JPS5856978B2 - ハンドウタイノ レイキヤクソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置に係り、特に半導体を蒸発冷却媒体
で冷却するようにした半導体の冷却装置に関する。

大電力用の半導体素子が開発されるに至り、これを効果
的に冷却することが課題となっている。

そこで近時、周知のフロン等の沸騰冷媒を使用した沸騰
冷却装置が採用され始めている。

その１つとして第１図に示した半導体素子を個別に冷却
する装置がある。

第１図においてタンク１０内には例えばフロンのような
沸騰冷媒１１（以後単に冷媒という）が封入されている
。

このタンク１０の下部には内部に冷媒が導かれる複数の
冷却フィン１２ａ〜１２ｅがそれぞれ金属ベローズ１３
ａ〜１３ｅ及び絶縁パイプ１４ａ〜１４ｅを介して取付
けられる。

冷却フィン１２ａ〜１２ｅ間には平型半導体素子（以後
単に素子という）Ｓａ−８ｄが挿入される。

そしてこれら冷却フィン１２ａ〜１２ｅ及び素子素子５
ａ＝Ｓｄは後述するが適宜な固定方法で圧接固定される
。

凝縮器１５は冷却フィン１２ａ〜１２ｅ内で気化した冷
媒がタンク１０を介して導かれ、これを凝縮して再び液
体にしタンク１０内の冷媒１１中に戻す配管１６．１７
を備えている。

このような装置では、素子５ａ＝Ｓｄが発生する熱をそ
れぞれ隣接する冷却フィン１２ａ〜１２ｅを介して冷却
フィン１２ａ〜１２ｅ中の冷媒に伝達して沸騰させ気化
熱としてうばいこの気泡をタンク１０の上部に配置した
凝縮器１５に導き凝縮して再び液体にしてタンク１０内
の冷媒１１中に戻すようにしている。

しかしながら上記装置において気化した冷媒は気泡にと
なって各冷却フィン１２ａ〜１２ｅ及びタンク１０内の
冷媒を通って凝縮器１５に導かれるため冷却フィン中の
冷媒が気泡Ｋによって温められてしまう。

したがって素子５ａ＝Ｓｄの冷却能力が低下してしまう
問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであって、素
子を効果的に冷却することができる半導体の冷却装置を
提供することを目的とする。

以下に第１図と同一部分に同一符号を附した第２図及び
第３図を参照して本発明の一実施例の構成について述べ
る。

タンク１０内には例えばフロンのような冷媒１１を封入
する。

タンク１０の下部には内部に冷媒が導かれる複数の冷却
フィン１２ａ〜１２ｅをそれぞれ金属ベローズ１３ａ〜
１３ｅ及び絶縁パイプ１４ａ〜１４ｅを介して取付ける
。

冷却フィン１２ａ〜１２ｅ間には素子５ａ−８ｄを挿入
し、これら冷却フィン１２ａ〜１２ｅ及び素子５ａ＝Ｓ
ｄは次のような固定部材で固定する。

即ちタンク１０の上板両端に例えば溶接で支持板１８ａ
、１８ｂが固着される。

この支持板１８ａ、１８ｂの垂下方向に固定板１９ａ。

１９ｂがボルト２０ ａ ｓ ２０ ｂ及びナツト２１
ａ。

２１ｂによって固着され、冷却フィン１２ａ〜１２ｅ及
び素子５ａ＝Ｓｄをつつむ。

一方の固定板１９ａと冷却フィン１２ａとの間に絶縁座
２０ａを挿入し、冷却フィン１２ｅの外側面にも絶縁座
２１ｂを当接する。

これら絶縁座２１ａ。２１ｂはその中心がほぼ素子の中
心と合致する如く位置し、他方の絶縁座２１ｂの外方か
ら２板の当て座２２ａ及び２２ｂの中に納められた鋼球
２３を当て板２４及び座２５を介して固定板１９ｂに螺
合した圧力ボルト２６を締めつけて適宜な圧力で押圧す
る。

このため素子５ａ−８ｄ及び冷却フィン１２ａ〜１２ｅ
は圧接固定される。

この際、冷却フィン１２ａ〜１２ｅ内には補強材（図示
せず）が設けられ押圧力に耐え得るようになっている。

圧力ボルト２゛６の上部及び下部に位置する絶縁スタッ
ド２７ａ、２７ｂの一端はそれぞれ固定板１９ａと板バ
ネ２８ａ、２８ｂ及び当て板２４を貫通して一方の固定
板１９ａにねじ込み、その他端をそれぞれナラ）２９ａ
、２９ｂが螺合され他方の固定板１９ｂの外方から締
めつけ冷却ファツ及び素子を固定する。

冷却フィン１２ａ〜１２ｅの内部にはそれぞれ第３図に
拡大して示したようなタンク１０内の冷媒と各冷却フィ
ン１２ａ〜１２ｅ下部の冷媒と連通する連通管３０ａ〜
３０ｅを設ける。

また連通管３０ａ〜３０ｅはそれぞれ冷却フィンを介し
て素子Ｓａ〜ｓｂと対向する管周面に冷却フィン中の冷
媒と連通ずる複数の連通穴Ｈを設けている。

凝縮器１５はフィン１２ａ〜１２ｅ内で気化した冷媒が
タンク１０を介して導かれ、これを凝縮して再び液体に
しタンク１０内の冷媒１１中に戻す配管１６゜１７を備
えている。

次に上記構成から成る本発明の一実施例の作用を第２図
０一部を拡大して示す第４図を参照して説明する。

素子５ｂ＝Ｓｃが発熱すると冷却フィン１２ｃを通して
この中の冷媒に熱が伝わる。

そして熱が冷媒１１の沸点に達すると冷媒は沸騰し、素
子の熱を気化熱としてうばう。

ここで沸騰により生じる気泡には連通管３０ｃと冷却フ
ィン１２ｃとの間を上昇しタンク１０及び配管１６を介
して冷却器１５に導かれて凝縮し、液化して配管１７を
通して再びタンク１０の冷媒１１中に戻される。

ここで冷却フィン１２ｃ中で気化した冷媒の分だけタン
ク１０の上部にある比較的低温の冷媒を連通管３０ｃを
通してその連通口Ｈから素子ｓｂ。

Ｓｃが当接する冷却フィン１２ｃの内面に直接供給する
ことができるとともに連通管３０ｃの下端開口部からも
間接的に供給される。

以上のように本発明によれば冷却フィン内に上端がタン
ク内に開口する連通管を冷却フィン中に挿入して冷却フ
ィン中の冷媒とタンク１０内から供給される冷媒とを分
離し、素子が当接する冷却フィンの内面に連通管の連通
穴より直接タンク１０内の比較的低温の冷媒を供給する
ことができる。

したがって第１図に示した装置の如く、冷却フィン中の
冷媒が気泡によって温められるものに比し積極的に冷た
い冷媒を供給することができるため、素子を効果的に冷
却し得る半導体の冷却装置を提供できる。

第５図イ、田ま連通管３０の他の実施例を示すものでイ
の如く、側面四方に複数の連通口Ｈ１を設けてもよく、
また口の如く連通管の下端を閉口し、側面四方に設けた
複数の連通口の上部に冷媒を案内する案内管Ａを設けて
もよく、また連通管を角柱形（図示せず）にしてもよく
、更に上記実施例ではタンクとは別個に凝縮器を設けて
いるが、凝縮器を省きタンク内の空間部を大きくしてこ
のタンクを外部から送風機により強制冷却又は、自然冷
却にして気化した冷媒をタンク内で液化させ再び冷媒中
に戻すようにしてもよいなど本発明は上記実施例゛に限
定されることなく、その要旨を変更しない範囲内で種々
設計変更して実施できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来の半導体の冷却装置を示す断面図、第２図
は本発明による半導体の冷却装置の一実施例を示す構成
図、第３図は本発明に適用される連通管の拡大図、第４
図は本発明の詳細な説明するために第２図の一部を拡大
して示す拡大断面図、第５図イ２口は連通管の他の実施
例を示す構成図である。 １０・・・タンク、１１・・・冷媒、１２ａ〜１２ｅ・
・・冷却フィン、Ｓ ａ＝ｓ ｄ−素子、３０，３０ａ
〜３０ｅ・・・連通管、Ｈ・・・連通口。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 蒸発冷媒を封入し気化した冷媒が再び液化して前記
   冷媒中に戻されるタンクと、このタンク下部に設けられ
   内部に前記冷媒が導かれる複数の冷却フィンと、この複
   数の冷却フィン間に挿入される平型半導体素子と、前記
   冷却フィンと平型半導体素子とを圧接、固定する固定部
   材と、一端が前記タンク内の冷媒中に開口し、他端が前
   記冷却フィン中に挿入され、かつ平形半導体素子より下
   部に位置する連通管を設けたものにおいて、少なくとも
   前記平型半導体素子の圧゛接面と対向する位置の連通管
   の周面に連通口を備えてなる半導体の冷却装置。