JP2902531B2 - 半導体装置の放熱装置 - Google Patents

半導体装置の放熱装置

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JP2902531B2
JP2902531B2 JP4346943A JP34694392A JP2902531B2 JP 2902531 B2 JP2902531 B2 JP 2902531B2 JP 4346943 A JP4346943 A JP 4346943A JP 34694392 A JP34694392 A JP 34694392A JP 2902531 B2 JP2902531 B2 JP 2902531B2
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    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
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    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
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    • H01L23/40—Mountings or securing means for detachable cooling or heating arrangements ; fixed by friction, plugs or springs
    • H01L23/4093—Snap-on arrangements, e.g. clips
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の放熱装置
に関し、特に回路基板に実装された半導体装置を放熱体
により冷却する半導体装置の放熱装置に関する。
【０００２】近年、電子機器の高機能化及び高密度実装
がますます進展するのに伴い、半導体集積回路は高集積
化されると共に動作の高速化によって使用電力が増加
し、半導体装置の発熱量が増加してきている。そのた
め、発熱した半導体装置の表面から効率良く放熱させる
放熱装置が必要とされている。
【０００３】
【従来の技術】従来、外部放熱体を半導体装置に接触さ
せるタイプの半導体装置の放熱装置として、１つは回路
基板に実装された半導体装置上面に、スタッド部に複数
の放熱フィンを備えてなる放熱体を、熱伝導性接着剤で
固着した装置がある。また、他の１つは、同様な構造の
放熱体を固定金具によって半導体装置上面に固定するよ
うにした装置があり、例えば、２分割した固定金具を放
熱体の放熱フィンの間に両側から挿入して鋏み、スタッ
ド部端面を半導体装置の上面に押さえ付けるようにして
固定金具を回路基板に固着している。この固着はネジ止
めやフックの引っかけによって行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような放
熱装置では、前者の場合、半導体装置と放熱体との間に
接着剤が介在し、譬えそれが熱伝導性接着剤であって
も、熱伝導率は、半導体装置と放熱体との直接の接触に
比べて良くないため、放熱効率が低下してしまうという
問題があった。さらに放熱体と熱伝導性接着剤との熱膨
張係数が異なるため、高温状態では熱応力が発生して半
導体装置の上面にストレスを与えてしまうとともに、温
度サイクルの結果、遂には接着剤が劣化破壊し、放熱体
が半導体装置から脱落してしまうという問題があった。
【０００５】後者の場合、半導体装置の上面に対し放熱
体が少し浮いたり、傾いて取り付けられる可能性があ
り、その場合、接触面積が著しく低下し、半導体装置か
ら放熱体への熱伝導は接触だけで行われているから、熱
伝導率が著しく低下するという問題があった。また、半
導体装置に対する放熱体の固定にあたって、必要以上の
圧力が放熱体側から半導体装置に加えられる恐れがあ
り、この場合には、半導体装置が破壊する可能性があっ
た。
【０００６】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、回路基板に実装された半導体装置の上面にス
トレスを与えることなく、また、半導体装置からの放熱
体の脱落を防止しつつ、半導体装置から放熱体への確実
な熱伝導の確保を図った半導体装置の放熱装置を提供す
ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明では上記目的を達
成するために、図１〜図３に示すように、放熱フィン１
ｂを有した放熱体１と、回路基板４に固定される放熱体
密着手段２とを備える。この放熱体１は端部付近に段差
部を有し、また、放熱体密着手段２は、放熱体１の段差
部と係合する切り欠き部２ｈと、放熱体１の段差部が切
り欠き部２ｈに係合したとき、放熱体１を半導体装置３
の外周面に密着させる弾性手段とを有している。そし
て、放熱体密着手段２は弾性があり熱伝導性のよい金属
のある板材から成り、割り溝２ｉによって撓み力を持た
せる。
【０００８】また、図５，６に示すように、放熱体の段
差部は２段の構成（１１ｂ，１１ｃ）となっており、放
熱体密着手段の切り欠き部は、放熱体の２段の段差部に
それぞれ係合する２つの切り欠き部１２ａｂ，１２ａｃ
からなっている。
【０００９】さらに、図７，８に示すように、放熱フィ
ンを有した放熱体２１と、回路基板に固定される放熱体
密着手段２２とを備える。この放熱体２１は端部付近に
雄ねじ部２１ｃを有し、放熱体密着手段２２は、放熱体
２１の雄ねじ部２１ｃと係合する切り欠き部２２ａｂを
有する。
【００１０】
【作用】以上の構成により、図１〜図３に示すように、
放熱体１の段差部を放熱体密着手段２の切り欠き部２ｈ
に係合させ、放熱体１を放熱体密着手段２の中央部へス
ライドさせる。この際、放熱体密着手段２の弾性手段に
より、放熱体１の端部が半導体装置３の外周面に密着さ
れる。これにより、回路基板４に実装された半導体装置
３の上面にストレスを与えることなく、また、半導体装
置３からの放熱体１の脱落を防止しつつ、半導体装置３
から放熱体１への確実な熱伝導が確保される。そして、
放熱体密着手段２を弾性のある板材で構成し、この板材
に割り溝２ｉを設けることで、さらに放熱体密着手段２
に撓み力を与える。これにより、放熱体１の端部を半導
体装置３の外周面に、より確実に密着させることができ
る。
【００１１】
【００１２】また、図５，６に示すように、放熱体１１
の段差部を２段の構成にし、放熱体密着手段の切り欠き
部１２ａに、放熱体１１の２段の段差部にそれぞれ係合
する２つの切り欠き部１２ａｂ，１２ａｃを設け、放熱
体１１を放熱体密着手段１２の中央部へスライドさせた
とき、放熱体１１の大きい径の段差部である周溝１１ｂ
が切り欠き部１２ａｂ（最奥部）に嵌合するようにす
る。これにより、放熱体１１が放熱体密着手段１２から
振動等により脱落することを防止できる。
【００１３】さらに、図７，８に示すように、放熱体２
１を放熱体密着手段２２の中央部へスライドさせたと
き、放熱体２１の雄ねじ部２１ｃを放熱体密着手段２２
の切り欠き部２２ａの最奥部２２ａｂにねじ込み螺着す
る。この雄ねじ部２１ｃのねじ込みにより、固定用ばね
金具２２のばね変位を加減し、半導体装置上面に対する
放熱体２１の端面の押圧力を適性な値に調節することが
できる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は、半導体装置の放熱装置の第１の実施例を
示すものであり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は側断面
図を示す。放熱装置は放熱体１と、固定用ばね金具２と
からなり、ＰＧＡタイプのＬＳＩである半導体装置３が
回路基板４に実装されている。半導体装置３には複数の
リード３ａおよびヒートシンク３ｂが設けられ、回路基
板４には複数のスルーホール４ａが設けられる。放熱体
１および固定用ばね金具２の詳しい構造については、図
２，３をも参照して説明する。
【００１５】図２は放熱体１の側面図である。放熱体１
は熱伝導度の良好なアルミニウムなどの金属からなり、
円柱状のスタッド部１ａと、複数の円板状の放熱フィン
１ｂとを備えている。スタッド部１ａの端部付近には、
スタッド部１ａの円周に沿った溝である周溝１ｃを備え
ている。
【００１６】図３は固定用ばね金具２を示し、（Ａ）は
その平面図、（Ｂ）は側面図である。固定用ばね金具２
は、ばね性を有し、かつ熱伝導性のよい薄い金属板を加
工したものであり、主に、その平面部を占める中間片２
ａと折曲片２ｂ，２ｃとから成る。折曲片２ｂ，２ｃ
は、中間片２ａが、回路基板４に実装された半導体装置
３を跨ぐようにするために、門形に折曲されたものであ
り、その両折曲片２ｂ，２ｃの裾の四隅に、回路基板４
のスルーホール４ａに挿入される取付足２ｄ〜２ｇが一
体突設される。中間片２ａの中央部には、放熱体１の周
溝１ｃが係合する切欠き２ｈを設ける。切欠き２ｈは、
放熱体１の周溝１ｃの直径と同じ幅の開口部と、放熱体
１の周溝１ｃの直径と同じ直径の円状の最奥部と、これ
らの開口部と最奥部とを繋ぐ直線状の中間部とから成
る。さらに、中間片２ａには、切欠き２ｈの回りに、中
間片２ａが上下に撓み、ばね変位し易くなるように、割
り溝２ｉを設ける。割り溝２ｉは、図３（Ａ）に示すよ
うに、切欠き２ｈを中心にして対称に交互に刻まれる。
なお、折曲片２ｂ，２ｃの高さＨ寸法と、放熱体１のス
タッド部１ａの端面から周溝１ｃまでの長さＬ寸法（図
２参照）とは、図１に示したように、放熱体１と固定用
ばね金具２とが回路基板４に実装されたとき、放熱体１
が半導体装置３上面に適正な押圧力で押し当てられるよ
うに、割り溝２ｉの形状と共に考慮される。
【００１７】つぎに、放熱装置の組立手順を図４を参照
して説明する。図４は組立手順を示す放熱装置の側断面
図であり、（Ａ）から（Ｄ）への方向に組み立てられ
る。まず、（Ａ）において、半導体装置３を回路基板４
に載置する。すなわち、半導体装置３のリード３ａを回
路基板４のスルーホール４ａに挿入し、仮固定する。
【００１８】つぎに（Ｂ）において、固定用ばね金具２
を、半導体装置３を跨いで回路基板４に固着する。すな
わち、固定用ばね金具２の取付足２ｄ〜２ｇを回路基板
４のスルーホール４ａに挿入する。
【００１９】そして（Ｃ）において、半導体装置３のリ
ード３ａおよび固定用ばね金具２の取付足２ｄ〜２ｇを
回路基板４に半田ディップにより接合し、固定する。最
後に（Ｄ）において、固定用ばね金具２の切欠き２ｈに
放熱体１の周溝１ｃを係合させ、側方から放熱体１を固
定用ばね金具２の中央部へスライドする。この際、固定
用ばね金具２のばね性および割り溝２ｉにより、放熱体
１のスタッド部１ａの端面が半導体装置３の上面のヒー
トシンク３ｂに隙間なく密着し、半導体装置３から放熱
体１への確実な熱伝導が確保される。なお、固定用ばね
金具２も熱伝導性の良い素材から構成されているので、
固定用ばね金具２によっても放熱が行われる。また、固
定用ばね金具２の切欠き２ｈの最奥部の位置を、ヒート
シンク３ｂに対し適正な位置になるように予め設計する
ことが容易にできるから、放熱体１のスタッド部１ａの
端面を半導体装置３の上面のヒートシンク３ｂに対し、
熱伝導が最も行われ易い位置に正確に位置決めすること
ができる。
【００２０】なお、上記実施例では、放熱体１のスタッ
ド部１ａの端面付近に周溝１ｃを設けたが、周溝１ｃに
代えて、固定用ばね金具２の切欠き２ｈに係合する段差
であればなんでもよく、例えば、直線状の溝、凹凸等で
あってもよい。
【００２１】つぎに、第２の実施例を図５，６を参照し
て説明する。図５は半導体装置の放熱装置の第２の実施
例における放熱体を示し、（Ａ）は放熱体の側面図、
（Ｂ）は放熱体を下側からみた底面図である。第２の実
施例の放熱体１１は、第１実施例の放熱体１とほぼ同じ
形状を備えているが、周溝が異なる。すなわち、スタッ
ド部１１ａの端面付近に２段の周溝１１ｂ，１１ｃを設
け、周溝１１ｂの直径Ｖを周溝１１ｃの直径Ｗより大き
く設定する。
【００２２】図６は第２の実施例における固定用ばね金
具の平面図である。第２の実施例の固定用ばね金具１２
は、第１実施例の固定用ばね金具２とほぼ同じ形状を備
えているが、切欠きが異なる。すなわち、切欠き１２ａ
は、放熱体１１の周溝１１ｃの直径Ｗと同じ長さＷの開
口部１２ａａと、放熱体１１の周溝１１ｂの直径Ｖと同
じ直径Ｖの円状の最奥部１２ａｂと、これらの開口部１
２ａａと最奥部１２ａｂとを繋ぐ、幅Ｗの直線状の中間
部１２ａｃとから成る。
【００２３】したがって、第２の実施例の放熱装置の組
み立てにおいては、固定用ばね金具１２の切欠き１２ａ
の開口部１２ａａおよび中間部１２ａｃに放熱体１１の
周溝１１ｃを係合させ、側方から固定用ばね金具１２の
切欠き１２ａの最奥部１２ａｂに向け放熱体１１をスラ
イドさせる。そして、放熱体１１のスタッド部１１ａが
固定用ばね金具１２の最奥部１２ａｂに至ると、固定用
ばね金具１２のばね作用により、放熱体１１の周溝１１
ｂが固定用ばね金具１２の最奥部１２ａｂに嵌合する。
これにより、放熱体１１のスタッド部１１ａは最奥部１
２ａｂに固定され、振動などにより放熱体１１が固定用
ばね金具１２から抜け落ちることを防止できる。
【００２４】つぎに、第３の実施例を図７，８を参照し
て説明する。図７は半導体装置の放熱装置の第３の実施
例における放熱体の側面図である。第３の実施例の放熱
体２１は、第１実施例の放熱体１とほぼ同じ形状を備え
ているが、周溝が異なる。すなわち、スタッド部２１ａ
の端面付近に周溝２１ｂの他にねじ部２１ｃを付設す
る。そして、周溝２１ｂの直径Ｗをねじ部２１ｃの谷径
Ｖより小さく設定する。
【００２５】図８は第３の実施例における固定用ばね金
具の平面図である。第３の実施例の固定用ばね金具２２
は、第１実施例の固定用ばね金具２とほぼ同じ形状を備
えているが、切欠きが異なる。すなわち、切欠き２２ａ
は、放熱体２１の周溝２１ｂの直径Ｗと同じ長さＷの開
口部２２ａａと、放熱体２１のねじ部２１ｃの谷径Ｖと
同じ直径Ｖの最奥部２２ａｂと、これらの開口部２２ａ
ａと最奥部２２ａｂとを繋ぐ、幅Ｗの直線状の中間部２
２ａｃとから成る。
【００２６】したがって、第３の実施例の放熱装置の組
み立てにおいては、固定用ばね金具２２の切欠き２２ａ
の開口部２２ａａおよび中間部２２ａｃに放熱体２１の
周溝２１ｂを係合させ、側方から固定用ばね金具２２の
切欠き２２ａの最奥部２２ａｂに向け放熱体２１をスラ
イドさせる。そして、放熱体２１のスタッド部２１ａが
固定用ばね金具２２の最奥部２２ａｂに至ると、放熱体
２１を回転して放熱体２１のねじ部２１ｃを固定用ばね
金具２２の最奥部２２ａｂに対してねじ込み螺着する。
この放熱体２１の回転により、固定用ばね金具２２のば
ね変位を加減し、半導体装置上面に対する放熱体２１の
端面の押圧力を適性な値に調節する。すなわち、上記の
第１および第２の実施例では、半導体装置上面に対する
スタッド部端面の押圧力が構成部品の関係寸法により一
義的に決められるのに対し、第３の実施例では押圧力を
調節することができ、半導体装置に過剰な押圧力が掛か
ることを防止することが可能となる。また、放熱体２１
のスタッド部２１ａは固定用ばね金具２２の最奥部２２
ａｂに固定されるから、振動などにより放熱体２１が固
定用ばね金具２２から抜け落ちることも防止できる。
【００２７】以上の実施例では、半導体装置をＰＧＡタ
イプのＬＳＩで説明したが、半導体装置はＱＦＰタイプ
のＬＳＩであってもよい。また、上記実施例では、固定
用ばね金具は熱伝導性の良い素材から構成されている
が、素材は必ずしも熱伝導性の良い必要はなく、ばね性
があれば、樹脂等であってもよい。ただし、熱伝導性の
良い素材の方がより好ましい。
【００２８】また、上記実施例では、固定用ばね金具に
割り溝を設けてばね性を高め、放熱体が半導体装置に密
着し易くしているが、必ずしも割り溝がなくとも、固定
用ばね金具にばね性があるので、放熱体を半導体装置に
密着させることは可能である。
【００２９】また、上記実施例では、固定用ばね金具を
回路基板に、半導体装置を跨ぐようにして設置している
が、回路基板側にヒートシンクが設けられている半導体
装置に対しては、ヒートシンク付近の回路基板側に穴を
明け、半導体装置と反対側の回路基板側に固定用ばね金
具を設けるようにしてもよい。
【００３０】さらに、放熱体のスタッド部の端面と半導
体装置のヒートシンクとをより密着させることを狙っ
て、両者の間に、シリコン・コンパウンド等の熱伝導性
のよい充填体を介在させるようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、放熱体
に段差部を設け、また、割り溝による撓み力を有する放
熱体密着手段に、この段差部に係合する切り欠き部を設
け、放熱体の段差部を放熱体密着手段の切り欠き部に係
合させたとき、放熱体の端部が半導体装置の外周面に密
着するようにする。これにより、回路基板に実装された
半導体装置の上面にストレスを与えることなく、また、
半導体装置からの放熱体の脱落を防止しつつ、半導体装
置から放熱体への確実な熱伝導が確保される。
【００３２】
【００３３】また、放熱体の段差部を２段の構成にし、
放熱体密着手段の切り欠き部に、放熱体の２段の段差部
にそれぞれ係合する２つの切り欠き部を設け、放熱体の
２段の段差部のうちの大きい径の段差が放熱体密着手段
の切り欠き部の最奥部に嵌合するようにする。これによ
り、放熱体が放熱体密着手段から振動等により脱落する
ことを防止できる。
【００３４】さらに、放熱体の端部付近に雄ねじ部を設
ける。そして放熱体を放熱体密着手段の中央部へスライ
ドさせたとき、放熱体の雄ねじ部を放熱体密着手段の切
り欠き部の最奥部にねじ込み螺着する。この雄ねじ部の
ねじ込みにより、固定用ばね金具のばね変位を加減し、
半導体装置上面に対する放熱体の端面の押圧力を適性な
値に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体装置の放熱装置の第１の実施例を示すも
のであり、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）は側断面図を示
す。
【図２】放熱体の側面図である。
【図３】固定用ばね金具を示し、（Ａ）はその平面図、
（Ｂ）は側面図である。
【図４】組立手順を示す放熱装置の側断面図である。
【図５】半導体装置の放熱装置の第２の実施例における
放熱体を示し、（Ａ）は放熱体の側面図、（Ｂ）は放熱
体を下側からみた底面図である。
【図６】第２の実施例における固定用ばね金具の平面図
である。
【図７】半導体装置の放熱装置の第３の実施例における
放熱体の側面図である。
【図８】第３の実施例における固定用ばね金具の平面図
である。
【符号の説明】
１ 放熱体 １ａ スタッド部 １ｂ 放熱フィン １ｃ 溝部（周溝） ２ 放熱体密着手段（固定用ばね金具） ２ｂ 折曲片 ２ｃ 折曲片 ２ｈ 切り欠き部 ２ｉ 割り溝 ３ 半導体装置 ４ 回路基板 １１ａ スタッド部 １１ｂ 周溝 １１ｃ 周溝 １２ａ 切り欠き部 １２ａｂ 切り欠き部（最奥部） １２ａｃ 切り欠き部（中間部） ２１ 放熱体 ２１ｃ 雄ねじ部 ２２ａｂ 切り欠き部（最奥部）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 潔 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 星野 良憲 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H05K 7/20

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回路基板に実装された半導体装置を放熱
    体により冷却する半導体装置の放熱装置において、 端部付近に段差部を有するとともに、放熱フィン（１
    ｂ）を有した放熱体（１）と、 前記放熱体（１）の段差部と係合する切り欠き部（２
    ｈ）、および前記放熱体（１）の段差部が前記切り欠き
    部（２ｈ）に係合したとき、前記放熱体（１）を半導体
    装置（３）の外周面に密着させるための撓み力を持たせ
    るための前記切り欠き部（２ｈ）と平行な割り溝を有
    し、弾性がありかつ熱伝導性のよい金属板材からなり、
    回路基板（４）に固定される放熱体密着手段（２）と、 を備えることを特徴とする半導体装置の放熱装置。
  2. 【請求項２】 前記放熱体（１）は、端部付近に溝部
    （１ｃ）を有するスタッド部（１ａ）と、前記スタッド
    部（１ａ）に設けられた複数の放熱フィン（１ｂ）とか
    ら成ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の放
    熱装置。
  3. 【請求項３】 前記放熱体密着手段（２）は門形に折曲
    した２つの折曲片（２ｂ，２ｃ）を有し、前記半導体装
    置（３）を跨ぐように回路基板（４）に固定されること
    を特徴とする請求項１記載の半導体装置の放熱装置。
  4. 【請求項４】 前記放熱体の段差部は２段の構成（１１
    ｂ，１１ｃ）となっており、前記切り欠き部は、前記放
    熱体の２段の段差部にそれぞれ係合する２つの切り欠き
    部（１２ａｂ，１２ａｃ）からなっていることを特徴と
    する請求項１記載の半導体装置の放熱装置。
  5. 【請求項５】 前記放熱体は、端部付近に２段の周溝部
    （１１ｂ，１１ｃ）を有するスタッド部（１１ａ）と、
    前記スタッド部（１１ａ）に設けられた複数の放熱フィ
    ンとから成り、前記切り欠き部は、前記放熱体の２段の
    周溝部のうちの半径の小さい方の周溝部（１１ｃ）に係
    合する直線状の第１の切り欠き部（１２ａｃ）と、前記
    第１の切り欠き部（１２ａｃ）の端に設けられ、前記放
    熱体の２段の周溝部のうちの半径の大きい方の周溝部
    （１１ｂ）に係合する第２の切り欠き部（１２ａｂ）と
    から成ることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の
    放熱装置。
  6. 【請求項６】 回路基板に実装された半導体装置を放熱
    体により冷却する半導体装置の放熱装置において、 端部付近に雄ねじ部（２１ｃ）を有するとともに、放熱
    フィンを有した放熱体（２１）と、 前記放熱体（２１）の雄ねじ部（２１ｃ）と係合する切
    り欠き部（２２ａｂ）、および前記放熱体（２１）の雄
    ねじ部（２１ｃ）が前記切り欠き部（２２ａｂ）に係合
    したとき、前記放熱体（２１）を半導体装置（３）の外
    周面に密着させるための撓み力を持たせるための前記切
    り欠き部（２２ａａ）と平行な割り溝を有し、弾性があ
    りかつ熱伝導性のよい金属板材からなり、回路基板
    （４）に固定される放熱体密着手段（２２）と、 を備えることを特徴とする半導体装置の放熱装置。
  7. 【請求項７】 前記放熱体密着手段（２２）は、さらに
    前記放熱体（２１）の雄ねじ部（２１ｃ）が前記切り欠
    き部（２２ａｂ）に係合したとき、前記放熱体（２１）
    を半導体装置の外周面に密着させる弾性手段を有するこ
    とを特徴とする請求項６記載の半導体装置の放熱装置。
  8. 【請求項８】 前記放熱体（２１）の雄ねじ部（２１
    ｃ）は、前記切り欠き部（２２ａｂ）にねじ込み螺着さ
    れ、前記放熱体（２１）の端部が半導体装置の外周面に
    密着するように調節されることを特徴とする請求項６記
    載の半導体装置の放熱装置。
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