JP3721717B2 - 半導体素子の冷却構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子の冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の冷却においては、そのアノード側とカソード側に圧接した電極に冷却水を通流している。この冷却水を通流する電極を水冷帯と呼んでいる。図５は従来の半導体素子の冷却構造の構成を示し、１は半導体素子、２，３は半導体素子１のアノード側及びカソード側に圧接された水冷帯からなる中空の電極であり、各電極２，３にはそれぞれ２本の冷却水配管４が接続され、電極２の一方の冷却水配管４は冷却水循環部５及びイオン交換フィルタ６を介して電極３の一方の冷却水配管４に連結され、電極２の他方の冷却水配管４は電極３の他方の冷却水配管４と連結されている。なお、半導体素子１及び電極２，３は筐体内に収納されており、この筐体に冷却水配管４が貫通している。
【０００３】
上記構成において、冷却水循環部５により冷却水をイオン交換フィルタ６に送入し、冷却水中からイオンを除去する。この脱イオン水は電極３及び電極２を通流し、冷却水循環部５へ戻る。この結果、電極２，３及び半導体素子１は冷却される。一方、半導体素子１のアノードとカソードでは電位差があるため冷却水にも電位差が生じ、半導体素子１のアノード側では電食が生じるおそれがある。そこで、イオン交換フィルタ６により冷却水中のイオンを除去し、電食が生じないようにしている。
【０００４】
図６は従来の他の半導体素子の冷却構造の構成を示し、電極３の一方の冷却水配管４から冷却水を流入させるとともに、電極２の一方の冷却水配管４から冷却水を流出させ、電極２，３の他方の冷却水配管４を連結している。又、アノード側の冷却水配管４に電食棒７を設け、半導体素子１のアノード側に代って電食棒７に電食が発生するようにしている。この場合には、イオン交換フィルタ６を用いず、脱イオン水を使用していないので、半導体素子１のアノード側とカソード側の間の水の抵抗値を大きくする必要があり、この間を接続する冷却水配管４を絶縁材により形成するとともに、長さを長くする必要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の半導体素子の冷却構造においては、電食を防止するために、脱イオン水を使用するか、あるいは電極２，３間を接続する冷却水配管４の長さを長くしていたが、前者の場合にはイオン交換フィルタ６、冷却水循環部５及び水冷却部などを設ける必要があり、構造が複雑で高価になり、後者の場合には配管が複雑で圧力損失が大きくなるとともに、電食棒７の設置や交換の必要があり、冷却水の管理も複雑になった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、構成簡単で冷却水の管理も簡単な半導体素子の冷却構造を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る半導体素子の冷却構造は、半導体素子のアノード側及びカソード側に電極を設け、カソード側の電極に冷却水を通流するとともに、アノード側電極、及びカソード側電極とアノード側電極との間には冷却水を通流させないようにしたものである。
【０００８】
請求項２に係る半導体素子の冷却構造は、請求項１に加えて、アノード側の電極に空冷用フィンを設けたものである。
【０００９】
請求項３に係る半導体素子の冷却構造は、請求項２に加えて、空冷用フィンに冷却風を送風する第１の冷却ファンを設けたものである。
【００１０】
請求項４に係る半導体素子の冷却構造は、筐体内に収納された半導体素子のアノード側及びカソード側に電極を設け、カソード側の電極に筐体外から冷却水を通流するとともに、アノード側電極、及びカソード側電極とアノード側電極との間には冷却水を通流させず、アノード側の電極に空冷用フィンを設け、かつ筐体内に設けられたフィンチューブにも上記冷却水を通流し、このフィンチューブに冷却風を送風する第２の冷却ファンを設けたものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施形態１
以下、この発明の実施の形態を図面とともに説明する。図１は実施形態１による半導体素子の冷却構造の構成を示し、半導体素子１のアノード側及びカソード側にそれぞれ電極８，３を設け、これらを筐体９内に収納している。又、カソード側の電極３には筐体９を貫通した２本の冷却水配管４を連結し、一方の冷却水配管４から冷却水を流入させ、他方の冷却水配管４から冷却水を流出させており、これにより電極３を冷却し、半導体素子１も冷却している。
【００１２】
実施形態１においては、アノード側の電極８を水冷していないので、カソード側との絶縁上の問題による電食が発生しない。このため、冷却水循環部５、イオン交換フィルタ６、電食棒７などを必要とせず、また電極３，８間の冷却水配管４も必要としないので、構成及び冷却水の管理が簡単となり、電食棒７の交換なども不必要となる。
【００１３】
実施形態２
図２は実施形態２による半導体素子の冷却構造の構成を示し、１０はアノード側の電極８の周囲に取り付けた空冷用フィンであり、他の構成は実施形態１と同様である。このように、冷却用フィン１０を設けたことにより電極８及び半導体素子１の自然空冷による冷却効果が増大する。その他の効果は実施形態１と同様である。
【００１４】
実施形態３
図３は実施形態３による半導体素子の冷却構造の構成を示し、１１は空冷用フィン１０に冷却風を送る第１の冷却ファンであり、その他の構成は実施形態２と同様である。このように空冷用フィン１０に冷却風を送ることにより、電極８及び半導体素子１の冷却効果をさらに高めることができる。
【００１５】
実施形態４
図４は実施形態４による半導体素子の冷却構造の構成を示し、１２は筐体９内に設けられたフィンチューブであり、電極３から流出する冷却水をフィンチューブ１２内にも通流する。１３はフィンチューブ１２に冷却風を送る第２の冷却ファンである。その他の構成は実施形態２と同様である。
【００１６】
上記構成において、空冷用フィン１０を設けたことにより上記実施形態と同様に電極８と半導体素子１を効果的に冷却することができる。又、フィンチューブ１２も冷却水により冷却され、このフィンチューブ１２に第２の冷却ファン１３により送風することにより筐体９内の空気が循環、冷却され、半導体素子１及び電極８ばかりでなく、筐体９内のその他の機器も冷却される。
【００１７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明の請求項１によれば、半導体素子のカソード側電極のみ水冷し、アノード側電極は水冷しないので、電食は生じない。このため、イオン交換フィルタ、冷却水循環部及び電食棒などを必要とせず、また冷却水配管も簡素化できるので、構成が簡単となり、冷却水の管理も簡単となった。
【００１８】
請求項２によれば、アノード側電極に空冷用フィンを設けており、アノード側電極及び半導体素子に対する自然空冷による冷却効果を高めることができる。
【００１９】
請求項３によれば、上記空冷用フィンに第１の冷却ファンから送風しており、冷却効果を一層高めることができる。
【００２０】
請求項４によれば、半導体素子を収納した筐体内にフィンチューブを設け、このフィンチューブをカソード側電極を冷却した冷却水により冷却し、さらにフィンチューブに第２の冷却ファンから冷却風を送るようにしており、これにより筐体内の空気が循環冷却され、半導体素子の冷却効果を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施形態１による半導体素子の冷却構造の構成図である。
【図２】 実施形態２による半導体素子の冷却構造の構成図である。
【図３】 実施形態３による半導体素子の冷却構造の構成図である。
【図４】 実施形態４による半導体素子の冷却構造の構成図である。
【図５】 従来の半導体素子の冷却構造の構成図である。
【図６】 従来の他の半導体素子の冷却構造の構成図である。
【符号の説明】
１…半導体素子
３…カソード側電極
４…冷却水配管
８…アノード側電極
９…筐体
１０…空冷用フィン
１１…第１の冷却ファン
１２…フィンチューブ
１３…第２の冷却ファン

Claims (4)

1. 半導体素子のアノード側及びカソード側に電極を設け、カソード側の電極に冷却水を通流するとともに、アノード側電極、及びカソード側電極とアノード側電極との間には冷却水を通流させないようにしたことを特徴とする半導体素子の冷却構造。
2. アノード側の電極に空冷用フィンを設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体素子の冷却構造。
3. 空冷用フィンに冷却風を送風する第１の冷却ファンを設けたことを特徴とする請求項２記載の半導体素子の冷却構造。
4. 筐体内に収納された半導体素子のアノード側及びカソード側に電極を設け、カソード側の電極に筐体外から冷却水を通流するとともに、アノード側電極、及びカソード側電極とアノード側電極との間には冷却水を通流させず、アノード側の電極に空冷用フィンを設け、かつ筐体内に設けられたフィンチューブにも上記冷却水を通流し、このフィンチューブに冷却風を送風する第２の冷却ファンを設けたことを特徴とする半導体素子の冷却構造。

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