JPH04196154A - 半導体冷却装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は主として電力用半導体素子の冷却に使用される
ヒートパイプを利用した半導体冷却装置に関するもので
ある。

（従来の技術） ザイリスタのような電力用半導体素子に電流を流すと大
量の熱か発生するため、冷却装置を取り付けて放熱させ
る必要かある。

このために用いられている従来の半導体冷却装置は例え
ば第６図に示すとおりのもので、半導体基体（１）の両
面の導電部を銅のような熱伝導率のよい材料からなる大
型のものとするとともに、更にその外側に受熱ブロック
（２）を密着させ、この受熱ブロック（２）にヒートパ
イプ（３）を挿入してその先端に多数枚の冷却フィン（
４）を取り付けた構造となっている。

ところかこのような構造の半導体冷却装置は、ヒートパ
イプ（３）の先端に多数枚の冷却フィン（４）か取り付
けられているので構造か複雑で取扱いか不便となるうえ
、装置が大型化して組立て及びメンテナンスを含めたコ
ストか高くなってしまう欠点かあった。また屋外に設置
した場合には冷却フィン（４）の間にゴミかたまり冷却
性能か低下するという欠点があった。

（発明か解決しようとする課題） 本発明は上記したような従来の問題点を解決して、構造
が簡単てしかも高い冷却性能を持つ半導体冷却装置を提
供するために完成されたものである。

（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するためになされた第１の発明は、半
導体素子に密接する受熱ブロックにヒートパイプの一端
を埋設するとともに、このヒートパイプの他端を、蒸発
部と凝縮部とを持つよう液体冷媒を封入した容器の蒸発
部に挿入したことを特徴とするものである。

また第２の発明は、半導体基体を封入している絶縁容器
を貫通させてヒートパイプを取付け、ヒートパイプの内
部の絶縁冷媒を半導体基体に直接接触させるとともに、
このヒートパイプの他端を、蒸発部と凝縮部とを持つよ
う液体冷媒を封入した容器の蒸発部に挿入したことを特
徴とするものである。

（作用） 第１の発明の半導体冷却装置においては、半導体素子の
動作により生じた熱を半導体素子に密接する受熱ブロッ
クによりヒートパイプに導き、ヒートパイプの先端に取
り付けられた容器の蒸発部で液体冷媒を蒸発させること
により沸騰冷却を行わせる。そして蒸発部てヒートパイ
プから熱を受取り気相化した液体冷媒は容器の凝縮部で
液相化し、その際に外部への放熱か行われる。

第２の発明の半導体冷却装置においては、半導体素子の
動作により生じた熱は半導体基体に接触しているヒート
パイプの絶縁冷媒に直接伝わる。

そしてこの熱は第１の発明と同様にヒートパイプの先端
に取り付けられた容器の蒸発部で液体冷媒を蒸発させ、
気相化した液体冷媒は容器の凝縮部で液相化して外部へ
の放熱が行われる。

以下にこれらの発明の実施例を示す。

（実施例） 〔第１の発明の実施例〕 第１図において、（５）はザイリスタのような半導体基
体を絶縁容器に収納した半導体素子、（２）はこの半導
体素子（５）の両側に密接させた受熱ブロックである。

（３）は一端をこれらの受熱ブロック（２）に埋設した
ヒートパイプであり、これらのヒー１へパイプ（３）の
他端は容器（６）の内部に挿入されている。

容器（６）は例えば銅、アルミニウムのような熱伝導性
の良好な金属材料からなるもので、その内部ニハバーフ
ロロカーボンのような低沸点の液体冷媒（７）が上部に
空間を残して密封されている。そして容器（６）内の液
面よりも下の部分か蒸発部（８）、液面よりも上の部分
が凝縮部（９）とされている。ヒートパイプ（３）の上
端は蒸発部（８）内に浸漬されており、ヒートパイプ（
３）を通じて伝えられた熱か液体冷媒（７）を蒸発させ
て沸騰冷却か行われる。また蒸発部（８）で気相化した
液体冷媒（７）は凝縮部（９）て液相化し、外部への放
熱が行われる。第１図の実施例では、容器（６）の凝縮
部（９）の表面にひだ００）を形成して放熱面積を拡大
し、放熱効率を高めている。

このように構成された半導体冷却装置は、従来のように
ヒートパイプから冷却フィンに熱を移動させたうえ放熱
するものとは異なり、ヒートパイプ（３）から液体冷媒
（７）へ直接熱を移動させることかできるので、冷却性
能を大幅に向上させることができる。この液体冷媒（７
）には特に電気的な絶縁性は要求されないので水のよう
な安価な液体を使用することもてきる。また容器（６）
は箱型となるので組立てや取扱いが容易であり、ゴミの
付着等を防止することもできる。なお、電気的な絶縁性
を確保するため、ヒートパイプ（３）を受熱ブロック（
２）から引き出す部分に絶縁部材を挟んでおくこともて
きる。

第１図の実施例では各受熱ブロック（２）から引き出し
たヒートパイプ（３）の先端にそれぞれ容器（６）を取
り付けたか、第２図の実施例では共通の容器（６）を使
用している。たたしこの場合にはヒートパイプ（３）の
途中に絶縁部材０１）を設けて電気的に絶縁しておく必
要かある。更に第３図の実施例では、直列に配置された
４つの受熱ブロック（２）から引き出したヒートパイプ
（３）の先端を共通の容器（６）の蒸発部（８）に浸漬
させである。これらの実施例のように共通の容器（６）
を使用した場合には、容器（６）の放熱面積を拡大し易
くなり、かつ全体の小型化を図ることかできる。

第４図の実施例では、容器（６）の凝縮部（９）に循環
経路（１２か形成されている。これにより容器（６）内
における沸騰冷却の冷媒の流動経路か確保され易くなり
、冷媒の循環量か増加し冷却能力が向上することとなる
。またこの実施例では循環経路（１２１の外側にフィン
α３が設けてあり、更に放熱効果を高めている。

〔第２の発明の実施例〕 第５図は第２の発明の実施例を示すもので、半導体基体
（１）を封入している絶縁容器α４）を貫通させてヒー
トパイプ（３）を取付け、ヒートパイプ（３）の内部の
パーフロロカーボンのような絶縁冷媒（１５）を半導体
基体（１）に直接接触させた構造となっている。

そしてヒートパイプ（３）の一端を液体冷媒（７）か封
入された容器（６）に挿入したことは第１の発明と同様
である。

このような構成とすることにより、半導体基体（１）か
ら発生する熱を半導体基体（１）に接触しているヒート
パイプ（３）の絶縁冷媒０９に直接伝え、極めて迅速に
放熱を行わせることができ、放熱効率を著しく向上させ
ることができる。なおヒートパイプ（３）の絶縁冷媒（
１５１は半導体基体（１）の正極と負極とに同時に接触
することとなるか、パーフロロカーホン等を使用すれば
充分な絶縁性を持つためにトラブルを生ずることはない
。なお、図中ＯＱは半導体基体（１）に電流を流す電極
となる導体部であり、０７）は前記基体（１）を熱応力
より保護する温度補償板である。

（発明の効果） 以」二に説明したように、本発明の半導体冷却装置はヒ
ートパイプの他端を蒸発部と凝縮部とを持つよう液体冷
媒を封入した容器の蒸発部に挿入したので、従来のよう
な複雑な冷却フィン形状が不要となり、構造を簡素化す
ることができる。また冷却性能が向上するために装置全
体が小型化し、コストも低下することとなる。更にヒー
トバイブプの配置やパイプ間隔に影響を受けずに放熱面
積を広く取ることができるとともに、放熱部の形状も自
由に設定することができることとなる。

よって本発明は従来の問題点を解消した半導体冷却装置
として、産業の発展に寄与するところは極めて大きいも
のがある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は第１の発明の実施例を示す一部切欠正
面図、第５図は第２の発明の実施例を示す断面図、第６
図は従来例を示す一部切欠正面図である。 （１）・半導体基体、（２）：受熱ブロック、（３）：
ヒートパイプ、（５）二手導体素子、（６）：容器、（
８）：蒸発部、（９）：凝縮部、０２＝循環経路、０３
：フィン、（＋４１：絶縁容器、０９：絶縁冷媒。 第２図 第　３　囚 ２２２５−’： 第４図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体素子（５）に密接する受熱ブロック（２）に
   ヒートパイプ（３）の一端を埋設するとともに、このヒ
   ートパイプ（３）の他端を、蒸発部（８）と凝縮部（９
   ）とを持つよう液体冷媒（７）を封入した容器（６）の
   蒸発部（８）に挿入したことを特徴とする半導体冷却装
   置。 ２、容器（６）の凝縮部（９）にフィン（１３）付きの
   循環経路（１２）を形成したことを特徴とする請求項１
   に記載の半導体冷却装置。 ３、半導体基体（１）を封入している絶縁容器（１４）
   を貫通させてヒートパイプ（３）を取付け、ヒートパイ
   プ（３）の内部の絶縁冷媒（１５）を半導体基体（１）
   に直接接触させるとともに、このヒートパイプ（３）の
   他端を、蒸発部（８）と凝縮部（９）とを持つよう液体
   冷媒（７）を封入した容器（６）の蒸発部（８）に挿入
   したことを特徴とする半導体冷却装置。