via the heat dissipation fins and discharges gas that has passed through the heat dissipation fins to the outside, the first wind tunnel has an inlet for taking in gas and a first wind tunnel outlet for discharging gas to the heat dissipation fins, the first wind tunnel outlet abutting the end of the heat dissipation fin on the opposite side to the base over the entire circumference, the second wind tunnel has a collection section for collecting gas discharged radially from the heat dissipation fins in a direction parallel to the other side of the base, an outlet for discharging gas to the outside, and an outlet section for guiding gas from the collection section to the outlet, the outlet section extending in a specific direction away from the inlet.

本願に開示される半導体装置は、本願に開示した冷却構造と、半導体素子を有した発熱体と、を備えたものである。 The semiconductor device disclosed in this application is equipped with the cooling structure disclosed in this application and a heating element having a semiconductor element.

本願に開示される冷却構造によれば、一方の面に発熱体が熱的に接続され、他方の面に複数の放熱フィンを有したベースと、気体を外部から放熱フィンに流入させる第一の風洞、及び放熱フィンを介して第一の風洞と連通し、放熱フィンを通過した気体を外部に排出する第二の風洞を有した風洞とを備え、第一の風洞が、気体を取り込む流入口と、放熱フィンに気体を流出する第1風洞排出口とを有し、第1風洞排出口が、全周に亘って、放熱フィンのベースの側とは反対側の端部と当接し、第二の風洞が、放熱フィンから、ベースの他方の面に平行な方向に放射状に排出された気体を集める収集部と、外部に気体を排出する排出口と、収集部から排出口に気体を導く導出部とを有し、導出部が、流入口から遠ざかる特定の方向に延出しているため、気体がベースの他方の面に平行な方向に放射状に排出されるので、流体抵抗を受ける気体の経路長さが短くなり、気体の圧力損失の上昇が抑制され、送風に要するエネルギー消費を抑制することができる。また、放熱フィンを通過した高温の気体の流入口からの再取り込みが抑制されるので、発熱体の冷却の効果を高めることができる。 According to the cooling structure disclosed in the present application, a base is provided with a heat generating element thermally connected to one side and a plurality of heat dissipation fins on the other side, a first wind tunnel for allowing gas to flow from the outside into the heat dissipation fins, and a second wind tunnel that is connected to the first wind tunnel via the heat dissipation fins and discharges gas that has passed through the heat dissipation fins to the outside, the first wind tunnel having an inlet for taking in gas and a first wind tunnel outlet for discharging gas to the heat dissipation fins, and the first wind tunnel outlet is provided on the side opposite the base of the heat dissipation fins around the entire circumference. The second air tunnel abuts against the end, and has a collection section that collects the gas discharged radially from the heat dissipation fin in a direction parallel to the other surface of the base, an exhaust port that discharges the gas to the outside, and an outlet section that guides the gas from the collection section to the exhaust port. Since the outlet section extends in a specific direction away from the inlet, the gas is discharged radially in a direction parallel to the other surface of the base, shortening the path length of the gas that experiences fluid resistance, suppressing an increase in gas pressure loss, and reducing the energy consumption required for blowing air. In addition, re-intake of high-temperature gas that has passed through the heat dissipation fin from the inlet port is suppressed, improving the cooling effect of the heat-generating body.

本願に開示される半導体装置によれば、本願に開示した冷却構造と、半導体素子を有した発熱体とを備えたため、冷却用の送風に要するエネルギー消費を抑制しつつ、発熱体の高い冷却効果が得られた半導体装置を得ることができる。 The semiconductor device disclosed in the present application is equipped with the cooling structure disclosed in the present application and a heat generating body having a semiconductor element, so that it is possible to obtain a semiconductor device that achieves a high cooling effect for the heat generating body while suppressing the energy consumption required for blowing air for cooling.

実施の形態1に係る半導体装置の斜視図である。1 is a perspective view of a semiconductor device according to a first embodiment; 実施の形態1に係る半導体装置の平面図であるFIG. 1 is a plan view of a semiconductor device according to a first embodiment; 図2のA-A断面位置で切断した半導体装置の斜視断面図である。3 is a perspective cross-sectional view of the semiconductor device taken along the line AA in FIG. 2. 図2のA-A断面位置で切断した半導体装置の断面図である。3 is a cross-sectional view of the semiconductor device taken along the line AA in FIG. 2. 図2のB-B断面位置で切断した半導体装置の断面図である。3 is a cross-sectional view of the semiconductor device taken along the line BB in FIG. 2. 実施の形態1に係る半導体装置の冷却構造の要部を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a main part of a cooling structure of a semiconductor device according to a first embodiment; 実施の形態1に係る別の半導体装置の冷却構造の要部を示す斜視図である。13 is a perspective view showing a main part of a cooling structure of another semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 図2のA-A断面位置で切断した別の半導体装置の斜視断面図である。3 is a perspective cross-sectional view of another semiconductor device taken along the line AA of FIG. 2. 実施の形態2に係る半導体装置の分解斜視図である。FIG. 11 is an exploded perspective view of a semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の分解斜視断面図である。FIG. 11 is an exploded perspective cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態3に係る半導体装置の冷却構造の要部を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing a main part of a cooling structure of a semiconductor device according to a third embodiment. 実施の形態3に係る半導体装置の斜視断面図である。FIG. 11 is a perspective cross-sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment. 実施の形態3に係る半導体装置の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment. 図13のC-C断面位置で切断した半導体装置の冷却構造の断面図である。14 is a cross-sectional view of the cooling structure of the semiconductor device taken along the CC cross section in FIG. 13. 図14のD-D断面位置で切断した半導体装置の冷却構造の断面図である。15 is a cross-sectional view of the cooling structure of the semiconductor device taken along the line DD in FIG. 14. 実施の形態4に係る半導体装置の斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る半導体装置の斜視断面図である。FIG. 13 is a perspective cross-sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る半導体装置の斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係る半導体装置の斜視断面図である。FIG. 13 is a perspective cross-sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の斜視断面図である。FIG. 13 is a perspective cross-sectional view of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係る半導体装置の分解斜視図である。FIG. 13 is an exploded perspective view of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態6に係る半導体装置の冷却構造の要部の平面図である。13 is a plan view of a main part of a cooling structure of a semiconductor device according to a sixth embodiment. FIG.

以下、本願の実施の形態による電力変換装置を図に基づいて説明する。なお、各図において同一、又は相当部材、部位については同一符号を付して説明する。 The power conversion device according to the embodiment of the present application will be described below with reference to the drawings. Note that the same or equivalent members and parts in each drawing will be denoted by the same reference numerals.

実施の形態1.
図1は実施の形態1に係る半導体装置100の斜視図、図2は半導体装置100の平面図で、放熱フィン3を省略して示した図、図3は図2のA-A断面位置で切断した半導体装置100の斜視断面図、図4は図2のA-A断面位置で切断した半導体装置100の断面図、図5は図2のB-B断面位置で切断した半導体装置100の断面図、図6は半導体装置100の冷却構造101の要部を示す斜視図で、ベース2を放熱フィン設置面2bの側から見た図、図7は実施の形態1に係る別の半導体装置100の冷却構造101の要部を示す斜視図で、ベース2を放熱フィン設置面2bの側から見た図である。半導体装置100は、例えば、半導体素子を用いて、入力電流を直流から交流、交流から直流、又は入力電圧を異なる電圧に変換する装置である。本実施の形態では、本願に開示する冷却構造101の適用例として半導体装置100について説明するが、冷却構造101の適用例は半導体装置に限るものではない。冷却構造101は、半導体素子を有さない発熱体であるコンデンサモジュールなどにも適用することができる。
Embodiment 1.
Fig. 1 is a perspective view of a semiconductor device 100 according to the first embodiment, Fig. 2 is a plan view of the semiconductor device 100, in which the heat dissipation fins 3 are omitted, Fig. 3 is a perspective cross-sectional view of the semiconductor device 100 cut at the A-A cross section position in Fig. 2, Fig. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100 cut at the A-A cross section position in Fig. 2, Fig. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100 cut at the B-B cross section position in Fig. 2, Fig. 6 is a perspective view showing a main part of a cooling structure 101 of the semiconductor device 100, in which the base 2 is seen from the side of the heat dissipation fin installation surface 2b, and Fig. 7 is a perspective view showing a main part of a cooling structure 101 of another semiconductor device 100 according to the first embodiment, in which the base 2 is seen from the side of the heat dissipation fin installation surface 2b. The semiconductor device 100 is, for example, a device that converts an input current from DC to AC, AC to DC, or an input voltage to a different voltage using a semiconductor element. In this embodiment, a semiconductor device 100 will be described as an application example of the cooling structure 101 disclosed in the present application, but the application example of the cooling structure 101 is not limited to semiconductor devices. The cooling structure 101 can also be applied to a capacitor module or the like that is a heat generating body that does not have a semiconductor element.

<半導体装置100>
半導体装置100は、図1に示すように、冷却構造101と発熱体1とを備える。発熱体1は、図3に示すように、半導体素子1aを有する。冷却構造101は、ベース2と風洞6とを備える。図において、後述する第二の風洞6bの部分の延出方向をX方向とし、X方向に垂直で互いに垂直な方向をY方向、Z方向とする。図4はXZ断面、図5はYZ断面を示すものである。半導体素子1aを有した発熱体1は、例えば、パワーモジュールである。図3では一つの半導体素子1aのみを示しているが、半導体素子1aの個数は1つに限るものではない。発熱体1がパワーモジュールである場合、パワーモジュールは、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、ダイオードなどの半導体素子1aが、電気絶縁層及び熱拡散層などと共に樹脂によりモールドされて形成されている。発熱体1であるパワーモジュールは、冷却構造101により冷却される。冷却により、発熱に起因したパワーモジュールの機能の低下が抑制される。
<Semiconductor device 100>
The semiconductor device 100 includes a cooling structure 101 and a heat generating body 1, as shown in Fig. 1. The heat generating body 1 includes a semiconductor element 1a, as shown in Fig. 3. The cooling structure 101 includes a base 2 and an air tunnel 6. In the figure, the extension direction of a portion of a second air tunnel 6b, which will be described later, is the X direction, and directions perpendicular to the X direction and perpendicular to each other are the Y direction and the Z direction. Fig. 4 shows an XZ cross section, and Fig. 5 shows a YZ cross section. The heat generating body 1 including the semiconductor element 1a is, for example, a power module. Although Fig. 3 shows only one semiconductor element 1a, the number of semiconductor elements 1a is not limited to one. When the heating element 1 is a power module, the power module is formed by molding a semiconductor element 1a, such as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a diode, etc., with a resin together with an electrical insulating layer, a thermal diffusion layer, etc. The power module, which is the heating element 1, is cooled by a cooling structure 101. The cooling suppresses the deterioration of the function of the power module caused by heat generation.

<冷却構造101>
冷却構造101の構成について説明する。ベース2は、図4に示すように、一方の面に発熱体1が熱的に接続され、他方の面に複数の放熱フィン3を有する。ベース2の一方の面は発熱体実装面2aであり、一方の面とは反対側のベース2の他方の面は放熱フィン設置面2bである。ベース2は、例えば、アルミニウムなどの金属から板状に作製される。放熱フィン3は、ベース2の放熱フィン設置面2bに一体で形成しても構わない。放熱フィン3は、ベース2とは別体で、放熱グリースなどの介在物を介して放熱フィン設置面2bに熱的に接続させて設けても構わない。
<Cooling structure 101>
The configuration of the cooling structure 101 will be described. As shown in FIG. 4, the base 2 has a heat generating body 1 thermally connected to one surface thereof and a plurality of heat dissipation fins 3 on the other surface thereof. One surface of the base 2 is a heat generating body mounting surface 2a, and the other surface of the base 2 opposite to the one surface is a heat dissipation fin installation surface 2b. The base 2 is made of a metal such as aluminum in a plate shape. The heat dissipation fins 3 may be integrally formed on the heat dissipation fin installation surface 2b of the base 2. The heat dissipation fins 3 may be provided separately from the base 2 and thermally connected to the heat dissipation fin installation surface 2b via an intermediary such as heat dissipation grease.

風洞6は、気体を外部から放熱フィン3に流入させる第一の風洞6a、及び放熱フィン3を介して第一の風洞6aと連通し、放熱フィン3を通過した気体を外部に排出する第二の風洞6bを有する。第一の風洞6aは、気体を取り込む流入口13と、放熱フィン3に気体を流出する第1風洞排出口5とを有する。第1風洞排出口5は、全周に亘って、放熱フィン3のベース2の側とは反対側の端部と当接する。放熱フィン3において、第1風洞排出口5と当接した箇所は、当接端部3aである。第1風洞排出口5が放熱フィン3に当接しているため、流入口13から流入した気体を確実に放熱フィン3に流入させることができる。第二の風洞6bは、放熱フィン3から、ベース2の他方の面に平行な方向に放射状に排出された気体を集める収集部11と、外部に気体を排出する排出口7と、収集部11から排出口7に気体を導く導出部10とを有する。導出部10は、流入口13から遠ざかる特定の方向に延出している。本実施の形態では、特定の方向はX方向である。 The wind tunnel 6 has a first wind tunnel 6a that allows gas to flow from the outside into the heat dissipation fin 3, and a second wind tunnel 6b that communicates with the first wind tunnel 6a via the heat dissipation fin 3 and discharges the gas that has passed through the heat dissipation fin 3 to the outside. The first wind tunnel 6a has an inlet 13 that takes in gas, and a first wind tunnel outlet 5 that discharges gas to the heat dissipation fin 3. The first wind tunnel outlet 5 abuts against the end of the heat dissipation fin 3 opposite the base 2 side over the entire circumference. The part of the heat dissipation fin 3 that abuts against the first wind tunnel outlet 5 is the abutment end 3a. Since the first wind tunnel outlet 5 abuts against the heat dissipation fin 3, the gas that flows in from the inlet 13 can be reliably flowed into the heat dissipation fin 3. The second air channel 6b has a collection section 11 that collects gas discharged radially from the heat dissipation fins 3 in a direction parallel to the other surface of the base 2, an exhaust port 7 that discharges the gas to the outside, and an outlet section 10 that guides the gas from the collection section 11 to the exhaust port 7. The outlet section 10 extends in a specific direction away from the inlet 13. In this embodiment, the specific direction is the X direction.

風洞6に通す気体は、例えば、空気である。気体は空気に限るものではなく、アルゴンなど他の気体であっても構わない。気体は流入口13を通り、第1風洞排出口5から放熱フィン3に流入した後、ベース2の放熱フィン設置面2bに平行かつ放射状に方向を変えて放熱フィン3を通過し、第二の風洞6bの導出部10により流入口13から再取り込みされないように特定方向に導風され、排出口7から排出される。冷却構造101は、気体が放熱フィン3を通過し、流入口13から再取り込みされないことで、発熱体1を効果的に冷却できる構造である。 The gas passed through the air tunnel 6 is, for example, air. The gas is not limited to air, and may be other gases such as argon. The gas passes through the inlet 13, flows into the heat dissipation fins 3 from the first air tunnel outlet 5, then changes direction parallel to and radially from the heat dissipation fin installation surface 2b of the base 2, passes through the heat dissipation fins 3, and is guided in a specific direction by the outlet section 10 of the second air tunnel 6b so as not to be re-taken from the inlet 13, and is discharged from the outlet 7. The cooling structure 101 is a structure that can effectively cool the heat generating body 1 by passing the gas through the heat dissipation fins 3 and not being re-taken from the inlet 13.

気体が風洞6の内部を移動するためのエネルギーは、排出口7の側の圧力よりも流入口13の側の圧力が高い状態を作り出すことで得ることができる。本実施の形態では、送風手段である送風ファン4を流入口13の側に設けることで、流入口13の側の圧力が高い状態を形成している。流入口13の側の圧力が高い状態を形成する方法はこれに限るものではない。排出口7の側に吸引式のファンなどを設けて、排出口7の側の圧力を下げても構わない。 The energy required for the gas to move inside the wind tunnel 6 can be obtained by creating a state in which the pressure on the inlet 13 side is higher than the pressure on the outlet 7 side. In this embodiment, the state in which the pressure on the inlet 13 side is higher is created by providing the blower fan 4, which is the air blowing means, on the inlet 13 side. The method of creating a state in which the pressure on the inlet 13 side is higher is not limited to this. It is also possible to provide a suction fan or the like on the outlet 7 side to lower the pressure on the outlet 7 side.

本実施の形態では、排出口7及び導出部10のそれぞれを一つ設けた例を示したが、排出口7及び導出部10の数は一つに限るものではない。排出口7及び導出部10は二つ以上あっても構わない。排出口7及び導出部10を二つ設けた例を図8に示す。図8は図2のA-A断面位置で切断した別の半導体装置100の斜視断面図である。排出口7及び導出部10は二つ設けられ、二つの導出部10a、10bは、収集部11から互いに反対方向に延出し、二つの排出口7a、7bは、互いに反対方向に開口している。図8では、排出口7aはX方向に開口し、排出口7bは-X方向に開口している。このように構成することで、排出口7の側の圧力を流入口13の側の圧力よりもさらに低下させることができる。排出口7の側の圧力がさらに低下するため、送風のためのエネルギー消費をさらに小さくすることができる。 In this embodiment, an example in which one exhaust port 7 and one lead-out portion 10 are provided is shown, but the number of exhaust ports 7 and lead-out portions 10 is not limited to one. There may be two or more exhaust ports 7 and lead-out portions 10. An example in which two exhaust ports 7 and two lead-out portions 10 are provided is shown in FIG. 8. FIG. 8 is a perspective cross-sectional view of another semiconductor device 100 cut at the A-A cross-sectional position in FIG. 2. Two exhaust ports 7 and two lead-out portions 10 are provided, and the two lead-out portions 10a and 10b extend in opposite directions from the collection portion 11, and the two exhaust ports 7a and 7b open in opposite directions. In FIG. 8, the exhaust port 7a opens in the X direction, and the exhaust port 7b opens in the -X direction. With this configuration, the pressure on the exhaust port 7 side can be further reduced than the pressure on the inlet 13 side. Since the pressure on the exhaust port 7 side is further reduced, the energy consumption for blowing air can be further reduced.

<放熱フィン3>
図6及び図7に複数の放熱フィン3の配置の例を示す。本実施の形態では、複数の放熱フィン3は、放熱フィン設置面2bに垂直な方向に見て、中心部から外周側に放射状に延びる複数の板状のフィンである。このように構成することで、収集部11に向けて、ベース2の放熱フィン設置面2bに平行な方向に放射状に効率よく気体を排出することができる。複数の放熱フィン3の形状は、図6に示すように、平板状でも構わない。また、複数の放熱フィン3の形状は、図7に示すように、湾曲した形状でも構わない。例えば、送風手段から送出された気体の流れに旋回流が有る場合は、図7に示したような気体の旋回方向に沿って湾曲した形状の放熱フィンとするのが望ましい。放熱フィン3を気体の旋回方向に沿って湾曲させることで、気体の圧力損失を低下させることができる。図6又は図7に示したように、放射状に複数の放熱フィン3を配置した場合、放熱フィン設置面2bの中央にフィン非配置部8が生じる。フィン非配置部8は、複数の放熱フィン3のそれぞれを接触させないために生じるものである。フィン非配置部8において、放熱フィン設置面2bは露出している。
<Heat dissipation fin 3>
6 and 7 show examples of the arrangement of the plurality of heat dissipation fins 3. In this embodiment, the plurality of heat dissipation fins 3 are a plurality of plate-shaped fins extending radially from the center to the outer periphery when viewed in a direction perpendicular to the heat dissipation fin installation surface 2b. By configuring in this manner, gas can be efficiently discharged radially in a direction parallel to the heat dissipation fin installation surface 2b of the base 2 toward the collection unit 11. The shape of the plurality of heat dissipation fins 3 may be flat as shown in FIG. 6. The shape of the plurality of heat dissipation fins 3 may also be curved as shown in FIG. 7. For example, when there is a swirling flow in the flow of gas sent out from the blowing means, it is desirable to make the heat dissipation fins curved along the swirling direction of the gas as shown in FIG. By curving the heat dissipation fins 3 along the swirling direction of the gas, the pressure loss of the gas can be reduced. When the plurality of heat dissipation fins 3 are arranged radially as shown in FIG. 6 or FIG. 7, a fin-free portion 8 is generated in the center of the heat dissipation fin installation surface 2b. The non-fin portions 8 are formed so that the plurality of heat dissipating fins 3 are not in contact with each other. In the non-fin portions 8, the heat dissipating fin mounting surface 2b is exposed.

放熱フィン3による発熱体1の放熱の効果は放熱フィン3の表面積が大きい程高くなるため、隣り合う放熱フィン3の間の距離を短くして放熱フィン3を密に配置すれば放熱の効果を高めることができる。一方で、放熱フィン3を密に配置すると隣り合う放熱フィンとの間の気体が通過する断面積が小さくなり、気体の流速が上がる。気体の流速が上がると気体の圧力損失が高くなる為、送風のためのエネルギー消費は大きくなる。本実施の形態では、気体は放熱フィン3の中央から外周側に放射状に流れるため、平行に配置された複数の放熱フィンの一端から他端に向かって直線的に気体を流す場合と比べて、放熱フィン3の間に流れる気体の流量が少なくなると共に、気体が放熱フィン3の間を通る経路の長さが短くなる。そのため、放熱フィン3を密に配置した場合であっても、気体の流速が上がることを抑制できる共に、流体抵抗を受ける経路長さが短くなり、気体の圧力損失の上昇を抑え、送風のためのエネルギー消費を小さくすることができる。 The effect of heat dissipation from the heat generating body 1 by the heat dissipation fins 3 is higher as the surface area of the heat dissipation fins 3 is larger, so the heat dissipation effect can be increased by shortening the distance between adjacent heat dissipation fins 3 and arranging the heat dissipation fins 3 closely. On the other hand, when the heat dissipation fins 3 are arranged closely, the cross-sectional area through which the gas passes between adjacent heat dissipation fins becomes smaller, and the flow rate of the gas increases. When the flow rate of the gas increases, the pressure loss of the gas increases, and the energy consumption for blowing air increases. In this embodiment, the gas flows radially from the center of the heat dissipation fins 3 to the outer periphery, so the flow rate of the gas flowing between the heat dissipation fins 3 is smaller and the length of the path through which the gas passes between the heat dissipation fins 3 is shorter than when the gas flows linearly from one end to the other end of multiple heat dissipation fins arranged in parallel. Therefore, even when the heat dissipation fins 3 are arranged closely, the increase in the flow rate of the gas can be suppressed, and the path length subjected to fluid resistance is shortened, which suppresses the increase in the pressure loss of the gas and reduces the energy consumption for blowing air.

<導出部10>
本願の要部である導出部10を設けた効果について説明する。発熱体1の冷却の効果を高めるには、流入口13に流入する気体の温度をできるだけ低くする必要がある。そのため、発熱体1から熱を奪って高温となった気体を流入口13で再取り込みしないことが重要である。本実施の形態では、図4に示すように、導出部10は、流入口13から遠ざかる特定の方向であるX方向に延出している。流入口13から流入した気体は、放熱フィン3を通過する際に熱を放熱フィン3から奪って高温になり、気密性のある風洞6により外部に漏出することなく、流入口13から離れた位置に設けられた排出口7に導風されて外部に放出される。そのため、排出口7から排出された高温の気体は、流入口13に再流入しにくい。高温の気体が流入口13から再流入しにくいので、発熱体1の冷却の効果を高めることができる。
<Derivation section 10>
The effect of providing the outlet portion 10, which is a main part of the present application, will be described. In order to enhance the cooling effect of the heat generating body 1, it is necessary to lower the temperature of the gas flowing into the inlet 13 as much as possible. Therefore, it is important not to re-take the gas that has absorbed heat from the heat generating body 1 and become hot at the inlet 13. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the outlet portion 10 extends in the X direction, which is a specific direction away from the inlet 13. The gas flowing in from the inlet 13 absorbs heat from the heat dissipation fins 3 and becomes hot when passing through the heat dissipation fins 3, and is guided to the exhaust port 7 provided at a position away from the inlet 13 and discharged to the outside without leaking to the outside due to the airtight air tunnel 6. Therefore, the high-temperature gas discharged from the exhaust port 7 is unlikely to re-flow into the inlet 13. Since the high-temperature gas is unlikely to re-flow from the inlet 13, the cooling effect of the heat generating body 1 can be enhanced.

流入口13の開口方向と、導出部10の延出方向とは、90度以上の角度差を有する。本実施の形態では、図4に示すように、流入口13の開口方向はZ方向で、導出部10の延出方向はX方向であるため、流入口13の開口方向と、導出部10の延出方向とは、90度の角度差を有している。冷却構造101は、流入口13の開口方向と、導出部10の延出方向とが、90度以上の角度差を有した構成に限るものではないが、流入口13の開口方向と、導出部10の延出方向とが、90度以上の角度差を有することで、排出口7から排出された高温の気体の流入口13からの再取り込みをさらに抑制することができる。 The opening direction of the inlet 13 and the extension direction of the outlet 10 have an angle difference of 90 degrees or more. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the opening direction of the inlet 13 is the Z direction, and the extension direction of the outlet 10 is the X direction, so there is an angle difference of 90 degrees between the opening direction of the inlet 13 and the extension direction of the outlet 10. The cooling structure 101 is not limited to a configuration in which the opening direction of the inlet 13 and the extension direction of the outlet 10 have an angle difference of 90 degrees or more, but by having an angle difference of 90 degrees or more between the opening direction of the inlet 13 and the extension direction of the outlet 10, it is possible to further suppress re-intake of high-temperature gas discharged from the exhaust port 7 through the inlet 13.

導出部10の延出長さは、第一の風洞6aの延出長さよりも長い。本実施の形態では、図4に示すように、X方向に延出する導出部10の延出長さは、Z方向に延出する第一の風洞6aの延出長さよりも長い構成である。冷却構造101は、導出部10の延出長さが、第一の風洞6aの延出長さよりも長い構成に限るものではないが、導出部10の延出長さを、第一の風洞6aの延出長さよりも長くすることで、流入口13から排出口7を確実に遠ざけることができるので、排出口7から排出された高温の気体の流入口13からの再取り込みをさらに抑制することができる。 The extension length of the outlet section 10 is longer than the extension length of the first wind tunnel 6a. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the extension length of the outlet section 10 extending in the X direction is longer than the extension length of the first wind tunnel 6a extending in the Z direction. The cooling structure 101 is not limited to a configuration in which the extension length of the outlet section 10 is longer than the extension length of the first wind tunnel 6a, but by making the extension length of the outlet section 10 longer than the extension length of the first wind tunnel 6a, the exhaust port 7 can be reliably moved away from the inlet 13, and the re-intake of high-temperature gas discharged from the exhaust port 7 through the inlet 13 can be further suppressed.

本実施の形態では、放熱フィン設置面2bに垂直な方向であるZ方向に延出する第一の風洞6aと、Z方向に垂直なX方向に延出する導出部10とを設けた例について示したが、風洞6の構成はこれに限るものではない。風洞6の形状を変えることで、排出口7の位置を所望の位置に変更することができる。例えば、冷却構造101の周囲に別の機器が設置されており、かつその機器の許容温度が低い場合、排出口7の位置を変更して、高温の気体が許容温度の低い機器に当たることを防ぐことができる。 In this embodiment, an example is shown in which a first air tunnel 6a extending in the Z direction, which is a direction perpendicular to the heat dissipation fin installation surface 2b, and an outlet portion 10 extending in the X direction perpendicular to the Z direction are provided, but the configuration of the air tunnel 6 is not limited to this. By changing the shape of the air tunnel 6, the position of the exhaust port 7 can be changed to a desired position. For example, if another device is installed around the cooling structure 101 and the allowable temperature of that device is low, the position of the exhaust port 7 can be changed to prevent the high-temperature gas from hitting the device with the low allowable temperature.

半導体素子を有したインバータなどの発熱体1に、本実施の形態で示した冷却構造101を適用して半導体装置100を構成することで、冷却用の送風に要するエネルギー消費を抑制しつつ、発熱体1の高い冷却効果が得られた半導体装置100を得ることができる。発熱体1の高い冷却効果が得られるので、発熱体1の発熱に起因した半導体装置100の機能の低下を抑制することができる。また、コンパクトな冷却構造101により発熱体1の高い冷却効果を得ることができる。このような半導体装置100を電気自動車などの電動車両に適用することで、電費性能の向上、及び小型化の効果を得ることができる。 By configuring the semiconductor device 100 by applying the cooling structure 101 shown in this embodiment to a heat generating body 1 such as an inverter having a semiconductor element, it is possible to obtain a semiconductor device 100 that achieves a high cooling effect for the heat generating body 1 while suppressing the energy consumption required for blowing air for cooling. Since a high cooling effect for the heat generating body 1 is obtained, it is possible to suppress a decrease in the function of the semiconductor device 100 caused by heat generation of the heat generating body 1. In addition, a high cooling effect for the heat generating body 1 can be obtained by the compact cooling structure 101. By applying such a semiconductor device 100 to an electric vehicle such as an electric car, it is possible to achieve improved power consumption performance and compact size.

以上のように、実施の形態1による冷却構造101において、発熱体実装面2aに発熱体1が熱的に接続され、放熱フィン設置面2bに複数の放熱フィン3を有したベース2と、気体を外部から放熱フィン3に流入させる第一の風洞6a、及び放熱フィン3を介して第一の風洞6aと連通し、放熱フィン3を通過した気体を外部に排出する第二の風洞6bを有した風洞6とを備え、第一の風洞6aは、気体を取り込む流入口13と、放熱フィン3に気体を流出する第1風洞排出口5とを有し、第1風洞排出口5が、全周に亘って、放熱フィン3のベース2の側とは反対側の端部と当接し、第二の風洞6bは、放熱フィン3から、ベース2の放熱フィン設置面2bに平行な方向に放射状に排出された気体を集める収集部11と、外部に気体を排出する排出口7と、収集部11から排出口7に気体を導く導出部10とを有し、導出部10が、流入口13から遠ざかる特定の方向に延出しているため、気体がベース2の放熱フィン設置面2bに平行な方向に放射状に排出されるので、流体抵抗を受ける気体の経路長さが短くなり、気体の圧力損失の上昇が抑制され、送風のためのエネルギー消費を抑制することができる。また、放熱フィン3を通過した高温の気体の流入口13からの再取り込みが抑制されるので、発熱体1の冷却の効果を高めることができる。また、第1風洞排出口5が放熱フィン3に当接しているため、流入口13から流入した気体を確実に放熱フィン3に流入させることができる。 As described above, the cooling structure 101 according to the first embodiment includes a base 2 having a heat generating element 1 thermally connected to the heat generating element mounting surface 2a and a plurality of heat dissipation fins 3 on the heat dissipation fin installation surface 2b, and a wind tunnel 6 having a first wind tunnel 6a for flowing gas from the outside into the heat dissipation fins 3 and a second wind tunnel 6b that communicates with the first wind tunnel 6a via the heat dissipation fins 3 and discharges gas that has passed through the heat dissipation fins 3 to the outside, the first wind tunnel 6a having an inlet 13 for taking in gas and a first wind tunnel outlet 5 for discharging gas to the heat dissipation fins 3, and the first wind tunnel outlet 5 is connected to the base 2 of the heat dissipation fins 3 around the entire circumference. The second air tunnel 6b has a collection section 11 that collects gas discharged radially from the heat dissipation fin 3 in a direction parallel to the heat dissipation fin installation surface 2b of the base 2, an exhaust port 7 that discharges the gas to the outside, and an outlet section 10 that guides the gas from the collection section 11 to the exhaust port 7. Since the outlet section 10 extends in a specific direction away from the inlet 13, the gas is discharged radially in a direction parallel to the heat dissipation fin installation surface 2b of the base 2, so the path length of the gas that receives fluid resistance is shortened, the increase in pressure loss of the gas is suppressed, and energy consumption for blowing air can be suppressed. In addition, the re-intake of high-temperature gas that has passed through the heat dissipation fin 3 from the inlet 13 is suppressed, so the cooling effect of the heat generating body 1 can be improved. In addition, since the first air tunnel exhaust port 5 abuts the heat dissipation fin 3, the gas that flows in from the inlet 13 can be reliably flowed into the heat dissipation fin 3.

流入口13の開口方向と、導出部10の延出方向とが、90度以上の角度差を有する場合、排出口7から排出された高温の気体の流入口13からの再取り込みをさらに抑制することができる。また、導出部10の延出長さが、第一の風洞6aの延出長さよりも長い場合、流入口13から排出口7を確実に遠ざけることができるので、排出口7から排出された高温の気体の流入口13からの再取り込みをさらに抑制することができる。 When the opening direction of the inlet 13 and the extension direction of the outlet 10 have an angle difference of 90 degrees or more, the re-intake of high-temperature gas discharged from the outlet 7 through the inlet 13 can be further suppressed. In addition, when the extension length of the outlet 10 is longer than the extension length of the first air tunnel 6a, the outlet 7 can be reliably moved away from the inlet 13, so that the re-intake of high-temperature gas discharged from the outlet 7 through the inlet 13 can be further suppressed.

排出口7及び導出部10が二つ設けられ、二つの導出部10a、10bが、収集部11から互いに反対方向に延出し、二つの排出口7a、7bが、互いに反対方向に開口している場合、排出口7の側の圧力を流入口13の側の圧力よりもさらに低下させることができる。排出口7の側の圧力がさらに低下するため、送風のためのエネルギー消費をさらに小さくすることができる。 When two exhaust ports 7 and two lead-out sections 10 are provided, the two lead-out sections 10a, 10b extend from the collection section 11 in opposite directions, and the two exhaust ports 7a, 7b open in opposite directions, the pressure on the exhaust port 7 side can be further reduced than the pressure on the inlet 13 side. Because the pressure on the exhaust port 7 side is further reduced, the energy consumption for blowing air can be further reduced.

複数の放熱フィン3が、放熱フィン設置面2bに垂直な方向に見て、中心部から外周側に放射状に延びる複数の板状のフィンである場合、収集部11に向けて、ベース2の放熱フィン設置面2bに平行な方向に放射状に効率よく気体を排出することができる。また、半導体装置100が本願に開示した冷却構造101と、半導体素子1aを有した発熱体1とを備えた場合、冷却用の送風に要するエネルギー消費を抑制しつつ、発熱体1の高い冷却効果が得られた半導体装置100を得ることができる。 When the multiple heat dissipation fins 3 are multiple plate-shaped fins extending radially from the center to the outer periphery when viewed in a direction perpendicular to the heat dissipation fin installation surface 2b, gas can be efficiently discharged radially in a direction parallel to the heat dissipation fin installation surface 2b of the base 2 toward the collection section 11. In addition, when the semiconductor device 100 includes the cooling structure 101 disclosed in the present application and a heat generating body 1 having a semiconductor element 1a, it is possible to obtain a semiconductor device 100 that achieves a high cooling effect for the heat generating body 1 while suppressing the energy consumption required for blowing air for cooling.

実施の形態2.
実施の形態2に係る半導体装置100について説明する。図9は実施の形態2に係る半導体装置100の分解斜視図、図10は図9に示した半導体装置100の分解斜視断面図である。図9の分解前は、実施の形態1の図1等に示した半導体装置100と同等である。図10の断面位置は、図2に示したA-A断面位置と同等である。実施の形態2に係る半導体装置100の冷却構造101は、風洞6が第1風洞部材21と第2風洞部材22とを有した構成になっている。
Embodiment 2.
A semiconductor device 100 according to the second embodiment will be described. Fig. 9 is an exploded perspective view of the semiconductor device 100 according to the second embodiment, and Fig. 10 is an exploded perspective cross-sectional view of the semiconductor device 100 shown in Fig. 9. The state before disassembly in Fig. 9 is equivalent to the semiconductor device 100 shown in Fig. 1 of the first embodiment. The cross-sectional position in Fig. 10 is equivalent to the A-A cross-sectional position shown in Fig. 2. In the cooling structure 101 of the semiconductor device 100 according to the second embodiment, the air channel 6 has a first air channel member 21 and a second air channel member 22.

風洞6は、図9に示すように、第1風洞部材21と第2風洞部材22とを有する。第1風洞部材21と第2風洞部材22とを組み合わせることで、風洞6が形成される。第1風洞部材21は、板状の蓋部21aと、蓋部21aに形成された凹部21bとを有する。凹部21bの開口部が流入口13であり、凹部21bの底壁21cに第1風洞排出口5が形成される。凹部21bの部分が、第一の風洞6aとされる。第2風洞部材22は、板状の基礎壁22aと、排出口7となる部分を除く基礎壁22aの周囲を取り囲み、先端部が蓋部21aの外周端部に接続される周壁22bとを有する。基礎壁22aは、凹部21bに対向する位置に、放熱フィン3が設けられる開口部22cを有する。第1風洞部材21と第2風洞部材22とに囲まれる空間が、第二の風洞6bとされる。 As shown in FIG. 9, the wind tunnel 6 has a first wind tunnel member 21 and a second wind tunnel member 22. The first wind tunnel member 21 and the second wind tunnel member 22 are combined to form the wind tunnel 6. The first wind tunnel member 21 has a plate-shaped lid portion 21a and a recess 21b formed in the lid portion 21a. The opening of the recess 21b is the inlet 13, and the first wind tunnel exhaust port 5 is formed in the bottom wall 21c of the recess 21b. The recess 21b portion is the first wind tunnel 6a. The second wind tunnel member 22 has a plate-shaped foundation wall 22a and a peripheral wall 22b that surrounds the periphery of the foundation wall 22a except for the portion that becomes the exhaust port 7 and has a tip connected to the outer peripheral end of the lid portion 21a. The foundation wall 22a has an opening 22c in which the heat dissipation fin 3 is provided at a position opposite the recess 21b. The space surrounded by the first wind tunnel member 21 and the second wind tunnel member 22 is the second wind tunnel 6b.

実施の形態1の図4に示すように、放熱フィン3の周囲の収集部11の部分における放熱フィン設置面2bの垂直方向の高さは、導出部10における放熱フィン設置面2bの垂直方向の高さよりも低い。そのため、図9に示すように、第1風洞排出口5が設けられた底壁21cは、第1風洞部材21の蓋部21aと同一面には無い。 As shown in FIG. 4 of the first embodiment, the vertical height of the heat dissipation fin installation surface 2b in the collection section 11 around the heat dissipation fin 3 is lower than the vertical height of the heat dissipation fin installation surface 2b in the outlet section 10. Therefore, as shown in FIG. 9, the bottom wall 21c on which the first wind tunnel outlet 5 is provided is not on the same plane as the lid portion 21a of the first wind tunnel member 21.

第1風洞排出口5は凹部21bの底壁21cに貫通孔として設けられる。第1風洞排出口5が設けられた底壁21cの放熱フィン3の側の面は、図4に示すように、放熱フィン3に流入した気体が第1風洞排出口5よりも上流側の第一の風洞6aに逆流しないように、放熱フィン3の当接端部3aと接している。一方、風洞6における放熱フィン3よりも下流の領域である第二の風洞6bでは、気体が通過する部分の断面積を極力広げた方が流体抵抗は小さくなる。気体の流体抵抗が小さくなると、送風に必要なエネルギー消費を抑制することができる。 The first wind tunnel exhaust port 5 is provided as a through hole in the bottom wall 21c of the recess 21b. As shown in FIG. 4, the surface of the bottom wall 21c on which the first wind tunnel exhaust port 5 is provided, facing the heat dissipation fin 3, is in contact with the abutting end 3a of the heat dissipation fin 3 so that the gas that has flowed into the heat dissipation fin 3 does not flow back into the first wind tunnel 6a upstream of the first wind tunnel exhaust port 5. On the other hand, in the second wind tunnel 6b, which is the area downstream of the heat dissipation fin 3 in the wind tunnel 6, the fluid resistance is reduced by increasing the cross-sectional area of the part through which the gas passes as much as possible. When the fluid resistance of the gas is reduced, the energy consumption required for blowing air can be reduced.

放熱フィン3の周囲の収集部11の部分における放熱フィン設置面2bの垂直方向の高さを、導出部10における放熱フィン設置面2bの垂直方向の高さよりも低くすることで、本実施の形態で示した構成で言い換えると、第1風洞排出口5が設けられ、放熱フィン3の当接端部3aと接した底壁21cと、第1風洞部材21の蓋部21aとが同一面に無いことで、放熱フィン3よりも下流の領域である第二の風洞6bにおいて、気体が通過する部分の断面積を排出口7の側で広げることができる。第二の風洞6bにおける気体が通過する部分の断面積が排出口7の側で広がるので、第二の風洞6bにおける気体の流体抵抗を小さくすることができる。気体の流体抵抗が小さくなるため、送風に必要なエネルギー消費を抑制することができる。 By making the vertical height of the heat dissipation fin installation surface 2b in the collection section 11 around the heat dissipation fin 3 lower than the vertical height of the heat dissipation fin installation surface 2b in the lead-out section 10, in other words, in the configuration shown in this embodiment, the first wind tunnel exhaust port 5 is provided, and the bottom wall 21c in contact with the abutting end portion 3a of the heat dissipation fin 3 and the lid portion 21a of the first wind tunnel member 21 are not on the same plane, so that the cross-sectional area of the portion through which the gas passes in the second wind tunnel 6b, which is the area downstream of the heat dissipation fin 3, can be expanded on the exhaust port 7 side. Since the cross-sectional area of the portion through which the gas passes in the second wind tunnel 6b is expanded on the exhaust port 7 side, the fluid resistance of the gas in the second wind tunnel 6b can be reduced. Since the fluid resistance of the gas is reduced, the energy consumption required for blowing air can be suppressed.

実施の形態1の図4に示した風洞6の形状を完成品として製造する場合、第1風洞排出口5が蓋部21aと同一面に無く、アンダーカットとなるため、例えば、3Dプリンタのような生産性の低い製造方法を用いる必要がある。本実施の形態では、上述したように、風洞6は、第1風洞部材21と第2風洞部材22とを有し、第1風洞部材21と第2風洞部材22とを組み合わせることで、風洞6が形成される。第1風洞部材21と第2風洞部材22のそれぞれは、樹脂成形、ダイカスト成形、板金成形などの生産性の高い製造方法により製造することができる。風洞6を第1風洞部材21と第2風洞部材22とにより形成することで、冷却構造101の生産性を向上させることができる。 When manufacturing the shape of the wind tunnel 6 shown in FIG. 4 of the first embodiment as a finished product, the first wind tunnel outlet 5 is not on the same plane as the lid portion 21a and is an undercut, so it is necessary to use a manufacturing method with low productivity such as a 3D printer. In this embodiment, as described above, the wind tunnel 6 has the first wind tunnel member 21 and the second wind tunnel member 22, and the wind tunnel 6 is formed by combining the first wind tunnel member 21 and the second wind tunnel member 22. Each of the first wind tunnel member 21 and the second wind tunnel member 22 can be manufactured by a manufacturing method with high productivity such as resin molding, die casting molding, and sheet metal molding. By forming the wind tunnel 6 with the first wind tunnel member 21 and the second wind tunnel member 22, the productivity of the cooling structure 101 can be improved.

以上のように、実施の形態2による冷却構造101において、放熱フィン3の周囲の収集部11の部分における放熱フィン設置面2bの垂直方向の高さが、導出部10における放熱フィン設置面2bの垂直方向の高さよりも低いため、放熱フィン3よりも下流の領域である第二の風洞6bにおいて、気体が通過する部分の断面積を排出口7の側で広げることができる。第二の風洞6bにおける気体が通過する部分の断面積が排出口7の側で広がるので、第二の風洞6bにおける気体の流体抵抗を小さくすることができる。気体の流体抵抗が小さくなるため、送風に必要なエネルギー消費を抑制することができる。 As described above, in the cooling structure 101 according to embodiment 2, the vertical height of the heat dissipation fin mounting surface 2b in the portion of the collection section 11 around the heat dissipation fin 3 is lower than the vertical height of the heat dissipation fin mounting surface 2b in the outlet section 10, so that in the second wind tunnel 6b, which is the region downstream of the heat dissipation fin 3, the cross-sectional area of the portion through which the gas passes can be expanded on the side of the exhaust port 7. Since the cross-sectional area of the portion through which the gas passes in the second wind tunnel 6b expands on the side of the exhaust port 7, the fluid resistance of the gas in the second wind tunnel 6b can be reduced. Since the fluid resistance of the gas is reduced, the energy consumption required for blowing air can be suppressed.

風洞6が、第1風洞部材21と第2風洞部材22とを有し、第1風洞部材21が、板状の蓋部21aと、蓋部21aに形成された凹部21bとを有し、凹部21bの開口部が流入口13であり、凹部21bの底壁に第1風洞排出口5が形成され、第2風洞部材22が、板状の基礎壁22aと、排出口7となる部分を除く基礎壁22aの周囲を取り囲み、先端部が蓋部21aの外周端部に接続される周壁22bとを有し、基礎壁22aが、凹部21bに対向する位置に、放熱フィン3が設けられる開口部22cを有し、第1風洞部材21と第2風洞部材22とに囲まれる空間が、第二の風洞6bとされる場合、第1風洞部材21と第2風洞部材22のそれぞれが、樹脂成形、ダイカスト成形、板金成形などの生産性の高い製造方法により製造することができるので、冷却構造101の生産性を向上させることができる。 The wind tunnel 6 has a first wind tunnel member 21 and a second wind tunnel member 22, the first wind tunnel member 21 has a plate-shaped lid portion 21a and a recess 21b formed in the lid portion 21a, the opening of the recess 21b is the inlet 13, the first wind tunnel exhaust outlet 5 is formed in the bottom wall of the recess 21b, the second wind tunnel member 22 has a plate-shaped foundation wall 22a and a peripheral wall 22b that surrounds the periphery of the foundation wall 22a except for the portion that becomes the exhaust outlet 7 and has a tip connected to the outer peripheral end of the lid portion 21a. When the base wall 22a has an opening 22c where the heat dissipation fins 3 are provided at a position opposite the recess 21b, and the space surrounded by the first wind tunnel member 21 and the second wind tunnel member 22 is the second wind tunnel 6b, each of the first wind tunnel member 21 and the second wind tunnel member 22 can be manufactured by a highly productive manufacturing method such as resin molding, die casting molding, or sheet metal molding, thereby improving the productivity of the cooling structure 101.

実施の形態3.
実施の形態3に係る半導体装置100について説明する。図11は実施の形態3に係る半導体装置100の冷却構造101の要部を示す斜視図で、ベース2を放熱フィン設置面2bの側から見た図、図12は半導体装置100の斜視断面図で、断面位置が図2に示したA-A断面位置と同等の図、図13は半導体装置100の断面図で、断面位置が図2に示したA-A断面位置と同等の図、図14は図13のC-C断面位置で切断した半導体装置100の冷却構造101の断面図、図15は図14のD-D断面位置で切断した半導体装置100の冷却構造101の断面図である。実施の形態3に係る半導体装置100の冷却構造101は、放熱フィン3としてピンフィン9を有した構成になっている。また、収集部11が、内側収集部12aと、内側収集部12aを取り囲む外側収集部12bとを有した構成になっている。
Embodiment 3.
A semiconductor device 100 according to the third embodiment will be described. FIG. 11 is a perspective view showing a main part of a cooling structure 101 of a semiconductor device 100 according to the third embodiment, in which the base 2 is seen from the side of the heat dissipation fin installation surface 2b. FIG. 12 is a perspective cross-sectional view of the semiconductor device 100, in which the cross-sectional position is equivalent to the A-A cross-sectional position shown in FIG. 2. FIG. 13 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100, in which the cross-sectional position is equivalent to the A-A cross-sectional position shown in FIG. 2. FIG. 14 is a cross-sectional view of the cooling structure 101 of the semiconductor device 100 cut at the C-C cross-sectional position in FIG. 13. FIG. 15 is a cross-sectional view of the cooling structure 101 of the semiconductor device 100 cut at the D-D cross-sectional position in FIG. 14. The cooling structure 101 of the semiconductor device 100 according to the third embodiment has a pin fin 9 as the heat dissipation fin 3. The collecting portion 11 has an inner collecting portion 12a and an outer collecting portion 12b surrounding the inner collecting portion 12a.

<ピンフィン9>
複数の放熱フィン3は、ベース2の放熱フィン設置面2bに立設された複数の柱状のフィンである。柱状のフィンは、図11に示すように、ピンフィン9である。ピンフィン9は、放熱フィン設置面2bに一様に配置されている。本実施の形態では、放熱フィン3としてピンフィン9を用いているため、放射状に板状の放熱フィン3を配置した場合に生じていたフィン非配置部8は生じることがなく、フィン非配置部8が生じていた放熱フィン設置面2bの中央の領域にも放熱フィン3を配置することができる。フィン非配置部8においては放熱フィン3が配置されておらず、放熱フィン設置面2bが露出し、フィン非配置部8は発熱体1の冷却の効果が低下した領域であった。
<Pinfin 9>
The heat dissipating fins 3 are a plurality of columnar fins erected on the heat dissipating fin installation surface 2b of the base 2. The columnar fins are pin fins 9 as shown in FIG. 11. The pin fins 9 are uniformly arranged on the heat dissipating fin installation surface 2b. In this embodiment, since the pin fins 9 are used as the heat dissipating fins 3, the fin non-arrangement portion 8 that occurs when the plate-shaped heat dissipating fins 3 are arranged radially does not occur, and the heat dissipating fins 3 can be arranged in the central region of the heat dissipating fin installation surface 2b where the fin non-arrangement portion 8 occurs. The heat dissipating fins 3 are not arranged in the fin non-arrangement portion 8, the heat dissipating fin installation surface 2b is exposed, and the fin non-arrangement portion 8 is an area where the cooling effect of the heat generating body 1 is reduced.

本実施の形態では、複数の放熱フィン3が、ベース2の放熱フィン設置面2bに立設された複数のピンフィン9であるため、フィン非配置部8であった放熱フィン設置面2bの中央の領域にも複数の放熱フィン3を配置できるので、発熱体1の冷却の効果を高めることができる。なお、放熱フィン3としてピンフィン9を用いても、気体は流入口13を通り、第1風洞排出口5から放熱フィン3に流入した後、ベース2の放熱フィン設置面2bに平行かつ放射状に方向を変えて放熱フィン3を通過することができる。 In this embodiment, the multiple heat dissipation fins 3 are multiple pin fins 9 erected on the heat dissipation fin installation surface 2b of the base 2, so that multiple heat dissipation fins 3 can be arranged in the central area of the heat dissipation fin installation surface 2b, which was previously the non-fin arrangement area 8, thereby improving the cooling effect of the heat generating body 1. Even if pin fins 9 are used as the heat dissipation fins 3, the gas can pass through the inlet 13, flow into the heat dissipation fins 3 from the first wind tunnel outlet 5, and then change direction parallel to and radially from the heat dissipation fin installation surface 2b of the base 2 to pass through the heat dissipation fins 3.

<収集部11>
本実施の形態では、収集部11は、図15に示すように、放熱フィン3の周囲を取り囲む内側収集部12aと、内側収集部12aを取り囲む外側収集部12bとを有する。外側収集部12bにおける放熱フィン設置面2bの垂直方向の高さは、内側収集部12aにおける放熱フィン設置面2bの垂直方向の高さよりも高い。本実施の形態では、放熱フィン3の周囲を取り囲む収集部11の全ての部分が内側収集部12aと外側収集部12bとを有しているが、これに限るものではない。内側収集部12aと外側収集部12bとは、特定の方向であるX方向とは異なるY方向に設けた収集部11の部分(図14において斜線で示した部分)に少なくとも設けるのが望ましい。以下、その理由と内側収集部12aと外側収集部12bを設けた効果について説明する。
<Collection Unit 11>
In this embodiment, the collecting section 11 has an inner collecting section 12a surrounding the periphery of the heat dissipating fin 3 and an outer collecting section 12b surrounding the inner collecting section 12a, as shown in FIG. 15. The vertical height of the heat dissipating fin installation surface 2b in the outer collecting section 12b is higher than the vertical height of the heat dissipating fin installation surface 2b in the inner collecting section 12a. In this embodiment, all parts of the collecting section 11 surrounding the periphery of the heat dissipating fin 3 have the inner collecting section 12a and the outer collecting section 12b, but this is not limited thereto. It is preferable that the inner collecting section 12a and the outer collecting section 12b are provided at least in the part of the collecting section 11 provided in the Y direction different from the specific X direction (the part indicated by diagonal lines in FIG. 14). The reason for this and the effect of providing the inner collecting section 12a and the outer collecting section 12b will be described below.

図14において、放熱フィン3を通過した後の気体の流れる方向を矢印で示す。導出部10と導出部10に隣接した収集部11の部分においては、気体は排出口7に向かって一つの方向(特定の方向であるX方向)に流れる。導出部10に隣接しない収集部11の部分においては、気体は方向を変えて導出部10に向かい、導出部10を通過して排出口7から排出される。気体が方向を変えて流れる際には圧力損失が発生し、圧力損失は気体が方向転換する際の流速が大きい程大きな値となる。気体の圧力損失が大きい程、送風に要するエネルギー消費が多くなるため、気体が方向を変える、導出部10に隣接しない収集部11における気体の流速を低下させて圧力損失を小さくすることが送風に要するエネルギー消費を減らすために有効である。 In FIG. 14, the arrows indicate the direction of flow of the gas after passing through the heat dissipation fins 3. In the outlet section 10 and the part of the collection section 11 adjacent to the outlet section 10, the gas flows in one direction (specific direction X) toward the exhaust port 7. In the part of the collection section 11 not adjacent to the outlet section 10, the gas changes direction and flows toward the outlet section 10, passes through the outlet section 10, and is exhausted from the exhaust port 7. When the gas changes direction and flows, pressure loss occurs, and the pressure loss increases as the flow speed of the gas when changing direction increases. The greater the pressure loss of the gas, the more energy is consumed to blow the air. Therefore, reducing the pressure loss by reducing the flow speed of the gas in the collection section 11 not adjacent to the outlet section 10 where the gas changes direction is effective in reducing the energy consumption required for blowing the air.

本実施の形態では、外側収集部12bにおける放熱フィン設置面2bの垂直方向の高さが、内側収集部12aにおける放熱フィン設置面2bの垂直方向の高さよりも高いため、外側収集部12bは内側収集部12aよりも気体の流れる断面積が拡大されている。収集部11が、内側収集部12aに加えて、外側収集部12bを有することで、収集部11における気体の流速を低下させることができる。外側収集部12bを有した収集部11における気体の流速が低下するため、外側収集部12bを有した収集部11における気体の圧力損失を小さくすることができる。外側収集部12bを有した収集部11における気体の圧力損失が小さくなるので、送風のためのエネルギー消費を抑制することができる。 In this embodiment, the vertical height of the heat dissipation fin installation surface 2b in the outer collection section 12b is higher than the vertical height of the heat dissipation fin installation surface 2b in the inner collection section 12a, so the cross-sectional area through which gas flows is larger in the outer collection section 12b than in the inner collection section 12a. By having the outer collection section 12b in addition to the inner collection section 12a, the collection section 11 can reduce the flow rate of gas in the collection section 11. Since the flow rate of gas in the collection section 11 having the outer collection section 12b is reduced, the pressure loss of gas in the collection section 11 having the outer collection section 12b can be reduced. Since the pressure loss of gas in the collection section 11 having the outer collection section 12b is reduced, the energy consumption for blowing air can be reduced.

図14において斜線で示した収集部11の部分は、放熱フィン3を通過した後の気体が方向を変える箇所であるため、外側収集部12bを設けることが望ましい。また、図14において斜線で示した収集部11の部分は、図14の左側の収集部11に流出した気体も通過するため、外側収集部12bを設けて気体の通過する領域を拡大することが望ましい。 The portion of the collection section 11 shown with diagonal lines in FIG. 14 is where the gas changes direction after passing through the heat dissipation fins 3, so it is desirable to provide an outer collection section 12b. In addition, the portion of the collection section 11 shown with diagonal lines in FIG. 14 also passes through gas that has flowed into the collection section 11 on the left side of FIG. 14, so it is desirable to provide an outer collection section 12b to expand the area through which the gas passes.

以上のように、実施の形態3による冷却構造101において、複数の放熱フィン3が、ベース2の放熱フィン設置面2bに立設された複数の柱状のフィンであるため、フィン非配置部8であった放熱フィン設置面2bの中央の領域にも複数の放熱フィン3を配置できるので、発熱体1の冷却の効果を高めることができる。 As described above, in the cooling structure 101 according to embodiment 3, the multiple heat dissipation fins 3 are multiple columnar fins erected on the heat dissipation fin installation surface 2b of the base 2, so that the multiple heat dissipation fins 3 can also be arranged in the central area of the heat dissipation fin installation surface 2b, which was previously the non-fin arrangement portion 8, thereby improving the cooling effect of the heat generating body 1.

収集部11が、放熱フィン3の周囲を取り囲む内側収集部12aと、内側収集部12aを取り囲む外側収集部12bとを有し、外側収集部12bにおける放熱フィン設置面2bの垂直方向の高さが、内側収集部12aにおける放熱フィン設置面2bの垂直方向の高さよりも高い場合、収集部11における気体の流速が低下するため、外側収集部12bを有した収集部11における気体の圧力損失を小さくすることができる。外側収集部12bを有した収集部11における気体の圧力損失が小さくなるので、送風のためのエネルギー消費を抑制することができる。 When the collection section 11 has an inner collection section 12a that surrounds the periphery of the heat dissipation fin 3 and an outer collection section 12b that surrounds the inner collection section 12a, and the vertical height of the heat dissipation fin installation surface 2b in the outer collection section 12b is higher than the vertical height of the heat dissipation fin installation surface 2b in the inner collection section 12a, the flow rate of the gas in the collection section 11 decreases, so that the pressure loss of the gas in the collection section 11 with the outer collection section 12b can be reduced. Since the pressure loss of the gas in the collection section 11 with the outer collection section 12b is reduced, the energy consumption for blowing air can be reduced.

実施の形態4.
実施の形態4に係る半導体装置100について説明する。図16は実施の形態4に係る半導体装置100の斜視図、図17は半導体装置100の斜視断面図で、断面位置が図2に示したA-A断面位置と同等の図、図18は半導体装置100の斜視図で、図16に示した半導体装置100に送風手段を追加した図、図19は図18に示した半導体装置100の斜視断面図で、断面位置が図2に示したA-A断面位置と同等の図である。図16及び図17において、気体の流れる方向を矢印で示す。実施の形態4に係る半導体装置100の冷却構造101は、流入口13が実施の形態1とは異なる位置に配置された構成になっている。
Embodiment 4.
A semiconductor device 100 according to the fourth embodiment will be described. Fig. 16 is a perspective view of the semiconductor device 100 according to the fourth embodiment, Fig. 17 is a perspective cross-sectional view of the semiconductor device 100, the cross-sectional position of which is equivalent to the cross-sectional position A-A shown in Fig. 2, Fig. 18 is a perspective view of the semiconductor device 100, the semiconductor device 100 shown in Fig. 16 with a blower means added, Fig. 19 is a perspective cross-sectional view of the semiconductor device 100 shown in Fig. 18, the cross-sectional position of which is equivalent to the cross-sectional position A-A shown in Fig. 2. In Figs. 16 and 17, the direction of gas flow is indicated by arrows. The cooling structure 101 of the semiconductor device 100 according to the fourth embodiment is configured such that the inlet 13 is disposed at a position different from that of the first embodiment.

流入口13は、ベース2の放熱フィン設置面2bに垂直な方向に見て、放熱フィン3とは重複しない位置に、放熱フィン3から離間して配置されている。本実施の形態では、図17に示すように、流入口13と第1風洞排出口5とつなぐ接続部15と、導出部10とは、互いに反対方向に延出し、流入口13と排出口7は、互いに反対方向に開口している。なお本実施の形態では、放熱フィン3としてピンフィン9を設けた例について示したが、放熱フィン3はピンフィン9に限るものではない。 When viewed in a direction perpendicular to the heat dissipation fin installation surface 2b of the base 2, the inlet 13 is disposed at a position that does not overlap with the heat dissipation fin 3 and is spaced apart from the heat dissipation fin 3. In this embodiment, as shown in FIG. 17, the connection portion 15 that connects the inlet 13 and the first wind tunnel exhaust port 5 and the outlet portion 10 extend in opposite directions, and the inlet 13 and the exhaust port 7 open in opposite directions. Note that in this embodiment, an example in which pin fins 9 are provided as the heat dissipation fins 3 has been shown, but the heat dissipation fins 3 are not limited to pin fins 9.

流入口13を、放熱フィン3とは重複しない位置に放熱フィン3から離間して配置することで、放熱フィン設置面2bに垂直な方向に見て放熱フィン3と重複する位置に他の機器が配置されるなど、風洞6のレイアウトに制約が有る場合であっても、流入口13を排出口7から十分な距離を確保して配置することできる。流入口13を排出口7から十分な距離を確保して配置することできるため、流入口13における熱い空気の再取り込みを抑制する効果をレイアウト配置に左右されることなく得ることができる。 By arranging the inlet 13 at a position away from the heat dissipation fins 3 so as not to overlap with them, the inlet 13 can be arranged at a sufficient distance from the exhaust port 7 even if there are constraints on the layout of the air tunnel 6, such as other equipment being arranged at a position that overlaps with the heat dissipation fins 3 when viewed in a direction perpendicular to the heat dissipation fin installation surface 2b. Because the inlet 13 can be arranged at a sufficient distance from the exhaust port 7, the effect of suppressing the re-intake of hot air at the inlet 13 can be obtained without being affected by the layout arrangement.

流入口13と第1風洞排出口5とつなぐ接続部15と、導出部10とが、互いに反対方向に延出し、流入口13と排出口7は、互いに反対方向に開口している場合、冷却構造101において、流入口13と排出口7の位置を最も遠ざけると共に、気体の流入する方向と流出する方向が逆方向であるため、放熱フィン3を通過した高温の気体の流入口13からの再取り込みがさらに抑制されるので、発熱体1の冷却の効果をさらに高めることができる。 When the connection portion 15 connecting the inlet 13 and the first wind tunnel exhaust outlet 5 and the outlet portion 10 extend in opposite directions, and the inlet 13 and the exhaust outlet 7 open in opposite directions, the inlet 13 and the exhaust outlet 7 are positioned farthest apart in the cooling structure 101, and the gas inflow and outflow directions are opposite, so that the re-intake of high-temperature gas that has passed through the heat dissipation fins 3 from the inlet 13 is further suppressed, thereby further improving the cooling effect of the heat generating body 1.

本実施の形態では、図19に示すように、送風手段である送風ファン4を流入口13の側に設けることで、流入口13の側の圧力が高い状態を形成している。送風手段は送風ファン4に限るものではなく、外部から高圧の空気を流入口13に送り込む構成でも構わない。流入口13の側の圧力が高い状態を形成する構成はこれに限るものではなく、流入口13の側を大気開放して、排出口7の側に吸引式のファンなどを設けて、排出口7の側の圧力を下げる構成でも構わない。 In this embodiment, as shown in FIG. 19, a high pressure state on the inlet 13 side is created by providing a blower fan 4, which is a blowing means, on the inlet 13 side. The blower means is not limited to the blower fan 4, and may be configured to send high-pressure air from the outside to the inlet 13. The configuration for creating a high pressure state on the inlet 13 side is not limited to this, and may be configured to open the inlet 13 side to the atmosphere and provide a suction fan or the like on the outlet 7 side to lower the pressure on the outlet 7 side.

実施の形態5.
実施の形態5に係る半導体装置100について説明する。図20は実施の形態5に係る半導体装置100の斜視図、図21は半導体装置100の斜視断面図で、断面位置が図2に示したA-A断面位置と同等の図、図22は半導体装置100の斜視図で、図20に示した半導体装置100を-Z方向から見た図、図23は図22に示した半導体装置100分解斜視図である。実施の形態5に係る半導体装置100の冷却構造101は、ベース2が風洞6に固定された構成になっている。
Embodiment 5.
A semiconductor device 100 according to a fifth embodiment will be described. Fig. 20 is a perspective view of the semiconductor device 100 according to the fifth embodiment, Fig. 21 is a perspective cross-sectional view of the semiconductor device 100, the cross-sectional position of which is equivalent to the A-A cross-sectional position shown in Fig. 2, Fig. 22 is a perspective view of the semiconductor device 100, the semiconductor device 100 shown in Fig. 20 seen from the -Z direction, and Fig. 23 is an exploded perspective view of the semiconductor device 100 shown in Fig. 22. The cooling structure 101 of the semiconductor device 100 according to the fifth embodiment has a configuration in which the base 2 is fixed to the air channel 6.

ベース2は、第二の風洞6bが形成された風洞6の部分に固定されている。第二の風洞6bが形成された風洞6の部分は、保持部材14である。保持部材14は、風洞6の一部であると共に、ベース2を保持する機能を有する。保持部材14は、例えば、アルミニウムなどの金属により作製される。本実施の形態では、図21に示すように、保持部材14に風洞部材14aを固定して、風洞6が形成される。また本実施の形態では、保持部材14は、半導体装置100を他の部材に取り付けるための複数の取付部を有する。取付部は、貫通孔16である。半導体装置100は、貫通孔16を利用して、ボルトなどにより他の部材に取り付けられる。 The base 2 is fixed to the portion of the wind tunnel 6 where the second wind tunnel 6b is formed. The portion of the wind tunnel 6 where the second wind tunnel 6b is formed is the holding member 14. The holding member 14 is a part of the wind tunnel 6 and has the function of holding the base 2. The holding member 14 is made of a metal such as aluminum. In this embodiment, as shown in FIG. 21, the wind tunnel 6 is formed by fixing the wind tunnel member 14a to the holding member 14. In this embodiment, the holding member 14 has a plurality of mounting portions for mounting the semiconductor device 100 to another member. The mounting portions are through holes 16. The semiconductor device 100 is attached to another member by bolts or the like using the through holes 16.

発熱体1はベース2に実装され、放熱フィン3はベース2に対して実装もしくは一体成形されている。そのため、ベース2は風洞6に対して位置が確定している必要がある。筐体又はフレームなどの他の部材に対して、ベース2と風洞6とを個別に固定することでベース2と風洞6との位置を確定させることも可能である。しかしながら、このように配置を確定させた場合、半導体装置100の部品点数が増えるという課題があった。 The heating element 1 is mounted on the base 2, and the heat dissipation fins 3 are mounted on the base 2 or are integrally molded therewith. Therefore, the position of the base 2 needs to be fixed relative to the air tunnel 6. It is also possible to fix the positions of the base 2 and the air tunnel 6 by fixing them separately to other members such as a housing or frame. However, when the arrangement is fixed in this way, there is an issue that the number of parts of the semiconductor device 100 increases.

本実施の形態では、ベース2は、図22及び図23に示すように、保持部材14に固定されている。これらの図では、ベース2は、ボルト17により保持部材14の固定箇所18に固定されている。保持部材14がダイカスト又は鋳造などで金属により成形されている場合、保持部材14の本体部分に固定箇所18としてネジ穴が設けられる。保持部材14が樹脂により成形されている場合、ネジ穴が形成された金属製のインサート部材が保持部材14の樹脂からなる本体部分に固定箇所18として設けられる。ベース2の保持部材14への固定はボルト17を用いた固定に限るものではなく、FSW(Friction Stir Welding:摩擦攪拌接合)など他の手法により固定しても構わない。 In this embodiment, the base 2 is fixed to the holding member 14 as shown in Figs. 22 and 23. In these figures, the base 2 is fixed to the fixing points 18 of the holding member 14 by bolts 17. When the holding member 14 is formed of metal by die casting or casting, a screw hole is provided as the fixing point 18 in the main body of the holding member 14. When the holding member 14 is formed of resin, a metal insert member with a screw hole is provided as the fixing point 18 in the main body of the holding member 14 made of resin. The fixing of the base 2 to the holding member 14 is not limited to the fixing using the bolts 17, and other methods such as FSW (Friction Stir Welding) may be used.

このようにベース2を第二の風洞6bが形成された風洞6の部分に固定することで、筐体又はフレームなどの他の部材を用いることなくベース2の風洞6に対する位置を確定することができるので、半導体装置100の部品点数の増加を抑制することができる。半導体装置100の部品点数の増加が抑制されるので、半導体装置100の軽量化、及び半導体装置100を低コスト化することができる。 By fixing the base 2 to the portion of the wind tunnel 6 where the second wind tunnel 6b is formed in this manner, the position of the base 2 relative to the wind tunnel 6 can be determined without using other members such as a housing or frame, and therefore an increase in the number of parts of the semiconductor device 100 can be suppressed. Since an increase in the number of parts of the semiconductor device 100 is suppressed, the weight of the semiconductor device 100 can be reduced, and the cost of the semiconductor device 100 can be reduced.

実施の形態6.
実施の形態6に係る半導体装置100について説明する。図24は実施の形態6に係る半導体装置100の冷却構造101の要部の平面図で、放熱フィン3と第1風洞排出口5が形成された第一の風洞6aの部分を、放熱フィン設置面2bに垂直な方向に見た図である。実施の形態6に係る半導体装置100の冷却構造101は、放熱フィン3の配置された領域が規定された構成になっている。
Embodiment 6.
A semiconductor device 100 according to the sixth embodiment will be described. Fig. 24 is a plan view of a main part of a cooling structure 101 of the semiconductor device 100 according to the sixth embodiment, and shows the first air tunnel 6a in which the heat dissipation fins 3 and the first air tunnel exhaust port 5 are formed, viewed in a direction perpendicular to the heat dissipation fin installation surface 2b. The cooling structure 101 of the semiconductor device 100 according to the sixth embodiment has a structure in which the area in which the heat dissipation fins 3 are arranged is defined.

放熱フィン3は、ベース2の放熱フィン設置面2bに垂直な方向に見て、第1風洞排出口5の内側及び外側の双方に設けられている。そのため、第1風洞排出口5の外形線5aで囲まれた領域の面積は、放熱フィン3の外形線3bで囲まれた面積よりも小さい。 The heat dissipation fins 3 are provided on both the inside and outside of the first wind tunnel exhaust port 5 when viewed in a direction perpendicular to the heat dissipation fin installation surface 2b of the base 2. Therefore, the area of the region surrounded by the outline 5a of the first wind tunnel exhaust port 5 is smaller than the area surrounded by the outline 3b of the heat dissipation fins 3.

第1風洞排出口5は、放熱フィン3に気体を送り込む部分である。このように放熱フィン3を、第1風洞排出口5の内側及び外側の双方に設けることで、第1風洞排出口5を通過した気体の全てを確実に放熱フィン3の全ての部分に供給することができる。また、第1風洞排出口5の周囲の部分は、全周に亘って放熱フィン3の端部と接触し、放熱フィン3が、第1風洞排出口5の内側及び外側の双方に設けられているため、放熱フィン3に一度流入した気体は放熱フィン3の領域から外部に漏出することなく、確実に放熱フィン3を通って排出口7から外部に流出される。このように放熱フィン3に供給された気体の全量を発熱体1の放熱に活用することができるため、発熱体1の冷却の効率を高めることができる。 The first wind tunnel outlet 5 is a portion that sends gas to the heat dissipation fin 3. By providing the heat dissipation fin 3 on both the inside and outside of the first wind tunnel outlet 5 in this way, all of the gas that passes through the first wind tunnel outlet 5 can be reliably supplied to all parts of the heat dissipation fin 3. In addition, the surrounding portion of the first wind tunnel outlet 5 is in contact with the end of the heat dissipation fin 3 over the entire circumference, and the heat dissipation fin 3 is provided on both the inside and outside of the first wind tunnel outlet 5, so that the gas that once flows into the heat dissipation fin 3 does not leak out from the area of the heat dissipation fin 3 to the outside, but passes through the heat dissipation fin 3 and flows out from the outlet 7 to the outside. In this way, the entire amount of gas supplied to the heat dissipation fin 3 can be utilized for heat dissipation of the heat generating body 1, thereby improving the efficiency of cooling the heat generating body 1.

また本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、又は複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、又は様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合又は省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, aspects, and functions described in one or more embodiments are not limited to application to a particular embodiment, but may be applied to the embodiments alone or in various combinations.
Therefore, countless modifications not illustrated are conceivable within the scope of the technology disclosed in the present specification, including, for example, modifying, adding, or omitting at least one component, and further, extracting at least one component and combining it with a component of another embodiment.

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
(付記1)
一方の面に発熱体が熱的に接続され、他方の面に複数の放熱フィンを有したベースと、
気体を外部から前記放熱フィンに流入させる第一の風洞、及び前記放熱フィンを介して前記第一の風洞と連通し、前記放熱フィンを通過した気体を外部に排出する第二の風洞を有した風洞と、を備え、
前記第一の風洞は、気体を取り込む流入口と、前記放熱フィンに気体を流出する第1風洞排出口と、を有し、前記第1風洞排出口が、全周に亘って、前記放熱フィンの前記ベースの側とは反対側の端部と当接し、
前記第二の風洞は、前記放熱フィンから、前記ベースの前記他方の面に平行な方向に放射状に排出された気体を集める収集部と、外部に気体を排出する排出口と、前記収集部から前記排出口に気体を導く導出部と、を有し、
前記導出部が、前記流入口から遠ざかる特定の方向に延出している冷却構造。
(付記2)
前記流入口の開口方向と、前記導出部の延出方向とは、90度以上の角度差を有する付記1に記載の冷却構造。
(付記3)
前記導出部の延出長さは、前記第一の風洞の延出長さよりも長い付記1又は2に記載の冷却構造。
(付記4)
前記排出口及び前記導出部は二つ設けられ、
二つの前記導出部は、前記収集部から互いに反対方向に延出し、二つの前記排出口は、互いに反対方向に開口している付記1から3のいずれか1項に記載の冷却構造。
(付記5)
前記放熱フィンの周囲の前記収集部の部分における前記他方の面の垂直方向の高さは、前記導出部における前記他方の面の垂直方向の高さよりも低い付記1から4のいずれか1項に記載の冷却構造。
(付記6)
前記風洞は、第1風洞部材と第2風洞部材とを有し、
前記第1風洞部材は、板状の蓋部と、前記蓋部に形成された凹部とを有し、前記凹部の開口部が前記流入口であり、前記凹部の底壁に第1風洞排出口が形成され、
前記第2風洞部材は、板状の基礎壁と、前記排出口となる部分を除く前記基礎壁の周囲を取り囲み、先端部が前記蓋部の外周端部に接続される周壁と、を有し、前記基礎壁は、前記凹部に対向する位置に、前記放熱フィンが設けられる開口部を有し、
前記第1風洞部材と前記第2風洞部材とに囲まれる空間が、前記第二の風洞とされる付記1から5のいずれか1項に記載の冷却構造。
(付記7)
複数の前記放熱フィンは、前記他方の面に垂直な方向に見て、中心部から外周側に放射状に延びる複数の板状のフィンである付記1から6のいずれか1項に記載の冷却構造。
(付記8)
複数の前記放熱フィンは、前記ベースの前記他方の面に立設された複数の柱状のフィンである付記1から6のいずれか1項に記載の冷却構造。
(付記9)
前記収集部は、前記放熱フィンの周囲を取り囲む内側収集部と、前記内側収集部を取り囲む外側収集部とを有し、
前記外側収集部における前記他方の面の垂直方向の高さは、前記内側収集部における前記他方の面の垂直方向の高さよりも高い付記1から8のいずれか1項に記載の冷却構造。
(付記10)
前記流入口は、前記ベースの前記他方の面に垂直な方向に見て、前記放熱フィンとは重複しない位置に、前記放熱フィンから離間して配置されている付記1から5のいずれか1項に記載の冷却構造。
(付記11)
前記流入口と前記第1風洞排出口とつなぐ接続部と、前記導出部とは、互いに反対方向に延出し、
前記流入口と前記排出口は、互いに反対方向に開口している付記10に記載の冷却構造。
(付記12)
前記ベースは、前記第二の風洞が形成された前記風洞の部分に固定されている付記1から11のいずれか1項に記載の冷却構造。
(付記13)
前記放熱フィンは、前記ベースの前記他方の面に垂直な方向に見て、前記第1風洞排出口の内側及び外側の双方に設けられている付記1から12のいずれか1項に記載の冷却構造。
(付記14)
付記1から13のいずれか1項に記載の冷却構造と、半導体素子を有した発熱体と、を備えた半導体装置。
Various aspects of the present disclosure are summarized below as appendices.
(Appendix 1)
a base having a heating element thermally connected to one surface thereof and a plurality of heat dissipation fins on the other surface thereof;
a first wind tunnel for allowing gas to flow from the outside into the heat dissipation fins, and a second wind tunnel communicating with the first wind tunnel via the heat dissipation fins and discharging the gas that has passed through the heat dissipation fins to the outside;
The first wind tunnel has an inlet for taking in gas and a first wind tunnel outlet for discharging the gas to the heat dissipation fin, and the first wind tunnel outlet abuts against an end of the heat dissipation fin opposite to the base over an entire circumference thereof,
the second air tunnel has a collection section that collects gas radially discharged from the heat dissipation fin in a direction parallel to the other surface of the base, an exhaust port that exhausts the gas to the outside, and a lead-out section that guides the gas from the collection section to the exhaust port,
A cooling structure in which the outlet portion extends in a particular direction away from the inlet.
(Appendix 2)
2. The cooling structure according to claim 1, wherein an angle between an opening direction of the inlet and an extension direction of the outlet portion is 90 degrees or more.
(Appendix 3)
3. The cooling structure according to claim 1, wherein an extension length of the outlet portion is longer than an extension length of the first wind tunnel.
(Appendix 4)
The outlet and the outlet portion are provided in pairs,
The cooling structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the two outlet sections extend in opposite directions from the collection section, and the two exhaust ports open in opposite directions from each other.
(Appendix 5)
5. The cooling structure according to claim 1, wherein the vertical height of the other surface in the collection section around the heat dissipation fin is lower than the vertical height of the other surface in the outlet section.
(Appendix 6)
The wind tunnel has a first wind tunnel member and a second wind tunnel member,
The first wind tunnel member has a plate-shaped lid portion and a recess formed in the lid portion, an opening of the recess is the inlet, and a first wind tunnel exhaust port is formed in a bottom wall of the recess,
the second air channel member has a plate-shaped foundation wall and a peripheral wall that surrounds the periphery of the foundation wall except for a portion that becomes the exhaust port and has a tip end connected to an outer peripheral end of the lid portion, the foundation wall has an opening in which the heat dissipation fin is provided at a position facing the recess,
6. The cooling structure according to claim 1, wherein a space surrounded by the first wind tunnel member and the second wind tunnel member is the second wind tunnel.
(Appendix 7)
7. The cooling structure according to claim 1, wherein the plurality of heat dissipation fins are a plurality of plate-shaped fins extending radially from a center to an outer periphery when viewed in a direction perpendicular to the other surface.
(Appendix 8)
7. The cooling structure according to claim 1, wherein the plurality of heat dissipation fins are a plurality of columnar fins provided upright on the other surface of the base.
(Appendix 9)
The collecting section includes an inner collecting section that surrounds the periphery of the heat dissipating fin and an outer collecting section that surrounds the inner collecting section,
9. The cooling structure according to any one of claims 1 to 8, wherein a vertical height of the other surface of the outer collection section is greater than a vertical height of the other surface of the inner collection section.
(Appendix 10)
A cooling structure described in any one of appendix 1 to 5, wherein the inlet is positioned at a position that does not overlap with the heat dissipation fins and is spaced apart from the heat dissipation fins when viewed in a direction perpendicular to the other surface of the base.
(Appendix 11)
The connection portion connecting the inlet and the first wind tunnel outlet and the outlet portion extend in opposite directions to each other,
11. The cooling structure according to claim 10, wherein the inlet and the outlet open in opposite directions to each other.
(Appendix 12)
12. The cooling structure according to any one of claims 1 to 11, wherein the base is fixed to a portion of the wind tunnel in which the second wind tunnel is formed.
(Appendix 13)
13. The cooling structure according to any one of claims 1 to 12, wherein the heat dissipation fins are provided on both the inside and outside of the first wind tunnel exhaust port when viewed in a direction perpendicular to the other surface of the base.
(Appendix 14)
14. A semiconductor device comprising: the cooling structure according to claim 1; and a heat generating body having a semiconductor element.

1 発熱体、1a 半導体素子、2 ベース、2a 発熱体実装面、2b 放熱フィン設置面、3 放熱フィン、3a 当接端部、3b 外形線、4 送風ファン、5 第1風洞排出口、5a 外形線、6 風洞、6a 第一の風洞、6b 第二の風洞、7、7a、7b 排出口、8 フィン非配置部、9 ピンフィン、10、10a、10b 導出部、11 収集部、12a 内側収集部、12b 外側収集部、13 流入口、14 保持部材、14a 風洞部材、15 接続部、16 貫通孔、17 ボルト、18 固定箇所、21 第1風洞部材、21a 蓋部、21b 凹部、21c 底壁、22 第2風洞部材、22a 基礎壁、22b 周壁、22c 開口部、100 半導体装置、101 冷却構造 1 Heating element, 1a Semiconductor element, 2 Base, 2a Heating element mounting surface, 2b Heat dissipation fin installation surface, 3 Heat dissipation fin, 3a Contact end, 3b Outline, 4 Blower fan, 5 First wind tunnel exhaust port, 5a Outline, 6 Wind tunnel, 6a First wind tunnel, 6b Second wind tunnel, 7, 7a, 7b Exhaust port, 8 Fin-free portion, 9 Pin fin, 10, 10a, 10b Lead-out portion, 11 Collection portion, 12a Inner collection portion, 12b Outer collection portion, 13 Inlet, 14 Holding member, 14a Wind tunnel member, 15 Connection portion, 16 Through hole, 17 Bolt, 18 Fixing portion, 21 First wind tunnel member, 21a Lid portion, 21b Recess, 21c Bottom wall, 22 Second wind tunnel member, 22a Foundation wall, 22b Peripheral wall, 22c opening, 100 semiconductor device, 101 cooling structure

Claims (14)

一方の面に発熱体が熱的に接続され、他方の面に複数の放熱フィンを有したベースと、
気体を外部から前記放熱フィンに流入させる第一の風洞、及び前記放熱フィンを介して前記第一の風洞と連通し、前記放熱フィンを通過した気体を外部に排出する第二の風洞を有した風洞と、を備え、
前記第一の風洞は、気体を取り込む流入口と、前記放熱フィンに気体を流出する第1風洞排出口と、を有し、前記第1風洞排出口が、全周に亘って、前記放熱フィンの前記ベースの側とは反対側の端部と当接し、
前記第二の風洞は、前記放熱フィンから、前記ベースの前記他方の面に平行な方向に放射状に排出された気体を集める収集部と、外部に気体を排出する排出口と、前記収集部から前記排出口に気体を導く導出部と、を有し、
前記導出部が、前記流入口から遠ざかる特定の方向に延出している冷却構造。
a base having a heating element thermally connected to one surface thereof and a plurality of heat dissipation fins on the other surface thereof;
a first wind tunnel for allowing gas to flow from the outside into the heat dissipation fins, and a second wind tunnel communicating with the first wind tunnel via the heat dissipation fins and discharging the gas that has passed through the heat dissipation fins to the outside;
The first wind tunnel has an inlet for taking in gas and a first wind tunnel outlet for discharging the gas to the heat dissipation fin, and the first wind tunnel outlet abuts against an end of the heat dissipation fin opposite to the base over an entire circumference thereof,
the second air tunnel has a collection section that collects gas radially discharged from the heat dissipation fin in a direction parallel to the other surface of the base, an exhaust port that exhausts the gas to the outside, and a lead-out section that guides the gas from the collection section to the exhaust port,
A cooling structure in which the outlet portion extends in a particular direction away from the inlet.
前記流入口の開口方向と、前記導出部の延出方向とは、90度以上の角度差を有する請求項1に記載の冷却構造。 The cooling structure according to claim 1, wherein the angle between the inlet opening direction and the outlet extension direction is 90 degrees or more. 前記導出部の延出長さは、前記第一の風洞の延出長さよりも長い請求項1に記載の冷却構造。 The cooling structure according to claim 1, wherein the extension length of the outlet portion is longer than the extension length of the first wind tunnel. 前記排出口及び前記導出部は二つ設けられ、
二つの前記導出部は、前記収集部から互いに反対方向に延出し、二つの前記排出口は、互いに反対方向に開口している請求項1に記載の冷却構造。
The outlet and the outlet portion are provided in pairs,
The cooling structure according to claim 1 , wherein the two outlet portions extend in opposite directions from the collection portion, and the two exhaust ports open in opposite directions.
前記放熱フィンの周囲の前記収集部の部分における前記他方の面の垂直方向の高さは、前記導出部における前記他方の面の垂直方向の高さよりも低い請求項1に記載の冷却構造。 The cooling structure according to claim 1, wherein the vertical height of the other surface in the portion of the collection section surrounding the heat dissipation fin is lower than the vertical height of the other surface in the outlet section. 前記風洞は、第1風洞部材と第2風洞部材とを有し、
前記第1風洞部材は、板状の蓋部と、前記蓋部に形成された凹部とを有し、前記凹部の開口部が前記流入口であり、前記凹部の底壁に第1風洞排出口が形成され、
前記第2風洞部材は、板状の基礎壁と、前記排出口となる部分を除く前記基礎壁の周囲を取り囲み、先端部が前記蓋部の外周端部に接続される周壁と、を有し、前記基礎壁は、前記凹部に対向する位置に、前記放熱フィンが設けられる開口部を有し、
前記第1風洞部材と前記第2風洞部材とに囲まれる空間が、前記第二の風洞とされる請求項1に記載の冷却構造。
The wind tunnel has a first wind tunnel member and a second wind tunnel member,
The first wind tunnel member has a plate-shaped lid portion and a recess formed in the lid portion, an opening of the recess is the inlet, and a first wind tunnel exhaust port is formed in a bottom wall of the recess,
the second air channel member has a plate-shaped foundation wall and a peripheral wall that surrounds the periphery of the foundation wall except for a portion that becomes the exhaust port and has a tip end connected to an outer peripheral end of the lid portion, the foundation wall has an opening in which the heat dissipation fin is provided at a position facing the recess,
The cooling structure according to claim 1 , wherein a space surrounded by the first wind tunnel member and the second wind tunnel member is defined as the second wind tunnel.
複数の前記放熱フィンは、前記他方の面に垂直な方向に見て、中心部から外周側に放射状に延びる複数の板状のフィンである請求項1に記載の冷却構造。 The cooling structure according to claim 1, wherein the plurality of heat dissipation fins are plate-shaped fins extending radially from the center to the outer periphery when viewed in a direction perpendicular to the other surface. 複数の前記放熱フィンは、前記ベースの前記他方の面に立設された複数の柱状のフィンである請求項1に記載の冷却構造。 The cooling structure according to claim 1, wherein the plurality of heat dissipation fins are a plurality of columnar fins erected on the other surface of the base. 前記収集部は、前記放熱フィンの周囲を取り囲む内側収集部と、前記内側収集部を取り囲む外側収集部とを有し、
前記外側収集部における前記他方の面の垂直方向の高さは、前記内側収集部における前記他方の面の垂直方向の高さよりも高い請求項1に記載の冷却構造。
The collecting section includes an inner collecting section that surrounds the periphery of the heat dissipating fin and an outer collecting section that surrounds the inner collecting section,
The cooling structure according to claim 1 , wherein a vertical height of the other surface of the outer collection section is greater than a vertical height of the other surface of the inner collection section.
前記流入口は、前記ベースの前記他方の面に垂直な方向に見て、前記放熱フィンとは重複しない位置に、前記放熱フィンから離間して配置されている請求項1に記載の冷却構造。 The cooling structure according to claim 1, wherein the inlet is disposed at a position that does not overlap with the heat dissipation fins and is spaced apart from the heat dissipation fins when viewed in a direction perpendicular to the other surface of the base. 前記流入口と前記第1風洞排出口とつなぐ接続部と、前記導出部とは、互いに反対方向に延出し、
前記流入口と前記排出口は、互いに反対方向に開口している請求項10に記載の冷却構造。
The connection portion connecting the inlet and the first wind tunnel exhaust port and the outlet portion extend in opposite directions to each other,
The cooling structure according to claim 10 , wherein the inlet and the outlet open in opposite directions to each other.
前記ベースは、前記第二の風洞が形成された前記風洞の部分に固定されている請求項1に記載の冷却構造。 The cooling structure according to claim 1, wherein the base is fixed to the portion of the wind tunnel in which the second wind tunnel is formed. 前記放熱フィンは、前記ベースの前記他方の面に垂直な方向に見て、前記第1風洞排出口の内側及び外側の双方に設けられている請求項1に記載の冷却構造。 The cooling structure according to claim 1, wherein the heat dissipation fins are provided on both the inside and outside of the first wind tunnel outlet when viewed in a direction perpendicular to the other surface of the base. 請求項1から13のいずれか1項に記載の冷却構造と、半導体素子を有した発熱体と、を備えた半導体装置。 A semiconductor device comprising the cooling structure according to any one of claims 1 to 13 and a heating element having a semiconductor element.
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