JPS6028253A - 半導体素子冷却装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、サイリスタ、ダイオード、トランジスタ等
の半導体素子の冷却装置に関し、さらに詳しくいえば、
半導体素子の許容上限温度以下で蒸発する液状の冷媒を
封入するタンク部および放熱部を備えており、冷媒中に
半導体素子を浸漬し、冷媒の沸騰と凝縮を利用して半導
体素子を冷却する冷却装置に関する。

従来、この種半導体素子冷１！Ｉ装置としては、冷媒を
密閉しておくタンクと、冷媒流通管および放熱フィンＩ
を備えた放熱器とを別々に組立て、これらを、冷媒流通
管がタンク内と連通ずるように配管し、溶接等により組
立てたものがある。しかしながら、従来の半導体素子冷
却装置では、タンクと熱交換器とを別々に組立てるため
に工数が多くなって手間がかかるとともに費用も高くつ
くという問題があった。また、この半導体素子冷却装置
は大きなスペースを必要とするという問題もあった。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、組
立てが簡単で費用が安くなるとともにコンパクトな半導
体素子冷却装置を提供することを目的とする。

この発明による半導体素子冷却装置は、縦長でかつ下端
部に孔があけられた１対のプレー１〜が対向状に配置さ
れるとともに、両プレートの周縁全体のうち少なくとも
両側縁および下縁どうしが両プレート間に配置された連
結壁を介してまたはプレートに設けられた屈曲部におい
て接合されてなる縦長の偏平中空体が、並列状に複数配
置され、すべての偏平中空体か、隣り合う偏平中空体ど
うしの間の下端部に孔を囲むように介在させられたリン
グによって相互に連通状に接続され、リングの上方にお
いて隣り合う偏平中空体どうしの間に放熱フィンが介在
さゼられているものである。

上記において、対向状に配置された１対のプレートの周
縁全体のうち少なくとも両側縁および下縁どうしをプレ
ート間に配置された連結壁を介して接合すること、なら
びにプレートに設けられた屈曲部において接合すること
は、ろうイ」法により行われる。偏平中空体内には、上
下方向に伸びる多数の凹凸のづ°じを有するコルゲート
・フィンを配置して内面にろうイ」りしておくことが好
ましい。偏平中空体とリングとは、たとえばろう付によ
って接合される。リングの両端には、プレートの下端部
にあけられた孔に嵌合しうる突部を設けておくのがよい
。偏平中空体と放熱フィンとはろうイツ梵るのがよい。

プレートの周縁どうしのろう付、偏平中空体とリングと
のろう付および偏平中空体と放熱フィンとのろう付は、
たとえば真空ろう針法により同時に行なわれる。

この半導体素子冷却装置では、リングと、各偏平中空体
におけるリングと対応する高さ位置にある部分とで液状
冷媒密閉用タンク部が形成され、各偏平中空体における
リングよりも上方の部分と放熱フィンとで放熱部が形成
される。

そして、タンク部内に封入された液状冷媒に半導体素子
が浸漬される。半導体素子から発する熟が液状冷媒に伝
わると、冷媒が沸騰して気化する。このガス状冷媒は、
偏平中空体内を上昇して放熱部に到り、ガス状冷媒の有
する熱がプレートおよび放熱フィンから偏平中空体間の
空気に放熱され−Ｃ冷媒は凝縮する。凝縮した液状冷媒
は偏平中空体内を流れ落ちてタンク部に戻る。この動作
を繰返して、半導体素子が冷却される。

この発明の半導体素子冷却装置は、上述のように構成さ
れて、冷媒密閉タンク部と放熱部とが一体化されている
ので、従来の半導体素子冷却装置に比べて組立てが簡単
で費用もやすくてすみ、しかもコンパクトにすることが
可能となる。

この発明を、以下図面に示す実施例について詳しく説明
する。以下の説明において、左右とは第１図に向ってい
うものとする。

半導体素子冷却装置（１）は、対向状に配置；きれた１
対の縦長方形アルミニウム・プレージングシート製プレ
ート（２）から形成され、かつ並列状に配置された複数
の偏平中空体（３〉と、隣り合う偏平中空体（３）の下
端部間に配置されかつ偏平中空体（３）どうしを連通状
に接続するアルミニウム製円形リング（４）と、リング
（４）の上方で隣り合う偏平中空体（３）間に介在させ
られたアルミニウム製コルゲー１〜・フィンよりなる放
熱フィン（５）とを備えている。

アルミニウム製プレート（２）の下端部には円形孔（２
ａ）がありられている。偏平中空体（３）は、対向する
１対のプレート（２）の周縁全体のうち両側縁および下
縁どうしをアルミニウム製連結壁（６）を介してろう付
することにより形成されている。偏平中空体（３）内に
は、上下方向に伸びる多数の凹凸のすしを有するアルミ
ニウム製コルゲート・フィン（７）が配置されてプレー
ト（２）内面にろう付されている。また、偏平中空体（
３）内におけるコルゲー１−・フィン（７）よりも下方
の位置でかつ孔（２ａ）のまわりの部分には、円周方向
に所定間隔をおいて４ケ所にアルミニウム製コルゲート
・フィン（８）が配置され、プレート（２）内面にろう
付されている。このフィン（８）も放熱の役目を果す。

左右両端に位置する偏平中空体（３）の左右両側には、
それぞれ所定間隔をおいて縦長方形でかつ下９ｖ１：部
に円形孔（９ａ）があけられたアルミニウム・プレージ
ングシート製サイド・プレー１〜（９）が配置され、ア
ルミニウム製円形リング（１０）を介して偏平中空体（
３）にろう付されている。サイド・プレート（９）と左
右両端の偏平中空体（３〉との間におけるリング（１０
）よりも上方の部分にも、幅方向に伸びる多数の凹凸の
ずじを右するアルミニウム製コルゲート・フィンよりな
る放熱フィン（１１）が配置されて偏平中空体（３）お
よ・　びサイド・プレート（９）にろう倒されている。

すべての偏平中空体（３）の上端は、下面が開口したア
ルミニウム製空気溜（１２）に偏平中空体（３）内部が
空気溜（１２）内部と連通するように接続されている。

空気溜（１２）の幅は偏平中空体（３）の幅と等しくな
っている。サイド・プレート（９）の上端も空気溜（１
２）の左右両端に接合されている。空気溜（１２）の下
面間口における残りの部分は、隣り合う偏平中空体（３
）の上端間および左右両端の偏平中空体（３）の上端と
サイド・プレート（９）の上端との間に介在されたアル
ミニウム製角材（１３）によって閉塞されている。空気
溜（１２）のか喘には、半導体素子冷却装置（１）内を
真空引きするとともに装置（１）内部に冷媒を入れるた
めの管（１４）が取イ」けられている。この管（１４）
は、冷媒を入れた後第１図に示されるように閉塞される
。

リング（４）の両端には、プレーｈ（２＞の孔（２ａ）
に嵌合しうる突部（４ａ）が設けられており、この突部
（４ａ）を孔（２ａ）に嵌合させた状態でプレート（２
）にろう付されている。また、リング（１０）の両端に
も突部（１０ａ）が設けられており、一方の突部（１０
ａ）がプレート（２）の孔（２ａ）に嵌合され、他方の
突部（１０ａ）がサイド・プレート（９）の孔（９ａ）
に嵌合された状態で、リング（１０）がプレート（２）
およびサイド・プレート（９）にろう付されている。左
右のサイド・プレー＋−（９）の孔（９ａ）には、それ
ぞれ連通状にアルミニウム製パイプ（１５）　（１６）
が溶接されている。

両パイプ（１５）　（１６）のサイド・プレート（９）
への接合端には孔（９ａ）に嵌合しうる突部が設りられ
、この突部を孔（９ａ）に嵌合させて溶接されている。

左側のパイプ（１５）の左端にはフランジ（１５ａ）が
設けられ、このフランジ（１５ａ）にＩｆｆ（１７）が
取付けられている。右側のパイプ（１Ｇ）の右端にはフ
ランジ（１６ａ＞が設けられ、このフランジ（１６ａ）
に１（１８）が取ｆりけられている。伶（１８）には、
後述するように、タンク部（Ｂ）内の液状冷ｆｉ　（Ｃ
）に浸潤される半導体素子（２０）に電力を与えるため
の電力供給線（２２）を挿通さぜる孔（１８ａ）があけ
られている。

放熱フィン（５）は、偏平中空体（３）の幅方向に伸び
る多数の凹凸のずじを有しており、偏平中空体（３）に
ろうｆ」されている。

この半導体素子冷却装置（１）は、各偏平中空体（３）
にお（プるリング（４）よりも上方の部分および放熱フ
ィン（５）により放熱部（△）が形成され、リング（４
）（１０）、偏平中空体（３）にお（プるリング（４）
　（１０）と対応する高さ位置に存在する部分およびパ
イプ（１５）（１６）によりタンク部（Ｂ、　）が形成
され、両部（△）　（Ｂ）が一体化されている。そして
、半導体素子冷却装置（１〉内にフロンからなる液状冷
媒（Ｃ）が封入され、この液状冷媒（Ｃ）がタンク部（
Ｂ）内に溜まっている。液状冷媒（Ｂ）を封入するさい
にまぎれ込んだ空気等は、フロンよりも軽いので空気溜
（１２）内に押し上げられる。

タンク部（Ｂ）内には、半導体素子（２０）と冷却フィ
ン（２１）とが左右方向に交互に層状に重ね合せられた
ものが配置され、図示しない適宜な手段で支持される。

半導体素子（２０）には１ノ〕供給線（２２）により電
力が供給されるようになっている。電力供給線（２２）
は孔（１８ａ）を通って外部に導出され、孔（１８ａ）
内における電力供給線（２２）のまわりに絶縁材（２３
）が充填されている。冷却フィン（２１）は、銅または
アルミニウム合金からなり、その左右両側面にお（プる
半導体素子取付部を除いて、全面を覆うようにアルミニ
ウム粉体（２４）がろうイ」されて多孔質面とされてい
る。アルミニウム粉体（２４）は、たとえばアルミニウ
ム粉体（２４）とアルミニウムろう材粉体とをアクリル
等の有機結合剤に溶かしてスラリー状としたものを冷入
りフィン（２１）に塗布し、乾燥させた後ろう何される
。冷却フィン（２１）が銅製の場合、アルミニウム粉末
と共晶反応を起こし相互に拡散するため多孔質面とする
ことができないので、フィン（２１）の表面に予めニッ
ケルメッキを施しておく。

このような描成において、半導体素子（２０）から発生
した熱は冷却フィン（２１）およびアルミニウム粉体く
２４）を経て液状冷媒（Ｃ）に伝わる。このとき、冷ｎ
１フイン（２１）表面にお【プるアルミニウム粉体（２
４）で形成された多孔空隙が蒸気泡の沸騰核となり、液
状冷媒（Ｃ）が上記熱により容易に沸岡さＶられる。こ
うして発生したガス状冷媒は、偏平中空体（３）内を上
界して放熱部（Ａ）に到る。ガス状冷媒の有する熱は、
プレート（２）および放熱フィン（５）を経て偏平中空
体（３）間を流れる空気に放熱されてガス状冷媒が凝縮
する。凝縮した液状冷媒は空間内を流れて落ちてタンク
部（［３）に戻る。このような動作を繰返して半導体素
子（２０）が冷却される。

半導体素子冷却装置（１）はたとえばつぎのようにして
組立てられる。

まず、プレート（２）、コルゲート・フィン＜７）（８
）、連結壁（６）、放熱フィン（５）、リング（４）　
＜１ｏ）およびサイド・プレート（９）を所定の位置に
セットし、真空ろう（＝Ｉ法により同時にろう付する。

その後、空気溜（１２〉およびパイプ（１５）　（１６
）を溶接する。

上記実施例においては、プレート（２）にあけられた孔
（２ａ〉およびリング（７！Ｉ）は円形であるが、これ
に限るものではない。また、上記実施例において、隣り
合う偏平中空体（３）ジ゛ 間に縦長方形のアルミニウム・ブレークングシート製放
熱プレートを配置し、この放熱プレートとの間に放熱フ
ィンを配置してろう刊してもよい。こうすれば伝熱面積
が増大して冷却効ψが向上する。上記放熱プレートの下
端部にはリング（４）の外径と等しい径の円形孔をあけ
てＪ５き、この円形孔にリング（４）を挿通させて放熱
プレートを取付ける。また、上記実施例においては、対
向状に配置された１り・ｊのプレー１〜（２）の両側縁
および下縁どうしだ【プが連結壁（６）を介して接合さ
れているが、上縁どうしも連結壁を介して接合してａ３
いてもよく、この場合プレートの上縁どうしの間に介在
させられる連結壁の一部を切欠いて、偏平中空体（３）
内部と作動Ｖｆｌ＜１２＞とを連通ざＬるようにしてお
く。さらに、上記実施例においては空気溜（１２）が設
りられているが、これは必ずしも必要としない。この場
合、対向状に配置された１対のプレート（２）の周縁全
体どうしを連結壁を介して接合し、プレート（２）間を
密閉して１１５＜。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示し、第１図は−Ｂ１＋切欠
き正面図、第２図は第１図のＩＩ−ＩＩ線にそう断面図
、第３図は第１図の■−■線にそう断面図、第４図は冷
却フィンの垂直断面図である。 （１）・・・半導体素子冷ム（１装置、（２）・・・プ
レー１〜、（２ａ）・・・孔、（３）・・・偏平中空体
、（４）・・・リング、（５）・・・放熱フィン、（６
）・・・連結壁。 以上 第２図 す 第３図 第４図 ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 縦長でかつ下端部に孔（２ａ）がありられた１対のプレ
   ート（２）が対向状に配置されるとともに、両プレート
   （２）の周縁全体のうち少なくとも両側縁および下縁ど
   うしが両プレート（２）間に配置された連結壁（６）を
   介してまたはプレーｈ（２）に設【ノられた屈曲部にお
   いて接合されてなる縦長の偏平中空体（３）が、並列状
   に複数配置され、すべての偏平中空体（３）が、隣り合
   う偏平中空体（３）どうしの間の下端部に孔（２ａ）を
   囲むように介在させられたリング（４）によって相互に
   連通状に接続され、リング（４）の上方において隣り合
   う偏平中空体（３）どうしの間に放熱フィン（５）が介
   在させられている半導体素子冷却装置。