JP2017147260A - heat sink - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電力変換装置などに用いる半導体素子をスイッチング動作させた際に生じる熱
を放熱するためのヒートシンクに関するものであり、例えば、再生可能エネルギーから得
られる直流電力を系統と同期した単相または三相の交流電力に変換して前記系統へ重畳可
能に成した電力変換装置などに用いる半導体素子の放熱を効果的にすることができるヒー
トシンクに関するものである。
The present invention relates to a heat sink for dissipating heat generated when a semiconductor element used in a power conversion device or the like is switched, and for example, a single-phase or three-phase system in which DC power obtained from renewable energy is synchronized with a system. The present invention relates to a heat sink capable of effectively dissipating heat from a semiconductor element used in a power conversion device or the like that is converted into phase AC power and can be superimposed on the system.
例えば、屋内設置式の太陽光発電システム用の電力変換装置(パワーコンディショナ)
として、放熱特性がよく、かつ、筐体表面が高温にならないものを得るために、筐体を金
属筐体とし、その筐体内に、太陽電池が発電する直流電力を交流電力に変換する直交変換
回路と、この直交変換回路のパワーモジュール、特に発熱性の半導体スイッチング素子を
取り付けたヒートシンクなどとを備えたものが知られている(特許文献1参照)。
For example, a power conversion device (power conditioner) for a solar power generation system installed indoors
In order to obtain a product that has good heat dissipation characteristics and the case surface does not become hot, the case is a metal case, and the orthogonal transformation that converts the DC power generated by the solar cell into AC power in the
この特許文献1では、電力変換装置の筐体内の放熱が良好に行なえると共に、電力変換
装置の筐体に人が触れたときに火傷や感電などを防止できる効果が記載されている。即ち
、この電力変換装置では、パワーモジュールを取り付けたヒートシンクで空冷方式による
冷却を行うものであって、ヒートシンクに付設した多数のフィンの表面部分を筺体内の空
気に触れさせることで、発熱中のパワーモジュールに対する冷却を行うことができるよう
になっている。
This Patent Document 1 describes an effect that heat can be satisfactorily dissipated in the casing of the power converter, and that burns and electric shocks can be prevented when a person touches the casing of the power converter. That is, in this power converter, the heat sink to which the power module is attached is used for cooling by the air cooling method, and the surface portion of a large number of fins attached to the heat sink is brought into contact with the air in the housing, thereby generating heat. The power module can be cooled.
上述の電力変換装置のように、ヒートシンクを用いることである程度は効果的な冷却が
行えるものである。上述の電力変換装置では、空気の流れが筺体の内外を貫通し、特にヒ
ートシンクのフィン間を通過する状態にスリット孔を穿設することで、筺体外に抜ける空
気の流れを形成するように構成されている。一般にヒートシンクの大きさ(冷却能力)は
パワーモジュール等の発熱量に合わせて設計されるため、例えば、筺体内部での空気の流
れがスムースでないような場合には、ヒートシンクでの冷却能力を超えた半導体スイッチ
ング素子の発熱が筐体内に篭ってしまう虞がある。その結果、これら回路素子の耐熱限度
を超え、その素子の特性が変化してパワーコンディショナとして所期の動作が得られなく
なったり、またはその素子が破壊したりする虞がある。そのためヒートシンクの設計は冷
却能力に余裕をもって設定されるが、その分大型化する傾向があった。
Like the above-described power converter, the heat sink can be effectively cooled to some extent. In the above-described power conversion device, the air flow penetrates the inside and outside of the housing, and in particular, the slit hole is formed so as to pass between the fins of the heat sink, thereby forming the air flow that goes out of the housing. Has been. In general, the size of the heat sink (cooling capacity) is designed according to the amount of heat generated by the power module, etc. For example, when the air flow inside the housing is not smooth, the cooling capacity of the heat sink was exceeded. There is a risk that the heat generated by the semiconductor switching element may be trapped in the housing. As a result, the heat resistance limit of these circuit elements may be exceeded, the characteristics of the elements may change, and the expected operation as a power conditioner may not be obtained, or the elements may be destroyed. Therefore, the design of the heat sink is set with a sufficient cooling capacity, but there is a tendency to increase the size accordingly.
特許文献2には、金属材料からなる板状部の一面側に、セラミックス基板を有する電子
部品が搭載される平面状の上表面部が形成されるとともに、該上表面部と反対面側に、多
数のピン状フィンが立設された下表面部が形成されてなり、前記下表面部は、その周辺部
の取付部と、この取付部の内縁から中心部に向かって厚みが漸次大きくなるように形成さ
れた中央部と、該中央部に立設された多数の前記ピン状フィンとにより形成されているこ
とを特徴とするピン状フィン一体型ヒートシンクが開示されており、熱応力や水流からの
圧力などの機械的応力により、脆性材料であるセラミックス基板に割れを生じさせないよ
うに支持することができると記載されている(特許文献2参照)。
In
図5は、従来の一般的なヒートシンクの構成を示す説明図である。
従来のヒートシンク1Aは、例えば、発熱量の大きい回路素子としてインバータ回路(
INV)を成す半導体スイッチング素子IPM(インテリジェントパワーモジュール)が
ヒートシンク1Aの基盤2上に熱伝導可能に取り付けられていた。前記基盤2の反対側の
他方の面3側に一定の高さを有する複数の放熱フィン4が平行になるように設置され、前
記放熱フィン4間を流れる空気で前記IPMを冷却するように構成されている。8は取り
付けネジである。
FIG. 5 is an explanatory view showing a configuration of a conventional general heat sink.
The conventional heat sink 1A is, for example, an inverter circuit (
The semiconductor switching element IPM (intelligent power module) forming the INV) is mounted on the
このような従来のヒートシンクを太陽光発電システム用の電力変換装置に用いた場合に
ついて以下に説明する。図6は太陽電池PVが定格出力に要する日射量が与えられている
時の電流と電圧の関係を示す説明図である。
この太陽電池PVが発電する直流電力は、後述する図1に示す太陽光発電システム用の
電力変換装置の概略的な電気的構成を備えた太陽光発電システム用の電力変換装置に供給
される。太陽電池PVの定格出力は出力電流のピーク(最適動作点)と最適動作点電圧の
時である。このV−I特性は日射量が減少して太陽電池PVの定格出力が得られない時は
、ピーク(最適動作点)の高さが低くなった新たなV−I特性へ変化するものである。ピ
ーク(最適動作点)は一般に日射量が多い時は出力電流が大きくなるよう高く変化し、日
射量が少ない時は反対に出力電流が小さくなるよう低く変化する。すなわち、太陽電池P
Vの出力電流は最適動作点電圧を保てば日射量で変化するものである。そのため電力変換
装置は日射量に関わらず常に最適動作点電圧で太陽電池PVが作動するように制御されて
いるものである。
例えばピークでの電流値が30Amp(定格電流は36Ampとした場合)となる日射
量の場合(日射量が多い時ではない)、周囲温度が高くIPMの温度が限界温度(例えば
110℃)に対してヒートシンクの冷却能力に余裕がない状態であれば、それ以上日射量
が増えるとピークの電流値が増加し同時に発熱量が増えIPMの温度がより高くなる。
A case where such a conventional heat sink is used in a power conversion device for a photovoltaic power generation system will be described below. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between current and voltage when the solar cell PV is given the amount of solar radiation required for rated output.
The direct-current power generated by the solar cell PV is supplied to a power conversion device for a solar power generation system having a schematic electrical configuration of a power conversion device for a solar power generation system shown in FIG. The rated output of the solar cell PV is when the output current peak (optimum operating point) and the optimal operating point voltage. When the amount of solar radiation decreases and the rated output of the solar cell PV cannot be obtained, this VI characteristic changes to a new VI characteristic in which the height of the peak (optimum operating point) is lowered. . In general, the peak (optimum operating point) changes so as to increase the output current when the amount of solar radiation is large, and changes so as to decrease the output current when the amount of solar radiation is small. That is, solar cell P
The output current of V changes with the amount of solar radiation if the optimum operating point voltage is maintained. Therefore, the power converter is controlled so that the solar cell PV always operates at the optimum operating point voltage regardless of the amount of solar radiation.
For example, in the case of a solar radiation amount where the current value at the peak is 30 Amp (when the rated current is 36 Amp) (not when the solar radiation amount is large), the ambient temperature is high and the IPM temperature is below the limit temperature (eg 110 ° C.) If the cooling capacity of the heat sink is not sufficient, when the amount of solar radiation increases further, the peak current value increases, and at the same time, the heat generation amount increases and the temperature of the IPM becomes higher.
この問題を解決するために、太陽電池PVの動作電圧を最適動作点の電圧よりずらして
出力電流を減らし、太陽電池PVの出力電流を減らしてIPMの発熱を抑制する方法があ
る。この場合太陽電池PVの定格出力が得られなくなってしまう問題がある。またヒート
シンク1Aを大型化して冷却能力を上げるか、送風機で強制的に放熱フィン4間に空気を
流通させて冷却能力を上げるなどの方法があるが、いずれもヒートシンク及び/又は送風
機と合わせて機器が大型になるので金属筺体内に設置できなくなる問題や、大幅にコスト
アップになるなどの新たな問題が発生する。
In order to solve this problem, there is a method of reducing the output current by shifting the operating voltage of the solar cell PV from the voltage at the optimum operating point and reducing the output current of the solar cell PV to suppress the heat generation of the IPM. In this case, there is a problem that the rated output of the solar cell PV cannot be obtained. There are methods such as increasing the cooling capacity by increasing the size of the heat sink 1A, or increasing the cooling capacity by forcibly circulating air between the
本発明の目的は、大型化することなく、冷却能力の向上が得られるヒートシンクを提供
することである。
An object of the present invention is to provide a heat sink capable of improving the cooling capacity without increasing the size.
本発明者らは鋭意研究の結果、金属製の基盤の一方の面に発熱性の半導体素子が熱伝導
性を有して取り付けられ、前記基盤の反対側の他方の面に先端の高さがほぼ等しい板状の
複数の放熱フィンが平行になるように設置され、前記放熱フィン間の空気の流れで前記半
導体素子の冷却を行うヒートシンクにおいて、前記半導体素子の取り付けた部分に相対向
する他方の面に前記放熱フィンの先端側に向かって突出させた一定の高さを有する突出部
であって、前記基盤及び前記放熱フィンと共に一体に成形した突出部を設けることによっ
て、前記課題を解決できることを見いだして、本発明を成すに至った。
As a result of diligent research, the inventors of the present invention attached a heat-generating semiconductor element to one surface of a metal base plate with thermal conductivity, and a tip height on the other surface on the opposite side of the base plate. A plurality of substantially equal plate-like radiating fins are installed in parallel, and in the heat sink that cools the semiconductor element by the flow of air between the radiating fins, the other opposite to the portion where the semiconductor element is attached Protrusions having a certain height projecting toward the front end side of the radiating fins on the surface, wherein the problem can be solved by providing a projecting part integrally formed with the base and the radiating fins. As a result, the present invention has been accomplished.
前記課題を解決するための本発明の請求項1は、金属製の基盤の一方の面に発熱性の半
導体素子を熱伝導性を有して取り付け可能に構成し、前記基盤の反対側の他方の面に先端
の高さがほぼ等しい板状の複数の放熱フィンを平行に構成し、前記放熱フィン間の空気の
流れで前記半導体素子の冷却を行うヒートシンクにおいて、前記半導体素子の取り付け部
分に相対向する他方の面を前記放熱フィンの先端側に向かって突出させた一定の高さを有
する突出部を前記基盤及び前記放熱フィンと共に一体に成形した構成を備えることを特徴
とするヒートシンクである。
According to a first aspect of the present invention for solving the above-mentioned problem, a heat-generating semiconductor element can be attached to one surface of a metal substrate so as to be thermally conductive, and the other side opposite to the substrate. A plurality of plate-like heat radiation fins having a substantially equal tip height on the surface of the heat sink, and in a heat sink that cools the semiconductor element by the air flow between the heat radiation fins, relative to the mounting portion of the semiconductor element A heat sink comprising a structure in which a protruding portion having a certain height is formed by projecting the other surface facing toward the tip side of the radiating fin together with the base and the radiating fin.
本発明の請求項2は、請求項1記載のヒートシンクにおいて、前記突出部は前記半導体
素子の前記他方の面への投影面積を含む範囲を備え、かつ前記一定の高さは前記放熱フィ
ンの高さの15%〜22%付近であることを特徴とするものである。
According to a second aspect of the present invention, in the heat sink according to the first aspect, the projecting portion has a range including a projected area on the other surface of the semiconductor element, and the constant height is a height of the heat radiating fin. It is characterized by being in the vicinity of 15% to 22%.
本発明の請求項3は、請求項1または請求項2のいずれかに記載のヒートシンクにおい
て、前記突出部は前記放熱フィンの方向に沿って両端部間に延在することを特徴とするも
のである。
According to a third aspect of the present invention, in the heat sink according to the first or second aspect, the protruding portion extends between both end portions along the direction of the heat radiating fin. is there.
本発明の請求項1は、金属製の基盤の一方の面に発熱性の半導体素子を熱伝導性を有し
て取り付け可能に構成し、前記基盤の反対側の他方の面に先端の高さがほぼ等しい板状の
複数の放熱フィンを平行に構成し、前記放熱フィン間の空気の流れで前記半導体素子の冷
却を行うヒートシンクにおいて、前記半導体素子の取り付け部分に相対向する他方の面を
前記放熱フィンの先端側に向かって突出させた一定の高さを有する突出部を前記基盤及び
前記放熱フィンと共に一体に成形した構成を備えることを特徴とするヒートシンクであり
、
前記半導体素子の取り付け部分に相対向する他方の面に一定の高さを有する突出部を設
けて厚くしたことにより、半導体素子付近のヒートシンクの熱容量が大きくなり、この蓄
熱された熱による放熱フィンへの熱供給に余裕ができ、結果的に放熱フィンへの熱伝速度
が高まり半導体素子の温度低下(冷却)につながる。従ってヒートシンクの放熱能力の増
加や小型化が可能になり、発熱性の半導体素子を効果的に、容易に冷却することができる
、という顕著な効果を奏する。
According to a first aspect of the present invention, a heat-generating semiconductor element can be attached to one surface of a metal base plate so as to be thermally conductive, and a tip height is provided on the other surface on the opposite side of the base plate. A plurality of plate-like radiating fins that are substantially equal to each other in parallel, and in the heat sink that cools the semiconductor element by the flow of air between the radiating fins, the other surface facing the mounting portion of the semiconductor element is A heat sink comprising a structure in which a protruding portion having a certain height protruding toward the tip end side of the radiating fin is integrally formed with the base and the radiating fin,
The thickness of the heat sink near the semiconductor element is increased by providing a protrusion having a certain height on the other surface facing the mounting portion of the semiconductor element, thereby increasing the heat capacity. As a result, the heat transfer speed to the radiating fin is increased, leading to a decrease in temperature (cooling) of the semiconductor element. Therefore, the heat dissipation capability of the heat sink can be increased and the size can be reduced, and the heat-generating semiconductor element can be effectively and easily cooled.
本発明の請求項2は、請求項1記載のヒートシンクにおいて、前記突出部は前記半導体
素子の前記他方の面への投影面積を含む範囲を備え、かつ前記一定の高さは前記放熱フィ
ンの高さの15%〜22%付近であることを特徴とするものであり、
前記突出部の前記面積およびを高さを規定することによって発熱性の半導体素子をより
効果的に、より容易に確実に冷却することができる、というさらなる顕著な効果を奏する
。
According to a second aspect of the present invention, in the heat sink according to the first aspect, the projecting portion has a range including a projected area on the other surface of the semiconductor element, and the constant height is a height of the heat radiating fin. 15% to around 22% of the length,
By defining the area and the height of the protruding portion, there is a further remarkable effect that the exothermic semiconductor element can be cooled more effectively, more easily and reliably.
本発明の請求項3は、請求項1または請求項2のいずれかに記載のヒートシンクにおい
て、前記突出部は前記放熱フィンの方向に沿って両端部間に延在することを特徴とするも
のであり、
前記基盤及び放熱フィンと共に一体成形し易い、というさらなる顕著な効果を奏する。
According to a third aspect of the present invention, in the heat sink according to the first or second aspect, the protruding portion extends between both end portions along the direction of the heat radiating fin. Yes,
There is a further remarkable effect that it is easy to be integrally formed with the base and the radiating fin.
次に本発明の実施態様につき、図を用いて詳細に説明する。
図1は、太陽光発電システム用の電力変換装置の概略的な電気的構成を示す説明図であ
る。
再生可能エネルギーである太陽電池(PV)で発電された直流電力が、昇圧部(DC/
DCコンバータ)のチョッパ動作にて昇圧される。この昇圧部(DC/DCコンバータ)
で昇圧した直流電力が、D/A変換部(DC/ACコンバータ)により商用電力系統(G
RID)の周波数に相当する所定の低周波数の疑似正弦波の交流電力に変換(DC/AC
変換)される。尚、昇圧部とD/A変換部とをまとめてインバータ部(INV)と称す。
この交流電力はローパスフィルタ回路を構成するフィルタ部(LPF)を介して高周波成
分が遮断または抑制された交流電力として商用電力系統(GRID)へ重畳される。これ
らの動作は制御回路により適正に制御されている。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic electrical configuration of a power conversion device for a photovoltaic power generation system.
Direct current power generated by a solar cell (PV), which is a renewable energy, is converted into a booster (DC /
The voltage is boosted by the chopper operation of the DC converter. This booster (DC / DC converter)
The DC power boosted by the D / A converter (DC / AC converter) is converted into a commercial power system (G
Converted into a predetermined low frequency pseudo sine wave AC power (DC / AC) corresponding to the frequency of RID)
Converted). The boosting unit and the D / A conversion unit are collectively referred to as an inverter unit (INV).
This AC power is superimposed on the commercial power system (GRID) as AC power in which high-frequency components are blocked or suppressed via a filter unit (LPF) constituting a low-pass filter circuit. These operations are appropriately controlled by the control circuit.
図2(イ)は、太陽光発電システム用電力変換装置に装着される本発明のヒートシンク
の構成を示す説明図であり、(ロ)は、(イ)の上方から下方を見た構成を示す説明図で
あり、(ハ)は、(イ)の下方から上方を見た構成および突出部を示す説明図である。
本発明のヒートシンク1は、アルミニューム、銅、またはこれらの合金による金属製で
あり、押出成形やダイカスト成型にて製造されるが、本実施例では押出成形を用いて成形
されている。ヒートシンク1は長方形状の基盤2の一方の面に発熱量の大きい発熱性の半
導体素子が熱伝導性を有して取り付けられている。具体的な半導体素子としてはインバー
タ部(INV)の電気回路を構成する複数のスイッチング素子を単一のパッケージに収納
したIPM(インテリジェントパワーモジュール)である。基盤2の反対側の他方の面3
には基盤2から先端までの高さがほぼ等しくなるように構成された板状の放熱フィン4を
複数が平行になるように設置している。
外部から矢印で示した方向にヒートシンク1に入った空気は、これら放熱フィン4の間
を空気が流れてIPMからの熱を冷却するものである。この冷却に作用する空気は下から
上へ向かって流れるように放熱フィン4が配置されており、この空気はIPMの発熱で加
熱された空気の上昇と放熱フィン4の間の風路によるトンネル効果で自然上昇しIPMの
冷却が可能になる。尚、送風機を用いて強制循環させても良いものである。また、この放
熱フィン4の先端側を壁面または背面板などに対向させると風路が筒状となりトンネル効
果が向上する。
FIG. 2 (a) is an explanatory view showing the configuration of the heat sink of the present invention attached to the power conversion device for a photovoltaic power generation system, and (b) shows the configuration as viewed from above (b). It is explanatory drawing, (C) is explanatory drawing which shows the structure and protrusion part which looked upward from the downward direction of (A).
The heat sink 1 of the present invention is made of metal such as aluminum, copper, or an alloy thereof, and is manufactured by extrusion molding or die casting. In this embodiment, the heat sink 1 is molded by extrusion molding. In the heat sink 1, a heat-generating semiconductor element having a large heat generation amount is attached to one surface of a
The plate-
The air that has entered the heat sink 1 from the outside in the direction indicated by the arrows cools the heat from the IPM by the air flowing between the
また、基盤2には、図2(イ)〜(ハ)、図4に示すように、前記IPMの取り付け部
分に相対向する他方の面3を基盤2と同じ熱伝導性の材料から成り前記放熱フィン4の先
端側に向かって突出させた一定の高さの突出部6が基盤2及び放熱フィン4と共に一体に
成形されている。この一体成形の構成は、例えばアルミ材の押出成形で成されているが、
ダイカスト成型して成すことも可能である。図2の(ハ)に記載した斜線部分が突出部6
である。
本実施例では基盤2の厚さL0は6mm、突出部6の突出量(高さに相当)L1は10
mm、放熱フィン4の基盤2から先端までの高さL2は57mmであるが{(突出部6の
高さL1/放熱フィン4の高さL2)×100?17.5%}、本発明はこの寸法に限る
ものではなくIPMなどの発熱部品の発熱熱量、ヒートシンク1の大きさや、送風機の有
無などに基づいて適切に設計されるものである。
突出部6は、前記半導体素子の他方の面3への投影面積を含む範囲を備えた面積を有し
ていることが好ましい。この面積や形状、寸法なども限定されるものではなく、IPMな
どの発熱部品の発熱熱量、ヒートシンク1の大きさや、送風機の有無などに基づいて適切
に設計されるものである。
その箇所の突出部6を含む前記基盤2の厚さが、前記基盤2の他の箇所7より厚くなる
ように構成されている。8は取り付けネジである。
Further, as shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c) and FIG. 4, the
It can also be formed by die casting. The shaded portion described in FIG.
It is.
In this embodiment, the thickness L0 of the
mm, and the height L2 from the
The protruding
The thickness of the
前記箇所の基盤2の厚さを、突出部6を設けて実質的に厚くしたことにより、IPM(
半導体素子)付近のヒートシンク部分の熱容量が大きくなり、この蓄熱された熱による放
熱フィン4への熱供給に余裕ができ、結果的に放熱フィンへの熱伝速度が高まりIPMの
温度低下(冷却)につながる。または突出部6に熱エネルギーを一旦溜め、突出部6に直
接つながる放熱フィン4やそして厚さを厚くしていない他の箇所7などに熱を熱伝導させ
て放散できるので、ヒートシンク1の大型化やコストアップになることなく冷却能力をア
ップでき、発熱性の前記IPMを効果的に容易に冷却することができる。
図3は、突出部6の突出量(横軸)とIPM(発熱部品)又は近傍の温度(縦軸)との
測定値を示す特性図であり、横軸には、放熱フィン4の高さL2に対する突出部6の高さ
L1の比率(%)とL1の値を記載している。突出量が0mmの場合(従来の構造)の温
度から、突出量を5mm、10mmと増やすにつれて急激に温度が低下するが、15mm
、20mm、25mmと増やすと逆に温度が上昇するが、突出量が5mmの場合の温度よ
りは低くなっている。
従て、突出部6を設けることによってIPMの温度低下効果が得られるが、突出量を増
やしても突出量に応じた効果が有られないので、突出量を増やすことによって必要となる
金属(アルミなど)の増加に伴う重量増加を考量すると突出量は20mm以下が妥当であ
るが、更にIPMの温度の最下点を含む効果のよい範囲は13mm以下(放熱フィンの先
端までの高さ57mmとの比率で22%付近以下)が適している。またヒートシンクの放
熱フィンの形状を変えた際の特性の良い範囲を考慮すると突出部の突出量は8mm以上(
放熱フィンの先端までの高さ57mmとの比率で15%付近以上)が適しているが、軽量
化を優先すれば5mm程度あればIPMの相当の温度低下効果が見込めるものである。
尚、本実施例における温度測定には設定条件のバラツキを考慮して熱解析ソフトを用い
たが、実際に温度センサ(熱電対など)を用いて実測しても同様の測定結果が得られるも
のである。
The thickness of the
The heat capacity of the heat sink in the vicinity of the semiconductor element) becomes large, and there is room for heat supply to the
FIG. 3 is a characteristic diagram showing measured values of the protruding amount (horizontal axis) of the protruding
On the other hand, when the thickness is increased to 20 mm and 25 mm, the temperature rises conversely, but is lower than the temperature when the protrusion amount is 5 mm.
Therefore, although the temperature reduction effect of the IPM can be obtained by providing the projecting
A ratio of about 15% or more in the ratio of the height to the tip of the radiating fin is 57% or more) is suitable. However, if priority is given to weight reduction, if the thickness is about 5 mm, a considerable temperature reduction effect of IPM can be expected.
In this embodiment, thermal analysis software was used in consideration of variations in setting conditions for temperature measurement, but the same measurement results can be obtained even if actually measured using a temperature sensor (thermocouple, etc.). It is.
突出部6の製法は特に限定されるものではなく、具体的には、例えば、ヒートシンク1
製造時に押出成形やダイカスト成型などで一体的に作ってもよく、ヒートシンク1製造後
に追加して溶接やビス止めなどで一体的に作ってもよく、また、熱電伝導性が良い合成樹
脂や金属を放熱フィン間に流し込んで成してもよく、熱伝導性を損なわず、機械的強度な
どが高く、耐久性のあるヒートシンク1を製作できる製法であればいずれでもよい。その
厚さや面積も使用する太陽電池に適合したものであって、太陽電池で発電した電力の全て
を有効利用できるような冷却能力を有するように設計し、予め試験して決めることが好ま
しい。
The manufacturing method of the
It may be made by extrusion molding or die casting at the time of manufacture, or it may be added after the heat sink 1 is manufactured, and it may be made integrally by welding or screwing, or a synthetic resin or metal with good thermoelectric conductivity is used. Any manufacturing method may be used as long as the heat sink 1 can be manufactured without losing thermal conductivity, mechanical strength, etc., and durability. The thickness and area are also suitable for the solar cell to be used, and are preferably designed to have a cooling capacity so that all the electric power generated by the solar cell can be used effectively and determined by testing in advance.
前記例では、突出部6の材料として基盤2と同じ熱伝導性の優れた材料を使用したが、
ヒートシンク1の押出成形時に突出部6を備えたヒートシンク1を一体的に作成するのが
好ましい。しかし、ヒートシンク1製造後に突出部6を追加して溶接やビス止めなどで一
体的に作成する場合は同じ材料でもよいが、熱伝導性、機械的強度、耐久性などに優れた
材料であり、優れたヒートシンク1を製作できる材料であれば、基盤2と異なる材料を使
用したり、前記同じ材料と異なる材料を組み合わせて使用することもできる。
本実施例では突出部6の高さ(突出量)は一定であるが、突出部6による熱容量が減ら
ない範囲で変形が可能である。
In the above example, the material having the same thermal conductivity as that of the
It is preferable that the heat sink 1 provided with the
In the present embodiment, the height (projection amount) of the
上記実施の形態の説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記
載の発明を限定し、或は範囲を減縮するものではない。又、本発明の各部構成は上記実施
の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
The description of the above embodiment is for explaining the present invention, and does not limit the invention described in the claims or reduce the scope thereof. Moreover, each part structure of this invention is not restricted to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible within the technical scope as described in a claim.
本発明は、金属製の基盤の一方の面に発熱性の半導体素子を熱伝導性を有して取り付け
可能に構成し、前記基盤の反対側の他方の面に先端の高さがほぼ等しい板状の複数の放熱
フィンを平行に構成し、前記放熱フィン間の空気の流れで前記半導体素子の冷却を行うヒ
ートシンクにおいて、前記半導体素子の取り付け部分に相対向する他方の面を前記放熱フ
ィンの先端側に向かって突出させた一定の高さを有する突出部を前記基盤及び前記放熱フ
ィンと共に一体に成形した構成を備えることを特徴とするヒートシンクであり、前記半導
体素子の取り付け部分に相対向する他方の面に一定の高さを有する突出部を設けて厚くし
たことにより、そこに熱エネルギーを一旦溜め、そして放熱フィンや厚さを厚くしていな
い箇所に熱伝導させて放散できるので、ヒートシンクの大型化やコストアップになること
なく冷却能力をアップでき、発熱性の半導体素子を効果的に容易に冷却することができる
、という顕著な効果を奏するので、産業上の利用価値は甚だ大きい。
The present invention is configured so that a heat-generating semiconductor element can be attached to one surface of a metal base with heat conductivity, and the tip of the plate is substantially equal in height to the other surface on the opposite side of the base. A heat sink comprising a plurality of heat radiation fins arranged in parallel and cooling the semiconductor element by an air flow between the heat radiation fins, the other surface facing the mounting portion of the semiconductor element is the tip of the heat radiation fin A heat sink comprising a structure in which a protrusion having a certain height protruding toward the side is formed integrally with the base and the heat dissipating fin, and the other opposite to the mounting portion of the semiconductor element By providing a thick protrusion on the surface, the heat energy can be temporarily stored there, and then dissipated by conducting heat to the fins and other parts where the thickness is not increased. Therefore, the cooling capacity can be increased without increasing the size and cost of the heat sink, and the remarkable effect that the heat-generating semiconductor element can be effectively and easily cooled is achieved. It ’s big.
1、1A ヒートシンク
2 基盤
3 基盤の反対側の他方の面
4 放熱フィン
6 突出部
7 他の箇所
8 取り付けネジ
L0 基盤の厚さ
L1 突出部の高さ
L2 放熱フィンの基盤から先端までの高さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,
Claims (3)
し、前記基盤の反対側の他方の面に先端の高さがほぼ等しい板状の複数の放熱フィンを平
行に構成し、前記放熱フィン間の空気の流れで前記半導体素子の冷却を行うヒートシンク
において、前記半導体素子の取り付け部分に相対向する他方の面を前記放熱フィンの先端
側に向かって突出させた一定の高さを有する突出部を前記基盤及び前記放熱フィンと共に
一体に成形した構成を備えることを特徴とするヒートシンク。 A heat-generating semiconductor element can be attached to one surface of a metal base plate with thermal conductivity, and a plurality of plate-shaped plurality of tips whose heights are substantially equal to the other surface on the opposite side of the base plate. In the heat sink that configures the heat radiation fins in parallel and cools the semiconductor element by the air flow between the heat radiation fins, the other surface facing the mounting portion of the semiconductor element is directed toward the tip side of the heat radiation fin. A heat sink comprising a structure in which a protruding portion having a certain height is integrally formed with the base and the heat dissipating fin.
一定の高さは前記放熱フィンの高さの15%〜22%付近であることを特徴とする請求項
1記載のヒートシンク。 The protrusion has a range including a projected area on the other surface of the semiconductor element, and the fixed height is approximately 15% to 22% of the height of the radiation fin. Item 1. A heat sink according to item 1.
項1または請求項2のいずれかに記載のヒートシンク。
The heat sink according to claim 1, wherein the protruding portion extends between both end portions along the direction of the radiation fin.
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