JPS6137793B2 - - Google Patents
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- JPS6137793B2 JPS6137793B2 JP12134880A JP12134880A JPS6137793B2 JP S6137793 B2 JPS6137793 B2 JP S6137793B2 JP 12134880 A JP12134880 A JP 12134880A JP 12134880 A JP12134880 A JP 12134880A JP S6137793 B2 JPS6137793 B2 JP S6137793B2
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- CYRMSUTZVYGINF-UHFFFAOYSA-N trichlorofluoromethane Chemical compound FC(Cl)(Cl)Cl CYRMSUTZVYGINF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
- H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は半導体素子用沸騰冷却装置に関する
もので、特に、凝縮性の冷媒の液相と気相との間
の相変化を利用して半導体素子を冷却する方式の
半導体素子用沸騰冷却装置の構造の改良に関する
ものである。
もので、特に、凝縮性の冷媒の液相と気相との間
の相変化を利用して半導体素子を冷却する方式の
半導体素子用沸騰冷却装置の構造の改良に関する
ものである。
一般に半導体素子用沸騰冷却装置は、半導体素
子と接触した蒸発器の上方に凝縮器を設け、蒸発
器と凝縮器との間は熱輸送管で連通して冷媒を流
通させ、半導体素子で発生した熱を凝縮器に輸送
し、凝縮器表面から放熱するように構成されてい
る。
子と接触した蒸発器の上方に凝縮器を設け、蒸発
器と凝縮器との間は熱輸送管で連通して冷媒を流
通させ、半導体素子で発生した熱を凝縮器に輸送
し、凝縮器表面から放熱するように構成されてい
る。
従来の半導体素子用沸騰冷却装置の構造の１例
を説明すると、第１図に示すように、半導体素子
用沸騰冷却装置はフロン等の凝縮性冷媒が封入さ
れた蒸発器４と半導体素子１０とを交互に積み重
ねて締付装置１３で圧接して組立て一本の棒状に
した半導体スタツク３が設けられ、この半導体ス
タツク３の各蒸発器４と、半導体スタツク３の上
方に設けた凝縮器２とを熱輸送管５で連通させて
構成している。
を説明すると、第１図に示すように、半導体素子
用沸騰冷却装置はフロン等の凝縮性冷媒が封入さ
れた蒸発器４と半導体素子１０とを交互に積み重
ねて締付装置１３で圧接して組立て一本の棒状に
した半導体スタツク３が設けられ、この半導体ス
タツク３の各蒸発器４と、半導体スタツク３の上
方に設けた凝縮器２とを熱輸送管５で連通させて
構成している。
熱輸送管５は通常ベローズ６と絶縁管７とで構
成し、絶縁管７で半導体素子１０と凝縮器２とを
電気的に絶縁するとともに、半導体素子１０が破
損したときに、ベローズ６によつて熱輸送管５を
第１図の左右方向に変形させることによつて、半
導体スタツク３中の半導体素子１０の交換が容易
にできるようにしている。
成し、絶縁管７で半導体素子１０と凝縮器２とを
電気的に絶縁するとともに、半導体素子１０が破
損したときに、ベローズ６によつて熱輸送管５を
第１図の左右方向に変形させることによつて、半
導体スタツク３中の半導体素子１０の交換が容易
にできるようにしている。
第２図は第１図の線−における断面図で、
半導体スタツク３とこれに接続される電気部材と
により半導体素子用沸騰冷却装置と関連する全体
の寸法Ｂを示すもので、符号１４は蒸発器の端
子、８Ａ，８Ｂは電気部材、９は接続導体であ
る。
半導体スタツク３とこれに接続される電気部材と
により半導体素子用沸騰冷却装置と関連する全体
の寸法Ｂを示すもので、符号１４は蒸発器の端
子、８Ａ，８Ｂは電気部材、９は接続導体であ
る。
第１及び２図に示す従来の半導体素子用沸騰冷
却装置１の構造では、半導体素子数が多いと、図
示のように一本の棒状に組立てた半導体スタツク
３の長さが長くなるので、これによつて決定され
る半導体素子用沸騰冷却装置１の横方向寸法Ａ
（第１図）が長くなる。
却装置１の構造では、半導体素子数が多いと、図
示のように一本の棒状に組立てた半導体スタツク
３の長さが長くなるので、これによつて決定され
る半導体素子用沸騰冷却装置１の横方向寸法Ａ
（第１図）が長くなる。
特に、電気機関車に搭載される半導体素子用沸
騰冷却装置では、設置スペースが狭いので、高さ
寸法Ｈを大きくしても据付面積Ａ×Ｂを出来るだ
け小さくするのが好ましい。しかし第１及び２図
に示す従来の半導体素子用沸騰冷却装置１では、
１本の棒状に構成された半導体スタツク内の半導
体素子１０の数によつてＡ寸法が決定されるの
で、据付面積を小さくすることが出来ないという
欠点があつた。
騰冷却装置では、設置スペースが狭いので、高さ
寸法Ｈを大きくしても据付面積Ａ×Ｂを出来るだ
け小さくするのが好ましい。しかし第１及び２図
に示す従来の半導体素子用沸騰冷却装置１では、
１本の棒状に構成された半導体スタツク内の半導
体素子１０の数によつてＡ寸法が決定されるの
で、据付面積を小さくすることが出来ないという
欠点があつた。
この発明は従来の半導体素子用沸騰冷却装置の
上記の欠点にかんがみてなされたもので、設置面
積の縮少化を図つた半導体素子用沸騰冷却装置を
提供することを目的とし、半導体スタツクを２分
割し上下に重ねるように配設し、半導体スタツク
の長さ方向の寸法の半減を図り、上側半導体スタ
ツクを介して下側半導体スタツクを凝縮器とを連
通する熱輸送管を設けた構成を特徴とするもので
ある。
上記の欠点にかんがみてなされたもので、設置面
積の縮少化を図つた半導体素子用沸騰冷却装置を
提供することを目的とし、半導体スタツクを２分
割し上下に重ねるように配設し、半導体スタツク
の長さ方向の寸法の半減を図り、上側半導体スタ
ツクを介して下側半導体スタツクを凝縮器とを連
通する熱輸送管を設けた構成を特徴とするもので
ある。
以下に図示する実施例に関してこの発明を説明
する。第４図に示すように、半導体スタツクを上
側半導体スタツク３Ａと下側半導体スタツク３Ｂ
に２分割し、上側半導体スタツク３Ａの下方に下
側半導体スタツク３Ｂを配設する。凝縮器２は上
側半導体スタツク３Ａの上方に設け、上側半導体
スタツク３Ａの蒸発器４と凝縮器２とを連通する
第１の熱輸送管５Ａと、上側半導体スタツク３Ａ
の蒸発器４と下側半導体スタツク３Ｂの蒸発器４
とを連通する第２の熱輸送管５Ｂとを配設し、上
側半導体スタツク３Ａを介し、下側半導体スタツ
ク３Ｂを熱輸送管５Ｂ，５Ａで凝縮器２と連通す
る。第１及び第２の熱輸送管５Ａ，５Ｂは絶縁管
７とベローズ６とから構成されている。上側半導
体スタツク３Ａの蒸発器４と、下側半導体スタツ
ク３Ｂの蒸発器４とが同電位である場合におい
て、各々の蒸発器４を連通する第２の熱輸送管５
Ｂは、絶縁管７を用いず、金属管で構成してもよ
い。従来の装置と同様、蒸発器４の端子１４と電
気部材８Ａ，８Ｂは導体９で接続されている。
する。第４図に示すように、半導体スタツクを上
側半導体スタツク３Ａと下側半導体スタツク３Ｂ
に２分割し、上側半導体スタツク３Ａの下方に下
側半導体スタツク３Ｂを配設する。凝縮器２は上
側半導体スタツク３Ａの上方に設け、上側半導体
スタツク３Ａの蒸発器４と凝縮器２とを連通する
第１の熱輸送管５Ａと、上側半導体スタツク３Ａ
の蒸発器４と下側半導体スタツク３Ｂの蒸発器４
とを連通する第２の熱輸送管５Ｂとを配設し、上
側半導体スタツク３Ａを介し、下側半導体スタツ
ク３Ｂを熱輸送管５Ｂ，５Ａで凝縮器２と連通す
る。第１及び第２の熱輸送管５Ａ，５Ｂは絶縁管
７とベローズ６とから構成されている。上側半導
体スタツク３Ａの蒸発器４と、下側半導体スタツ
ク３Ｂの蒸発器４とが同電位である場合におい
て、各々の蒸発器４を連通する第２の熱輸送管５
Ｂは、絶縁管７を用いず、金属管で構成してもよ
い。従来の装置と同様、蒸発器４の端子１４と電
気部材８Ａ，８Ｂは導体９で接続されている。
このように構成されたこの発明の半導体素子用
沸騰冷却装置では、半導体スタツクを２個に分割
し各々のスタツクを上下に配設してあるので、従
来のスタツクの長さに比べて分割した上側及び下
側スタツクは長さが約1/2となり、半導体素子用
沸騰冷却装置１のＡ寸法が約1/2に短縮できる。
又、分割した半導体スタツクを第３図のように左
右に配置するのでなく、上下に配置したので、半
導体スタツクと電気部材との配置は従来のものと
ほぼ同一となりＢ寸法はほとんど変らず、従来と
同じ大きさで構成されるので、装置の据付面積Ａ
×Ｂは約1/2に縮少できる。又、半導体素子１０
の破壊等で素子１０を交換する場合も、矢印ｘの
方向から操作できるので交換作業が容易に行え
る。又、第４図に示すように、蒸発器４の端子１
４と電気部材とを連結する導体９を他の半導体ス
タツクの熱輸送管の間に配設しなくともよいの
で、配線組立作業も容易にできる。
沸騰冷却装置では、半導体スタツクを２個に分割
し各々のスタツクを上下に配設してあるので、従
来のスタツクの長さに比べて分割した上側及び下
側スタツクは長さが約1/2となり、半導体素子用
沸騰冷却装置１のＡ寸法が約1/2に短縮できる。
又、分割した半導体スタツクを第３図のように左
右に配置するのでなく、上下に配置したので、半
導体スタツクと電気部材との配置は従来のものと
ほぼ同一となりＢ寸法はほとんど変らず、従来と
同じ大きさで構成されるので、装置の据付面積Ａ
×Ｂは約1/2に縮少できる。又、半導体素子１０
の破壊等で素子１０を交換する場合も、矢印ｘの
方向から操作できるので交換作業が容易に行え
る。又、第４図に示すように、蒸発器４の端子１
４と電気部材とを連結する導体９を他の半導体ス
タツクの熱輸送管の間に配設しなくともよいの
で、配線組立作業も容易にできる。
以上の様にこの発明の半導体素子用沸騰冷却装
置は、特に電気機関車に搭載するものに於いて
は、据付スペースが小さく限られたスペース内に
有効に実装できるので、極めて実用的な半導体素
子用沸騰冷却装置である。
置は、特に電気機関車に搭載するものに於いて
は、据付スペースが小さく限られたスペース内に
有効に実装できるので、極めて実用的な半導体素
子用沸騰冷却装置である。
この発明の半導体装置で熱輸送管５は従来と同
様にベローズ６と絶縁管７とからなることを先に
記載したが、この発明における熱輸送管は半導体
スタツクの分割、上下配置のため輸送距離が長
い。それ故液状冷媒の流れをよくする配慮が必要
で、以下のように実施する。その構造を更に詳細
に説明すると、第５図にその１実施例を示すよう
に熱輸送管５Ａ，５Ｂおよび蒸発器４の内部には
絶縁物製の長さの異なる中空パイプ１２Ａ，１２
Ｂの２本が配設され、図示していない固定金具に
よつて所定位置に設置されている。中空パイプ１
２Ａの１端は下側半導体スタツク３Ｂの蒸発器４
の底部近傍に達しそこで開口し、中空パイプ１２
Ｂの端は上側半導体スタツク３Ａの蒸発器４の底
部近傍で開口している。中空パイプ１２Ａ及び１
２Ｂの他端（上端）は凝縮器２の底部で冷媒１１
の液相中に開口する様に配設されている。蒸発器
４、熱輸送管５Ａ，５Ｂの内部および凝縮器２の
内部底部には冷媒１１の液相部が充填され、凝縮
器２の上部空間は冷媒１１の気相部で満たされて
いる。冷媒１１は、フロンＲ−113等の凝縮性冷
媒を用いる。
様にベローズ６と絶縁管７とからなることを先に
記載したが、この発明における熱輸送管は半導体
スタツクの分割、上下配置のため輸送距離が長
い。それ故液状冷媒の流れをよくする配慮が必要
で、以下のように実施する。その構造を更に詳細
に説明すると、第５図にその１実施例を示すよう
に熱輸送管５Ａ，５Ｂおよび蒸発器４の内部には
絶縁物製の長さの異なる中空パイプ１２Ａ，１２
Ｂの２本が配設され、図示していない固定金具に
よつて所定位置に設置されている。中空パイプ１
２Ａの１端は下側半導体スタツク３Ｂの蒸発器４
の底部近傍に達しそこで開口し、中空パイプ１２
Ｂの端は上側半導体スタツク３Ａの蒸発器４の底
部近傍で開口している。中空パイプ１２Ａ及び１
２Ｂの他端（上端）は凝縮器２の底部で冷媒１１
の液相中に開口する様に配設されている。蒸発器
４、熱輸送管５Ａ，５Ｂの内部および凝縮器２の
内部底部には冷媒１１の液相部が充填され、凝縮
器２の上部空間は冷媒１１の気相部で満たされて
いる。冷媒１１は、フロンＲ−113等の凝縮性冷
媒を用いる。
この装置の作用を述べると、半導体素子１０が
発熱すると、その熱は蒸発器４に熱伝導し、内部
に充填している液相の冷媒１１がこの熱で沸騰
し、気相に変化する。この気相化した冷媒は液相
中を上昇し、熱輸送管５Ｂと、中空パイプ１２Ａ
との間隙又は熱輸送管５Ａと中空パイプ１２Ａ，
１２Ｂの間隙を通り、凝縮器２へ導かれる。凝縮
器２の外面は自冷、強制風冷等の２次冷却によつ
て冷却されているので、凝縮器内で気相冷媒は冷
却され凝縮液化し、その重力作用によつて凝縮器
２の底部に溜まり、中空パイプ１２Ａ，１２Ｂを
通つてその開口部から各々蒸発器４の底部に循環
する。この冷媒の循環をくり返えして、半導体素
子１０で発生した熱が凝縮器２に熱輸送され、凝
縮器表面より大気中に熱放散して半導体素子１０
が冷却される。
発熱すると、その熱は蒸発器４に熱伝導し、内部
に充填している液相の冷媒１１がこの熱で沸騰
し、気相に変化する。この気相化した冷媒は液相
中を上昇し、熱輸送管５Ｂと、中空パイプ１２Ａ
との間隙又は熱輸送管５Ａと中空パイプ１２Ａ，
１２Ｂの間隙を通り、凝縮器２へ導かれる。凝縮
器２の外面は自冷、強制風冷等の２次冷却によつ
て冷却されているので、凝縮器内で気相冷媒は冷
却され凝縮液化し、その重力作用によつて凝縮器
２の底部に溜まり、中空パイプ１２Ａ，１２Ｂを
通つてその開口部から各々蒸発器４の底部に循環
する。この冷媒の循環をくり返えして、半導体素
子１０で発生した熱が凝縮器２に熱輸送され、凝
縮器表面より大気中に熱放散して半導体素子１０
が冷却される。
第６図は他の実施例を示す図で、中空パイプ１
２を１本のみ配設した場合を示す。この実施例で
は中空パイプ１２の１端は下側半導体スタツク３
Ｂの蒸発器４の底部近傍で、他端は凝縮器２の底
部の液相冷媒中で開口する。
２を１本のみ配設した場合を示す。この実施例で
は中空パイプ１２の１端は下側半導体スタツク３
Ｂの蒸発器４の底部近傍で、他端は凝縮器２の底
部の液相冷媒中で開口する。
第６図のものは第５図の装置に比べて、中空パ
イプが１本のみであるため、熱輸送管５Ａと中空
パイプ間の間隙寸法が大きくとれるので、気相冷
媒１１が凝縮器に流れやすくなる。又第５図に示
すものでは、下側半導体スタツク３Ｂの蒸発器４
内で気相化した冷媒が上昇して中空パイプ１２Ｂ
の下端開口部に流入する可能性があり、流入すれ
ば中空パイプ１２Ｂの内部を通る液相冷媒の循環
が悪くなり、冷却性能が低下するが、第６図のも
のはその危険性がなく、良好な冷却性能が得られ
る。
イプが１本のみであるため、熱輸送管５Ａと中空
パイプ間の間隙寸法が大きくとれるので、気相冷
媒１１が凝縮器に流れやすくなる。又第５図に示
すものでは、下側半導体スタツク３Ｂの蒸発器４
内で気相化した冷媒が上昇して中空パイプ１２Ｂ
の下端開口部に流入する可能性があり、流入すれ
ば中空パイプ１２Ｂの内部を通る液相冷媒の循環
が悪くなり、冷却性能が低下するが、第６図のも
のはその危険性がなく、良好な冷却性能が得られ
る。
更に第７図は他の実施例を示し、この実施例は
第６図のものに比べ中空パイプ１２の途中に開口
１５を設けた点が異るだけである。この開口１５
の位置は上側半導体スタツク３Ａの蒸発器４の底
部近傍に設けることが望ましい。
第６図のものに比べ中空パイプ１２の途中に開口
１５を設けた点が異るだけである。この開口１５
の位置は上側半導体スタツク３Ａの蒸発器４の底
部近傍に設けることが望ましい。
尚以上の実施例では凝縮器２の底板に熱輸送管
５を連結した場合について図示し記載したが、凝
縮器２が冷媒１１の気相を凝縮液化する凝縮部と
冷媒の液相を収納する液溜め部とに分離された構
造に於いては、前記液溜部と蒸発器との間に熱輸
送管が構成されるので、これもこの発明の範囲内
であることが容易に理解されるであろう。
５を連結した場合について図示し記載したが、凝
縮器２が冷媒１１の気相を凝縮液化する凝縮部と
冷媒の液相を収納する液溜め部とに分離された構
造に於いては、前記液溜部と蒸発器との間に熱輸
送管が構成されるので、これもこの発明の範囲内
であることが容易に理解されるであろう。
第１図は従来の半導体素子用沸騰冷却装置の正
面図、第２図は第１図の−線に沿う縦断面
図、第３図は半導体素子用沸騰冷却装置の半導体
スタツクを分割し左右に配置したものを示す第２
図と同様の断面図、第４図はこの発明の半導体素
子用沸騰冷却装置の一実施例を示す第２，３図と
同様の断面図、第５図はこの発明による半導体素
子用沸騰冷却装置の熱輸送管、蒸発器の内部を示
す断面図、第６図、第７図は他の実施例を示す第
５図と同様の断面図である。 １……半導体素子用沸騰冷却装置、２……凝縮
器、３，３Ａ，３Ｂ……半導体スタツク、４……
蒸発器、５，５Ａ，５Ｂ……熱輸送管、６……ベ
ローズ、７……絶縁管、８Ａ，８Ｂ……電気部
材、９……接続導体、１０……半導体素子、１１
……冷媒、１２，１２Ａ，１２Ｂ……中空パイ
プ、１３……締付装置、１４……端子。
面図、第２図は第１図の−線に沿う縦断面
図、第３図は半導体素子用沸騰冷却装置の半導体
スタツクを分割し左右に配置したものを示す第２
図と同様の断面図、第４図はこの発明の半導体素
子用沸騰冷却装置の一実施例を示す第２，３図と
同様の断面図、第５図はこの発明による半導体素
子用沸騰冷却装置の熱輸送管、蒸発器の内部を示
す断面図、第６図、第７図は他の実施例を示す第
５図と同様の断面図である。 １……半導体素子用沸騰冷却装置、２……凝縮
器、３，３Ａ，３Ｂ……半導体スタツク、４……
蒸発器、５，５Ａ，５Ｂ……熱輸送管、６……ベ
ローズ、７……絶縁管、８Ａ，８Ｂ……電気部
材、９……接続導体、１０……半導体素子、１１
……冷媒、１２，１２Ａ，１２Ｂ……中空パイ
プ、１３……締付装置、１４……端子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 凝縮性の冷媒を封入した蒸発器と半導体素子
とを交互に積重ねてなる半導体スタツクを分割し
て上下に重ねるように配設し、上側半導体スタツ
クを介して下側半導体スタツクと凝縮器とを連通
する熱輸送管を設けたことを特徴する半導体素子
用沸騰冷却装置。 ２ 熱輸送管の内部に絶縁性の中空パイプを設け
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
半導体素子用沸騰冷却装置。 ３ 熱輸送管の内部に長さの異なる２本の絶縁性
の中空パイプを配設したことを特徴とする特許請
求の範囲第２項記載の半導体素子用沸騰冷却装
置。 ４ 熱輸送管の内部に配設した中空パイプがその
一端が下側半導体スタツクの蒸発器底部近傍に、
他端が凝縮器底部の液相冷媒中に開口するパイプ
であることを特徴とする特許請求の範囲第２項記
載の半導体素子用沸騰冷却装置。 ５ 熱輸送管の内部に配設した中空パイプが上下
両端とパイプ壁面とに開口を有し、パイプ壁面の
開口は上側半導体スタツクの蒸発器の底部近傍に
位置していることを特徴とする特許請求の範囲第
４項記載の半導体素子用沸騰冷却装置。 ６ 長さの異なる２本の絶縁性の中空パイプの一
方のパイプの下端が上側半導体スタツクの蒸発器
の底部近傍に、他方のパイプの下端が下側半導体
スタツクの蒸発器の底部近傍にそれぞれ開口し、
２本の中空パイプの上端は２本とも凝縮器底部の
液相冷媒中に開口していることを特徴とする特許
請求の範囲第３項記載の半導体素子用沸騰冷却装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12134880A JPS5745265A (en) | 1980-09-01 | 1980-09-01 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12134880A JPS5745265A (en) | 1980-09-01 | 1980-09-01 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5745265A JPS5745265A (en) | 1982-03-15 |
| JPS6137793B2 true JPS6137793B2 (ja) | 1986-08-26 |
Family
ID=14809044
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12134880A Granted JPS5745265A (en) | 1980-09-01 | 1980-09-01 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5745265A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0630741A (ja) * | 1992-03-19 | 1994-02-08 | Hisashi Nagatsuma | 可食容器およびスナック食品 |
-
1980
- 1980-09-01 JP JP12134880A patent/JPS5745265A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0630741A (ja) * | 1992-03-19 | 1994-02-08 | Hisashi Nagatsuma | 可食容器およびスナック食品 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5745265A (en) | 1982-03-15 |
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