JPH0719863B2

JPH0719863B2 - 電気発熱体の冷却装置

Info

Publication number: JPH0719863B2
Application number: JP1785788A
Authority: JP
Inventors: 均井上; 憲二片岡; 潔羽仁; 雅雄藤井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-01-28
Filing date: 1988-01-28
Publication date: 1995-03-06
Anticipated expiration: 2010-03-06
Also published as: JPH01192153A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は例えば半導体素子等の電気発熱体の冷却装置
に関するものである。

〔従来の技術〕

第５図および第６図は例えば昭和59年４月25日発行明
電時報 No.2通巻175号（昭和59年3.4月号,p34〜p36）
に示されているこの種装置の従来の構成を示すもので第
５図は正面断面図、第６図は側面断面図である。これら
各図において、（１）はサイリスタ、トランジスタなど
の半導体素子等からなる電気発熱体（以下、半導体素子
と称す）、（２）は半導体素子（１）に密接して設けら
れた金属ブロツクであり、半導体素子（１）の発熱を導
出するため銅、アルミニウム等の熱伝導性の良い金属で
構成されている。（2A）は金属ブロツク（２）に設けた
端子であり、半導体素子（１）の電流を外部に取り出
す。（3A），（3B），（3C）は金属ブロツク（２）内に
形成された複数個の穴部、（4A），（4B），（4C）は半
導体素子（１）の発熱を外部へ導くためのヒートパイプ
であり、それぞれ密封されたパイプ（40）の内部にフロ
ン等の液状の冷媒（41）を封入したものである。パイプ
（40）の一端側（42）は金属ブロツク（２）に形成した
穴部（3A），（3B），（3C）にそれぞれ挿着され、パイ
プ（40）の他端側（43）は金属ブロツク（２）の外方、
即ち、上方に延在しており、他端側（43）には放熱用の
フイン（44）が設けられている。尚、冷媒（41）は常時
はパイプ（40）の一端側（42）に位置するようになつて
いる。（５）は各ヒートパイプ（4A），（4B），（4C）
の他端側（43）を覆うように設けられた風胴であり、電
気絶縁材により構成されている。（６）は風胴（５）に
冷風を供給するフアン、（７）はこれら構成部品が載置
される基板であり、電気絶縁材により構成されている。

次に動作について説明する。半導体素子（１）によつて
発生された熱は金属ブロツク（２）に伝達され、更に穴
部（3A），（3B），（3C）の壁面を経てヒートパイプ
（4A），（4B），（4C）の一端側（42）に伝達され、そ
の内部に封入された冷媒（41）に伝達される。この結
果、冷媒（41）は沸騰あるいは蒸発して気化し、第３図
および第４図の上方、即ち、パイプ（40）の他端側（4
3）に移動する。他端側（43）においてはフアン（６）
からの冷却風によつてその壁面が冷却されるため、下方
から移動してきた気化した冷媒（41）が他端側（43）の
壁面で熱交換することにより凝縮液化し、パイプ（40）
の壁面に沿つて再び一端側（42）に環流する。この場
合、パイプ（40）の内面を粗面に形成することにより冷
却効果を一層増大することができる。半導体素子（１）
に電圧がかかると、金属ブロツク（２）、ヒートパイプ
（4A），（4B），（4C）にも電位がかかる。従つて、風
胴（５）、基板（７）は充分な絶縁強度と沿面距離を有
する絶縁材で構成し、取付側（アース側）との間で絶縁
を確実にする必要がある。尚、他端側（43）の冷却はフ
アン（６）によるタイプを示したが、これは自然対流あ
るいは輻射による冷却であつても同様である。又、半導
体素子（１）の電流は金属ブロツク（２）、端子（2A）
を経て外部に取り出す。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上述した従来装置では、金属ブロツク
（２）、ヒートパイプ（4A），（4B），（4C）にも電位
がかかるために、風胴（５）、基板（７）を高価な絶縁
材で構成する必要があり、全体として高価な装置となる
課題がある。特に風胴（５）はパイプ（40）、放熱用の
フイン（44）を囲繞するため形状が大きくなり材料費用
も増大し、又、形状の複雑となる課題を有している。さ
らに、パイプ（40）、放熱用のフイン（44）には冷却風
が供給されるため導電性のゴミなどの無い清浄な冷却風
を必要とする課題がある。又、基板（７）は金属ブロツ
ク（２）などの重量を支えるために必要以上に板厚の大
きな高価な絶縁基板となる課題がある。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
ものであり、金属ブロツク、ヒートパイプに電位が伝わ
らない電気発熱体の冷却装置を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る電気発熱体の冷却装置は、電気発熱体と
金属ブロツクとの間に高熱伝導性電気絶縁体を配設し、
高熱伝導性電気絶縁体と一体的に導体金属を配設したも
のである。

〔作用〕

この発明における電気発熱体の冷却装置は、高熱伝導性
電気絶縁体により電気発熱体の熱を金属ブロツクに伝え
るとともに電気発熱体の電位を金属ブロツクに伝えず電
気絶縁する。又、高熱伝導性電気絶縁体と一体的に配設
した導体金属により接触熱抵抗を低減する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図および第２図に基づ
いて説明する。第１図は正面断面図、第２図は側面断面
図である。これら各図において、（２）は金属ブロツク
であり、従来のような端子（2A）を有していない。
（８）は半導体素子（１）と金属ブロツク（２）との間
に配設され、半導体素子（１）の電流を外部に取り出す
端子であり、導電性金属からなる。（９）は半導体素子
（１）と金属ブロツク（２）との間、即ち端子（８）と
金属ブロツク（２）との間に配設された高熱伝導性電気
絶縁体であり、例えばセラミツクペーパーに樹脂を含浸
させたプリプレグシートを積層し加熱硬化させて形成さ
れており、半導体素子（１）が発生した熱を金属ブロツ
ク（２）に伝えるとともに半導体素子（１）の電位を金
属ブロツク（２）に伝えず電気絶縁する。（10）は高熱
伝導性電気絶縁体（９）に一体的に配設された導体金属
であり、図は一例として高熱伝導性電気絶縁体（９）の
金属ブロツク（２）側の接触面に設けた場合を示してい
る。（11）は各ヒートパイプ（4A），（4B），（4C）の
他端側（43）を覆うように設けられた風胴であり、従来
のように必ずしも電気絶縁材で構成する必要はない。
（12）は各構成部品が載置される基板であり、従来のよ
うに必ずしも電気絶縁材で構成する必要はない。

次に動作について説明する。半導体素子（１）から発生
した熱は端子（８）、高熱伝導性電気絶縁体（９）、導
体金属（10）、金属ブロツク（２）に伝達され、更に穴
部（3A），（3B），（3C）の壁面を経てヒートパイプ
（4A），（4B），（4C）の一端側（42）に伝達され、そ
の内部に封入された冷媒（41）に伝達される。この結
果、冷媒（41）は沸騰あるいは蒸発して気化する。その
後の熱伝達機能は従来のものと同様であるため説明を省
略する。又、半導体素子（１）に流れる電流は端子
（８）より外部へ取り出される。そして、高熱伝導性電
気絶縁体（９）により導体金属（10）、金属ブロツク
（２）、ヒートパイプ（4A），（4B），（4C）は半導体
素子（１）、端子（８）と電気的に絶縁されており電位
がかからない。従つて、風胴（11）、基板（12）は電気
絶縁材で構成する必要がなく、非常に安価な装置とする
ことができる。又、基板（12）は電気絶縁材で構成しな
くてよいので、必要以上に板厚を大きくする必要がな
い。又、風胴（11）は電気絶縁材で構成しなくてよいの
で、その製作を容易に行うことができる。さらに、パイ
プ（41）、放熱用のフイン（44）には電位がかからない
ので、導電性のゴミなどの無い清浄な冷却風を必ずしも
供給しなくてもよく、又、風胴（11）を設けなくてもよ
い。

又、高熱伝導性電気絶縁体（９）を端子（８）に貼付
し、高熱伝導性電気絶縁体（９）と端子（８）、あるい
は半導体素子（１）を含めてユニツト化し、組立性向
上、運搬性向上等を図ることができる。一方、導体金属
（10）により高熱伝導性電気絶縁体（９）と金属ブロツ
ク（２）との接触熱抵抗を低減することができ、半導体
素子（１）から発生した熱の金属ブロツク（２）への熱
伝導性をさらに高めることができ、冷却特性もさらに向
上する。

又、導体金属（10）を高熱伝導性電気絶縁体（９）の端
子（８）側の接触面に一体的に配設し、高熱伝導性電気
絶縁体（９）を金属ブロツク（２）に貼付し、高熱伝導
性電気絶縁体（９）と金属ブロツク（２）、あるいはヒ
ートパイプ（4A），（4B），（4C）を含めてユニツト化
し、組立性向上、運搬性向上等を図ることができる。一
方、導体金属（10）により高熱伝導性電気絶縁体（９）
と端子（８）との接触熱抵抗を低減することができ、半
導体素子（１）から発生した熱の金属ブロツク（２）へ
の熱伝導性をさらに高めることができ、冷却特性もさら
に向上する。

尚、高熱伝導性電気絶縁体（９）の端子（８）又は金属
ブロツク（２）への貼付並びにユニツト化は、例えばセ
ラミツクペーパーに樹脂を含浸させたプリプレグシート
を半硬化状態で導体金属（10）に積層して導体金属（1
0）と高熱伝導性電気絶縁体（９）とを一体的に構成
し、プリプレグシート部を端子（８）又は金属ブロツク
（２）に貼付して圧接してそれぞれユニツト化する。

又、セラミツクペーパーとしては、例えばアルミナ短繊
維と有機バインダーとしてミクロフイブリル化セルロー
スを用いて成形されたアルミナペーパーとしてもよく、
熱伝導性大、電気絶縁性大、防錆大、耐環境性大、耐圧
接強度大などの優れた利点を有している。尚、セラミツ
クペーパーとしてアルミナペーパーに限定されるもので
はなく類似のものも含むことは勿論のことである。

又、第３図に示すように導体金属（10）の熱通過面積を
拡大して熱抵抗をさらに低減するようにしてもよい。さ
らに、第４図に示すように導体金属（10）の寸法を高熱
伝導性電気絶縁体（９）より小さくし沿面距離を長くす
ることも可能である。

尚、ヒートパイプ内に封入される冷媒として、水、アン
モニア、フロリナート、ダウサーム、アルコール等、種
々のものが使用可能であるが、熱輸送能力の点で水が最
も優れている。

又、電気発熱体としては、半導体素子に限定されるもの
ではなく、各種電子部品、電気素子などにも適用し得る
ことは勿論のことであり、同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、電気発熱体と金属ブロツ
クとの間に配設した高熱伝導性電気絶縁体と、この高熱
伝導性電気絶縁体と一体的に配設された導体金属を設け
たことにより、電気発熱体の熱を金属ブロツクに伝える
とともに電気発熱体の電位を金属ブロツクに伝えず電気
絶縁するようにしたので、極めて安価な装置を得ること
ができる。又、接触熱抵抗の低減も図れ、冷却特性が向
上する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例による電気発
熱体の冷却装置を示す正面断面図および側面断面図、第
３図、第４図はそれぞれこの発明の他の実施例による電
気発熱体の冷却装置を示す要部正面図、第５図および第
６図は従来の電気発熱体の冷却装置を示す正面断面図お
よび側面断面図である。図において、（１）は電気発熱体、（２）は金属ブロツ
ク、（4A），（4B），（4C）はヒートパイプ、（９）は
高熱伝導性電気絶縁体、（10）は導体金属である。なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤井雅雄兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (56)参考文献特開昭59−89442（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気発熱体が装着され上記電気発熱体のヒ
ートシンクとなり得る金属ブロツクと、上記金属ブロツ
クに連設され内部に冷媒が封入されたヒートパイプと、
上記電気発熱体と上記金属ブロツクとの間に配設された
高熱伝導性電気絶縁体と、上記高熱伝導性電気絶縁体と
一体的に配設された導体金属とを備えたことを特徴とす
る電気発熱体の冷却装置。
【請求項２】高熱伝導性電気絶縁体を電気発熱体又は金
属ブロツクに貼付してユニツト化したことを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の電気発熱体の冷却装置。
【請求項３】高熱伝導性電気絶縁体はセラミツクペーパ
ーに樹脂を含浸させたプリプレグシートを積層し加熱硬
化させて形成されたことを特徴とする特許請求の範囲第
１項又は第２項記載の電気発熱体の冷却装置。
【請求項４】セラミツクペーパーはアルミナペーパーか
らなることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電
気発熱体の冷却装置。