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    公开号:WO1990009036A1
    申请号:PCT/JP1990/000145
    申请日:1990-02-06
    公开日:1990-08-09
    发明作者:Takashi Murase
    申请人:The Furukawa Electric Co., Ltd.；
    IPC主号:F28D15-00
    专利说明:
    [0001] 明細書
    [0002] ヒ - トパイプ式半導体冷却器の製造方法
    [0003] 技術分野
    [0004] 本発明は、 サイ リスタ等の電力半導体を冷却する ヒー トパ ィプ式半導体冷却器の製造方法に関する。
    [0005] 背景技術
    [0006] 本発明者等は、 サイ リス夕等の半導体冷却器と してヒ— 卜 パイプを用いた冷却器を日本国における特許出願により特開 昭 6 0— 5 7 9 5 6号と して既に開示した。 かかる ヒー トパ イブ式半導体冷却器は、 第 7図および第 8図に示す如く 、 熱 伝導性に優れた銅などの金属からなるヒー トパイプ 1 に、 ァ ルミ二ゥム等の熱伝導性に優れた金属からなるフィ ン 2を揷 着して放熱部 3を設けている。 そして、 ヒー トパイプ 1の下 端部は、 鋦、 アル ミ ニウム等からなる金属ブロック 4に揷着 されている。 金属ブロッ ク 4上には、 サイ リス夕等の半導体 素子が設けられている。 そして、 半導体素子から発生した熱 をヒー トパイプ 1 に伝達して、 フィ ン 2から外部に自然冷却 或いは強制冷却することにより放出している。 この結果、 半 導体素子の動作効率の向上を図っている。
    [0007] また、 ヒー トパイプの中間部分またはヒー トパイプと金属 ブロッグの中間部分に、 アルミナ等の絶縁性の筒を設けて金 属ブロックとヒー トパイプを電気的に絶縁した構造の絶緣型 ヒー トパイプ式半導体冷却器も開発されている。
    [0008] 而して、 これらのヒー トパイプ式半導体冷却器の製造は、 金属ブロッ ク 4に ドリル等によつて単数または複数の穴ぐり 加工を施して、 所定深さ （貫通させない） の孔 5を穿設する。 次いで、 この'孔 5に酸化膜除去等の前処理を施す。 然る後、 孔 5内にヒ— 卜パイプ 1の一端部を揷入する。 そして、 ヒ— トパイプ 1 と孔 5との隙間を半田 6等により接台して、 ヒー トパイプ 1 と金属プロック 4とを一体化する。
    [0009] しかしながら、 このような従来の方法では、 穴加工を個々 の N C (数値制御） ドリルマシンで行っている。 'このため、 穴加工に多く の時間を要すると共に、 穴加工の精度も悪い。 しかも、 穴加工が製造コス トを高くする要因となっている。 発明の開示
    [0010] 本発明は、 金属長尺体に単数または複数の貫通孔を穿設す る工程と、
    [0011] 該金属長尺体を所定長さに切断して所望形状の金属プロッ クを得る工程と、
    [0012] 前記貫通孔の一端部を封止する工程と、
    [0013] 封止した前記貫通孔内に低温半田とヒー トパイプの一端部 を装着しこれらを加熱接合して吸熱部を構成する工程と、 前記ヒー トパイプの他端部にフィ ンを圧入♦装着して放熱 部を構成する工程と、
    [0014] を具備するヒ一 トパイプ式半導体冷却器の製造方法である。 また、 本発明は、 金属長尺体に単数または複数の貫通孔を 穿設する工程と、
    [0015] 該金属長尺体を所定長さに切断して所望形状の金属プロッ クを得る工程と、 該金属ブロ ッ クを耐熱平板上に載せて前記貫通孔の孔を塞 ぎ、 該貫通孔内に低温半田と ヒ - トパイプの一端部を装着し、 これらを加熱接合して吸熱部を構成する工程と、
    [0016] 前記ヒー トパイプの他端部にフィ ンを圧入 · 装着して放熱 部を構成する工程と、
    [0017] を具備する ヒー トパイプ式半導体冷却器の製造方法である。 図面の簡単な説明
    [0018] 第 1図は、 本発明の実施例で製造されたヒー トパイプ式半 導体冷却器の正面図、
    [0019] 第 2図は、 第 1図のヒ - トパイプ式半導体冷却器の平面図、 第 3図は、 金属ブロックを作るための長尺体の正面図、 第 4図は、 第 3図の長尺体から製造した金属ブロックの斜 視図、
    [0020] 第 5図 （A ) は、 断面略楕円形の貫通孔を有する金属プロ ッ クの底面図、
    [0021] 第 5図 （ B ) は、 断面略半円形の貫通孔を有する金属プロ ッ クの底面図、
    [0022] 第 5図 （ C ) は、 角形の貫通孔を有する金属ブロッ クの底 面図、
    [0023] 第 5図 （D ) は、 断面略円形の貫通孔を多数個有する金属 ブロッ クの底面図、
    [0024] 第 5図 （ E ) は、 断面略円形の貫通孔をジグザグ状に配置 した金属ブロックの底面図、
    [0025] 第 6図は、 本発明方法で製造された絶縁型ヒ— トパイプ式 半導体冷却器の平面図、
    [0026] 第 7図は、 従来の方法で製造されたヒー トパイプ式半導体 冷却器の正面図、
    [0027] 第 8図は、 第 7図のヒ - トパイプ式半導体冷却器の平面図 である。
    [0028] 発明を実施するための最良の形態
    [0029] 以下、 本発明の実施例について図面を参照して説明する。 実施例
    [0030] 第 1図は、 本発明方法にて製造されたヒー トパイプ式半 導体冷却器の正面図であり、 第 2図は、 このヒー トパイプ式 半導体冷却器の平面図である。 このヒー トパイプ式半導体冷 却器の製造方法は次のように行う。 まず、 第 3図に示す如く、 アルミニウム、 銅等の熱伝導性に優れた材質で形成され、 予 め貫通孔 1 0を形成した铸造材、 押出材などからなる長尺体 1 1を用意する。 この長尺の押出材は、 アルミニウム及びそ の合金、 鋦及びその合金等の熱間押出で容易に作ることがで きる。 また、 長尺の铸造材も普通の方法で作ることができる。 次いで、 この長尺体 1 1を所定の長さのところで切断して、 第 4図に示すような所望寸法の貫通孔 1 0を有する金属プロ ヅ ク 1 2を得る。
    [0031] 次に、 貫通孔 1 0の端部に金属プロック 1 2と同じ材質の 栓 1 3をネジ込みまたは溶接等により封着する。 これによつ て半導体装置取り付け用の吸熱部 1 4を構成する。
    [0032] 次いで、 貫通孔 1 0に酸化膜除去のための酸洗処理または ブラ ッ シング処理を施す。 そして、 貫通孔 1 0内にヒー トパ イブ 1 5の一端部を揷入する。 このヒー トパイプ 1 5と貫通 孔 1 0および栓 1 3との隙間に、 例えば S n — P b — C d系 の低温半田 1 6を埋め込み、 加熱してヒー トパイプ 1 5と金 属ブロ ッ ク 1 2とを一体に接合して両者の熱接触性を向上さ せる。
    [0033] 次に、 ヒー トパイプ 1 5の他端部に、 フィ ン 1 7を圧入等 の手段によって装着して、 放熱部 1 8を構成する。 こ こで、 栓 1 3を使用せずに金属ブロッ ク 1 2を耐火物等の耐熱平板 上に載せて孔を塞ぎ、 ヒ― トパイプ 1 5と金属ブロ ッ ク 1 2 間を、 低温半田 1 6で直接接合して両者を一体化しても良い。
    [0034] なお、 金属ブロックと しては、 第 5図 （A) に示す如く 、 断面略楕円形の貫通孔 1 2 A 1を有する金属ブロ ック 1 2 A と して、 吸熱部 1 4のヒー トパイプ 1 5部分の熱接触面積を 大き く なるようにしたものと しても良い。 また、 第 5図 （ B ) に示す如く 、 断面略半円形の貫通孔 1 2 B 1を有する金属ブ ロッ ク 1 2 Bとして、 吸熱部 1 4のヒー トパイプ 1 5の片面 部分の熱接触面積を特に大き く なるようにしたものと しても 良い。 また、 第 5図 （C ) に示す如く、 角形の貫通孔 1 2 C 1を有する金属ブロック 1 2 Cとして、 金属ブロッ ク 1 2 C の各面毎にほぼ均一な吸熱面を有するものとしても良い。 ま た、 第 5図 （D) に示す如く、 断面略円形の貫通孔 1 2 D 1 を多数個有する金属プロック 1 2 Dとして、 吸熱部 1 4の熱 接触面積を大きく なるようにしたものと しても良い。 更に、 第 5図 （E ) 示す如く、 断面略円形の貫通孔 1 2 E 1をジグ ザグ状に配置した金属ブロッ ク 1 2 Eと して、 被冷却体に対 応した熱接触面積を有するものとしても良い。
    [0035] 而して、 このように構成されたヒー トパイプ式半導体冷却 器 2 0は、 次のようにして例えばサイ リスタ用冷却器と して 用いられる。 サイ リス夕等の平型電力用半導体装置は、 金属 ブロック 1 2の片面に装着される。 サイ リス夕の動作中に発 生した熱は、 吸熱部 1 4ある金属ブロック 1 2からヒ一 トノ、" ィプ 1 5の一端部に吸収される。 この熱は、 更にヒー トパイ プ 1 5内の作動液を蒸発させてヒ— トパイプ 1 5の他端部側 の放熱部 1 Sに伝達される。 そして、 放熱部 1 8のフィ ン 1 7による自然冷却或いは強制冷却によつて外部に放出される。 以上のようにこのヒー トパイプ式半導体冷却器の製造方法 では、 金属プロック 1 2の穴ぐり加工を貫通孔 1 0の一個づ つについて行うのではなく、 長尺体 1 1を所定長さのところ で切断することによって行う。 このため、 従来の方法では必 須であった穴ぐり加工を省略することができる。 しかも、 一 度の切断処理によって、 金属ブロック 1 2と全ての貫通孔 1 0の形状が決定されるので、 吸熱部 1 4の形伏精度を高める ことができる。 この結果、 貫通孔 1 0に施す前処理が容易に なると共に、 吸熱部 1 4の品質を高めて冷却器の性能を向上 させることができる。 しかも、 従来必須であった穴ぐり加工 を省略してヒー トパイプ式半導体冷却器 2 0の製造が容易と なるので、 製造コス トを低減させることができる。
    [0036] なお、 ヒー トパイプ 1 5の作動液としては、 水、 フロ ン、 フルォロカ一ボンなどの通常の作動液を使用できる。
    [0037] また、 第 6図に示す如く、 ヒー トパイプ 1 5の中間部分に アルミ ナ等の電気絶緣筒 2 1を設けて電気絶縁型のヒー トパ イブ式半導体冷却器 24 とすることもできる。
    [0038] 次に、 本発明の効果を確認するために行つた実験例につい て説明する。
    [0039] 実験例 1
    [0040] 第 3図に示す、 巾 80 mm、 厚さ 2 5 m m、 内径 1 3 m m の 2個の貫通孔 1 0を設けた長さ 3 0 0 0 mmのアルミニゥ ム製押出長尺体 1 1を夫々長さ 1 0 0 m mに切断して、 第 4 図に示すような冷却器の金属ブロッ ク 1 2を得た。 貫通孔 1 〇の内面を酸洗い洗浄にした後、 この端部にアルミニウム製 の栓 1 3をネジ込みによつて封着した。 この貫通孔 1 ◦内に、 外径 1 2. 7 m mの銅 Z水系のヒー トパイプ 1 5の一端部を 挿入した。 そして、 ヒー トパイプ 1 5と貫通孔 1 0および栓 1 3間の隙間部に、 S n — P b - C d系の低温半田 1 6を充 填し加熱して、 ヒ一 トパイプ 1 5と金属ブロッ ク 1 2とを一 体化した。 然る後、 ヒー トパイプ 1 5の他端部にアルミ二ゥ ム製の多数枚のフィ ン 1 7を圧入装着して放熱部 1 8を構成 した。
    [0041] このようにしてヒー トパイプ式半導体冷却器 2 0を得るも のでは穴ぐり加工が全く不要となる。 このため、 従来の方法 のように金属ブロッ クを作る際に穴ぐり加工を一回づっ行う ものに比べて、 製造時の工数を約 2 0 %削減することができ た。 しかも、 得られたヒ— トパイプ式半導体冷却器 2 0の接 合部は完全で、 かつ、 その形状精度も極めて高いものであつ た。 実験例 2
    [0042] 巾 1 0 0 mm、 厚さ 3 0 mmで、 内径 2 3 mmの 5個の貫 通孔 1 0が形成された長さ 50 0 0 mmのアルミニゥム製押 出長尺体 1 1を用いて、 これを長さ 1 0 0 mmの 5 0個の金 属ブロック 1 2に切断した。 この貫通孔 1 0にブラッ シング 処理を施した。 次いで、 第 6図に示す如く、 金属ブロック 1 2の貫通孔 1 Ό内に、 銅製の外径 22. 23 mmの管でその 中間部にアルミナ碍子筒 21を設けた電気絶縁型ヒー 卜パイ プ 2 2の一端部を揷入した。 そして、 ヒー トパイプ 2 2と貫 通孔 1 0との隙間に低温半田 1 6を充填し、 金属ブロック 1 2を耐火物の盤上にのせて貫通孔 1 0を塞ぎ、 これを加熱し てヒ— トパイプ 22と金属ブロック 1 2とを接合して、 吸熱 部 14を構成した。 更にヒー トパイプ 2 2 (作動液はフルォ 口カーボン） の他端部に多数枚の金属フィ ン 1 7を圧入装着 して放熱部 1 8を構成した。
    [0043] このようにして得られた絶縁型ヒー トパイプ式半導体冷却 器 24せちゆ接合は完全で、 その形状精度は極めて高く、 ま た、 この実施例の場合、 金属プロック 1 2中の貫通孔 1 0の 数が 5個であり、 従来の製造方法に対する工数削減率は、 約 3 5〜40 %であることが確認された。 産業上の利用可能性
    [0044] 本発明にかかるヒー トパイプ式半導体冷却器の製造方法は、 予め、 単数または複数の貫通孔を穿設した金属長尺体を、 所 定長さに切断して所望形状の貫通孔を備えた金属プロックを 得る。 そして、 この金属ブロッ クの貫通孔を利用してヒー 卜 パイプ式半導体冷却器を得る。 このため、 金属ブロ ッ クを作 つてから貫通孔を ドリル加工等によって形成する工程が全く 不要となり、 製造時の工数を削減して生産性を向上し、 製造 コス トを低減できると共に、 吸熱部の接合部の品質の安定を は図かるこ とができ、 また、 その形状精度を高めて冷却性能 を著しく 向上することができる。 更に、 吸熱部に断面楕円形 等の異形のヒ - 卜パイプを使用できる等の効果を有し、 半導 体冷却器の分野で極めて有用なものである。
    权利要求:
    Claims請求の範囲
    ( 1 ) 金属長尺体に単数または複数の貫通孔を穿設する工程 と、
    該金属長尺体を所定長さに切断して所望形状の金属プロッ クを得る工程と、
    前記貫通孔の一端部を封止する工程と、
    封止した前記貫通孔内に低温半田とヒー トパイ プの一端部 を装着しこれらを加熱接合して吸熱部を構成する工程と、 前記ヒ一 卜パイプの他端部にフィ ンを圧入♦装着して放熱 部を構成する工程と、
    を具備するヒー トパイプ式半導体冷却器の製造方法。
    ( 2 ) 貫通孔の断面形状が、 略楕円形、 略半円形、 角形、 略 円形のいずれか一種である請求項第 1項記載のヒー トパイプ 式半導体冷却器の製造方法。
    ( 3 ) 貫通孔に、 酸化膜除去のための酸洗処理またはブラ ッ シング処理が施されるものである請求項第 1項記載のヒー ト パイプ式半導体冷却器の製造方法。
    ( 4 ) 金属長尺体の材質が、 アルミニウム、 銅である請求項 第 1項記載のヒ - トパイプ式半導体冷却器の製造方法。
    ( 5 ) 金属長尺体は、 铸造材、 押出材のいずれかによつて構 成されている請求項第 1項記載のヒ- トパイブ式半導体冷却 器の製造方法。
    ( 6 ) 貫通孔の一端部を封止する手段が、 該貫通孔の一端部 に栓をはめ込むもの、 該貫通孔の一端部に栓を溶接をするも のいずれか一種である請求項第 1項記載のヒ一 トパイプ式半 導体冷却器の製造方法。
    ( 7 ) ヒー トパイプの作動液が、 水、 フロ ンまたはフルォ口 力一ボンである請求項第 1項記載のヒー トパイプ式半導体冷 却器の製造方法。
    ( 8 ) ヒー トパイプは、 その中間部分に電気絶縁筒を設けた 電気絶縁型のヒー トパイプである請求項第 1項記載のヒー ト パイプ式半導体冷却器の製造方法。
    ( 9 ) 電気絶縁筒は、 アルミ ナで形成されてたものである請 求項第 1項記載のヒ一 トパイプ式半導体冷却器の製造方法。
    ( 1 0 ) 金属長尺体に単数または複数の貫通孔を穿設するェ 程と、
    該金属長尺体を所定長さに切断して所望形状の金属プロッ クを得る工程と、
    該金属ブロッ クを耐熱平板上に載せて前記貫通孔の孔を塞 ぎ、 該貫通孔内に低温半田とヒー トパイプの一端部を装着し、 これらを加熱接合して吸熱部を構成する工程と、
    前記ヒ— トパイプの他端部にフィ ンを圧入 · 装着して放熱 部を構成する工程と、
    を具備するヒ一 トパイプ式半導体冷却器の製造方法。
    类似技术:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1990-08-09| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): CA JP KR US |
    1990-08-09| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): BE DE FR GB IT NL |
    1990-09-28| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 2026437 Country of ref document: CA |
    1990-10-05| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1990902689 Country of ref document: EP |
    1993-05-05| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1990902689 Country of ref document: EP |
    1995-11-29| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1990902689 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP1/27025||1989-02-06||
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    EP90902689A| EP0539583B1|1989-02-06|1990-02-06|Method of producing heat pipe-type semiconductor cooling device|
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