JPH0513063U - 半導体素子冷却用ヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】受熱ブロックに取り付けられた冷却風の上流側
の素子と下流側の素子の温度差を減らす。 【構成】受熱ブロック２とヒートパイプ３Ａ，３Ｂ，３
Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆの列を放熱フィン４の間を流れる
冷却空気の流れの方向に対して傾斜させ、放熱フィン４
の中間部に放熱フィン４の間を流れる冷却空気を仕切る
案内部４ａを設ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、複数本のヒートパイプを内蔵した半導体素子冷却用ヒートシンクに 関する。

【０００２】

【従来の技術】

半導体装置においては、電力変換器の高性能化のために、高速スイッチング素 子を使った高周波ＰＷＭ制御方式の採用が増え、半導体装置の大容量化に伴い大 容量の素子を並列にして用いられている。また、高周波ＰＷＭ制御方式では、高 速スイッチング素子間のリアクタンスを減らして、スイッチングで発生するサー ジ電圧を抑える必要があるので、高速スイッチング素子は互いに近接して取り付 けられている。 したがって、高速スイッチング素子で発生した熱は、局部的に集中するので、 この局部に集中した熱を冷やすために、従来から空冷式のヒートシンクが用いら れている。

【０００３】 図６は、従来の半導体素子冷却用ヒートシンク（以下、ヒートシンクという） の一例を示し、図６の左側面図を図５（ｂ）に示す。図６及び図５（ｂ）におい て、ヒートシンク11は、図６の左側に示す略正方形の厚板の受熱ブロック２と、 この受熱ブロック２に図６において右側から加工された円柱状の穴に気密に挿入 され内部に冷媒として純水が注入されたヒートパイプ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ， ３Ｅ，３Ｆと、これらのヒートパイプ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆに挿 着されたアルミニウム板材の放熱フィン14で構成され、このうち、受熱ブロック ２の両面には、冷却対象となる同定格の高速スイッチング素子（以下、素子とい う）５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄが取り付けられている。

【０００４】 図７は、上述のヒートシンク11と各素子５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄでなる半導体 スタック12が電力変換装置の箱体７に収納された状態を示す右側面図、図８は図 ７の左側面図（すなわち、電力変換装置の正面図）である。 図７及び図８において、箱体７の前面には、扉９が開閉自在に取り付けられ、 この扉９の下部には、図示しないフィルタが着脱自在に取り付けられた吸気口９ ａが設けられ、箱体７の内部には、天井面の下部に、換気扇８が取り付けられて いる。 この換気扇８の下側には、図６で示す半導体スタック12が受熱ブロック２を扉 ９に近接させて、３個前後方向に収納されている。

【０００５】 このように箱体７に配置収納された半導体スタック12においては、電力変換装 置の運転時には、吸気口９ａから矢印Ｄのように箱体７に流入した冷却空気が、 半導体スタック12の放熱フィン14で加熱された後、換気扇８によって矢印Ｅに示 すように箱体７の上方に排出されることで冷却される。 一方、保守面においては、受熱ブロック２を扉９の直後に位置させることで、 保守・点検時には扉９を開いて各素子を容易に点検したり交換できるように考慮 されている。 更に、素子の冷却面と箱体７の実装密度の面においては、受熱ブロック２の両 面にそれぞれ４個の素子を取り付けることで、素子取付部と受熱部を小形化する とともに、受熱ブロック２を箱体７の内部では縦にして取り付けることで、受熱 ブロック２の両面を流れる冷却空気による冷却条件の均一化が図られている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、このように構成され箱体７の内部で冷却されるヒートシンク11にお いては、図６に示すヒートパイプのうち、図７において下端となるヒートパイプ ３Ｆはよく冷えるが、上方に位置するヒートパイプは、その下方のヒートパイプ と放熱フィン14で暖められた冷却空気で冷却されるので、冷却温度が順に上って きて、最上位のヒートパイプ３Ａでは温度が最高となる。すると、受熱ブロック ２も下部は冷えるが上部になるほど冷えないので、素子５Ａ，５Ｃと素子５Ｂ， ５Ｄの温度上昇の違いによる出力特性の相違で、電力変換装置の特性が低下する おそれもある。 そこで、本考案の目的は、受熱ブロックに取り付けられた冷却風の上流側の素 子と下流側の素子の温度差を減らすことのできる半導体素子冷却用ヒートシンク を得ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】

本考案は、複数の半導体素子が取り付けられた受熱ブロックの端面から列をな して突設された複数のヒートパイプに複数枚の冷却フィンが挿着された半導体素 子冷却用ヒートシンクにおいて、受熱ブロックとヒートパイプの列を冷却フィン の間を流れる冷却空気の流れの方向に対して傾斜させ、冷却フィンの中間部に冷 却フィンの間を流れる冷却空気を仕切る案内部を設けることで、冷却空気の上流 側のヒートパイプで加熱された冷却空気の下流側のヒートパイプへの影響を防い で、受熱ブロックに取り付けられた冷却風の上流側の素子と下流側の素子の温度 差を減らした半導体素子冷却用ヒートシンクである。

【０００８】

【実施例】

以下、本考案の半導体素子冷却用ヒートシンクの一実施例を図面を参照して説 明する。但し、従来の図６と重複する部分には同一符号を付して説明を省く。 図１は、本考案のヒートシンクを示す図、図２（ａ）は、図１の左側面図、図 ２（ｂ）は、図１のＡ−Ａ断面図、図３（ａ）は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面拡大 詳細図である。

【０００９】 図１，図２及び図３（ａ）において、受熱ブロック２とヒートパイプ３Ａ，３ Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆの取付関係及び受熱ブロック２と素子５Ａ，５Ｂ， ５Ｃ，５Ｄの取付関係は、従来の図６と同一であるが、放熱フィン４とヒートパ イプ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆとの取付角度が約45°異なっている。 すなわち、各放熱フィン４には、対角線上に各ヒートパイプ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆが貫挿される穴が設けられ、各ヒートパイプ３Ａ，３Ｂ，３ Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆは、この対角線上の穴に挿着され、この結果、受熱ブロッ ク２も放熱フィン４の対角線と板の中央部が一致している。

【００１０】 更に、各放熱フィン４の中間部には、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように 、放熱フィン４を上下方向が長い長方形に切り欠き、この切り欠き部を後方に直 角に折り曲げて先端が後方に隣接した放熱フィンに当接した案内部４ａと、この 案内部４ａによって形成された長方穴４ｂが、図２（ｂ）において放熱フィン４ の上下方向中央から上下に対称に形成されている。

【００１１】 このように構成されたヒートシンクにおいては、従来と同様箱体の天井部に換 気扇が取り付けられた箱体の内部に収納されたときには、換気扇で各放熱フィン 14の間を上昇する冷却空気は、図２（ｂ）の矢印Ｃ１，Ｃ３で示すように、下側 の案内部４ａの左右をほぼ同じ流速で上昇する。そして、この左右の冷却空気は 、各ヒートパイプ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆの間を抜けた後は、上側 の案内部４ａで矢印Ｃ２，Ｃ４で示すようにそのまま上昇して換気扇で排出され る。

【００１２】 このとき、ヒートパイプ３Ｆで加熱された冷却空気の一部は、垂直に上昇せず 、ヒートパイプ３Ｅで加熱され上昇する冷却空気でやや右側に流され、同じく、 ヒートパイプ３Ｅで加熱された冷却空気の一部もやや右側に流されるが、上下の 案内部４ａで遮蔽されて、その右側には流入しない。

【００１３】 したがって、ヒートパイプ３Ａ，３Ｂ，３Ｃと、ヒートパイプ３Ｄ，３Ｅ，３ Ｆで冷却される受熱ブロック２は、上半と下半をほぼ均等に冷却されるので、上 下に位置する素子５Ａ，５Ｃと素子５Ｂ，５Ｄの温度差を減らすことができる。

【００１４】 図３（ｂ）は、本考案のヒートシンクの他の実施例を示し、案内部３ａよりも やや短い案内部４ｃを各ヒートパイプ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆの列 とほぼ直交方向に形成したときを示す。このときには、図２（ｂ）と同様に、ヒ ートパイプ３Ｄで加熱された冷却空気のヒートパイプ３Ｃへの影響を防ぐことが できるだけでなく、各ヒートパイプ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆの列の 勾配が緩やかなときや、ヒートパイプ３Ｃとヒートパイプ３Ｄとの間隔が広いと きに対応できる利点がある。

【００１５】 次に、図４は、本考案のヒートシンクの異なる他の実施例を示し、図５は図４ の左側面図を示す。図４及び図５において、受熱ブロック12の中央部には、左右 に長い長円穴10が設けられている。この場合には、上下の素子の間に滞留して温 度上昇した冷却空気を長円穴10から上方に貫流させることができるので、図１の ヒートシンクに比べて特に上部の素子５Ａ，５Ｃを冷却することができる利点が ある。

【００１６】

【考案の効果】

以上、本考案によれば、複数の半導体素子が取り付けられた受熱ブロックの端 面から列をなして突設された複数のヒートパイプに複数枚の冷却フィンが挿着さ れたヒートシンクにおいて、受熱ブロックとヒートパイプの列を冷却フィンの間 を流れる冷却空気の流れの方向に対して傾斜させ、冷却フィンの中間部に冷却フ ィンの間を流れる冷却空気を仕切る案内部を設けることで、冷却空気の上流側の ヒートパイプで加熱された冷却空気の下流側のヒートパイプへの影響を防いだの で、受熱ブロックに取り付けられた冷却風の上流側の素子と下流側の素子の温度 差を減らすことのできる半導体素子冷却用ヒートシンクを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の半導体素子冷却用ヒートシンクの一実
施例を示す図。

【図２】（ａ）は、図１の左側面図、（ｂ）は、図１の
Ａ−Ａ断面図。

【図３】（ａ）は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）
は、本考案の半導体素子冷却用ヒートシンクの他の実施
例を示す図。

【図４】本考案の半導体素子冷却用ヒートシンクの異な
る他の実施例を示す図。

【図５】（ａ）は、図４の左側面図、（ｂ）は、図６の
左側面図。

【図６】従来の半導体素子冷却用ヒートシンクの一例を
示す図。

【図７】従来の半導体素子冷却用ヒートシンクが収納さ
れた電力変換装置の箱体を示す右側面図。

【図８】図７の左側面図。

【符号の説明】

１…ヒートシンク、２，12…受熱ブロック、３Ａ，３
Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ…ヒートパイプ、４，14…
放熱フィン、４ａ…案内部、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ…
半導体素子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の半導体素子が取り付けられた受熱
   ブロックの端面から列をなして突設された複数のヒート
   パイプに複数枚の冷却フィンが挿着された半導体素子冷
   却用ヒートシンクにおいて、前記受熱ブロックと前記ヒ
   ートパイプの列を前記冷却フィンの間を流れる冷却空気
   の流れの方向に対して傾斜させ、前記冷却フィンの中間
   部に前記冷却フィンの間を流れる前記冷却空気を仕切る
   案内部を設けたことを特徴とする半導体素子冷却用ヒー
   トシンク。