JPH01192152A

JPH01192152A - 電気発熱体の冷却装置

Info

Publication number: JPH01192152A
Application number: JP1785688A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Inoue; 均井上; Kenji Kataoka; 片岡　憲二; Kiyoshi Hani; 羽仁　潔; Masao Fujii; 雅雄藤井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-01-28
Filing date: 1988-01-28
Publication date: 1989-08-02
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPH0828445B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は例えば半導体素子等の電気発熱体の冷却装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図および第４図は例えば昭和５９年４月２５日発行
明電時報遅２通巻１７５号（昭和５９年３゜４月号ｐ３
４〜ｐ３６）　に示されているこの種装置の従来の構成
を示すもので第３図は正面断面図、第４図は側面断面図
である。これら各図において。

（１）はサイリスタ、トランジスタなどの半導体素子等
からなる電気発熱体Ｃ以下、半導体素子と称す）　、　
［２１は半導体素子【１）に密接して設けられた金属ブ
ロックであり１半導体素子１１）の発％を導出するため
鋼、アルミニウム等の熱伝導性の良い金属で構成てれて
いる。（２人）は金属ブロック（２）に設けた端子であ
シ、半導体素子ｆ１）の電流を外部に取シ出す。（３Ａ
）、　（３Ｂ）、　（３Ｃ）は金属ブロック（２）内に
形成された複数個の穴部、　（４Ａ）、（４Ｂ）、（４
Ｇ）は半導体素子（１）の発熱を外部へ導くためのヒー
トパイプであ夛それぞれ密封さｎ次パイプ−の内部にフ
ロン等ノ液状の冷震卿ヲ封入し比ものである。パイプｗ
Ｊ〇一端＠鋤は金属ブロック＋２１に形成した穴ｇ　（
３Ａ）。

（３Ｂ）、（３Ｃ）にそれぞれ挿着され、パイプ−の他
端［−は金属ブロック【２）の外方、即ち、上方に延在
しており、他端側−には放熱用のフィン■が設けられて
いる。尚、冷謀卿は常時はパイグーの一端＠（イ）に位
置するようになっている。＋５１は各ヒートパイプ（４
Ａ）、　（４Ｂ）、　（４Ｃ）の他端＠（至）を覆うよ
うに設けられた風胴であり、電気絶縁材により構成され
ている。（６）は風胴（５）に冷風を供給するファン、
（７）はこれら溝数部品が載置される基板であり、電気
絶縁材により構成されている。

次に動作について説明する。半導体素子（１）によって
発生され比熱は金属ブロック１２３に伝達され。

更に穴部Ｃ３Ａ）、（３Ｂ）、　（３Ｃ）の壁面を経て
ビートパイプ（４Ａ）、　（４Ｂ）、　（ａｃ）ｃＤ一
端ａｒｍニ伝達すれ、そノ内部に封入され次冷媒ＩＡＩ
）に伝達される。この結果。

冷媒に１）は沸騰あるいは蒸発して気化し、第３図およ
び第４図の上方、即ち、パイグーの他端側罎に移動する
。他端側御においてはファン（６）からの冷却風によっ
てその壁面が冷却されるため、下方から移動してきた気
化した冷媒姉が他端側部の壁面で熱交換することによシ
凝縮液化し、パイグーの壁面にそって再び一端ｇａ（イ
）に還流する。この場合バイグーの内面を粗面に形成す
ることによシ冷却効果を一層増大することができる。半
導体素子（１１に電圧がかかると、金属ブロック（２）
、ヒートパイプ（４Ａ）、　（４Ｂ）、　（４Ｃ）　Ｉ
ｃも’ｆＬ位カカカル。従ッテ、風胴【５）、基板（７
）は充分な絶縁強度と沿面距離を有する絶縁材で構成し
、取付［（アース側）との間で絶縁ｔ−確実にする必要
がある。尚、他端側（至）の冷却はファン（６）による
タイプを示したが、これは自然対流あるいは輻射による
冷却であっても同様である。又、半導体素千口）の電流
は金属ブロック（２）。

端子（２Ａ）を経て外部に取少出す。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上述し次従来装置では、金属ブロア　り１
２）、　　ヒートパイプ（４Ａ）、　（４Ｂ）、　（４
Ｃ）にも電位がかかる友めに、風胴（５）、基板（７）
を高価な絶縁材で構成する必要があシ、全体として高価
な装置となる課題がある。特に風胴（５＞はパイプ哨、
放熱用フィン＠４ｔ−囲続する友め形状が大きくな夛材
料費用も増大し４又、形状も複雑となる課題を有してい
る。さらに、パイプ菊、放熱用のフィン（財）には冷却
風が供給される友め導電性のゴミなどの無い清浄な冷却
風を必要とする課題がある。又、基板（１）は金属ブロ
ック１２）などの重量を支える次めに必要以上に板厚の
大きな高価な絶壁基板となる課題がある。

この発明は王妃のような課題を解消する穴めになされた
ものであり１金属ブロツク、ヒートパイプに電位が伝わ
らなし電気発熱体の冷却装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る電気発熱体の冷却装置は、電気発熱体と
金属ブロックとの闇に高熱伝導性電気絶縁体を配設した
ものである。

〔作用〕

この発明における電気発熱体の冷却装置は、高熱伝導性
電気絶縁体によシ′電気発熱体の熱を金属ブロックに伝
えるとともに電気発熱体の電位を金属ブロックに伝えず
電気絶縁する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図および第２因に基づ
いて説明する。第１図は正面断面口、第２図は側面断面
図である。これら各図において。

（２）は金属ブロックであり、従来のような端子（２人
）を有していない。（８）は半導体素子（１）と金属ブ
ロック（２）との間に配設され、半導体素子（１）の′
ＩＩＬ流を外部に取り出す端子であフ、導電性金属から
なる。

（９）は半導体素子（１）と金属ブロック（２１との間
、即ち端子（８）と金属ブロック（２）との間に配設さ
れた高熱伝導性電気絶縁体であり１例えばｔ９ばツクペ
ーパーに樹脂を含浸させたプリプＶグクートを積層し加
熱硬化させて形成されてお９．半導体素子ｉｔ）が発生
した熱を金属ブロック１２）に伝えるとともに半導体素
子（１）の電位を金属ブロック（２）に伝えず電気絶縁
する。α０は各ヒートパイプ（ａＡ）、　（ａＢ　）、
　（ａＣ）の他端側（，４３ヲ覆うように設けられた風
胴であり、従来のように必ずしも電気絶縁材で構成する
必要はない。α］）ｔ／′ｉ各構成部品が載置される基
板であり、従来のように必ずしも電気絶縁材で構成する
必要はない。

次に動作について説明する。半導体素子１１）から発生
した熱は端子（８）、高熱伝導性電気絶縁体（９）。

金属ブロック（２）Ｖこ伝達され、更に穴部（３Ａ１．
　（３Ｈ）。

（３Ｃ）の壁ｒＹＵ（ｉ７経てヒートパイプ（４Ａ）、
　（４Ｂ）、　（、ａＣ）の一端側（ハ）に伝達さｎ、
その内部に封入された冷媒（４℃に伝達される。この結
果、冷媒は１は沸騰あるいは蒸発して気化する。その後
の熱伝達機能は従来のものと同様である友め説明を省略
する。又。

半導体素子＋１１に流れる電流は端子（８）よシ外部へ
取り出される。そして、高熱伝導性電気絶縁体（９）に
よシ金属ブロックＣ２）、ヒートパイプ（４Ａ　）、　
（４Ｂ　）。

（４Ｃ］は半導体素子Ｃ１）、端子（８）と電気的に絶
縁さｎており電位がかからない。従って、風胴αｑ、基
板αυは電気絶縁材で構成する必要がなく、非常に安価
な装置とすることができる。又、基板（６）は電気絶縁
材で構成しなくてよいので、必要以上に板厚を大さくす
る必要がない。又、風胴α０は電気絶縁材で購成しなく
てよいので、−その製作を容易に行うことができる。さ
らに、パイプ菊、放熱用のフィン（ロ）には電位がかか
らないので、導電性のゴミなどの無い清浄な冷却風を必
ずしも供給しなくてもよく、又、風胴αｑｔ−設けなく
てもよい。

尚、上記実施例では高熱伝導性電気絶縁体（９）はセラ
はンクベーバーに樹脂を含浸させた７　１Ｊプレグシー
トを積層し加熱硬化させて形成した場合について述べた
が、セラミックペーパー’ｅ金Ｒブロック（２）と端子
（８）との間に挿着した後、セラミックペーパーに樹脂
を滴下し浸透させ硬化させて形成するようにしてもよい
。

又、セラミンクベーパーとしては、例えばアルミナ短繊
維と有機バインダーとしてミクロフィブリル化セルロー
スを用いて成形さｎ之アルミナペーパーとしてもよく、
熱伝導性大、電気絶縁性大、防錆大２耐環境性大、耐圧
接強度大などの優れ念利点を有している。尚、セラミッ
クペーパートシてアルミナベーパーに限定されるもので
はなく類似のものも含むことは勿論のことである。

又、セラミックペーパーに樹脂を含浸させたプリプレグ
シートラ積層して積属板構造の高熱伝導性電気絶縁体と
し、エポキシ、ナイｃＩｙ樹脂等の接着剤を塗布し、圧
接時に電気発熱体あるいは金属ブロックに貼付するよう
にしてもよい。

尚、ヒートパイプ内に封入される冷媒として、水、アン
モニア、７０リナート、ダワサーム、アルコール等、ａ
々のものが使用可能であるが、熱輸送能力の点で水が最
も優れている。

又、電気発熱体としては、半導体素子に限定されるもの
ではなく、各種電子部品、電気素子などにも適用し得る
ことは勿論のことであシ、同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通シ２電気発熱体と金属ブロッ
クとの間＞Ｃ配設した高熱伝導性゛電気絶縁体によシ、
電気発熱体の熱を金属ブロックに伝えるとともに電気発
熱体の電位を金属ブロックに伝えず電気絶縁するように
したので、極めて安価な装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例による電気発
熱体の冷却装Ｒ’ｅ示す正面断面図および側面断面図、
第３図および第４図は従来の電気発熱体の冷却装＃を示
す正面断面図および側面断面図である。図において、ｆｌ）は電気発熱体、（２）は金属ブロッ
ク、　　（４Ａ）、（４Ｂ）、（４Ｃ）はヒートパイプ
、（９）は高熱伝導性電気絶縁体である。なお２図中同一符号は同一、又は相当部分を示す０

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　電気発熱体が装着され上記電気発熱体のヒート
シンクとなり得る金属ブロックと、上記金属ブロックに
連設され内部に冷媒が封入されたヒートパイプと、上記
電気発熱体と上記金属ブロックとの間に配設された高熱
伝導性電気絶縁体とを備えたことを特徴とする電気発熱
体の冷却装置。
（２）　高熱伝導性電気絶縁体はセラミックペーパーに
樹脂を含浸させたプリプレグシートを積層し加熱硬化さ
せて形成されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の電気発熱体の冷却装置。
（３）　高熱伝導性電気絶縁体はセラミックペーパーを
電気発熱体と金属ブロックとの間に挿着した後、セラミ
ックペーパーに樹脂を滴下し侵透させ硬化させて形成さ
れたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電気
発熱体の冷却装置。
（４）　セラミックペーパーはアルミナペーパーからな
ることを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項に
記載の電気発熱体の冷却装置。