JPH0513630A - ヒートパイプ式半導体冷却器 - Google Patents
ヒートパイプ式半導体冷却器Info
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- JPH0513630A JPH0513630A JP19252291A JP19252291A JPH0513630A JP H0513630 A JPH0513630 A JP H0513630A JP 19252291 A JP19252291 A JP 19252291A JP 19252291 A JP19252291 A JP 19252291A JP H0513630 A JPH0513630 A JP H0513630A
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- Japan
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- semiconductor
- semiconductor device
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明はサイリスタ等の電力半導体を冷却す
るための冷却器であって、軽量なアルミニウム製ブロッ
クとし、かつブロックと半導体との間に発生する電食を
防止し、接触電気特性を高めると共にハンダ付性を改善
したものである。 【構成】 ヒートパイプ式半導体冷却器の半導体素子取
り付け用ブロック(3) をアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金製とし、該ブロックの内外表面にニッケルメッキ
層を設けてなるヒートパイプ式半導体冷却器。
るための冷却器であって、軽量なアルミニウム製ブロッ
クとし、かつブロックと半導体との間に発生する電食を
防止し、接触電気特性を高めると共にハンダ付性を改善
したものである。 【構成】 ヒートパイプ式半導体冷却器の半導体素子取
り付け用ブロック(3) をアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金製とし、該ブロックの内外表面にニッケルメッキ
層を設けてなるヒートパイプ式半導体冷却器。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はサイリスタ等の電力半導
体を冷却するための小型で軽量なアルミニウム製ブロッ
クを用いたヒートパイプ式半導体冷却器に関するもので
ある。
体を冷却するための小型で軽量なアルミニウム製ブロッ
クを用いたヒートパイプ式半導体冷却器に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術とその課題】サイリスタ等の電力半導体の
冷却器としてヒートパイプを用いた冷却器は本発明者等
により特開昭６０−５７９５６号としてすでに公知であ
る。このヒートパイプ式半導体冷却器は図５、６に示す
ように熱伝導の良好な銅から成るヒートパイプ(1) の一
端部に銅またはアルミニウムよりなる多数枚のフィン
(2) を取り付け放熱部を形成し、ヒートパイプの他端部
に銅またはアルミニウム製のブロック(3) が装着されて
入熱部が形成されている。なおブロックには電極端子が
取り付けられているものもある。このブロック面上には
半導体(4) が取り付けられ、半導体の発生熱は該ブロッ
クを介してヒートパイプに伝達され、ヒートパイプ他端
部のフィンにより自然対流または強制対流によって外気
中に放散され、半導体は効率良く冷却される。また、上
記のヒートパイプ冷却器はヒートパイプの一部にアルミ
ナ等のセラミックス製の電気絶縁筒を配して、半導体が
取付けられているブロック部とフィン部を電気的に絶縁
されたヒートパイプ式半導体冷却器もある。ここで、比
較的大容量の半導体冷却用には銅ブロックが使用され、
小容量用にはアルミニウムブロックが用いられている。
なお、通常銅ブロック面には電食防止のためニッケルや
錫メッキ等が施され、アルミブロックは直接メッキが困
難のため無処理であった。ところで近年の省エネルギ
ー、省資源の社会的要請に応じて、多くの電力制御機器
内に計装されているサイリスタ等の電力半導体冷却器も
軽量で小型なものが要求されている。特に電気鉄道では
その車両重量を大幅に軽量化して、高速走行時での電力
消費量を低減することが行われている。このため電鉄車
両搭載用の半導体冷却器も小型化軽量化の要求は非常に
大きくなっている。そこで上記の社会的要請に対応して
ヒートパイプ冷却器も大幅に軽量化する必要性が出てき
た。このため、従来大容量半導体の冷却用ヒートパイプ
冷却器には銅が多く用いられてきたが、これにも軽量な
アルミニウムを使用する必要がある。ここで、ヒートパ
イプ式冷却器を構成している各部重量はヒートパイプ単
体に比べて入熱用ブロックがその重量比率の大半を占め
ており、これの重量を低減することが重要である。しか
してヒートパイプ式冷却器のブロック材にアルミニウム
を使用した場合下記のような問題がある。すなわち通常
は、図６に示すように半導体(4) のポスト面は銅にニッ
ケルメッキが施されているが、これをアルミニウム製ブ
ロックに取り付ける場合、半導体のポスト面とアルミニ
ウムブロック面との間で電食が発生し、ブロックの半導
体取付アルミニウム面(5) が侵され、接触不良が生じ電
気特性を損なう問題があった。またアルミニウムはその
表面に強固な酸化被膜を有するため、ヒートパイプ(1)
をブロック(3) に挿入してハンダ付けする際には通常の
ハンダ材では不可能で特殊なハンダ材が必要であった。
冷却器としてヒートパイプを用いた冷却器は本発明者等
により特開昭６０−５７９５６号としてすでに公知であ
る。このヒートパイプ式半導体冷却器は図５、６に示す
ように熱伝導の良好な銅から成るヒートパイプ(1) の一
端部に銅またはアルミニウムよりなる多数枚のフィン
(2) を取り付け放熱部を形成し、ヒートパイプの他端部
に銅またはアルミニウム製のブロック(3) が装着されて
入熱部が形成されている。なおブロックには電極端子が
取り付けられているものもある。このブロック面上には
半導体(4) が取り付けられ、半導体の発生熱は該ブロッ
クを介してヒートパイプに伝達され、ヒートパイプ他端
部のフィンにより自然対流または強制対流によって外気
中に放散され、半導体は効率良く冷却される。また、上
記のヒートパイプ冷却器はヒートパイプの一部にアルミ
ナ等のセラミックス製の電気絶縁筒を配して、半導体が
取付けられているブロック部とフィン部を電気的に絶縁
されたヒートパイプ式半導体冷却器もある。ここで、比
較的大容量の半導体冷却用には銅ブロックが使用され、
小容量用にはアルミニウムブロックが用いられている。
なお、通常銅ブロック面には電食防止のためニッケルや
錫メッキ等が施され、アルミブロックは直接メッキが困
難のため無処理であった。ところで近年の省エネルギ
ー、省資源の社会的要請に応じて、多くの電力制御機器
内に計装されているサイリスタ等の電力半導体冷却器も
軽量で小型なものが要求されている。特に電気鉄道では
その車両重量を大幅に軽量化して、高速走行時での電力
消費量を低減することが行われている。このため電鉄車
両搭載用の半導体冷却器も小型化軽量化の要求は非常に
大きくなっている。そこで上記の社会的要請に対応して
ヒートパイプ冷却器も大幅に軽量化する必要性が出てき
た。このため、従来大容量半導体の冷却用ヒートパイプ
冷却器には銅が多く用いられてきたが、これにも軽量な
アルミニウムを使用する必要がある。ここで、ヒートパ
イプ式冷却器を構成している各部重量はヒートパイプ単
体に比べて入熱用ブロックがその重量比率の大半を占め
ており、これの重量を低減することが重要である。しか
してヒートパイプ式冷却器のブロック材にアルミニウム
を使用した場合下記のような問題がある。すなわち通常
は、図６に示すように半導体(4) のポスト面は銅にニッ
ケルメッキが施されているが、これをアルミニウム製ブ
ロックに取り付ける場合、半導体のポスト面とアルミニ
ウムブロック面との間で電食が発生し、ブロックの半導
体取付アルミニウム面(5) が侵され、接触不良が生じ電
気特性を損なう問題があった。またアルミニウムはその
表面に強固な酸化被膜を有するため、ヒートパイプ(1)
をブロック(3) に挿入してハンダ付けする際には通常の
ハンダ材では不可能で特殊なハンダ材が必要であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題に
ついて鋭意研究の結果、ヒートパイプ式半導体冷却器の
ブロック材をアルミニウム製とし、かつ耐食性と接触電
気特性を向上させて軽量で、高品質なヒートパイプ式半
導体冷却器を開発したものである。
ついて鋭意研究の結果、ヒートパイプ式半導体冷却器の
ブロック材をアルミニウム製とし、かつ耐食性と接触電
気特性を向上させて軽量で、高品質なヒートパイプ式半
導体冷却器を開発したものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、ヒートパイプ
式半導体冷却器の半導体素子取り付け用ブロックをアル
ミニウムまたはアルミニウム合金製とし、該ブロックの
内外表面にニッケルメッキ層を設けてなるヒートパイプ
式半導体冷却器である。すなわち本発明は図１、２に示
すように半導体取付け用ブロック(3)をアルミニウムま
たはアルミニウム合金（以下単にアルミニウムと云う）
製として軽量化を図ると共に該ブロックのヒートパイプ
挿入孔(6) も含む内外表面にニッケルメッキ層を設けた
ものである。すなわち本発明は例えばアルミニウム製の
ブロック(3) に一定の内径、一定の間隔にて複数の孔ぐ
り加工しヒートパイプ挿入孔(6) とし、この孔内全面と
外表面全体に（下地処理として亜鉛置換処理または銅拡
散処理をする）ニッケルメッキ層を設ける。しかる後該
孔それぞれに同じくニッケルメッキされた銅製のヒート
パイプ(1) を挿入し、錫−鉛系等の低温ハンダ材等にて
ヒートパイプとの間隙を充填接合する。この場合ヒート
パイプ挿入孔内面にはニッケルメッキ層が設けられてい
るため、無処理材に比べ酸化被膜が付着しておらず通常
のハンダで容易に接合が出来、信頼性、品質が向上し、
かつ加工工程が簡略化出来る。しかる後ヒートパイプの
他端にはフィン(2) を多数枚装着して放熱部とし、ヒー
トパイプ式冷却器を構成する。上記のような本発明のヒ
ートパイプ式半導体冷却器は、ヒートパイプ挿入孔およ
びブロック全面にニッケルメッキ層が設けられているの
でヒートパイプとブロックは通常のハンダで良好に接合
できると共に、半導体とブロック間に電食が生じること
がない。したがって電気特性を損なうことなく半導体冷
却器を著しく軽量化できるものである。しかして上記の
ニッケルメッキ層の厚さはあまり薄いと上記の効果がな
く厚過ぎるとコストに影響するので５〜１００μｍ程度
が好ましい。ここでニッケルメッキとしては、ニッケル
に通常添加される合金を含むことも可能であり、メッキ
方法も電解、無電解、溶融メッキ或いはその他通常のメ
ッキ方法が適用できるが、ブロックの内外面同時にニッ
ケルメッキするためには無電解メッキが好適である。ま
たニッケルメッキの下地処理として通常行われる処理を
施してもよい。さらに上記のニッケルメッキ層の代りに
コストを無視すれば、銀、金メッキ層を設けても同様の
効果がある。
式半導体冷却器の半導体素子取り付け用ブロックをアル
ミニウムまたはアルミニウム合金製とし、該ブロックの
内外表面にニッケルメッキ層を設けてなるヒートパイプ
式半導体冷却器である。すなわち本発明は図１、２に示
すように半導体取付け用ブロック(3)をアルミニウムま
たはアルミニウム合金（以下単にアルミニウムと云う）
製として軽量化を図ると共に該ブロックのヒートパイプ
挿入孔(6) も含む内外表面にニッケルメッキ層を設けた
ものである。すなわち本発明は例えばアルミニウム製の
ブロック(3) に一定の内径、一定の間隔にて複数の孔ぐ
り加工しヒートパイプ挿入孔(6) とし、この孔内全面と
外表面全体に（下地処理として亜鉛置換処理または銅拡
散処理をする）ニッケルメッキ層を設ける。しかる後該
孔それぞれに同じくニッケルメッキされた銅製のヒート
パイプ(1) を挿入し、錫−鉛系等の低温ハンダ材等にて
ヒートパイプとの間隙を充填接合する。この場合ヒート
パイプ挿入孔内面にはニッケルメッキ層が設けられてい
るため、無処理材に比べ酸化被膜が付着しておらず通常
のハンダで容易に接合が出来、信頼性、品質が向上し、
かつ加工工程が簡略化出来る。しかる後ヒートパイプの
他端にはフィン(2) を多数枚装着して放熱部とし、ヒー
トパイプ式冷却器を構成する。上記のような本発明のヒ
ートパイプ式半導体冷却器は、ヒートパイプ挿入孔およ
びブロック全面にニッケルメッキ層が設けられているの
でヒートパイプとブロックは通常のハンダで良好に接合
できると共に、半導体とブロック間に電食が生じること
がない。したがって電気特性を損なうことなく半導体冷
却器を著しく軽量化できるものである。しかして上記の
ニッケルメッキ層の厚さはあまり薄いと上記の効果がな
く厚過ぎるとコストに影響するので５〜１００μｍ程度
が好ましい。ここでニッケルメッキとしては、ニッケル
に通常添加される合金を含むことも可能であり、メッキ
方法も電解、無電解、溶融メッキ或いはその他通常のメ
ッキ方法が適用できるが、ブロックの内外面同時にニッ
ケルメッキするためには無電解メッキが好適である。ま
たニッケルメッキの下地処理として通常行われる処理を
施してもよい。さらに上記のニッケルメッキ層の代りに
コストを無視すれば、銀、金メッキ層を設けても同様の
効果がある。
【０００５】
【実施例】以下に本発明の一実施例について説明する。 実施例１ 図１および図２に示すようにアルミニウム製のブロック
(3) 、（１２０×１２０×２５mm）にドリルにて深さ１
１５mmの４ヶ所のヒートパイプ挿入孔(6) を穿孔し、こ
のブロック全体に下地処理として銅拡散層を５μｍ程度
形成し、次いでヒートパイプ挿入孔(6) と半導体の取付
面(7) にニッケルメッキを施して厚さ１０μｍのニッケ
ルメッキ層を設けた。次に同じくニッケルメッキを施し
た外径１５．８８mmφ、長さ２７０mmの銅−水系のヒー
トパイプ(1) をヒートパイプ挿入孔に挿入し、Ｓｎ−Ｐ
ｂ系ハンダを用いて接合した。この場合挿入孔にニッケ
ルメッキ層が設けられているのでハンダ接合が容易であ
り、信頼性が高く接合できる。さらにヒートパイプの他
端部に５０×１８０×０．６mmのアルミニウム製のフィ
ン(2) を１１６枚装着して放熱部とした。このヒートパ
イプ式半導体冷却器は、アルミニウム製のブロックのヒ
ートパイプ挿入孔(6) および半導体の取付面(7) を含む
全面にニッケルメッキ層が設けられているので通常のハ
ンダを用いても良好に接合でき、かつ半導体との接触面
に生じる電食の発生もなく接触電気特性の優れたヒート
パイプ式半導体冷却器が得られた。 実施例２ 図３および図４に示すように内径２３mmφの貫通孔４個
を有すアルミニウム製の材料を押出により作製し、これ
を１００×１５０×２９mmに切断してブロック(3) と
し、これにアルミニウム製の電極端子(8) をミグ溶接で
取付け、ブロック内外面全体の表面に亜鉛置換層を形成
し、その上に銅メッキ層２０μｍを施し、さらにその上
にニッケルメッキ層を５μｍを設けた。この後上記ブロ
ックの下端部を端栓(9) により閉じてヒートパイプ挿入
孔(6)とし、この孔に電気絶縁ガイシ筒(10)を配し、ニ
ッケルメッキ１０μｍを施した外径２２mmφ、長さ６５
０mmの銅−フロロカーボン系のヒートパイプ(1) を挿入
してＳｎ−Ｐｂ系のハンダにより接合した。そしてヒー
トパイプの他端部にアルミニウム製のフィン(2) 、（１
７０×２３０×１．２mm）を４３枚ピッチ９mm間隔で装
着し放熱部とした。このヒートパイプ式半導体冷却器
は、アルミニウム製のブロック全面（ヒートパイプ挿入
孔も含む）にニッケルメッキ層が設けられているので通
常のハンダを用いても良好に接合でき、かつ半導体との
接触面に生じる電食の発生もなく接触電気特性の優れた
ヒートパイプ式半導体冷却器が得られた。なおアルミニ
ウム製ブロック面に下地処理として表面活性化処理のみ
施した後ニッケルメッキ層を設けることもできる。
(3) 、（１２０×１２０×２５mm）にドリルにて深さ１
１５mmの４ヶ所のヒートパイプ挿入孔(6) を穿孔し、こ
のブロック全体に下地処理として銅拡散層を５μｍ程度
形成し、次いでヒートパイプ挿入孔(6) と半導体の取付
面(7) にニッケルメッキを施して厚さ１０μｍのニッケ
ルメッキ層を設けた。次に同じくニッケルメッキを施し
た外径１５．８８mmφ、長さ２７０mmの銅−水系のヒー
トパイプ(1) をヒートパイプ挿入孔に挿入し、Ｓｎ−Ｐ
ｂ系ハンダを用いて接合した。この場合挿入孔にニッケ
ルメッキ層が設けられているのでハンダ接合が容易であ
り、信頼性が高く接合できる。さらにヒートパイプの他
端部に５０×１８０×０．６mmのアルミニウム製のフィ
ン(2) を１１６枚装着して放熱部とした。このヒートパ
イプ式半導体冷却器は、アルミニウム製のブロックのヒ
ートパイプ挿入孔(6) および半導体の取付面(7) を含む
全面にニッケルメッキ層が設けられているので通常のハ
ンダを用いても良好に接合でき、かつ半導体との接触面
に生じる電食の発生もなく接触電気特性の優れたヒート
パイプ式半導体冷却器が得られた。 実施例２ 図３および図４に示すように内径２３mmφの貫通孔４個
を有すアルミニウム製の材料を押出により作製し、これ
を１００×１５０×２９mmに切断してブロック(3) と
し、これにアルミニウム製の電極端子(8) をミグ溶接で
取付け、ブロック内外面全体の表面に亜鉛置換層を形成
し、その上に銅メッキ層２０μｍを施し、さらにその上
にニッケルメッキ層を５μｍを設けた。この後上記ブロ
ックの下端部を端栓(9) により閉じてヒートパイプ挿入
孔(6)とし、この孔に電気絶縁ガイシ筒(10)を配し、ニ
ッケルメッキ１０μｍを施した外径２２mmφ、長さ６５
０mmの銅−フロロカーボン系のヒートパイプ(1) を挿入
してＳｎ−Ｐｂ系のハンダにより接合した。そしてヒー
トパイプの他端部にアルミニウム製のフィン(2) 、（１
７０×２３０×１．２mm）を４３枚ピッチ９mm間隔で装
着し放熱部とした。このヒートパイプ式半導体冷却器
は、アルミニウム製のブロック全面（ヒートパイプ挿入
孔も含む）にニッケルメッキ層が設けられているので通
常のハンダを用いても良好に接合でき、かつ半導体との
接触面に生じる電食の発生もなく接触電気特性の優れた
ヒートパイプ式半導体冷却器が得られた。なおアルミニ
ウム製ブロック面に下地処理として表面活性化処理のみ
施した後ニッケルメッキ層を設けることもできる。
【０００６】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
ブロックがアルミニウム製であるため冷却器の重量を著
しく軽量化すると共に、ヒートパイプとブロックとのハ
ンダ付け性を向上し、さらに半導体取付面の電食の発生
を阻止し、接触電気特性を向上させるなど工業上極めて
顕著な効果を奏するものである。
ブロックがアルミニウム製であるため冷却器の重量を著
しく軽量化すると共に、ヒートパイプとブロックとのハ
ンダ付け性を向上し、さらに半導体取付面の電食の発生
を阻止し、接触電気特性を向上させるなど工業上極めて
顕著な効果を奏するものである。
【図１】本発明の一実施例に係るヒートパイプ式半導体
冷却器の正面図。
冷却器の正面図。
【図２】図１のＡ〜Ａ部の断面図。
【図３】本発明の一実施例にかかるヒートパイプ式半導
体冷却器の他の例の正面図。
体冷却器の他の例の正面図。
【図４】図３のＡ〜Ａ部の断面図。
【図５】従来のヒートパイプ式半導体冷却器の正面図。
【図６】図５のＡ〜Ａ部の断面図。
１ ヒートパイプ ２ フィン ３ ブロック ４ 半導体 ５ 半導体取付アルミニウム面 ６ ヒートパイプ挿入孔
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ヒートパイプ式半導体冷却器の半導体素
子取り付け用ブロックをアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金製とし、該ブロックの内外表面にニッケルメッキ
層を設けてなるヒートパイプ式半導体冷却器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19252291A JPH0513630A (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | ヒートパイプ式半導体冷却器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19252291A JPH0513630A (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | ヒートパイプ式半導体冷却器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0513630A true JPH0513630A (ja) | 1993-01-22 |
Family
ID=16292688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19252291A Pending JPH0513630A (ja) | 1991-07-05 | 1991-07-05 | ヒートパイプ式半導体冷却器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0513630A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6427480A (en) * | 1977-11-08 | 1989-01-30 | Genentech Inc | Cloning vehicle for developing desired polypeptide |
| US20210318075A1 (en) * | 2019-01-09 | 2021-10-14 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Heat pipe structure, heat sink, manufacturing method for heat pipe structure, and manufacturing method for heat sink |
-
1991
- 1991-07-05 JP JP19252291A patent/JPH0513630A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6427480A (en) * | 1977-11-08 | 1989-01-30 | Genentech Inc | Cloning vehicle for developing desired polypeptide |
| JPH0657154B2 (ja) * | 1977-11-08 | 1994-08-03 | ジェネンテク・インコーポレイテッド | 所望のポリペプチドを発現させるためのクローニングビーイクル |
| US20210318075A1 (en) * | 2019-01-09 | 2021-10-14 | Furukawa Electric Co., Ltd. | Heat pipe structure, heat sink, manufacturing method for heat pipe structure, and manufacturing method for heat sink |
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