JPH08204079A - 平形半導体素子の冷却体 - Google Patents

平形半導体素子の冷却体

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JPH08204079A
JPH08204079A JP1184295A JP1184295A JPH08204079A JP H08204079 A JPH08204079 A JP H08204079A JP 1184295 A JP1184295 A JP 1184295A JP 1184295 A JP1184295 A JP 1184295A JP H08204079 A JPH08204079 A JP H08204079A
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cooling
cooling medium
flow
flat semiconductor
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忠 士 西
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 循環ポンプの容量を大きくすることなく平形
半導体素子を効率よく冷却することの可能な冷却体を提
供すること。 【構成】 内部の冷却媒体の流路が冷却媒体入口付近で
複数（１１ｃ，１１ｄ）に分割され、その分割された複
数の流路が平行に隣接した状態で冷却体周辺部からうず
巻き状に冷却体の中心部へと向かい、中心部でＵ字状に
ターンして逆向きのうず巻き状に冷却体周辺部へと向か
い、冷却媒体出口付近で複数の流路が１つの流路に集合
されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は平形半導体素子の冷却体
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体電力変換装置の大容量化に
伴い、それに使用される個々の半導体素子も大容量化の
傾向にある。このような傾向の中で近年では定格４００
０Ｖ／３０００Ａといった大容量の平形半導体素子も実
用化されている。このような大容量平形半導体素子にお
いては通電時に発生する数ｋＷにも及ぶ熱による温度上
昇を防止するためには、アルミニウムや銅などの伝熱特
性の優れた材料からなる冷却体を半導体素子に熱的に結
合して取付け、素子を効率よく冷却する必要がある。
【０００３】図４は複数の平形半導体素子８とそれらを
冷却するための冷却系統を示すものである。平形半導体
素子８と冷却体２６とが交互に複数層に積み重ねられて
半導体スタックを構成する。複数の冷却体２６にはそれ
ぞれ内部に冷却媒体、たとえば冷却水を通流させるため
の流路が形成されており、それらの流路は絶縁管２１を
介して直列に接続されている。その直列接続流路には循
環ポンプ２３から絶縁管２２Ａを介して冷却媒体が供給
される。直列接続流路を通って平形半導体素子８を冷却
した冷却媒体は絶縁管２２Ｂを介して取り出され、熱交
換器２４に導入されて放熱され、循環ポンプ２３を介し
て半導体スタックに向けて上記の経路で再び循環する。
【０００４】図５および図６は図４に示した冷却体２６
の内部の冷却媒体流路の構成を示すものである。平形半
導体素子８と接触する一方の面を接触面２６ａとし、他
方を接触面２６ｂとし、内部の冷却媒体流路２６ｃを破
線で示したものである。冷却体２６は一方の端面に冷却
媒体入口２６ｄを有し、この冷却媒体入口２６ｄから冷
却体２６の内部でうず巻き状に冷却体２６の中心部へと
向かい、中心部でＵ字状にターン（Ｕターン）し、逆向
きうず巻き状に冷却体２６の他端面に有する冷却媒体出
口２６ｅに連通する冷却媒体流路２６ｃを形成してい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような冷却媒体流
路２６ｃを有する冷却体２６を用いて、大容量の平形半
導体素子をより高効率に冷却するためには、冷却媒体流
量を増加したり、冷却媒体流路の長さを長くしたりする
必要がある。このような対策を講ずると、いずれにして
も冷却媒体流量の増加または流路長の増加を来たし、結
局、冷却媒体の圧力損失の増加につながって循環ポンプ
の容量を増大する必要が生ずる。
【０００６】本発明は以上の認識を考慮してなされたも
のであって、循環ポンプの容量を増大することなく平形
半導体素子を効率よく冷却することの可能な冷却体を提
供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、内部の冷却媒体の流路が
冷却媒体入口付近で複数に分割され、その分割された複
数の流路が平行に隣接した状態で冷却体周辺部からうず
巻き状に冷却体の中心部へと向かい、中心部でＵ字状に
ターンして逆向きのうず巻き状に冷却体周辺部へと向か
い、冷却媒体出口付近で複数の流路が１つの流路に集合
されていることを特徴とする。
【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の冷却体において、内部に形成されている複数の流路が
冷却体の平面方向に並設されていることを特徴とする。
【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の冷却体において、複数の流路が冷却体の厚さ方向に並
設されていることを特徴とする。
【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の冷却体において、厚さ方向に並設された複数の流路が
平面方向から見て重ならないような位置関係をもって形
成されていることを特徴とする。
【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項３に記載
の冷却体において、厚さ方向に並設された複数の流路の
それぞれ冷却体の平面方向に並設された複数の流路から
なっていることを特徴とする。
【００１２】
【作用】請求項１に記載の発明によれば、冷却媒体の流
路が冷却体の内部で複数に分割してうず巻き状の流路を
形成することにより、一定流量の冷却媒体のもとで圧力
損失を増加させることなく冷却効率を向上させることが
できる。
【００１３】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の発明の作用・効果を奏しつつ、より薄型の冷却体を構
成することができる。
【００１４】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
の発明の作用・効果を、より少ない平面面積の冷却体に
よって達成することができ、平面面積に制約がある場合
に良好に適用することができる。
【００１５】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
の発明の作用・効果を、冷却特性のバランスをとりつ
つ、効率よく達成することができる。
【００１６】請求項５に記載の発明によれば、請求項１
の発明の作用・効果を、冷却性能に比し、より少ない平
面面積の冷却体により、より薄型の冷却体によって達成
することができる。
【００１７】
【実施例】本発明の一実施例を、図１および図２を参照
して説明する。
【００１８】図１は請求項１に記載の発明に係る冷却体
１１の平面図、図２はその正面図であって、図２に示す
ように冷却体１１の両面は平形半導体素子（図示せず）
から熱を取り出すための接触面１０ａ，１０ｂを形成す
る。冷却体１１の端面の一方には冷却媒体入口１１ａが
形成され、その反対側端面には冷却媒体出口１１ｂが形
成され、内部において入口１１ａと出口１１ｂとの間に
冷却媒体流路１１ｃが形成されている。
【００１９】図１は、図２の正面図における接触面１０
ａ側から見た平面図である。図１において、冷却媒体入
口１１ａに連通する流路１１ｃは冷却媒体入口１１ａ付
近で断面積の細くなった２つの流路１１ｃに分割され、
その２つの流路１１ｃは平面方向に並行し隣接した状態
で冷却体１１の周辺部からうず巻き状に中心部に向かう
冷却媒体流路１１ｃを形成し、中心部で２つの流路１１
ｃは逆方向へとＵターンし、再びうず巻き状に冷却体１
１の周辺部へと流路を形成していき、冷却媒体出口１１
ｂ付近で１つに集合している。
【００２０】このように構成された冷却体において、ポ
ンプから供給される冷却媒体の流量が一定であるとした
場合、冷却媒体入口１１ａおよび冷却媒体出口１１ｂの
断面積に対し、２分割された後の流路の１つの断面積を
仮に分割前または集合後の流路の断面積の１／２にした
場合、冷却媒体は分割した２つの流路１１ｃの各々に１
／２ずつ分流することになる。２つの流路１１ｃの各々
の流路の断面積は１／２またはそれ以上にすることによ
り、１つの流路における冷却媒体の流速が冷却媒体入口
１１ａおよび冷却媒体出口１１ｂの流速よりも速くなる
ことはなく、冷却媒体の圧力損失が増えることはない。
また、１つの流路が２つの流路１１ｃに分割されること
により、総流量がたとえ一定であるとしても冷却体１１
と冷却媒体との接触面積すなわち冷却体１１の伝熱面積
が増大し、冷却効率が向上することになる。
【００２１】図３は図２と同様に冷却体の正面図である
が、この実施例においては、図２のものとは異なり冷却
媒体入口１１ａから冷却体１１の厚さ方向に、すなわち
両接触面１０ａ，１０ｂ側に２分割した流路１１ｄ，１
１ｅを示している。この実施例の場合、図１から類推で
きるように、２つの流路１１ｄ，１１ｅが平面方向から
見て重ならないような相対位置関係をもって形成すれ
ば、より合理的な冷却設計とすることができる。さらに
流路１１ｄ，１１ｅがそれぞれにおいて図１に示したよ
うな分割流路を形成することにすれば、全体として４つ
の並列分割流路が形成され、前述の冷却効率をさらに一
層向上させることができる。
【００２２】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば冷却媒
体と冷却体との接触面積を増大させ、冷却媒体の流量お
よび圧力損失を増大させることなく冷却効率を向上させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の一実施例による冷却体の平面図。
【図２】図１の冷却体の正面図。
【図３】請求項３の実施例による冷却体の正面図。
【図４】従来の平形半導体素子の冷却体が組み込まれた
半導体スタックとその冷却系統を示す図。
【図５】従来の冷却体の正面図。
【図６】図５の冷却体の内部流路を示す平面図。
【符号の説明】
８ 平形半導体素子 １０ａ，１０ｂ 平形半導体素子との接触面 １１ 冷却体 １１ａ 冷却媒体入口 １１ｂ 冷却媒体出口 １１ｃ〜１１ｆ 分割された冷却媒体流路 ２１，２２Ａ，２２Ｂ 絶縁管 ２３ 循環ポンプ ２４ 熱交換器

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内部の冷却媒体の流路が冷却媒体入口付近
    で複数に分割され、その分割された複数の流路が平行に
    隣接した状態で冷却体周辺部からうず巻き状に冷却体の
    中心部へと向かい、中心部でＵ字状にターンして逆向き
    のうず巻き状に冷却体周辺部へと向かい、冷却媒体出口
    付近で複数の流路が１つの流路に集合されていることを
    特徴とする平形半導体素子の冷却体。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の冷却体において、内部に
    形成されている複数の流路が冷却体の平面方向に並設さ
    れていることを特徴とする平形半導体素子の冷却体。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の冷却体において、複数の
    流路が冷却体の厚さ方向に並設されていることを特徴と
    する平形半導体素子の冷却体。
  4. 【請求項４】請求項３に記載の冷却体において、厚さ方
    向に並設された複数の流路が平面方向から見て重ならな
    いような位置関係をもって形成されていることを特徴と
    する平形半導体素子の冷却体。
  5. 【請求項５】請求項３に記載の冷却体において、厚さ方
    向に並設された複数の流路のそれぞれ冷却体の平面方向
    に並設された複数の流路からなっていることを特徴とす
    る平形半導体素子の冷却体。
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KR20210147514A (ko) * 2020-05-29 2021-12-07 효성중공업 주식회사 직접 접촉식 방열 장치

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