JPS58121656A - 気化冷却式電力用半導体素子 - Google Patents
気化冷却式電力用半導体素子Info
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- JPS58121656A JPS58121656A JP57162083A JP16208382A JPS58121656A JP S58121656 A JPS58121656 A JP S58121656A JP 57162083 A JP57162083 A JP 57162083A JP 16208382 A JP16208382 A JP 16208382A JP S58121656 A JPS58121656 A JP S58121656A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、2個の主電極と、必要に応じて単数側または
複数個の制御電極を有する半導体結晶板が、電気絶縁性
冷却剤から貫流する水密かつ気密のケース中に内設され
、半導体板の2個の主電極が熱的機械的負荷をできる限
り軽減するためにマルチコンタクトと電気的に結合され
、上記ケースが実質的にセラミック・カラーと両側に載
設した金属カバーから成り、かつ冷却剤接続部を具備し
て成る気化冷却式電力用半導体素子に関する。
複数個の制御電極を有する半導体結晶板が、電気絶縁性
冷却剤から貫流する水密かつ気密のケース中に内設され
、半導体板の2個の主電極が熱的機械的負荷をできる限
り軽減するためにマルチコンタクトと電気的に結合され
、上記ケースが実質的にセラミック・カラーと両側に載
設した金属カバーから成り、かつ冷却剤接続部を具備し
て成る気化冷却式電力用半導体素子に関する。
上記の気化冷却式電力用半導体素子は西独公開特許公報
第2938096号により公知である。その°場合、マ
ルチコンタクトはもっばら電流の伝導のために使用され
、ケースの外壁を貫通し、あるいは金属ケースの内壁に
直接に接触する。半導体結晶板に冷却剤が直接に接して
流れるから、ケース内に配設する冷却体は設けられない
。マルチコンタクトは一体的にまたは電気的に接触する
ように、例えばコイルばねとして構成することができる
。冷却剤として液体も気体も使用することができる。冷
却剤は絶縁性をもたなければならない。冷却液として、
沸点がなるべく高い油または不活性液を使用することが
できる。気化冷却、すなわち液体状態から気体状態に冷
却剤の凝集状態が変化する時の気化熱を利用する場合は
、好適な冷却効果が現れる。しかし特に気化冷却のため
の電力用半導体素子の詳細な実施態様は記述しない。
第2938096号により公知である。その°場合、マ
ルチコンタクトはもっばら電流の伝導のために使用され
、ケースの外壁を貫通し、あるいは金属ケースの内壁に
直接に接触する。半導体結晶板に冷却剤が直接に接して
流れるから、ケース内に配設する冷却体は設けられない
。マルチコンタクトは一体的にまたは電気的に接触する
ように、例えばコイルばねとして構成することができる
。冷却剤として液体も気体も使用することができる。冷
却剤は絶縁性をもたなければならない。冷却液として、
沸点がなるべく高い油または不活性液を使用することが
できる。気化冷却、すなわち液体状態から気体状態に冷
却剤の凝集状態が変化する時の気化熱を利用する場合は
、好適な冷却効果が現れる。しかし特に気化冷却のため
の電力用半導体素子の詳細な実施態様は記述しない。
マルチコンタクトを有する別種の電力用半導体素子が西
独公開特許公報vIK2855493号により公知であ
る。その場合、マルチコンタクトは個別線条のブラシ状
の東から成り、少くとも一部の個別線状は半導体板の2
つの表面の間隔相当より大きい長さを有する。マルチコ
ンタクトは半導体結晶板および放熱板と一体に結合され
ている。電力用半導体素子のケースは放熱板、セラミッ
ク豐カラーおよび鐘11rTる金属リングから成る。ケ
ース自体を冷却剤が貫流することは予定されていない。
独公開特許公報vIK2855493号により公知であ
る。その場合、マルチコンタクトは個別線条のブラシ状
の東から成り、少くとも一部の個別線状は半導体板の2
つの表面の間隔相当より大きい長さを有する。マルチコ
ンタクトは半導体結晶板および放熱板と一体に結合され
ている。電力用半導体素子のケースは放熱板、セラミッ
ク豐カラーおよび鐘11rTる金属リングから成る。ケ
ース自体を冷却剤が貫流することは予定されていない。
マルチコンタクトをなす束がらせん状に巻いた金属帯状
から成り、多数の弾性金属ウェブが生じるように、帯状
が規則的間隔で切込みを具備し、上記金属クエプの片側
が金属帯状の切込みのない部分によって連結された、同
様の電力用半導体素子が西独公開特許公軸第29374
9号C二より公知である。この電力用半導体素子でもケ
ース自体を冷却剤が貫流することは予定されていない。
から成り、多数の弾性金属ウェブが生じるように、帯状
が規則的間隔で切込みを具備し、上記金属クエプの片側
が金属帯状の切込みのない部分によって連結された、同
様の電力用半導体素子が西独公開特許公軸第29374
9号C二より公知である。この電力用半導体素子でもケ
ース自体を冷却剤が貫流することは予定されていない。
本発明の目的とするところは、冒頭に挙げた種類の気化
冷却式電力用半導体素子において、電気接続および冷却
剤接続を行う部材の詳細な実施態様を記述することであ
り、また強制拘束的接触のない半導体板隔室構造を示す
ことである。
冷却式電力用半導体素子において、電気接続および冷却
剤接続を行う部材の詳細な実施態様を記述することであ
り、また強制拘束的接触のない半導体板隔室構造を示す
ことである。
上記の目的は、特許請求の範囲第1項に記載の特徴によ
って達成される。
って達成される。
本発明によって得られる利点は特S二、電力用半導体素
子を強制拘束的に接触させる必要がなく(半導体結晶板
の直径が大きい場合に重l1L)。
子を強制拘束的に接触させる必要がなく(半導体結晶板
の直径が大きい場合に重l1L)。
しかも極めて良く冷却することができることにある。多
数の同様の電力用半導体素子で構成されるブロックの単
位ユニットとして特t= 、ii aであり、その場合
個別素子への近よりやすさがすこぶる良好であり(欠陥
ユニットの変換のためf二重賛)、取付けや裾付けの可
能性≦二ついて大きな融通性が与えられる。素子の構造
がコンΔクトであるため、冷却剤の量が少量である利点
があり、その結果、重量とコストの相応の節約が得られ
る。
数の同様の電力用半導体素子で構成されるブロックの単
位ユニットとして特t= 、ii aであり、その場合
個別素子への近よりやすさがすこぶる良好であり(欠陥
ユニットの変換のためf二重賛)、取付けや裾付けの可
能性≦二ついて大きな融通性が与えられる。素子の構造
がコンΔクトであるため、冷却剤の量が少量である利点
があり、その結果、重量とコストの相応の節約が得られ
る。
次に図1iic示す実施例に基づいて、本発明を説明す
る。
る。
第1図には気化冷却式電力用半導体素子の正面断面図が
示されている。電力用半導体素子の内部(=ある半導体
結晶板1は、マルチコンタクト2(多電ばね接点)を介
して両側で一体的結合(はんだ付け)(=よって冷却体
10と連結される。2個の冷却体10のそれぞれは底部
11から成り、#底部は表面の拡大のために冷却−ン1
2を着持する。半導体素子の電気接続のためC:各冷却
体10の中心部に、雌ねじ14を備えた接続用受口13
が突設され、該接続用受口13は外側に旋削面15を具
備する。この旋削面15のそれぞれにカップ形金属力/
4−1 jの中心穴11が一体f二固看される。
示されている。電力用半導体素子の内部(=ある半導体
結晶板1は、マルチコンタクト2(多電ばね接点)を介
して両側で一体的結合(はんだ付け)(=よって冷却体
10と連結される。2個の冷却体10のそれぞれは底部
11から成り、#底部は表面の拡大のために冷却−ン1
2を着持する。半導体素子の電気接続のためC:各冷却
体10の中心部に、雌ねじ14を備えた接続用受口13
が突設され、該接続用受口13は外側に旋削面15を具
備する。この旋削面15のそれぞれにカップ形金属力/
4−1 jの中心穴11が一体f二固看される。
個別部材すなわち半導体結晶ttti、z、マルチコン
タクト2、冷却体10および電力用半導体素子のカバー
16を互いに連結する罰に、2個のカバー16のあいだ
にセラミック・カラー20を挿着する。このカラーは両
側に外側旋削面21、複数個の小さな盲孔22、扁平部
23および2個の大きな穴25を具備する(一方の穴2
5だけを図示した)っ こうして組立てたユニットの周囲に絶縁カラーSO(絶
縁物から成る)を圧着する。その場合、セラミック・カ
ラー20が使い捨て〆イの役割をする。この絶縁カラー
30は必要ならば両側i;絶縁カバー32(絶縁物から
成る)を取付けて拡張することができ、電力用半導体素
子の必要な外側電気絶縁をなす。また絶縁カラー30は
金属カバー16のあいだの機械的結合を作り出すから、
一体的結合の張力の負荷を軽減する利点がある。このた
めに金属カバー16は穴18を、またセラミック・カラ
ー20は盲孔22を具備し、絶縁カラー30の絶縁物が
プレス作業の際I:、突起33によってこれらの穴C二
定着される。絶縁カラー30C:中心穴35(冷却剤流
入用)と螺条36を有する連結管34と、その真向かい
に穴38(冷却剤流出用)と雄ねじ39を有する連結管
J7が突設されている。
タクト2、冷却体10および電力用半導体素子のカバー
16を互いに連結する罰に、2個のカバー16のあいだ
にセラミック・カラー20を挿着する。このカラーは両
側に外側旋削面21、複数個の小さな盲孔22、扁平部
23および2個の大きな穴25を具備する(一方の穴2
5だけを図示した)っ こうして組立てたユニットの周囲に絶縁カラーSO(絶
縁物から成る)を圧着する。その場合、セラミック・カ
ラー20が使い捨て〆イの役割をする。この絶縁カラー
30は必要ならば両側i;絶縁カバー32(絶縁物から
成る)を取付けて拡張することができ、電力用半導体素
子の必要な外側電気絶縁をなす。また絶縁カラー30は
金属カバー16のあいだの機械的結合を作り出すから、
一体的結合の張力の負荷を軽減する利点がある。このた
めに金属カバー16は穴18を、またセラミック・カラ
ー20は盲孔22を具備し、絶縁カラー30の絶縁物が
プレス作業の際I:、突起33によってこれらの穴C二
定着される。絶縁カラー30C:中心穴35(冷却剤流
入用)と螺条36を有する連結管34と、その真向かい
に穴38(冷却剤流出用)と雄ねじ39を有する連結管
J7が突設されている。
これらの連結管34゜31は前述のよう6二液体状また
は気体状冷却剤の給排のためのものであって、記入した
矢印の方向は冷却剤の経路の方向を示す。気体状冷却剤
が自由C:穴3aにあふれ出ることができるように、金
属カバー11はピッチ円状の空欠部24を具備する。
は気体状冷却剤の給排のためのものであって、記入した
矢印の方向は冷却剤の経路の方向を示す。気体状冷却剤
が自由C:穴3aにあふれ出ることができるように、金
属カバー11はピッチ円状の空欠部24を具備する。
上述の種類の構造の電力用半導体素子をサイリスクとし
て構成する場合は、ダート接続線4を半導体結晶板1と
の接触のためI:マルチコンタクト2の穴3≦二通丁。
て構成する場合は、ダート接続線4を半導体結晶板1と
の接触のためI:マルチコンタクト2の穴3≦二通丁。
外1ff−)接続は、セラミック・カラー20の穴26
f二固定した接続ビン5によって行われる。接続ビン6
はプレス6によって絶縁カラーSOに定着されている。
f二固定した接続ビン5によって行われる。接続ビン6
はプレス6によって絶縁カラーSOに定着されている。
接続ビン5の外端5:平形グラグアか固定されている。
サイリスクの補助陰極接続は、半導体の陰極側金属カバ
ー161;接続され、外部平形!ラグ8を看持する金属
ビン19を介して行われる。
ー161;接続され、外部平形!ラグ8を看持する金属
ビン19を介して行われる。
電力用半導体素子が再冷却装置に空間的に適当に配属さ
れ、ガス管と冷却剤通過孔38の寸法が十分(二定めら
れていれば1gス管自体を経由する冷却剤の返送を重カ
イニよって行うことができ、従ってこの特殊な場合C:
は冷却剤の給排のため(二人38を有する連結管31し
か必要でない。その場合、液状冷却剤は特C穴38の壁
曲檻;送りつけられる。冷却剤はこの壁面から滴下して
セラミック・カラー20の扁平部23に達し、次いで旋
削1i121を経由して、カッ々−16とセラミックー
カラー20のあいだの間隙21を通って、セラ・ミック
・カラー20の内部の気化mcあふれ出る、第1図で説
明した気化冷却式電力用半導体素子全体を参照符号40
で表示する。
れ、ガス管と冷却剤通過孔38の寸法が十分(二定めら
れていれば1gス管自体を経由する冷却剤の返送を重カ
イニよって行うことができ、従ってこの特殊な場合C:
は冷却剤の給排のため(二人38を有する連結管31し
か必要でない。その場合、液状冷却剤は特C穴38の壁
曲檻;送りつけられる。冷却剤はこの壁面から滴下して
セラミック・カラー20の扁平部23に達し、次いで旋
削1i121を経由して、カッ々−16とセラミックー
カラー20のあいだの間隙21を通って、セラ・ミック
・カラー20の内部の気化mcあふれ出る、第1図で説
明した気化冷却式電力用半導体素子全体を参照符号40
で表示する。
′s2図には電力用半導体素子40の一部切断した平面
図を示す。個別に挙げれば、中央の半導体結晶板1と、
その上にある冷却体10CI/E。
図を示す。個別に挙げれば、中央の半導体結晶板1と、
その上にある冷却体10CI/E。
部11および冷却−ン12を有する)および外側6;接
続するセラミック・カラー20、金員カバー16、絶縁
カラー30を有する。素子の半径方向構造がこの図で明
らかである。
続するセラミック・カラー20、金員カバー16、絶縁
カラー30を有する。素子の半径方向構造がこの図で明
らかである。
また、金属カバー16の穴18を簀いてセラミック・カ
ラー20の盲孔Sat二係合する突起S3によってセラ
ミック・カラー20と絶縁カラー30が定看されること
が明らかである。更に、ブシュ6I=よって絶縁カラー
30に定看され、金属カバー16の穴18とセラミック
・カラー20の穴26に貫挿された接続ビン5によるダ
ート接続が明らかである。接続−ン5は外部で平形グラ
グア I:、内部でff−)接@lA4g=接続される
。
ラー20の盲孔Sat二係合する突起S3によってセラ
ミック・カラー20と絶縁カラー30が定看されること
が明らかである。更に、ブシュ6I=よって絶縁カラー
30に定看され、金属カバー16の穴18とセラミック
・カラー20の穴26に貫挿された接続ビン5によるダ
ート接続が明らかである。接続−ン5は外部で平形グラ
グア I:、内部でff−)接@lA4g=接続される
。
また第2図には電力用半導体素子の電気接続のための、
雌ねじ14を有する接続用受口13と、絶縁カラー30
の、雄ねじ39付きの連結管37を経由する冷却剤の経
過が示されて%zる。
雌ねじ14を有する接続用受口13と、絶縁カラー30
の、雄ねじ39付きの連結管37を経由する冷却剤の経
過が示されて%zる。
冷却剤の経過(矢印方向を参照)は−平部23の場所の
セラミックーカラー2oの穴25を通 □す、更に金
嵐力/? −1gのピッチ円状の空欠部24を介し、連
結管S1の穴38を経て行われる。
セラミックーカラー2oの穴25を通 □す、更に金
嵐力/? −1gのピッチ円状の空欠部24を介し、連
結管S1の穴38を経て行われる。
第3図には再冷却装置を有する2個の電力用半導体素子
40の全体的構成が示されている。
40の全体的構成が示されている。
2個の電力用半導体素子(任意の多数の、その他の上記
素子があってもよい)のそれぞれは穴35の下部C液状
冷却剤の流入のための冷却剤流入管を、また穴38の上
部に、半導体結晶板1で発生した損失熱g:より熱せら
れたガス状冷却剤の流出のための冷却剤流出1142を
有する。
素子があってもよい)のそれぞれは穴35の下部C液状
冷却剤の流入のための冷却剤流入管を、また穴38の上
部に、半導体結晶板1で発生した損失熱g:より熱せら
れたガス状冷却剤の流出のための冷却剤流出1142を
有する。
その場合、冷却剤流入管41の寸法は冷却剤流出管42
より小さい。冷却剤43の冷却のために再冷却器44が
設けられている 冷却器44は実質的にひれ付管から成
り、この管に通風機の冷却空気が吹きつけられる。冷却
器44は素子40で発生した熱を、凝縮によって周囲に
放出する。液状冷却剤43が補助fンゾなしC二素子4
0に完全に流入することを保証するためS二、再冷却器
44は空間的に個々の電力用半導体素子40より高い所
に配置しなければならない。
より小さい。冷却剤43の冷却のために再冷却器44が
設けられている 冷却器44は実質的にひれ付管から成
り、この管に通風機の冷却空気が吹きつけられる。冷却
器44は素子40で発生した熱を、凝縮によって周囲に
放出する。液状冷却剤43が補助fンゾなしC二素子4
0に完全に流入することを保証するためS二、再冷却器
44は空間的に個々の電力用半導体素子40より高い所
に配置しなければならない。
卓越した性質をもつ冷却剤として、標準圧で沸点47.
6℃の113型冷却剤(C,FsCJs )が適当であ
る。この冷却剤は液体状でも気体状でも約15 KV/
allという大きな絶縁耐力を有し。
6℃の113型冷却剤(C,FsCJs )が適当であ
る。この冷却剤は液体状でも気体状でも約15 KV/
allという大きな絶縁耐力を有し。
不燃性であり、無毒である。冷却方式の特性値である熱
伝適率がすぐれており、流水のそれである。事実上完全
な材料融和性の利点を有する、いわゆる不活性液も冷却
剤として使用できるが。
伝適率がすぐれており、流水のそれである。事実上完全
な材料融和性の利点を有する、いわゆる不活性液も冷却
剤として使用できるが。
極めて高価である。
第1図は気化冷却式電力用半導体素子の正面断面図、第
2図は電力用半導体素子の一部切断し、た平面図、そし
て第3図は再冷却iitを有する電力用半導体素子の全
体的構成の略図を示す。 2…マルチコンタクト、10・・・冷却体、11・・・
接続用受口、16・・・金属カバー、20・・・セラミ
ック・カラー、24・・・ピップ円状空欠部。 z5・・・穴、30・・・絶縁カラー、37・・・連結
管。 38川穴。 出願人代理人 弁理土鈴 江 武彦 Fig、3 ムム 手続補正書物式) %式% 1、事件の表示 特願昭57−162083号 3、補正をする者 4、代理人 5、補正命令の日付 昭和58年1月25日
2図は電力用半導体素子の一部切断し、た平面図、そし
て第3図は再冷却iitを有する電力用半導体素子の全
体的構成の略図を示す。 2…マルチコンタクト、10・・・冷却体、11・・・
接続用受口、16・・・金属カバー、20・・・セラミ
ック・カラー、24・・・ピップ円状空欠部。 z5・・・穴、30・・・絶縁カラー、37・・・連結
管。 38川穴。 出願人代理人 弁理土鈴 江 武彦 Fig、3 ムム 手続補正書物式) %式% 1、事件の表示 特願昭57−162083号 3、補正をする者 4、代理人 5、補正命令の日付 昭和58年1月25日
Claims (9)
- (1)2個の主電極と、必要に応じて単数側または複数
個の制御電極を有する半導体結晶板が、瘍゛気絶縁性冷
却剤が貫流する水密かっ気密のケースの中に内設され、
半導体板の2個の主電極が熱的機械的負荷をできる限り
軽減するためにマルチコンタクトと電気的に結合され、
上記ケースが実質的にセラミック・カラーと両側に載設
した金属カバーから成り、かつ冷却剤接続部を具備して
成る気化冷却式電力用半導体素子において、マルチコン
タクト(2)がケース内部に統合された冷却体(10)
と一体的に電気的熱的に接触し、冷却体(20)が生電
極の電気接続のための、ケースから突出する接続用受口
(13)を有し、ケースの周囲(:絶縁カラー(30)
が圧着され、該絶縁カラー(30)が冷却剤接続用の穴
(38)を備えた少くとも1個の連結管37を有し、冷
却剤の接続の場所に金員カバー(16)がピッチ円状空
欠部(24)を、またセラミック・カラー(20)が穴
(25)を有し、かつ気化室がセラミック・カラー(2
0)によって構成された内室から成ることを特徴とする
電力用半導体素子。 - (2) セラミック・カラー(20) と金属カバ
ー(16)のあいだに冷却剤流入用の間隙(27)を形
成することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の
電力用半導体素子。 - (3)絶縁カラー(30)が冷却剤の別個の流入および
流出のための2個の穴(35,38)を有する2個の連
結管(34,37)を有し、金属カバー(16)が適当
なピッチ円状空欠部(25)を、またセラミック・カラ
ー(20)が適当な穴(25)を有することを特徴とす
る特許請求の範囲第1項または第2項に記載の電力用半
導体素子。 - (4) セラミック・カラー(20)が冷却剤接続部
の場所に扁平部(21)を有することを特徴とする特許
請求の範囲第1項ないしvI&3項のいずれかに記載の
電力用半導体素子。 - (5)絶縁カラー(Jo)の内側に突起(33)が設け
られ、金属カバー(15)の穴(18)を貫いてセラミ
ック・カラー(20)の盲孔(22)に係合することを
特徴とする特許請求の範囲第1項ないしgJ4項のいず
れかに記載の電力用半導体素子。 - (6) 金属カバー(16)が接続用受口(13)の
旋削面(15)の上に押しばめすることができる穴(1
7)を有することを特徴とする特許請求の範囲181項
ないし第5項のいずれかに記載の電力用半導体素子。 - (7)冷却体(10)が穴ズこ11)と、該冷却体に突
設された冷却ピン(12)とを有することを特徴とする
特許請求の範囲第1項ないし第6項のいずれかに記載の
電力用半導体素子。 - (8) 絶縁カラー(30)が両側に絶縁カバー(3
2)を具備することを特徴とする特許請求の範囲第1項
ないし第7項のいずれかlに記載の電力用半導体素子。 - (9) 半導体結晶板(1)の制御電極の接続がマル
チコンタクト(2)の穴(3ンと内sr−ト接続線(4
)と介して行われ、他方では内部r−)接続線(4)が
セラミック・カラー(20)の穴(26)と金属カバー
(16)の穴(18)と絶縁カラー(30)のブシュ(
6)とを経てケースを貫通する接続ビン(5)に接続さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第8
項のいずれ力歯二記載の電力用半導体素子。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3137407.7 | 1981-09-19 | ||
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