JPH0982863A - 半導体素子冷却装置 - Google Patents
半導体素子冷却装置Info
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Abstract
り付け、隣接する冷却フィン間に配設した半導体素子
を、冷却フィン内で冷媒を沸騰させることにより冷却す
る半導体素子冷却装置において、軽量化を図る。部品点
数を少なくする。製作コストを安くする。 【構成】 沸騰部30をアルミニウム製とする。セラミ
ックチューブ41の両端にアルミニウムチューブ42,
42をろう付けした絶縁部40により、アルミニウム製
の凝縮器に沸騰部30を連結する。アルミニウムチュー
ブ42にはその内外面に環状溝42a,42bを設けて
可撓性を付与する。
Description
して複数の半導体素子を同時に個別冷却する非浸漬・沸
騰式の半導体素子冷却装置に関する。
ンバータ装置やインバータ装置には、大容量の半導体素
子が多数使用されている。このような多数の大容量半導
体素子を同時に個別冷却する装置として、図1に示すよ
うな非浸漬・沸騰式の冷却装置がある。
ンクに所定の間隔をあけて取り付けられた複数の冷却フ
ィン2,2…とからなる。各冷却フィン2は、ベローズ
3、絶縁管4および沸騰部5を上から下へ連結した構造
になっており、隣接する沸騰部5,5の間に配設された
半導体素子10を冷媒11により冷却する。
は、冷却フィン2内を貫通する戻り管6を通って沸騰部
5内に導入される。そして、半導体素子10の発熱によ
り、沸騰部5内の冷媒11が沸騰することにより、半導
体素子10が冷却される。沸騰により気化した冷媒は絶
縁管4、ベローズ3を通って凝縮器1内に戻り、ここで
再び液化して冷却フィン2に送られる。
確保するために、内部に仕切り壁を設けて複数の冷媒通
路を形成した銅製の容器により構成されており、冷媒通
路の内面は沸騰促進のためにブラスト処理により凹凸化
されている。また、半導体素子10の電気的絶縁のため
に不可欠な絶縁管4は、セラミックチューブにより構成
されている。一方、ベローズ3は半導体素子10を取り
付けるときに沸騰部5を移動させてその間隔を広げる点
から必要なものであり、従来は蛇腹構造のステンレス鋼
管が使用されている。
漬・沸騰式の半導体素子冷却装置では、その冷却フィン
に関し次のような問題がある。
冷却装置の軽量化を妨げる主な原因になっている。ま
た、製作に切削加工を用い、内面凹凸化にブラスト処理
を用いなければならないため、加工に手間がかかり、加
工コストが嵩む。
るため、組立に手数がかかる。銀ろうを用いてもセラミ
ックと銅の接合は困難であるため、絶縁管4と沸騰部5
との間においては42%Ni−Feのような高価な高合
金継手7を介在させた上で、ろう付けを行う必要があ
る。同様に、ステンレス鋼からなるベローズ3と絶縁管
4との間にも高合金継手7を介在させる必要がある。
にアルミニウムが用いられるが、これとステンレス鋼と
のろう付けも困難なため、凝縮器1とベローズ3との間
にはアルミニウムとステンレス鋼からなる異材継手8が
介装される。このように継手類が多用されるため、部品
点数が多い。
とアルミニウムの接合がアルミニウム同士の接合に置き
換わるので、この部分の接合に関しては簡単なTIG溶
接を用いることができるが、他の部分では前述したよう
にろう付けが必要である。
により製作した軽量で製作コストが安く、しかも部品点
数が少なく、更に製作組立も容易な半導体素子冷却装置
を提供することにある。
装置は、アルミニウムからなる凝縮器の底部タンクに所
定の間隔で複数の冷却フィンを並べて取り付け、各冷却
フィン間に配設された半導体素子の発熱を、凝縮器から
冷却フィンに導入される冷媒液の沸騰により奪い、この
沸騰により生じた冷媒ガスを凝縮器に戻して液化する冷
媒沸騰式の半導体素子冷却装置である。そして、前記冷
却フィンは、アルミニウムからなる沸騰部と、沸騰部と
前記凝縮器の間に介在する絶縁部とを具備し、絶縁部
は、セラミックチューブの両端にアルミニウムチューブ
を接合し且つアルミニウムチューブに可撓性を付与する
べくその内面および外面に周方向の溝を設けた構成であ
る。
ならず、押出による成形が可能である。沸騰部内には所
定の間隔で冷媒通路が設けられ、冷媒通路の表面には沸
騰促進のために凹凸加工が施されるが、この凹凸加工を
フィンの押出成形と同時のローレット加工により行うこ
とができる。ここに軽量で高性能な冷却フィンが安価に
製作される。
ルミニウムチューブを持つので、アルミニウム製の凝縮
器および沸騰部を接合する異材継手として機能する。ま
た、そのアルミニウムチューブは可撓性を有するので、
ベローズとして機能し、軽量でもある。従って、部品点
数の低減に寄与する。また、凝縮器との間および沸騰部
との間をTIG溶接により簡単に接合することができ
る。なお、絶縁部におけるセラミックチューブとアルミ
ニウムチューブの接合は、セラミックと銅の接合と異な
り、アルミニウムろうによる直接接合が可能であるの
で、高合金継手を必要としない。
びアルミニウム合金の両方を意味する。
例に基づいて説明する。図2は本発明の冷却装置に使用
される冷却フィンの1例を示す正面図で、図1のA−A
線矢視図に対応する。図3は同冷却フィンの側面図、図
4は図2のB−B線断面矢視図である。
うに、アルミニウム製の沸騰部30と、沸騰部30を凝
縮器に接続するための継手を兼ねる絶縁部40とを具備
する。凝縮器は図示されないが、軽量化のために底部タ
ンクを含めアルミニウム製である。
い四角形の箱体である。この箱体は、内部を冷媒が垂直
方向に流通する本体31と、本体31の上下開口部を塞
ぐ蓋板32,32とからなる。
に並ぶ複数のフィン31a,31a…により形成された
複数の冷媒通路31b,31b…を有し、中央部には戻
り管60を挿入するための角孔31cを有する。押出型
材からなるこの本体31は、冷却フィン2の配列方向に
おいて2分割され、各ピースがろう付けにより一体化さ
れている。すなわち、横断面が櫛歯形をした2つの押出
型材をそれぞれの歯が向き合うように重ね合わせること
により、本体31は構成されている。
沸騰を促進するためにローレット加工が施されている。
冷媒通路31bを形成するフィン31aは、横幅方向の
冷媒流通を確保するため、蓋板32,32との間に若干
の隙間を形成している。なお、蓋板32,32は、本体
31の各ピースと同様にろう付けにより本体31に接合
され、上側の蓋板32には、冷媒の流通孔32aが設け
られている。
下にアルミニウムチューブ42,42を同心状にろう付
けた構造である。アルミニウムは銅と異なり、ろう付け
によりセラミックに直接接合することができる。各アル
ミニウムチューブ42の内面には、周方向に連続する上
下2段の環状溝42a,42aが形成されており、外面
にはその環状溝42a,42aの間に位置して1つの環
状溝42bが形成されている。これらの溝により、アル
ミニウムチューブ42,42は可撓性を有する。
ミニウム製の接続管50を介して沸騰部30と接続され
ている。接続管50は適宜省略することができる。上側
のアルミニウムチューブ42は、同じくアルミニウム製
の凝縮器と接続される。これらの接続はアルミニウム同
士の接続であるためTIG溶接により簡単に行われる。
0を挿通して沸騰部30の本体31の角孔31c内に挿
入される。
ム製であるので軽量である。また、その沸騰部30を冷
媒通路31bの凹凸内面も含め押出により簡単かつ経済
的に製造することができる。ローレット加工によるその
凹凸内面のために、銅製のものと大差ない熱伝導性を有
し、冷却能力が高い。
用するので、従来と同様の絶縁性を確保することがで
き、しかも、その両端にアルミニウムチューブ42,4
2を有し、アルミニウム製の凝縮器とアルミニウム製の
沸騰部30とを接続する異材継手を兼ねるので、従来使
用されていた高合金継手やアルミニウムとステンレス鋼
の異材継手が不要になる。アルミニウムチューブ42,
42が内外面に設けた環状溝により可撓性を有するの
で、ステンレス鋼製のベローズを排除したにもかかわら
ず、隣接する沸騰部30,30間に半導体素子を簡単に
配設することができる。又そのベローズの排除により、
軽量化が図られる。
図である。同図(A)のものは本体31を分割せず、完
全一体の中空押出型材としたものである。また同図
(B)のものは、本体31を前後に2分割し、かつ両側
の側壁を側板31d,31dとして分割したものであ
る。このものにおいても、各部材は押出型材である。
め、沸騰部30を角形にしたが、図1に示される従来例
のように円形とすることも可能である。
子冷却装置は、アルミニウムからなる凝縮器の底部タン
クに並列設置される各冷却フィンの沸騰部をアルミニウ
ム製とし、沸騰部と凝縮器の間を、両端側にアルミニウ
ムチューブを持ち且つ可撓性を有する異材継手状の絶縁
部により接続するので、絶縁部内のセラミックチューブ
以外が全てアルミニウム製となり、冷却性能、素子組付
け性等の本来性能を低下させることなく、大巾な軽量化
を図ることができる。また継手およびベローズの排除の
ために部品点数が少なく、経済性も良好である。更に凝
縮器、絶縁部、沸騰部をTIG溶接により簡単に接続す
ることもできる。
これに使用される従来の冷却フィンを示す側面図であ
る。
例を示す正面図で、図1のA−A線矢視図に対応する。
ある。
Claims (1)
- 【請求項1】 アルミニウムからなる凝縮器の底部タン
クに所定の間隔で複数の冷却フィンを並べて取り付け、
各冷却フィン間に配設された半導体素子の発熱を、凝縮
器から冷却フィンに導入される冷媒液の沸騰により奪
い、この沸騰により生じた冷媒ガスを凝縮器に戻して液
化する冷媒沸騰式の半導体素子冷却装置であって、 前記冷却フィンは、アルミニウムからなる沸騰部と、沸
騰部と前記凝縮器の間に介在する絶縁部とを具備し、絶
縁部は、セラミックチューブの両端にアルミニウムチュ
ーブを接合し且つアルミニウムチューブに可撓性を付与
するべくその内面および外面に周方向の溝を設けた構成
であり、絶縁部内のセラミックチューブ以外がアルミニ
ウムからなることを特徴とする半導体素子冷却装置。
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1997
- 1997-01-02 EP EP97100010A patent/EP0852399B1/en not_active Expired - Lifetime
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