JPS5837482A - 沸騰冷却装置 - Google Patents
沸騰冷却装置Info
- Publication number
- JPS5837482A JPS5837482A JP56134190A JP13419081A JPS5837482A JP S5837482 A JPS5837482 A JP S5837482A JP 56134190 A JP56134190 A JP 56134190A JP 13419081 A JP13419081 A JP 13419081A JP S5837482 A JPS5837482 A JP S5837482A
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- JP
- Japan
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- cooling device
- insulating material
- semiconductor element
- boiling
- section
- Prior art date
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- Pending
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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
- H10W40/70—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
- H10W40/73—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control for cooling by change of state
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はフロン等の蒸発性の良い冷媒液の沸騰及び凝縮
を利用して半導体素子の冷却を行う沸騰冷却装置に関す
る。
を利用して半導体素子の冷却を行う沸騰冷却装置に関す
る。
沸騰冷却装置においては、一般に、冷媒液を内部に封入
した蒸発器とその上部に設けられた凝縮器とから成シ立
っているが、半導体素子を直接蒸発器に接触させて冷却
していただめ、凝縮器を含めた冷却装置が高電圧を生じ
るので、隣９合った凝縮器の部分で電気的な絶縁破壊も
しくは短絡が生じる。
した蒸発器とその上部に設けられた凝縮器とから成シ立
っているが、半導体素子を直接蒸発器に接触させて冷却
していただめ、凝縮器を含めた冷却装置が高電圧を生じ
るので、隣９合った凝縮器の部分で電気的な絶縁破壊も
しくは短絡が生じる。
これを避けるために、従来の装置では、蒸発器と凝縮器
の間に酸化アルミナあるいは磁器などの絶縁材で作られ
た管を接続させる方式が採用されている。
の間に酸化アルミナあるいは磁器などの絶縁材で作られ
た管を接続させる方式が採用されている。
ところで、この沸騰冷却装置では、半導体素子の熱負荷
の大小によって内圧が真空から２〜３気圧まで変化する
ために、厳重な気密容器としなければならない。従来の
装置では非金属と金属の接合及び異種金属の接合があシ
真に気密容器を製作するには高度の接合技術が必要であ
った。そして、凝縮器と蒸発器の間に絶縁管を設けるた
めには、その絶縁材とよく接合できる別の金属材料を介
在させたり、熱的な膨張収縮を緩衝するためのベローズ
も設ける必要があるため、凝縮器と蒸発器の高さが大き
くなること、また、絶縁材は金属と比較して強度が弱い
だめ、とくに強固な枠で組立てる必要があり装置が大型
となる欠点があった。
の大小によって内圧が真空から２〜３気圧まで変化する
ために、厳重な気密容器としなければならない。従来の
装置では非金属と金属の接合及び異種金属の接合があシ
真に気密容器を製作するには高度の接合技術が必要であ
った。そして、凝縮器と蒸発器の間に絶縁管を設けるた
めには、その絶縁材とよく接合できる別の金属材料を介
在させたり、熱的な膨張収縮を緩衝するためのベローズ
も設ける必要があるため、凝縮器と蒸発器の高さが大き
くなること、また、絶縁材は金属と比較して強度が弱い
だめ、とくに強固な枠で組立てる必要があり装置が大型
となる欠点があった。
本発明の目的は、蒸発器と凝縮器との間を絶縁材で接続
することなく全体が金属で製作できるようにし、これに
よハ小型で気密性に対し信頼性の高い沸騰冷却装置を提
供するにある。
することなく全体が金属で製作できるようにし、これに
よハ小型で気密性に対し信頼性の高い沸騰冷却装置を提
供するにある。
本発明はこの目的を達成するために、半導体素子と冷却
体（蒸発器、凝縮器等）との間に高熱伝導性電気絶縁□
材を介設し、半導体素子の電気的な影響をなくし熱のみ
蒸発器に移動させることにょシ半導体素子を冷却するよ
うにしだものである。
体（蒸発器、凝縮器等）との間に高熱伝導性電気絶縁□
材を介設し、半導体素子の電気的な影響をなくし熱のみ
蒸発器に移動させることにょシ半導体素子を冷却するよ
うにしだものである。
以下本発明を一実施例の図に基づき説明する。
符号１は通電されたときに発熱する半導体素子で、この
半導体素子１の両側には、密着して電源端子２が設けら
れている。この電源端子２には通常電気伝導性並びに熱
伝導性の大きい銅が用いられる。前記電源端子２に隣接
して冷却体３が設けられ、この冷却体３と前記電源端子
２との間には高熱伝導性絶縁材４が設けられている。こ
の高熱伝導性絶縁材４としては、例えば、ＳｉＣセラミ
ックスやベベリア磁器などが用いられる。
半導体素子１の両側には、密着して電源端子２が設けら
れている。この電源端子２には通常電気伝導性並びに熱
伝導性の大きい銅が用いられる。前記電源端子２に隣接
して冷却体３が設けられ、この冷却体３と前記電源端子
２との間には高熱伝導性絶縁材４が設けられている。こ
の高熱伝導性絶縁材４としては、例えば、ＳｉＣセラミ
ックスやベベリア磁器などが用いられる。
ＳｉＣセラミックスとしては、炭化けい素を主成分とし
、これに酸化ベリリウム、窒化はう素の少なくとも一種
を含む焼結体から構成されている。
、これに酸化ベリリウム、窒化はう素の少なくとも一種
を含む焼結体から構成されている。
しかも、酸化べＩＪ ＩＪウム、窒化はう素の含有量は
、炭化けい素１００重量部に対し、２重量部以上のもの
が最適である。
、炭化けい素１００重量部に対し、２重量部以上のもの
が最適である。
又、前記冷却体３はその内部が中空になったところの蒸
発部５ａと凝縮部５ｄから成シ立っている。さらに、符
号６は前記蒸発部５ａの中に設けられた熱伝導性の良い
アルミニウム、銅等からなる沸騰部であり、この沸騰部
６は蒸発性の良い、例えばフロンの如き冷媒液７で浸さ
れている。又、と−の沸騰部６は、蒸発部５ａが後記す
る締付金具１０により締付けられた時の蒸発部５ａの変
形を防止する。８は前記沸騰部６が過熱された場合の蒸
気泡である。９は前記凝縮部５ｄの外形に設けられた放
熱フィンであり、１１はこの放熱フィン９を冷やすだめ
の冷却風を示している。１０は締付金具であり、前記半
導体素子１をはじめとして電源端子２、高熱伝導性絶縁
材４及び冷却体３を積み重ねた状態で前記締付金具１０
によって装置が組立てられている。
発部５ａと凝縮部５ｄから成シ立っている。さらに、符
号６は前記蒸発部５ａの中に設けられた熱伝導性の良い
アルミニウム、銅等からなる沸騰部であり、この沸騰部
６は蒸発性の良い、例えばフロンの如き冷媒液７で浸さ
れている。又、と−の沸騰部６は、蒸発部５ａが後記す
る締付金具１０により締付けられた時の蒸発部５ａの変
形を防止する。８は前記沸騰部６が過熱された場合の蒸
気泡である。９は前記凝縮部５ｄの外形に設けられた放
熱フィンであり、１１はこの放熱フィン９を冷やすだめ
の冷却風を示している。１０は締付金具であり、前記半
導体素子１をはじめとして電源端子２、高熱伝導性絶縁
材４及び冷却体３を積み重ねた状態で前記締付金具１０
によって装置が組立てられている。
本実施例の沸騰冷却装置は以上のようになっているので
、半導体素子ｌが電源端子２からの通電によシ発熱され
た熱は両端に伝わり、高熱伝導性絶縁材４を通して蒸発
部５ａ中の沸騰部６に熱伝導される。この沸騰部６によ
シ蒸発部５ａ内の冷媒液７を沸騰させ、その蒸気泡８は
凝縮部５ｄ内に侵入し、外部の放熱フィン９によって冷
却された内壁面で液にもどされ、再び冷媒ｇ、７が蒸発
部５ａ内にもどシこの蒸発部５ａ内を冷却する。
、半導体素子ｌが電源端子２からの通電によシ発熱され
た熱は両端に伝わり、高熱伝導性絶縁材４を通して蒸発
部５ａ中の沸騰部６に熱伝導される。この沸騰部６によ
シ蒸発部５ａ内の冷媒液７を沸騰させ、その蒸気泡８は
凝縮部５ｄ内に侵入し、外部の放熱フィン９によって冷
却された内壁面で液にもどされ、再び冷媒ｇ、７が蒸発
部５ａ内にもどシこの蒸発部５ａ内を冷却する。
この実施例によれば、半導体素子１と冷却体３の間に高
熱ち導性絶縁材４を、介しているので、冷却体３には半
導体素子１の周辺の高電圧電流の影響がなくなっている
。従って、°蒸発器と凝縮器の間を電気絶縁する必要が
ないため冷却体３は同一の金属で製作することができる
。このため製作が容易となり、絶縁継手がないため冷却
体の高さが著しく低くできて装置が小型化し、さらに蒸
発部５ａ、凝縮部５ｄ内の気密性が増大し信頼性が高く
なる。
熱ち導性絶縁材４を、介しているので、冷却体３には半
導体素子１の周辺の高電圧電流の影響がなくなっている
。従って、°蒸発器と凝縮器の間を電気絶縁する必要が
ないため冷却体３は同一の金属で製作することができる
。このため製作が容易となり、絶縁継手がないため冷却
体の高さが著しく低くできて装置が小型化し、さらに蒸
発部５ａ、凝縮部５ｄ内の気密性が増大し信頼性が高く
なる。
第２図は本発明に係る第２の実施例を示す説明図であり
、各符号は前第１実施例（第１図）で説明したそれぞれ
の符号のものと同−或いはほぼ同一物を示している。こ
の第２図の実施例で前記第１図と大きく異なるところは
次の如くである。即ち、第１図では複数個の半導体素子
１に対しては蒸発部５ａと凝縮部５ｄから成る１つの冷
却体３が複数個から成っている。これに対し第２図の実
゛ 雄側では、半導体素子１０両側に高熱伝導性絶
縁材４を介して接触させる蒸発部５ａはその上部の凝縮
部５ｄとの間に液溜部５Ｃを設け、との液溜部５Ｃと前
記蒸発部５ａの間には可撓管５ｂを介して連結されてい
る構造である。即ち、冷却体３は複数個の蒸発部５ａが
１つの凝縮部５ｄによって行う構造となっている。なお
、可撓管５ｂの役目は、半導体素子１をはじめとして電
源端子２、高熱伝導性絶縁材４及び蒸発部５ａの温度変
化にともなう膨張収縮のわずかな変位を液溜ｉｓｃと蒸
発部５ａの間で吸収するようにしだものである。
、各符号は前第１実施例（第１図）で説明したそれぞれ
の符号のものと同−或いはほぼ同一物を示している。こ
の第２図の実施例で前記第１図と大きく異なるところは
次の如くである。即ち、第１図では複数個の半導体素子
１に対しては蒸発部５ａと凝縮部５ｄから成る１つの冷
却体３が複数個から成っている。これに対し第２図の実
゛ 雄側では、半導体素子１０両側に高熱伝導性絶
縁材４を介して接触させる蒸発部５ａはその上部の凝縮
部５ｄとの間に液溜部５Ｃを設け、との液溜部５Ｃと前
記蒸発部５ａの間には可撓管５ｂを介して連結されてい
る構造である。即ち、冷却体３は複数個の蒸発部５ａが
１つの凝縮部５ｄによって行う構造となっている。なお
、可撓管５ｂの役目は、半導体素子１をはじめとして電
源端子２、高熱伝導性絶縁材４及び蒸発部５ａの温度変
化にともなう膨張収縮のわずかな変位を液溜ｉｓｃと蒸
発部５ａの間で吸収するようにしだものである。
本実施例の作用は基本的には第１の実施例と同一である
。即ち、半導体素子１が電源端子２からの通電により発
熱された熱は両端に伝わ９、高熱伝導性絶縁材４を通し
て蒸発部５ａ中の沸騰部６に熱伝導される。そしてこの
部分の過熱により蒸発部５ａ内の冷媒液７を沸騰させ、
この蒸気泡８は可撓管５ｂよシ液溜部５Ｃ内に侵入し、
さらにその上部の凝縮部５ｄ内に入り、冷却風１１によ
って冷やされて液にもどされる。そして再び冷媒液７が
液溜部５Ｃから蒸発部５ａ内にもどり、この蒸発部５ａ
内を冷却する。
。即ち、半導体素子１が電源端子２からの通電により発
熱された熱は両端に伝わ９、高熱伝導性絶縁材４を通し
て蒸発部５ａ中の沸騰部６に熱伝導される。そしてこの
部分の過熱により蒸発部５ａ内の冷媒液７を沸騰させ、
この蒸気泡８は可撓管５ｂよシ液溜部５Ｃ内に侵入し、
さらにその上部の凝縮部５ｄ内に入り、冷却風１１によ
って冷やされて液にもどされる。そして再び冷媒液７が
液溜部５Ｃから蒸発部５ａ内にもどり、この蒸発部５ａ
内を冷却する。
上記第２の実施例によれば、半導体素子１と冷却体３の
蒸発部５ａの間に高熱伝導性絶縁材４を介しているので
、各蒸発部５ａならびに可撓管５ｂ、液溜部５Ｃへの接
続はすべて金属で製作することができる。従って、凝縮
器又は液溜部と蒸発器の間に絶縁管が不要となり、高さ
が小さくなるばかシでなく、装置の製作が容易で小型と
なり、かつ気密に対して信頼性も高い。
蒸発部５ａの間に高熱伝導性絶縁材４を介しているので
、各蒸発部５ａならびに可撓管５ｂ、液溜部５Ｃへの接
続はすべて金属で製作することができる。従って、凝縮
器又は液溜部と蒸発器の間に絶縁管が不要となり、高さ
が小さくなるばかシでなく、装置の製作が容易で小型と
なり、かつ気密に対して信頼性も高い。
次に第３の実施例を第３，４図により説明する。
各符号のものは前筒１．２の各実施例（第１，２図）で
説明したそれぞれの符号のものと同−或いはほぼ同一で
ある。本実施例で前述の第１，２の実１例と大きく異な
るところは次の如くである。
説明したそれぞれの符号のものと同−或いはほぼ同一で
ある。本実施例で前述の第１，２の実１例と大きく異な
るところは次の如くである。
即ち、本実施例では、冷却体３が下部に蒸発部５ａ、上
部に凝縮部５ｄ、その中間に液溜部５Ｃを設けた構造で
ある。また、この冷却体３は１つの大きな蒸発部５ａ、
凝縮部５ｄ、及び液溜部５Ｃとよりなる金属で作られた
密ｉ式の一体構造であり、またこの蒸発器の両側には、
冷却風の方向に沿って複数個の半導体素子１が取付けら
れる構造である。伺、この図中、符号１２は通常の絶縁
材である。
部に凝縮部５ｄ、その中間に液溜部５Ｃを設けた構造で
ある。また、この冷却体３は１つの大きな蒸発部５ａ、
凝縮部５ｄ、及び液溜部５Ｃとよりなる金属で作られた
密ｉ式の一体構造であり、またこの蒸発器の両側には、
冷却風の方向に沿って複数個の半導体素子１が取付けら
れる構造である。伺、この図中、符号１２は通常の絶縁
材である。
本実施例の作用は前述の第１，２の実施例と同じであシ
説明を省略する。
説明を省略する。
この実施例によれば、前述の第１，２の実施例で述べた
効果を奏する上に、１つの大きな蒸発部５ａの両側に複
数個の半導体素子１を並列に取付けられているだめ、半
導体素子が故障した際にも容易に取り換えられ暮利点が
ある。
効果を奏する上に、１つの大きな蒸発部５ａの両側に複
数個の半導体素子１を並列に取付けられているだめ、半
導体素子が故障した際にも容易に取り換えられ暮利点が
ある。
尚、この実施例においては、蒸発部の両側に配列した場
合について示したが、蒸発部の形状によっては端面や底
部などいわゆる蒸発部の周囲すべてに高熱伝導性絶縁材
をはさみ込み、半導体素子をとりつけることもできる。
合について示したが、蒸発部の形状によっては端面や底
部などいわゆる蒸発部の周囲すべてに高熱伝導性絶縁材
をはさみ込み、半導体素子をとりつけることもできる。
以上述べた通り、本発明によれば、冷却体がすべて電気
的に絶縁されているため、全体を金属製で作ることがで
き、また、これにより、小型で気密性に優れ、かつ信頼
性の高いものを提供できる。
的に絶縁されているため、全体を金属製で作ることがで
き、また、これにより、小型で気密性に優れ、かつ信頼
性の高いものを提供できる。
この結果常に安定した冷却性能のある冷却装置が得うれ
るという顕著な効果を達成できる。
るという顕著な効果を達成できる。
第１図は本発明に係る沸騰冷却装置の第１の実施例を示
す部分断面図、第２図は同第２の実施例を示す部分断面
図、第３．４図は同第３の実施例を示す側面図及び第３
図の■〜■断面図である。 ｌ・・・半導体素子、２・・・電源端子、３・・・冷却
体、４・・・高熱伝導性絶縁材、５ａ・・・蒸発部、５
ｂ・・・可撓管、５Ｃ・・・液溜部、６・・・沸騰部、
７・・・冷媒液、９名ｔｒｎ 蔓２図 第３０
す部分断面図、第２図は同第２の実施例を示す部分断面
図、第３．４図は同第３の実施例を示す側面図及び第３
図の■〜■断面図である。 ｌ・・・半導体素子、２・・・電源端子、３・・・冷却
体、４・・・高熱伝導性絶縁材、５ａ・・・蒸発部、５
ｂ・・・可撓管、５Ｃ・・・液溜部、６・・・沸騰部、
７・・・冷媒液、９名ｔｒｎ 蔓２図 第３０
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、内部に蒸発性の良い冷媒液を封入した蒸発部と、こ
の蒸発部の冷媒液が熱により蒸発した時冷却して液体に
戻す凝縮部とから成る冷却体を備え、前記蒸発部に半導
体素子を圧接してこの素子の冷却を行うようにした沸騰
冷却装置において、前記半導体素子と前記蒸発部との間
に高熱伝導性絶縁材を設け、かつ、この高熱伝導性絶縁
材として、炭化けい素を主成分とし、これに酸化べＩＪ
ＩＪウム、窒化はう素の少なくとも一種を含む焼結体
から成るＳｉＣセラミックスとしたことを特徴とした沸
騰冷却装置。 ２、 前記炭化けい素を１００重量部とした時、酸化は
う素或いは窒化はう累の含有量を２重量部以上としたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の沸騰冷却装
置。 ３、前記半導体素子と前記高熱伝導性絶縁材との間に電
源端子を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の沸騰冷却装置。 ４、前記蒸発部内部に沸騰部を形成し、かつ、前記蒸発
部と凝縮部とを一体にすると共に、この凝縮部に放熱フ
ィンを設けた仁とを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の沸騰冷却装置。 ５、前記蒸発部と凝縮部との間に、液溜部を形成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の沸騰冷却装
置。 ′ ６、 前記半導体素子と前記蒸゛発部および高熱伝導性
絶縁材とを締付金具によ勺一体に締付は固定したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の沸騰冷却装置。 ７、前記液溜部を１個とし、この液溜部から多数の蒸発
部を垂下すると共に、この蒸発部間に高熱伝導性絶縁材
を介して半導体素子を設けたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の沸騰冷却装置。 ８、前記液溜部から下方に延長して蒸発部を形成し、こ
の蒸発部側壁に高熱伝導性絶縁材を介して半導体素子を
設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の沸
騰冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56134190A JPS5837482A (ja) | 1981-08-28 | 1981-08-28 | 沸騰冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56134190A JPS5837482A (ja) | 1981-08-28 | 1981-08-28 | 沸騰冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5837482A true JPS5837482A (ja) | 1983-03-04 |
Family
ID=15122533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56134190A Pending JPS5837482A (ja) | 1981-08-28 | 1981-08-28 | 沸騰冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5837482A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2674989A1 (fr) * | 1991-04-02 | 1992-10-09 | Hitachi Ltd | Dispositif de refroidissement pour un element semiconducteur. |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5099273A (ja) * | 1973-12-28 | 1975-08-06 | ||
| JPS5621457B2 (ja) * | 1977-11-30 | 1981-05-19 | ||
| JPS5626958B2 (ja) * | 1971-08-31 | 1981-06-22 |
-
1981
- 1981-08-28 JP JP56134190A patent/JPS5837482A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5626958B2 (ja) * | 1971-08-31 | 1981-06-22 | ||
| JPS5099273A (ja) * | 1973-12-28 | 1975-08-06 | ||
| JPS5621457B2 (ja) * | 1977-11-30 | 1981-05-19 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2674989A1 (fr) * | 1991-04-02 | 1992-10-09 | Hitachi Ltd | Dispositif de refroidissement pour un element semiconducteur. |
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