JPS6130292Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は凝縮性冷却媒体の液相と気相間の相
変化を利用して、半導体素子を冷却する沸騰冷却
式半導体装置に関するものである。

一般に沸騰冷却式半導体装置は、半導体素子と
接触した蒸発器の上部に凝縮器を設け、蒸発器と
凝縮器との間は熱輸送管で連通して冷却媒体を流
通させるように構成してある。

電気車の床下に塔載される場合は、車両限界の
制限があつて小形化が要求され、高さは車両限界
の許容いつぱいまでとし、車体取付面積はできる
だけ小さくすることが要求される。

従来のものは第１図に示すように、フロン等の
凝縮性の冷却媒体が封入された蒸発器１と半導体
素子１０とを交互に積み重ねて圧接し、蒸発器１
と凝縮器３とを熱輸送管２で連通している。さら
に、熱輸送管２の内部に絶縁物でつくられた中空
パイプ７を設けて液相の冷却媒体が蒸発器１の底
部に循環するようにしてある。熱輸送管２は第２
図に示すように一端が蒸発器１と連結されたベロ
ーズ４と、各端がベローズ４の他端及び凝縮器３
の口金管３Ａに連結された絶縁管６とで構成され
ている。これによつて、半導体素子１０と凝縮器
３とを電気的に絶縁するとともに、半導体素子１
０が破壊したときに熱輸送管２を第１図の左右方
向に変化させることによつて、半導体素子１０の
交換が容易にできる。

しかし、上記構成のものにおいては、蒸発器、
熱輸送管及び凝縮器が高さ方向に配設されるの
で、車両限界の制限から凝縮器の高さを大きくと
れないため、車体取付面積が大きくなる構成とな
り大きくなるという欠点があつた。

本考案は上述の如き従来装置の欠点を改善する
ため、凝縮底面と蒸発器との間の高さ方向の寸法
を小さくし、その分だけ凝縮器の高さを大きくし
車体取付面積の縮少すなわち小形軽量な半導体装
置を提供しようとするものである。

第３図は本考案による熱輸送管の一実施例を示
す図である。凝縮器３の底板にリング状の口金管
３Ａの一端を凝縮器３の内部上方に向つて溶接す
る。

口金管３Ａの他端には絶縁管６の一端を連結
し、絶縁管６の他端にはベローズ４の一端を、更
にベローズ４の他端は蒸発器１に連結する。

なお、口金管３Ａの高さは、所定長さのベロー
ズ４及び所定長さの絶縁管６を設けた場合の絶縁
管６の頂部と、凝縮器３の底部との間の間隔を等
しくしている。

第４図は他の実施例を示し凝縮器３の底板を上
方に折り曲げて絶縁管６と連結してもよい。

絶縁管６は、通常セラミツク等の磁器で成型
し、両端部にメタライズド加工を施し金属リング
をロー付で固着したもので、この両端部の金属リ
ング部と凝縮器３の底部およびベローズ４とを溶
接等で連結するものである。

熱輸送管２の内部には絶縁物で作られた中空パ
イプ７を設けて液相の冷却媒体８が蒸発器の底部
へ循環するようにする。中空パイプ７は図示して
いない支持金具で保持してある。

蒸発器１、熱輸送管２および凝縮器３の下部に
は冷却媒体８の液相を充填し、その冷却媒体８の
液面９は常時中空パイプ７の上部流入口７Ａより
上方となる様所定量の冷却媒体８を充填する。凝
縮器３の上部空間は冷却媒体の気相で満たされて
いる。

この半導体装置の動作を述べると半導体素子１
０で発生した熱は蒸発器１に伝導し蒸発器１の内
面に接触している冷媒８は沸騰し気泡が発生す
る。この気泡は、熱輸送管２と中空パイプ７との
間隙を通つて上昇し凝縮器３へと導かれる。

凝縮器３へ導かられた冷却媒体８の気相は、冷
却されて液化し凝縮器３下部に溜まり、中空パイ
プ７を通つて蒸発器１の下部に戻る。上記サイク
ルで冷却媒体８は循環し半導体素子１０は冷却さ
れる。

以上述べた様に本考案は、蒸発器１と凝縮器３
とを絶縁管６、ベローズ４から成る熱輸送管２と
の連結方法に於いて凝縮器３の底板と絶縁管６の
連結部位が凝縮器の底板より内部上方で構成する
ため凝縮器３の底板と蒸発器１との間寸法の縮少
が可能となり半導体装置の小形軽量化が図れる。

尚本考案は、凝縮器３の底板に熱輸送管を連結
した場合について述べたが、凝縮器３が冷却媒体
８の気相を凝縮液化する凝縮部と、冷却媒体８の
液相を収納する液溜部とに分離された構造のもの
に於いては、前記液溜部と蒸発器１との間に熱輸
送管を構成されるので液溜部と熱輸送管との連結
構成についても本考案のものを使用することは容
易に考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰冷却式半導体装置の一般的な構成
を示す図、第２図は従来装置における熱輸送管の
断面を示す図、第３図はこの考案の装置における
熱輸送管の断面を示す図、第４図はこの考案の他
の実施例を示す熱輸送管の断面図である。 図中１は蒸発器、２は熱輸送管、３は凝縮器、
３Ａは口金管、４はベローズ、６は絶縁管、７は
中空パイプ、８は冷却媒体、１０は半導体素子で
ある。尚図中同一符号は同一又は相当部分を示
す。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 凝縮性の冷却媒体が封入された蒸発器と半導
   体素子とを交互に積み重ねて圧接し、蒸発器と
   凝縮器とを熱輸送管で連通して、上記冷却媒体
   を上記蒸発器と上記凝縮器間に循環させ、上記
   半導体素子の発生した熱を輸送するように構成
   した半導体装置において、上記熱輸送管は、一
   端が蒸発器に連結されたベローズと、各端がベ
   ローズの他端および凝縮器に連結された絶縁管
   からなり、上記絶縁管と凝縮器との連結部位
   が、凝縮器底部より上方に位置することを特徴
   とする半導体装置。 (2) 凝縮器の底面部材より凝縮器の内部上方へ向
   つて突出して口金管を配設し、この口金管と絶
   縁管との連結部位が凝縮器底部より、蒸発器及
   び凝縮器間の可能離隔間隔と絶縁管及びベロー
   ズを含む蒸発器上端及び凝縮器底部間の所要長
   さとの差だけ、上方に位置することを特徴とす
   る実用新案登録請求の範囲第１項記載の半導体
   装置。