JP2012084704A - Heat exchanger for double side cooling of semiconductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワートランジスタ等の半導体をその両面から冷却する熱交換器に関する。 The present invention relates to a heat exchanger that cools a semiconductor such as a power transistor from both sides thereof.
下記特許文献1の両面冷却半導体装置が提案されている。
これは複数の偏平冷却管を積層したものであり、各偏平冷却管の両端部に厚み方向に縮む蛇腹状等の可縮部を設け、可縮部において各冷却管どうしを接続する。それと共に、冷却管の4隅にボルトおよびナットからなる締結部材を貫通し、それによって各偏平管どうしを互いに締結して、各偏平冷却管の対向面間に半導体モジュールを挟持させるものである。
The double-sided cooling semiconductor device of the following
This is formed by laminating a plurality of flat cooling pipes, each of the flat cooling pipes is provided with a constrictible portion such as a bellows that shrinks in the thickness direction, and the cooling pipes are connected to each other in the shrinkable portion. At the same time, fastening members made of bolts and nuts are passed through the four corners of the cooling pipe, whereby the flat tubes are fastened to each other, and the semiconductor module is sandwiched between the opposing surfaces of the flat cooling pipes.
上記両面冷却半導体装置は部品点数が多く、構造が複雑となる。すなわち、蛇腹状等の可縮部と、積層方向に圧縮するための押さえ板、貫通ボルトおよびナットが必要となる。さらには、可縮部の加工が面倒であると共に、可縮部の可縮量の変更がしにくく、各種厚さの半導体への対応性が小さい欠点がある。すなわち、被冷却対象の変化に対する適用性および設計の自由度が低い欠点がある。
そこで本発明は部品点数が少なく且つ、汎用性の高い両面冷却用熱交換器を提供することを課題とする。
The double-sided cooling semiconductor device has a large number of parts and a complicated structure. That is, a contractible portion such as a bellows, a pressing plate for compressing in the stacking direction, a through bolt and a nut are required. Furthermore, the processing of the shrinkable part is troublesome, and it is difficult to change the shrinkable amount of the shrinkable part, and there is a drawback that the adaptability to semiconductors of various thicknesses is small. That is, there is a drawback that the applicability to the change of the object to be cooled and the degree of freedom of design are low.
Then, this invention makes it a subject to provide the heat exchanger for double-sided cooling with few parts and high versatility.
請求項1に記載の本発明は、夫々内部に冷却用の流体が流通し、それらの平面が互いに対向して連結される偏平な第1エレメント(1)と第2エレメント(2)とを有し、各エレメント(1)(2)の平面の両端部に一対づつの接続パイプ(3)(4)が対向して突設され、それぞれの接続パイプ(3)(4)の外周に、ネジ山(5)(6)が螺刻され、その対向する接続パイプ(3)(4)間が連結ナット(7)の螺着により、各エレメント(1)(2)間距離が互いに近づくように、対向する接続パイプ(3)(4)の外周の前記ネジ山(5)(6)は互いに逆向きの外ネジに螺刻され、または連結ナット(7)の内面の軸方向両端部に逆向きの一対の内ネジが螺刻され、
接続パイプ(3)(4)間が連結ナット(7)の螺着により各エレメント(1)(2)間に半導体(8)の両面が挟持されると共に、前記各接続パイプ(3)(4)が各エレメント間を連通する前記流体の流通路とされた半導体の両面冷却用熱交換器である。
The present invention described in
Between the connecting pipes (3) and (4), both sides of the semiconductor (8) are sandwiched between the elements (1) and (2) by screwing the connecting nut (7), and the connecting pipes (3) and (4) are connected. ) Is a heat exchanger for cooling both sides of a semiconductor, which is used as a flow path for the fluid communicating between the elements.
請求項2に記載の本発明は、夫々内部に冷却用の流体が流通し、それらの平面が互いに対向して連結される偏平な第1エレメント(1)と第2エレメント(2)とを有し、各エレメント(1)(2)の平面の両端部に一対づつの接続パイプ(3)(4)が対向して突設され、それぞれの接続パイプ(3)(4)の内周に、ネジ山(5)(6)が螺刻され、その対向する接続パイプ(3)(4)間が、外周にネジ山を有する連結パイプ(9)により連結されて、各エレメント(1)(2)間の距離が互いに近づくように、対向する接続パイプ(3)(4)の内周の前記ネジ山(5)(6)は互いに逆向きに螺刻された内ネジが形成され、または連結パイプ(9)の外面の軸方向両端部に逆向きの一対の外ネジが螺刻され、
その対向する接続パイプ(3)(4)間が連結パイプ(9)により連結されて、その各エレメント (1)(2)間に半導体(8)が挟持されると共に、前記各接続パイプ(3)(4)が各エレメント間を連通する前記流体の流通路とされた半導体の両面冷却用熱交換器である。
The present invention according to
The connecting pipes (3) and (4) facing each other are connected by a connecting pipe (9), and a semiconductor (8) is sandwiched between the elements (1) and (2). (4) is a heat exchanger for double-sided cooling of a semiconductor which is used as a fluid flow path communicating between the elements.
本発明の熱交換器は、一対のエレメント1、2の各平面間に半導体8の両面が挟持されるものにおいて、各エレメント1、2の平面の両端部に突設された接続パイプ3、4にネジ山5、6が螺刻され、それらの間が連結ナット7(または連結パイプ)によって互いに近接するように締結されるから、構造が簡単で且つ半導体8の締結および分離作業がきわめて容易である。それと共に、その接続パイプ3、4自体が各エレメント間を連通する流体の流通路とされているから、部品点数が少なく、体裁の良い両面冷却用熱交換器を提供できる。
In the heat exchanger according to the present invention, both surfaces of the
次に図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
(第1実施例)
図1〜図3は、本発明の第1実施例を示している。この両面冷却用熱交換器は、1以上のインバータやパワートランジスタ等の半導体8をその両面から冷却するものである。この例では、二つのエレメント1、2が積層されているが、それを多段にすることができる。各エレメント1、2は内部に冷却用の流体が流通するものである。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
1 to 3 show a first embodiment of the present invention. This double-sided cooling heat exchanger cools the
各エレメント1、2は一対の皿状に形成されたプレート1a、1b、プレート2a、2bをそのフランジ部で接合し、内部にインナーフィン13を配置している。各エレメントの両端部には一対づつの開口と、その開口縁に接続パイプ3、4の一端が接続され、それらがエレメントの内部に連通する。互いに対向する接続パイプ3、4の外周には、それぞれ互いに逆向きのネジ山5、6が螺刻されている。一例として接続パイプ3のネジ山5を右ネジとすれば、接続パイプ4のネジ山6は左ネジとなる。
Each
また、この例ではエレメント2のプレート2aの外表面に一対のストッパ14が僅かに突設され、それらが半導体8の両端縁の位置決めを行なう。この例では、下側のエレメント2は、その上側のプレート2aのみに連通孔が形成されている。そして、上側のエレメント1は上下のプレート1a、1bともに連通孔が設けられ、プレート1bの連通孔には接続パイプ3の一端が接合され、その上側のプレート1aの連通孔にはボス部15の一端開口が接続されている。
In this example, a pair of
このようにしてなるエレメント1、2は、それぞれの各部品間が一体的にろう付け固定される。なお、ろう付けに代えて、溶接、一部接着剤を用いることもできる。ついで、一対のエレメント1、2間に伝熱性弾性シート16を介して半導体8が挟持され、上下方向の各接続パイプ3、4間を連結ナット7によって締結する。この連結ナット7は図3に示す如く、その外周にフランジ部17を有し、その外周が六角等に形成されて、スパナ等の工具の把持面を形成する。その連結ナット7の内面にはネジ(右ネジまたは左ネジのいずれか一方)が螺刻されている。そして、この連結ナット7を接続パイプ3、4の外周に螺着することにより、エレメント1、2間が縮小する。これは、上下のネジ山5とネジ山6は互いに逆向きに螺刻されているため、連結ナット7の回転により両者は近づく。また、逆方向に回転させれば両者は遠ざかる。
The
そして、上側のエレメント1の一対のボス部15に冷却用流体のパイプ端が接続され、一方のボス部15から冷媒12が各エレメント1、2内に供給され、他方のボス部から流出する。そして、その冷媒12と半導体8との間に熱交換が行なわれる。冷媒12としては冷却水や気液二相状態の冷媒その他を使用することができる。
Then, the pipe end of the cooling fluid is connected to the pair of
(変形例)
上記実施例では接続パイプ3,4の各ネジ山5、6を互いに逆向きに螺刻したが、それに替えてネジ山5、6の向きを同一とし且つ、連結ナット7の軸方向一端側と他端側にそれぞれ逆向きのネジを螺刻してもよい。
(Modification)
In the above embodiment, the
(第2実施例)
次に、図4は本発明の第2の実施の形態を示し、この例が前記第1実施例と異なる点は、対向する接続パイプ3、4が、その内側で連結パイプ9によって接続されるものである。連結パイプ9の外周には一定方向の外ネジが形成され、接続パイプ3、4の内面には互いに逆向きのネジ山5、6が螺刻されている。そして、連結パイプ9の軸方向の中間位置にフランジ部17が突設されている。そして、フランジ部17を回転させることにより、一対の接続パイプ3、4間を縮小し、半導体8をエレメント1、2の偏平な面で挟持するものである。
(Second embodiment)
Next, FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. This example is different from the first example in that the connecting
(変形例)
上記図4の実施例では接続パイプ3、4の内面に形成したネジ山5、6を互いに逆向きとしたが、それに替えて各ネジ山5、6を同一向きとし、連結パイプ9外周の外ネジを、軸方向の一端側で右ネジとし、他端側で左ネジとすることができる。
なお、第1実施例および第2実施例において、複数の半導体8を挟持するには、図において各エレメント1の上方に他のエレメント1を別の連結ナット7又は連結パイプ9を介して接続すればよい。このとき、エレメント1の上下に突設された接続パイプのネジ山は逆向きにする。
(Modification)
In the embodiment of FIG. 4 above, the
In the first embodiment and the second embodiment, in order to sandwich the plurality of
1 エレメント
1a,1b プレート
2 エレメント
2a,2b プレート
3 接続パイプ
4 接続パイプ
5 ネジ山
6 ネジ山
7 連結ナット
1 element
1a,
2a,
8 半導体
9 連結パイプ
10 外ネジ
11 外ネジ
12 冷媒
13 インナーフィン
14 ストッパ
15 ボス部
16 伝熱性弾性シート
17 フランジ部
10 External screw
11 External screw
12 Refrigerant
13 Inner fin
14 Stopper
15 Boss
16 Heat transfer elastic sheet
17 Flange
Claims (2)
接続パイプ(3)(4)間が連結ナット(7)の螺着により各エレメント(1)(2)間に半導体(8)の両面が挟持されると共に、前記各接続パイプ(3)(4)が各エレメント間を連通する前記流体の流通路とされた半導体の両面冷却用熱交換器。 Each of the elements (1), (2) has a flat first element (1) and a second element (2) in which cooling fluid flows inside and the planes of which are connected to each other. A pair of connection pipes (3) and (4) are provided to project at both ends of the flat surface of the plate, and threads (5) and (6) are threaded on the outer periphery of each connection pipe (3) and (4). The opposing connection pipes (3) (4) are connected so that the distance between the elements (1) and (2) approaches each other by screwing the connecting nut (7) between the opposing connection pipes (3) and (4). ) Of the outer periphery of the screw (5) and (6) are threaded on the outer threads that are opposite to each other, or a pair of inner threads that are oppositely threaded on both axial ends of the inner surface of the connecting nut (7). ,
Between the connecting pipes (3) and (4), both sides of the semiconductor (8) are sandwiched between the elements (1) and (2) by screwing the connecting nut (7), and the connecting pipes (3) and (4) are connected. ) Is a heat exchanger for double-sided cooling of a semiconductor, which serves as a flow path for the fluid communicating between the elements.
その対向する接続パイプ(3)(4)間が連結パイプ(9)により連結されて、その各エレメント (1)(2)間に半導体(8)が挟持されると共に、前記各接続パイプ(3)(4)が各エレメント間を連通する前記流体の流通路とされた半導体の両面冷却用熱交換器。 Each of the elements (1), (2) has a flat first element (1) and a second element (2) in which cooling fluid flows inside and the planes of which are connected to each other. A pair of connection pipes (3) and (4) are provided to project at both ends of the flat surface of each other, and threads (5) and (6) are threaded on the inner periphery of each connection pipe (3) and (4). The connecting pipes (3) and (4) facing each other are connected by a connecting pipe (9) having a thread on the outer periphery, so that the distance between the elements (1) and (2) approaches each other. The threads (5) and (6) on the inner periphery of the opposing connection pipes (3) and (4) are formed with internal threads that are threaded in opposite directions, or both axial ends of the outer surface of the connection pipe (9) A pair of opposite external screws are threaded on the part,
The connecting pipes (3) and (4) facing each other are connected by a connecting pipe (9), and a semiconductor (8) is sandwiched between the elements (1) and (2). (4) A heat exchanger for double-sided cooling of a semiconductor, wherein (4) serves as a fluid flow passage communicating between the elements.
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