JPH0466390B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は改良された半導体用ヒートパイプ冷却
器およびその製造方法に関するものである。

（従来の技術） サイリスタ等の半導体の冷却用としてヒートパ
イプを用いた冷却器は本発明者等により特開昭60
−57956号としてすでに公知である。この半導体
用ヒートパイプ冷却器は第４図に示すように銅な
どの熱伝導のよい金属からなるヒートパイプ１に
同じく熱伝導のよいアルミニウムなどからなるフ
イン２が挿着されて放熱部を形成し、ヒートパイ
プの下端が熱伝導のよい銅などからなる金属ブロ
ツク３に挿着され、金属ブロツクに取付けられた
サイリスタ等の半導体４から発熱された熱をヒー
トパイプに伝達しフインにより自然またはフアン
などにより強制冷却させて半導体の効率を高める
ものである。なお必要に応じて電流取出し用の端
子５が取付けられる。サイリスタ等の半導体面は
通常、電位を持つているため、これが金属ヒート
パイプを介して放熱部に通電されるため使用環境
によつては取扱上非常に危険な状況にあつた。特
に最近は電車などの車輛に搭載される場合があ
り、安全上問題があつた。そこでサイリスタ等の
半導体と金属ブロツクとの間に比較的熱伝導性の
良い窒化アルミなどのセラミツク製絶縁板を設け
電気的に絶縁することが試みられている。しかし
上記の窒化アルミなどは熱性能、機械強度、信頼
性などの点でなお問題があつた。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、一
端が半球状または円錐状に絞られその先端にノズ
ルを有し、かつ内面にＶ字状の条溝を有する１本
または複数本のヒートパイプにフインを多数挿着
して放熱部を形成し、その下方に一端が半球状ま
たは円錐状に絞られ溶接により封止され、かつ内
面に、開口部とその奥に空洞部を有する条溝を設
けた１本または複数本のヒートパイプを金属ブロ
ツクに挿着して吸熱部を形成し、該放熱部と吸熱
部との中間を電気絶縁性のパイプで接続し、かつ
作動液が電気絶縁性のものであることを特徴とす
る半導体用ヒートパイプ冷却器であり、また一端
が半球状または円錐状に絞られその先端にノズル
を有し、かつ内面にＶ字状の条溝を有する１本ま
たは複数本のヒートパイプの端部と、一端が半球
または円錐状に絞られ溶接により封止され、かつ
内面に開口部とその奥に空洞部を有する条溝を設
けた１本または複数本のヒートパイプの端部を封
着金属を介して電気絶縁性のパイプで接続し、該
ヒートパイプの下方端に金属ブロツクをハンダ付
け挿着した後ヒートパイプ先端のノズルから電気
絶縁性の作動液を注入し、該金属ブロツクを加熱
して作動液を沸騰させヒートパイプ内部を脱気
し、該ノズルをかしめにより封止し、その先端を
溶接してヒートパイプ化し放熱部にフインを挿着
することを特徴とする半導体用ヒートパイプ冷却
器の製造方法である。さらに上記製造方法におい
てヒートパイプの下方端に金属ブロツクをハンダ
付け挿着した後ヒートパイプの先端のノズルを介
してヒートパイプの内部を真空とし次いで電気絶
縁性の作動液を注入し、該ノズルをかしめにより
封止し、その先端を溶接してヒートパイプ化する
ことを特徴とする半導体ヒートパイプ冷却器の製
造方法である。

すなわち第１発明は、放熱部と吸熱部のヒート
パイプの中間において例えばアルミナ、マグネシ
ヤ、ガラス、セラミク等からなる無機質の電気絶
縁性パイプで接続して吸熱部の半導体からの電気
的なリークを上記の電気絶縁性パイプで遮断して
放熱部まで電流が及ばないようにした半導体用ヒ
ートパイプ冷却器である。

しかして上記において用いられるヒートパイプ
は放熱部および吸熱部ともに熱伝導性のよい銅、
アルミニウムなどの金属である。そして吸熱部の
ヒートパイプの内面に開口部とその奥に空洞部を
有する条溝を設けたものである。こ条溝は吸熱部
において作動液が狭い開口部からその奥の空洞部
に流れ込み、これが加熱されて核沸騰を起し泡と
なつて蒸発するのであるが、上記の狭い開口部と
広い空洞部により核沸騰が増大され作動液の蒸発
が促進されるものである。また一方の放熱部には
Ｖ字状の条溝を設けるものであるが、この条溝に
より作動液の還流が速くなると共に表面積が拡大
されるため放熱性を向上させるものである。した
がつて上記の条溝はできるだけ細かい方が良い。
しかして上記の放熱部を構成するヒートパイプ
は、その上端が半球状または円錐状に絞られ、そ
の先端にノズルを有するものであるが、これはヒ
ートパイプの端部をこのように形成するとヒート
パイプ内面に設けたＶ字状の条溝が端部までおよ
んでいるためヒートパイプとしての効率が高めら
れるものである。またその先端のノズルは作動液
を注入するためのものである。さらに吸熱部のヒ
ートパイプの下方端が半球状または円錐状に絞ら
れているのは上記の放熱部の場合と同様にヒート
パイプ内面に設けた条溝が端部までおよんでいる
ため蒸発効率が向上するものである。

しかして第２発明の半導体用ヒートパイプ冷却
器の製造方法は、先ず熱伝導のよい銅、アルミニ
ウムなどの金属管の内面にプラグ引きによりＶ字
状の条溝を形成すると共に外径を所望の寸法に仕
上げる。次にこのパイプの一端をスピニング加工
により半球状または円錐状に成形し、さらにその
先端に細孔部を有すノズルを成形して作動液注入
部とする。また吸熱部のヒートパイプは先ずプラ
グ引きによりＶ字状の条溝を成形し、次いで球状
のプラグ引きにより山の部分をつぶすことに開口
部とその奥に空洞部を有する条溝が形成される。
次にこの一端をスピニング加工により半球状また
は円錐状に成形し、その先端を溶接により封止す
る。

このそれぞれのヒートパイプの両端にコバール
などの封着金属を介してアルミナ、マグネシヤ、
ガラス、セラミツク等からなる無機質の電気絶縁
性パイプを接続する。次にこ下方端を銅、アルミ
ニウムなどの熱伝導のよい金属ブロツクをヒート
パイプの外径に合わせて穿孔した孔に挿入してハ
ンダ付けを行ない金属ブロツクとヒートパイプを
固着する。この後ヒートパイプ先端のノズルから
フレオン１１３など電気絶縁性の作動液を注入し
次いで金属ブロツクを作動液の沸騰温度の50℃以
上に加熱してフレオンを沸騰し、ヒートパイプ内
部を脱気しノズルをかしめにより封止し、さらに
その先端を溶接してヒートパイプ化するものであ
る。

上記のヒートパイプ化する作業をヒートパイプ
と金属ブロツクのハンダ付け後に行うのはヒート
パイプ化を先に仕上げるとハンダ付の際に200℃
付近の温度にヒートパイプも加熱されてフレオン
が分解してしまい作動液として作動しなくなるか
らである。しかして上記のヒートパイプ化は加熱
して脱気する方法ではなく、ヒートパイプと金属
ブロツクをハンダ付けした後ならばヒートパイプ
ノズルを介して真空ポンプによりヒートパイプの
内部を真空とし次いでフレオンなどの電気絶縁性
の作動液を注入し、ノズルをかしめにより封止
し、その先端を溶接してヒートパイプ化すること
もできる。この後加熱部にフインを挿着して冷却
器とするものである。

なお本発明の半導体用ヒートパイプ冷却器はヒ
ートパイプを縦位置でも横位置に配置しても良く
特に横位置の場合においてもヒートパイプ内面に
条溝が設けてあるのでこれがウイツクとして有効
に作用して放熱性を高めるものである。また放熱
フインの挿着は電気絶縁性のパイプを取付ける前
に行なつてもよい。

（実施例） 以下に本発明の一実施例について説明する。

第１図ａに示すようにプラグ引きにより内面に
軸方向に山の高さ0.3mm、ピツチ0.6mmのＶ字状の
条溝を形成した外径15.88mmの銅製のヒートパイ
プ１の上端部をスピニング加工により半球状に成
形し、その先端をさらにスピニング加工により細
孔部を有するノズル６を設け放熱部のヒートパイ
プ１とする。次にプラグ引きにより山の高さ1.0
mm、ピツチ1.5mmのＶ字状の条溝を形成した後、
球状のプラグによるプラグ引きにより山の高さ
0.65mm、ピツチ1.5mmの開口部とその奥に空洞部
を有する条溝を設けた。この下端に同様にスピニ
ング加工により半球状に成形し、かつその先端を
溶接により封止したヒートパイプ１′を作製する。
このヒートパイプ１と１′の中間に封着材のコバ
ール７，７′がロウ接されたアルミナパイプ８を
挿入し高周波加熱によりヒートパイプとコバール
部をロウ付け接合しヒートパイプ１，１′を連結
する。次に第１図ｂに示すようにこの一体化した
ヒートパイプ１の一端120mmを穿孔されたアルミ
ニウム製の金属ブロツク３に挿入し軟ロウ材９で
ロウ接して吸熱部とする。次に第１図ｃに示すよ
うにヒートパイプの上端のノズル６からフレオン
の作動液１０を注入し、しかる後第２図ａに示す
ように金属ブロツク３をヒーターにより50℃以上
に加熱して作動液を沸騰せしめヒートパイプの内
部を脱気し、その先端のノズル６を圧着治具によ
りかしめてその上端部をTIG溶接により溶着して
封じヒートパイプ化するものである。この後第２
図ｂに示すように多数のアルミニウム製のフイン
１１をヒートパイプの上方に挿着して放熱部とす
るものである。

このようにして製造された半導体用ヒートパイ
プ冷却器は第３図に示すようにヒートパイプ１に
多数のフイン２が挿着されて放熱部をなし、その
下方に金属ブロツク３に挿着されたヒートパイプ
１′が吸熱部をなし、その中間を電気絶縁性パイ
プ８で接続する構造としたものである。

サイリスタなどの半導体４の発熱は金属ブロツ
ク３を介してヒートパイプ１′に伝達されヒート
パイプ１の放熱部により放熱される。この際電気
絶縁性のパイプ８が設けられているので上方の放
熱部には熱だけが伝達され電気的に絶縁されてい
るので感電の危険はない。また作動液には電気絶
縁性のものを使用しているのでこの点においても
安全性が確保されている。そして放熱部のヒート
パイプ１には、その横断面が第３図ｃに示すよう
な内面にＶ字状の条溝が設けてあるので放熱性が
向上し、また吸熱部のヒートパイプ１′にはその
横断面が第３図Ｄに示すように内面に開口部１１
とその奥に空洞部１２を有す条溝が設けられてい
るので、吸熱性が向上するものである。

（効果） 本発明によれば金属ブロツク面にサイリスタ等
の半導体を直接取付けてもヒートパイプの中間に
おいて電気的に絶縁されているためサイリスタの
電位が放熱部に伝わることなく熱だけが伝達され
るため感電などの危険が防止できる。また半導体
を直接金属ブロツクに取付けられるので熱的な性
能も向上する。

さらにヒートパイプの内面には特殊な条溝が設
けられているので放熱性および吸熱性が層向上す
るものである。

さらにヒートパイプの端部を半球状または円錐
状に形成してあるので条溝が端部まで及ぶことに
なり、端部が平板のものより有効面積が増してヒ
ートパイプとしての性能を増加するものである。

またその製造方法においてはヒートパイプ化を
金属ブロツクとヒートパイプのハンダ付け後に行
うので封入した作動液が作動しないという問題が
解消できる。

さらにヒートパイプに細孔部を有するノズルが
設けてあるので作動液の注入および封止などの作
業性が向上するなど多くの利点を有するもので工
業的に顕著な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃおよび第２図ａ，ｂはそれぞ
れ本発明の半導体用ヒートパイプ冷却器の製造方
法の工程を示す図、第３図は本発明の半導体用ヒ
ートパイプ冷却器を示す図でありａは正面図、ｂ
は平面図、ｃ，Ｄはヒートパイプの横断面図であ
る。第４図は従来の半導体用ヒートパイプ冷却器
を示す図でａは正面図ｂは平面図である。 １，１′……ヒートパイプ、２……フイン、３
……金属ブロツク、４……半導体、５……端子、
６……ノズル、７，７′……コバール、８……電
気絶縁パイプ、９……ハンダ、１０……作動液、
１１……開口部、１２……空洞部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端が半球状または円錐状に絞られその先端
   にノズルを有し、かつ内面にＶ字状の条溝を有す
   る１本または複数本のヒートパイプにフインを多
   数挿着して放熱部を形成し、その下方に一端が半
   球状または円錐状に絞られ溶接により封止され、
   かつ内面に開口部とその奥に空洞部を有する条溝
   を設けた１本または複数本のヒートパイプを金属
   ブロツクに挿着して吸熱部を形成し、該放熱部と
   吸熱部との中間を電気絶縁性のパイプで接続しか
   つ作動液が電気絶縁性のものであることを特徴と
   する半導体用ヒートパイプ冷却器。 ２ 一端が半球状または円錐状に絞られその先端
   にノズルを有し、かつ内面にＶ字状の条溝を有す
   る１本または複数本のヒートパイプの端部と、一
   端が半球状または円錐状に絞られ溶接により封止
   され、かつ内面に開口部とその奥に空洞部を有す
   る条溝を設けた１本または複数本のヒートパイプ
   の端部を封着金属を介して電気絶縁性のパイプで
   接続し、該ヒートパイプの下方端に金属ブロツク
   をハンダ付け挿着した後ヒートパイプ先端のノズ
   ルから電気絶縁性の作動液を注入し、該金属ブロ
   ツクを加熱して作動液を沸騰させヒートパイプ内
   部を脱気し、該ノズルをかしめにより封止し、そ
   の先端を溶接してヒートパイプ化し、放熱部にフ
   インを挿着することを特徴とする半導体用ヒート
   パイプ冷却器の製造方法。 ３ ヒートパイプの下方端に金属ブロツクをハン
   ダ付け挿着した後ヒートパイプの先端のノズルを
   介してヒートパイプの内部を真空とし次いで電気
   絶縁性の作動液を注入し、該ノズルをかしめによ
   り封止し、その先端を溶接してヒートパイプ化す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   半導体ヒートパイプ冷却器の製造方法。