JPH0561782B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は半導体素子、特に両面に接触電極を有
する平形半導体素子の両面に接触させて冷却を行
う冷却体に係り、特に冷却媒体である液体、例え
ば水が前記冷却体の内部を貫流することにより冷
却を行う半導体素子の冷却体に関する。

（従来の技術） 最近の半導体素子の発達はめざましく年々大電
流高電圧化と大容量化され、現在では光で直接点
弧できる4000Vの−3000Aあるいはそれ以上の半
導体素子が開発され実用化されている。このよう
な大容量の半導体素子ではわずか数10cm²の小さな
電極面から数kW以上の熱損失が発生する。

従つて半導体素子においてこのような小さな電
極面から大量の熱をうばう、より効率のよい冷却
体が必要となつている。

以下従来のこの種の液体による内部貫流形冷却
体について第１０図乃至第１３図により説明す
る。

第１０図に示すように内部貫流形冷却体１は例
えばダイオード、サイリスタ、GTO等の平形半
導体素子２と交互にスタツク４状に積み重ね前記
スタツク４の両端より数トンの圧力で圧接され、
冷却体１間は絶縁パイプ３により接続し構成され
ている。このように構成されたスタツク４におい
て冷却媒体５である例えば水は絶縁主パイプ６を
介して冷却体１に供給され、順次絶縁パイプ３に
より冷却体１を通過することにより、半導体素子
２を冷却し、絶縁主パイプ６を経て熱交換器７に
至る経路で循環する。なお８は冷却媒体を循環さ
せる循環ポンプである。

このように構成された従来の冷却体１を第１１
図、第１２図に示す。第１２図は第１１図のＢ−
Ｂ断面図である。

冷却体１は熱伝導性、導電性の優れた例えば銅
あるいはアルミニウムの角パイプ１０を冷却媒体
５の貫流通路である往路部分１１と復路部分１２
とを共に中心部１３からうず巻き状に曲げ隣接す
るパイプ間のすき間がないように接触させて構成
している。なお、中心部１３は本パイプを曲げる
ための治具用穴があくため、その部分は同形の同
種金属片をはめ込むことにより解決している。

冷却媒体である水は口出部９より流入し冷却体
１の往路部分１１のパイプより中心部１３へ流れ
逆に中心部１３より復路部分１２のパイプより外
周へ流れ口出部９より流出する。第１３図は第１
１図に示す従来冷却体１の冷却媒体流路を示す。

このようにパイプをうず巻き状に構成し、その
パイプに直接半導体素子の電極面を接触させるこ
とができるため冷却効果が高く、さらに往路部分
１１と復路部分１２とが交互に構成されているた
め熱が平均化され、半導体素子２にとつて理想的
な冷却となるため熱ストレスが小さくなるという
特徴がある。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、前述の第１１図の冷却フインはうず巻
きの為の曲げ加工の際、特にうず巻き中心部１３
のパイプのつぶれ変形が激しく冷却媒体による圧
力損失を増大させるという欠点があつた。又、フ
インの外周部でも第１４図に示すようなパイプ断
面の変形をおこし、隣接するパイプ断面の４すみ
に段差あるいは間隙を生じるため、このすき間を
銀ロウ材１５で埋めてその後半導体素子との接触
面１４の平面仕上げ加工を実施していたが、この
銀ロウ材そのものの材料費と溝埋め加工が冷却体
全体の価格の大半を占めるため、冷却フインの構
成見直しによる製造方法の改善が強く望まれてい
た。

本発明は流速の速い対向流型水路をもち、冷却
媒体による圧力損失が小さい安価な高効率冷却体
を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決する為の手段） 本発明は前記目的を達成するために、冷却媒体
の往路として熱伝導性、導電性の優れた金属角パ
イプを中心からうず巻き状に巻き、かつそのうず
巻きは隣接するパイプ間に間隙を設けた円板状と
し、熱伝導性、導電性の優れた２枚の金属板でう
ず巻き角パイプを両側からはさみ、隣接するタイ
プと金属板でかこされた空間を冷却媒体の復路と
し少なくとも最外周部を水密して往路と復路の
各々に通じる口出し部を設けて給水口又は排水口
とした冷却体を構成したことを特徴とするもので
ある。

（作用） 冷却媒体を上記構成の冷却体に流した際、まず
往路としてうず巻き状に巻いた角パイプを通つて
中心部に向い、次に復路として隣接する角パイプ
の間を通つて排水口に到る流路を形成する。従つ
て、流路としては往路と復路が隣合つており対向
流となる。冷却体の中で冷却媒体の接触する面積
が広くなること、又少い流量でも流速が速いこ
と、さらに往路だけを角パイプの中を通し、復路
は隣接する角パイプ間としたことにより、従来の
冷却体では冷却媒体の往路と復路のおり返し部分
の、曲げ加工の際、角パイプのつぶれ変形の為圧
力損失が大となつていたが、本発明では角パイプ
のつぶれ変形がない為、つぷれによる圧力損失の
ない高効率の冷却体を実現することができる。

一方、製造上の前述構成のうず巻き角パイプを
熱伝導性、導電性の優れた金属プレートではさむ
構成としたことにより、従来必要であつた銀ロウ
材とその溝埋め作業がなくなり、低価格で高効率
な冷却体を提供することができる。

尚、冷却媒体の流れ方向を逆として使用できる
ことは無論である。

（実施例） 以下本発明を第１図乃至第９図を参照して説明
する。

第１図は本発明の冷却体１を示す外観図、第２
図は第１図の冷却体１の水平断面図、第３図は第
２図に示したＢ−Ｂ断面、第４図は第２図に示し
たＡ−Ａ断面で、図中のＣ−Ｃ断面が第２図とな
つている。第５図は冷却媒体の流路を示す。

第２図乃至第４図で示すように、熱伝導性のよ
い例えば銅あるいはアルミニウムの金属角形パイ
プ１０を冷却媒体５の貫流通路である往路１１と
して中心からうず巻き状に巻き、かつそのうず巻
きは隣接する角パイプ１０の間に間隙をもうけた
円板状とし、熱伝導性の優れた２枚の金属板１６
で円板状のうず巻き角パイプ１０を両側からはさ
み、隣接する角パイプ１０と金属板１６でかこま
れた空間を冷却媒体５の復路１２とし、少くとも
最外周部を水密溶接１７として往路１１、復路１
２の各々に通じる口出し９を設けて給水又は排水
口とする。又、中心部１３を図に示すブロツクと
し、中心に半導体素子２の中心合せ用のへそネジ
加工を施している。さらに流路のおり返し箇所１
８は角パイプ１０の端面と中心部１３をめくら板
１９で冷却媒体５の流れを変えるよう構成してい
る。

本構成によれば、第１１図、第１２図に示す従
来の半導体冷却体の有する高効率な冷却特性を失
うことがなく、復路１２は隣接する角パイプ間の
間隙を利用するため、角パイプ１０を折り返して
さらにうず巻きとする従来の冷却体の構成ではな
いことから、従来の冷却体の欠点となつていた冷
却媒体５のおり返し部の角パイプのつぷれ変形が
なくなり、これによる圧力損失分がないという利
点がある。

さらに本発明の構成によれば、半導体接触面は
金属板１６となるので第１４図に示す銀ロウ１５
が不用となる為、材料として高価な銀ロウ材費と
溝埋めの作業がなくなり、安価な冷却体を提供で
きる。

第６図は本発明の他の実施例を示す水平断面
図、第７図は第６図に示したＢ−Ｂの箇所の断
面、第８図は第６図に示したＡ−Ａの箇所の断面
で図中のＣ−Ｃ断面が第６図となる関係にある。
ここで示す他の実施例の冷却媒体の流路は既に述
べた第２図の実施例と同じく第５図の通りであ
る。

第２図及第４図で述べた実施例と異なるのは半
導体との接触面を構成する部品として第８図に示
すように導電性、熱伝導性の優れた型板２０を用
いていることである。このような構成とすること
により、最外周部の水密溶接を容易に実施するこ
とができ、第２図及第４図で述べた本発明の実施
例と同じ作用と効果を得ることができる。

第９図は本発明のもう１つの他の実施例を示す
外観図である。

第２図乃至第８図に示す本発明の冷却体１を熱
伝導性、導電性の優れた金属連結パイプ２１で２
台の冷却体１を連結し、一体の冷却体とした構成
である。

このような構成の冷却体は図には示さないが、
半導体素子の並列接続（大電流型）や逆並列接続
に於ける半導体素子冷却体として、電位固定と主
回路接続、ならびに冷却媒体の流路を兼ねるとい
う面で最適である。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば流速の速い対
向流水路をもち、圧力損失の小さい安価に製作で
きる高効率な平型半導体用冷却体を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実例を示す冷却体の外観
図、第２図乃至第４図は本発明の一実施例の冷却
体の内部構成を示す断面図、第５図は本発明の冷
却体の冷却媒体流路、第６図乃至第８図は本発明
の他の実施例の冷却体の内部構成を示す断面図、
第９図は本発明のもう一つの他の実施例を示す冷
却体の外観図、第１０図は半導体素子と冷却体と
スタツクを示す構成図、第１１図は従来の冷却体
の外観図、第１２図は第１１図の冷却体の断面
図、第１３図は従来の冷却体の冷却媒体の流路を
示した図、第１４図は第１１図の一部拡大図であ
る。 １……冷却体、２……平型半導体素子、３……
絶縁パイプ、４……スタツク、５……冷却媒体、
６……絶縁主パイプ、７……熱交換器、８……循
環ポンプ、９……口出部、１０……角パイプ、１
１……往路部分、１２……復路部分、１３……中
心部、１４……接触面、１５……銀ロウ、１６…
…金属板、１７……水密溶接、１８……おり返し
箇所、１９……めくら板、２０……型板、２１…
…連結パイプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 銅あるいはアルミニウムなどの導電性、熱伝
   導性の優れた金属角パイプを冷却媒体の往路（又
   は復路）として中心からうず巻き状に巻き、かつ
   そのうず巻きは隣接するパイプ間に間隙を設けた
   円板状とし、熱伝導性、導電性の優れた２枚の金
   属板で円板状のうず巻き角パイプを両側からはさ
   み、隣接するパイプと金属板でかこまれた空間を
   冷却媒体の復路（又は往路）とし、少なくとも最
   外周部を水密として往路、復路の各々に通じる口
   出し部を設けて給水又は排口としたことを特徴と
   する平形半導体素子用冷却体。