JPH0465156A - 半導体装置の冷却器 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は車両搭載用半導体装置の半導体スタック等の冷
却に利用される半導体装置の冷却器の改良に関する。

（従来の技術） 一般に、安定な継続動作を確保する観点から車両用半導
体装置の半導体スタックには第５図に示すような半導体
冷却用熱交換器（以下、ヒートバイブ式冷却器と呼ぶ）
が取り付けられている。

同図（ａ）はヒートバイブ式冷却器の平面図、同図（ｂ
）はその右側面図である。すなわち、このヒートバイブ
式冷却器１は、ブロック２の一側面に所定間隔を有して
三本のヒートバイブ３が埋め込まれ、前記ブロック２か
ら外部に突出された三本のヒートバイブ３には所定間隔
を有して多数のフィン４が取り付けられている。さらに
、ヒートバイブ３のブロック２近傍部分に他のフィン４
よりも厚めの取付用フィン４ａが取付けられている。

次に、第６図は以上のようなヒートバイブ式冷却器を用
いた場合の半導体スタックの構成を示す図である。同図
（ａ）は正面図、同図（ｂ）はその右側面図である。同
図において１１は半導体素子であって、この半導体素子
１１は両側からヒートバイブ式冷却器１のブロック２．
２によって挟まれ、さらに介在物を介した後、圧接用ク
ランプ１２によって圧接されている。なお、この圧接機
構およびヒートバイブ式冷却器１，１のフィン部分を半
導体装置の収納箱の密閉室内に収納することも考えられ
るが、フィン部分からの発熱が大きく室内の温度が上昇
するので室外に置かれている。

その結果、外部から水、塵埃の侵入を防ぐ仕切板として
機能する半導体スタック取付板１３が設けられ、この取
付板１３に半導体素子１１の他、ヒートバイブ式冷却器
１，１のフィン４ａ、４ａが取付けられる。なお、前記
圧接クランプ１２は取付板１３またはブロック２に支持
されている。さらに、取付板１３のフィン４ａ取付面と
は反対側面には２枚の絶縁板１４ａ、１４ｂがブロック
２を挟むようにして半導体スタック取付板１３にネジ止
めされている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、以上のようなヒートバイブ式冷却器の場合には
次のような点が問題として指摘されている。

■　その１つは、車両搭載用冷却器であるので、その冷
却器の奥行方向（ヒートバイブ長手方向）のスペースが
限られており、そのためし−トパイプの長さか制限され
、１個当たりのヒートバイブ式冷却器１の冷却能力に限
界があること。

■　また、ジャイアントトランジスタのようなモールド
形半導体素子を取付けるに際し、その取付はスペースが
限られているので、そのスペースに合せて幾つかのヒー
トバイブ式冷却器に分けて取付ける必要があり、その分
だけ配線長が長くなり、また配線のインダクタンス分に
アンバランスが生じ、半導体スタックの所望とする性能
が得られず、ひいては半導体素子１１の破壊につながる
恐れがあること。

■　また、半導体素子１１をヒートバイブ式冷却器１の
ブロック２で挟んで圧接クランプ１２で圧接した後、半
導体スタック取付板１３に取付けるに際し、ブロック寄
りのフィン４ａの板厚を厚くしてネジ止めする方法であ
るので、ヒートバイブ自体に力が加わり、車両の振動に
対して充分な強度が得られない。しかも、以上のような
冷却器取付は手段の場合には構造が複雑であり、しかも
車両にスタックを取付けたとき充分な防塵、防沫を行う
ことが困難である。

■　さらに、ヒートバイブ式冷却器１のブロック部分を
絶縁板１４ａ、１４ｂで押さえ、かつ、ブロック２から
Ｌ字部材を出して例えば絶縁板１４ａに固定する方法で
あるので、同様に振動に対して充分な強度が得られない
。

■　さらに、各半導体素子１１ごとにヒートバイブ式冷
却器１が２個ずつ必要となり、その結果、半導体素子１
１が増えるごとに更に防塵、防沫性が悪くなる問題があ
る。

本発明は上記実情にかんがみてなされたもので、限られ
たスペースを有効に利用して高い冷却性能を発揮でき、
車両の振動に対しても充分な強度を確保し得るとともに
防塵、防沫性に優れた半導体装置の冷却器を提供するこ
とを目的とする。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を達成するために、一方の面部に半導
体装置の取付は面を有し、内部には中空の冷媒流路が形
成された中空ブロックと、この中空ブロックの半導体装
置取付は面とは反対側の面に取り付けられ、前記ブロッ
クの冷媒流路と連通ずるような中空の冷媒流路が形成さ
れた冷媒伝達体と、この冷媒伝達体の長手方向に所定の
間隔を有して取り付けられた放熱フィンとを備えた構成
である。

（作用） 従って、本発明は以上のような手段を講じたことにより
、冷却対象である例えば半導体素子を中空ブロックの一
方の面に押圧して取付けた後、半導体素子において所望
とする動作を継続すれば半導体素子が発熱する。このと
き、冷却器においては、冷却媒体が中空ブロック内の冷
却流路および冷媒伝達体内の冷却流路を循環しているの
で、半導体からの発熱が中空ブロックの幅方向に移動し
つつ放熱し、また冷媒伝達体によって奥行方向に移動し
つつ放熱し、さらに中空ブロック内の冷却流路および冷
媒伝達体内の冷却流路を通って多数のフィンから外部に
放熱することにより、限られたスペースを有効に利用し
て高い冷却性能を維持でき、しかも防塵性、防沫性に優
れたものを実現でき、取付板に対し取付面積が広く、強
固な構造体である中空ブロックを取付けることから車両
の振動に対しても強度を上げることができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図を参照して説明
する。同図（ａ）は本発明における冷却器の平面図、同
図（ｂ）は一部切欠いて示す上面図である。同図におい
て２０はヒートパイプ式冷却器であって、これは中空ブ
ロック２１の半導体素子取付は側とは反対側の面に中空
の冷媒流路を形成した複数の冷媒伝達体２２が取り付け
られ、さらに冷媒伝達体２２には所定の間隔を有して多
数の放熱フィン２３．・・・が取り付けられている。

前記中空ブロック２１は、半導体素子取付は面２１ａを
有し、かつ、内部的には図示上下方向に所定の間隔をも
って仕切られ、上下方向に対しである一部分で連通して
冷媒流路を形成するような複数の空洞溝２１ｂが形成さ
れ、その空洞溝２１ｂの一端、つまり前記半導体素子取
付は面２１ａとは反対側の面には前記空洞溝２１ｂの開
口部を位置させてなる構成である。

前記冷媒伝達体２２は、細長い矩形状の箱体に形成され
、その箱体内部の幅広方向に対して所定の間隔ごとに仕
切板２２ａにて仕切ることにより複数の冷媒流路２２ｂ
が形成されている。そして、冷媒伝達体２２の先端側、
つまり中空ブロック２１の取付は側に位置する冷媒流路
２２ｂは開口され、前記ブロック２１の空洞溝２１ｂと
連通ずる構成となっている。この仕切板２２ａの後端側
は箱体内側壁面から所定距離離すことにより、冷媒伝達
体２２の内側壁面全周にわたって冷媒流路が形成され、
冷却媒体が各冷媒流路２２ｂを容易に流入・流出可能に
なっている。

従って、中空ブロック２１の空洞溝２１ｂと冷媒伝達体
２２の冷媒流路２２ｂとが連通され、冷却媒体が自由に
流通できるようになっている。なお、中空ブロック２１
の数箇所に冷却媒体の入っている空間部分の密閉を失わ
ないように配慮しながらネジ穴２１ｃが設けられている
。

次に、第２図は冷媒伝達体２２の形態を改良したもので
あって、具体的には中空ブロック２１から遠ざかるに従
って冷媒伝達体２２．・・・の外形を絞るような形状と
し、これによって冷却媒体の流れを良くする構成である
。

次に、第３図および第４図は以上のような冷却器を用い
た半導体スタックについて説明する。なお、これら第３
図、第４図の（ａ）は半導体スタックの正面図、同図（
ｂ）はその右側面図である。

先ず、第３図の半導体スタックは、半導体スタック取付
板３１のほぼ中央部分に前記中空ブロック２１の面部よ
りも全体的に狭幅の開口部３１ａが形成されている。こ
の半導体スタック取付板３１の一方面部にはヒートポン
プ式冷却器２０の中空ブロック２１が他方面部側から挿
通されるネジ３２．３２によってネジ止め固定されてい
る。

従って、第３図（ａ）に示す如く半導体スタック取付板
３１の他方面部側から見たとき、中空ブロック２１の面
部が開口部３１ａから露見されている。

そして、この開口部３１ａから露見された中空ブロック
２１の面部には平形の半導体素子３３が固定されるが、
この固定手段としては前記ブロック２１面部から半導体
素子３３の幅よりも多少幅広の間隔をもって２つのネジ
付き支持体３４゜３４が立設され、これら支持体３４．
３４に跨がるように圧接クランプ３５が掛は渡されてい
る。

そして、ナツト３６．３６を用いて圧接クランプ３５の
両側を締め付は螺進せしめることにより、圧接クランプ
３５にて中空ブロック２１に半導体素子３３を圧接する
。

従って、以上のような実施例の構成によれば、中空ブロ
ック２１内部に媒体流路を形成するごとく多数の空洞溝
２１ｂを形成したので、半導体素子３３からの発熱が中
空ブロック２１の幅方向に移動しつつ放熱し、また冷媒
伝達体２２にて奥行方向に放熱し、さらにフィン２３、
・・・にて幅方向に放熱することから、幅方向および奥
行方向を含む全方向にわたって放熱できので、冷却能力
を大幅に高めることができる。しかも、中空ブロック２
１の面部に半導体素子３３を接するように設けたので、
スペースを有効に利用して大きな冷却能力を上げること
ができ、１つの半導体素子３３に対して幾つものヒート
バイブ式冷却器２０を設ける必要がない。

さらに、半導体スタック取付板３１に対して中空ブロッ
ク２１の大きな面部でもって複数箇所にわたってネジ止
めにて固定する構成であるので、車両の振動に対して大
きな強度が得ら、れ、しかも冷媒流路が上下方向に長い
ことから特に車両に多い上下方向の振動に対し強い構造
とすることができる。さらに、中空ブロック２１と半導
体素子３３とが面接触していることから、防塵性、防沫
性に優れている。

次に、第４図の半導体スタックは、第３図と同様に半導
体スタック取付板３１にヒートポンプ式冷却器２０の中
空ブロック２１がネジ止め固定され、さらにモールド形
半導体素子３３がネジ止めにより前記ブロック２１に取
り付けてなる構成である。

この実施例の構成では、モールド形の半導体素子３３を
直接中空ブロック２１に接して取り付は可能であり、し
かも半導体素子３３が多くなれば中空ブロック２１を幅
方向に伸ばすことにより、半導体素子数に比例して冷却
能力を増加させることができ、また半導体素子３３間の
距離も最短に保つことが可能であり、さらに従来のよう
に配線の複雑さを伴うことなく整然と配線でき、配線等
による耐ノイズ性が強く、半導体素子３３の安定動作に
も大きく寄与する。さらに、この冷却器は、平形半導体
素子やモールド形半導体素子の双方に利用でき、設計の
自由度ないしは融通性に富んでものである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、中空ブロックおよ
び冷媒伝達体にそれぞれ循環冷媒流路を設け、しかも中
空ブロック面に半導体素子を接触押圧することにより、
スペース上の制限を緩和しつつ冷却性能を向上でき、し
かも振動に対して充分な強度を有し、防塵性、防沫性に
優れた半導体装置の冷却器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる半導体装置の冷却器の一実施例
を示す図であって、同図（ａ）は冷却器の平面図、同図
（ｂ）は冷却器の右側面図、第２図は冷却器の他の実施
例を示す平面図、第３図および第４図はそれぞれ第１図
または第２図に示す冷却器を用いた半導体スタックを示
す図であって、第３図（ａ）および第４図（ａ）は半導
体スタックの正面図、第３図（ｂ）および第４図（ｂ）
はその右側面図、第５図は従来の冷却器を示す図であっ
て、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はその右側面図、
第６図は第５図の冷却器を用いた半導体スタックを示す
図であって、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）はその右
側面図である。 ２０・・・冷却器、２１中空ブロツク、２１ａ・・・半
導体装置取付は面、２１ｂ・・・空洞溝、２２・・・冷
媒伝達体、２２ａ・・・仕切板、２２ｂ・・・冷媒流路
、２３・・・フィン、３１・・・半導体スタック取付板
、３１ａ・・・開口部、３３・・・半導体素子、３５・
・・圧接クランプ 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 箪 図（ａ） 第 ｅｌ　（ｂ） 第 図（ｂ） 第 図 第 図（ｂ） 第 第 図（ａ） 図 （ｂ） 第 図（ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一方の面部に半導体装置の取付け面を有し、内部には中
   空の冷媒流路が形成された中空ブロックと、この中空ブ
   ロックの半導体装置取付け面とは反対側の面に取り付け
   られ、前記ブロックの冷媒流路と連通するような中空の
   冷媒流路が形成された冷媒伝達体と、この冷媒伝達体の
   長手方向に所定の間隔を有して取り付けられた放熱フィ
   ンとを備え、前記ブロックの冷媒流路と冷媒伝達体の冷
   媒流路との間で冷却媒体を循環させることにより、前記
   ブロックの取付け面に取り付けられた半導体装置を冷却
   することを特徴とする半導体装置の冷却器。