JPS6024043A - 半導体冷却装置 - Google Patents
半導体冷却装置Info
- Publication number
- JPS6024043A JPS6024043A JP58133237A JP13323783A JPS6024043A JP S6024043 A JPS6024043 A JP S6024043A JP 58133237 A JP58133237 A JP 58133237A JP 13323783 A JP13323783 A JP 13323783A JP S6024043 A JPS6024043 A JP S6024043A
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- JP
- Japan
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- section
- boiling
- condensing
- heat
- ebullition
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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
-
- 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
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
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- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- 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】
この発明は半導体素子等の電気機器の冷却に関するもの
で、特に冷媒沸騰部と凝縮部間に電気絶縁を施した半導
体冷却装置に関するものである。
で、特に冷媒沸騰部と凝縮部間に電気絶縁を施した半導
体冷却装置に関するものである。
第１図は、半導体素子の冷却に適用される従来装置の沸
騰冷却フィンを組込んだスタック構成図を示す。第１図
において、半導体素子１と沸騰冷却フィン２の沸騰部５
は別に設けられた圧接機構（図示せず）により矢印の方
向に圧接力１２で締付られている。沸騰部５の内部には
半導体素子１の発生熱を伝熱する伝熱部６が冷媒７に侵
されている。沸騰冷却フィン２の上部は沸騰により気化
した冷媒蒸気を外部冷却風１１とで熱交換する凝縮部６
があり、前記凝縮部６と沸騰部５の間は電気絶縁体の熱
輸送絶縁管１６で接続されている。
騰冷却フィンを組込んだスタック構成図を示す。第１図
において、半導体素子１と沸騰冷却フィン２の沸騰部５
は別に設けられた圧接機構（図示せず）により矢印の方
向に圧接力１２で締付られている。沸騰部５の内部には
半導体素子１の発生熱を伝熱する伝熱部６が冷媒７に侵
されている。沸騰冷却フィン２の上部は沸騰により気化
した冷媒蒸気を外部冷却風１１とで熱交換する凝縮部６
があり、前記凝縮部６と沸騰部５の間は電気絶縁体の熱
輸送絶縁管１６で接続されている。
沸騰部５及熱輸送絶縁管１３の内部には凝縮液９を沸騰
部５に戻すために電気絶縁材で出来た補助管１０が設け
られている。なお、第１図では、沸騰冷却フィン２はそ
の複数段がそれぞれ複数の半導体素子１によって圧接さ
れているので部品符号に英文字を付して示しである。
部５に戻すために電気絶縁材で出来た補助管１０が設け
られている。なお、第１図では、沸騰冷却フィン２はそ
の複数段がそれぞれ複数の半導体素子１によって圧接さ
れているので部品符号に英文字を付して示しである。
次に動作につい°て説明する。第１図において半導体素
子ｊａ、ｉｂに発生した熱は沸騰部５ａ。
子ｊａ、ｉｂに発生した熱は沸騰部５ａ。
５ｂなどの伝熱部６に伝熱される。このため冷媒７は沸
騰し液から相変化し蒸気流８となるが、この際気化潜熱
により半導体素子［ａ、１ｂなどの冷却がおこなわれる
。この蒸気流８は熱輸送絶縁管１３を通って上昇し凝縮
部３に達しここで凝縮部６の放熱フィン４と外部冷却風
１１とで熱交換され蒸気８は凝縮され液化し凝縮液９と
なって滴下する。凝縮液９は、この場合内部一般けられ
た補助管１０内を下降し、沸騰部５ａ、５ｂ、５ｃなど
にもどり再び沸騰熱伝達に供し、循環することになる。
騰し液から相変化し蒸気流８となるが、この際気化潜熱
により半導体素子［ａ、１ｂなどの冷却がおこなわれる
。この蒸気流８は熱輸送絶縁管１３を通って上昇し凝縮
部３に達しここで凝縮部６の放熱フィン４と外部冷却風
１１とで熱交換され蒸気８は凝縮され液化し凝縮液９と
なって滴下する。凝縮液９は、この場合内部一般けられ
た補助管１０内を下降し、沸騰部５ａ、５ｂ、５ｃなど
にもどり再び沸騰熱伝達に供し、循環することになる。
この様な装置においては冷却風１１は一般的に外部より
ファン等により強制風冷されるが外部条件によっては雨
水、鉄粉、塩分その他電気絶縁性を劣化させる物質を同
時に吹き込むため凝縮部６相互の絶縁劣化及スタックを
ささえるための補強部材（図示せず）との絶縁劣化等が
あるため沸騰部５と凝縮部６は熱輸送絶縁管１６により
電気絶縁する方法が採られている。なお第２図に示すよ
うに凝縮部６と沸騰部５の機械強度上の保持のため熱輸
送絶縁管１３とは別に固定用絶縁体１４が設けられてい
る。この種の冷却装置はその性能を長期間安定して保つ
ために冷却系は高度の気密性が必要となり、したがって
各部材の気密結合個所は溶接又はロウ付によるシール方
法が一般的である。
ファン等により強制風冷されるが外部条件によっては雨
水、鉄粉、塩分その他電気絶縁性を劣化させる物質を同
時に吹き込むため凝縮部６相互の絶縁劣化及スタックを
ささえるための補強部材（図示せず）との絶縁劣化等が
あるため沸騰部５と凝縮部６は熱輸送絶縁管１６により
電気絶縁する方法が採られている。なお第２図に示すよ
うに凝縮部６と沸騰部５の機械強度上の保持のため熱輸
送絶縁管１３とは別に固定用絶縁体１４が設けられてい
る。この種の冷却装置はその性能を長期間安定して保つ
ために冷却系は高度の気密性が必要となり、したがって
各部材の気密結合個所は溶接又はロウ付によるシール方
法が一般的である。
上記のように従来の半導体冷却装置で大量の熱量を処理
するためには熱輸送絶縁管内の蒸気及凝縮液の熱輸送が
支障なく行なわれなければならないが、第１図及び第２
図の従来装置では熱輸送絶縁管１３内での上昇蒸気流８
が滴下する凝縮液９を吹き上げてしまい、このため沸騰
部５に戻る凝縮液が減少する等の現象をなくするために
補助管１０を設け、この内部に凝縮液９を通し沸騰部５
に戻す方法が採られている。この補助管１０の材質は電
気絶縁材であること、冷媒に対して化学的に安定である
こと、沸騰冷却フィン製造過程の溶接あるいはロウ付熱
圧耐え得る材質であること。
するためには熱輸送絶縁管内の蒸気及凝縮液の熱輸送が
支障なく行なわれなければならないが、第１図及び第２
図の従来装置では熱輸送絶縁管１３内での上昇蒸気流８
が滴下する凝縮液９を吹き上げてしまい、このため沸騰
部５に戻る凝縮液が減少する等の現象をなくするために
補助管１０を設け、この内部に凝縮液９を通し沸騰部５
に戻す方法が採られている。この補助管１０の材質は電
気絶縁材であること、冷媒に対して化学的に安定である
こと、沸騰冷却フィン製造過程の溶接あるいはロウ付熱
圧耐え得る材質であること。
取付、固定用のための加工性があること、等の条件を満
足したものでなければならないが、このためかなり高価
な部材となる。例えばセラミックスパイプに取付金具を
メタライズ、ロウ付した部品等圧よらなければならない
。又組立工程における沸騰部５の伝熱部６への補助管１
０の挿入、固定及寸法調整など組立にかなりの注意と精
度が必要となり、したがって作業性も悪（構造が複雑と
なりそれだけ信頼性も低下することになる。又凝縮部６
と沸騰部５は屈曲、引張、振動、衝撃等の外部機械力に
も耐え得るよう強固に固定しなければならないが、従来
の冷却装置では第２図に示すように中央部に１個の絶縁
管１６のみでは充分機能を満足し得ないため、別の固定
用の絶縁体１４を設けている。これは部材の種類の増加
、さらには組立寸法調整など組立作業の繁雑さをきたす
ことになる。
足したものでなければならないが、このためかなり高価
な部材となる。例えばセラミックスパイプに取付金具を
メタライズ、ロウ付した部品等圧よらなければならない
。又組立工程における沸騰部５の伝熱部６への補助管１
０の挿入、固定及寸法調整など組立にかなりの注意と精
度が必要となり、したがって作業性も悪（構造が複雑と
なりそれだけ信頼性も低下することになる。又凝縮部６
と沸騰部５は屈曲、引張、振動、衝撃等の外部機械力に
も耐え得るよう強固に固定しなければならないが、従来
の冷却装置では第２図に示すように中央部に１個の絶縁
管１６のみでは充分機能を満足し得ないため、別の固定
用の絶縁体１４を設けている。これは部材の種類の増加
、さらには組立寸法調整など組立作業の繁雑さをきたす
ことになる。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので％１組の沸騰部と凝縮部を結合する
熱輸送絶縁管を複数個用いることで使用部品数を減少さ
せ組立作業を容易圧して信頼性の高くしかも安価な半導
体冷却装置を提供することを目的としている。
めになされたもので％１組の沸騰部と凝縮部を結合する
熱輸送絶縁管を複数個用いることで使用部品数を減少さ
せ組立作業を容易圧して信頼性の高くしかも安価な半導
体冷却装置を提供することを目的としている。
以下この発明の一実施例乞図について説明する。
第３図（ａｌは本実施例半導体冷却装置の縦断面図、第
３図（ｂ）は同図（ａ）のＡ〜−Ｎ断面図をそれぞれ示
している。第３図（ａ） 、 （ｂ）において、巣１図
、第２図と同一符号で示すものは同一部又は相当個所を
示すので、詳しい説明は省略する。熱輸送絶縁管１６は
第３図（ｂ）のＡ−Ｎ断面図に示すように円形断面で３
個が上部で凝縮器側封着用フランジ１５に。
３図（ｂ）は同図（ａ）のＡ〜−Ｎ断面図をそれぞれ示
している。第３図（ａ） 、 （ｂ）において、巣１図
、第２図と同一符号で示すものは同一部又は相当個所を
示すので、詳しい説明は省略する。熱輸送絶縁管１６は
第３図（ｂ）のＡ−Ｎ断面図に示すように円形断面で３
個が上部で凝縮器側封着用フランジ１５に。
下部が沸騰部側封着用フランジ１６に、それぞれロウ付
等により気密に結合されており、さらに前記封着用フラ
ンジ１５．１６はそれぞれ凝縮部６゜沸騰部５に各結合
部１７，１８で浴接又はロウ付等により気密に結合され
ている。
等により気密に結合されており、さらに前記封着用フラ
ンジ１５．１６はそれぞれ凝縮部６゜沸騰部５に各結合
部１７，１８で浴接又はロウ付等により気密に結合され
ている。
本実施例に適用された封着用フランジ１５．１６の構成
を示す上面図及び断面図であり、１枚の金属板に結合さ
れる熱輸送絶縁管１６の数だけの円筒状突起２１を設け
た構成を示している。熱輸送絶縁管１６の材質は一般的
にセラミックスが用いられる場合が多い力ζこの部分の
ロウ付構造は第３図に示すように封着用フランジ１５．
１６の少くとも一方はノ・メアイの寸法精度を必要とし
ない突合せによるロウ付方法が好ましい。封着用フラン
ジ１５．１６と複数個の熱輸送絶縁管１６は一括同時に
ロウ付出来るので１Ｉｌｉ１の熱輸送絶縁管のロウ付工
程と大差なく容易に製作可能である。なお封着用フラン
ジ１５．１６の材質は１例えば溶接などにより前記の熱
輸送絶縁管１３と結合可能な材質を選ぶことが可能であ
る。また例えば凝縮部６がアルミニウム材の場合封着用
フランジ１５はアルミニウムを、沸騰部５を鋼材の場合
は封着フランジも鋼材を使用するなど、アルミ又は鋼材
と熱輸送絶縁管１６の材質例えばセラミックスとの封着
は最近のロウ付技術の向上によって容易に製作出来るよ
うになった。又前記封着用フランジ１５．１６の円筒状
突起２１の製造法はノく−リング加工にロウ付面精度を
作るだめの切削加工を行うことで藺単に作ることが出来
る。
を示す上面図及び断面図であり、１枚の金属板に結合さ
れる熱輸送絶縁管１６の数だけの円筒状突起２１を設け
た構成を示している。熱輸送絶縁管１６の材質は一般的
にセラミックスが用いられる場合が多い力ζこの部分の
ロウ付構造は第３図に示すように封着用フランジ１５．
１６の少くとも一方はノ・メアイの寸法精度を必要とし
ない突合せによるロウ付方法が好ましい。封着用フラン
ジ１５．１６と複数個の熱輸送絶縁管１６は一括同時に
ロウ付出来るので１Ｉｌｉ１の熱輸送絶縁管のロウ付工
程と大差なく容易に製作可能である。なお封着用フラン
ジ１５．１６の材質は１例えば溶接などにより前記の熱
輸送絶縁管１３と結合可能な材質を選ぶことが可能であ
る。また例えば凝縮部６がアルミニウム材の場合封着用
フランジ１５はアルミニウムを、沸騰部５を鋼材の場合
は封着フランジも鋼材を使用するなど、アルミ又は鋼材
と熱輸送絶縁管１６の材質例えばセラミックスとの封着
は最近のロウ付技術の向上によって容易に製作出来るよ
うになった。又前記封着用フランジ１５．１６の円筒状
突起２１の製造法はノく−リング加工にロウ付面精度を
作るだめの切削加工を行うことで藺単に作ることが出来
る。
次に本実施例による動作の説明をする。複数の半導体素
子１ａ、［ｂの発生熱は沸騰部５ａなどの伝熱部６に伝
熱され冷媒７は沸騰し蒸気流８となって熱輸送絶縁管１
６を通って凝縮部６に達する。この場合第３図（ａ）で
示すように複数個の熱輸送絶縁管１６内を通る蒸気流８
はほぼ均等に分配されている。そこで凝縮部６の放熱フ
ィン４は外部冷却風１１で冷却され蒸気流８は凝縮し凝
縮液９となって下部に滴下し始め、熱輸送絶縁管１３を
通り沸騰部５に戻り再び沸騰熱伝達に供して循環するこ
とになる。熱輸送絶縁管１３内では沸騰部５より上昇す
る蒸気流８と凝縮部６より滴下する凝縮液９とが混在し
、それぞれの進行方向をさまたげるように干渉しあうこ
とになるが本実施例による熱輸送絶縁管１３は複数個設
けられており、半導体素子１ａ、 １ｂなどの発生熱量
を熱輸送するための必要とする熱輸送絶縁管１６の空間
断面は確保出来て蒸気流８の流速を下げることが出来る
ため、熱輸送をさまたげるような過度な凝縮液９の吹き
上げ等の現象は起らない。従って凝縮液９は正常に沸騰
部５に戻るため正常な冷媒の循環による冷却が行なわれ
ることになる。
子１ａ、［ｂの発生熱は沸騰部５ａなどの伝熱部６に伝
熱され冷媒７は沸騰し蒸気流８となって熱輸送絶縁管１
６を通って凝縮部６に達する。この場合第３図（ａ）で
示すように複数個の熱輸送絶縁管１６内を通る蒸気流８
はほぼ均等に分配されている。そこで凝縮部６の放熱フ
ィン４は外部冷却風１１で冷却され蒸気流８は凝縮し凝
縮液９となって下部に滴下し始め、熱輸送絶縁管１３を
通り沸騰部５に戻り再び沸騰熱伝達に供して循環するこ
とになる。熱輸送絶縁管１３内では沸騰部５より上昇す
る蒸気流８と凝縮部６より滴下する凝縮液９とが混在し
、それぞれの進行方向をさまたげるように干渉しあうこ
とになるが本実施例による熱輸送絶縁管１３は複数個設
けられており、半導体素子１ａ、 １ｂなどの発生熱量
を熱輸送するための必要とする熱輸送絶縁管１６の空間
断面は確保出来て蒸気流８の流速を下げることが出来る
ため、熱輸送をさまたげるような過度な凝縮液９の吹き
上げ等の現象は起らない。従って凝縮液９は正常に沸騰
部５に戻るため正常な冷媒の循環による冷却が行なわれ
ることになる。
凝縮部３と沸騰部５の支持固定等の機械強度に対しては
第３図に示すように特別な部材を用いることなく複数個
の熱輸送絶縁管１６で強度上の構造部材としての機能も
もたせている。
第３図に示すように特別な部材を用いることなく複数個
の熱輸送絶縁管１６で強度上の構造部材としての機能も
もたせている。
第５図は本発明の別の実施例を示した断面図で。
第３図における沸騰部５に対して凝縮部６をダクト２２
を介して傾斜させた場合を示す。一般に本発明が適用さ
れるような半導体装置は第１図に示したような半導体ス
タックを多数組合せて構成されるが、凝縮部６の冷却と
して例えば強制風冷の場合は多数の凝縮部に並列又は直
列に通風することになるが、第５図に示したように凝縮
部を傾斜させた場合の方が冷却通風路の構成が容易でし
かも全体装置をコンパクトに出来る場合もある。
を介して傾斜させた場合を示す。一般に本発明が適用さ
れるような半導体装置は第１図に示したような半導体ス
タックを多数組合せて構成されるが、凝縮部６の冷却と
して例えば強制風冷の場合は多数の凝縮部に並列又は直
列に通風することになるが、第５図に示したように凝縮
部を傾斜させた場合の方が冷却通風路の構成が容易でし
かも全体装置をコンパクトに出来る場合もある。
以上のようにこの発明によれば、１組の沸騰部と凝縮部
を電気的に絶縁して結合するための熱輸送絶縁管を複数
個使用することにより、使用部品数と部品の種類を減少
させ、さらに熱輸送絶縁管の封着用フランジな複数個の
熱輸送絶縁管に共通の封着用フランジにすることで、製
造工程を容易にして信頼性が高くしかも安価な半導体冷
却装置を提供することができる効果がある。
を電気的に絶縁して結合するための熱輸送絶縁管を複数
個使用することにより、使用部品数と部品の種類を減少
させ、さらに熱輸送絶縁管の封着用フランジな複数個の
熱輸送絶縁管に共通の封着用フランジにすることで、製
造工程を容易にして信頼性が高くしかも安価な半導体冷
却装置を提供することができる効果がある。
第１図→は従来の半導体冷却装置の構造を示す部分横断
面図、第２図は第１図装置の縦断面図。 第３図（ａｌは本発明の一実施例による半導体冷却装置
の構造を示す部分縦断面図、第３図（ｂｌは同図（ａ）
のＡ−Ａ“断面での断面図、第４図（ａｌは第３図ｆａ
ｔの実施例の封着用フランジの上面図、第４図（ｂｌは
同図（ａ）のＢ−Ｂ“断面での断面図、第５図は本発明
の別の実施例による半導体冷却装置の構造を示す部分縦
断面図である。 １ａ、［ｂ・・・半導体素子、２ａ 、 ２ｂ・・・沸
騰冷却フィン、６・・・凝縮部、４・−・放熱フィン、
５・・・沸騰部、６・−伝熱部、７・−・冷媒、８・・
・蒸気流、９・・・凝縮液、１６・・・熱輸送絶縁管、
１５．１６・・・封着用フランジ。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 第 １ 図 第 ２ 図 ≦ 第４図 ２１ 第 ４ 図 （ｂｌ 第 ５ 図 ２
面図、第２図は第１図装置の縦断面図。 第３図（ａｌは本発明の一実施例による半導体冷却装置
の構造を示す部分縦断面図、第３図（ｂｌは同図（ａ）
のＡ−Ａ“断面での断面図、第４図（ａｌは第３図ｆａ
ｔの実施例の封着用フランジの上面図、第４図（ｂｌは
同図（ａ）のＢ−Ｂ“断面での断面図、第５図は本発明
の別の実施例による半導体冷却装置の構造を示す部分縦
断面図である。 １ａ、［ｂ・・・半導体素子、２ａ 、 ２ｂ・・・沸
騰冷却フィン、６・・・凝縮部、４・−・放熱フィン、
５・・・沸騰部、６・−伝熱部、７・−・冷媒、８・・
・蒸気流、９・・・凝縮液、１６・・・熱輸送絶縁管、
１５．１６・・・封着用フランジ。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 第 １ 図 第 ２ 図 ≦ 第４図 ２１ 第 ４ 図 （ｂｌ 第 ５ 図 ２
Claims (1)
- （１）半導体素子と接触して該半導体素子の発生熱を受
けて冷媒を内部で沸騰させる沸騰部と、この沸騰部より
上方圧設けられ上記沸騰部から導入される気相冷媒を凝
縮する凝縮部とを有する半導体冷却装置において、上記
沸騰部及び凝縮部間にて上記冷媒を熱輸送するため電気
絶縁体により筒状に形成した熱輸送絶縁管を、単一の上
記沸騰部に対して２個以上設けて、上記沸騰部及び凝縮
部を連結したことを特徴とする半導体冷却装置。 ＋２１上記沸騰部及び凝縮部は、それぞれ上記熱輸送絶
縁管と気密に接合するための封着用フランジを有し、上
記封着用フランジは単一金属板に２個以上の円筒状突起
を形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の半導体冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58133237A JPS6024043A (ja) | 1983-07-19 | 1983-07-19 | 半導体冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58133237A JPS6024043A (ja) | 1983-07-19 | 1983-07-19 | 半導体冷却装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6024043A true JPS6024043A (ja) | 1985-02-06 |
Family
ID=15099911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58133237A Pending JPS6024043A (ja) | 1983-07-19 | 1983-07-19 | 半導体冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6024043A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021132168A (ja) * | 2020-02-21 | 2021-09-09 | 富士電機株式会社 | 沸騰冷却器 |
-
1983
- 1983-07-19 JP JP58133237A patent/JPS6024043A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021132168A (ja) * | 2020-02-21 | 2021-09-09 | 富士電機株式会社 | 沸騰冷却器 |
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