JPS6335104B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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、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
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
ンパクトな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、
すべての偏平中空体が、隣り合う偏平中空体どう
しの間の下端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
て接合すること、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、ろう付法により
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インとはろ
う付するのがよい。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は、たとえば真空ろ
う付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
伝わると、冷媒が沸騰して気化する。このガス状
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。

この発明の半導体素子冷却装置は、上記のよう
に構成されて、冷媒密閉タンク部と放熱部とが一
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となる。

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の下端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とを備えている。

アルミニウム製プレート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の周縁全体のうち両側縁およ
び下縁どうしをアルミニウム製連結壁６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７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７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８が配置され、
プレート２内面にろう付されている。このフイン
８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９ａ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９が配置され、アルミニウム製円形
リング１０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９と左右両端の偏平中空
体３との間におけるリング１０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１１が配置されて偏平中空体３およびサイ
ド・プレート９にろう付されている。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１２に偏平中空体３内部が空気溜１２
内部と連通するように接続されている。空気溜１
２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９の上端も空気溜１２の左右両
端に接合されている。空気溜１２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９の上端との間に介在されたアルミ
ニウム製角材１３によつて閉塞されている。空気
溜１２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１４が取付けられている。この管１４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１０の両端にも突部
１０ａが設けられており、一方の突部１０ａがプ
レート２の孔２ａに嵌合され、他方の突部１０ａ
がサイド・プレート９の孔９ａに嵌合された状態
で、リング１０がプレート２およびサイド・プレ
ート９にろう付されている。左右のサイド・プレ
ート９の孔９ａには、それぞれ連通状にアルミニ
ウム製パイプ１５，１６が溶接されている。両パ
イプ１５，１６のサイド・プレート９への接合端
には孔９ａに嵌合しうる突部が設けられ、この突
部を孔９ａに嵌合させて溶接されている。左側の
パイプ１５の左端にはフランジ１５ａが設けら
れ、このフランジ１５ａに蓋１７が取付けられて
いる。右側のパイプ１６の右端にはフランジ１６
ａが設けられ、このフランジ１６ａに蓋１８が取
付けられている。蓋１８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２０に電力を与えるための電力供給線２２を挿
通させる孔１８ａ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。

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
０、偏平中空体３におけるリング４，１０と対応
する高さ位置に存在する部分およびパイプ１５，
１６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Ｂを封入するさいにまぎれ込んだ空気等
は、フロンよりも軽いので空気溜１２内に押し上
げられる。

タンク部Ｂ内には、半導体素子２０と冷却フイ
ン２１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２０には電力供給線２２によ
り電力が供給されるようになつている。電力供給
線２２は孔１８ａを通つて外部に導出され、孔１
８ａ内における電力供給線２２のまわりに絶縁材
２３が充填されている。冷却フイン２１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２４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２４は、た
とえばアルミニウム粉体２４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２１に塗布し、
乾燥させた後ろう付される。冷却フイン２１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２１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２０から
発生した熱は冷却フイン２１およびアルミニウム
粉体２４を経て液状冷媒Ｃに伝わる。このとき、
冷却フイン２１表面におけるアルミニウム粉体２
４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２０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７，
８、連結壁６、放熱フイン５、リング４，１０お
よびサイド・プレート９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１２およびパイプ１５，１６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、
隣り合う偏平中空体３間に縦長方形のアルミニウ
ム・ブレージングシート製放熱プレートを配置
し、この放熱プレートとの間に放熱フインを配置
してろう付してもよい。こうすれば伝熱面積が増
大して冷却効率が向上する。上記放熱プレートの
下端部にはリング４の外径と等しい径の円形孔を
あけておき、この円形孔にリング４を挿通させて
放熱プレートを取付ける。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６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１２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１２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図は冷却フインの垂直断面図である。 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……連結壁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 縦長でかつ下端部に孔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間に配置された連
   結壁６を介してまたはプレート２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どうしの間の下端部
   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が介在させられている半導体素子冷却装
   置。