專利名稱:半導體汽化冷卻裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種汽化冷卻的半導體的裝置，它適用于用以控制鐵路列車的主電動機的速度的斷續(xù)器或交直流變換器。
用以汽化冷卻半導體元件的技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在斷續(xù)器或交直流變換器的應用上，這種斷續(xù)器或交直流變換器用于鐵路列車，而且要求有大容量的半導體元件。
已有的半導體汽化冷卻裝置包括一個裝有半導體堆的冷卻器和一種諸如氟利昂113的液態(tài)致冷劑以及一個設置在冷卻器上的冷凝器，其設置方式允許冷凝器與冷卻器連通。整個冷卻器和冷凝器與大氣隔絕密封，構(gòu)成一個密封容器。這種裝置的典型范例揭示在日本專利公開號68662/1980的說明書中。
又例如，半導體堆又一個實例揭示在日本專利公開號41734/1980的說明書中。這種半導體堆包括一個半導體元件，冷卻件(熱輻射板)(在冷卻件之間配置半導體元件)和布線導體(在布線導體之間配置冷卻件和半導體元件)。(在上述日本專利公開號41734/1980中)進一步提出要把冷卻件的表面做成多孔或粗糙的，以便增加液態(tài)致冷劑的散熱特性，以及插入許多管腳，以便冷卻件和導體之間提供許多孔隙。
近來由于使用半導體元件的容量變得越來越大，而且由于要求在較高頻率下對脈沖寬度加以控制，因此半導體元件產(chǎn)生的熱量也隨之變得越來越大，為了克服半導體元件所產(chǎn)生的大量熱量，本發(fā)明為此目的提供了一種汽化冷卻半導體用的改進裝置，它能夠提高冷卻效率。
為此目的，本發(fā)明提供了一種汽化冷卻半導體用的裝置，它包括一個半導體元件，一個把半導體元件產(chǎn)生的熱量散失到液態(tài)致冷劑中去的冷卻件，以及一個冷卻件接觸的布線導體。其中本裝置的特征在于與冷卻件接觸的布線導體表面形成一種非連續(xù)的接觸面，導體通過此面以水平方向非連續(xù)地接觸冷卻件。
在導線借助諸如線性平行縫槽或凹槽非連續(xù)地接觸冷卻件的水平方向的非連續(xù)接觸面中，最好是這些縫槽或凹槽和水平方向之間的角至少是45°。
在本發(fā)明的一個最佳實施例中，冷卻件有一些直徑大約為0.2mm到0.5mm的小孔，這些小孔以連接半導體和導體的方向穿過冷卻件，而導體包括寬約1.5mm到4mm的縱向縫槽，該縫槽長度能使這些縫槽從導體接觸冷卻件的表面接觸區(qū)的上端和下端伸出。
圖1是根據(jù)本發(fā)明提供的半導體汽化冷卻裝置的一個實施例的截面?zhèn)纫晥D。
圖2是圖1所示裝置的半導體堆的局部放大圖。
圖3是圖1所示裝置的布線導體的透視圖。
圖4是圖1所示裝置的冷卻件的另一個實施例的透視圖。
圖5是圖4所示冷卻件的局部放大圖。
圖6是布線導體的另一個實施例的透視圖。
圖7是沿著圖6的Ⅶ-Ⅶ線取得的截面。
以下結(jié)合附圖來敘述本發(fā)明的實施例。
首先參閱圖1，冷卻器1包含有半導體堆2和液態(tài)致冷劑3。冷凝器4裝配在冷卻器1上面，并借此方式使冷凝器4與冷卻器1連通。冷凝器4包括端板41和42，它們是借助許多冷凝管道43和44連接的。冷凝管道43和44有一組冷卻散熱片45。冷卻器1和冷凝器4借助連通管5相連接，連通管5起著通路的作用，致冷劑汽化物31，32和33通過連通管5向上流動，而冷凝的致冷劑34，35和36又返回下來。
半導體堆2包含有半導體元件21和22，冷卻件(熱輻射板)23到26，以及布線導體27到29，它們按圖上箭頭所示的方向緊壓，以這樣的方式層疊在一起。
圖2是圖1所示半導體堆2的局部放大圖，而圖3是半導體堆2的布線導體28的透視圖。布線導體28具有許多長L2的縱向縫槽281，這L2的長度比區(qū)域A的垂直長度L1長，布線導體28借助這些縫槽接觸冷卻件24或25。換句話說，布線導體28的A區(qū)域(不包括構(gòu)成縫槽281的槽組部分)是與冷卻件24或25接觸的。布線導體28的縫槽281造成液態(tài)致冷劑與冷卻件24的表面接觸，并在這些縫槽中加速致冷劑的汽化，致冷劑汽化產(chǎn)生的汽化物沿著縫槽281向上流動，以致把熱轉(zhuǎn)移到冷凝器4。其結(jié)果是，在半導體元件21的熱產(chǎn)生部分211產(chǎn)生的熱沿著箭頭d1和d2的方向通過最短的路程進行轉(zhuǎn)移，由此能夠顯著降低冷卻件24和25的熱阻。
對縫槽大小的舉例，導體28的厚度是4mm，而每個縫槽281的寬度和縫槽之間的接觸部分的寬度分別是1.5mm和3mm。
在圖2中，冷卻件23，24和25分別有孔狀或粗糙的表面23s、24s、和25s。最好是接觸到布線導體28的冷卻件的接觸面也是孔狀的或粗糙的。為了達到此目的，從冷卻著眼，把對應于圖3所示的A接觸面的冷卻件的整個表面230、240和250制成粗糙的表面，這是極方便的。
圖4是冷卻件23、24、25和26的另一個實施例的透視圖。在這實施例中，冷卻件24的汽化部分240，是由冷卻件的單元241，242和243構(gòu)成的，它們層疊在一起。每個單元的兩側(cè)有許多凹槽V1、V2到Vn和H1、H2，到Hn，它們垂直地相互交叉。
如圖5放大部分所示，這些凹槽的深度a1和a2比剩下的厚度b1和b2大，因此，冷卻件24在垂直的和水平的凹槽交叉間按圖4箭頭B所示方向上有許多通過冷卻件的小孔。假定冷卻件單元的厚度為1mm，則每個凹槽的寬度和深度分別為0.25mm和0.55mm，而凹槽之間的平面部分的寬度是0.5mm，因此冷卻件24就具有大小為0.25×0.25mm的一組方的通過孔，這些孔是以這樣方式設置的，按照此種方式把這些孔縱向和橫向散布在間距為0.5mm的半導體2和導體28之間的冷卻件上。
從下列著眼點出發(fā)，上述結(jié)構(gòu)的冷卻件是很有效的。
為了有效地汽化液態(tài)致冷劑3，最好要求小孔的直徑是小的(大約為0.2mm到0.5mm)。在致冷劑汽化和揮發(fā)出以后，有必要設置大小是汽化部分(在1.2mm和3.0mm之間，或以上)的6倍的縱向通路，以便有效地對流循環(huán)生成的汽化物。
圖4和圖5所示冷卻件24的汽化部分240在半導體元件1附近有許多縱向和橫向的小孔，這可以保證有效的汽化。不向上流動(對流循環(huán))而僅有效地通過這些小孔，在小孔中汽化液態(tài)致冷劑而產(chǎn)生的汽化物能夠以圖2箭頭d2所示方向移動，通過以圖4箭頭B所示方向貫穿冷卻件24的許多小孔，以很短的路程到達導體的縱向縫槽281。這個汽化物沿著縫槽迅速上流，由此達到極有效的冷卻。
如果圖3垂直方向所示的縱向縫槽281是以與水平方向至少成45°而設置的話，那么沿垂直方向的冷卻性能將保持高效。
圖6是布線導體28的另一個實施例的透視圖。在此實施例中，導體28具有穿過導體代替圖2所示縫槽281的凹槽282，凹槽282凹入導體的每個側(cè)內(nèi)。
上述清楚地表明，本發(fā)明能夠提供一種通過液態(tài)致冷劑的汽化而有效地冷卻半導體元件的半導體汽化冷卻裝置。
權(quán)利要求
1、一種汽化冷卻半導體的裝置包括具有半導體元件的半導體堆，冷卻件和布線導體以及一起容納上述疊式存儲器與液態(tài)致冷劑的冷卻器，上述半導體元件是通過上述液態(tài)致冷劑的汽化來進行冷卻的，本發(fā)明的特征在于與所述的冷卻件按觸的所述導體的表面制成一種非連續(xù)的接觸面，上述導體借助該非連續(xù)接觸面在水平方向上非連續(xù)地接觸上述冷卻件。
2、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種汽化冷卻半導體的裝置，其特征在于所述的導體表面上有許多平行的縫槽面對上述的冷卻件，該縫槽是與水平方向至少成45°角而設置的。
3、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種汽化冷卻半導體的裝置，其特征在于所述的導體具有許多長的平行凹槽，該凹槽是與水平方向至少成45°角而設置的。
4、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種汽化冷卻半導體的裝置，其特征在于所述的冷卻件具有許多小孔，這些小孔提供給配置在上述半導體元件的任何一個側(cè)面上的上述半導體元件和上述導體之間以水平方向的連通。
5、根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種汽化冷卻半導體的裝置，其特征在于所述的冷卻件具有許多縱向的和橫向的小孔。
6、根據(jù)權(quán)利要求
4或5所述的一種汽化冷卻半導體的裝置，其特征在于所述的小孔的直徑是所述長凹槽的1/6或小于長凹槽的1/6。
專利摘要
半導體堆由層疊和緊固在一起的GTO可控硅，冷卻件和導體構(gòu)成。半導體堆配置在冷卻器內(nèi)，該冷卻器充滿了氟利昂液。冷凝器配置在冷卻器的上面，通過連通管與冷卻器連接，構(gòu)成一種冷卻裝置。每個冷卻件在GTO可控硅和導體之間有許多小孔，在小孔之間配置了冷卻件。氟利昂液在小孔內(nèi)被GTO可控硅上產(chǎn)生的熱量汽化變成氟利昂汽化物趨向?qū)w。每個導體在它與冷卻器接觸的表面上有許多縱向槽。氟利昂汽化物流沿著槽向上流動，提高了氟利昂致冷劑的冷卻循環(huán)效率。
文檔編號H01L23/34GK86102472SQ86102472
公開日1986年10月15日 申請日期1986年4月9日
發(fā)明者板鼻博, 簿井義典 申請人:株式會社日立制作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan