JPS6028254A

JPS6028254A - 半導体素子冷却装置

Info

Publication number: JPS6028254A
Application number: JP13715283A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Hoshino; 良一星野; Hiroki Tanaka; 田中　弘貴
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1983-07-27
Filing date: 1983-07-27
Publication date: 1985-02-13
Also published as: JPH0340953B2

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】この発明は、サイリスタ、ダブオード、１−ランジスタ
等の半導体素子の冷却装置に関し、ざらに詳しくいえば
、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１１人するタンク部および放熱部をｆａ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ける冷却装置に関する。

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ａ３よび放熱フィン〃を
備えた放熱器とを別々に組立て、これらを、冷媒流通管
がタンク内と連通づるように配管し、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
工数が多くなって手間がかかるとともに費用も高くつく
という問題があった。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った。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、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。

この発明による半導体素子冷却装置は、縦長でかつ下端
部に孔がありられた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（とも両
側縁および下縁どうしが両プレート間に配置された連結
壁を介してまたはプレートに設けられた屈曲部において
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、サベての偏平中空体が、隣り合う偏平中空体どう
しの間の下端部に孔を囲むように介在させられたリング
によっ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ィンが介在さ
せられ、リングにプレート・フィンが嵌め被せられてリ
ングに接合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
ート間に配置された連結壁を介して接合づ′ること、な
らびにプレートに設けられた屈曲部において接合するこ
とは、ろう針法により行われる。偏平中空体内には、上
下方向に伸びる多数の凹凸のすじを有するコルゲート・
フィンを配置して内面にろう（−１すしておくことが好
ましい。偏平中空体とリングとは、たとえばろう付によ
って接合される。リングの両端には、プレー１−の下端
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ィンとはろう付するのがよい。

プレート・フィンには突起や切起しなどを設りておき、
隣り合う他のプレート・フィ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（プば、プレー
ト・フィンをリングに接合するさいにプレーｉ〜・フィ
ンを所定の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・フィンの
リングへの接合はろう付により行なうことがりＹ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敢然フィンとのろう付お
よびプレート・フィンとリングとのろう付は、たとえば
真空ろう（＝Ｉ法により同時に行なわれる。

この半導体素子冷却装置では、リングと、各偏平中空体
にａ３Ｌプるリングと対応する高さ位置にある部分とで
液状冷Ｉ１．密閉用タンク部が形成され、各偏平中空体
にお（プるリングよりも上方の部分と放熱フィンとで放
熱部が形成される。

そして、タンク部内に封入された液状冷媒に半導体素子
が浸漬される。半導体素子から発する熱が液状冷媒に伝
わるど、冷媒がｉ？Ｉ；　ＩＩ≧して気化する。このカ
ス状冷媒の有する熱は、まずその一部がプレート・フィ
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１−ａ３よび放熱フィ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
体内を流れ落らてタンク部に戻る。この動作を繰返して
、半導体素子が冷却される。

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、冷媒密閉タンク部ど放熱部とが一体化されている
ので、従来の半導体素子冷却装置に比べて組立てが簡単
で費用もやすくてすみ、しかもコンパクトにすることが
可能どなる。さらに、リングにプレート・フィンが嵌め
被せられてリングに接合されているので、冷却用は隣り
合う偏平中空体間のず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・フィンからも放熱される。

したがって、冷却効率は一層向上する。

この発明を、以下図面に示寸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図に向ってい
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１〜ＦＭプ
レー１−（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）
の下端部間に配置されかつ偏平中空体く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・フィンよりなる
放熱フィン（５）と、リング（４）に嵌め被けられてろ
う付された複数のアルミニウム・プレージングシート製
プレー１−・フィン（６）とを備えている。

アルミニウム製プレー１−＜２）の下端部には円形孔（
２ａ）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）の周縁全体のうら両側縁および
下縁どうしをアルミニウム製連結壁（７）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しを有するアル
ミニウム製コルゲート・フィン（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・フィン（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Ｊ５いて４ケ所にアルミニウム製コルゲー
ト・フィン（９）が配置され、プレート（２）内面にろ
うイリされている。このフィン（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端部に
円形孔（１０ａ）があけられたアルミニウム・プレージ
ングシート製サイド・プレート（１０〉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（＝Ｊ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
凹凸のすしを有するアルミニウム製コルゲート・フィン
よりなる放熱フィン（１２）が配置されて偏平中空体（
３）およびサイド・プレー１−（１０）にろう湘されて
いる。

また、リング（１１）にも複数のアルミニウム・プレー
ジングシート製プレート（１３）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）内部が空気温（１４）内部と連通ずるように接
続されている。空気溜（１４）の幅は偏平中空体（３）
の幅と等しくなっている。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）の下面間口における残りの部分は、隣り合
う偏平中空体（３）の上端間およ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）によって閉
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〉が取イｑｌ）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。

リングく４）の両端には、プレート（２）の孔（２ａ）
に嵌合しうる突部（４ａ）が設置プられており、この突
部（４ａ）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
にも突部（１１ａ）が設けられており、一方の突部（ｌ
ｌａ　）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１−（１０）にろう付さ
れている。左右のサイド・プレート（１０）の孔（１０
ａ）には、それぞれ連通状にアルミニウム製パイプ（１
７）　（１８＞が溶接されている。

両パイプ（１７）　（１８）のサイド・プレーＩへ（１
０）への接合端には孔（ｉｏａ）に嵌合しうる突部が設
けられ、この突部を孔（１０ａ）に嵌合さゼて溶接され
ている。左側のパイプ（１７）の左端にはフランジ（１
７ａ）が設けられ、このフランジ＜１７ａ）に！（１９
）が取（＝ｌ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ｍ（２０）が取付（プられている。藍（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。

放熱フィン（５）　４ｔ、偏平中空体（３）の幅方向に
伸びる多数の凹凸のすしを有してＪ５す、偏平中空体（
３）にろうイ」されている。

プレート・フィン（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）かあ（）られて
いる。また、プレー１−・フィン（６）の４１−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・フィン（６）および偏平中空体（３）に当接
している。プレート・フィン（１３）にもプレート・フ
ィン（６〉と同様にリング挿通孔（１３ａ−）および４
つの突起（２２）が設（プられている。

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ィ
ン（５）により放熱部（Ａ）が形成され、リング（４）
＜１１）、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
まっている。液状冷媒（Ｂ）を封入するさいにＪ：され
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）と冷却フィ
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っている。電力供給線（２５）は
孔（２０ａ）を通って外部に導出され、孔（２０ａ）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。冷却フィン（２４）は、銅またはア
ルミニウム合金がらなり、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拐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ィ
ン（２４）に塗布し、乾燥ざぜた後ろうイ１される。冷
却フィン（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ｌこめ多孔質面とするこ
とができないので、フィン（２４）の表面に予めニッケ
ルメッキを施しておく。

このＪ：うな構成において、半導体素子（２３）から発
生した熱は冷却フィン（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
却フィン（２４）表面におけるアルミニウム粉体（２７
）で形成された多孔空隙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・フィ
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）　Ｊ５よび放熱フィン（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間内を流
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）はだ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・フィンおよびサイ
ド・プレート（１０）を所定の位置にセットし、真空ろ
うイ」法により同時にろう（＝Ｊ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１−（２＞にあ（プられ
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
下縁どうしだりが連結壁（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
温（１４）とを連通さけるようにしておく。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。

【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ｒ
ｖ　−ｒｖ線にそう断面図、第５図は冷却フィンの垂直
断面図、第６図はプレー１〜・フィンの斜視図である。（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）・・・放熱フィン、（６）・・
・プレート・フィン、（７）・・・連結壁。以　上外４名第２図第４図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

縦長でかつ下端部に孔（２ａ）かあ（プられた１対のプ
レート（２）が対向状に配回されるとともに、両プレー
ト（２）の周縁全体のうち少な（とも両側縁および下縁
どうしが両プレート（２）間に配回された連結壁（７）
を介してまたはプレート〈２）に設番プられた屈曲部に
、Ｊ３い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、寸べての偏平中空体（３）が、
隣り合う偏平中空体（３）どうしの間の下端部に孔（２
ａ）を囲むように介在さぜられたリング（４）によって
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ィン（５
）が介在さけられ、リング（４）にプレート・フィン（
６）が嵌め被せられてリング（４）に接合されている半
導体素子冷却装置装置。