JPH0340953B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 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。

従来の技術と発明の解決すべき課題 従来、この種半導体素子冷却装置としては、冷
媒を密閉しておくタンクと、冷媒流通管および放
熱フイン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するように配
置し、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
なつて手間がかかるとともに費用も高くつくとい
う問題があつた。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つ
た。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであ
つて、組立てが簡単で費用が安くなるとともにコ
ンパクトにすることが可能になり、しかも冷却効
率の優れた半導体素子冷却装置を提供することを
目的とする。

課題を解決するための手段 この発明による半導体素子冷却装置は、縦長で
かつ下部に孔があけられた１対のプレートが対向
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
レート間に位置する連結壁部を介して接合されて
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が、隣り合う偏平中空体
どうしの間の下部に孔を囲むように介在させられ
たリングによつ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
に放熱フインが介在させられ、リングにプレート
フインが嵌め被せられてリングに接合され、各偏
平中空体におけるリングよりも上方の部分および
放熱フインにより放熱部が形成され、リング、お
よび偏平中空体におけるリングと対応する高さ位
置に存在する部分によりタンク部が形成され、タ
ンク部内に液状冷媒が溜められ、液状冷媒内に半
導体素子が浸漬されるようになされているもので
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位置する連結壁部を介し
て接合することは、ろう寸法により行われる。連
結壁部は、プレートと別体であつてもよいし、あ
るいはたとえばプレートを屈曲させることにより
プレートと一体的に設けられたものであつてもよ
い。偏平中空体内には、上下方向に伸びる多数凹
凸のすじを有するコルゲートフインを配置して内
面にろう付け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つて接合さ
れる。リングの両端には、プレートの下部にあけ
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インとはろう付するのが
よい。プレートフインは突起や切起しなどを設け
ておき、隣り合う他のプレートフインおよび偏平
中空体に当接させておくことが好ましい。こうし
ておけば、プレートフインをリングに接合するさ
いにプレートフインを所定を位置に保持すること
ができて接合を簡単かつ確実に行なうことができ
る。また、プレートフインのリングへの接合はろ
う付により行なうことが好ましい。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インとのろう付およ
びプレートフインとリングとのろう付は、たとえ
ば真空ろう寸法により同時に行なわれる。

作 用 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
放熱フインとで放熱部が形成され、タンク部内に
溜められた液状冷媒に半導体素子が浸漬されるよ
うになされているので、半導体素子から発する熱
が液状冷媒に伝わると、液状冷媒が沸騰して気化
し、ガス状冷媒が発生する。このガス状冷媒の有
する熱は、まずその一部がリングの外側に接合さ
れたプレートフインから放熱される。さらにガス
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
フインから偏平中空体間の空気に放熱されて冷媒
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。

実施例 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図に向つていうものとする。

半導体素子冷却装置１は、対向状に配置された
１対の縦長方形アルミニウムブレージングシート
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トフイン
よりなる放熱フイン５と、リング４に嵌め被せら
れてろう付された複数のアルミニウムブレージン
グシート製プレートフイン６とを備えている。

アルミニウム製プレート２の下部には円形孔２
ａがあけられている。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、プレート２と別個に形成されたア
ルミニウム製連結壁７（連結壁部）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じを有
するアルミニウム製コルゲートフイン８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トフイン８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
ム製コルゲートフイン９が配置され、プレート２
の内面にろう付されている。このフイン９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
方形でかつ下部に円形孔１０ａがあけられたアル
ミニウムブレージングシート製サイドプレート１
０が配置され、アルミニウム製円形リング１１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１０と左右両端の偏平中空体３との間に
おけるリング１１よりも上方の部分にも、幅方向
に伸びる多数の凹凸のすじを有するアルミニウム
製コルゲートフインよりなる放熱フイン１２が配
置されて偏平中空体３およびサイドプレート１０
にろう付されている。また、リング１１にも複数
のアルミニウムブレージングシート製プレート１
３が嵌め被せられてろう付されている。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１４に偏平中空体３内部が空気溜１
４内部と連通するように接続されている。空気溜
１４の幅は偏平中空体３の幅と等しくなつてい
る。サイドプレート１０の上端も空気溜１４の左
右両端に接合されている。空気溜１４の下面開口
における残りの部分は、隣り合う偏平中空体３の
上端間及び左右両端の偏平中空体３の上端とサイ
ドプレート１０の上端との間に介在されたアルミ
ニウム製角材１５によつて閉塞されている。空気
溜１４の左端には、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１６が取付けられている。この管１６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、プレート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４
ａ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１１の両端にも突起
１１ａが設けられており、一方の突部１１ａがプ
レート２の孔２ａに嵌合され、他方の突部１１ａ
がサイドプレート１０の孔１０ａに嵌合された状
態で、リング１１がプレート２およびサイドプレ
ート１０にろう付されている。左右のサイドプレ
ート１０の孔１０ａには、それぞれ連通状にアル
ミニウム製パイプ１７，１８が溶接されている。
両パイプ１７，１８のサイドプレート１０への接
合端には孔１０ａに嵌合しうる突部が設けられ、
この突部を孔１０ａに嵌合させて溶接されてい
る。左側のパイプ１７の左端にはフランジ１７ａ
が設けられ、このフランジ１７ａに蓋１９が取付
けられている。右側のパイプ１８の右端にはフラ
ンジ１８ａが設けられ、このフランジ１８ａに蓋
２０が取付けられている。蓋２０には、後述する
ように、タンク部Ｂ内の液状冷媒Ｃに浸漬される
半導体素子２３に電力を与えるための電力供給線
２５を挿通させる孔２０ａがあけられている。

放熱フイン５は、偏平中空体３の幅方向に伸び
る多数の凹凸のすじを有しており、偏平中空体３
にろう付されている。

プレートフイン６は略正方形で、リング４の外
径と等しい径のリング挿通孔６ａがあけられてい
る。また、プレートフイン６の４すみ部にはそれ
ぞれ突起２１が形成されている。４つの突起２１
のうち１つの対角線上に位置する２つのものは他
の対角線上に位置する２つのものと反対方向に突
出している。そして、突起２１の先端は、隣り合
う他のプレートフイン６および偏平中空体３に当
接している。プレートフイン１３にもプレートフ
イン６と同様にリング挿通孔１３ａおよび４つの
突起２２が設けられている。

この半導体素子冷却装置１は、各偏平中空体３
におけるリング４よりも上方の部分および放熱フ
イン５により放熱部Ａが形成され、リング４，１
１、偏平中空体３におけるリング４，１１と対応
する高さ位置に存在する部分およびパイプ１７，
１８によりタンク部Ｂが形成され、両部Ａ，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内に溜まつている。液
状冷媒Ｃを封入するさいまぎれ込んだ空気等は、
フロンよりも軽いので空気溜１４内に押し上げら
れる。

タンク部Ｂ内には、半導体素子２３と冷却フイ
ン２４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２３には電力供給線２５によ
り電力が供給されるようになつている。電力供給
線２５は孔２０ａを通つて外部に導出され、孔２
０ａ内における電力供給線２５のまわりに絶縁材
２６が充填されている。冷却フイン２４は、銅ま
たはアルミニウム合金からなり、その左右両側面
におけ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２７がろう付されて多孔
質面とされている。アルミニウム粉体２７は、た
とえばアルミニウム粉体２７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却フイン２４に塗布し、
乾燥させた後ろう付される。冷却フイン２４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、フイン２４の表面に予めニツケルメツキ
を施しておく。

このような構成において、半導体素子２３から
発生した熱は冷却フイン２４およびアルミニウム
粉体２７を経て液状冷媒Ｃに伝わる。このとき、
冷却フイン２４表面におけるアルミニウム粉体２
７で形成された多孔空〓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騰させら
れる。こうして発生したガス状冷媒の有する熱
は、プレートフイン６，１３からまずその一部が
偏平中空体３間および偏平中空体３とサイドプレ
ート１０との間におけるリング４，１１のまわり
を流れる空気に放熱される。さらにガス状冷媒
は、偏平中空体３内を上昇して放熱部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
フイン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
媒は空気内を流れて落ちてタンク部Ｂに戻る。こ
のような動作を繰返して半導体素子２３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、コルゲートフイン８，９、
連結壁７、放熱フイン５、リング４，１１、プレ
ートフイン６およびサイドプレート１０を所定の
位置にセツトし、真空ろう付法により同時にろう
付する。その後、空気溜１４およびパイプ１７，
１８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４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
は、対向状に配置された１対のプレート２の両側
縁および下縁どうしだけが連結壁７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
しておいてもよく、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内部と作動溜１４とを連通させ
るようにしておく。さらに、上記実施例において
は空気溜１４が設けられているが、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間を密閉しておく。

発明の効果 この発明の半導体素子冷却装置は、上述のよう
に構成されているので、プレートどうし、プレー
トと連結壁部、プレートと放熱フイン、およびプ
レートとリングとをそれぞれ同時に接合すること
によつて、冷媒密閉タンク部と放熱部とが一体化
された半導体素子冷却装置を得ることができる。
したがつて、従来の半導体素子冷却装置のよう
に、冷媒密閉タンクと放熱器とを別個に組立てる
とともに、これらを冷媒流通管で接続する必要は
ないので、組立てが簡単で費用も安くてすみ、し
かもコンパクトすることが可能となる。さらに、
リングにプレートフインが嵌め被せられてリング
に接合されているので、冷却風は隣り合う偏平中
空体間のすべての部分で均一に流れ、ガス状冷媒
の有する熱はプレートフインからも放熱される。
したがつて、冷却効率は一層向上する。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示し、第１図は一部
切欠き正面図、第２図は第１図の−線にそう
断面図、第３図は第１図の−線にそう断面
図、第４図は第１図の−線にそう断面図、第
５図は冷却フインの垂直断面図、第６図はプレー
トフインの斜視図である。 １……半導体素子冷却装置、２……プレート、
２ａ……孔、３……偏平中空体、４……リング、
５……放熱フイン、６……プレートフイン、７…
…連結壁（連結壁部）、２３……半導体素子、Ａ
……放熱部、Ｂ……タンク部、Ｃ……液状冷媒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 縦長でかつ下部に孔２ａがあけられた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間に位置する連結壁
   部７を介し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どうしの間の下部に
   孔２ａを囲むように介在させられたリング４によ
   つ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
   イン５を介在させられ、リング４にプレートフイ
   ン６が嵌め被せられてリング４に接合され、各偏
   平中空体３におけるリング４よりも上方の部分お
   よび放熱フイン５により放熱部Ａが形成され、リ
   ング４、および偏平中空体３におけるリング４と
   対応する高さ位置に存在する部分によりタンク部
   Ｂが形成され、タンク部Ｂ内に液状冷媒Ｃが溜め
   られ、液状冷媒Ｃ内に半導体素子２３が浸漬され
   るようになされている半導体素子冷却装置。