JP2010135673A - 半導体機器の放熱器 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、放熱フィンが目詰りを生ずることがなく、また、送風ファンを用いる場合でもその送風能力の増大による騒音の発生も少なくなし得て、半導体素子を効果的に冷却することができる半導体機器の放熱器を提供する。
【解決手段】放熱器８は、半導体機器の半導体素子の熱が伝導される放熱基板１５に多数の放熱フィン１６を突設してなる放熱体１４と、この放熱体１４を支持し前記半導体機器の取付部位たる設置盤１８に取付けられる取付片部１２、１２を有する器枠９とを具備し、器枠９を熱伝導性の良い材料にて構成して、放熱体１４からの熱を器枠９に伝導させ、更に、取付片部１２、１２を介して設置盤１８に伝導させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体機器の半導体素子が発生する熱を放散させる半導体機器の放熱器に関する。

インバータ装置などの半導体素子を用いる半導体機器においては、半導体素子が発生する熱を放散させるための放熱器が設けられている。この放熱器は、放熱基板における半導体素子が設置される設置面とは反対側の面に多数の放熱フィンを突設して、その放熱フィンに送風ファンからの冷却風を吹き当てるようにした構成で、半導体素子からの熱を放熱基板に伝達し、更に、多数の放熱フィンに伝達して、放熱フィンから放熱させ、以って、半導体素子を冷却するようになっている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−３４９５４８号公報

放熱器による放熱（冷却）効果をよくするためには、放熱フィンの数を増大させることが行なわれるが、このようにすると、限られた設置スペースでは放熱フィン相互の間隔が極めて小になって、埃などによる眼詰りの原因となる。また、放熱器による放熱（冷却）効果をよくするためには、送風ファンの送風能力を増大させることも行なわれるが、これとても、送風ファンによる騒音の発生の問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、放熱フィンが目詰りを生ずることがなく、また、送風ファンを用いる場合でもその送風能力の増大による騒音の発生も少なくなし得て、半導体素子を効果的に冷却することができる半導体機器の放熱器を提供することにある。

本発明の半導体機器の放熱器は、半導体機器の半導体素子の熱が伝導される放熱基板に多数の放熱フィンを突設してなる放熱体と、この放熱体を支持し前記半導体機器の取付部位に取付けられる取付部を有する器枠とを具備し、前記器枠を熱伝導性の良い材料にて構成して、放熱体からの熱を器枠に伝導させ、更に、取付部を介して取付部位に伝導させることを特徴とする。

本発明の半導体機器の放熱器によれば、半導体素子からの熱は、放熱体から放熱フィンに伝達されて放散されるが、更に放熱体から熱伝導性の良い器枠にも伝達されて放散され、且つ、器枠の取付部から取付部位にも伝達されて放散されるようになり、放熱フィンの数を増大しなくても、また、送風ファンを用いる場合にその送能力を増大しなくても、半導体を素子を効果的に冷却することができる。

以下、本発明を半導体機器たるインバータ装置に適用した各実施例につき、図面を参照しながら説明する。なお、各実施例においては、同一部分には同一符号を付して示す。
（第１の実施例）
図１乃至図５は、本発明の第１の実施例を示す。

先ず、図２に従ってインバータ装置１の構成について説明する。
インバータ装置１は、筐体２を備えており、この筐体２の本体部３には、図示はしないが、電気回路が、例えば、直流電源回路部分、インバータ回路部分及び制御回路部分の三部分に分割されて収容されている。その本体部３の周壁には、多数の放熱孔３ａが形成されている。

本体部３の前面部（図２において上面部）には、操作部４及び表示部５を有する操作パネル部６が配設されている。この場合、操作部４は、前記図示しない制御回路に接続されていて、運転を開始するためのランキー、運転を停止するためのストップキー、運転周波数などの各種パラメータを設定するためのボリューム、数値変更のためのアップキー及びダウンキーなどを備えている。表示部５は、ＬＥＤや液晶表示パネルから構成されており、現在の運転状態、運転周波数指令値、電圧、電流、入出力端子状態、トリップ履歴などを表示可能となっている。

更に、本体部３の背面部（図２においては下面部）には、収納部７が設けられている。収納部７は、多数の放熱孔７ａを有し、左右両側面及び背面が開放されている。この収納部７には、放熱器８が収納固定されている。以下、この放熱器８について、図１、図３乃至図５を参照して説明する。

図５に示すように、放熱器８の器枠９は、平坦面をなす背面板１０と、この背面板１０の対応する二辺部にこれと直交するように突設された側面板１１、１１と、背面板１０の残りの対応する二辺部にこれと平坦面をなすように延設された取付部たる取付片部１２、１２と、側面板１１、１１の先端部に内方に向け突設されたフランジ部１３、１３とから構成されている。この場合、器枠９は、熱伝導性の良い材料例えば鋼鈑にて構成されている。

同図５に示すように、放熱器８の放熱体１４は、矩形状の放熱基板１５と、この放熱基板１５の設置面（図５においては上面）１５ａとは反対側の面に後方に突出し且つ互いに平行となるように設けられた多数の放熱フィン１６とから構成されている。この場合、放熱体１４は、熱伝導性の良い材料例えばアルミニウムにて構成され、多数の放熱フィン１６は、放熱基板１５にろう付け或いはかしめにて固定されている。

そして、放熱体１４は、器枠９内に配置されて、その放熱基板１５の設置面１５ａがフランジ部１３、１３に複数のねじ１７により取付け固定され、以って、放熱体１４が器枠９に支持されて、図１に示すように、放熱器８が構成される。この場合、図３に示すように、多数の放熱フィン１６の先端部は、器枠９の背面板１０に所定の間隔を存して対向するようになっている。この放熱器８は、前述したように筐体２の収納部７に収納固定され、その放熱体１４における放熱基板１５の設置面１５ａに前記図示しないインバータ回路を構成するパワー半導体素子たるＩＧＢＴが設置される。

このように構成されたインバータ装置１は、客先の取付部位たる平坦面状の設置盤１８（図３及び図４参照）に取付けられる。なお、この設置盤１８は、放熱性の良い材料例えば鋼鈑にて製作されている。そして、具体的には、筐体２の収納部７に収納固定された放熱器８の背面板１０及び取付片部１２、１２が設置盤１８に当接され、取付片部１２、１２が複数のねじ１９により設置盤１８に取付け固定される。従って、放熱器８の背面板１０及び取付片部１２、１２は、設置盤１８に面接触状態になる。なお、図示はしないが、筐体２内には、放熱器８の放熱フィン１６に冷却風を吹き当てるべく、前記図示しない制御回路により制御される送風ファンが設けられている。

而して、インバータ回路の運転中は、そのスイッチング動作を行なうＩＧＢＴが発熱するようになり、そして、送風ファンが動作されて放熱フィン１６に冷却風を吹き当てるようになる。これにより、ＩＧＢＴからの熱は、放熱体１４の放熱基板１５に伝導され、更に、多数の放熱フィン１６に伝導されて、これらの放熱フィン１６に吹き当てられる冷却風により強制放散される。

また、ＩＧＢＴから放熱体１４に伝導された熱、特に放熱基板１５に伝導された熱の一部は、熱伝導性の良い器枠９に伝導されて放散され、更に、器枠９に伝導された熱の一部は、背面板１０及び取付片部１２、１２を介して客先の取付部位たる設置盤１８に伝導されて放散される。

このように本実施例によれば、放熱器８の放熱体１４を支持する器枠９を熱伝導性の良い鋼鈑で構成したので、半導体素子たるＩＧＢＴから放熱体１４に伝導された熱は、放熱フィン１６に伝導されて冷却風とともに放散されるとともに、放熱体１４に伝導された熱の一部は、器枠９に伝導されて放散されるようになる。また、客先の取付部位を平坦面の設置盤１８とし、器枠９の設置盤１８に対応する背面板１０及び取付片部１２、１２をその設置盤１８と面接触する平坦面にしたので、器枠９に伝導された熱の一部は、背面板１０及び取付片部１２、１２を介して設置盤１８に伝導されて放散される。これにより、放熱フィン１６の数を増大しなくても、また、放熱フィン１６に冷却風を吹き当てる送風ファンの送能力を増大しなくても、半導体素子たるＩＧＢＴを効果的に冷却することができ、放熱フィン１６が目詰りを生ずることがなく、また、送風ファンによる騒音の発生も少なくなし得る。

（第２の実施例）
図６は、本発明の第２の実施例を示す。
この第２の実施例において、上記第１の実施例と異なるところは、放熱フィン１６の先端部にジグザク状のばね部１６ａが形成され、このばね部１６ａが背面板１０に弾性的に接触即ち圧接されている構成にある。
この第２の実施例によれば、多数の放熱フィン１６に伝導された熱の一部は、ばね部１６ａを介して器枠９の背面板１０に伝達され、更に設置盤１８に伝達されて放散されるので、一層ＩＧＢＴの冷却効果が良くなる。

（第３の実施例）
図７は、本発明の第３の実施例を示す。
この第３の実施例において、前記第１の実施例と異なるところは、放熱体１４における放熱フィン１６の先端部と器枠９における背面板１０との間に熱伝導性の良い材料例えばグラファイト製の伝熱部材２０が配設されている構成にある。
この第３の実施例によれば、多数の放熱フィン１６に伝導された熱の一部は、伝熱部材２０を介して器枠９の背面板１０に伝達され、更に設置盤１８に伝達されて放散されるので、第２の実施例同様に、一層ＩＧＢＴの冷却効果が良くなる。

（第４の実施例）
図８は、本発明の第４の実施例を示す。
この第４の実施例において、前記第１の実施例と異なるところは、器枠９の背面板１０に、熱伝導性の良い材料例えばエバアルミニウム製の突片２１が放熱フィン１６相互間に位置するようにしてねじ２２により取付け固定されている構成にある。
この第４の実施例によれば、放熱フィン１６に吹き当てられる送風ファンからの冷却風は、突片２１により乱流とされて放熱フィン１６の放熱効果を促進させ、更に、器枠９の背面板１０に伝導された熱の一部は、突片２１に伝達させて放散されるので、より一層ＩＧＢＴの冷却効果が良くなる。

（第５の実施例）
図９は、本発明の第５の実施例を示す。
この第５の実施例において、上記第４の実施例と異なるところは、突片２１の代わりに、背面板１０に、一体に例えば切り起こしにより突片２３が形成されている構成にある。これらの突片２３は、第４の実施例と同様に放熱フィン１６の相互間に位置し、背面板１０と同材料の鋼鈑製である。
従って、この第５の実施例によれば、上記第４の実施例と同様の効果を得ることができ、特に、突片２３を切り起こしにより設けるようにしたので、製作が容易である。

（第６の実施例）
図１０及び図１１は、本発明の第６の実施例を示す。
この第６の実施例において、前記第１の実施例と異なるところは、器枠９に、取付片部１２、１２の代わりに、後方に突出して略Ｌ字型の取付部たる取付脚部２４、２４が設けられ手いる構成にある。そして、取付脚部２４、２４は、図１１に示すように、複数のねじ１９により設置盤１８に取付け固定される。この場合、器枠９背面板１０と設置盤１８との間には、所定の空間が形成される。
この第６の実施例によれば、器枠９に伝導された熱の一部は、取付脚部２４、２４を介して設置盤１８に伝達されて放散されるようになり、従って、この実地例６によっても第１の実施例と略同様の効果を奏する。

（第７の実施例）
図１２は、本発明の第７の実施例を示す。
この第７の実施例において、上記第６の実施例と異なるところは、器枠９の背面板１０と設置盤１８との間にこれらの間の空間を埋めるように熱伝導性の良い材料例えばグラファイト製の伝熱部材２５が配設されている構成にある。
この第７の実施例によれば、器枠９の背面板１０に伝導された熱の一部は、伝熱部材２５を介して設置盤１８に伝達されて放散されるようになり、従って、第６の実施例に比し、ＩＧＢＴの冷却効果が良くなる。

なお、本発明は、上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、次のような変形、拡張が可能である。
第２乃至第５の実施例のいずれかを第６または第７の実施例に適用してもよい。
放熱器の放熱フィンの数は、限られた設置スペースに応じて設定すればよい。
送風ファンは必要に応じて設ければよい。
インバータ装置に限らず、半導体素子の熱を放散させる必要のある半導体機器全般に適用できる。

本発明の第１の実施例を示す放熱器の斜視図 インバータ装置の斜視図 放熱器の上面図 放熱器の側面図 放熱器の分解斜視図 本発明の第２の実施例を示す図３相当図 本発明の第３の実施例を示す図３相当図 本発明の第４の実施例を示す図３相当図 本発明の第５の実施例を示す第３相当図 本発明の第６の実施例を示す図１相当図 図４相当図 本発明の第７の実施例を示す図１１相当図

符号の説明

図面中、１はインバータ装置（半導体機器）、８は放熱器、９は器枠、１０は背面板、１２は取付片部（取付部）、１４は放熱体、１５は放熱基板、１５ａは設置面、１６は放熱フィン、１６ａはばね部、１８は設置盤（取付部位）、２０は伝熱部材、２１及び２３は突片、２４は取付脚部（取付部）、２５は伝熱部材を示す。

Claims (7)

1. 半導体機器の半導体素子の熱が伝導される放熱基板に多数の放熱フィンを突設してなる放熱体と、
   この放熱体を支持し前記半導体機器の取付部位に取付けられる取付部を有する器枠とを具備し、
   前記器枠を熱伝導性の良い材料にて構成して、放熱体からの熱を器枠に伝導させ、更に、取付部を介して取付部位に伝導させることを特徴とする半導体機器の放熱器。
2. 取付部位を平坦面に形成するとともに、器枠の前記取付部位に対応する面及び取付部を前記取付部位に面接触する平坦面に形成したことを特徴とする請求項１記載の半導体機器の放熱器。
3. 放熱体の放熱フィンの先端部をばね部に形成して、このばね部を器枠の取付部位に対応する面に接触させるようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体機器の放熱器。
4. 放熱体の放熱フィンの先端部と器枠の取付部位に対応する面との間に熱伝導性のよい伝熱部材を配設したことを特徴とする請求項１または２記載の半導体機器の放熱器。
5. 放熱器の放熱フィン間に突片が配設されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体機器の放熱器。
6. 突片は、器枠の取付部位に対応する面に一体に形成されていることを特徴とする請求項５記載の半導体機器の放熱器。
7. 器枠の取付部位に対応する面と該取付部位との間に熱伝導性の良い伝熱部材を配設したことを特徴とする請求項１記載の半導体機器の放熱器。

Images