JPH0423831B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、冷却液を供給するための少なくとも
１つの集合通路を有しており、この集合通路が複
数の冷却スリツトと接続されていて、該冷却スリ
ツトが少なくとも１つの平らな半導体載着面に形
成されており、さらに冷却体の縁側に開放する液
体流出孔を有している形式の電力半導体素子の液
冷のための液冷体に関する。

従来の技術 前述の形式の冷却体は、ドイツ連邦共和国特許
出願公開第2402606号明細書において公知である。
ここにおいては、種々の形状の半導体のための冷
却体が示されており、この冷却体において冷却液
は、大きな直径の軸方向孔を通つて狭い接続通路
を介してワツフル状の切欠き部内へ流れ、このワ
ツフル状の切欠き部が半導体素子の接続底部まで
通じており、このことによつて半導体素子の直接
的な冷却が可能である。ここから冷却液は、縁側
の環状通路及び出口孔を通つて半径方向で外方
へ、冷却体を取囲む室内へ流れる。

発明の課題 本発明の課題は、できるだけ簡単な構成におい
て、冷却液の冷却効果を改善することである。

課題を解決するための手段 前述の課題を解決するための手段は、冷却体が
縁側に冷却部材を有していることである。

本発明の有利な実施態様において、冷却部材を
冷却リブ、冷却ピンなどの形状で形成することに
より冷却体の縁側外周において熱交換面が広くさ
れることによつて、このような形状の冷却部を有
していない冷却体よりも、時間毎に著しく多い熱
の排出が得られる。

本発明の有利な実施態様により、冷却体の冷却
リブの周りを所期のようにかつ強化されて流れる
ことによつて冷却作用が改善される。このばあい
冷却液体は、接続方向で冷却スリツトから周囲の
室内へ流れかつこのばあい付加的な熱を冷却体か
ら排出する。このことによつてオイル冷却のさい
には熱抵抗が、冷却リブ、冷却ピンなどを有して
おらずかつ周りを流れる冷却作用を強化されてい
ないばかりか、半導体載着面しか冷却液によつて
冷却されないような冷却体に較べて1/3まで低下
される。

冷却スリツトが方形形状を有していると有利で
あり、この形状により製造技術が極めて簡単にな
る。さらに有利な実施態様により、冷却スリツト
を、三角形形状、半円形状あるいは台形形状に形
成することができる。

要するに冷却スリツトの形状を、その都度の要
求に任意に適合させることができる。

冷却スリツトが、平行な相互位置からずれて、
たとえば半径方向に配置されているばあいに、冷
却スリツトが蛇行線形状あるいは伸開線形状であ
ると有利である。冷却スリツトを半径方向で配置
するのは、冷却体が円筒形状であるばあいに適し
ており、このばあいはもちろん円筒状の冷却体の
直径は冷却される面の直径に相応する。

冷却スリツトがら旋状に形成されているばあい
には、冷却液が比較的長い距離にわたつて冷却部
材と接しており、従つて特に効果的な冷却が得ら
れる。冷却液が半径方向に対して角度を有して流
出することによつて、冷却体の周面において冷却
液のうず流が強化され、このことによつて有利な
冷却が生ぜしめられる。

一般的な作用形式のために、冷却スリツトは一
定の横断面形状を有している。しかし場合によつ
ては、冷却スリツトが拡大される横断面形状で形
成されていると有利である。横断面の大きさを変
化させることによつて、冷却液の流れ速度も変化
される。

さらに、冷却スリツト内で冷却液のうず流を生
ぜしめるために、冷却スリツト縁に切欠き部を備
え、及び／又は冷却スリツト内にうず形成部材を
配置させることによつて、冷却作用はさらに改善
される。

実施例 第１図及び第２図において、円板状の冷却体１
が２つの半導体載着面２を備えている。それぞれ
の半導体載着面２には複数の平行な冷却スリツト
３が形成されており、該冷却スリツトを、方形横
断面形状３．１あるいは三角形横断面形状３．２
あるいは半円形の底部を有する半円形横断面形状
３．３あるいは台形横断面形状３．４に形成する
ことができる。簡略化するために、第３図におい
てはこのような種々異なる形状のスリツトが１つ
の冷却体に示されているが、実際にはたとえばこ
のような形状のスリツトのうち１つだけが１つの
冷却体に使用される。

冷却スリツト３は、それぞれ２つの接続通路４
を介して集合通路７と接続されている。符号５に
よつて心定め孔を示す。集合通路７の端部にねじ
山８が形成されている。孔６が、冷却体１の電気
接続部として使用される。

符号９が冷却部材を示し、この冷却部材は偏平
な冷却リブ９．１あるいは個々の冷却ピン９．２
の列あるいは冷却ニードル９．３として形成され
る。冷却ピンは、棒状又は台すい形状に形成され
ていてかつ有利には菱形又は正方形の横断面形状
を有しており、さらに対角線は冷却液の主流方向
に対して直角に向いている。隣接する例の冷却ピ
ンは有利には互いにずらされており、従つて流過
する冷却液の有利なうずを形成する。排出すべき
熱を良好に冷却液へ排出することができるよう
に、冷却部材が比較的大きな導熱面を有している
ことが重要である。冷却部材９を有する冷却体
は、たとえば銅、アルミニウムあるいはその化合
物のような導熱性金属から成つている。

第２図には、簡略化のために円板状の電力半導
体素子１０だけが示されており、この電力半導体
素子が半導体載着面２によつて、及び運転時に冷
却スリツト３を通つて流れる冷却液によつて直接
冷却される。面取り部の範囲に開口する冷却スリ
ツト３から、冷却液が図示されない液体容器内へ
自由に流れる。冷却液体は集合通路７に圧力下で
供給される。冷却液容器内に、冷却すべき複数の
構成グループを互いに並べてあるいは連続して配
置することができる。このような構成グループ
は、パワーエレクトロニクスにおいて一般的に、
冷却体、電力半導体、冷却体、電力半導体などの
ようにサンドイツチ状の順序で配置されている。
構成グループの円板状の素子は、図示されない締
付け装置によつて互いに締付けられており、従つ
てそれらの間で有利な電気的及び熱導的接触が生
じ、このことがたとえばドイツ連邦共和国特許出
願公開第2903771号明細書において記載されてい
る。

第４図の平面図は、冷却部材９と電気的な接続
部のための２つの孔６とを有する第１図及び第２
図の冷却体１においてら旋状に配置された冷却ス
リツト３を示している。冷却スリツト３は、冷却
体外側縁において40度から90度の範囲で冷却液流
出角αを有しており、この冷却液流出角αは、液
体流出端部における半径方向軸線Ａと冷却スリツ
ト中心軸線Ｂとの間で測定される。このことによ
つて、冷却液、たとえばオイルが、冷却部材と冷
却体の間を流れかつ冷却体１の外縁における冷却
部材９のそばを流れかつこの冷却部材９から熱を
排出することができる。

第３図は冷却体１における冷却スリツト３の４
つの実施例を破断して示す。冷却スリツト３は、
２つの実施例では半径方向に、別の２つの実施例
はほぼ半径方向に案内されている。冷却スリツト
は、第３図には示されない集合通路７に接続通路
４を介して接続されている。図面から明らかなよ
うに、液体は冷却体１の中央に案内され、次いで
そこから冷却体の外側縁へ流れる。冷却スリツト
は直線形状３．５に形成されており、別の冷却ス
リツトは外方へ拡大された形状３．６を有してお
り、さらに別の冷却スリツトは蛇行線形状３．７
に延びており、さらに別の冷却スリツトは伸開線
形状３．８を有している。最後に述べた２つの冷
却スリツト３．７，３．８はもちろん、別の類似
して形成された、一般的に半導体載着面２にわた
つて区分された冷却スリツトと組み合わせられ
る。

冷却スリツト内の冷却液の良好なうず形成、ひ
いては冷却体１から冷却液への良好な熱伝達を得
るために、冷却スリツト３．５〜３．８がスリツ
ト縁に隆起部あるいは切欠き部11.1〜11.3を有し
ており、これらの切欠き部は互いにずらされて配
置されている。このような切欠き部は、たとえば
半円形状１１．１、あるいは三角形状１１．２あ
るいは方形形状１１．３である。

うず形成及び冷却作用は次のことによつてさら
に改善される。つまり、冷却スリツト３内にうず
形成部材１２．１〜１２．６が突入しており、こ
のうず形成部材とたとえば載頭円すい形状１２．
１、あるいは円筒形状１２．２、あるいは円すい
形状１２．３、あるいは角すい台形状１２．４、
あるいは角柱形状１２．５、あるいは三角すい形
状１２．６である。第３図には、うず形成部材の
種々の形状が概略的に示されている。種々のうず
形成部材及び切欠き部を、１つの冷却体１におい
て組み合わせて使用することもできる。

もちろん本発明は図示の実施例に限定されな
い。別の形状の冷却スリツト３を使用することも
できる。冷却体が１つの冷却体として形成される
ばあいに、冷却体１は片側でのみ冷却スリツトを
有することもでき、１つの冷却体は１つの半導体
素子のみを冷却する。冷却体１が別の形状を有し
ていることもできる。

発明の効果 本発明によつて得られる利点は、良好に冷却さ
れた半導体が電気的に高く負荷されることがで
き、すなわち高い電流容量が得られることであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却体の平面図、第２図は第１の冷却
体の断面図、第３図は冷却スリツトの４つの実施
例を４つのセグメントで示す円筒状の冷却体の平
面図、第４図は第１図及び第２図の冷却体の接触
面の平面図である。 １……冷却体、２……半導体載着面、３……冷
却スリツト、３．１……方形横断面形状、３．２
……三角形横断面形状、３．３……半円形横断面
形状、３．４……台形横断面形状、３．５……直
線形状、３．６……拡大形状、３．７……蛇行線
形状、３．８……伸開線形状、４……接続通路、
５……心定め孔、６……孔、７……集合通路、８
……ねじ山、９……冷却部材、９．１……冷却リ
ブ、９．２……冷却ピン、９．３……冷却ニード
ル、１０……電力半導体素子、１１．１……半円
形形状、１１．２……三角形状、１１．３……方
形形状、１２．１……載頭円すい形状、１２．２
……円筒形状、１２．３……円すい形状、１２．
４……角すい台形、１２．５……角柱形状、１
２．６……三角すい形状。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電力半導体素子１０の液冷のための冷却体１
   であつて、冷却液を供給するための少なくとも１
   つの集合通路７を有しており、この集合通路が複
   数の冷却スリツト３と接続されていて、該冷却ス
   リツトが少なくとも１つの平らな半導体載着面に
   形成されており、さらに冷却体の縁側に解放する
   液体流出孔を有している形式のものにおいて、冷
   却体１が縁側に冷却部材９，９．１，９．２，
   ９．３を有していることを特徴とする電力半導体
   素子の液冷のための冷却体。 ２ 冷却部材９が、冷却リブ９．１あるいは冷却
   ピン９．２あるいは冷却ニードル９．３として形
   成されている特許請求の範囲第１項記載の冷却
   体。 ３ 冷却スリツト３が、方形横断面形状あるいは
   三角形横断面形状あるいは半円形横断面形状ある
   いは台形横断面形状を有している特許請求の範囲
   第１項又は第２項記載の冷却体。 ４ 冷却スリツト３が少なくとも部分的に、蛇行
   線形状３．７あるいは伸開線形状３．８あるいは
   ら旋形状に形成されている特許請求の範囲第１項
   から第３項までのいずれか１項記載の冷却体。 ５ 冷却スリツト３が半径方向で外方へ広大する
   形状３．６を有している特許請求の範囲第１項か
   ら第３項までのいずれか１項記載の冷却体。 ６ 冷却スリツト３から冷却液が流出する角度α
   が40度から90度までの範囲にあり、さらに冷却体
   の縁側を取囲む室内への、冷却スリツトからの冷
   却液の流出部における流出角度αが、冷却スリツ
   ト３の液体流出端部における半径方向の軸線Ａと
   冷却スリツト軸線Ｂとの間の角度を示している特
   許請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１
   項記載の冷却体。 ７ 冷却スリツト内の冷却液にうずを形成するた
   めに、冷却スリツト３がスリツト縁において切欠
   き部１１．１……１１．３を有しており、及び／
   又は冷却スリツト３内にうず形成部材１２．１…
   …１２．６が突入している特許請求の範囲第１項
   から第６項までのいずれか１項記載の冷却体。 ８ 切欠き部１１．１……１１．３が半円形状１
   １．１あるいは三角形状１１．２あるいは方形形
   状１１．３に形成されている特許請求の範囲第７
   項記載の冷却体。 ９ うず形成部材１２．１……１２．６が、載頭
   円すい形状１２．１あるいは円筒形状１２．２あ
   るいは円すい形状１２．３あるいは角すい台形状
   １２．４あるいは角柱形状１２．５あるいは三角
   すい形状１２．６に形成されている特許請求の範
   囲第７項記載の冷却体。 １０ 円板状に形成されている特許請求の範囲第
   １項から第９項までのいずれか１項記載の冷却
   体。