JP2023088691A - 放熱装置、基板ユニット、及び電気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板に実装されている半導体素子の熱を効率よく放熱する放熱装置、基板ユニット及び電気装置を提供する。
【解決手段】基板ユニット１において、放熱装置は、本体２１と、脚部２２と、脚貫通孔２３と、ねじ２５と、を備える。本体２１は、基板３の厚み方向Ｄ１において実装面３１とともに半導体素子９を挟み込む。脚部２２は、本体２１から延びて、基板３に形成されている基板貫通孔３３に挿通する。脚貫通孔２３は、本体２１及び脚部２２を厚み方向Ｄ１に貫通している。ねじ２５は、本体２１の側から脚貫通孔２３に挿通して、ヒートシンク５に形成されているねじ孔５４に締結される。
【選択図】図２

Description

本開示は、放熱装置、基板ユニット、及び電気装置に関する。

特許文献１の半導体モジュールでは、半導体パッケージの上下に固定型冷却器及び変位型冷却器がそれぞれ配置されている。半導体パッケージと固定型冷却器との相対位置は固定されている。半導体パッケージに対する変位型冷却器の相対位置は変化可能である。そして、半導体モジュールは、固定型冷却器を変位型冷却器に向かう側に押圧する押圧機構を備えている。押圧機構の調節ねじを締めこむと、押圧機構の押圧フレームが変位型冷却器に接近する。これにより、固定型冷却器を介して半導体パッケージが押圧されて、半導体チップの冷却が良好となる。

特開２００４－２９６５８９号公報

上述の特許文献１は、基板に実装されている半導体素子の冷却について開示していない。

本開示の目的は、基板に実装されている半導体素子の熱を効率よく放熱することができる放熱装置、基板ユニット、及び電気装置を提供することである。

本開示の一態様に係る放熱装置は、基板の実装面に実装されている半導体素子を放熱させる。前記放熱装置は、本体と、脚部と、脚貫通孔と、ねじと、を備える。前記本体は、前記基板の厚み方向において前記実装面とともに前記半導体素子を挟み込む。前記脚部は、前記本体から延びて、前記基板に形成されている基板貫通孔に挿通する。前記脚貫通孔は、前記本体及び前記脚部を前記厚み方向に貫通している。前記ねじは、前記本体の側から前記脚貫通孔に挿通して、ヒートシンクに形成されているねじ孔に締結される。

本開示の一態様に係る基板ユニットは、上述の放熱装置と、前記半導体素子と、前記基板と、前記ヒートシンクと、セラミックで形成されているセラミック体と、放熱用グリースと、を備える。前記基板は、前記厚み方向において前記実装面と対向する放熱面を有する。前記セラミック体は、前記放熱面と前記ヒートシンクとの間に位置する。前記放熱用グリースは、前記セラミック体と前記放熱面との間、及び前記セラミック体と前記ヒートシンクとの間に塗布されている。

本開示の一態様に係る電気装置は、上述の基板ユニットと、前記基板ユニットを取り付けられた筐体と、を備える。

以上説明したように、本開示では、基板に実装されている半導体素子の熱を効率よく放熱することができるという効果がある。

図１は、実施形態の放熱装置を備える基板ユニットを示す一破断した斜視図である。 図２は、同上の基板ユニットの断面図である。 図３は、同上の放熱装置の斜視図である。 図４は、同上の放熱装置の分解斜視図である。 図５は、比較例の基板ユニットの断面図である。 図６は、実施形態の基板ユニットの放熱経路を示す断面図である。 図７は、同上の基板ユニット及び比較例の各放熱性能を示すグラフである。 図８Ａは、同上の基板ユニットを示す平面図である。図８Ｂは、比較例の基板ユニットを示す平面図である。 図９は、第１変形例の放熱装置を示す一破断した斜視図である。 図１０は、第２変形例の放熱装置を示す斜視図である。 図１１は、第３変形例の電気装置の概略を示す斜視図である。

本開示は、一般に放熱装置、基板ユニット、及び電気装置に関する。より詳細には、本開示は、基板に実装されている半導体素子を放熱させる放熱装置、基板ユニット、及び電気装置に関する。

以下、実施形態に係る放熱装置、基板ユニット、及び電気装置について、図面を参照して詳細に説明する。ただし、下記の実施形態において説明する各図は模式的な図であり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。

なお、以下の実施形態で説明する構成は本開示の一例にすぎない。本開示は、以下の実施形態に限定されず、本開示の効果を奏することができれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

（１）基板ユニットの概要
一般に、電気装置は、半導体素子を実装した基板ユニットを備える。電気装置は、電源装置、情報機器、及び家庭用電気機器などである。電源装置は、例えばパワーコンディショナ、インバータ、又はコンバータなどである。情報機器は、例えばパーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン、又はルータなどである。家庭用電気機器は、例えばテレビ、照明器具、エアーコンディショナ、冷蔵庫、又は洗濯機などである。

基板ユニットは、半導体素子、抵抗、コンデンサ、及びコイルなどの部品が実装された基板を備えている。そして、半導体素子を備える基板ユニットには、半導体素子の動作に伴って生じる熱を放熱することが必要となる。

例えば、半導体素子がスイッチング素子であれば、スイッチング素子は、スイッチング動作を行うことで、電力変換、増幅、又は変調などを行う。スイッチング素子は、スイッチング動作を行うと、電気的な損失（スイッチング損失）が生じて発熱する。スイッチング素子としては、ＧａＮ（窒化ガリウム）デバイス、ＳｉＣ（炭化ケイ素）デバイス、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）、及びＢＪＴ（Bipolar Junction Transistor）などが挙げられる。

また、半導体素子がＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）などのプロセッサであれば、プロセッサは演算動作時に発熱する。

このような基板ユニットには、基板に実装されている半導体素子の熱を効率よく放熱することが求められる。

そこで、図１及び図２の基板ユニット１は、放熱装置２、基板３、セラミック体４、ヒートシンク５、及び放熱用グリース６を備える。放熱装置２は、基板３の実装面３１に実装されている半導体素子９を放熱させる放熱装置であって、本体２１と、脚部２２と、脚貫通孔２３と、ねじ２５と、を備える。本体２１は、基板３の厚み方向Ｄ１において実装面３１とともに半導体素子９を挟み込む。脚部２２は、本体２１から延びて、基板３に形成されている基板貫通孔３３に挿通する。脚貫通孔２３は、本体２１及び脚部２２を厚み方向Ｄ１に貫通している。ねじ２５は、本体２１の側から脚貫通孔２３に挿通して、ヒートシンク５に形成されているねじ孔５４に締結される。

上述の構成を備える基板ユニット１及び放熱装置２は、基板３に実装されている半導体素子９の熱を効率よく放熱することができる。

（２）詳細
基板ユニット１は、図１及び図２に示すように、放熱装置２、基板３、セラミック体４、ヒートシンク５、放熱用グリース６、及び半導体素子９を備える。

（２．１）基板、及び半導体素子
基板３は、矩形板形状のガラスエポキシ基板、ガラスコンポジット基板、紙エポキシ基板、紙フェノール基板、セラミック基板、又はフレキシブル基板などであり、厚み方向Ｄ１に互いに対向する一対の面として、矩形の実装面３１及び矩形の放熱面３２を有する。実装面３１には半導体素子９が実装され、半導体素子９は実装面３１に半田で固定されている。そして、基板３の実装面３１及び放熱面３２には、銅箔などによる配線パターン及びランドが形成されており、配線パターン及びランドは、半導体素子９に電気的に接続している。なお、基板３は、多層基板であってもよい。配線パターンは、基板３の内部に形成されていてもよい。基板３には、半導体素子９以外の部品が実装されていてもよい。

半導体素子９は、ＧａＮデバイス、ＳｉＣデバイス、ＩＧＢＴ、ＦＥＴ、ＩＰＭ、及びＢＪＴなどのスイッチング素子である。半導体素子９は、電力変換又は増幅などに用いられるパワー半導体であることが好ましい。半導体素子９は、矩形体形状のパッケージ９１を備えており、パッケージ９１の内部に微細構造の電気回路が形成されている。また、パッケージ９１の外面には、パッケージ９１の内部の電気回路に電気的に接続している金属端子が取り付けられている。

基板３には、厚み方向Ｄ１に延びる２つの基板貫通孔３３（図２参照）が形成されている。基板貫通孔３３は、実装面３１から放熱面３２に至る孔であり、基板貫通孔３３の断面形状は円形である。２つの基板貫通孔３３の間隔は、放熱装置２の後述の２本の脚部２２の間隔と同じである。

（２．２）セラミック体
セラミック体４は、セラミックで形成されている矩形板形状のセラミック層であり、厚み方向Ｄ１に互いに対向する一対の面として、矩形の第１面４１及び矩形の第２面４２を有する。第１面４１は、厚み方向Ｄ１において基板３の放熱面３２に対向している。放熱面３２と第１面４１との間には、放熱用グリース６として放熱用グリース６１が塗布されている。すなわち、放熱面３２と第１面４１とは、放熱用グリース６１を介して熱的に結合している。第２面４２は、後述の放熱用グリース６２を介してヒートシンク５の取付面５３に熱的に結合している。

セラミックで形成されているセラミック体４は、シリコーン（Silicone）シートなどの熱伝導シートに比べて、高い熱伝導性及び高い電気絶縁性を有する。したがって、基板ユニット１は、熱伝導シートの代わりにセラミック体４を備えることで、基板３とヒートシンク５との間における高い熱伝導性と高い電気絶縁性とを実現することができる。

セラミック体４には、厚み方向Ｄ１に延びる２つのセラミック貫通孔４３（図２参照）が形成されている。セラミック貫通孔４３は、第１面４１から第２面４２に至る孔であり、セラミック貫通孔４３の断面形状は円形である。２つのセラミック貫通孔４３の間隔は、放熱装置２の後述の２本の脚部２２の間隔と同じである。

（２．３）ヒートシンク
ヒートシンク５は、高い熱伝導性を有するアルミニウムなどの金属で形成されており、基部５１、及びフィン５２を備える。基部５１は、矩形体形状であり、厚み方向Ｄ１に互いに対向する一対の面を有する。基部５１の厚み方向Ｄ１に互いに対向する一対の面のうち一方の面には、矩形板状の複数のフィン５２が並んで形成されている。基部５１の厚み方向Ｄ１に互いに対向する一対の面のうち一方の面は、矩形状の取付面５３である。取付面５３は、厚み方向Ｄ１においてセラミック体４の第２面４２に対向している。取付面５３と第２面４２との間には、放熱用グリース６として放熱用グリース６２が塗布されている。すなわち、取付面５３と第２面４２とは、放熱用グリース６２を介して熱的に結合している。

基部５１の取付面５３には、厚み方向Ｄ１に延びる２つのねじ孔５４が形成されている。２つのねじ孔５４の間隔は、放熱装置２の後述の２本の脚部２２の間隔と同じである。

（２．４）放熱用グリース
放熱用グリース６は、例えばシリコーン（Silicone）グリースなどであり、部材間の密着性を高めて、部材間の熱抵抗を減少させる機能を有する。基板ユニット１では、放熱用グリース６は、基板３とヒートシンク５との間の熱抵抗を減少させる。

具体的に、基板ユニット１は、放熱用グリース６として、基板３の放熱面３２とセラミック体４の第１面４１との間に塗布されている放熱用グリース６１、及びヒートシンク５の取付面５３とセラミック体４の第２面４２との間に塗布されている放熱用グリース６２を有する。

放熱用グリース６１は、基板３とセラミック体４とが互いに近付く方向に押し付けられることで、放熱面３２と第１面４１との間に拡がり、放熱面３２と第１面４１との隙間を埋める。放熱用グリース６１は、放熱面３２と第１面４１との間の熱抵抗を減少させる。

放熱用グリース６２は、ヒートシンク５とセラミック体４とが互いに近付く方向に押し付けられることで、取付面５３と第２面４２との間に拡がり、取付面５３と第２面４２との隙間を埋める。放熱用グリース６２は、取付面５３と第２面４２との間の熱抵抗を減少させる。

（２．５）放熱装置
放熱装置２は、図１及び図２に示すように、基板３の実装面３１に配置されて、ヒートシンク５にねじ留めされる。そして、放熱装置２は、半導体素子９を基板３の実装面３１に対して厚み方向Ｄ１に沿って押し付けることで、少なくとも半導体素子９の近傍で半導体素子９とヒートシンク５との間に存在する放熱用グリース６（６１、６２）の厚みを薄くかつ均一（又はほぼ均一）にすることができる。すなわち、放熱装置２は、少なくとも半導体素子９の近傍において、放熱用グリース６の塗布むらの発生を抑制できる。さらに、ねじ２５は、基板３に接触することなく、基板３に押圧力を直接加えないので、基板３及びセラミック体４の割れ及び撓みの発生を抑制できる。さらに、放熱装置２は、半導体素子９の放熱経路を形成している。この結果、放熱装置２は、基板３に実装されている半導体素子９の熱を効率よく放熱することができる。

具体的に、放熱装置２は、図３及び図４に示すように、本体２１、２本の脚部２２、２つの脚貫通孔２３、２つの絶縁筒２４、及び２本のねじ２５を備える。

本体２１、２本の脚部２２、及び２本のねじ２５のうち、少なくとも一部がアルミニウム、鉄、ステンレス合金、または銅などの金属で形成されることが好ましい。具体的に、本体２１の少なくとも一部は、金属で形成されていることが好ましい。脚部２２の少なくとも一部は、金属で形成されていることが好ましい。ねじ２５の少なくとも一部は、金属で形成されていることが好ましい。したがって、放熱装置２による放熱効率を向上させることができる。

本実施形態では、本体２１、２本の脚部２２、及び２本のねじ２５のそれぞれが金属で形成されている。

（本体）
本体２１は、基部２１１、及び突部２１２を備える。基部２１１は、矩形板形状であり、厚み方向Ｄ１に互いに対向する矩形状の外面２１ａ、及び矩形状の挟持面２１ｂを有する。外面２１ａには、１つの突部２１２が形成されている。挟持面２１ｂには、２本の脚部２２が形成されている。そして、挟持面２１ｂの２本の脚部２２の間には、実装面３１に実装されている半導体素子９のパッケージ９１が対向している。すなわち、半導体素子９は、２本の脚部２２の間で、挟持面２１ｂに厚み方向Ｄ１に対向している。言い換えると、半導体素子９は、厚み方向Ｄ１から見て、２本の脚部２２の間で２本の脚部２２を結ぶ仮想的な直線が通る位置に配置されている。

突部２１２は、外面２１ａに形成されている。突部２１２は、外面２１ａから離れる方向に突出しており、外面２１ａの長手方向に延びている矩形板形状である。本体２１は、基部２１１だけでなく、突部２１２を更に備えることで、本体２１の表面積を増やすことができる。この結果、放熱装置２の放熱性能が向上する。

（脚部）
２本の脚部２２は、挟持面２１ｂに形成されており、挟持面２１ｂの長手方向に並んで位置している。脚部２２は、挟持面２１ｂから離れる方向（厚み方向Ｄ１）に突出した円筒形状であり、先端２２１（図２及び図４参照）を有する。

脚部２２は、基板３の基板貫通孔３３、及びセラミック体４のセラミック貫通孔４３に挿通する。そして、脚部２２の先端２２１は、ヒートシンク５の取付面５３に当接する。

（絶縁筒）
絶縁筒２４は、セラミックで形成された円筒形状の絶縁体であり、脚部２２の外面の少なくとも一部を覆う。本実施形態では、絶縁筒２４は、円筒形状の脚部２２の外周面を覆う。

絶縁筒２４は、絶縁筒２４の軸方向に対向する第１端２４１及び第２端２４２を有し、第１端２４１と第２端２４２との間には、絶縁筒２４の中心軸に沿って延びる筒貫通孔２４３が形成されている。筒貫通孔２４３の断面は、円形状である。絶縁筒２４は、基板３の基板貫通孔３３、及びセラミック体４のセラミック貫通孔４３に挿通して、第２端２４２がヒートシンク５の取付面５３に当接する。

２つの絶縁筒２４は、それぞれの筒貫通孔２４３に脚部２２が挿通することで、２本の脚部２２にそれぞれ嵌め込まれる。厚み方向Ｄ１において、絶縁筒２４の長さと脚部２２の長さとは同一（又はほぼ同一）である。したがって、図２及び図４に示すように、絶縁筒２４の第１端２４１が基部２１１の挟持面２１ｂに当接すると、厚み方向Ｄ１において、絶縁筒２４の第２端２４２の位置は脚部２２の先端２２１の位置と同一（又はほぼ同一）になる。すなわち、絶縁筒２４は、脚部２２の外周面を覆う。

（脚貫通孔）
脚貫通孔２３は、本体２１及び脚部２２を厚み方向Ｄ１に貫通している。脚貫通孔２３の断面は、円形状である。具体的に、放熱装置２は、２つの脚貫通孔２３を備える。脚貫通孔２３は、本体２１の基部２１１の外面２１ａから厚み方向Ｄ１に延び、脚部２２を脚部２２の中心軸に沿って更に延びて、脚部２２の先端２２１に至る。

（ねじ）
ねじ２５は、頭部２５１、及び軸部２５２を備える。頭部２５１は、扁平な円板形状であり、ドライバーなどの工具が嵌め込まれる。軸部２５２は、頭部２５１から延びる長尺の円柱体であり、軸部２５２の外周には、ねじ溝が形成されている。

そして、軸部２５２は、本体２１の外面２１ａから脚貫通孔２３に挿通する。すなわち、軸部２５２は、本体２１の側から脚貫通孔２３に挿通する。軸部２５２が脚貫通孔２３を本体２１から脚部２２に向かって貫通し、頭部２５１が外面２１ａに当接すると、軸部２５２の先端は脚部２２の先端２２１から突出している。

そして、軸部２５２の先端が、ヒートシンク５の取付面５３に形成されているねじ孔５４にねじ込まれると、本体２１の基部２１１が頭部２５１によって基板３（ヒートシンク５）に近付く方向に押される。そして、基部２１１の挟持面２１ｂは半導体素子９のパッケージ９１に密着し、挟持面２１ｂは半導体素子９を実装面３１に押し付ける。このとき、半導体素子９は、基部２１１の挟持面２１ｂと基板３の実装面３１との間に挟み込まれており、パッケージ９１の一面は、挟持面２１ｂに面接触している。

（２．６）比較例
図５は、比較例の基板ユニット１００を示す。基板ユニット１００は、基板３００、セラミック体４００、ヒートシンク５００、放熱用グリース６０１、６０２、及び半導体素子９００を備える。半導体素子９００は、基板３００の実装面３０１に実装されている。基板３００とヒートシンク５００との間にはセラミック体４００が挟み込まれている。さらに、基板３００とセラミック体４００との間には放熱用グリース６０１が塗布され、セラミック体４００とヒートシンク５との間には放熱用グリース６０２が塗布されている。

半導体素子９００で発生した熱は、放熱経路Ｌ１００を介して放熱される。放熱経路Ｌ１００は、半導体素子９００→基板３００→放熱用グリース６０１→セラミック体４００→放熱用グリース６０２→ヒートシンク５００の順に熱が伝わり、ヒートシンク５００から周囲に熱が発散する。

（２．７）利点
上述のように、放熱装置２は、基板３の実装面３１に配置されて、ヒートシンク５にねじ留めされる。そして、放熱装置２は、半導体素子９に面接触するとともに、半導体素子９を基板３の実装面３１に対して厚み方向Ｄ１に押し付ける。すなわち、放熱装置２は、半導体素子９を基板３の実装面３１に押し付ける押圧力を半導体素子９に加える。そして、放熱装置２による押圧力は、半導体素子９を基板３の実装面３１に押し付けるだけでなく、基板３の放熱面３２をセラミック体４の第１面４１に押し付け、セラミック体４の第２面４２をヒートシンク５の取付面５３に押し付ける。

すなわち、放熱装置２は、２本のねじ２５によってヒートシンク５に取り付けられており、半導体素子９は、放熱装置２によって基板３の実装面３１に押し付けられている。このとき、基板３及びセラミック体４は、放熱装置２とヒートシンク５との間に挟み込まれた状態で、放熱装置２とヒートシンク５との間に固定されている。言い換えると、放熱装置２とヒートシンク５とは、ねじ２５の締結力によって互いに近付く方向に押圧されており、半導体素子９、基板３、及びセラミック体４は、放熱装置２の挟持面２１ｂとヒートシンク５の取付面５３との間に挟み込まれている。この結果、特に半導体素子９の近傍において、基板３、セラミック体４、及びヒートシンク５の互いの密着性が比較例に比べて向上する。したがって、放熱装置２は、密着性を向上させることで、半導体素子９とヒートシンク５との間の熱抵抗を減少させて、半導体素子９の熱を効率よく放熱することができる。

さらには、図１及び図２の基板３、セラミック体４、及びヒートシンク５の互いの密着性が向上することで、放熱用グリース６１、６２の各厚み寸法（厚み方向Ｄ１の寸法）を、図５の比較例の放熱用グリース６０１、６０２の各厚み寸法に比べて小さくすることができる。一例として、比較例の放熱用グリース６０１、６０２の各厚み寸法１００μｍに対して、本実施形態の放熱用グリース６１、６２の各厚み寸法は１０μｍにまで減少可能である。したがって、放熱装置２は、放熱用グリース６１、６２の各厚み寸法を抑えることで、半導体素子９とヒートシンク５との間の熱抵抗を減少させて、半導体素子９の熱を効率よく放熱することができる。

また、図６に示すように、半導体素子９で発生した熱は、放熱経路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を介して放熱される。放熱経路Ｌ１は、半導体素子９→基板３→放熱用グリース６１→セラミック体４→放熱用グリース６２→ヒートシンク５の順に熱が伝わり、ヒートシンク５から周囲に熱が発散する。放熱経路Ｌ２は、放熱装置２を含む放熱経路であり、半導体素子９→基部２１１→突部２１２の順に熱が伝わり、突部２１２から周囲に熱が発散する。放熱経路Ｌ３は、放熱装置２を含む放熱経路であり、半導体素子９→基部２１１→脚部２２及び軸部２５２→ヒートシンク５の順に熱が伝わり、ヒートシンク５から周囲に熱が発散する。

上述のように、基板ユニット１は、基板３、放熱用グリース６、及びセラミック体４で構成される放熱経路Ｌ１以外に、放熱装置２を含む放熱経路Ｌ２、Ｌ３を有している。したがって、基板ユニット１は、放熱経路Ｌ１に加えて、放熱装置２を含む放熱経路Ｌ２、Ｌ３を有することで、半導体素子９の熱を効率よく放熱することができる。

また、放熱装置２を固定するねじ２５の軸部２５２は、基板３の基板貫通孔３３、及びセラミック体４のセラミック貫通孔４３に挿通して、ヒートシンク５のねじ孔５４にねじ込まれる。したがって、ねじ２５は、基板３に接触することなく、基板３に押圧力を直接加えないので、基板３及びセラミック体４の割れ及び撓みの発生を抑制できる。この結果、基板３、セラミック体４、及びヒートシンク５の互いの密着性が向上することで、半導体素子９とヒートシンク５との間の熱抵抗を減少させて、半導体素子９の熱を効率よく放熱することができる。

図７は、本実施形態の基板ユニット１における測定点Ｐ１、Ｐ２（図６参照）の各温度Ｔ１、Ｔ２、及び比較例の基板ユニット１００における測定点Ｐ１００、Ｐ２００（図５参照）の各温度Ｔ１００、Ｔ２００を示すグラフである。測定点Ｐ１は、半導体素子９を基板３の実装面３１に固定しているはんだである。測定点Ｐ２は、半導体素子９のパッケージ９１の一面（はんだ付けされている面の反対側の面）である。測定点Ｐ１００は、半導体素子９００を基板３００の実装面３０１に固定しているはんだである。測定点Ｐ２００は、半導体素子９００のパッケージの一面（はんだ付けされている面の反対側の面）である。すなわち、測定点Ｐ１と測定点Ｐ１００とは対応し、測定点Ｐ２と測定点Ｐ２００とは対応する。図７では、測定点Ｐ１の温度Ｔ１は、測定点Ｐ１００の温度Ｔ１００より低下しており、温度Ｔ１００から温度Ｔ１を引いた差分ΔＴ１は例えば２．４℃である。また、測定点Ｐ２の温度Ｔ２は、測定点Ｐ２００の温度Ｔ２００より低下しており、温度Ｔ２００から温度Ｔ２を引いた差分ΔＴ２は例えば１６．１℃である。なお、温度Ｔ１、Ｔ２は、半導体素子９の駆動時の温度であり、Ｔ１００、Ｔ２００は、半導体素子９００の駆動時の温度である。

図８Ａは、本実施形態の基板ユニット１の全体を示す平面図である。図８Ｂは、比較例の基板ユニット１００の全体を示す平面図である。

図８Ａの基板ユニット１では、基板３の実装面３１に２つの半導体素子９及び４つの電気部品８が実装されている。半導体素子９は、放熱装置２によって基板３の実装面３１に押し付けられている。放熱装置２は、２本のねじ２５によってヒートシンク５（図１及び図２参照）に取り付けられている。すなわち、基板３及びセラミック体４は、４本のねじ２５によって放熱装置２とヒートシンク５との間に挟み込まれた状態で、放熱装置２とヒートシンク５との間に固定されている。言い換えると、基板ユニット１では、基板３及びセラミック体４は、ねじ２５の締結力のみによって、基板３とヒートシンク５との間に取り付けられている。

図８Ｂの基板ユニット１００では、基板３００の実装面３０１に２つの半導体素子９００及び４つの電気部品８００が実装されている。基板３００は、５本のねじ２５０によってヒートシンク５００（図５参照）に取り付けられ、セラミック体４００（図５参照）を共締めしている。このため、ねじ２５０の頭が基板３００の実装面３０１に接触しており、このために基板３００及びセラミック体４００の割れ及び撓みが発生しやすくなる。

また、図８Ｂの基板ユニット１００では、ねじ２５０の頭部が実装面３０１に当接しており、実装面３０１の配線パターン及びランドとの絶縁距離を確保するために、ねじ２５０の頭部の周囲に円環状の絶縁スペース３０２を形成している。一方、図８Ａの基板ユニット１では、絶縁筒２４が脚部２２の外周面を覆っていることで、基板３の実装面３１において、絶縁スペース３０２のような絶縁スペースを減らすことができる。したがって、基板ユニット１では、実装面３１における配線パターン及びランドの配置の自由度が基板ユニット１００に比べて向上する。さらには、基板ユニット１では、基板ユニット１００に比べて、実装面３１に実装する部品の数を多くしたり、部品をより密集させて配置できる。

（３）第１変形例
図９は、第１変形例の放熱装置２Ａを示す。

放熱装置２Ａの本体２１は、基部２１１の外面２１ａに３つの突部２１２を備えている。したがって、放熱装置２Ａは、３つの突部２１２を備えることで、本体２１の表面積を更に増やすことができる。この結果、放熱装置２Ａの放熱性能が向上する。

なお、突部２１２の数は３つ以外であってもよく、２つ、又は４つ以上であってもよい。

（４）第２変形例
図１０は、第２変形例の放熱装置２Ｂを示す。

放熱装置２Ｂは、矩形板状の金属で形成された本体２１Ｂを備える。本体２１Ｂは、３本のねじ２５によってヒートシンク５に取り付けられ、３つの半導体素子９のパッケージ９１に面接触して、３つの半導体素子９をまとめて基板３の実装面３１に押し付けている。

したがって、放熱装置２Ｂは、基板３に実装されている複数の半導体素子９の熱を効率よく放熱することができる。

なお、本体２１Ｂは、実装面３１に対向する挟持面を有する基部と、基部から突出した少なくとも１つの突部と、を備えることが好ましい。この場合、放熱装置２Ｂは、本体２１Ｂの表面積を増やすことで、放熱性能を向上させることができる。

（５）第３変形例
図１１は、第３変形例の電気装置Ｅ１を示す。

電気装置Ｅ１は、基板ユニット１と、筐体Ｈ１とを備える。筐体Ｈ１は、中空の箱形状であり、基板ユニット１を収納する。基板ユニット１は、筐体Ｈ１の内部に取り付けられている。

電気装置Ｅ１は、例えば電源装置、情報機器、及び家庭用電気機器などである。電源装置は、例えばパワーコンディショナ、インバータ、又はコンバータなどである。情報機器は、例えばパーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン、又はルータなどである。家庭用電気機器は、例えばテレビ、照明器具、エアーコンディショナ、冷蔵庫、又は洗濯機などである。

（６）第４変形例
放熱装置２、２Ａ、２Ｂの各部の具体的な形状は、図示した形状に限定されない。例えば、基部２１１の形状は、矩形板状以外に、円板状、柱体状、又は錐台状などの他の形状であってもよい。また、突部２１２の形状は、矩形板状以外に、円板状、柱体状、又は錐台状などの他の形状であってもよい。

また、放熱装置２、２Ａ、２Ｂが備える脚部２２の数は、２本以上であることが好ましく、特定の数に限定されない。

また、半導体素子９は、厚み方向Ｄ１から見た平面視で、複数の脚部２２に挟まれる領域、又は複数の脚部２２で囲まれる領域に位置することが好ましい。

また、絶縁筒２４の代わりに、脚部２２の外周面をセラミックなどの絶縁膜で被覆した構成であってもよい。

（７）まとめ
上述の実施形態に係る第１の態様の放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）は、基板（３）の実装面（３１）に実装されている半導体素子（９）を放熱させる。放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）は、本体（２１、２１Ｂ）と、脚部（２２）と、脚貫通孔（２３）と、ねじ（２５）と、を備える。本体（２１、２１Ｂ）は、基板（３）の厚み方向（Ｄ１）において実装面（３１）とともに半導体素子（９）を挟み込む。脚部（２２）は、本体（２１、２１Ｂ）から延びて、基板（３）に形成されている基板貫通孔（３３）に挿通する。脚貫通孔（２３）は、本体（２１、２１Ｂ）及び脚部（２２）を厚み方向（Ｄ１）に貫通している。ねじ（２５）は、本体（２１、２１Ｂ）の側から脚貫通孔（２３）に挿通して、ヒートシンク（５）に形成されているねじ孔（５４）に締結される。

上述の放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）は、基板（３）に実装されている半導体素子（９）の熱を効率よく放熱することができる。

上述の実施形態に係る第２の態様の放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）では、第１の態様において、本体（２１、２１Ｂ）の少なくとも一部は、金属で形成されていることが好ましい。

上述の放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）は、基板（３）に実装されている半導体素子（９）の熱を効率よく放熱することができる。

上述の実施形態に係る第３の態様の放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）では、第１又は第２の態様において、脚部（２２）の少なくとも一部は、金属で形成されていることが好ましい。

上述の放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）は、基板（３）に実装されている半導体素子（９）の熱を効率よく放熱することができる。

上述の実施形態に係る第４の態様の放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）では、第１乃至第３の態様のいずれか１つにおいて、ねじ（２５）の少なくとも一部は、金属で形成されていることが好ましい。

上述の放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）は、基板（３）に実装されている半導体素子（９）の熱を効率よく放熱することができる。

上述の実施形態に係る第５の態様の放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）は、第１乃至第４の態様のいずれか１つにおいて、脚部（２２）の外面の少なくとも一部を覆う絶縁体（２４）を更に備えることが好ましい。

上述の放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）は、基板（３）の実装面（３１）において絶縁スペースを減らすことができる。

上述の実施形態に係る第６の態様の放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）では、第１乃至第５の態様のいずれか１つにおいて、本体（２１、２１Ｂ）は、実装面（３１）に対向する挟持面（２１ｂ）を有する基部（２１１）と、基部（２１１）から突出した少なくとも１つの突部（２１２）と、を備えることが好ましい。

上述の放熱装置（２、２Ａ）は、本体（２１）の表面積を増やすことで、放熱性能を向上させることができる。

上述の実施形態に係る第７の態様の放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）では、第１乃至第６の態様のいずれか１つにおいて、基板（３）は、厚み方向（Ｄ１）において実装面（３１）と対向する放熱面（３２）を有する。そして、セラミックで形成されているセラミック体（４）が、放熱面（３２）とヒートシンク（５）との間に位置し、放熱用グリース（６）が、セラミック体（４）と放熱面（３２）との間、及びセラミック体（４）とヒートシンク（５）との間に塗布されていることが好ましい。

上述の放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）は、半導体素子（９）とヒートシンク（５）との間の熱抵抗を減少させて、半導体素子（９）の熱を効率よく放熱することができる。

上述の実施形態に係る第８の態様の基板ユニット（１）は、第１乃至第７の態様のいずれか１つの放熱装置（２、２Ａ、２Ｂ）と、半導体素子（９）と、基板（３）と、ヒートシンク（５）と、セラミックで形成されているセラミック体（４）と、放熱用グリース（６）と、を備える。基板（３）は、厚み方向（Ｄ１）において実装面（３１）と対向する放熱面（３２）を有する。セラミック体（４）は、放熱面（３２）とヒートシンク（５）との間に位置する。放熱用グリース（６）は、セラミック体（４）と放熱面（３２）との間、及びセラミック体（４）とヒートシンク（５）との間に塗布されている。

上述の基板ユニット（１）は、基板（３）に実装されている半導体素子（９）の熱を効率よく放熱することができる。

上述の実施形態に係る第９の態様の基板ユニット（１）では、第８の態様において、基板（３）及びセラミック体（４）は、ねじ（２５）の締結力のみによって、基板（３）とヒートシンク（５）との間に取り付けられていることが好ましい。

上述の基板ユニット（１）は、構図の簡易化を図ることができる。

上述の実施形態に係る第１０の態様の電気装置（Ｅ１）は、第８又は第９の態様の基板ユニット（１）と、基板ユニット（１）を取り付けられた筐体（Ｈ１）と、を備える。

上述の電気装置（Ｅ１）は、基板（３）に実装されている半導体素子（９）の熱を効率よく放熱することができる。

１ 基板ユニット
２、２Ａ、２Ｂ 放熱装置
２１、２１Ｂ 本体
２１１ 基部
２１２ 突部
２１ｂ 挟持面
２２ 脚部
２３ 脚貫通孔
２４ 絶縁筒（絶縁体）
２５ ねじ
３ 基板
３１ 実装面
３２ 放熱面
３３ 基板貫通孔
４ セラミック体
５ ヒートシンク
５４ ねじ孔
６ 放熱用グリース
９ 半導体素子
Ｄ１ 厚み方向
Ｅ１ 電気装置
Ｈ１ 筐体

Claims (10)

1. 基板の実装面に実装されている半導体素子を放熱させる放熱装置であって、
   前記基板の厚み方向において前記実装面とともに前記半導体素子を挟み込む本体と、
   前記本体から延びて、前記基板に形成されている基板貫通孔に挿通する脚部と、
   前記本体及び前記脚部を前記厚み方向に貫通している脚貫通孔と、
   前記本体の側から前記脚貫通孔に挿通して、ヒートシンクに形成されているねじ孔に締結されるねじと、を備える
   放熱装置。
2. 前記本体の少なくとも一部は、金属で形成されている
   請求項１の放熱装置。
3. 前記脚部の少なくとも一部は、金属で形成されている
   請求項１又は２の放熱装置。
4. 前記ねじの少なくとも一部は、金属で形成されている
   請求項１乃至３のいずれか１つの放熱装置。
5. 前記脚部の外面の少なくとも一部を覆う絶縁体を更に備える
   請求項１乃至４のいずれか１つの放熱装置。
6. 前記本体は、
   前記実装面に対向する挟持面を有する基部と、
   前記基部から突出した少なくとも１つの突部と、を備える
   請求項１乃至５のいずれか１つの放熱装置。
7. 前記基板は、前記厚み方向において前記実装面と対向する放熱面を有し、
   セラミックで形成されているセラミック体が、前記放熱面と前記ヒートシンクとの間に位置し、
   放熱用グリースが、前記セラミック体と前記放熱面との間、及び前記セラミック体と前記ヒートシンクとの間に塗布されている
   請求項１乃至６のいずれか１つの放熱装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１つの放熱装置と、
   前記半導体素子と、
   前記基板と、
   前記ヒートシンクと、
   セラミックで形成されているセラミック体と、
   放熱用グリースと、を備え、
   前記基板は、前記厚み方向において前記実装面と対向する放熱面を有し、
   前記セラミック体は、前記放熱面と前記ヒートシンクとの間に位置し、
   前記放熱用グリースは、前記セラミック体と前記放熱面との間、及び前記セラミック体と前記ヒートシンクとの間に塗布されている
   基板ユニット。
9. 前記基板及び前記セラミック体は、前記ねじの締結力のみによって、前記基板と前記ヒートシンクとの間に取り付けられている
   請求項８の基板ユニット。
10. 請求項８又は９の基板ユニットと、
    前記基板ユニットを取り付けられた筐体と、を備える
    電気装置。

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