JPS63255947A - 半導体沸騰冷却装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、半導体沸騰冷却装置に関する。

（従来の技術） 一般に、半導体素子を使った各種電力変換装置において
、半導体素子より発生する熱損失が大きい場合、低沸点
冷媒の＞Ｍ騰による気液相変化の際の熱輸送を利用して
、半導体素子を冷却する沸騰冷却方式が広く採用されて
いる。

半導体素子を直接低沸点冷媒に浸漬し半導体素子の冷却
を行なう沸騰冷却ｖｉ置は第５図に示すような構成であ
る。半導体素子１を低沸点冷媒２と共に収納する容器３
と、この容器３内で沸騰した低沸点冷媒２を凝縮させる
熱交換器４とによって構成されている。そして、半導体
索子１と共に容器３内に収納されず、容器３の外に配置
される電気部品５を容器３内の半導体素子１と電気的に
接続するために、容器３の壁に気密端子６を設け、半導
体素子１と気密端子６、また気密端子６と電気部品５と
の間をそれぞれリード線７．８によって接続する。

このような半導体沸騰冷却装置を用いる電力変換ＨＭの
一つとしてインバータ装置があり、そのインバータ装置
の１ア一ム分の回路図が第６図に示されている。このイ
ンバータ装置は、ＧＴＯサイリスタ９．７リーホイーリ
ングダイオード１０゜スナバ−ダイオード１１．スナバ
−コンデンサ１２、スナバ−抵抗１３によって構成され
ている。

このインバータ回路では、スナバ−ダイオード１１、ス
ナバ−コンデンサ１２及びスナバ−抵抗１３により構成
される部分がスナバ−回路１４とよばれ、ＧＴ○サイリ
スタ９の電流遮断時にＧＴＯサイリスタ９を保護する動
きをする。そこで、特ｔＧＴｏサイリスタ９とスナバ−
ダイオード１１とスナバ−コンデンサ１２とのループに
よるスナバ−回路１４の部分には、低インダクタンスが
要求されている。

このようなインバータ回路に対する半導体沸騰冷却装置
の従来の具体的な構成は第７図に示すようなものであっ
た。つまり、ＧＴＯサイリスタ９の両端に銅フィン１５
を圧接し、ＧＴＯサイリスタ９のアノード側の銅フィン
１５の近傍に、スナバ−ダイオード１１が配置され、容
器３の外部にス犬バーコンデンサ１２が配置されている
。そして、容器３内のＧＴＯサイリスタ９のアノード側
の銅フィン１５とスナバ−ダイオード１１との間、この
スナバ−ダイオード１１と容器３の壁に取付けられた気
密端子６との間がリード線７により接続され、容器３の
外部において気密端子６とスナバ−コンデンサ１２との
間がリード線８によって接続されている。またカソード
側の気密端子６についても、スナバ−コンデンサ１２と
の間がリード線８により接続され、容器３内のＧＴＯサ
イリスタ９のカンード側銅フィン１５がリード線７によ
って接続されている。

なお、スナバ−コンデンサ１２を容器３の外部に配置し
、容器３内部のＧＴ○サイリスタ９やスナバ−ダイオー
ド１１と接続するのは、スナバ−コンデンサ１２の発熱
量が、他の電気部品に比べて著しく小さくて沸騰冷却の
必要性がないことと、また寿命の点からしても半導体素
子に比べて著しく信頼性が低く、頻繁に交換しなければ
ならないことと、スナバ−コンデンサ１２を容器３内に
収納すると容器３自体が大型化してしまうこと等がその
理由である。

（発明が解決しようとする問題点） このような従来の半導体沸騰冷却装置の場合、容器３の
内外の電気的接続、つまり配線は気密端子６により行わ
れるのでスナバ−回路１４の低インダクタンスのを）構
成づるためには、リード線７゜８の長さを短くするだけ
でなく、気密端子６の部分でのインダクタンスをも低く
する必要がある。

しかしながら、従来の半導体沸騰冷却装置では、気密端
子６がその中央部をｎ通する長い電極１６の両端にリー
ド線７，８を接続する構造としており、この電極１６の
長さが他のリード線７．８に比べて長く、スナバ−回路
１４のインダクタンスのうち気密端子６の部分でのイン
ダクタンスがリード線７．８の部分でのインダクタンス
よりも大きくなってしまい、スナバ−回路１４全体の低
インダクタンスの実現に困難性があった。

この発明は、このような従来の問題点を解決するために
なされたもので、容器の内部の半導体素子と外部の電気
部品とを接続覆る気密端子の部分のインダクタンスを低
くすることのできる半導体沸騰冷却装置を提供すること
を目的どする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） この発明の半導体沸騰冷却装置は、低沸点冷媒と半導体
素子とを収納する容器の壁に端子取付孔を設け、容器外
に配置される電気部品を直接取付けることのできる取付
部を備えた気密端子をこの取付孔に取付け、容器内の半
導体素子を気密端子に接続すると共に、容器外部の電気
部品を気密端子の取付部に直接取付けたものである。

（作用） この発明の半導体沸騰冷却装置ぐは、容器の壁に取付け
た気密端子に対し、容器内に設けられた半導体素子をリ
ード線によって接続すると共に、容器外に配置された電
気部品を気密端子の取付部に直接取付けることにより電
気的接続を行い、外部の電気部品と気密端子との間のイ
ンダクタンスを低くする。

（実施例） 以下、この発明の失陥例を図に基づいて詳説する。

第１図は、第６図に示すインバータ回路の１ア一部分に
使用する半導体沸騰冷却装置の実施例を示しており、容
器３内に低沸点冷媒２と共にＧＴ○サイリスタ９が収納
されている。

容器３の壁に設けられた取付孔１７には気密端子１８が
設けられている。

この気密端子１８は１．第２図に詳しく示されているよ
うに、外側に雌ねじによる取付部１９を有する電極２０
を絶縁リング２１に口金２２を介して溶接し、この絶縁
リング２１の外周と取付孔１７の内周部との間を口金２
３を介して溶接することにより気密的に取付けた構成と
なっている。

そしてこの気密端子１８の電極２０に対し、容器３内の
ＧＴＯサイリスタ９のアノード側の銅フィン１５がリー
ド１ｉ１７により接続されている。また気密端子１８の
電極２０の取付部１９にはスナバ−ダイオード１１を外
側からねじ込んで取付け、このスナバ−ダイオード１１
に対して容器３の外部のスナバ−コンデンサ４２がリー
ド線８により接続されている。

なお、スナバ−コンデンサ１２のカソード側と容器３内
のＧ丁Ｏサイリスタ９のカソード側の銅フィン１５とは
、容器３に設けた従来例の気密端子６により、リード線
７．８を介して接続されている。

上記のように容器３の壁に気密端子１８を取付け、この
気密端子１８の電極２ｏ１．：設けられた取付部１つに
対し、電気部品の一つであるスナバ−ダイオード１１を
直接取付けることにより、従来では必要としていた気密
端子６とスナバ−ダイオード１１との間のリードＩｊ１
７を省略することができ、また電極２０自体も従来の電
極１６のように長くする必要がなく、スナバ−ダイオー
ド１１の前後のインダクタンスを低くすることができる
。

なお、スナバ−ダイオード１１より発生する熱損失は電
極２０を介して容器３内の低沸点冷媒２により冷却され
、過熱するおそれはないものである。

この実施例の場合、スナバ−ダイオード１１が容器３の
外部に取付けられるため、その取扱いや部品交換が容易
に行える。また、容器３の内部に収納する部品点数が削
減できるため、装置全体の信頼性が向上する。

第３図および第４図に示す実施例は、第６図に示すイン
バータ回路に使用した半導体沸騰冷却装置の他の実施例
を示している。この実施例の場合には、容器３に取付孔
１７を上下２箇所設け、それぞれの取付孔１７．１７に
気密端子１８．１８を気密的に取付けている。なお、第
１実施例と同様の構成部材については、同一の符号を用
いることによりその説明が省略されている。

この実施例においては、スナバ−コンデンサ１２の半分
の容量のスナバ−コンデンサ２４．２４をリード線８に
より直列に接続したものを用い、上下の各気密端子１８
．１８の取付部１９．１９に各スナバ−コンデンサ２４
．２４のスタッド型の端子２５を直接にねじ込んで取付
けている。そして、容器３内のＧＴＯサイリスタ９のア
ノード側の銅フィン１５に対しリード線７によりスナバ
−ダイオード１１を接続し、このスナバ−ダイオード１
１と気密端子１８の電極２０との間をり−ド線７により
接続している。また、ＧＴＯサイリスタ９のカソード側
の銅フィン１５と下側の気密端子１８の電極２０との間
をリード線７により接続している。

この実施例の場合には、スナバ−コンデンサ２４が気密
端子１８に対しリード線を介さずに直接取付けられてい
るため、この気密端子１８とスナバ−コンデンサ２４と
の間のリード線を不要とし、スナバ−回路１４の部分の
インダクタンスの低減化が図れるのである。

なお、この発明は上記の各実施例に限定されるものでは
なく、半導体素子を容器内の低沸点冷媒に浸漬して、冷
却する構造の半導体沸騰冷却装置において、容器内の半
導体素子と容器外部に配置される他の電気部品とをリー
ド線によって接続する必要がある場合に、広く利用でき
る。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、容器の壁に設ケｔｃ取
付孔に気密端子を取付け、この気’ｒＷ　ｂ子の取付部
に容器外部に配置されている電気部品を直接取付けてい
るため、従来のように容器の壁の気密端子と外部の電気
部品との間を接続するリード線が不要となり、容器内部
の半導体素子と容器外部の電気部品との間の接続線のイ
ンダクタンスの低下が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の断面図、第２図は上記実
施例における気密端子取付は部分の拡大断面図、第３図
はこの発明の他の実施例の断面図、第４図は第２実施例
の気密端子取付は部分の拡大断面図、第５図は従来の半
導体沸騰冷却Ｓ！ｉｉ置の一例を示す断面図、第６図は
一般の電力変換装置のインバータ回路の１ア一ム分の回
路構成を示す回路図、第７図は上記インバータ回路に用
いられる従来の半導体沸騰冷却装置を示す断面図である
。 ２・・・低沸点冷媒　　　　３・・・容器７．８・・・
リード線　　　９・・・ＧＴＯサイリスタ１１・・・ス
ナバ−ダイオード １２・・・スナバ−コンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体素子を低沸点冷媒に浸漬して冷却を行う半導体沸
   騰冷却装置において、低沸点冷媒を入れた容器の壁に取
   付孔を設け、容器外の電気部品を直接に取付ける取付部
   を備えた端子部材を前記取付孔に気密的に取付け、前記
   容器内に収容した半導体素子をこの端子部材に接続する
   と共に、前記容器外に配置される電気部品を前記端子部
   材の取付部に直接取付けて成る半導体沸騰冷却装置。