JPH06101524B2 - 半導体素子用冷却体 - Google Patents
半導体素子用冷却体Info
- Publication number
- JPH06101524B2 JPH06101524B2 JP60204428A JP20442885A JPH06101524B2 JP H06101524 B2 JPH06101524 B2 JP H06101524B2 JP 60204428 A JP60204428 A JP 60204428A JP 20442885 A JP20442885 A JP 20442885A JP H06101524 B2 JPH06101524 B2 JP H06101524B2
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- JP
- Japan
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- cooling
- cooling body
- semiconductor element
- pipe
- semiconductor
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/40—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids
- H10W40/47—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids by flowing liquids, e.g. forced water cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/04—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being spirally coiled
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は半導体素子、特に両面に接触電極を有する平形
半導体素子の両面に接触させて冷却を行う冷却体に係
り、特に冷却媒体である液体、例えば水が前記冷却体の
内部を貫流することにより冷却を行う半導体素子の冷却
体に関する。
半導体素子の両面に接触させて冷却を行う冷却体に係
り、特に冷却媒体である液体、例えば水が前記冷却体の
内部を貫流することにより冷却を行う半導体素子の冷却
体に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 最近の半導体素子の発達はめざましく、年々大電流高電
圧化と大容量化され、現在では光で直接点弧できる4000
V−3000Aあるいはそれ以上の半導体素子が開発され実用
化されている。このような大容量の半導体素子ではわず
か数10cm2の小さな電極面から数KW以上の熱損失が発生
する。
圧化と大容量化され、現在では光で直接点弧できる4000
V−3000Aあるいはそれ以上の半導体素子が開発され実用
化されている。このような大容量の半導体素子ではわず
か数10cm2の小さな電極面から数KW以上の熱損失が発生
する。
従つて半導体素子においてこのような小さな電極面から
大量の熱をうばう、より効率のよい冷却体が必要となつ
ている。
大量の熱をうばう、より効率のよい冷却体が必要となつ
ている。
以下従来のこの種の液体による内部貫流形冷却体につい
て第5図乃至第7図により説明する。
て第5図乃至第7図により説明する。
第5図に示すように内部貫流形冷却体1は例えばダイオ
ードサイリスタ、GTO等の平形半導体素子2と交互にス
タック4状に積み重ね前記スタック4の両端より数トン
の圧力で圧接され、冷却体1間は絶縁パイプ3により接
続し構成されている。このように構成されたスタック4
において冷却媒体5である例えば水は絶縁主パイプ6を
介して冷却体1に供給され、順次絶縁パイプ3により冷
却体1を通過することにより、半導体素子2を冷却し、
絶縁主パイプ6を経て熱交換器7に至る経路で循環す
る。なお8は冷却媒体を循環させる循環ポンプである。
ードサイリスタ、GTO等の平形半導体素子2と交互にス
タック4状に積み重ね前記スタック4の両端より数トン
の圧力で圧接され、冷却体1間は絶縁パイプ3により接
続し構成されている。このように構成されたスタック4
において冷却媒体5である例えば水は絶縁主パイプ6を
介して冷却体1に供給され、順次絶縁パイプ3により冷
却体1を通過することにより、半導体素子2を冷却し、
絶縁主パイプ6を経て熱交換器7に至る経路で循環す
る。なお8は冷却媒体を循環させる循環ポンプである。
このように構成された従来の冷却体1は第6図に示すよ
うに熱電導性の良い銅やアルミニウムのブロックに貫流
通路9をつくり、冷却媒体5である水を口出し部10より
流入し、前記冷却体1内に設けられた貫流通路9内を通
過する間に半導体素子2から出る熱をうばうことにより
冷却し、反対側の口出し部10より流出し、絶縁パイプ3
より次の冷却体1へ流入し順次半導体素子2の冷却を行
つている。
うに熱電導性の良い銅やアルミニウムのブロックに貫流
通路9をつくり、冷却媒体5である水を口出し部10より
流入し、前記冷却体1内に設けられた貫流通路9内を通
過する間に半導体素子2から出る熱をうばうことにより
冷却し、反対側の口出し部10より流出し、絶縁パイプ3
より次の冷却体1へ流入し順次半導体素子2の冷却を行
つている。
また第7図に示すように銅やアルミニウムの管11を蛇行
状に曲げて冷却媒体用貫流通路9にして、前記管11全体
をやはり熱伝導性の良い金属で鋳造することにより冷却
体1としている。
状に曲げて冷却媒体用貫流通路9にして、前記管11全体
をやはり熱伝導性の良い金属で鋳造することにより冷却
体1としている。
このように従来の冷却体1は極力その冷却媒体との接触
面積を増やし、その冷却効果を高めるため貫流通路9を
極力長く蛇行状にしている。
面積を増やし、その冷却効果を高めるため貫流通路9を
極力長く蛇行状にしている。
以上のように従来の冷却体1はその貫流通路9を蛇行状
にして曲がりを急にしかつ多くとらねばならないため流
体損失が大きくなるため冷却媒体用循環ポンプ8の容量
を大きくしなければならない。また冷却媒体の流れが冷
却体1の入口から出口まで蛇行しているだけのため、冷
却体1の温度は当然入口附近が最も低く、出口附近が最
も高くなるという不均衡を生じていた。このため半導体
素子2にとつても熱的に不均一となり熱的ストレスが大
きくなる。従つて冷却媒体である水を冷却する熱交換器
9の冷却能力を大きくしなければならない等大きさ、コ
スト等の問題も生じ、整流装置として全体が大きくな
り、経済面、信頼性にも大きな影響が生じてくる。
にして曲がりを急にしかつ多くとらねばならないため流
体損失が大きくなるため冷却媒体用循環ポンプ8の容量
を大きくしなければならない。また冷却媒体の流れが冷
却体1の入口から出口まで蛇行しているだけのため、冷
却体1の温度は当然入口附近が最も低く、出口附近が最
も高くなるという不均衡を生じていた。このため半導体
素子2にとつても熱的に不均一となり熱的ストレスが大
きくなる。従つて冷却媒体である水を冷却する熱交換器
9の冷却能力を大きくしなければならない等大きさ、コ
スト等の問題も生じ、整流装置として全体が大きくな
り、経済面、信頼性にも大きな影響が生じてくる。
[発明の目的] 本発明の目的は上記の問題を解決し、冷却効果の高い経
済的で信頼性の高い、かつ半導体素子にとつて理想的な
冷却の出来る半導体素子用冷却体を提供することにあ
る。
済的で信頼性の高い、かつ半導体素子にとつて理想的な
冷却の出来る半導体素子用冷却体を提供することにあ
る。
[発明の概要] 本発明は冷却媒体の通路である貫流通路を熱伝導性の良
い金属管を折り曲げて棒状にしたものをうず巻き状にし
て半導体素子用冷却体にしたことである。
い金属管を折り曲げて棒状にしたものをうず巻き状にし
て半導体素子用冷却体にしたことである。
[発明の実施例] 以下本発明を第1図乃至第4図を参照して説明する。
第1図に示すように熱伝導性の良い、例えば銅あるいは
アルミニウムの金属パイプ12(この場合角パイプ)を冷
却媒体5貫流通路である往路部分13と復路部分14とを共
に中心部15からうず巻き状に曲げ、隣接するパイプ曲の
スキ間がないように接触させて冷却体1を構成する。
アルミニウムの金属パイプ12(この場合角パイプ)を冷
却媒体5貫流通路である往路部分13と復路部分14とを共
に中心部15からうず巻き状に曲げ、隣接するパイプ曲の
スキ間がないように接触させて冷却体1を構成する。
この場合うず巻き数を適当に選定することにより、任意
の径の冷却体を作ることが出来、更に口出部も任意の位
置にすることも出来る。
の径の冷却体を作ることが出来、更に口出部も任意の位
置にすることも出来る。
なお中心部15は本パイプを曲げるための治具用穴があく
ためその部分は同形の同種金属片をはめ込むことにより
解決できる。また前述したように角パイプを使用してい
るため第2図に示すように半導体素子2との接触面16は
ほんのわずか例えば0.5mmぐらい両面を仕上加工すれば
よい。
ためその部分は同形の同種金属片をはめ込むことにより
解決できる。また前述したように角パイプを使用してい
るため第2図に示すように半導体素子2との接触面16は
ほんのわずか例えば0.5mmぐらい両面を仕上加工すれば
よい。
冷却媒体である水は口出部10より流入し、冷却体1の往
路部分13のパイプより中心部15へ流れ、逆に中心部15よ
り復路部分14のパイプより外周へ流れ、口出部10より流
出する。
路部分13のパイプより中心部15へ流れ、逆に中心部15よ
り復路部分14のパイプより外周へ流れ、口出部10より流
出する。
前述したようにパイプをうず巻き状に構成し、そのパイ
プに直接、半導体素子の電極面を接触させることが出来
るため、冷却効果が高く、さらに往路部分13と復路部分
14とが交互に構成されているため、熱が平均化され、半
導体素子2にとつて理想的な冷却となるため、熱的スト
レスが小さくなる。また貫流通路が全体としてゆるやか
に曲つているため流体損失も小さく、従つて循環ポンプ
8の容量も小さくできる。さらに冷却効果が高いため熱
交換器9の容量も小さくてすみ、整流装置として小形で
経済的なものとすることが可能となる。
プに直接、半導体素子の電極面を接触させることが出来
るため、冷却効果が高く、さらに往路部分13と復路部分
14とが交互に構成されているため、熱が平均化され、半
導体素子2にとつて理想的な冷却となるため、熱的スト
レスが小さくなる。また貫流通路が全体としてゆるやか
に曲つているため流体損失も小さく、従つて循環ポンプ
8の容量も小さくできる。さらに冷却効果が高いため熱
交換器9の容量も小さくてすみ、整流装置として小形で
経済的なものとすることが可能となる。
第4図は本発明の他の実施例を示すもので冷却体1を2
個つなげたものである。例えば半導体素子2をスイッチ
として使用する場合、第3図のように半導体素子2を逆
並列に必要数接続して構成する。その場合第4図のごと
く冷却体1を2個接続して一体とすることが可能となる
ばかりでなく電位的にも確実に接続されることができ
る。さらに必要個数本冷却体1を接続(図示せず)する
ことができるため、半導体素子2を並列に使用する大電
流用にも使用可能で、接続部分がないので、冷却媒体の
漏洩がないため信頼性の高い装置を製作することが可能
となる。
個つなげたものである。例えば半導体素子2をスイッチ
として使用する場合、第3図のように半導体素子2を逆
並列に必要数接続して構成する。その場合第4図のごと
く冷却体1を2個接続して一体とすることが可能となる
ばかりでなく電位的にも確実に接続されることができ
る。さらに必要個数本冷却体1を接続(図示せず)する
ことができるため、半導体素子2を並列に使用する大電
流用にも使用可能で、接続部分がないので、冷却媒体の
漏洩がないため信頼性の高い装置を製作することが可能
となる。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、半導体素子にとつて
熱ストレスのない最適な冷却をすることができ、かつ流
体損失が少なく、また半導体素子のD径に簡単に巻き数
を変化させることにより対応が可能な、冷却効果の高
い、経済的で信頼性の高い半導体素子用冷却体を提供出
来る。
熱ストレスのない最適な冷却をすることができ、かつ流
体損失が少なく、また半導体素子のD径に簡単に巻き数
を変化させることにより対応が可能な、冷却効果の高
い、経済的で信頼性の高い半導体素子用冷却体を提供出
来る。
第1図は本発明の一実施例を示す冷却体の正面図、第2
図は第1図の冷却体の側面図、第3図は半導体素子を逆
並列に接続した場合の構成図、第4図は本発明の他の実
施例を示す冷却体の正面図、第5図は半導体素子と冷却
体とのスタックを示す構成図、第6図は従来の冷却体の
内部図、第7図は従来の他の冷却体の内部図である。 1……冷却体、2……半導体素子 3……絶縁パイプ、4……スタック 5……冷却媒体、6……絶縁主パイプ 7……熱交換器、8……循環ポンプ 9……貫流通路、10……口出し部 11……管、12……金属パイプ 13……往路部分、14……復路部分 15……中心部、16……接触面
図は第1図の冷却体の側面図、第3図は半導体素子を逆
並列に接続した場合の構成図、第4図は本発明の他の実
施例を示す冷却体の正面図、第5図は半導体素子と冷却
体とのスタックを示す構成図、第6図は従来の冷却体の
内部図、第7図は従来の他の冷却体の内部図である。 1……冷却体、2……半導体素子 3……絶縁パイプ、4……スタック 5……冷却媒体、6……絶縁主パイプ 7……熱交換器、8……循環ポンプ 9……貫流通路、10……口出し部 11……管、12……金属パイプ 13……往路部分、14……復路部分 15……中心部、16……接触面
Claims (2)
- 【請求項1】銅あるいはアルミニウム等の熱伝導性の良
い金属パイプを冷却媒体である液体の往路部分と復路部
分とを共に中心部からうず巻き状に曲げて構成したこと
を特徴とする半導体素子用冷却体。 - 【請求項2】前記金属パイプは角形にしたことを特徴と
した特許請求の範囲第1項記載の半導体素子用冷却体。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60204428A JPH06101524B2 (ja) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | 半導体素子用冷却体 |
| CN86107015A CN1010067B (zh) | 1985-09-18 | 1986-09-17 | 散热装置的制造方法及用该方法生产的散热器 |
| DE8686112859T DE3667117D1 (en) | 1985-09-18 | 1986-09-17 | Method for producing heat sink and heat sink thus produced |
| EP86112859A EP0219692B1 (en) | 1985-09-18 | 1986-09-17 | Method for producing heat sink and heat sink thus produced |
| CA000518362A CA1255811A (en) | 1985-09-18 | 1986-09-17 | Spiral wound heat sink and method |
| US06/908,773 US4747450A (en) | 1985-09-18 | 1986-09-18 | Method for producing heat sink and heat sink thus produced |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60204428A JPH06101524B2 (ja) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | 半導体素子用冷却体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6265444A JPS6265444A (ja) | 1987-03-24 |
| JPH06101524B2 true JPH06101524B2 (ja) | 1994-12-12 |
Family
ID=16490373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60204428A Expired - Fee Related JPH06101524B2 (ja) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | 半導体素子用冷却体 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4747450A (ja) |
| EP (1) | EP0219692B1 (ja) |
| JP (1) | JPH06101524B2 (ja) |
| CN (1) | CN1010067B (ja) |
| CA (1) | CA1255811A (ja) |
| DE (1) | DE3667117D1 (ja) |
Families Citing this family (71)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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