JPH09289272A - Semiconductor module - Google Patents

Semiconductor module

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JPH09289272A
JPH09289272A JP10087396A JP10087396A JPH09289272A JP H09289272 A JPH09289272 A JP H09289272A JP 10087396 A JP10087396 A JP 10087396A JP 10087396 A JP10087396 A JP 10087396A JP H09289272 A JPH09289272 A JP H09289272A
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JP
Japan
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heat
cooling
electrode
semiconductor module
switching
Prior art date
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Pending
Application number
JP10087396A
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Japanese (ja)
Inventor
Ken Uchida
憲 内田
Ikuo Saito
育夫 齊藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the size of a cooling means for cooling a semiconductor element by making the cooling means in such a structure that a closed loop space wherein water is sealed may be formed in each copper block and heat generated by a silicon pellet may be absorbed by the copper blocks. SOLUTION: Cooling means 30 and a semiconductor device are located alternately. The semiconductor device has copper blocks 31 which, being supplied with power, serve as electrodes and a silicon pellet 32 which switches power and generates heat. Between the copper blocks 31 and the silicon pellet 32, molybdenum plates 33 are located to prevent heat generated by the silicon pellet 32 from being directly transmitted to the copper blocks 31. Furthermore, a closed loop space 34 is formed in each copper block 31. Water is sealed in the spaces 34. The copper blocks 31, the silicon pellet 32, and the molybdenum plates 33 are housed within ceramic guides 36. By this method, the size of a cooling device for the semiconductor device can be reduced and an installation space can also be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却手段を備える
半導体素子を用いた半導体モジュールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor module using a semiconductor element having a cooling means.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、GTOサイリスタ(Gate Turn-Of
f Thyristor )、IGBT(Insulated Gate Bipolar T
ransistor )、LTT(Light Trigger Thyristor )等
の半導体素子は、電力用及び産業用変換装置の普及、高
性能化に大きく貢献している。特に、GTOサイリスタ
やIGBT等の自己消弧型素子は、比較的小電力のゲー
ト信号によりオン状態からオフ状態へのスイッチングが
可能なため、その応用分野は、高電圧、大電流を扱う電
力、輸送、産業の各分野に拡大している。しかし、これ
ら半導体素子には、多量の熱が発生することから、半導
体素子の外側に冷却装置を設けた半導体モジュールとす
る必要がある。
2. Description of the Related Art In recent years, GTO thyristors (Gate Turn-Of)
f Thyristor), IGBT (Insulated Gate Bipolar T)
Semiconductor devices such as ransistors and LTTs (Light Trigger Thyristors) have greatly contributed to the spread and high performance of power and industrial converters. In particular, self-extinguishing devices such as GTO thyristors and IGBTs can be switched from an on-state to an off-state by a gate signal of relatively low power. It is expanding into transportation and industrial fields. However, since a large amount of heat is generated in these semiconductor elements, it is necessary to make a semiconductor module in which a cooling device is provided outside the semiconductor elements.

【0003】図26は、冷却装置1と半導体素子2を交互
に重ねて、適切な圧力で外側から締め付けた従来の半導
体モジュールである。図27は、半導体モジュールを構成
する半導体素子2であり、図28は、半導体モジュールの
断面図である。
FIG. 26 shows a conventional semiconductor module in which cooling devices 1 and semiconductor elements 2 are alternately stacked and tightened from the outside with an appropriate pressure. FIG. 27 is a semiconductor element 2 that constitutes a semiconductor module, and FIG. 28 is a sectional view of the semiconductor module.

【0004】電力のスイッチングを行い、その際に熱を
帯びるシリコンペレット3と、このシリコンペレット3
に配設されたモリブデン板4と、このモリブデン板4に
配設され、電極の役割を果たす銅ブロック5と、この銅
ブロック5に配設された冷却装置1と、シリコンペレッ
ト3とモリブデン板4と銅ブロック5とを収納するセラ
ミックガイド6とから構成される。シリコンペレット3
で発生した熱が、モリブデン板4を通り、さらに銅ブロ
ック5を経由して、冷却装置1へと移動し、シリコンペ
レット3が許容温度を越えないように、冷却される。
The silicon pellets 3 that are heated when the power is switched and the silicon pellets 3 are heated.
Molybdenum plate 4 disposed on the copper block 5, a copper block 5 disposed on the molybdenum plate 4 and serving as an electrode, a cooling device 1 disposed on the copper block 5, a silicon pellet 3 and a molybdenum plate 4. And a ceramic guide 6 that houses the copper block 5. Silicon pellet 3
The heat generated in 1 moves through the molybdenum plate 4 and further through the copper block 5 to the cooling device 1, where it is cooled so that the silicon pellet 3 does not exceed the allowable temperature.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体モジュールでは、半導体素子を冷却する冷却
装置が大型化し、その結果半導体モジュールの小型化が
図れないため、スペースの面で問題を生ずる。
However, in the above-mentioned conventional semiconductor module, the cooling device for cooling the semiconductor element becomes large, and as a result, the semiconductor module cannot be downsized, which causes a problem in space.

【0006】そこで、本発明は、上記の問題点を鑑み、
冷却手段を備えた半導体素子を使用することにより、半
導体素子を冷却する冷却手段を小型化した半導体モジュ
ールを提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems,
An object of the present invention is to provide a semiconductor module in which the cooling means for cooling the semiconductor element is downsized by using the semiconductor element provided with the cooling means.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、電力が供給される1対の電
極手段と、この電力のスイッチングを行うスイッチング
手段と、電極手段とスイッチング手段間に位置し、スイ
ッチング手段で発生した熱が電極手段に直接伝わらない
ようにする熱緩衝手段と、少なくともその一部が電極手
段の内部に設けられた第1の冷却手段と、電極手段の外
部に設けられ電極手段を冷却する第2の冷却手段と、電
極手段とスイッチング手段と熱緩衝手段とを収納する収
納手段とを有したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 provides a pair of electrode means to which electric power is supplied, a switching means for switching the electric power, an electrode means and a switching means. A heat buffering means located between the means for preventing heat generated by the switching means from being directly transferred to the electrode means; a first cooling means at least a part of which is provided inside the electrode means; It is characterized in that it has a second cooling means provided outside to cool the electrode means, and a housing means for housing the electrode means, the switching means and the thermal buffer means.

【0008】請求項2記載の発明は、第1の冷却手段
が、スイッチング手段で発生した熱で沸騰し、そして凝
縮する作動流体が循環する流路であることを特徴とす
る。
According to a second aspect of the present invention, the first cooling means is a flow path through which a working fluid that boils and condenses with the heat generated by the switching means circulates.

【0009】請求項3記載の発明は、第1の冷却手段
が、スイッチング手段で発生した熱で沸騰し、そして凝
縮する作動流体が循環し、その一部に傾斜部が設けられ
た流路であることを特徴とする。
In a third aspect of the present invention, the first cooling means is a flow path in which a working fluid that boils and condenses due to the heat generated by the switching means circulates, and a part of which is provided with an inclined portion. It is characterized by being.

【0010】請求項4記載の発明は、第1の冷却手段
が、スイッチング手段で発生した熱で沸騰し、そして凝
縮する作動流体が循環する流路の一部を電極の手段の外
部に有したことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, the first cooling means has a part of the flow path through which the working fluid that boils and condenses due to the heat generated by the switching means circulates outside the electrode means. It is characterized by

【0011】請求項5記載の発明は、第1の冷却手段
が、スイッチング手段で発生した熱で沸騰し、そして凝
縮する作動流体が循環する複数の流路であることを特徴
とする。
The invention according to claim 5 is characterized in that the first cooling means is a plurality of flow paths through which a working fluid that boils and condenses with the heat generated by the switching means circulates.

【0012】請求項6記載の発明は、作動流体が循環す
る流路が、ウイックを有するヒートパイプを用いたこと
を特徴とする。
The invention according to claim 6 is characterized in that a heat pipe having a wick is used as a flow path through which the working fluid circulates.

【0013】請求項7記載の発明は、電力が供給される
1対の電極手段と、電力のスイッチングを行うスイッチ
ング手段と、電極手段とスイッチング手段間に位置し、
スイッチング手段で発生した熱が電極手段に直接伝わら
ないようにする熱緩衝手段と、電極手段を貫通し冷媒が
流れる流路手段と、冷媒の熱を交換する熱交換手段と、
冷媒に圧力を加えて送り出す加圧手段と、電極手段とス
イッチング手段と熱緩衝手段とを収納する収納手段とを
有したことを特徴とする。
According to a seventh aspect of the invention, a pair of electrode means to which electric power is supplied, a switching means for switching electric power, and a pair of electrode means are provided between the electrode means and the switching means.
Thermal buffering means for preventing heat generated in the switching means from being directly transmitted to the electrode means, flow path means through which the refrigerant flows through the electrode means, heat exchange means for exchanging heat of the refrigerant,
It is characterized by having a pressurizing means for applying pressure to the refrigerant and sending it out, and an accommodating means for accommodating the electrode means, the switching means and the heat buffering means.

【0014】請求項8記載の発明は、電極手段の外部に
設けられ電極手段を冷却する冷却手段を有したことを特
徴とする。
The invention according to claim 8 is characterized in that it has a cooling means provided outside the electrode means for cooling the electrode means.

【0015】請求項9記載の発明は、流路手段が、電極
手段内で交差する流路手段であることを特徴とする。
The invention according to claim 9 is characterized in that the flow path means is a flow path means intersecting in the electrode means.

【0016】請求項10記載の発明は、流路手段が、電
極手段とスイッチング手段と熱緩衝手段とを貫通する手
段であることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, the flow path means is a means that penetrates the electrode means, the switching means and the thermal buffer means.

【0017】請求項11記載の発明は、加圧手段が、冷
媒の循環を自動制御する制御手段であることを特徴とす
る。
The invention described in claim 11 is characterized in that the pressurizing means is a control means for automatically controlling the circulation of the refrigerant.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の第1実施例について図1
〜図4を用いて説明する。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
~ It demonstrates using FIG.

【0019】半導体モジュールとは、図3に示すよう
に、冷却装置30と半導体素子25を交互に配置したもので
ある。図1は、この図3に示す半導体モジュールの断面
図である。半導体素子25は、電力が供給され、電極の役
割を果たす銅ブロック31と、電力が供給されると電力の
スイッチングを行うとともに熱を発生するシリコンペレ
ット32と、銅ブロック31とシリコンペレット32との間に
配置され、シリコンペレット32で発生した熱が銅ブロッ
ク31に直接伝わらないようにするモリブデン板33と、こ
の銅ブロック31内に電極としての機能を失うことなく設
けられた閉ループ型空間部34と、この閉ループ型空間部
34内に封入される水35と、銅ブロック31とシリコンペレ
ット32とモリブデン板33とを収納するセラミックガイド
36とから構成される。
As shown in FIG. 3, a semiconductor module is one in which cooling devices 30 and semiconductor elements 25 are alternately arranged. FIG. 1 is a sectional view of the semiconductor module shown in FIG. The semiconductor element 25 includes a copper block 31 that is supplied with electric power and plays a role of an electrode, a silicon pellet 32 that generates heat while switching the electric power when the electric power is supplied, and a copper block 31 and a silicon pellet 32. A molybdenum plate 33 that is disposed between the molybdenum plate 33 and the heat generated in the silicon pellets 32 so as not to be directly transmitted to the copper block 31, and a closed loop type space portion 34 provided inside the copper block 31 without losing the function as an electrode. And this closed-loop type space part
Ceramic guide for accommodating water 35 enclosed in 34, copper block 31, silicon pellet 32, and molybdenum plate 33
Composed of 36 and.

【0020】なお、銅ブロック31、モリブデン板33は、
図1に示すようにシリコンペレット31の両側に配置され
ている。
The copper block 31 and the molybdenum plate 33 are
As shown in FIG. 1, they are arranged on both sides of the silicon pellet 31.

【0021】図2に、水35が封入された閉ループ型空間
部34を示し、以下に図1と併せて熱の移動形態について
説明する。なお、図2の閉ループ型空間部34は、図1で
いう右側のものである。
FIG. 2 shows a closed-loop type space portion 34 in which water 35 is enclosed. The mode of heat transfer will be described below together with FIG. The closed loop type space portion 34 in FIG. 2 is the right side portion in FIG.

【0022】シリコンペレット32で発生した熱は、モリ
ブデン板33を介し、銅ブロック31内部に設けられた閉ル
ープ型空間部の空間部吸熱側34a に伝わる。その際、水
である凝縮液体35a は、この熱を空間部吸熱側34a で吸
収し、沸騰現象を起こす。沸騰して相変化した沸騰気体
35b は、圧力差により上方に移動し、さらに空間部吸熱
側34a へと移動する。沸騰気体35b は空間部放熱側34b
にて放熱し、凝縮現象を起こす。凝縮して相変化した凝
縮液体35a は重力の作用で下方に移動し、上述のサイク
ルを繰り返す。なお、空間部放熱側34b において放熱さ
れた熱は、最終的に冷却装置30にて冷却されることとな
る。
The heat generated in the silicon pellet 32 is transmitted to the space heat absorbing side 34a of the closed loop type space provided inside the copper block 31 through the molybdenum plate 33. At this time, the condensed liquid 35a, which is water, absorbs this heat at the space endothermic side 34a and causes a boiling phenomenon. Boiling gas that boiled and changed phase
35b moves upward due to the pressure difference, and further moves to the space heat absorption side 34a. Boiling gas 35b is the space heat radiation side 34b
Dissipates heat and causes a condensation phenomenon. The condensed liquid 35a that has condensed and changed its phase moves downward by the action of gravity, and repeats the above-described cycle. The heat radiated on the space heat radiation side 34b is finally cooled by the cooling device 30.

【0023】このように、銅ブロック31内に、水が封入
された閉ループ型空間部34を設けることにより、銅ブロ
ック31内でシリコンペレット32で発生する熱を吸収する
ことができるため、冷却装置30を小型化した半導体モジ
ュールとすることが可能となる。
As described above, by providing the closed-loop type space portion 34 in which water is sealed in the copper block 31, the heat generated in the silicon pellet 32 in the copper block 31 can be absorbed, so that the cooling device is provided. It is possible to make the semiconductor module 30 smaller.

【0024】次に、本実施例における銅ブロック31の製
造過程の一例を図4に示す。図4(a) に、水平な端面を
もつ空間部作成用ブロック40と、内面の一部を同様に水
平な平面とした中空円筒形ブロック41を示す。この空間
部作成用ブロック40と中空円筒形ブロック41を、図4
(b) 、図4(c) に示すように内部支持ブロック42により
支持し、中空円筒形ブロック41の端面を端面ブロック43
で固定する。これにより、水が流れる流路を確保した銅
ブロック31を作ることができる。
Next, an example of the manufacturing process of the copper block 31 in this embodiment is shown in FIG. FIG. 4 (a) shows a block 40 for creating a space portion having a horizontal end surface and a hollow cylindrical block 41 in which a part of the inner surface is also a horizontal plane. The block 40 for creating the space portion and the hollow cylindrical block 41 are shown in FIG.
As shown in (b) and FIG. 4 (c), the end face of the hollow cylindrical block 41 is supported by the inner support block 42, and the end face block 43
Fix with. As a result, the copper block 31 in which the flow path of water is secured can be manufactured.

【0025】次に本発明の第2実施例について図5、図
6を用いて説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0026】本実施例は、第1実施例での閉ループ型空
間部34に、空間部傾斜側34c を設けたものである。この
空間部傾斜側34c は、空間部44を構成する上辺部分が、
外側の冷却器30に向かって徐々に上昇する形になってお
り、また、空間部44を構成する下辺部分が、徐々に下降
する形になっている。
In this embodiment, the closed loop type space portion 34 of the first embodiment is provided with a space portion inclined side 34c. On this space part inclined side 34c, the upper side part which constitutes the space part 44 is
The shape is such that it gradually rises toward the outside cooler 30, and the lower side portion that constitutes the space portion 44 gradually descends.

【0027】熱の移動形態は、第1実施例と同様であ
る。しかし、空間部傾斜側34c を設けたことにより、水
35の循環がよくなり、熱の移動がスムーズに行われ、冷
却効率は向上する。なお、空間部傾斜側34c を有する閉
ループ型空間部44は、図5、図6のような平行四辺形的
な形状に限らず、各辺となる流路の長さがそれぞれ異な
る形状であってもよい。銅ブロック31の製造方法は第1
実施例と同様である。
The mode of heat transfer is the same as in the first embodiment. However, since the space sloped side 34c is provided,
The circulation of 35 is improved, the heat is transferred smoothly, and the cooling efficiency is improved. The closed-loop type space portion 44 having the space portion inclined side 34c is not limited to the parallelogram shape as shown in FIGS. Good. The manufacturing method of the copper block 31 is the first
It is similar to the embodiment.

【0028】本発明の第3実施例について図7を用いて
説明する。
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0029】本実施例は、第1実施例での閉ループ型空
間部34を小型化し、閉ループ型ミクロ空間部45とし、複
数個設置したものである。熱の移動形態は、第1実施例
と同様であるが、複数個の閉ループ型ミクロ空間部45と
した結果、半導体素子25を細部にわたって冷却すること
が可能となった。なお、銅ブロック31の製造方法は実施
例1と同様である。
In this embodiment, the closed loop type space portion 34 of the first embodiment is downsized to form a closed loop type micro space portion 45, and a plurality of them are installed. The mode of heat transfer is the same as that of the first embodiment, but as a result of the plurality of closed-loop type micro space parts 45, the semiconductor element 25 can be cooled in detail. The manufacturing method of the copper block 31 is similar to that of the first embodiment.

【0030】本発明の第4実施例について図8を用いて
説明する。
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0031】本実施例は、第2実施例での閉ループ型空
間部44を小型化した閉ループ型ミクロ空間部46とし、複
数個設置したものである。熱の移動形態や水35の循環性
が向上する点は、第2実施例と同様であるが、さらに第
3実施例同様、閉ループ型ミクロ空間部46を設置するこ
とにより、半導体素子25を細部にわたって冷却すること
が可能となった。なお、銅ブロック31の製造方法は実施
例1と同様である。
In the present embodiment, the closed loop type space portion 44 of the second embodiment is replaced by a miniaturized closed loop type micro space portion 46, and a plurality of them are installed. The form of heat transfer and the improvement of the circulation of the water 35 are the same as those in the second embodiment. However, as in the third embodiment, the closed loop type micro space portion 46 is installed so that the semiconductor device 25 can be detailed. It became possible to cool over. The manufacturing method of the copper block 31 is similar to that of the first embodiment.

【0032】本発明の第5実施例について図9〜図12を
用いて説明する。
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0033】本実施例は、第4実施例での閉ループ型ミ
クロ空間部46を直線型マイクロ空間部47としたものであ
る。図10に水35が封入された直線型マイクロ空間部47を
示す。以下に、直線型マイクロ空間部を設置した半導体
モジュールの熱の移動形態について説明する。直線型マ
イクロ空間部47に封入された作動流体である凝縮液体35
a は、図9のシリコンペレット32で発生しモリブデン板
33を経由した熱を、マイクロ空間部吸熱側47a にて吸収
し、沸騰現象を起こす。沸騰して相変化した作動流体で
ある沸騰気体35b は蒸気圧により上方に移動し、傾斜側
47c を経由して、マイクロ空間部放熱側47b へと移動す
る。沸騰気体35b は、マイクロ空間部放熱側47b にて放
熱し、凝縮現象を起こす。凝縮して相変化した作動流体
である凝縮液体35b は、重力の作用で下方に移動し、傾
斜側47c を経由して、マイクロ空間部吸熱側47a へ移動
し、上述のサイクルを繰り返す。
In this embodiment, the closed loop type micro space portion 46 in the fourth embodiment is replaced with a linear type micro space portion 47. FIG. 10 shows a linear micro space 47 in which water 35 is enclosed. The heat transfer mode of the semiconductor module in which the linear micro space is installed will be described below. Condensed liquid 35, which is a working fluid enclosed in a linear microspace 47
a is a molybdenum plate generated in the silicon pellet 32 of FIG.
The heat that has passed through 33 is absorbed by the micro space heat absorption side 47a, causing a boiling phenomenon. The boiling gas 35b, which is a working fluid that has boiled and changed its phase, moves upward due to the vapor pressure and
It moves to 47b of micro space heat radiation side via 47c. The boiling gas 35b radiates heat at the micro space heat radiation side 47b, causing a condensation phenomenon. The condensed liquid 35b, which is the working fluid that has condensed and changed its phase, moves downward due to the action of gravity, moves to the micro space endothermic side 47a via the inclined side 47c, and repeats the above-described cycle.

【0034】次に本実施例における銅ブロック31の製造
過程の一例を図11に示す。円柱形ブロック48に複数個の
円柱形ブロック空間部49を設け、その円柱形ブロック空
間部49に、事前に作動流体を封入、密閉して製作してお
いたパイプ50を挿入する。接触面は、ろう付けなどして
固定する。
Next, an example of the manufacturing process of the copper block 31 in this embodiment is shown in FIG. A plurality of columnar block spaces 49 are provided in the columnar block 48, and a pipe 50, which is manufactured by previously sealing and sealing a working fluid, is inserted into the columnar block spaces 49. The contact surface is fixed by brazing.

【0035】なお、パイプ50は、水35とウィック51と呼
ばれる多孔質物質を内張りした密閉容器52から成るヒー
トパイプ53とすることも可能である。この場合の熱の移
動形態を、以下に図12を用いて説明する。ウィック51と
呼ばれる多孔質物質を内張りにした密閉容器52を真空に
し、水35を適量封入する。外から熱を受ける部分をウィ
ック吸熱側52a 、外に熱を放出する部分をウィック放熱
側52b 、ウィック吸熱側52a とウィック放熱側52b を結
ぶ部分をウィック断熱側52c と呼ぶ。ウィック吸熱側52
a では、シリコンペレット32で発生した熱によりウィッ
ク内の水が蒸発し、その沸騰気体35b がわずかの圧力差
でウィック断熱側52c を通り、ウィック放熱側52b へと
移動する。ここで、沸騰気体35b は、凝縮し凝縮液体35
a となり、その際に潜熱を放出する。凝縮液体35a は、
ウィック51の毛細管力でウィック吸熱側52a に還流し、
上述のサイクルを繰り返す。
The pipe 50 may be a heat pipe 53 composed of a closed container 52 lined with water 35 and a porous material called a wick 51. The mode of heat transfer in this case will be described below with reference to FIG. A closed container 52, which is called a wick 51 and is lined with a porous material, is evacuated, and an appropriate amount of water 35 is enclosed. A portion receiving heat from the outside is called a wick heat absorbing side 52a, a portion releasing heat to the outside is called a wick heat radiating side 52b, and a portion connecting the wick heat absorbing side 52a and the wick heat radiating side 52b is called a wick heat insulating side 52c. Wick endotherm side 52
At a, the water in the wick evaporates due to the heat generated in the silicon pellet 32, and the boiling gas 35b passes through the wick adiabatic side 52c and moves to the wick radiating side 52b with a slight pressure difference. Here, the boiling gas 35b is condensed and condensed liquid 35
It becomes a and releases latent heat at that time. The condensed liquid 35a is
The capillary force of the wick 51 returns to the wick heat absorption side 52a,
Repeat the above cycle.

【0036】本発明の第6実施例について図13、図14を
用いて説明する。
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 13 and 14.

【0037】本実施例は、第5実施例でのマイクロ空間
部放熱側47b を銅ブロック31の外側に突出させ、突出部
47d を設けたものである。熱の移動形態は、第5実施例
と同様であるが、突出部47d を設けることにより、冷却
装置30に接触する面積が増大するため、沸騰気体35b の
放熱効果が高められ、冷却装置30自体の容量を小型化で
き、半導体モジュールとしての小型化が可能となる。
In this embodiment, the heat radiation side 47b of the micro space portion in the fifth embodiment is projected to the outside of the copper block 31,
It is provided with 47d. The form of heat transfer is the same as that of the fifth embodiment, but by providing the protrusion 47d, the area in contact with the cooling device 30 increases, so the heat dissipation effect of the boiling gas 35b is enhanced, and the cooling device 30 itself. The capacity can be reduced, and the semiconductor module can be reduced in size.

【0038】本発明の第7実施例について図15、図16を
用いて説明する。
The seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0039】本実施例は、半導体素子25の銅ブロック31
内に、外部から冷媒が通る循環パイプを設けることによ
り、半導体素子25を冷却しようとするものである。銅ブ
ロック31の外部に直接、冷却装置を配置しないため、半
導体モジュールの小型化が図られる。本実施例における
熱の移動形態は次のとおりである。金属ブロック内の循
環パイプ60を通り抜け、熱を帯びた冷媒61が、熱交換器
62に導かれ、外部に熱放散した後、ポンプ63にて加圧さ
れ、このサイクルを繰り返す。
In this embodiment, the copper block 31 of the semiconductor element 25 is used.
By providing a circulation pipe through which a coolant flows from the outside, the semiconductor element 25 is cooled. Since the cooling device is not arranged directly outside the copper block 31, the size of the semiconductor module can be reduced. The mode of heat transfer in this example is as follows. The heat-filled refrigerant 61 passes through the circulation pipe 60 in the metal block and becomes a heat exchanger.
After being guided to 62 and dissipating heat to the outside, it is pressurized by the pump 63 and this cycle is repeated.

【0040】本発明の第8実施例について図17、図18を
用いて説明する。
The eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0041】本実施例は、第7実施例における循環パイ
プ60が、銅ブロック31内部で交差するものであり、外部
に熱放散しにくい半導体素子25の中央部付近での熱の輸
送量を多くすることができる。これにより、銅ブロック
31の外部に直接、冷却装置30を配置しないため、半導体
モジュールの小型化が図られる。
In this embodiment, the circulation pipes 60 in the seventh embodiment intersect inside the copper block 31, so that a large amount of heat is transported near the central portion of the semiconductor element 25 which is hard to dissipate heat to the outside. can do. This allows the copper block
Since the cooling device 30 is not arranged directly outside the 31, the semiconductor module can be downsized.

【0042】本発明の第9実施例について図19、図20を
用いて説明する。
The ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0043】本実施例は、第7実施例における循環パイ
プ60が、シリコンペレット32とモリブデン板33と銅ブロ
ック31とを貫通するものである。本実施例により、第8
実施例同様、外部に熱放散しにくい中央部付近を冷却す
ることが可能となり、半導体モジュールの小型化が図ら
れる。
In this embodiment, the circulation pipe 60 in the seventh embodiment penetrates the silicon pellet 32, the molybdenum plate 33 and the copper block 31. According to this embodiment, the eighth
Similar to the embodiment, it is possible to cool the vicinity of the central portion where it is difficult to dissipate heat to the outside, and the semiconductor module can be downsized.

【0044】本発明の第10実施例について図21を用いて
説明する。
The tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0045】本実施例は、第7実施例における半導体素
子を複数とし、銅ブロック31に冷却装置64を接触配設し
たものである。第7実施例に対して、冷却装置64が別途
設置されることになるが、この冷却装置64は、冷媒61が
通る循環パイプ60等の設置により小型化でき、半導体モ
ジュールの小型化に貢献する。
In this embodiment, a plurality of semiconductor elements in the seventh embodiment are provided, and a cooling device 64 is arranged in contact with the copper block 31. In contrast to the seventh embodiment, a cooling device 64 is installed separately, but the cooling device 64 can be downsized by installing the circulation pipe 60 or the like through which the refrigerant 61 passes, which contributes to downsizing of the semiconductor module. .

【0046】本発明の第11実施例について図22を用いて
説明する。
The eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0047】本実施例は、第10実施例において複数の半
導体素子にて共用となっている冷媒61と熱交換器62とポ
ンプ63を、冷却器64に対しても使用するものである。
In this embodiment, the refrigerant 61, the heat exchanger 62 and the pump 63, which are shared by a plurality of semiconductor elements in the tenth embodiment, are also used for the cooler 64.

【0048】本発明の第12実施例について図23を用いて
説明する。
A twelfth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0049】本実施例は、第9実施例における半導体素
子25とそれを使用することにより小型化された冷却装置
64とを接触配設させた半導体モジュールである。
The present embodiment is a semiconductor device 25 of the ninth embodiment and a cooling device downsized by using the same.
64 is a semiconductor module in which it is disposed in contact with.

【0050】本発明の第13実施例について図24、図25を
用いて説明する。
A thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 24 and 25.

【0051】本実施例は、循環パイプの一部に温度セン
サ65を設け、この温度センサ65からの情報を基にポンプ
63の運転状態、例えば吐出方向反転の時間間隔等の自動
制御を行う制御装置66を設けたものである。ポンプ63に
一定または不定時間ごとに吐出方向を反転させる機能を
設けることにより、発熱状況に応じた冷却が可能とな
り、図25に示すように、循環パイプ60内の冷媒温度を平
準化させることができる。その結果、小型の熱交換器を
用いることができ、半導体モジュールの小型化が図られ
る。なお、本実施例は、第8実施例〜第12実施例に適用
することも可能である。
In this embodiment, a temperature sensor 65 is provided in a part of the circulation pipe, and the pump is based on the information from the temperature sensor 65.
A control device 66 for automatically controlling the operating state of 63, for example, the time interval for reversing the discharge direction is provided. By providing the pump 63 with a function of reversing the discharge direction at regular or indefinite intervals, it becomes possible to cool according to the heat generation state, and as shown in FIG. 25, the refrigerant temperature in the circulation pipe 60 can be leveled. it can. As a result, a small heat exchanger can be used, and the semiconductor module can be downsized. This embodiment can also be applied to the eighth to twelfth embodiments.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、半導
体素子を冷却する冷却装置を小型化でき、省スペース化
された半導体モジュールを供給することができる。
As described above, according to the present invention, a cooling device for cooling a semiconductor element can be downsized, and a space-saving semiconductor module can be supplied.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る第1実施例における半導体素子モ
ジュールの断面図。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device module according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明に係る第1実施例における閉ループ型空
間部の概観図。
FIG. 2 is a schematic view of a closed loop type space portion in the first embodiment according to the present invention.

【図3】本発明に係る第1実施例における半導体素子モ
ジュールの概略図。
FIG. 3 is a schematic diagram of a semiconductor device module according to a first embodiment of the present invention.

【図4】本発明に係る第1実施例における金属ブロック
の製造方法。
FIG. 4 is a method for manufacturing a metal block according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明に係る第2実施例における半導体素子モ
ジュールの断面図。
FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor device module according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明に係る第2実施例における閉ループ型空
間部の概観図。
FIG. 6 is a schematic view of a closed loop type space portion in a second embodiment according to the present invention.

【図7】本発明に係る第3実施例における半導体素子モ
ジュールの断面図。
FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor device module according to a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明に係る第4実施例における半導体素子モ
ジュールの断面図。
FIG. 8 is a sectional view of a semiconductor device module according to a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明に係る第5実施例における半導体素子モ
ジュールの断面図。
FIG. 9 is a sectional view of a semiconductor device module according to a fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明に係る第5実施例における閉ループ型
空間部の概観図。
FIG. 10 is a schematic view of a closed loop type space portion in a fifth embodiment according to the present invention.

【図11】本発明に係る第5実施例における金属ブロッ
クの製造方法。
FIG. 11 is a method for manufacturing a metal block according to the fifth embodiment of the present invention.

【図12】本発明に係る第5実施例におけるヒートパイ
プの断面図。
FIG. 12 is a sectional view of a heat pipe according to a fifth embodiment of the present invention.

【図13】本発明に係る第6実施例における半導体素子
モジュールの断面図。
FIG. 13 is a sectional view of a semiconductor device module according to a sixth embodiment of the present invention.

【図14】本発明に係る第6実施例における閉ループ型
空間部の概観図。
FIG. 14 is a schematic view of a closed loop type space portion in a sixth embodiment according to the present invention.

【図15】本発明に係る第7実施例における半導体素子
モジュールの外観図。
FIG. 15 is an external view of a semiconductor device module according to a seventh embodiment of the present invention.

【図16】本発明に係る第7実施例における半導体素子
モジュールの断面図。
FIG. 16 is a sectional view of a semiconductor device module according to a seventh embodiment of the present invention.

【図17】本発明に係る第8実施例における半導体素子
モジュールの外観図。
FIG. 17 is an external view of a semiconductor device module according to an eighth embodiment of the present invention.

【図18】本発明に係る第8実施例における半導体素子
モジュールの断面図。
FIG. 18 is a sectional view of a semiconductor device module according to an eighth embodiment of the present invention.

【図19】本発明に係る第9実施例における半導体素子
モジュールの外観図。
FIG. 19 is an external view of a semiconductor device module according to a ninth embodiment of the present invention.

【図20】本発明に係る第9実施例における半導体素子
モジュールの断面図。
FIG. 20 is a sectional view of a semiconductor device module according to a ninth embodiment of the present invention.

【図21】本発明に係る第10実施例における半導体素子
モジュールの外観図。
FIG. 21 is an external view of a semiconductor device module according to a tenth embodiment of the present invention.

【図22】本発明に係る第11実施例における半導体素子
モジュールの外観図。
FIG. 22 is an external view of a semiconductor device module according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図23】本発明に係る第12実施例における半導体素子
モジュールの外観図。
FIG. 23 is an external view of a semiconductor device module according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図24】本発明に係る第13実施例における半導体素子
モジュールの外観図。
FIG. 24 is an external view of a semiconductor device module according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図25】本発明に係る第13実施例における冷媒の温度
状態。
FIG. 25 is a temperature state of the refrigerant in the thirteenth embodiment according to the present invention.

【図26】従来の半導体モジュールの概略図。FIG. 26 is a schematic view of a conventional semiconductor module.

【図27】従来の半導体素子の外観図。FIG. 27 is an external view of a conventional semiconductor element.

【図28】従来の半導体モジュールの断面図。FIG. 28 is a sectional view of a conventional semiconductor module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

25…半導体素子 30,64…冷却装置 31…銅ブロック 32…シリコンペレット 33…モリブデン板 34,44…閉ループ型空間部 34a …空間部吸熱側 34b …空間部放熱側 34c …空間部傾斜側 35…水 35a …凝縮液体 35b …沸騰気体 36…セラミックガイド 40…空間部作成用ブロック 41…中空円筒形ブロック 42…内部支持ブロック 43…端面ブロック 45,46…閉ループ型ミクロ空間部 47…直線型マイクロ空間部 47a …マイクロ空間部吸熱側 47b …マイクロ空間部放熱側 47c …マイクロ空間部傾斜側 47d …突出部 48…円柱形ブロック 49…円柱形ブロック空間部 50…パイプ 51…ウィック 52…密閉容器 52a …ウィック吸熱側 52b …ウィック放熱側 52c …ウィック断熱側 53…ヒートパイプ 60…循環パイプ 61…冷媒 62…熱交換器 63…ポンプ 65…温度センサ 66…自動制御装置 25 ... Semiconductor element 30, 64 ... Cooling device 31 ... Copper block 32 ... Silicon pellet 33 ... Molybdenum plate 34, 44 ... Closed loop type space part 34a ... Space part heat absorption side 34b ... Space part heat radiation side 34c ... Space part inclined side 35 ... Water 35a… Condensed liquid 35b… Boiling gas 36… Ceramic guide 40… Space part creating block 41… Hollow cylindrical block 42… Internal support block 43… End face block 45, 46… Closed loop type micro space part 47… Linear micro space Part 47a ... Micro space part heat absorption side 47b ... Micro space part heat radiation side 47c ... Micro space part inclined side 47d ... Projection part 48 ... Cylindrical block 49 ... Cylindrical block space part 50 ... Pipe 51 ... Wick 52 ... Sealed container 52a ... Wick heat absorption side 52b… Wick heat radiation side 52c… Wick heat insulation side 53… Heat pipe 60… Circulation pipe 61… Refrigerant 62… Heat exchanger 63… Pump 65… Temperature sensor 66… Automatic control device

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電力が供給される1対の電極手段と、前
記電力のスイッチングを行うスイッチング手段と、前記
電極手段と前記スイッチング手段間に位置し、前記スイ
ッチング手段で発生した熱が前記電極手段に直接伝わら
ないようにする熱緩衝手段と、少なくともその一部が前
記電極手段の内部に設けられた第1の冷却手段と、前記
電極手段の外部に設けられ前記電極手段を冷却する第2
の冷却手段と、前記電極手段と前記スイッチング手段と
前記熱緩衝手段とを収納する収納手段とを具備したこと
を特徴とする半導体モジュール。
1. A pair of electrode means to which electric power is supplied, a switching means for switching the electric power, and a heat generated by the switching means located between the electrode means and the switching means. A thermal buffering means for preventing direct transmission to the first means, a first cooling means at least a part of which is provided inside the electrode means, and a second cooling means provided outside the electrode means for cooling the electrode means.
And a storage means for storing the electrode means, the switching means and the thermal buffer means.
【請求項2】 前記第1の冷却手段が、前記スイッチン
グ手段で発生した熱で沸騰し、そして凝縮する作動流体
が循環する流路であることを特徴とする請求項1記載の
半導体モジュール。
2. The semiconductor module according to claim 1, wherein the first cooling means is a flow path through which a working fluid that boils and condenses with the heat generated by the switching means circulates.
【請求項3】 前記第1の冷却手段が、前記スイッチン
グ手段で発生した熱で沸騰し、そして凝縮する作動流体
が循環し、その一部に傾斜部が設けられた流路であるこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体モジュール。
3. The first cooling means is a flow path in which a working fluid that boils and condenses due to the heat generated by the switching means circulates, and a part of which has an inclined portion. The semiconductor module according to claim 1.
【請求項4】 前記第1の冷却手段が、前記スイッチン
グ手段で発生した熱で沸騰し、そして凝縮する作動流体
が循環する流路の一部を前記電極の手段の外部に具備し
たことを特徴とする請求項1記載の半導体モジュール。
4. The first cooling means is provided with a part of a flow path in which a working fluid that is boiled and condensed by the heat generated by the switching means circulates outside the electrode means. The semiconductor module according to claim 1.
【請求項5】 前記第1の冷却手段が、前記スイッチン
グ手段で発生した熱で沸騰し、そして凝縮する作動流体
が循環する複数の流路であることを特徴とする請求項1
記載の半導体モジュール。
5. The first cooling means is a plurality of flow paths through which a working fluid that boils and condenses with the heat generated by the switching means circulates.
The semiconductor module described.
【請求項6】 前記作動流体が循環する流路が、ウイッ
クを有するヒートパイプを用いたことを特徴とする請求
項2乃至請求項5のいずれか記載の半導体モジュール。
6. The semiconductor module according to claim 2, wherein a heat pipe having a wick is used as a flow path through which the working fluid circulates.
【請求項7】 電力が供給される1対の電極手段と、前
記電力のスイッチングを行うスイッチング手段と、前記
電極手段と前記スイッチング手段間に位置し、前記スイ
ッチング手段で発生した熱が前記電極手段に直接伝わら
ないようにする熱緩衝手段と、前記電極手段を貫通し冷
媒が流れる流路手段と、前記冷媒の熱を交換する熱交換
手段と、前記冷媒に圧力を加えて送り出す加圧手段と、
前記電極手段と前記スイッチング手段と前記熱緩衝手段
とを収納する収納手段とを具備したことを特徴とする半
導体モジュール。
7. A pair of electrode means to which electric power is supplied, a switching means for switching the electric power, and a heat generated by the switching means, which is located between the electrode means and the switching means. A heat buffering means for preventing the heat from directly being transmitted to the flow path, a flow path means through which the refrigerant flows through the electrode means, a heat exchanging means for exchanging heat of the refrigerant, and a pressurizing means for applying pressure to the refrigerant and sending it out. ,
A semiconductor module comprising: a housing means for housing the electrode means, the switching means, and the thermal buffer means.
【請求項8】 前記電極手段の外部に設けられ前記電極
手段を冷却する冷却手段を具備したことを特徴とする半
導体モジュール。
8. A semiconductor module comprising a cooling means provided outside the electrode means for cooling the electrode means.
【請求項9】 前記流路手段が、前記電極手段内で交差
する流路手段であることを特徴とする請求項7または請
求項8記載の半導体モジュール。
9. The semiconductor module according to claim 7, wherein the flow path means is a flow path means that intersects in the electrode means.
【請求項10】 前記流路手段が、前記電極手段と前記
スイッチング手段と前記熱緩衝手段とを貫通する手段で
あることを特徴とする請求項7または請求項8記載の半
導体モジュール。
10. The semiconductor module according to claim 7, wherein the flow path means is a means that penetrates the electrode means, the switching means, and the thermal buffer means.
【請求項11】 前記加圧手段が、前記冷媒の循環を自
動制御する制御手段であることを特徴とする請求項7乃
至請求項10のいずれか記載の半導体モジュール。
11. The semiconductor module according to claim 7, wherein the pressurizing unit is a control unit that automatically controls the circulation of the refrigerant.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000004583A1 (en) * 1998-07-17 2000-01-27 Abb Ab Cooling element and method for manufacturing a cooling element for cooling of at least one electric power component
JP2004190951A (en) * 2002-12-11 2004-07-08 Hiroshima Gas Kk Lng cold recovery method and its device

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