JPS6393138A - 半導体素子冷却器 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明はヒートパイプの有効利用に依る例えば電力用半
導体素子の半導体素子冷却器の構造に関する。特に本発
明は受熱用金属ブロック本体と該金属ブロック本体に設
けられたヒートパイプコンテナ群の放熱部に側別的又は
共通に設けられた放熱フィン群に依って構成される平型
半導体素子冷却器の構造に関する。

（ロ）従来の技術 電力用サイリスクに依って代表される平型半導体素子は
通常素子冷却器の受熱用金属ブロック本体と交互に多数
組を積層したスタックを構成して使用される。第１０図
はその構成を示す正面略図であり第１１図は側面略図で
ある。図においてＩは受熱用金属ブロック、２はヒート
パイプ、３はフィン群、４はブロックに設けられたヒー
トパイプ挿接孔を示し、１５は電力用サイリスタ素子で
ある。

この様に構成して使用されるので半導体素子冷却器の構
造には各種の制約が必要となり、これ等の制約は従来構
造の冷却器の性能向上の為に大きな間雁点となっている
。電力用サイリスクに例をとると素子１個当りの発熱量
は素子の大容量化と共に増加しつつあり、数年曲進は５
００Ｗ程度が主流であったが近時は７５０Ｗ〜ＩＫＷが
主流となっており、近い将来は１．５ＫＶ〜２ＫＹと更
に大容量化される可能性が見込まれている。この様な半
導体素子の大容量化に対する問題点を第１０図及び第１
１図に依って説明すると次の如くである。冷却器の大容
量化に必要な条件は圧接（以下電接と称す）面積の拡大
、ヒートパイプの大型化又は多数化、及びフ、ｒン詳の
放熱面積の拡大の３条件である。大容量化された平型素
子は直径が大きくなり電接面積の拡大は受熱用金属ブロ
ックの電接平面を拡大することに依り実施される。平型
半導体素子は大官１化に際して直径は大径化されるが厚
さはそれ程厚くならない。第１０図はフィン３の放熱面
積拡大の７）フィンの幅を拡大させる場合、素子の厚さ
が限定されれば受熱用金属ブロックＩの肉厚を厚くする
ことか唯一の手段であることを示しである。

又第１０図はヒートパイプの能力を増加せしめる為各ヒ
ートパイプの直径を拡大せしめる場合にも又ヒートパイ
プの本数を増加せしめ複列化せしめる場合にも受熱用金
属ブロックｌの肉厚を増大せしめる必要があることを示
している。

受熱用金属ブロック本体（以下受熱用金属ブロックと称
す）の受熱平面を拡大させ更にその肉厚をも増大せしめ
ることば受熱用金属ブロックの容積及び重量を大幅に増
加せしめることになる。この点は極めて重大な問題点で
あり実用冷却器としては実施困難と考えられる。受熱用
金属ブロックは冷却器に要求される性能を発揮せしめる
為熱伝導性の良好な純銅が用いられるのが常であるがそ
の為に受熱用金属ブロックは極めて重く、スタック組立
時の取扱いが困難であり、機器全体も重量が過大となり
受熱用金属ブロックの軽量化が要望されていた。又純銅
は高価であり半導体素子冷却器の高価洛の原因ともなっ
ておりこの点からち受熱用金属ブロックの軽量化が強く
望まれていた。

ヒートパイプの大径化及び複列化は受熱用金属ブロック
の肉厚を増大せしめることは第１０図に示されてあるが
列数を増加せしめることなく本数のみを増加せしめるこ
とに依りヒートパイプの能力増大を図る場合、受熱用金
属ブロックｌが大幅に大型化されることも第１１図に依
って明らかである。

又第１１図における受熱用金属ブロック１を拡大せしめ
て挿接孔４を図の両側に増加せしめてヒートパイプ２を
増加せしめた場合、増設ヒートパイプは電接面５から遠
く離れることになりヒートパイプ増設の効果は殆ど失な
われるに至る。又第１１図ではヒートパイプの放熱部は
３段であるがヒートパイプ本数を増加せしめて４段又は
６段の如く多段構成にした場合、強制対流空気の温度上
昇に依り風下側ヒートパイプの効率が大幅に低下すると
云う他の問題点を生じる。

フィン群の放熱面積拡大の為に強制対流風の流れ方向に
フィン長さを拡大する手段がある。然し第１１図におけ
るフィン群３の両端に長さを拡大するのみではフィン効
率が極めて悪くフィン長さ拡大の効果は殆ど失なわれる
。この様な場合は各ヒートパイプ間の間隔を拡大してフ
ィン効率を高く保った状態でフィン面積を拡大させる必
要がある。

この状態を第１２図に示しである。図から分かる様にこ
の様にしてフィン面積を増大させる場合に（よ受熱用金
属ブロックが大型化され又外側ヒートパイプ２ａ、　２
ｃは電接面から遠く離れることになり、受熱能力が大幅
に低下し、フィン群に移送される熱量が減少し結果的に
はフィン面積拡大の効果は全く失なわれるに至る。この
様な問題点の解決策として第１３図に示す如く提案がな
されている。図においてヒートパイプ２ａ、　２ｂ、　
２ｃは受熱用金属ブロックｌに対する挿接孔４ａ、　４
ｂ、　４ｃは小さな間隔で設けられてあり、これに挿接
されたヒートパイプは屈曲させられ放熱フィン群内では
良好なフィン効率が保持される間隔に拡大されてある。

この様な構造の場合は受熱用金属ブロックを大型化する
ことなく更にヒートパイプを増加せしめることも可能で
ある。然しこの様な構造は実用的には実施困難である。

即ち図からも分かる様に２ｂ以外のヒートパイプは総べ
て短距離内で相反する方向の直角面げが２回実施されて
おり、この様な曲げの与えられたヒートパイプはコンテ
ナ内における作動液蒸気の移動が困難となり大幅な性能
低下が生じることは経験的に良く知られており、又この
様な屈曲を与えることは製造技術的に極めて困難でコス
ト高になることも良く知られている。（参考文献、公開
実用新案公報昭５６−１１２９４７）本発明者等は上述
の如き各種の問題点の解決策として特願昭６０−２５８
４０２及び特願昭６０−２９５１３２の２件の提案につ
いて出願中である。前者は受熱用金属ブロックを大型化
することなくヒートパイプの本数を増加させることが出
来ると共にヒートパイプの曲げ角度を鈍角化せしめる構
造を提供するものであった。後者は受熱用金属ブロック
か大型化しても軽量であり且つ電接面から遠く離れたヒ
ートパイプでも受放熱効率が低下せず更にヒートパイプ
放熱部が多段化しても全体としての放熱効率が低下する
ことのない構造を提供するものである。

第６図は特願昭６０−２５８４０２の一実施例を示し第
７図はその受熱用金属ブロックの平面図を示しである。

両図から分かる如く該提案の受熱用金属ブロックは平行
四辺形の受熱片１ａ及び１ｂの積層構造体であり、夫々
の受熱片には斜辺に平行して相互に近接してヒートパイ
プ挿接孔４ａ、　４ｂ。

４Ｃ及び４ｄ、　４ｅ、　４ｆが設けられである。夫々
の挿接孔に挿接されてあるヒートパイプ２ａ、　２ｂ、
　２ｃ及び２ｄ、　２ｅ、　２ｆは放熱部に至る途中で
鈍角に曲げられて垂直な放熱部群２を構成して個別又は
共通の放熱フィン群３が装着されてある。受熱片１ａ、
　ｌｂ内においては近接しているヒートパイプはその曲
げ位置の選択に依って所望の間隔を自由に選択すること
が出来る。又２枚の受熱片の傾斜角の選択に依り所望の
ヒートパイプ放熱部配列が得られ、受熱片の枚数に依っ
て所望の列数が得られる構造になっている。この様な構
造は強制対流風１０の流れ方向については受熱用金属ブ
ロックの大型化を防ぐことが出来るものではあるが受熱
用金属ブロックの厚さ方向についてはヒートパイプの列
数のままに厚くなるもので軽量化の為には未だ充分とは
云えなかたった。又受熱用金属ブロックの構成の複雑化
は避けられないものであった。又ヒートパイブの段数の
増加に依り風下側の強制対流風が温度上昇することに依
る効率低下も避けることが出来ないものであった。

第８図は特願昭６０−２９５１３２の一実施例を示し、
第９図はその受熱用金属ブロックの平面図を示しである
。図において受熱用金属ブロックはヒートパイプの受熱
部である中空角柱管コンテナｌａ、　ｌｂ、　ｌｃ、　
ｌｄの組合わせに依り構成されてあり、夫々（７）中空
角柱管１ａニは４ａ、　４ｃ、　ｌｂには４ｂ。

１ｃには４ｄ、　Ｈ，ｌｄには４ｅの如く貫通孔が設け
られ、該貫通孔には夫々ヒートパイプコンテナ２ａ、　
２ｃ。

２ｂ及び２ｄ、　Ｈ，２ｅが連結されて各中空角柱管コ
ンテナと共にヒートパイプ群を形成している。特にヒー
トパイプコンテナ２ａ、　２ｃは中空角柱管コンテナ１
ａを共通の受熱部とし、２ｄ、　２ｆはＩｃを共通の受
熱部として共にＵ字管状ヒートパイプを構成している。

この様に構成されてあるから受熱平面６ａ。

６ｂに設けられた電接面５ａ、　５ｂから遠く離れたヒ
ートパイプコンテナの放熱部にも充分な作動液蒸気が供
給され、又それ等からは充分な作動液か中空角柱コンテ
ナに還流する。従ってヒートパイプ本数が増加し、受熱
用金属ブロックか大型化してらヒートパイプの性能が低
下することが無い。又受熱用金属ブロックは中空管構造
であるから大型化に依る重量増加は生じない。風下側の
ヒートパイプ放熱部２ｃ、　２ｒは強制対流風ＩＯの温
度上昇に依り放熱効率が低下する。これは熱交換器の宿
命ではあるが第８図構造の場合放熱部２ｃ、　２ｒで生
じた作動液及び作動液蒸気の放熱余力が放熱部２ａ、　
２ｄの放熱能力を増加させる様に作用し、半導体素子冷
却器全体としての能力は低下することがない。本実施例
はこの様にして従来構造の半導体素子冷却器の重要な問
題点を解決することが出来る。然し受熱用金属ブロック
の大型化は問題点として残されて居り、更にその構成の
複雑な点は同様に残された問題点である。

第１４図は受熱用金属ブロックに共通の作動液蒸発室１
６に連通したヒートパイプコンテナ２ａ、　２ｂ。

２Ｃを有する半導体冷却器を示す概略構成図である。

この第１４図はフィン群の効率を維持させる為には蒸発
室１６及び金属ブロックが大型化する問題点を解決する
ことは出来ないものである。又電接面に半導体素子を装
接する場合の放電におよぶ加圧力に耐えさせる為には蒸
発室１６内には耐圧用の支柱又は壁１７を設ける必要が
あり、この様な複雑な構成の受熱用金属ブロックを純銅
で構成することは不可能に近く実用化されていない。従
来技術ではヒートパイプ群におけろヒートパイプ間の能
力の相互支援の思想は全くなかったが、第１４図の場合
は相互支援性能があるものと考えられる。しかし、この
様な複雑な構成の場合、作動液蒸気の流れら極めて複雑
で、充分な相互支援性能が発揮されるとは考えられない
。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 上述の如く半導体素子冷却器は現状においても多くの問
題点があり、更に大容量化の進む半導体素子に対応して
その冷却器の大容量化及び高性能化を図る場合において
面性の如き各種の問題点があり、その改善は限界近くに
達している感がある。

本発明はフィン群の放熱面積拡大の為強制対流の流れ方
向にフィン面積を増大せしめる場合受熟用金属ブロック
が大型化する問題点、ヒートパイプの本数増加に依り冷
却能力の増大を図る場合受熱用金購ブロックが大型化す
る問題点、ヒートパイプ配列の複列化に依り能力増大を
図る場合に受熱用金属ブロックが厚肉化して重量が増大
する問題点及びヒートパイプの多段化に依り能力増加を
図る場合ヒートパイプ放熱部の放熱効率が低下する問題
点を解決し半導体素子冷却器を小型軽量化せしめ又更に
大幅な大容量化を容易にする新規な構造を提供する。

本発明は更に特願昭６０−２５８４０２及び特願昭６（
１２９５＋３２の両者の長所を作用すると共にそれ等を
更に改善し、それ等に残されてあった問題点をら解決オ
る新１見な構造を提供する。

（ニ）問題点を解決するｆ；めの手段 第１図は本発明に係る電力半導体素子冷却器の代表的な
実施例を示し第２図、第３図は夫々該実施例に適用され
てある受熱用金属ブロックの構造を示す正面図及び側面
図である。これ等の図面に依って問題点を解決する為の
手段について説明する。第１図及び第２図、３図におい
てｌは受熱用金属ブロック、２ａ、　２ｂ、　２ｃ、　
２ｄはヒートパイプの放熱部及び断熱部である。４ａ、
　４ｂ、　４ｃ、　４ｄは受熱用金属ブロックｌの中に
穿孔された孔部（以下トンネルと称す）であって、夫々
のトンネルのブロック表面における開口部は各ヒートパ
イプコンテナの放熱部及び断熱部を形成しているコンテ
ナ２ａ。

２ｂ、　２ｃ、　２ｄの上端末と気密に連結されて夫々
にヒートパイプコンテナの受熱部として構成されてある
。トンネル４ａ、　４ｂは相互に平行に穿孔されてあり
且つ電接面５ａ、　５ｂに平行な所定の平面の同一平面
に沿って上方から所定の傾斜角で穿孔されてある。同様
に他のトンネル４ｃ、　４ｄは相互に平行に穿孔され且
つトンネル４ａ、　４ｂが設けられである平面と同一平
面上に４ａ、　４ｂとは異なる方向から所定の傾斜角で
穿孔されてあり、それ等の受熱部４ａ、　４ｂ。

４ｃ、　４ｄは上記の電接面に平行な同一平面で相互に
交叉連結されてある。従って該受熱部が連結構造に因っ
て作動液及びその蒸気は全ヒートパイプコンテナ間に相
互に流通自在であり、全ヒートパイプコンテナは一体の
ヒートパイプとして作動することになり、相互支援関係
の特性が与えられる。

３ａ、　３ｂ、　３ｃ、　３ｄは夫々に各ヒートパイプ
コンテナの放熱部に装着された個別フィン群である。１
１は電力受給用端子板、９は乱流発生用邪魔管である。

該実施例は上記の如き構造であるがこの構造に適用され
てある問題点解決の手段は次の如くである。

Ａ、従来構造では受熱用金属ブロックにヒートパイプ挿
接孔が設けられヒートパイプ受熱部が挿接孔内に挿接さ
れた構造であるのに対し本発明では受熱用金属ブロック
に設けられたトンネルがそのままヒートパイプの受熱部
として構成され受熱用金属ブロック内に作り込まれであ
る。

Ｂ、ヒートパイプコンテナの受熱部となるトンネル群は
受熱用金属ブロック内の電接平面に平行な所定の平面に
沿って穿孔されてあり、該所定平面における同一の平面
に沿って穿孔されてあるトンネル群は２群から構成され
てあり各１群のトンネル群は相互に平行なトンネルの組
合わせであり、２群のトンネル群は穿孔平面の上方の異
なる方向から所定の相反する傾斜角で下方に向って穿孔
されて相互に交叉し、各トンネルは該交叉部で相互に連
通されてある。

Ｃ，ヒートパイプコンテナの受熱部である各トンネルの
受熱用金属ブロックの斜め上側面における開口部と気密
に連結されてあるヒートパイプコンテナの断熱部は各ト
ンネルの延長線上の所定の位置において鈍角に曲げられ
て、各コンテナの放熱部はこれに依り平行並列に保持さ
れてあり、各断熱部の屈曲位置の選択に依ってヒートパ
イプコンテナの放熱部の配列における股間ピッチ及び整
列形状が選択出来る構造になっている。

本発明における問題点を解決する為の手段は上記Ａ、Ｂ
、Ｃの３項を基本としている。３項の中でＢ項は特願昭
６０−２９５１３２の改善であり、０項は特願昭６０−
２５８４０２の改善である。

（ホ）　作用 問題点を解決する為の手段のＡ、Ｂ、Ｃ各項別にその作
用について述べる。

Ａ項の作用 （ａ）従来構造のヒートパイプ挿接型の場合同一平面内
でヒートパイプを交叉せしめて挿接することは不可能で
あったがトンネル構造受熱部は同一平面内で多数本の交
叉を容易に実施することが出来る。これは受熱用金属ブ
ロック内にてヒートパイプコンテナ受熱部を交叉配置さ
せる場合ブロック厚さを１／２以下にすることが出来る
ことを意味する。

（ｂ）ヒートパイプを受熱用金属ブロックに挿着する必
要がないから両者間を「はんだ」接着する困難な作業が
廃止され又この部分に依る熱抵抗の増加がない。

Ｂ項の作用 （ａ）受熱用金属ブロック内の電接面に対応する平面内
にトンネルを集中配置させることが出来るのでブロック
が大幅に小型軽量化される。

（ｂ）電接面に対応する部分にヒートパイプ受熱部が集
中配置されるので、電接面の単位面清当りのヒートパイ
プ受熱部の伝熱面積が大きくなり、従ってヒートパイプ
の熱抵抗が小さくなり、冷却器全体の冷却性能が改善さ
れる。熱応答性も大幅に向上する。

（ｃ）トンネルの総てが相互に連通されてあるから、作
動液及び作動液蒸気は全ヒートペイプに共通であり、ヒ
ートパイプコンテナの総てが一体のヒートパイプとして
作用する。従ってヒートパイプコンテナの放熱部群にお
ける各放熱部間には相互支援特性が与えられる。即ち強
制対流風が熱交換に依って温度上昇し、風下側ヒートパ
イプの熱交換効率が低下した場合、これ等の放熱部で生
じた作動液蒸気の余剰分は自動的に風上側放熱部に供給
され、風上側放熱部における放熱量を増加させ冷却器全
体の放熱能力は高効率を維持される。

０項の作用 （ａ）ヒートパイプ断熱部における屈曲部の位置の選択
に依ってヒートパイプ放熱部の間隔を自在に調整するこ
とが出来るのでフィン効率を良好に保持させる為の放熱
部配列の選択が容易となる。

又ヒートパイプ放熱部間で乱流発生効果を有効に利用す
る配列の選択も容易である。

（ｂ）上述の如き作用は受熱用金属ブロック内における
ヒートパイプ受熱部相互間の近接配置が可能であること
をも意味する。従って受熱用金属ブロックの小型軽量化
が可能となる。

（ｃ）トンネルに連結されたヒートパイプ断熱部底端は
総て斜め」一方に向って支持されてあるから、放熱部を
垂直に支持する為の断熱部の屈曲は総て鈍角となる。こ
れはヒートパイプの熱抵抗の屈曲に依る増加を低レベル
に押える作用がある。又曲げ角度が鈍角であることは冷
却器の製造時の作業を容易にする。

（へ）実施例 第１実施例 問題解決の手段の項で述へた本発明に係る電力半導体素
子冷却器の受熱用金属ブロックの電接側平面の少くも上
半部は三角形状に形成されてあって、各トンネル群は該
三角形状を形成する三角形頂点の左右の端側面から電接
面に平行な所定の同一平面に沿って穿孔されて該平面上
で交叉された構造のもの。

本実施例は特に図示してはないが第１図におけるブロッ
クはその１例となる。本発明における受熱用金属ブロッ
クｌの形状は基本的には電接面５ａ。

５ｂが設けられる形状なら如何なる形状でも良い。

然しトンネル４ａ、　４ｂ及び４ｃ、　４ｄが斜上方か
ら穿孔されて所定の平面上で交叉する構造であるから実
用的には少く用土半部は三角形状であることが望ましく
、出来得れば上半部の電接側平面は二等辺三角形である
ことが望ましく更に下半部もこれに対称な形状であるこ
とが望ましい。これは冷却器全体の形状のバランスから
考え、又トンネル穿孔の容易さ、熱入力の容易さ、又ス
タック構成上から望ましい。この三角形が鋭角であれば
ヒートパイプ断ＳＩ部の曲げ角は大きな鈍角となり僅か
な曲げで良いことになり、ヒートパイプコンテナの曲げ
に依る熱移送能力の損失は小さくなる。然しこの鋭角が
あまり小さな角度では所望のフィン幅を与える為の屈曲
部位置がブロック中心から遠くなり各ヒートパイプ断熱
部が長大となりバランス上望ましくない。

第２実施例 第１図は本発明に係る半導体素子冷却器の第２実施例で
あり第２図及び第３図は夫々該実施例の受熱用金属ブロ
ックの正面図及び側面図である。

第２図及び第３図はトンネルの関係位置を分かり易くす
る為第１図姿勢から４５度傾斜せしめて図示しである。

第２実施例は受熱用金嘱ブロックが正方形をなしており
実施例中量ら標準的なものである。第２図及び第３図か
ら分かる様にトンネル４ａ。

４ｂ、４ｃ、　４ｄは穿孔時側面に直角に穿孔すれば池
の側面と平行に穿孔され、同時に４ａ、　４ｂと４ｃ、
、ｌｄは直交交叉することになり、電接面５ａ、　５ｂ
の中心に対するトンネル群の相対位置ら容易に対称形に
配置することが出来るもので製造時の機械加工も最ら容
易であり、各トンネルて構成された各ヒートパイプ受熱
部に対する熱入力ら均等に配分される。

又ヒートパイプ断熱部の曲げ角度ら１３５度（４５Ｉ’
！’・ｌｉｔげ）となり標飴の曲げ治工具が使用ｒｉＪ
能となり曲げ加工が容易になる。

第３実施例 第４図はヒートパイプ放熱部が２列６段の場合の受熱用
金属ブロックの正面図を示し第５図はその側面図である
。図面は簡略化の為組立時姿勢から４５度回転した状態
で示しである。図において４Ｘは縦孔トンネル群、４ｙ
は横孔トンネル群であって夫々に２列３段に穿孔されて
ある。この様な複列多段のトンネルを有する場合は電接
面５ａ、　５ｂに平行なトンネル交叉平面は列数に対応
した複数平面が設けられる。第４図、第５図はヒートパ
イプコンテナの放熱部配列が基盤目配列の場合で、各側
面におけるトンネル配列も千鳥配列に設けられる。

第４図から分かるように図の如く２列６段配列の場合、
−交叉平面当り９箇所のトンネル交叉部が設けられ一交
叉平面当り６本のヒートパイプコンテナ間で作動液及び
作動液蒸気が流通自在となり、性能的に相互支援状態に
なっている。従ってブロック全体としては６本−組が一
体化された２組のヒートパイプとして作動する。

第４実施例 第１０図例示の如く、多数の半導体素子と多数の冷却器
を交互に積層しスタックとして使用する場合、該スタッ
クが組込まれである装置又はシステムによっては作動時
に隣接する素子間で発熱量に極めて大きな差異が生じる
場合がある。この様な場合第３実施例の如き受熱用金属
ブロックを有する冷却器を使用する場合ヒートパイプコ
ンテナ群の列に依って負荷に極めて大きな差異が発生し
一方の列が過負荷状態で他方の列が無負荷に近い状態に
なる場合がある。この様な場合は第１列ヒートパイプコ
ンテナ群と２列ヒートパイプコンテナ群との間にも冷却
能力の相互支援が行なわれることが望ましい。又３列、
４列等の多列配列のヒートパイプコンテナ群を有する冷
却器の場合、負荷の多くが電接面に近い列のヒートパイ
プコンテナ群に加えられ、両側電接面から離れた内側の
列のヒートパイプコンテナ群には負荷が少なく、内側の
列には常に冷却能力に余力が残る状態が発生する。この
様な場合にも各列間相互に支援が行なわれることが望ま
しい。この様な場合には受熱用金属ブロック内における
各トンネル交叉平面相互間で所定のトンネルと所定のト
ンネルを連結用トンネルで連結することに依り受熱用金
属ブロックに設けられた総てのヒートパイプコンテナは
相互に連結一体化された共通の受熱部を有することにな
り、全ヒートパイプコンテナ間で相互支援が行なわれる
ことになる。第４図及び第５図における７はこの様な目
的で設けられである連結用トンネルを示しである。

以」二に本発明に係る半導体素子冷却器について４実施
例について述べたが実用的には他にも多数の実施態様が
考えられるもので上述実施例に限定される乙のではない
。第１図実施例図はヒートパイプ放熱部が垂直に保持さ
れた状態で示しであるが該冷却器はスタック構成に際し
て電接面を水平に、即ち受熱用金属ブロックと半導体素
子を交互に垂直に積滞して使用することら可能である。

その場合は各ヒートパイプコンテナは総て水平に保持さ
れる。又第１図では受熱用金属ブロックの対角線が垂直
及び水平に構成されてあるが実用に際しては対角線は左
右何れかに４５度を越えない範囲で傾斜して構成されて
も良い。その場合は左端側面側のヒートパイプコンテナ
群と右側側面側のヒートパイプコンテナ群とでは断熱部
における曲げ角度に相異が生じる。

又受熱用金属ブロックが正方形か四角形の場合は冷却器
全体として設置時の姿勢が不安定でスタック構成作業が
困難となる恐れがある。この場合は支持用金具を取付け
る必要がある。然し受熱用金属ブロックを上半部は三角
形、下半部は長方形の駒型に形成することにより解決□
することも出来る。

第１５図は第５実施例の要部を示す概略構成図で、この
第５図は第１図の実施例の改良である。即ち第１図では
垂直姿勢で使用される半導体冷却器の実施例であるが、
受熱用金属ブロックの電接面５を水平に保持して使用さ
れる場合があるのに第５図は適用される。その様な場合
はトンネル群を貫通孔とし、ヒートパイプコンテナの放
熱部をトンネルの両開口端に連結してヒートパイブコン
テナ２ａ〜２ｄの夫々に対応したヒートパイプコンテナ
２ｅ〜２ｈをも設けて実施してもよい。

第１６図は第６実施例の要部を示す概略構成図で、この
第１６図は冷却器全体を自立させるようにしたものであ
る。第１図の実施例の受熱用金属ブロックの形状では冷
却器全体を自立させることが困難であるが、使用上の便
宜から自立させる必要があり、且つブロック重量の５０
％増加が許される場合はブロックの形状を第１６図の如
き駒型に形成すればよい。

次に上記実施例の効果を示す。

第１図、第２図、第３図ではヒートパイプ放熱　゛部４
本、受熱部トンネル４本の実施例で示しであるが、受熱
用金属ブロック内におけるトンネルはより近接して穿孔
することが出来る。即ちブロックを大型化することなく
６本紀列も容易である。

各ヒートパイプコンテナ間に相互支援作用があるので６
本−列の配列でも効率低下は生じない。即ち本発明の効
果として現状の電力半導体素子の冷却に対して受熱ブロ
ックを小型化出来るだけでなく、将来の素子大容量化に
対してら受熱ブロックを大型化することなく適用するこ
とが出来る。第６図、及び第８図の受熱部ブロックと比
較して厚さで１／２、受熱平面の面積で少くとも２／３
に小型化されることは明らかで総容積で約１／３に小型
化することが可能である。この受熱用金属ブロックの小
型化は同一平面内で交叉するトンネル群をヒートパイプ
の受熱部として構成する新規な構造に依って生じる効果
である。更にこの新規な構造はヒートパイプ断熱部に与
える屈曲の位置の選択に依りヒートパイプ放熱部群にお
ける配列間隔を最適状態に決定させ、同時に曲げ角度を
鈍角化させて屈曲に依るヒートパイプの性能低下を小さ
くさせる等の効果をも発揮させる。この様な本発明に係
る電力半導体素子冷却器の新規な構造の相乗効果は従来
困難と考えられた強制対流風に依る冷却器の大幅な大容
量化に対処することが出来る。

（ト）発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、全ヒートパイプコ
ンテナに対し作動液及びその蒸気を共用させ、一体のヒ
ートパイプとして作動せしめ、ヒートパイプ独特の性質
である容器内の総ての部分を均熱化せしめる均熱化特性
を発揮させ、これに依りヒートパイプ放熱部群相互間に
相互支援性能を与え、多段化に依る効率低下を防ぐとい
う極めて重要な効果を発揮させるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る半導体素子冷却器の一実施例を示
す正面図であり、第２図、第３図は該実施例に使用され
てある受熱用金属ブロックの正面図及び側面図、第４図
、第５図は夫々他の実施例における複列多段ヒートパイ
プを有する冷却器の受熱用金属ブロックの構成を示す正
面図及び側面図、第６図、第７図は特願昭６０−２５８
４０２に係る半導体素子冷却器の構造を示す正面図及び
該冷却器に用いられである受熱用金属ブロックの平面図
、第８図及び第９図は特願昭６０−２９５１３２に係る
半導体素子冷却器の構造を示す正面図及び該冷却器の受
熱用金属ブロックの構成を示す平面図、第１θ図は従来
構造の電力用サイリスク素子冷却器の使用状態を示す正
面略図であり、第１１図はその側面略図、第１２図及び
第１３図は従来の改善案の問題点を説明する為の半導体
素子冷却器の略図、第１４図は従来の概略構成図、第１
５図及び第１６図は本発明の第５及び第６実施例の要部
を示す概略構成図である。 １・・・受熱用金属ブロック本体、２・・・ヒートパイ
プコンテナ、３・・・放熱用フィン群、４・・・孔部（
トンネル又は挿接孔）、５・・・圧接面、６・・・受熱
平面、７・・・連結用トンネル、１０・・・強制対流風
。 ４ｘ ４．ｘ　　　　ｉ、　　　　４ｘ　ト：Ａｊしｎ７″　
　　　　″７ＪＬ季名すＨトンキルａｘ　　　’７　　
４ｘ 第１４図 縦＃：、０綴１８付駐図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体素子圧接面部を有する受熱用金属ブロック
   本体と、このブロック本体の圧接面部とは異なる面部に
   穿設され、前記ブロック本体の内部では相互に連通され
   た複数の孔部と、これら孔部に作動液が充填されるとと
   もに孔部の開口部位に固着された放熱フィン付ヒートパ
   イプ用コンテナとを備えた半導体素子冷却器。
2. （２）前記受熱用金属ブロック本体の孔部は相互に平行
   に穿孔された複数の孔部を一群とする複数の群からなり
   、各孔部は圧接面に平行な同一平面上に沿つて穿孔され
   、且つ孔部は相互に異なる方向から一定の傾斜角で穿孔
   されて該平面上で相互に交叉させられ、該交叉部で孔部
   は連通され、同一平面に形成されるヒートパイプコンテ
   ナは相互間に作動液及び作動液蒸気が流通自在に形成さ
   れ、各ヒートパイプコンテナは断熱部上の所定の位置に
   おいて鈍角に折曲され、放熱部は相互に平行並列に且つ
   フィンに平行な平面上では所定の段別に整列配置されて
   構成した特許請求の範囲第１項に記載の半導体素子冷却
   器。
3. （３）前記受熱用金属ブロック本体はその圧接側平面の
   少くとも上半部が三角形状に形成されてあり、各孔部群
   は該三角形状を形成する三角形頂点の左右の端側面から
   圧接面に平行な所定の同一平面に沿つて穿孔されて該平
   面上で交叉させられてあることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載された半導体素子冷却器。
4. （４）前記受熱用金属ブロック本体はその圧接側平面の
   少くとも上半部が直角部を頂点とする直角三角形状に形
   成されてあり、各孔部群は該直角三角形状を形成する直
   角頂点左右の端側面から、圧接面に平行な所定の同一平
   面に沿つて且つ端側面に直角に穿孔されて、上記平面上
   で直交交叉させられてあることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載された半導体素子冷却器。
5. （５）前記受熱用金属ブロック本体内における孔部群の
   交叉は圧接平面に平行な所定の複数平面上で形成されて
   あり、該孔部群の端側面上における開口部及びこれに密
   に連結されるヒートパイプ断熱部コンテナは端側面上に
   おいて孔部群の交叉平面数に応じた列数に整列配置され
   てあり、又ヒートパイプコンテナの放熱部の配列も孔部
   群の形成する交叉平面の数に対応した列数の所定の段列
   に整列配置されてあることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載された半導体素子冷却器。
6. （６）前記複数の孔部群交叉平面における相互に隣接す
   る交叉平面間において、一方の交叉平面を形成する孔部
   群中の所定の孔部と、他方の交叉平面を形成する孔部群
   中の所定の孔部とを連結する所定の数の連結用孔部が設
   けられてあり、受熱用金属ブロック本体に連結されてあ
   る総べてのヒートパイプコンテナ間相互に作動液及び作
   動液蒸気が流通自在になつていることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項に記載された半導体素子冷却器。