JP2724236B2 - 半導体装置の冷却器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は車両搭載用半導体装置の半導体スタック等の
冷却に利用される半導体装置の冷却器の改良に関する。

（従来の技術） 一般に、安定な継続動作を確保する観点から車両用半
導体装置の半導体スタックには第５図に示すような半導
体冷却用熱交換器（以下、ヒートパイプ式冷却器と呼
ぶ）が取り付けられている。同図（ａ）はヒートパイプ
式冷却器の平面図、同図（ｂ）はその右側面図である。
すなわち、このヒートパイプ式冷却器１は、ブロック２
の一側面に所定間隔を有して三本のヒートパイプ３が埋
め込まれ、前記ブロック２から外部に突出された三本の
ヒートパイプ３には所定間隔を有して多数のフィン４が
取り付けられている。さらに、ヒートパイプ３のブロッ
ク２近傍部分に他のフィン４よりも厚めの取付用フィン
4aが取付けられている。

次に、第６図は以上のようなヒートパイプ式冷却器を
用いた場合の半導体スタックの構成を示す図である。同
図（ａ）は正面図、同図（ｂ）はその右側面図である。
同図において11は半導体素子であって、この半導体素子
11は両側からヒートパイプ式冷却器１のブロック2,2に
よって挟まれ、さらに介在物を介した後、圧接用クラン
プ12によって圧接されている。なお、この圧接機構およ
びヒートパイプ式冷却器1,1のフィン部分を半導体装置
の収納箱の密閉室内に収納することも考えられるが、フ
ィン部分からの発熱が大きく室内の温度が上昇するので
室外に置かれている。その結果、外部から水、塵埃の侵
入を防ぐ仕切板として機能する半導体スタック取付板13
が設けられ、この取付板13に半導体素子11の他、ヒート
パイプ式冷却器1,1のフィン4a,4aが取付けられる。な
お、前記圧接クランプ12は取付板13またはブロック２に
支持されている。さらに、取付板13のフィン4a取付面と
は反対側面には２枚の絶縁板14a,14bがブロック２を挟
むようにして半導体スタック取付板13にネジ止めされて
いる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、以上のようなヒートパイプ式冷却器の場合に
は次のような点が問題として指摘されている。

その１つは、車両搭載用冷却器であるので、その冷
却器の奥行方向（ヒートパイプ長手方向）のスペースが
限られており、そのためヒートパイプの長さが制限さ
れ、１個当たりのヒートパイプ式冷却器１の冷却能力に
限界があること。

また、ジャイアントトラジスタのようなモールド形
半導体素子を取付けるに際し、その取付けスペースが限
られているので、そのスペースに合せて幾つかのヒート
パイプ式冷却器に分けて取付ける必要があり、その分だ
け配線長が長くなり、また配線のインダクタンス分にア
ンバランスが生じ、半導体スタックの所望とする性能が
得られず、ひいては半導体素子11の破壊につながる恐れ
があること。

また、半導体素子11をヒートパイプ式冷却器１のブ
ロック２で挟んで圧接クランプ12で圧接した後、半導体
スタック取付板13に取付けるに際し、ブロック寄りのフ
ィン4aの板厚を厚くしてネジ止める方法であるので、ヒ
ートパイプ自体に力が加わり、車両の振動に対して充分
な強度が得られない。しかも、以上のような冷却器取付
け手段の場合には構造が複雑であり、しかも車両にスタ
ックを取付けたとき充分な防塵、防沫を行うことが困難
である。

さらに、ヒートパイプ式冷却器１のブロック部分を
絶縁板14a、14bで押さえ、かつ、ブロック２からＬ字部
材を出して例えば絶縁板14aに固定する方法であるの
で、同様に振動に対して充分な強度が得られない。

さらに、各半導体素子11ごとにヒートパイプ式冷却
器１が２個ずつ必要となり、その結果、半導体素子11が
増えるごとに更に防塵、防沫性が悪くなる問題がある。

本発明は上記実情にかんがみてなされたもので、限ら
れたスペースを有効に利用して高い冷却性能を発揮で
き、車両の振動に対しても充分な強度を確保し得るとと
もに防塵、防沫性に優れた半導体装置の冷却器を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を達成するために、一方の面部に半
導体装置の取付面を有し、内部には中空の冷媒流路が形
成された中空ブロックと、この中空ブロックの半導体装
置取付面と反対側の面に取り付けられ、前記中空ブロッ
クの冷媒流路と連通するように、内部の幅広方向に対し
て複数の仕切り板を設けて形成された複数の冷媒流路を
備えた複数の冷媒伝達体と、この冷媒伝達体の長手方向
に取り付けられた複数枚の放熱フィンとを備えた構成で
ある。

（作用） 従って、本発明は以上のような手段を講じたことによ
り、冷却対象である例えば半導体素子を中空ブロックの
一方の面に押圧して取付けた後、半導体装置において所
望とする動作を継続すれば半導体素子が発熱する。この
とき、冷却器の冷媒伝達体は、中空ブロックの冷媒流路
に連通し、その内部には幅広方向に対して複数の仕切り
板を設けて形成された複数の冷媒流路を備えており、か
つ、この冷媒伝達体には放熱フィンが取り付けられてい
るので、半導体素子からの発熱が中空ブロックの幅方向
に移動しつつ放熱し、そして冷媒伝達体にて奥行き方向
に放熱し、さらに放熱フィンにて幅方向に放熱すること
から、幅方向および奥行方向を含む全方向にわたって放
熱させることができ、また限られたスペースを有効に利
用して高い冷却性能を維持でき、しかも防塵性、防沫性
に優れたものを実現でき、取付板に対し取付面積が広
く、強固な構造体である中空ブロックを取付けることか
ら車両の振動に対しても強度を上げることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図を参照して説
明する。同図（ａ）は本発明における冷却器の平面図、
同図（ｂ）は一部切欠いて示す上面図である。同図にお
いて20はヒートパイプ式冷却器であって、これは中空ブ
ロック21の半導体素子取付け側とは反対側の面に中空の
冷媒流路を形成した複数の冷媒伝達体22が取り付けら
れ、さらに冷媒伝達体22には所定の間隔を有して多数の
放熱フィン23,…が取り付けられている。

前記中空ブロック21は、半導体素子取付け面21aを有
し、かつ、内部的には図示上下方向に所定の間隔をもっ
て仕切られ、上下方向に対してある一部分で連通して冷
媒流路を形成するような複数の空洞溝21bが形成され、
その空洞溝21bの一端，つまり前記半導体素子取付け面2
1aとは反対側の面には前記空洞溝21bの開口部を位置さ
せてなる構成である。

前記冷媒伝達体22は、細長い矩形状の箱体に形成さ
れ、その箱体内部の幅広方向に対して所定の間隔ごとに
仕切板22aにて仕切ることにより複数の冷媒流路22bが形
成されている。そして、冷媒伝達体22の先端側、つまり
中空ブロック21の取付け側に位置する冷媒流路22bは開
口され、前記ブロック21の空洞溝21bと連通する構成と
なっている。この仕切板22aの後端側は箱体内側壁面か
ら所定距離離すことにより、冷媒伝達体22の内側壁面全
周にわたって冷媒流路が形成され、冷却媒体が各冷媒流
路22bを容易に流入・流出可能になっている。

従って、中空ブロック21の空洞溝21bと冷媒伝達体22
の冷媒流路22bとが連通さて、冷却媒体が自由に流通で
きるようになっている。なお、中空ブロック21の数箇所
に冷却媒体の入っている空間部分の密閉を失わないよう
に配慮しながらネジ穴21cが設けられている。

次に、第２図は冷媒伝達体22の形態を改良したもので
あって、具体的には中空ブロック21から遠ざかるに従っ
て冷媒伝達体22,…の外形を絞るような形状とし、これ
によって冷却媒体の流れを良くする構成である。

次に、第３図および第４図は以上のような冷却器を用
いた半導体スタックについて説明する。なお、これら第
３図、第４図の（ａ）は半導体スタックの正面図、同図
（ｂ）はその右側面図である。

先ず、第３図の半導体スタックは、半導体スタック取
付板31のほぼ中央部分に前記中空ブロック21の面部より
も全体的に狭幅の開口部31aが形成されている。この半
導体スタック取付板31の一方面部にはヒートパイプ式冷
却器20の中空ブロック21が他方面部側から挿通されるネ
ジ32,32によってネジ止め固定されている。従って、第
３図（ａ）に示す如く半導体スタック取付板31の他方面
部側から見たとき、中空ブロック21の面部が開口部31a
から露見されている。

そして、この開口部31aから露見された中空ブロック2
1の面部には平形の半導体素子33が固定されるが、この
固定手段としては前記ブロック21面部から半導体素子33
の幅よりも多少幅広の間隔をもって２つのネジ付き支持
体34,34が立設され、これら支持体34,34に跨がるように
圧接クランプ35が掛け渡されている。そして、ナット3
6,36を用いて圧接クランプ35の両側を締め付け螺進せし
めることにより、圧接クランプ35にて中空ブロック21に
半導体素子33を圧接する。

従って、以上のような実施例の構成によれば、中空ブ
ロック21内部に媒体流路を形成するごとく多数の空洞溝
21bを形成したので、半導体素子33からの発熱が中空ブ
ロック21の幅方向に移動しつつ放熱し、また冷媒伝達体
22にて奥行方向に放熱し、さらにフィン23、…にて幅方
向に放熱することから、幅方向および奥行方向を含む全
方向にわたって放熱できので、冷却能力を大幅に高める
ことができる。しかも、中空ブロック21の面部に半導体
素子33を接するように設けたので、スペースを有効に利
用して大きな冷却能力を上げることができ、１つの半導
体素子33に対して幾つものヒートパイプ式冷却器20を設
ける必要がない。

さらに、半導体スタック取付板31に対して中空ブロッ
ク21の大きな面部でもって複数箇所にわたってネジ止め
にて固定する構成であるので、車両の振動に対して大き
な強度が得られ、しかも冷媒流路が上下方向に長いこと
から特に車両に多い上下方向の振動に対し強い構造とす
ることができる。さらに、中空ブロック21と半導体素子
33とが面接触していることから、防塵性、防抹性に優れ
ている。

次に、第４図の半導体スタックは、第３図と同様に半
導体スタック取付板31にヒートポンプ式冷却器20の中空
ブロック21がネジ止め固定され、さらにモールド形半導
体素子33がネジ止めにより前記ブロック21に取り付けて
なる構成である。

この実施例の構成では、モールド形の半導体素子33を
直接中空ブロック21に接して取り付け可能であり、しか
も半導体素子33が多くなければ中空ブロック21を幅方向
に伸ばすことにより、半導体素子数に比例して冷却能力
を増加させることができ、また半導体素子33間の距離も
最短に保つことが可能であり、さらに従来のように配線
の複雑さを伴うことなく整然と配線でき、配線等による
耐ノイズ性が強く、半導体素子33の安定動作にも大きく
寄与する。さらに、この冷却器は、平形半導体素子やモ
ールド形半導体素子の双方に利用でき、設計の自由度な
いしは融通性に富んでものである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、中空ブロック内
の冷媒流路に連通するように冷媒伝達体を設けるととも
に、この冷媒伝達体は、内部には幅広方向に対して複数
の仕切り板を設けた複数の冷媒流路を形成する一方、こ
の冷媒伝達体に放熱フィンを取り付けているので、半導
体素子からの発熱が中空ブロックの幅方向に移動しつつ
放熱し、また冷媒伝達体にて奥行き方向に放熱し、さら
に放熱フィンにて幅方向に放熱し、ひいては幅方向およ
び奥行方向を含む全方向にわたって放熱でき、よって半
導体素子を効率的に冷却でき、しかも中空ブロック面に
半導体素子を接触押圧することにより、スペース上の制
限を緩和しつつ冷却性能を向上でき、しかも振動に対し
て充分な強度を有し、防塵性，防沫性に優れた半導体装
置の冷却器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる半導体装置の冷却器の一実施例
を示す図であって、同図（ａ）は冷却器の平面図、同図
（ｂ）は冷却器の右側面図、第２図は冷却器の他の実施
例を示す平面図、第３図および第４図はそれぞれ第１図
または第２図に示す冷却器を用いた半導体スタックを示
す図であって、第３図（ａ）および第４図（ａ）は半導
体スタックの正面図、第３図（ｂ）および第４図（ｂ）
はその右側面図、第５図は従来の冷却器を示す図であっ
て、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はその右側面図、
第６図は第５図の冷却器を用いた半導体スタックを示す
図であって、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）はその右
側面図である。 20……冷却器、21中空ブロック、21a……半導体装置取
付け面、21b……空洞溝、22……冷媒伝達体、22a……仕
切板、22b……冷媒流路、23……フィン、31……半導体
スタック取付板、31a……開口部、33……半導体素子、3
5……圧接クランプ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一方の面部に半導体装置の取付面を有し、
   内部には中空の冷媒流路が形成された中空ブロックと、 この中空ブロックの半導体装置取付面と反対側の面に取
   り付けられ、前記中空ブロックの冷媒流路と連通するよ
   うに、内部の幅広方向に対して複数の仕切り板を設けて
   形成された複数の冷媒流路を備えた複数の冷媒伝達体
   と、 この冷媒伝達体の長手方向に取り付けられた複数枚の放
   熱フィンとを備え、 前記中空ブロックの冷媒流路と冷媒伝達体の冷媒流路と
   の間で、冷却媒体を循環させることにより、前記中空ブ
   ロックの取付面に取り付けられた半導体装置を冷却する
   ことを特徴とする半導体装置の冷却器。