JP5580162B2 - 半導体の両面冷却用熱交換器 - Google Patents

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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。
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。
特許第４０８９５９５号公報
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。
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、外周に工具把持面を形成するフランジ部(17)を有する連結ナット(7)の螺着により、各エレメント(1)(2)間距離を可変にできるように、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)間に各種厚さの半導体(8)の両面が挟持されるように構成すると共に、前記各接続パイプ(3)(4) および前記連結ナット(7) 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。
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、外周に工具把持面を形成するフランジ部(17)を突設し且つ、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)間の距離を可変にできるように、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)間に各種厚さの半導体(8)が挟持されるように構成すると共に、前記各接続パイプ(3)(4) および前記連結パイプ(9)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。
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、それらの間が外周に工具把持面を形成するフランジ部(17)を突設された連結ナット７（または外周に工具把持面を形成するフランジ部(17)を突設された連結パイプ９）によって可変となるように締結されるから、構造が簡単で且つ各種厚さの半導体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および連結ナット７（連結パイプ９)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。
本発明の第１実施例の一部断面正面図。 同要部縦断面図。 同要部分解斜視図。 本発明の第２実施例の要部縦断面図。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
（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。
（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。
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
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

Claims (2)

  1. 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、外周に工具把持面を形成するフランジ部(17)を有する連結ナット(7)の螺着により、各エレメント(1)(2)間距離を可変にできるように、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)間に各種厚さの半導体(8)の両面が挟持されるように構成すると共に、前記各接続パイプ(3)(4)および前記連結ナット(7)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。
  2. 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、外周に工具把持面を形成するフランジ部(17)を突設し且つ、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)間の距離を可変にできるように、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)間に各種厚さの半導体(8)が挟持されるように構成すると共に、前記各接続パイプ(3)(4)および前記連結パイプ(9)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。
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