JPH0363825B2 - - Google Patents

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JPH0363825B2
JPH0363825B2 JP60074283A JP7428385A JPH0363825B2 JP H0363825 B2 JPH0363825 B2 JP H0363825B2 JP 60074283 A JP60074283 A JP 60074283A JP 7428385 A JP7428385 A JP 7428385A JP H0363825 B2 JPH0363825 B2 JP H0363825B2
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JP
Japan
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cooling
semiconductor
conductor
boiling
cooling piece
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Yoshinori Usui
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体素子の沸騰冷却装置の改良に関
し、特に、冷却効率の向上に係るものである。
〔発明の背景〕
半導体素子の沸騰冷却技術は、特に、大容量の
半導体素子を必要とする鉄道車両のチヨツパ装置
やインバータ装置を中心として進歩している。
その構造の例としては、例えば、特開昭55−
68662号公報に示されているように、半導体スタ
ツクとフロン113等の冷媒液を冷却容器に収容し、
この冷却容器の上方に、この冷却容器と連通する
凝縮器を設け、全体として外気と密封した密封容
器を構成する。
そして、半導体スタツクは、例えば、特開昭55
−41734号公報に開示されているように、半導体
素子を冷却片（放熱板）で挾み、更に、その外側
を配線用導体で挾んでいる。ここで、上記冷却片
は、冷媒液への熱放散特性を向上させるために、
表面を多孔質あるいは粗面構造とすることが知ら
れ、更に、上記冷却片と配線用導体間に間隙を作
るために複数のピンを介挿することが提案（上記
公報参照）されている。
しかしながら、最近の半導体素子の大容量化並
びに高周波パルス幅制御化に伴う発熱量の増大に
対処するため、冷却効率の飛躍的向上が切望され
ている。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、冷却効率を向上した半導体素
子の沸騰冷却装置を提供することである。
〔発明の概要〕
本発明は、半導体素子と、この素子の発生熱を
冷媒液へ放散する冷却片と、この冷却片に接触す
る配線用導体とを備えるものにおいて、冷却片に
接する導体の接触面を断続接触面としたことを特
徴とする。
本発明の望ましい一実施態様においては、上記
冷却片は、半導体素子と導体を結ぶ方向に貫通す
る直径0.2mm前後の細孔を有し、上記導体には、
冷却片との接触面寸法より長く、かつ２mm以上の
幅を有する縦長のスリツトを備える。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。
第１図において、冷却容器１には、半導体スタ
ツク２と冷媒液３とが収容され、その上方には、
この冷却容器１と連通する凝縮器４が設けられて
いる。凝縮器４は、ヘツダー４１と４２間を複数
の凝縮管４３や４４で連通しており、これらの凝
縮管４３や４４には、冷却フイン群４５を備えて
いる。冷却容器１と凝縮器４を結ぶ連通管５は、
１ケ所のみであり、冷媒蒸気３１，３２および３
３の上昇部と、凝縮した冷媒液３４，３５および
３６の戻り部とを兼ねている。
さて、半導体スタツク２は、半導体素子２１や
２２、冷却片（放熱板）２３〜２６および配線用
導体２７〜２９等を積層し、図示矢印の方向から
加圧するようにしてスタツク構造が構造されてい
る。
第２図は、第１図の半導体スタツク２の部分拡
大図であり、第３図はその配線用導体２８のみを
抜出して示す斜視図である。導体２８は、冷却片
２４および２５と接触する面積Ａより長い多数の
縦長のスリツト２８１を備えている。従つて、上
記面積Ａ内のスリツト２８１群を除く面が、冷却
片２４や２５に接触する。従つて、導体２８のス
リツト部２８１においては、冷却片２４の表面と
冷媒液が接しており、この部分で冷媒の沸騰が可
能であり、沸騰により発生した蒸気は、スリツト
２８１に沿つて上昇し、凝縮器４へ熱伝達を行
う。このため、半導体素子２１の発熱部２１１で
の発生熱は、矢印ｄ１，ｄ２を通る最短路で熱伝
達が行われ、冷却片２４や２５の熱抵抗を大幅に
低減することができる。
第２図においては、冷却片２３，２４および２
５の表面を、多孔質構造あるいは粗面２３Ｓ，２
４Ｓおよび２５Ｓとしたものとして図示したが、
この場合には、前記導体２８のスリツト部２８１
に露出している冷却片表面をも、多孔質あるいは
粗面とすることが望ましい。
第４図には、冷却片２３，２４，２５および２
６を構成するに好適な構造の斜視図を示す。すな
わち、冷却片２４は、冷却片単位２４１，２４２
および２４３の積層体として構成され、各単位冷
却片には、両面に、互いに直角方向をなす多数の
溝Ｖ１，Ｖ２〜VnおよびＨ１，Ｈ２〜Hnが形成
されている。
これらの溝は、第５図に更に拡大して示すよう
に、溝の深さａ１，ａ２は、残りの厚さｂ１，ｂ
２より深い。従つて、垂直溝と水平溝の交点では
第４図に示す矢印Ｂ方向に貫通した細孔を有して
いる。
このような構造の冷却片を用いた場合には、特
に次のような効果が得られる。
すなわち、冷媒液３が効率よく沸騰するには、
小径（0.2mm前後）の孔を有することが望ましい。
しかし、一旦、沸騰によつて気化した蒸気を効率
よく対流させるには、沸騰部の十倍以上の径（２
mm〜３mm）を持つ縦方向の通路が必要である。
第４図および第５図に示す冷却片２４によれ
ば、半導体素子１の近傍に縦横に走る多数の細孔
を有することとなり、効率の高い沸騰が得られ
る。しかも、これらの沸騰により発生した蒸気
は、これらの細孔のみでは、効率良い上昇（対
流）は望めぬが、前記第４図の矢印Ｂ方向に貫通
した細孔により、第２図の矢印ｄ２方向の蒸気の
移動により、短距離で導体２８の縦長スリツト２
８１に達することができ、この部分を急速に上昇
することとなる。結局、極めて効率の高い冷却効
率を達成することができる。
第６図は、配線用導体２８の他の実施例を示す
斜視図であり、第３図と異なるところは、両面間
に貫通したスリツト２８１の代りに、一面から凹
んだ溝２８２を設ける点にある。
〔発明の効果〕
本発明によれば、冷却効率の高い半導体素子の
沸騰冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による半導体素子の沸騰冷却装
置の側面断面図、第２図はその半導体スタツク部
の一部拡大図、第３図はその配線用導体の斜視
図、第４図は第１図の冷却片の他の実施例構造を
示す斜視図、第５図はその一部拡大図、第６図は
配線用導体の他の実施例を示す斜視図である。 １……冷却容器、２……半導体スタツク、２１
〜２２……半導体素子、２３〜２６……冷却片
（放熱板）、２７〜２９……配線用導体、３……冷
媒液、３１〜３３……冷媒蒸気、３４〜３６……
凝縮液、４……凝縮器、５……連通部、２８１…
…スリツト、２８２……溝。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体素子、冷却片および配線用導体を重ね
    た半導体スタツクと、このスタツクを冷媒液と共
    に収容した冷却容器とを備え、上記半導体素子を
    上記冷媒液の沸騰を通して冷却するものにおい
    て、上記導体の上記冷却片への接触面を断続接触
    面としたことを特徴とする半導体素子の沸騰冷却
    装置。 ２ 上記導体の断続接触面は、上記冷却片に接す
    る寸法より長い複数本のスリツトを備えたもので
    ある第１項記載の半導体素子の沸騰冷却装置。 ３ 上記導体の断続接触面は、上記冷却片に接す
    る寸法より長い複数本の長溝を備えたものである
    第１項記載の半導体素子の沸騰冷却装置。 ４ 半導体素子、冷却片および配線用導体を重ね
    た半導体スタツクと、このスタツクを冷媒液と共
    に収容した冷却容器とを備え、上記半導体素子を
    上記冷媒液の沸騰を通して冷却するものにおい
    て、上記半導体素子と上記配線用導体とに挾まれ
    た上記冷却片に、これらの素子と導体を結ぶ方向
    に貫通した細孔を設けると共に、上記導体の上記
    冷却片への接触面に、冷却片に接する寸法より長
    い複数本の縦長スリツトを設けたことを特徴とす
    る半導体素子の沸騰冷却装置。 ５ 上記細孔の直径に対し、上記縦長スリツトの
    幅を十倍以上とした第４項記載の半導体素子の沸
    騰冷却装置。
JP60074283A 1985-04-10 1985-04-10 半導体素子の沸謄冷却装置 Granted JPS61234059A (ja)

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AU55686/86A AU561322B2 (en) 1985-04-10 1986-04-03 Vapour cooling a semiconductor stack
DE19863611811 DE3611811A1 (de) 1985-04-10 1986-04-08 Vorrichtung zur dampfkuehlung eines halbleiters
BR8601580A BR8601580A (pt) 1985-04-10 1986-04-08 Aparelho para refrigeracao por vaporizacao de um semicondutor
US06/849,834 US4694323A (en) 1985-04-10 1986-04-09 Apparatus for vapor-cooling a semiconductor
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KR1019860002728A KR860008604A (ko) 1985-04-10 1986-04-10 반도체의 비등 냉각 장치

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