JPH0828445B2

JPH0828445B2 - 電気発熱体の冷却装置

Info

Publication number: JPH0828445B2
Application number: JP63017856A
Authority: JP
Inventors: 均井上; 憲二片岡; 潔羽仁; 雅雄藤井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-01-28
Filing date: 1988-01-28
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-03-21
Also published as: JPH01192152A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、半導体素子等の電気発熱体の冷却装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

第３図および第４図は、例えば昭和59年４月25日発行
明電時報 No.2通巻175号（昭和59年３・４月号p.34
〜p.36）に示されている、この種装置の従来の構成を示
すもので、第３図は正面断面図、第４図は側面断面図で
ある。

これら各図において、（１）はサイリスタ・トランジ
スタなどの半導体素子等からなる電気発熱体（以下、半
導体素子という）、（２）は半導体素子（１）に密接し
て設けられた金属ブロックであり、半導体素子（１）の
発熱を導出するため銅・アルミニウム等の熱伝導性の良
い金属で構成されている。（2A）は金属ブロック（２）
に設けた端子であり、半導体素子（１）の電流を外部に
取り出す。（3A）・（3B）・（3C）は金属ブロック
（２）内に形成された複数個の穴部、（4A）・（4B）・
（4C）は半導体素子（１）の発熱を外部へ導くためのヒ
ートパイプであり、それぞれ密封されたパイプ（40）の
内部にフロン等の液状の冷媒（41）を封入したものであ
る。パイプ（40）の一端側（42）は金属ブロック（２）
に形成した穴部（3A）・（3B）・（3C）にそれぞれ挿着
され、パイプ（40）の他端側（43）は金属ブロック
（２）の外方、即ち、上方に延在しており、他端側（4
3）には放熱用のフィン（44）が設けられている。な
お、冷媒（41）は、常時は、パイプ（40）の一端側（4
2）に位置するようになっている。（５）は各ヒートパ
イプ（4A）・（4B）・（4C）の他端側（43）を覆うよう
に設けられた風洞であり、電気絶縁材により構成されて
いる。（６）は風洞（５）に冷風を供給するファン、
（７）はこれら構成部品が載置される基板であり、電気
絶縁材により構成されている。

次に、動作について説明する。半導体素子（１）によ
って発生された熱は金属ブロック（２）に伝達され、更
に、穴部（3A）・（3B）・（3C）の壁面を経てヒートパ
イプ（4A）・（4B）・（4C）の一端側（42）に伝達さ
れ、その内部に封入された冷媒（41）に伝達される。こ
の結果、冷媒（41）は沸騰あるいは蒸発して気化し、第
３図および第４図の上方、即ち、パイプ（40）の他端側
（43）に移動する。他端側（43）においてはファン
（６）からの冷却風によってその壁面が冷却されるた
め、下方から移動してきた気化した冷媒（41）が他端側
（43）の壁面で熱交換することにより凝縮液化し、パイ
プ（40）の壁面にそって再び一端側（42）に還流する。
この場合、パイプ（40）の内面を粗面に形成することに
より冷却効果を一層増大することができる。半導体素子
（１）に電圧がかかると、金属ブロック（２）・ヒート
パイプ（4A）・（4B）・（4C）にも電位がかかる。従っ
て、風洞（５）・基板（７）は充分な絶縁強度と沿面距
離を有する絶縁材で構成し、取付側（アース側）との間
で絶縁を確実にする必要がある。なお、他端側（43）の
冷却はファン（６）によるタイプを示したが、これは自
然対流あるいは輻射による冷却であっても同様である。
また、半導体素子（１）の電流は金属ブロック（２）・
端子（2A）を経て外部に取り出す。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述した従来装置では、金属ブロック
（２）・ヒートパイプ（4A）・（4B）・（4C）にも電位
がかかるために、風洞（５）・基板（７）を高価な絶縁
材で構成する必要があり、全体として高価な装置となる
課題がある。特に、風洞（５）は、パイプ（40）・放熱
用フィン（44）を囲繞するため形状が大きくなり、材料
費用も増大し、また、形状も複雑となる課題を有してい
る。さらに、パイプ（40）・放熱用フィン（44）には冷
却風が供給されるため導電性のゴミなどの無い清浄な冷
却風を必要とする課題がある。また、基板（７）は金属
ブロック（２）などの重量を支えるために必要以上に板
厚の大きな高価な絶縁基板となる課題がある。

この発明は、上記のような課題を解消するためになさ
れたものであり、金属ブロック・ヒートパイプに電位が
伝わらない電気発熱体の冷却装置を提供するものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る電気発熱体の冷却装置は、電気発熱体
と金属ブロックとの間に端子を配設し、端子と金属ブロ
ックとの間にセラミックペーパーを挿着した後、セラミ
ックペーパーに樹脂を滴下し浸透させ硬化させて形成さ
れた高熱伝導性電気絶縁体を配設したものである。

〔作用〕

この発明における電気発熱体の冷却装置は、端子と金
属ブロックとの間にセラミックペーパーを挿着した後、
セラミックペーパーに樹脂を滴下し浸透させ硬化させて
形成された高熱伝導性電気絶縁体により、電気発熱体の
熱を金属ブロックに伝えるとともに、電気発熱体の電位
を金属ブロックに伝えずに電気絶縁する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図および第２図に基
づいて説明する。第１図は正面断面図、第２図は側面断
面図である。

これら各図において、（２）は金属ブロックであり、
従来のような端子（2A）を有していない。（８）は半導
体素子（１）と金属ブロック（２）との間に配設され、
半導体素子（１）の電流を外部に取り出す端子であり、
導電性金属からなる。（９）は端子（８）と金属ブロッ
ク（２）との間に配設された高熱伝導性電気絶縁体であ
り、セラミックペーパーを金属ブロック（２）と端子
（８）との間に挿着した後、セラミックペーパーに樹脂
を滴下し浸透させ硬化させて形成されており、半導体素
子（１）が発生した熱を金属ブロック（２）に伝えると
ともに半導体素子（１）の電位を金属ブロック（２）に
伝えず電気絶縁する。（10）は各ヒートパイプ（4A）・
（4B）・（4C）の他端側（43）を覆うように設けられた
風洞であり、従来のように必ずしも電気絶縁材で構成す
る必要はない。（11）は各構成部品が載置される基板で
あり、従来のように必ずしも電気絶縁材で構成する必要
はない。

次に、動作について説明する。半導体素子（１）から
発生した熱は端子（８）・高熱伝導性電気絶縁体（９）
・金属ブロック（２）に伝達され、更に穴部（3A）・
（3B）・（3C）の壁面を経てヒートパイプ（4A）・（4
B）・（4C）の一端側（42）に伝達され、その内部に封
入された冷媒（41）に伝達される。この結果、冷媒（4
1）は沸騰あるいは蒸発して気化する。その後の熱伝達
機能は従来のものと同様であるため説明を省略する。ま
た、半導体素子（１）に流れる電流は端子（８）より外
部へ取り出される。そして、高熱伝導性電気絶縁体
（９）により金属ブロック（２）・ヒートパイプ（4A）
・（4B）・（4C）は半導体素子（１）・端子（８）と電
気的に絶縁されており電位がかからない。したがって、
風洞（10）・基板（11）は電気絶縁材で構成する必要が
なく、非常に安価な装置とすることができる。また、基
板（11）は電気絶縁材で構成しなくてよいので、必要以
上に板厚を大きくする必要がない。また、風洞（10）は
電気絶縁材で構成しなくてよいので、その製作を容易に
行なうことができる。さらに、パイプ（40）・放熱用フ
ィン（44）には電位がかからないので、導電性のゴミな
どの無い清浄な冷却風を必ずしも供給しなくてもよく、
また、風洞（10）を設けなくてもよい。

上記セラミックペーパーとしては、例えばアルミナ短
繊維と有機バインダとしてミクロフィブリル化セルロー
スを用いて成形されたアルミナペーパーとしてもよく、
熱伝導性大・電気絶縁性大・防錆性大・耐環境性大・耐
圧接強度大などの優れた利点を有している。なお、セラ
ミックペーパーとしてアルミナペーパーに限定されるも
のではなく類似のものも含むことは勿論のことである。

なお、ヒートパイプ内に封入される冷媒として、水・
アンモニア・フロリナート・ダウサーム・アルコール
等、種々のものが使用可能であるが、熱輸送能力の点で
水が最も優れている。

また、電気発熱体としては、半導体素子に限定される
ものではなく、各種電子部品・電気素子などにも適用し
得ることは勿論のことであり、同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

この発明によれば、以上説明した通り、端子と上記金
属ブロックとの間に、セラミックペーパーを挿着した
後、上記セラミックペーパーに樹脂を滴下し浸透させ硬
化させて形成された高熱伝導性電気絶縁体を備えること
により、電気発熱体の熱を金属ブロックに確実に伝える
とともに、電気発熱体の電位を金属ブロックに伝えず的
確に電気絶縁するようにしたので、信頼性が高く、極め
て安価な装置を得ることができる。

また、セラミックペーパーとしてアルミナペーパーを
用いることにより、熱伝導性大・電気絶縁性大・防錆性
大・耐環境性大・耐圧強度性大などの優れた特性を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、この発明の一実施例による電気
発熱体の冷却装置を示す正面断面図および側面断面図、
第３図および第４図は、従来の電気発熱体の冷却装置を
示す正面断面図および側面断面図である。図において、（１）は電気発熱体、（２）は金属ブロッ
ク、（4A）・（4B）・（4C）はヒートパイプ、（８）は
端子、（９）は高熱伝導性電気絶縁体である。なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤井雅雄兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (56)参考文献特開昭59−89442（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−102099（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気発熱体が装着され上記電気発熱体のヒ
ートシンクとなりうる金属ブロックと、上記電気発熱体
と上記金属ブロックとの間に配設された端子と、上記金
属ブロックに連設され内部に冷媒が封入されたヒートパ
イプと、上記端子と上記金属ブロックとの間に、セラミ
ックペーパーを挿着した後、上記セラミックペーパーに
樹脂を滴下し浸透させ硬化させて形成された高熱伝導性
電気絶縁体とを備えたことを特徴とする電気発熱体の冷
却装置。
【請求項２】セラミックペーパーはアルミナペーパーか
らなることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
電気発熱体の冷却装置。