JPH0945829A - 半導体冷却装置及びその放熱フィンの製造方法 - Google Patents

半導体冷却装置及びその放熱フィンの製造方法

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JPH0945829A
JPH0945829A JP7193659A JP19365995A JPH0945829A JP H0945829 A JPH0945829 A JP H0945829A JP 7193659 A JP7193659 A JP 7193659A JP 19365995 A JP19365995 A JP 19365995A JP H0945829 A JPH0945829 A JP H0945829A
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heat
power circuit
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refrigerant
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JP7193659A
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Noriyuki Uchida
則行 内田
Osao Yashiro
長生 八代
Takeaki Maruyama
雄秋 丸山
Hisao Tanaka
久雄 田中
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高温で作動中高温となるパワー回路におい
て、その発生熱量を一時的または連続的に除去し、パワ
ー回路で使用している素子の寿命を向上させるととも
に、パワー回路を用いている装置のケース内の温度上昇
を防ぎ、ケース内で使用している半導体素子の寿命も向
上させること。 【解決手段】 金属製基板５に極めて発熱量が大きいス
イッチング素子やダイオード等が実装されたパワー回路
４にアルミ製矩形の放熱フィン２を接触させ、更に、放
熱フィン２と薄い多孔質のカバー１が隙間３を介して配
置され、その隙間３に液体冷媒６１を注入し、冷媒の蒸
発面積を広くし、熱伝導も向上し、パワー回路に過電流
が流れ、素子の温度が許容温度以上になっても、冷媒が
供給されることによって放熱性能が向上し、パワー回路
の温度上昇を防ぐことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング素
子、ダイオード、パワーＩＣ等を実装してなる発熱量が
大きく、かつ、高温で作動するパワー回路の発生熱量を
一時的または連続的に除去し、パワー回路で使用してい
る素子の寿命を長寿化させるとともに、パワー回路を用
いている装置のケース内の温度上昇を防ぎ、ケース内で
使用している半導体素子の寿命も長寿化させる半導体冷
却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、スイッチング素子、ダイオード
等を複数個実装してなる発熱量が大きく、かつ、高温で
作動するパワー回路は、そのパワー回路の発熱により、
装置のケース内温度が上昇し、ケース内で使用している
他の半導体素子の寿命が短くなるとともに、パワー回路
自体で使用している半導体素子の寿命も短くなる可能性
があった。更に、過負荷でパワー回路を運転し続けた
り、また、シャント抵抗を用いて過電流検出を行う一部
のパワー回路においては、条件によっては、一時的に半
導体素子の温度が上昇し、その部分の半導体素子の寿命
が短くなる可能性があった。
【０００３】そこで、従来の半導体冷却装置では、半導
体等の発熱素子の放熱面に熱伝導の高い部材を用い、ヒ
ートシンクと呼ばれる放熱フィンを取付け、放熱フィン
が加熱されることによって生じる対流（自然対流）を利
用して、発熱素子で発生した熱量を外部空気に放出して
いた。また、上記技術の他にも、多孔質の物質で放熱フ
ィンを製作し、冷媒を放熱フィンに供給、浸透させるこ
とで冷媒を蒸発させ、その潜熱により半導体自体を冷却
する半導体冷却装置が特開平３−４１７５４号公報で開
示されている。
【０００４】次に、上記公報に掲載の技術について説明
する。図１１は従来の半導体冷却装置を示す外観図を示
す要部斜視図である。図において、３０はセラミックス
等からなる多孔質材料で略升状に形成した放熱フィン、
６１は多孔質の放熱フィン３０に収容した液体冷媒、６
２は液体冷媒６１が潜熱を受けて気化する蒸気冷媒、１
１は液体冷媒６１を送給する送給管、２０はプリント基
板等の基板、２１は送給管１１に配設されて、液体冷媒
６１を送給制御するバルブ、２２は冷却対象となるＬＳ
Ｉ、２３は電気的絶縁を行う熱伝導フィルムである。
【０００５】この半導体冷却装置は、多孔質の放熱フィ
ン３０が高発熱のＬＳＩ２２上に熱伝導フィルム２３を
介して配設されている。そして、冷却のための液体冷媒
６１は送給管１１により供給され、多孔質の放熱フィン
３０の多孔質性による冷媒の毛細管現象により、多孔質
の放熱フィン３０の全体に広がる。ＬＳＩ２２で発生し
た熱は、熱伝導フィルム２３を介して多孔質の放熱フィ
ン３０へ伝えられ、多孔質の放熱フィン３０に蓄えられ
た液体冷媒６１を蒸発させ、このとき多孔質の放熱フィ
ン３０から潜熱を奪って液体冷媒６１が蒸気冷媒６２と
なり、この潜熱の移動によって多孔質の放熱フィン３０
から熱を除去する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、液体
冷媒６１を多孔質の放熱フィン３０に染み込ませ、冷媒
の毛細管現象により多孔質の放熱フィン３０の全体に液
体冷媒６１を行き渡らせるものであるから、多孔質の放
熱フィン３０の全体に液体冷媒６１が行き渡るまでに非
常に時間がかかる。また、放熱フィン３０の全体が多孔
質でできているため、ＬＳＩ２２等の半導体素子からの
熱伝導が悪く、蒸発に要する潜熱量が１００％利用でき
ていない。
【０００７】そこで、この発明は、パワー回路を過電流
で使用した場合に一時的に半導体素子の温度が上昇し、
それに伴う半導体素子の寿命低下を阻止することと、パ
ワー回路を用いている装置のケース内の温度上昇を防
ぎ、ケース内で使用している半導体素子の寿命も長寿命
化させることを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１にかかる半導体
冷却装置は、絶縁層を設けた金属製基板上に発熱量が大
きい半導体素子を実装したパワー回路と、前記金属製基
板に取付けられている放熱フィンに所定の間隙を形成し
て取付けた多孔質材料からなるカバーとを具備し、前記
放熱フィンと前記カバーとの間に形成した前記隙間に冷
媒を介在させ、前記放熱フィンによって加熱されて蒸発
する際に潜熱を奪うことにより前記パワー回路を冷却す
るものである。
【０００９】請求項２にかかる半導体冷却装置は、絶縁
層を設けた金属製基板上に発熱量が大きい半導体素子を
実装したパワー回路と、前記金属製基板に取付けられて
いる放熱フィンに所定の間隙を形成して取付けた多孔質
材料からなるカバーとを具備し、前記放熱フィンと前記
カバーとの間に形成した前記隙間に冷媒を介在させ、前
記放熱フィンによって加熱されて蒸発する際に潜熱を奪
うことにより前記パワー回路を冷却し、前記放熱フィン
と前記カバーとの隙間を狭くすることによって生じる毛
細管現象によって冷媒を供給するものである。
【００１０】請求項３にかかる半導体冷却装置は、絶縁
層を設けた金属製基板上に発熱量が大きい半導体素子を
実装したパワー回路と、前記金属製基板に取付けられて
いる放熱フィンに所定の間隙を形成して取付けた多孔質
材料からなるカバーとを具備し、前記放熱フィンと前記
カバーとの間に形成した前記隙間に冷媒を介在し、前記
放熱フィンによって加熱されて蒸発する際に潜熱を奪う
ことにより前記パワー回路を冷却し、所定の設定温度に
なったときのみ、一時的に冷却能力を増大させるべく前
記放熱フィンと前記カバーとの隙間に対して冷媒を供給
するものである。
【００１１】請求項４にかかる半導体冷却装置は、請求
項３の所定の設定温度になったときのみ、一時的に冷却
能力を増大させる冷媒の供給制御を、放熱フィンと熱的
に結合している熱応動弁によって行うものである。
【００１２】請求項５にかかる半導体冷却装置は、請求
項２または請求項３の所定の設定温度になったときの
み、一時的に冷却能力を増大させるべく冷媒の供給制御
を、放熱フィンと熱的に結合している形状記憶合金製の
細管がタンクに蓄えられている冷媒の液面中にその端部
を移動することによって行うものである。
【００１３】請求項６にかかる半導体冷却装置は、請求
項１または請求項３の前記放熱フィンと前記カバーとの
間に形成した前記隙間の冷媒が、特定の温度以上になる
と、固体冷媒が昇華し、一時的に冷却能力を増大させる
ものである。
【００１４】請求項７にかかる半導体冷却装置は、請求
項１または請求項３に記載の構成に対して、更に、前記
放熱フィンと前記カバーとの間に形成した前記隙間に、
所定の温度以上になると冷媒が沸騰することによる圧力
上昇または温度上昇によって破れる膜を配設し、前記冷
媒が前記放熱フィンと前記カバーとの間に満たされ、前
記膜が破れることにより、一時的にパワー回路を冷却す
るものである。
【００１５】請求項８にかかる半導体冷却装置の放熱フ
ィンの製造方法は、多孔質のカバーを成形し、前記カバ
ーの裏面を金属板で塞ぎ、前記カバーの外面から圧搾空
気を送り込むと同時に、前記カバーと前記金属板との間
に溶融金属を流込むことによって放熱フィンを鋳形する
ものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る半導体冷却装置及びその放熱フィンの製造方法につい
て説明する。なお、図中、従来例及び各実施の形態と同
一符号及び記号は従来例及び各実施の形態の構成部分と
同一または相当する構成部分を示すものである。 実施の形態１．図１は本発明の第一の実施の形態におけ
る半導体冷却装置を示す外観の斜視図である。図２は図
１の切断線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで形成された切断平面よって
切断した断面図である。図において、１は素焼きセラミ
ックスで形成された多孔質材料からなるカバー、２はそ
の表面積が大きくなるように形成されたアルミ製矩形の
冷却表面を有する放熱フィン、３はカバー１と放熱フィ
ン２との間に形成された間隙である。即ち、カバー１は
放熱フィン２との間に均一な間隙３が形成される。４は
パワー半導体等を実装したパワー回路、５はパワー半導
体等を実装する絶縁層を設けた金属製基板である。多孔
質のカバー１は放熱フィン２に間隙３を設けて嵌め込ま
れている。７はパワー回路４を収容するパワー回路ケー
スである。この種の半導体冷却装置の組立方法は、ま
ず、パワー回路４とアルミ製矩形の放熱フィン２を金属
製基板５を介して従来の装置と同様に組立て、次に、多
孔質材料からなるカバー１をアルミ製矩形の放熱フィン
２に嵌め込む。最後に、カバー１と放熱フィン２との間
の間隙３に冷媒を供給する。
【００１７】ここで、本発明者等が行った本実施の形態
の半導体冷却装置における実験と計算から、本実施の形
態による半導体冷却装置と従来のアルミ製矩形放熱フィ
ンを用いた自然空冷放熱との差異を明らかにする。従来
のアルミ製矩形放熱フィンによる放熱量を計算から求め
る。この計算の仮定として、放熱フィンからの放熱は自
然対流による熱伝達と放射による熱伝達によってのみ放
熱されるものとする。まず、計算に用いたアルミ製矩形
放熱フィンの条件を次に示す。 フィン長さ Ｌ＝０．０３８５［ｍ］ フィン間隔 Ｃ＝０．０８１７［ｍ］ フィン厚さ ｔ＝０．００１６［ｍ］ フィン高さ Ｈ＝０．１３［ｍ］ フィン熱伝導率 Ｋf ＝２３７［Ｗ／ｍＫ］ フィン放射率 ε＝０．５５ フィン基板の幅 Ｂ＝０．０７［ｍ］ フィン基板の厚さ Ａ＝０．００５［ｍ］ フィン基板温度 Ｔa ＝８０［℃］ 外気温度 Ｔb ＝２０［℃］ 空気の物性値 Ｔm ＝５０［℃］ 空気の熱伝導率 Ｋa ＝０．０２６［Ｗ／ｍＫ］ 空気の動粘性係数 νa ＝１５．８３×１０-6 空気のプラントル数 Ｐr ＝０．７２
【００１８】ここで、アルミ製矩形放熱フィンの熱伝達
率ｈN は、日本機械学会発行の伝熱工学資料改訂第４
版、２０９頁に実験式として記載されている。それを抜
粋すると数式１となる。 ｈN ×Ｃ／Ｋａ ＝（１／２４）×Ｒa ×｛１−ｅｘｐ［−（３２．７／Ｒａ） 0.75 ×（１−Ｃ／Ｌ×Ｒa -0.25 ）］｝ ＝Ｎu ・・・（１） 仮定として空気のアルミ製矩形放熱フィンに対する温度
をＴm ＝５０℃とすると、空気の膨張率βは数式２で表
される。 β＝１／（２７３−Ｔm ）＝３．０９６×10-3 ［１／Ｋ］・・・（２） ここから、グラスホフ数Ｇr を求めると数式３となる。 Ｇr ＝ｇ×β×Ｃ3 （Ｔb −Ｔa)／（νa 2 ）＝３９６１．７１ ・・・（３）
【００１９】また、レーレー数Ｒa は数式４となる。 Ｒa ＝Ｐr ×Ｇr ×（Ｃ／Ｈ）＝１７９．２６ ・・・（４） ヌッセルト数Ｎu は数式１より Ｎu ＝（１／２４）×Ｒa ×｛１−ｅｘｐ［−（３２．７／Ｒａ） 0.75 ×（１−Ｃ／Ｌ×Ｒa -0.25 ）］｝ ＝１．７９２ となり、数式１から自然対流による熱伝達率ｈN は数式
５となる。 ｈN ＝（Ｋa ／Ｃ）×Ｎu ＝５．７０３ ［Ｗ／ｍ2 ｋ］ ・・・（５） また、放射による熱伝達率ｈr は数式６で表される。 ｈr ＝ε・σ（Ｔb 4 −Ｔa 4 ）／（Ｔb −Ｔa ） ＝４．２４ ［Ｗ／ｍ2 ｋ］ ・・・（６）
【００２０】次に、このアルミ製矩形放熱フィンの全体
放熱面積Ｓt を求める。ここでフィンの表面積をＳf 、
フィンの上端面積をＳ1 、フィンの鉛直端面積をＳ2 、
フィンの下端面積をＳ3 、フィンの両側面積をＳg 、フ
ィンの基板面積をＳb としてそれぞれを計算し、全体の
放熱面積Ｓt を求めると数式７となる。 Ｓf ＝Ｈ×Ｌ×２×（Ｎ−１）＝０．０７００７ ［ｍ2 ］ Ｓ1 ＝Ｌ×Ｄ×Ｎ＋Ａ×Ｂ＝０．０００８４２８ ［ｍ2 ］ Ｓ2 ＝Ｈ×Ｄ×Ｎ＝０．００１６６４ ［ｍ2 ］ Ｓ3 ＝Ｓ1 Ｓg ＝２×Ｈ×（Ａ＋Ｌ）＝０．０１１３１ ［ｍ2 ］ Ｓb ＝Ｈ×Ｃ×（Ｎ−１）＝０．００７４３５ ［ｍ2 ］ Ｓt ＝Ｓf ＋Ｓ1 ＋Ｓ2 ＋Ｓ3 ＋Ｓg ＋Ｓb ＝０．０９２１６４ ［ｍ2 ］ ・・・（７）
【００２１】次に、このアルミ製矩形放熱フィンの熱抵
抗を求める。自然対流熱伝達による熱抵抗ＲN は数式５
と数式７から数式８となる。 ＲN ＝１／ｈN ×Ｓt ＝１．９０４ ［Ｋ／Ｗ］ ・・・（８） 放射熱伝達による熱抵抗Ｒr は数式６から数式９が表さ
れる。 Ｒr ＝１／ｈN ×Ｓr ＝１０．６７４ ［Ｋ／Ｗ］ ・・・（９） ここで、Ｓr ＝Ｓ1 ＋Ｓ3 ＋Ｓg ＋Ｈ×Ｂ ［ｍ2 ］
【００２２】最後に、放熱量を求めることとする。自然
対流熱伝達による放熱量は数式８を代入して数式１０を
得る。 ＱN ＝（Ｔb −Ｔa ）／ＲN ＝１０．５ ［Ｗ］ ・・・（１０） 放射熱伝達による放熱量は数式９を代入して数式１１を
得る。 Ｑr ＝（Ｔb −Ｔa ）／Ｒr ＝１．８７ ［Ｗ］ ・・・（１１） 放熱フィン全体の発熱量は数式１０及び数式１１から数
式１２を得る。 Ｑt ＝ＱN+Ｑr ＝１２．４ ［Ｗ］ ・・・（１２）
【００２３】次に、図３に示すような多孔質の素焼きセ
ラミックスで形成された容器１００に水を入れて密封し
た実験結果について説明する。図３は本発明の一実施の
形態の半導体冷却装置の実験のために作成された多孔質
材料からなるカバー１と同一材料の素焼きセラミックス
で形成された容器１００の斜視図である。上部の素焼き
部分１００Ａは多孔質材料からなるカバー１と同一表面
積に形成されている。下部は釉薬焼付け部分１００Ｂで
ある。なお、蓋１０１は合成ゴム製のものを使用した。
この実験においては、図３に示すような多孔質の素焼き
セラミックスで形成された容器１００に水を入れて密封
し、それらを恒温漕の中に入れた。恒温漕の温度は８０
［℃］一定であり、その中へ１．５時間入れておいた。 恒温漕に入れる前の全体の重量 ＝ ９３．２１［ｇ］ 恒温漕に入れた後の全体の重量 ＝ ７３．８４［ｇ］ となった。即ち、蒸発した水の重量が１９．３７［ｇ］
であった。
【００２４】水の蒸発潜熱は２２５７［ＫＪ／Ｋｇ］で
あるので、潜熱は１．５時間で数式１３の熱量を奪うこ
とになる。 ２２５７［ＫＪ／Ｋｇ］×１９．３７［ｇ］ ＝４３．７２［ＫＪ］／（３６００×１．５）［ｓ］ ＝８．１ ［Ｗ］ ・・・（１３）
【００２５】この容器１００の蒸発面積は形状より計算
すると、５６６９［ｍｍ2 ］であった。したがって、ア
ルミ製矩形の放熱フィン２と同等な面積を持つ多孔質の
容器１００の放熱量は、面積比率から計算すると数式１
４となる。 ＱS=９２１６４．３／５６６７．３４×８．１＝１３１．６８ ［Ｗ］ ・・・（１４） 故に、本実施の形態の半導体冷却装置は、従来のアルミ
製矩形放熱フィンの約１０倍の放熱能力があることが明
白である。
【００２６】次に、図４を用いてパワー回路４から発生
した熱の挙動について説明する。図４は図２に示した断
面図の要部拡大図で、パワー回路４から発生した熱の挙
動について説明する説明図である。図４において、１は
素焼きセラミックス等で形成された多孔質製のカバー、
２はその表面積が大きくなるように形成されたアルミ製
矩形の放熱フィン、３はカバー１とアルミ製矩形の放熱
フィン２との間に形成された間隙、４はパワー半導体素
子等からなるパワー回路、５はパワー半導体素子等の実
装によりパワー回路４を形成する金属製基板、６１は液
体冷媒、６２は蒸気冷媒、７はパワー回路４を収容する
パワー回路ケース、８は電子機器筐体である。
【００２７】ここで、液体冷媒６１、蒸気冷媒６２とし
ての冷媒には、沸点が１０１［℃］の住友３Ｍ社製の
『フロリナートＦＣ−１０４』を例として用いた。『フ
ロリナート』はフッ素系不活性液体で一般に電子機器冷
却用冷媒に用いられ無毒である。パワー回路４は金属製
基板５の上に実装されており、樹脂によりモールドさ
れ、パワー回路ケース７で囲われている。金属製基板５
はアルミニウム製矩形の放熱フィン２と伝熱状態に接続
されており、アルミニウム製矩形の放熱フィン２側の面
でない側は、合成樹脂によりモールドされ断熱されてい
るので、パワー回路４から発生した熱は電子機器筐体内
８には伝わらず、大部分は熱伝導が良い金属製基板５側
へと流れる。金属製基板５とパワー回路ケース７を介し
て接続されている放熱フィン２も熱伝導が良好なので、
金属製基板５に流れた熱は速やかに放熱フィン２の全体
へ略均一に移動する。放熱フィン２と多孔質のカバー１
との間には液体冷媒６１が注入されており、アルミ製矩
形の放熱フィン２が熱せられるにつれて液体冷媒６１の
温度が上昇する。液体冷媒６１は徐々に温度が上昇し、
それに伴なって気化し、部分的に蒸気冷媒６２となる。
多孔質のカバー１は液体冷媒６１はその表面張力により
通過させないが、気体、即ち、蒸気冷媒６２は自由に通
過する性質を持っており、蒸気冷媒６２は速やかに外部
へと放出される。このとき蒸気冷媒６２は蒸発潜熱を多
孔質のカバー１及び放熱フィン２から奪い、熱が外部へ
放出される。また、放熱フィン２は液体冷媒６１の沸点
以上には上昇しないので、液体冷媒６１の沸点を調整す
れば許容温度が容易に設定できる。
【００２８】このように、本実施の形態の半導体冷却装
置は、パワー回路ケース７内に収容され、絶縁層を設け
た金属製基板５上に発熱量が大きい半導体素子を実装し
たパワー回路４と、前記金属製基板５に取付けられてい
る放熱フィン２と、前記放熱フィン２の表面に対して所
定の間隙を形成して取付けた多孔質材料からなるカバー
１と、前記放熱フィン２の表面と前記カバー１との間に
形成した前記隙間３に介在し、前記放熱フィン２によっ
て加熱されて蒸発する際に潜熱を奪うことにより前記パ
ワー回路４を冷却する液体冷媒６１とを具備するもので
ある。
【００２９】この構成によれば、パワー回路４で発生し
た熱量は速やかに金属製基板５に伝達され拡散されて、
放熱フィン２に伝達される。伝達された熱は放熱フィン
２と多孔質のカバー１との間に介在する液体冷媒６１を
加熱し、液体冷媒６１を蒸発させる。多孔質のカバー１
は液体冷媒６１の表面張力により通過させないが、気体
となった冷媒はカバー１を通して外部へと出ていく。こ
のとき、冷媒は放熱フィン２及び多孔質のカバー１に対
して潜熱を奪い、パワー回路４で発生した熱量を放熱す
る。したがって、冷媒の沸点以上には放熱フィン２の温
度は上昇しない。そして、放熱フィン２に多孔質のカバ
ー１を取付け、その間隙３に液体冷媒６１を注入するこ
とにより、液体冷媒６１がすばやく放熱フィン２とカバ
ー１の間全体に広がるとともに、液体冷媒６１の蒸発面
積を広く取ることが可能となり、また、熱伝導も向上
し、パワー回路４に過電流が流れ、半導体素子の温度が
許容温度以上になっても、液体冷媒６１が供給されるこ
とによって放熱性能が向上し、パワー回路４の温度上昇
を防ぐことができる。
【００３０】実施の形態２．図５は本発明の第二の実施
の形態の半導体冷却装置を示す外観の斜視図である。図
５において、１は多孔質のカバー、６１は第一の実施の
形態と同様の液体冷媒、８は電子機器筐体、９は第一の
実施の形態で説明した基本的構成を有する半導体冷却装
置、１０は液体冷媒６１のタンクである。図示のよう
に、電子機器筐体８よりも下方向に長い多孔質のカバー
１が設置されており、多孔質のカバー１の下部に液体冷
媒６１を蓄えたタンク１０が設置されている。即ち、本
実施の形態では、図２に示す半導体冷却装置のうち、多
孔質製のカバー１及びその内側に配設されたアルミ製矩
形の放熱フィン２、カバー１とアルミ製矩形の放熱フィ
ン２との間に形成された間隙３、パワー半導体素子等か
らなるパワー回路４、パワー回路４を形成する金属製基
板５、パワー回路４を収容するパワー回路ケース７等は
電子機器筐体８よりも下方に長く形成されている。この
種の実施の形態においては、放熱フィン２と多孔質のカ
バー１との隙間３が毛細管現象が生じるように非常に狭
く形成されている。
【００３１】この実施の形態の多孔質のカバー１の下端
面は、タンク１０の液体冷媒６１中に没入しており、か
つ、アルミ製矩形の放熱フィン２と多孔質のカバー１と
の隙間３が非常に狭いので毛細管現象が生じ、液体冷媒
６１が半導体冷却装置９に供給される。これによりパワ
ー回路４の温度上昇が低減する。なお、本実施の形態に
おいては、多孔質のカバー１の下端面は、タンク１０の
液体冷媒６１中に没入するように電子機器筐体８よりも
長く形成したものであるが、本発明を実施する場合に
は、必ずしも多孔質のカバー１の下端面のみがタンク１
０の液体冷媒６１中に没入するように電子機器筐体８よ
りも長く形成する必要はない。電子機器筐体８の一部を
タンク１０の液体冷媒６１中に没入してもよい。しか
し、本発明を実施する場合には、本実施の形態のよう
に、多孔質のカバー１の下端面のみがタンク１０の液体
冷媒６１中に没入するように構成した方が、電子機器筐
体８のシール性を考慮する必要がなくなり、廉価に製造
できる。
【００３２】このように、本実施の形態では、パワー回
路ケース７内に収容され、絶縁層を設けた金属製基板５
上に発熱量が大きい半導体素子を実装したパワー回路４
と、前記金属製基板５に取付けられている放熱フィン２
と、前記放熱フィン２の表面に対して所定の間隙を形成
して取付けた多孔質材料からなるカバー１と、前記放熱
フィン２の表面と前記カバー１との間に形成した前記隙
間３に介在し、前記放熱フィン２によって加熱されて蒸
発する際に潜熱を奪うことにより前記パワー回路４を冷
却する冷媒６１と、前記放熱フィン２の表面と前記カバ
ー２との隙間３を狭くすることによって生じる毛細管現
象によって供給される液体冷媒６１を蓄えるタンク１０
とを具備するものであり、これを請求項に対応する実施
の形態とすることができる。
【００３３】この構成によれば、パワー回路４で発生し
た熱量は速やかに金属製基板５に伝達され拡散されて、
放熱フィン２に伝達される。伝達された熱は放熱フィン
２と多孔質のカバー１との間に介在された液体冷媒６１
を熱し、液体冷媒６１を蒸発させる。多孔質のカバー１
は液体冷媒６１の表面張力により通過させないが、気体
となった冷媒はカバー１を通して外部へと出ていく。こ
のとき、冷媒は放熱フィン２及び多孔質のカバー１に対
して潜熱を奪い、パワー回路４で発生した熱量を放熱す
る。このとき、液体冷媒６１はその沸点以上には放熱フ
ィン２の温度は上昇しない。これにより一時的にパワー
回路４に過電流が流れ、パワー回路４の温度が上昇して
も、冷媒が供給されることによって放熱性能が向上し、
パワー回路４の温度上昇を防ぐことができる。特に、放
熱フィン２の表面とカバー１との隙間３を狭くすること
によって生じる毛細管現象によって、タンク１０に蓄え
られた液体冷媒６１を放熱フィン２の表面とカバー１と
の隙間３に供給するものであるから、放熱フィン２と多
孔質のカバー１との間に液体冷媒６１が絶えず供給さ
れ、これによりパワー回路４の温度上昇が抑制される。
【００３４】また、放熱フィン２の表面とカバー１との
隙間３を狭くすることによって生じる毛細管現象によっ
て、タンク１０に蓄えられた液体冷媒６１を供給するも
のであるから、ポンプ等の外力によって液体冷媒６１を
供給制御する手段を不要とし、装置を廉価にすることが
できる。そして、放熱フィン２に多孔質のカバー１を取
付け、その間隙３に液体冷媒６１を注入することによ
り、液体冷媒６１が毛管現象によってすばやく放熱フィ
ン２とカバー１の間全体に広がるとともに、液体冷媒６
１の蒸発面積を広く取ることが可能となり、また、熱伝
導も向上し、パワー回路４に過電流が流れ、半導体素子
の温度が許容温度以上になっても、液体冷媒６１が供給
されることによって放熱性能が向上し、パワー回路４の
温度上昇を防ぐことができる。
【００３５】実施の形態３．図６は本発明の第三の実施
の形態の半導体冷却装置を示す外観の構成図である。図
６において、６１は前述の実施の形態と同様の液体冷
媒、９は半導体冷却装置、１０は液体冷媒６１の収容用
のタンク、１１は液体冷媒６１の供給用の送給管、１２
は熱応動弁（サーモバルブ）で、具体的には、バイメタ
ル製の弁である。半導体冷却装置９の上部には液体冷媒
６１を蓄えたタンク１０が配設されており、半導体冷却
装置９と送給管１１によって接続されている。過電流に
よりパワー回路４の発熱量が許容量を基準に設定した所
定の設定値以上になると、アルミ製矩形の放熱フィン２
の温度が上昇し、送給管１１に熱が伝わる。送給管１１
に伝わった熱がバイメタル製の熱応動弁１２にも伝導
し、これにより熱応動弁１２が許容温度以上になって開
放され、液体冷媒６１を半導体冷却装置９の多孔質のカ
バー１とアルミニウム製矩形の放熱フィン２間の間隙３
に供給する。液体冷媒６１が半導体冷却装置９に供給さ
れたことにより、一時的に半導体冷却装置９の放熱能力
が向上し、パワー回路４の温度上昇が低減する。
【００３６】このように、本実施の形態では、パワー回
路ケース７内に収容され、絶縁層を設けた金属製基板５
上に発熱量が大きい半導体素子を実装したパワー回路４
と、前記金属製基板５に取付けられている放熱フィン２
と、前記放熱フィン２の表面に対して所定の間隙を形成
して取付けた多孔質材料からなるカバー１と、前記放熱
フィン２の表面と前記カバー１との間に形成した前記隙
間３に介在し、前記放熱フィン２によって加熱されて蒸
発する際に潜熱を奪うことにより前記パワー回路４を冷
却する液体冷媒６１と、前記放熱フィン２と前記カバー
１との隙間３に対して、所定の設定温度になったときの
み、一時的に冷却能力を増大させるべく供給する液体冷
媒６１を蓄えるタンク１０とを具備するものであり、更
に、前記所定の設定温度になったときのみ、一時的に冷
却能力を増大させるべく冷媒を供給制御するのに、放熱
フィン１と熱的に結合している熱応動弁１２によって行
うものである。これを請求項に対応する実施の形態とす
ることができる。
【００３７】この構成によれば、パワー回路４で発生し
た熱量は速やかに金属製基板５に伝達され拡散されて、
放熱フィン２に伝達される。伝達された熱は放熱フィン
２と多孔質のカバー１との間に介在された液体冷媒６１
を熱し、液体冷媒６１を蒸発させる。多孔質のカバー１
は液体冷媒６１の表面張力により通過させないが、気体
となった冷媒はカバー１を通して外部へと出ていく。こ
のとき、冷媒は放熱フィン２及び多孔質のカバー１に対
して潜熱を奪い、パワー回路４で発生した熱量を放熱す
る。このとき、液体冷媒６１はその沸点以上には放熱フ
ィン２の温度は上昇しない。また、放熱フィン２の温度
が所定の設定温度以上になったとき、放熱フィン２とカ
バー１との間に液体冷媒６１が供給され、それ以外は通
常の自然空冷用の放熱フィン２として作動する。これに
より一時的にパワー回路４に過電流が流れ、パワー回路
４の温度が上昇しても、冷媒が供給されることによって
放熱性能が向上し、パワー回路４の温度上昇を防ぐこと
ができる。
【００３８】また、パワー回路４の温度が上昇すると、
熱応動弁１２が開き、液体冷媒６１が供給されるから、
これにより、一時的に冷却能力が増大し、パワー回路４
に実装されている半導体素子の温度上昇を抑制できるか
ら、半導体素子の寿命を短くすることがない。そして、
放熱フィン２に多孔質のカバー１を取付け、その間隙３
に液体冷媒６１を供給制御することにより、液体冷媒６
１がすばやく放熱フィン２とカバー１の間全体に広がる
とともに、液体冷媒６１の蒸発面積を広く取ることが可
能となり、また、熱伝導も向上し、パワー回路４に過電
流が流れ、半導体素子の温度が許容温度以上になって
も、液体冷媒６１が供給されることによって放熱性能が
向上し、パワー回路４の温度上昇を防ぐことができる。
【００３９】実施の形態４．図７は本発明の第四の実施
の形態の半導体冷却装置を示す外観の構成図である。図
７において、６１は前述の実施の形態と同様の液体冷
媒、９は半導体冷却装置で、その内部構造は前述の第二
の実施の形態と同じである。１０はタンク、１３は形状
記憶合金製の細管である。半導体冷却装置９の下部に液
体冷媒６１を蓄えたタンク１０が配設してあり、半導体
冷却装置９、即ち、放熱フィン２と多孔質のカバー１と
間隙３には、その下端に形状記憶合金製の細管１３が取
付けられている。過電流によりパワー回路４の発熱量が
許容量以上になるとアルミ製矩形の放熱フィン２の温度
が上昇し、形状記憶合金製の細管１３に熱が伝導する。
形状記憶合金製の細管１３はある温度以上になると管径
が細くなり、その分だけ管全体が長手方向に伸び、形状
記憶合金製の細管１３の下端面が液体冷媒６１に没入す
る。形状記憶合金製の細管１３には毛細管現象が生じ、
液体冷媒６１が形状記憶合金製の細管１３を伝わって上
昇し、半導体冷却装置９に供給される。液体冷媒６１が
供給されたことにより、一時的に半導体冷却装置９の放
熱能力が向上し、パワー回路４の温度上昇を防ぐことが
できる。なお、本実施の形態の形状記憶合金製の細管１
３は、先端がある温度以上になるまで彎曲しており、あ
る温度以上になると直線状に伸びるもの、或いはバイメ
タル、トリメタル等の温度に応答して変化するものの使
用が可能である。しかし、形状記憶合金製の細管１３は
機械的強度が大きく、使用できる細管の径からするとバ
イメタル、トリメタル等よりも有利である。
【００４０】この実施の形態においては、所定の設定温
度になったときのみ、一時的に冷却能力を増大させるべ
く冷媒を供給制御するのを、放熱フィン２と熱的に結合
している形状記憶合金製の細管１３がタンク１０に蓄え
られている液体冷媒６１の液面中にその端部を移動する
ものであり、これを請求項に対応する実施の形態とする
ことができる。したがって、パワー回路４が温度上昇す
ると、形状記憶合金製の細管１３がタンク１０内の液体
冷媒６１に接触し、毛細管現象により液体冷媒６１が吸
上げられて放熱フィン２と多孔質のカバー１との間隙３
に供給される。故に、一時的にパワー回路４に過電流が
流れたとき、パワー回路４の温度上昇により液体冷媒６
１が供給され、一時的に冷却能力が増大し、パワー回路
４の寿命を短くすることがない。
【００４１】なお、本実施の形態においては、形状記憶
合金製の細管１３がタンク１０内の液体冷媒６１に接触
し、毛細管現象により液体冷媒６１が吸上げられて放熱
フィン２と多孔質のカバー１との間隙３に供給される構
造とするものであるが、本発明を実施する場合には、単
数または複数の形状記憶合金製の細管１３がタンク１０
内の液体冷媒６１に接触したり、離反したりできればよ
く、タンク１０の位置及び半導体冷却装置９の内部構造
または外部構造に拘束されるものではない。
【００４２】実施の形態５．図８は本発明の第五の実施
の形態の半導体冷却装置を示す図２に相当する断面図で
ある。図８において、１は多孔質のカバー、２はアルミ
ニウム製矩形の放熱フィン、４はパワー回路、５は金属
製基板、６３は昇華性の固体冷媒、７はパワー回路ケー
ス、８は電子機器筐体である。パワー回路４は金属製基
板５の上に実装されており、樹脂によりモールドされ、
パワー回路ケース７で囲われている。金属製基板５はア
ルミニウム製矩形の放熱フィン２とパワー回路ケース７
を介して接続されており、アルミニウム製矩形の放熱フ
ィン２に接続されていない面では合成樹脂によりモール
ドされ断熱されている。したがって、パワー回路４から
発生した熱は電子機器筐体８内には伝わらず、大部分は
熱伝導が良い金属製基板５側へと流れる。金属製基板５
と接しているアルミニウム製矩形の放熱フィン２も熱伝
導が良好なので、金属製基板５に流れた熱は速やかに放
熱フィン２全体へほぼ均一に移動する。放熱フィン２と
多孔質のカバー１との間には昇華性の固体冷媒６３が挿
入されており、放熱フィン２が熱せられるにつれて固体
冷媒６３は昇華し、気体冷媒となる。
【００４３】このとき固体冷媒６３は、蒸発潜熱を半導
体冷却装置９から奪い、熱が外部へ放出され、一時的に
半導体冷却装置９の放熱能力が向上し、パワー回路４の
温度上昇を防ぐことができる。本実施の形態において
は、放熱フィン２とカバー１との間に形成した隙間３の
固体冷媒６３は、特定の温度以上になると、固体冷媒６
３が昇華により気化し、一時的に冷却能力を増大させる
ものであり、これを請求項に対応する実施の形態とする
ことができる。したがって、放熱フィン２と多孔質のカ
バー１の間隔３にパワー回路４或いは放熱フィン２が所
定温度になると昇華する固体の冷媒を封入したものであ
るから、パワー回路４或いは放熱フィン２が所定の温度
以上になると一時的に放熱能力が増加し、パワー回路４
の寿命を短くすることがない。特に、本実施の形態にお
いては、半導体冷却装置９の冷却に液体を使用するもの
でないので、パワー回路４の漏電または短絡等のトラブ
ルについて考慮する必要がない。また、半導体冷却装置
９から液体が流れ出ることがないから、半導体冷却装置
９にトラブルが発生しても機器が汚れることがない。
【００４４】実施の形態６．図９は本発明の第六の実施
の形態の半導体冷却装置を示す図２に相当する断面図で
ある。図９において、１は多孔質のカバー、２はアルミ
ニウム製矩形の放熱フィン、４はパワー回路、５は金属
製基板、６１は液体冷媒、７はパワー回路ケース、８は
電子機器筐体、１４は熱伝導の良好な金属薄膜、合成樹
脂膜、合成ゴム膜等の膜であり、所定以上の温度上昇ま
たは蒸気圧の上昇により破損するものである。パワー回
路４は金属製基板５の上に実装されており、合成樹脂に
よりモールドされ、パワー回路ケース７で囲われてい
る。金属製基板５はアルミニウム製矩形の放熱フィン２
とパワー回路ケース７を介して接続されており、アルミ
ニウム製矩形の放熱フィン２と接していない面では樹脂
によりモールドされ断熱されているので、パワー回路４
から発生した熱は電子機器筐体内８には伝わらず、大部
分は熱伝導が良い金属製基板５側へと流れる。金属製基
板５とパワー回路ケース７を介して接続されている放熱
フィン２も熱伝導が良好なので、金属製基板５に流れた
熱は速やかに放熱フィン２の全体へほぼ均一に移動す
る。放熱フィン２と膜１４との間には、液体冷媒６１が
封入されており、放熱フィン２が熱せられるにつれて液
体冷媒６１は温度が上昇するとともに蒸気圧が発生す
る。このとき、温度または蒸気圧の上昇により膜１４が
破れ冷媒が半導体冷却装置９に供給され、一時的に半導
体冷却装置９の放熱能力が向上し、パワー回路４の温度
上昇を防ぐ。
【００４５】因に、本実施の形態においては、冷媒とし
て、フロリナート（ＦＣ７２）を使用し、膜１４として
ポリエチレン、ホリスチレン等の膜厚１０μｍのものを
使用した。アルミニウム製矩形の放熱フィン２と膜１４
との間の冷媒の温度が１００〜１２０℃で蒸気圧４〜５
気圧となり、膜１４が０．０５kg／mm2 以上の圧力を受
けて破壊した。この膜１４の破壊前は、放熱フィン２と
膜１４との間の冷媒は伝熱として作用し、多孔質のカバ
ー１が自然冷却される。しかし、この膜１４の破壊によ
り、多孔質のカバー１と放熱フィン２との間に液体冷媒
６１が満たされ、一時的に放熱能力が増加し、パワー回
路４の寿命を短くすることがない。特に、この破壊され
る温度を特別回路動作を確保しなければならない異常状
態、例えば、１２０％の負荷或いは１５０％の負荷に設
定することにより、その異常状態を回避することができ
る。
【００４６】このように、本実施の形態の半導体冷却装
置は、更に、放熱フィン２とカバー１との間に形成した
隙間３に、所定の温度以上になると液体冷媒６１が沸騰
することによる圧力上昇または温度上昇によって破れる
膜１４を配設し、液体冷媒６１が放熱フィン２とカバー
１との間に満たされ、膜１４が破れることにより、一時
的にパワー回路４を冷却するものであり、これを請求項
に対応する実施の形態とすることができる。この構成に
よって、放熱フィン２と多孔質のカバー１の間隔にパワ
ー回路４或いは放熱フィン２が所定温度になると、液体
冷媒６１が沸騰し、それによる圧力上昇または温度上昇
によって破裂する膜１４を有し、これによりパワー回路
４或いは放熱フィン２が所定の設定温度以上になると膜
１４が破れ、放熱フィン２とカバー１の間に液体冷媒６
１が満たされ、一時的に放熱能力が増加し、パワー回路
４の寿命を短くすることがない。
【００４７】実施の形態７．図１０は本発明の一実施の
形態の半導体冷却装置の放熱フィンの製造方法を示す説
明図である。図１０において、１は多孔質のカバー、１
５は放熱フィン２を製造するための治具として使用する
金属板、１６は金属板１５に形成された溶融アルミ注入
口、１７は多孔質のカバー１の外表面から内側に圧搾空
気を送るために密閉空間を形成する密閉箱、１８は密閉
箱１７に圧搾空気を送る空気流入管、１９は圧搾ポンプ
である。多孔質のカバー１の開口部分に金属板１５が取
付けられており、これにより密閉箱１７は密閉空間とな
る。金属板１５には溶融アルミを多孔質のカバー１側へ
流込む注入口１６が開けてある。多孔質のカバー１の開
口部分に金属板１５を取付け、その多孔質のカバー１側
を密閉された密閉箱１７に入れる。密閉箱１７には空気
流入管１８が取付けてあり、圧搾ポンプ１９から圧搾さ
れた空気が密閉箱１７へ供給される。供給された空気は
多孔質のカバー１の内面へ流入するので、溶融アルミを
流込むと多孔質のカバー１と適度な間隔を保ちながら、
アルミニウム製矩形の放熱フィン２が形成される。
【００４８】上記実施の形態ではいずれもアルミニウム
製放熱フィン２について説明したが、本発明を実施する
場合には、必ずしもアルミニウムに限られることはな
く、熱伝導性の良いフィン材料であれば同様の効果を有
する。即ち、通常、熱伝導性の良いフィン材料としては
金属が好適である。また、上記実施の形態において、冷
媒を沸点１０１［℃］の『フロリナート』としている
が、沸点が電子機器部品の最大定格動作温度以下であ
り、なお、かつ、電気絶縁性と熱伝導に優れ、人体に無
害であればこれに限定するものではない。このように、
本実施の形態の半導体冷却装置の放熱フィンの製造方法
は、多孔質材料で所定の表面積のカバー１を形成し、前
記カバー１の裏面を金属板１５で塞ぎ、前記カバー１の
外面から圧搾空気を送り込むと同時に、前記カバー１と
前記金属板１５との間に溶融金属を流し込むことによっ
て放熱フィン２を鋳形するものであり、これを請求項に
対応する実施の形態とすることができる。
【００４９】上記実施の形態の半導体冷却装置の放熱フ
ィンの製造方法によれば、多孔質のカバー１を配設した
後、カバー１の開口部に溶融金属としての溶融アルミを
流すガイドを形成した金属板１５を取付け、前記多孔質
のカバー１の外部から圧搾空気を供給し、一定の圧力を
多孔質のカバー１にかけながら溶融アルミを金属板１５
のガイドから多孔質のカバー１へ流し込む。このとき、
多孔質のカバー１側は空気圧がかかっているので溶融ア
ルミは適度な空間を保ちつつ徐々に固化され、これによ
り、比較的容易に多孔質のカバー１と適度な空間を保っ
た放熱フィン２が製造できるとともに、圧搾空気の圧力
を変化させることにより、多孔質のカバー１と任意の間
隔３を保つ放熱フィン２が形成できる。
【００５０】なお、上記各実施の形態では、金属製基板
５がアルミニウム製矩形の放熱フィン２とパワー回路ケ
ース７を介して接続されているが、本発明を実施する場
合には、金属製基板５が直接放熱フィン２に接続されて
もよい。このとき、金属製基板５がパワー回路ケース７
の一部となる。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の半導体
冷却装置は、放熱フィンに多孔質のカバーを取付け、放
熱フィンとカバーの隙間に冷媒を供給し、その冷媒が放
熱フィンによって熱せられ、蒸発することによってパワ
ー回路を冷却するものであり、パワー回路で発生した熱
量は速やかに金属製基板に伝達され拡散されて、放熱フ
ィンに伝達される。伝達された熱は放熱フィンと多孔質
のカバーとの間に介在する冷媒を熱し、冷媒を蒸発させ
る。多孔質のカバーは冷媒の表面張力により通過させな
いが、気体となった冷媒はカバーを通して外部へ出す。
このとき、冷媒は放熱フィン及び多孔質のカバーに対し
て熱を奪い、パワー回路で発生した熱量を放熱する。し
たがって、冷媒の沸点以上には放熱フィンの温度は上昇
しない。また、フィン全体に冷媒が行き渡るまでの時間
を短縮し、かつ、多孔質の放熱フィンの熱伝導を向上さ
せる。故に、高温で作動中高温となるパワー回路におい
て、その発生熱量を一時的または連続的に除去し、パワ
ー回路で使用している素子の寿命を向上させるととも
に、パワー回路を用いている装置のケース内の温度上昇
を防ぎ、ケース内で使用している半導体素子の寿命も向
上させる。
【００５２】請求項２の半導体冷却装置は、放熱フィン
の温度がある設定温度以上になった場合にのみ、放熱フ
ィンとカバーとの間に冷媒が供給され、それ以外は通常
の自然空冷放熱フィンとして作動するものであり、パワ
ー回路で発生した熱量は速やかに金属製基板に伝達され
拡散されて、放熱フィンに伝達される。伝達された熱は
放熱フィンと多孔質のカバーとの間に介在する冷媒を熱
し、冷媒を蒸発させる。多孔質のカバーは冷媒の表面張
力によって通過させないが、気化した冷媒はカバーを通
って外部へと出ていく。このとき、冷媒は放熱フィン及
び多孔質のカバーに対して潜熱を奪い、パワー回路で発
生した熱量を放熱する。したがって、冷媒の沸点以上に
は放熱フィンの温度は上昇しない。また、放熱フィンと
多孔質のカバーとの間隙を狭くして毛細管現象を発生さ
せることにより、放熱フィンと多孔質のカバーとの間に
冷媒が絶えず供給され、これによりパワー回路の温度上
昇が低減する。また、フィン全体に冷媒が行き渡るまで
の時間を短縮し、かつ、多孔質の放熱フィンの熱伝導を
向上させる。故に、高温で作動中高温となるパワー回路
において、その発生熱量を一時的または連続的に除去
し、パワー回路で使用している素子の寿命を向上させる
とともに、パワー回路を用いている装置のケース内の温
度上昇を防ぎ、ケース内で使用している半導体素子の寿
命も向上させる。
【００５３】請求項３の半導体冷却装置は、放熱フィン
とカバーとの隙間を狭くすることによって生じる毛細管
現象によって冷媒が供給されるものであり、パワー回路
で発生した熱量は速やかに金属製基板に伝達され拡散さ
れて、放熱フィンに伝達される。伝達された熱は放熱フ
ィンと多孔質のカバーとの間に介在れさた冷媒を熱し、
冷媒を蒸発させる。多孔質のカバーは冷媒の表面張力に
より通過させないが、気体となった冷媒はカバーを通し
て外部へと出ていく。このとき、冷媒は放熱フィン及び
多孔質のカバーに対して潜熱を奪い、パワー回路で発生
した熱量を放熱する。したがって、冷媒の沸点以上には
放熱フィンの温度は上昇しない。また、放熱フィンの温
度が所定の設定温度以上になったとき、放熱フィンとカ
バーとの間に冷媒が供給され、それ以外は通常の自然空
冷用の放熱フィンとして作動する。これにより一時的に
パワー回路に過電流が流れ、パワー回路の温度が上昇し
ても、冷媒が供給されることによって放熱性能が向上
し、パワー回路の温度上昇を防ぐことができる。
【００５４】請求項４の半導体冷却装置は、請求項３に
記載の効果に加えて、パワー回路の温度が上昇すると、
熱応動弁が開いて冷媒が供給されるから、これにより、
パワー回路の温度上昇により冷媒が供給され、一時的に
冷却能力が増大し、パワー回路の寿命を短くすることが
ない。
【００５５】請求項５の半導体冷却装置は、請求項３の
効果に加えて、所定の設定温度になったときのみ、一時
的に冷却能力を増大させるべく冷媒を供給制御するの
は、放熱フィンと熱的に結合している形状記憶合金製の
細管がタンクに蓄えられている冷媒の液面中にその端部
を移動するものである。したがって、パワー回路が温度
上昇すると、形状記憶合金製の細管がタンク内の冷媒に
接触し、毛細管現象により冷媒が吸上げられて供給され
る。故に、一時的にパワー回路に過電流が流れたとき、
パワー回路の温度上昇により冷媒が供給され、一時的に
冷却能力が増大し、パワー回路の寿命を短くすることが
ない。
【００５６】請求項６の半導体冷却装置は、請求項１の
効果に加えて、放熱フィンとカバーとの間に形成した前
記隙間の冷媒は、特定の温度以上になると固体冷媒が昇
華し、一時的に冷却能力を増大させるものである。した
がって、放熱フィンと多孔質のカバーの間隔にパワー回
路或いは放熱フィンが所定温度になると昇華する固体冷
媒を封入したものであるから、パワー回路或いは放熱フ
ィンが所定の温度以上になると一時的に放熱能力が増加
し、パワー回路の寿命を短くすることがない。
【００５７】請求項７の半導体冷却装置は、請求項１ま
たは請求項３の効果に加えて、更に、前記放熱フィンと
前記カバーとの間に形成した前記隙間に、所定の温度以
上になると冷媒が沸騰することによる圧力上昇または温
度上昇によって破れる膜を配設し、前記冷媒が前記放熱
フィンと前記カバーとの間に満たされ、前記膜が破れる
ことにより、一時的にパワー回路を冷却するものであ
る。したがって、放熱フィンと多孔質のカバーの間隔に
パワー回路或いは放熱フィンが所定温度になると、冷媒
が沸騰し、それによる圧力上昇または温度上昇によって
破裂する膜を有し、これによりパワー回路或いは放熱フ
ィンが所定の設定温度以上になると膜が破れ、放熱フィ
ンとカバーの間に冷媒が満たされ、一時的に放熱能力が
増加し、パワー回路の寿命を短くすることがない。
【００５８】請求項８の半導体冷却装置の放熱フィンの
製造方法は、多孔質のカバーを成形し、前記カバーの裏
面を金属板で塞ぎ、前記カバーの外面から圧搾空気を送
り込むと同時に、前記カバーと前記金属板との間に溶融
金属を流込むことによって放熱フィンを鋳形するもので
ある。したがって、多孔質のカバーを配設した後、カバ
ーの開口部に溶融金属を流すガイドを形成した金属板を
取付け、前記多孔質のカバーの外部から圧搾空気を供給
し、一定の圧力を多孔質のカバーにかけながら溶融金属
を金属板のガイドから多孔質のカバーへ流込む。このと
き、多孔質のカバー側は空気圧がかかっているので溶融
金属は適度な空間を保ちつつ徐々に固化され、これによ
り、比較的容易に多孔質のカバーと適度な空間を保った
放熱フィンが製造できるとともに、圧搾空気の圧力を変
化させることにより、多孔質のカバーと任意の間隔を保
つ放熱フィンが形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の第一の実施の形態における半
導体冷却装置を示す外観の斜視図である。
【図２】 図２は図１の切断線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで形成さ
れた切断平面よって切断した断面図である。
【図３】 図３は本発明の一実施の形態の半導体冷却装
置の実験のために作成された多孔質材料からなるカバー
と同一材料の素焼きセラミックスで形成された容器の斜
視図である。
【図４】 図４は図２に示した断面図のパワー回路から
発生した熱の挙動について説明する要部拡大説明図であ
る。
【図５】 図５は本発明の第二の実施の形態の半導体冷
却装置を示す外観の斜視図である。
【図６】 図６は本発明の第三の実施の形態の半導体冷
却装置を示す外観の斜視図である。
【図７】 図７は本発明の第四の実施の形態の半導体冷
却装置を示す外観の斜視図である。
【図８】 図８は本発明の第五の実施の形態の半導体冷
却装置を示す図２に相当する断面図である。
【図９】 図９は本発明の第六の実施の形態の半導体冷
却装置を示す図２に相当する断面図である。
【図１０】 図１０は本発明の一実施の形態の半導体冷
却装置の放熱フィンの製造方法を示す説明図である。
【図１１】 図１１は従来の半導体冷却装置を示す外観
図を示す要部斜視図である。
【符号の説明】
１ 多孔質のカバー、２ 放熱フィン、３ 間隙、４
パワー回路、５ 金属製基板、６１ 液体冷媒、６３
昇華性固体冷媒、７ パワー回路ケース、８電子機器筐
体、９ 半導体冷却装置、１０ タンク、１１ 送給
管、１２ 熱応動弁、１３ 形状記憶合金製の細管、１
４ 膜、１５ 金属板、１７ 密閉箱、１８ 空気流入
管、１９ 圧搾ポンプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 久雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 絶縁層を設けた金属製基板上に発熱量が
    大きい半導体素子を実装したパワー回路と、 前記金属製基板に取付けられている放熱フィンと、 前記放熱フィンの表面に対して所定の間隙を形成して取
    付けた多孔質材料からなるカバーと、 前記放熱フィンの表面と前記カバーとの間に形成した前
    記隙間に介在し、前記放熱フィンによって加熱されて蒸
    発する際に潜熱を奪うことにより前記パワー回路を冷却
    する冷媒とを具備することを特徴とする半導体冷却装
    置。
  2. 【請求項２】 絶縁層を設けた金属製基板上に発熱量が
    大きい半導体素子を実装したパワー回路と、 前記金属製基板に取付けられている放熱フィンと、 前記放熱フィンの表面に対して所定の間隙を形成して取
    付けた多孔質材料からなるカバーと、 前記放熱フィンの表面と前記カバーとの間に形成した前
    記隙間に介在し、前記放熱フィンによって加熱されて蒸
    発する際に潜熱を奪うことにより前記パワー回路を冷却
    する冷媒と、 前記放熱フィンの表面と前記カバーとの隙間を狭くする
    ことによって生じる毛細管現象によって供給される冷媒
    を蓄えるタンクとを具備することを特徴とする半導体冷
    却装置。
  3. 【請求項３】 絶縁層を設けた金属製基板上に発熱量が
    大きい半導体素子を実装したパワー回路と、 前記金属製基板に取付けられている放熱フィンと、 前記放熱フィンの表面に対して所定の間隙を形成して取
    付けた多孔質材料からなるカバーと、 前記放熱フィンの表面と前記カバーとの間に形成した前
    記隙間に介在し、前記放熱フィンによって加熱されて蒸
    発する際に潜熱を奪うことにより前記パワー回路を冷却
    する冷媒と、 前記放熱フィンと前記カバーとの隙間に対して、所定の
    設定温度になったときのみ、一時的に冷却能力を増大さ
    せるべく供給する冷媒を蓄えるタンクとを具備すること
    を特徴とする半導体冷却装置。
  4. 【請求項４】 前記所定の設定温度になったときのみ、
    一時的に冷却能力を増大させるべく冷媒を供給制御する
    のは、前記放熱フィンと熱的に結合している熱応動弁に
    よって行うことを特徴とする請求項３に記載の半導体冷
    却装置。
  5. 【請求項５】 前記所定の設定温度になったときのみ、
    一時的に冷却能力を増大させるべく冷媒を供給制御する
    のは、前記放熱フィンと熱的に結合している形状記憶合
    金製の細管が前記タンクに蓄えられている冷媒の液面中
    にその端部を移動することによって行うことを特徴とす
    る請求項３に記載の半導体冷却装置。
  6. 【請求項６】 前記放熱フィンと前記カバーとの間に形
    成した前記隙間の冷媒は、特定の温度以上になると冷媒
    が昇華し、一時的に冷却能力を増大させることを特徴と
    する請求項１に記載の半導体冷却装置。
  7. 【請求項７】 更に、前記放熱フィンと前記カバーとの
    間に形成した前記隙間に、所定の温度以上になると冷媒
    が沸騰することによる圧力上昇または温度上昇によって
    破れる膜を配設し、前記冷媒が前記放熱フィンと前記カ
    バーとの間に満たされ、前記膜が破れることにより、一
    時的にパワー回路を冷却することを特徴とする請求項１
    または請求項３に記載の半導体冷却装置。
  8. 【請求項８】 前記放熱フィンは、多孔質材料で所定の
    表面積のカバーを形成し、前記カバーの裏面を金属板で
    塞ぎ、前記カバーの外面から圧搾空気を送り込むと同時
    に、前記カバーと前記金属板との間に溶融金属を流込む
    ことによって放熱フィンを鋳形することを特徴とする請
    求項１乃至請求項７の何れか１つに記載の半導体冷却装
    置の放熱フィンの製造方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013062285A (ja) * 2011-09-12 2013-04-04 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
KR101367067B1 (ko) * 2012-10-29 2014-02-24 삼성전기주식회사 전력 모듈 패키지
WO2022132581A1 (en) * 2020-12-14 2022-06-23 Aavid Thermalloy, Llc An immersion cooling system
TWI838124B (zh) * 2022-08-19 2024-04-01 台灣積體電路製造股份有限公司 具有改善的散熱效率的封裝及其形成方法
KR102686770B1 (ko) * 2023-04-05 2024-07-19 주식회사 세기하이텍 쿨링패널

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013062285A (ja) * 2011-09-12 2013-04-04 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
KR101367067B1 (ko) * 2012-10-29 2014-02-24 삼성전기주식회사 전력 모듈 패키지
WO2022132581A1 (en) * 2020-12-14 2022-06-23 Aavid Thermalloy, Llc An immersion cooling system
US12050061B2 (en) 2020-12-14 2024-07-30 Aavid Thermalloy, Llc Shrouded powder patch
TWI838124B (zh) * 2022-08-19 2024-04-01 台灣積體電路製造股份有限公司 具有改善的散熱效率的封裝及其形成方法
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