JP4788666B2 - Power module - Google Patents
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Description
本発明は、複数の半導体素子と、半導体素子の放熱を行う放熱部材とを有するパワーモジュールに関する。 The present invention relates to a power module having a plurality of semiconductor elements and a heat radiating member that radiates heat from the semiconductor elements.
従来より、図7に示すごとく、複数の半導体素子92を放熱板93の搭載表面930に配設したパワーモジュール9が知られている(例えば、特許文献1参照)。かかるパワーモジュール9においては、平板状の放熱板93に複数の半導体素子92を平面的に配置してある。そのため、半導体素子92の搭載数が増えると、放熱板93の面積を大きくする必要が生じ、パワーモジュール9の体格が大きくなってしまうおそれがある。そして、このパワーモジュール9の体格は、放熱板93の搭載表面930が大きくなる方向(図7におけるX方向及びY方向)に平面的に拡大し、この平面に対して直交する方向(以下、便宜的に「高さ方向」という)には拡大しない。
Conventionally, as shown in FIG. 7, there is known a power module 9 in which a plurality of
そこで、半導体素子92の搭載数に伴う放熱板93の搭載表面930の拡大を上記高さ方向(図8におけるZ方向)にも分散させることにより小型化を図ったパワーモジュール9が提案されている(特許文献2参照)。かかるパワーモジュール9は、図8、図9に示すごとく、放熱板93に設けた互いに非平行な二つの搭載表面930に複数の半導体素子92を分散して接触配置させてある。
Accordingly, there has been proposed a power module 9 that is reduced in size by dispersing the expansion of the
これにより、放熱板93を、その中央部分が高さ方向Zに隆起するように屈曲させることによって形成される屈曲辺95に直交する方向(X方向)については、パワーモジュール9の体格を縮小することは可能である。ところが、かかる構成では、屈曲辺95に平行な方向(図9におけるY方向)についてはパワーモジュール9の体格を縮小することができない。すなわち、縦方向であるY方向及び横方向であるX方向の双方においてパワーモジュール9の体格を小さくすることはできない。
Thereby, the physique of the power module 9 is reduced in the direction (X direction) perpendicular to the
また、図10に示すごとく、例えば回転電機等の非平坦部品94における非平坦面940に半導体素子92を搭載してなるパワーモジュール9がある(特許文献3参照)。かかるパワーモジュール9においては、非平坦部品94の側面941において外方に突出してなる平坦面を有する素子搭載部944に半導体素子92を搭載する。ところが、上記素子搭載部944を形成した分、これに付随して無駄なスペースであるデッドスペースDが形成されてしまうため、パワーモジュール9の体格が大きくなってしまうおそれがある。
Further, as shown in FIG. 10, there is a power module 9 in which a
また、図11に示すごとく、上記非平坦部品94において、半導体素子92を非平坦部品94の軸方向の端面942に搭載することも考えられる。かかるパワーモジュール9においては、非平坦部品94の軸受け等として中央部分において突出した突起部943の周囲に平坦面を有する素子搭載部944を形成して、その表面に半導体素子92を搭載する。ところが、この場合も、突起部943の周囲に大きなデッドスペースDが形成されてしまうため、パワーモジュール9の体格が大きくなってしまうおそれがある。
In addition, as shown in FIG. 11, in the
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、小型化を効果的に図ることができるパワーモジュールを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to provide a power module capable of effectively reducing the size.
参考発明は、三個以上の半導体素子と、該半導体素子の放熱を行うための放熱部材とを有するパワーモジュールであって、
上記放熱部材に設けた互いに非平行な三つ以上の搭載表面に、上記三個以上の半導体素子を分散して接触配置させてあることを特徴とするパワーモジュールにある。
The reference invention is a power module having three or more semiconductor elements and a heat radiating member for radiating heat of the semiconductor elements,
A non-parallel three or more mounting surfaces mutually provided on the heat dissipation member, Ru power module near, characterized in that are in contact arranged by dispersing the three or more semiconductor elements.
次に、参考発明の作用効果につき説明する。
上記放熱部材に設けた互いに非平行な三つ以上の搭載表面に、上記三個以上の半導体素子を分散して接触配置させてある。かかる構成によれば、放熱部材に設けた互いに非平行な搭載表面に、半導体素子が互いに角度を持った状態で配置されることとなる。それゆえ、パワーモジュールにおける一つの平面方向のみならず、これに直交する高さ方向も半導体素子を搭載するスペースとして利用することができる。したがって、パワーモジュールの上記高さ方向に投影される投影面積を小さくしてパワーモジュールの体格を小さくすることができる。
Next, the effects of the reference invention will be described.
The three or more semiconductor elements are dispersedly arranged in contact with three or more non-parallel mounting surfaces provided on the heat dissipation member. According to such a configuration, the semiconductor elements are arranged at an angle to each other on non-parallel mounting surfaces provided on the heat dissipation member. Therefore, not only one plane direction in the power module but also a height direction perpendicular thereto can be used as a space for mounting the semiconductor element. Therefore, the projection area projected in the height direction of the power module can be reduced, and the physique of the power module can be reduced.
特に参考発明のパワーモジュールにおいては、三つ以上の搭載表面に三個以上の半導体素子を接触配置してある。それゆえ、パワーモジュールの高さ方向に投影される投影面においてもその縦方向及び横方向の双方の寸法を縮小することが可能となる。その結果、パワーモジュールの体格を効果的に小さくすることができる。 In particular, in the power module of the reference invention , three or more semiconductor elements are arranged in contact with three or more mounting surfaces. Therefore, both the vertical and horizontal dimensions of the projection surface projected in the height direction of the power module can be reduced. As a result, the physique of the power module can be effectively reduced.
以上のごとく、参考発明によれば、小型化を効果的に図ることができるパワーモジュールを提供することができる。 As described above, according to the reference invention , it is possible to provide a power module that can be effectively reduced in size.
本発明は、三個以上の半導体素子と、該半導体素子の放熱を行うための放熱部材とを有し、非平坦面を有する非平坦部品である回転電機に搭載されるパワーモジュールであって、
上記放熱部材は、互いに非平行な状態で上記非平坦部品の上記非平坦面に対して取り付けられた三つ以上の素子搭載部を有し、該素子搭載部はそれぞれ上記半導体素子を搭載する平坦な搭載表面を有し、
上記放熱部材に設けた互いに非平行な三つ以上の上記搭載表面に、上記三個以上の半導体素子を分散して接触配置させてあることを特徴とするパワーモジュールにある(請求項1)。
The present invention relates to a power module mounted to the rotary electric machine is a non-planar part having a three or more semiconductor devices, have a heat radiating member for conducting heat radiation of the semiconductor element, a non-planar surface,
The heat dissipating member has three or more element mounting portions attached to the non-flat surface of the non-flat component in a non-parallel state, and each of the element mounting portions is a flat surface on which the semiconductor element is mounted. A mounting surface
A non-parallel three or more of the mounting surface with each other provided on the heat dissipation member, is in a power module, characterized in that are in contact arranged by dispersing the three or more semiconductor elements (Claim 1).
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記放熱部材は、互いに非平行な状態で上記非平坦部品の上記非平坦面に対して取り付けられた複数の素子搭載部を有し、該複数の素子搭載部に上記複数の半導体素子が分散して接触配置してある。かかる構成によれば、非平坦部品の非平坦面の形状に適宜対応させて放熱部材の素子搭載部を配設することが可能となる。すなわち、非平坦部品に、平坦な素子搭載部を有する放熱部材を配置して、その平坦な素子搭載部に複数の半導体素子を搭載しようとすると、どうしても非平坦部品と半導体素子との間に無駄なスペースであるデッドスペース(図10、図11における符号D参照)が生じてしまう。
Next, the effects of the present invention will be described.
The heat dissipating member has a plurality of element mounting portions attached to the non-flat surface of the non-flat component in a non-parallel state, and the plurality of semiconductor elements are dispersed in the plurality of element mounting portions. Are in contact with each other. According to such a configuration, it is possible to arrange the element mounting portion of the heat dissipation member so as to appropriately correspond to the shape of the non-flat surface of the non-flat component. That is, if a heat dissipating member having a flat element mounting portion is arranged on a non-flat component and a plurality of semiconductor elements are mounted on the flat element mounting portion, it is inevitably wasteful between the non-flat component and the semiconductor element. A dead space (see symbol D in FIGS. 10 and 11) is generated.
これに対して、上記構成によれば、上述のごとく、非平坦部品の非平坦面の形状に適宜対応させて放熱部材の素子搭載部を配設することが可能となるため、デッドスペースが形成されることを抑制することができる。
その結果、半導体素子の搭載数を増やす場合においてもデッドスペースの形成を充分に抑制しつつ放熱部材に半導体素子を搭載することができ、パワーモジュールの体格を効果的に小さくすることができる。
In contrast, according to the above configuration, as described above, the element mounting portion of the heat radiating member can be disposed in an appropriate manner corresponding to the shape of the non-flat surface of the non-flat component, thereby forming a dead space. It can be suppressed.
As a result, even when the number of semiconductor elements to be mounted is increased, the semiconductor elements can be mounted on the heat dissipation member while sufficiently suppressing the formation of dead space, and the size of the power module can be effectively reduced.
以上のごとく、本発明によれば、小型化を効果的に図ることができるパワーモジュールを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a power module that can be effectively reduced in size.
上記参考発明及び上記本発明(請求項1)において、上記半導体素子として、例えば、IGBT素子、MOS型FET素子等の汎用半導体素子を用いることができる。
上記参考発明において、上記互いに非平行な三つ以上の搭載表面の数及び配置を種々変更することにより、略三角錐形状、略四角錐形状、略五角錐形状等、種々の形状のパワーモジュールを形成することができる。
In the above reference invention and the present invention (Claim 1 ), as the semiconductor element, for example, a general-purpose semiconductor element such as an IGBT element or a MOS FET element can be used.
In the above-described reference invention , by varying the number and arrangement of the three or more mounting surfaces that are not parallel to each other, power modules having various shapes such as a substantially triangular pyramid shape, a substantially quadrangular pyramid shape, and a substantially pentagonal pyramid shape are provided. Can be formed.
なお、本明細書においては、互いに直交するX方向、Y方向、Z方向を用いて三次元空間を説明する。すなわち、図1におけるZ方向をパワーモジュールの高さ方向と、図2におけるパワーモジュールの水平方向であるX方向及びY方向を、それぞれパワーモジュールの横方向及び縦方向というものとする。 In this specification, the three-dimensional space will be described using the X direction, the Y direction, and the Z direction orthogonal to each other. In other words, the Z direction in FIG. 1 is the height direction of the power module, and the X direction and the Y direction, which are the horizontal directions of the power module in FIG. 2, are the horizontal direction and the vertical direction of the power module, respectively.
また、上記本発明において、上記非平坦部品は、略円柱形状からなることが好ましい(請求項2)。
この場合には、本発明の作用効果を効果的に発揮することができる。すなわち、略円柱形状からなる非平坦部品に半導体素子を搭載する場合には、上記のデッドスペースの問題が顕著に生じる。したがって、かかる非平坦部品に本発明を適用するとデッドスペースの形成を充分に抑制してパワーモジュールの小型化を図ることができる。
Moreover, in the said invention , it is preferable that the said non-flat component consists of a substantially cylindrical shape (Claim 2 ).
In this case, the effect of the present invention can be effectively exhibited. That is, when a semiconductor element is mounted on a non-flat part having a substantially cylindrical shape, the problem of the dead space is remarkably generated. Therefore, when the present invention is applied to such a non-flat part, the formation of a dead space can be sufficiently suppressed and the power module can be reduced in size.
また、上記非平坦部品の側面にも上記素子搭載部が配設されていてもよい(請求項4)。
この場合には、デッドスペースの形成を抑制しつつ、上記側面に半導体素子を配設することができるため、パワーモジュールの小型化を容易に図ることができる。
Further, the element mounting portion may be disposed on a side surface of the non-flat part .
In this case, since the semiconductor element can be disposed on the side surface while suppressing the formation of the dead space, the power module can be easily downsized.
また、上記非平坦部品は、軸方向の端面の中央部分から突出した突起部を有し、上記突起部の頂面の周縁部から上記非平坦部品の上記端面の周縁部にわたって平面的に、上記素子搭載部の上記搭載表面が形成されるように配設されていることが好ましい(請求項3)。
この場合には、突起部の周囲のスペースを有効に利用することができるため、パワーモジュールの小型化を容易に図ることができる。
Further, the non-flat component has a protrusion protruding from a central portion of the end face in the axial direction, and planarly extends from the peripheral edge of the top surface of the protrusion to the peripheral edge of the end face of the non-flat component. it is preferable that the mounting surface of the element mounting portion is disposed so as to be formed (claim 3).
In this case, since the space around the protrusion can be used effectively, the power module can be easily downsized.
また、上記非平坦部品は、回転電機である。
上記パワーモジュールは、回転電機とともに高電圧回路を形成するため一般に回転電機に隣接配置されることが多い。そこで、パワーモジュールを回転電機に搭載する構成において本発明を適用することにより、本発明の効果を有効に発揮することができる。
The non-flat part is a rotating electrical machine .
In general, the power module is generally arranged adjacent to the rotating electrical machine in order to form a high voltage circuit together with the rotating electrical machine. Therefore, by applying the present invention to a configuration in which the power module is mounted on the rotating electrical machine, the effects of the present invention can be effectively exhibited .
(参考例1)
本発明の参考例に係るパワーモジュールにつき、図1、図2を用いて説明する。
本例のパワーモジュール1は、三個以上の半導体素子2と、該半導体素子2の放熱を行うための放熱部材3とを有する。
また、パワーモジュール1は、上記放熱部材3に設けた互いに非平行な三つ以上の搭載表面30に、上記三個以上の半導体素子2を分散して接触配置させてある。
( Reference Example 1 )
A power module according to a reference example of the present invention will be described with reference to FIGS.
The
In the
本例のパワーモジュール1の放熱部材3は、四つの搭載表面30が互いに非平行な状態で組み合わされて立体的に構成されている。
本例のパワーモジュール1における半導体素子2として、例えば、IGBT素子を用いることができる。なお、本例では、計八個の半導体素子2を、二個一組として四つの搭載表面30に分散配置してある。
そして、半導体素子2の裏面20と放熱部材3の搭載表面30とは、例えば、グリス(図示略)を介して密着させてある。
The
As the
And the
放熱部材3は、半導体素子2に対する放熱効率を向上させるため、例えば、アルミニウム製等の熱伝導性に優れた金属材料によって構成することができる。
また、放熱部材3は、内部に水などの冷却媒体を流通させる冷媒流路32を有する。該冷媒流路32は、放熱部材3における半導体素子2を搭載する搭載表面30と略平行に形成されている。これにより、半導体素子2の熱を放熱部材3を介して冷媒流路32を流れる冷却媒体に放熱することができるとともに、半導体素子2の全体を略均一に冷却することができる。
なお、半導体素子2を搭載する放熱部材3の搭載表面30のXY平面に対する傾斜角θは、例えば、45°以上であることが好ましい。
In order to improve the heat dissipation efficiency with respect to the
Moreover, the
In addition, it is preferable that inclination | tilt angle (theta) with respect to XY plane of the mounting
次に、本例の作用効果につき説明する。
放熱部材3に設けた互いに非平行な三つ以上の表面30に、三個以上の半導体素子2を分散して接触配置させてある。かかる構成によれば、放熱部材3に設けた互いに非平行な搭載表面30に、半導体素子2が互いに角度を持った状態で配置されることとなる。それゆえ、パワーモジュール1における一つの平面方向(図1におけるX方向、Y方向)のみならず、これに直交する高さ方向(図2におけるZ方向)も半導体素子2を搭載するスペースとして利用することができる。したがって、パワーモジュール1の高さ方向Zに投影される投影面積を小さくしてパワーモジュール1の体格を小さくできる。
Next, the function and effect of this example will be described.
Three or
特に本例のパワーモジュールにおいては、四つの搭載表面30に四個の半導体素子2を接触配置してある。それゆえ、投影面においてもその縦方向Y及び横方向Xの双方の寸法を縮小させることが可能となる。その結果、パワーモジュール1の体格を効果的に小さくすることができる。
In particular, in the power module of this example, four
以上のごとく、本例によれば、小型化を効果的に図ることができるパワーモジュールを提供することができる。 As described above, according to this example, it is possible to provide a power module that can be effectively reduced in size.
(参考例2)
本例は、図3に示すごとく、半導体素子2が、放熱部材3に設けられた凹部301の搭載表面30に搭載されているパワーモジュール1の例である。すなわち、本例のパワーモジュール1の放熱部材3は、−Z方向に窪ませた凹部301を有し、その搭載表面30に半導体素子2を搭載している。
また、この凹部301の形状は、参考例1と同様に互いに非平行な四つの搭載表面30が組み合わされた形状を有し、参考例1に示した放熱部材3を裏返しにした形状を有する。
その他は、参考例1と同様の構成及び作用効果を有する。
( Reference Example 2 )
This example is an example of the
The shape of the
Others have the same configuration and operational effects as in Reference Example 1 .
(参考例3)
本例は、図4に示すごとく、略円柱形状の回転電機4の側面401に搭載されるパワーモジュール1の例である。ここで、回転電機4の側面401は、曲面、すなわち非平坦面であって、回転電機4は非平坦部品である。
放熱部材3は、互いに非平行な状態で回転電機4の側面401に対して取り付けられた二つの素子搭載部41を有する。
( Reference Example 3 )
This example is an example of the
The
二つの半導体素子2は、放熱部材3の複数の素子搭載部41に分散して接触配置してある。
放熱部材3は、回転電機4の側面401の全周を覆うように配設されている。そして、その回転電機4の外周の一部に素子搭載部41が二つ設けられており、該素子搭載部41における互いに非平行な搭載表面30に、複数の半導体素子2が分散して密着配置されている。
また、放熱部材3は半導体素子2の放熱を行うとともに、回転電機4の放熱をも行うことができる。
The two
The
Further, the
次に、本例の作用効果につき説明する。
放熱部材3は、互いに非平行な状態で回転電機4の非平坦面40に対して取り付けられた複数の素子搭載部41を有し、複数の素子搭載部41に複数の半導体素子2が分散して接触配置してある。かかる構成によれば、回転電機4の非平坦面40の形状に適宜対応させて放熱部材3の素子搭載部41を配設することが可能となる。すなわち、回転電機4に、平坦な素子搭載部41を有する放熱部材3を配置して、その平坦な素子搭載部41に複数の半導体素子2を搭載しようとすると、どうしても回転電機4と半導体素子2との間に無駄なスペースであるデッドスペース(図10、図11における符号D参照)が生じてしまう。
Next, the function and effect of this example will be described.
The
これに対して、上記構成によれば、上述のごとく、回転電機4の非平坦面40の形状に適宜対応させて放熱部材3の素子搭載部41を配設することが可能となるため、デッドスペースが形成されることを抑制することができる。
その結果、半導体素子2の搭載数を増やす場合においてもデッドスペースの形成を充分に抑制しつつ放熱部材3に半導体素子2を搭載することができ、パワーモジュール1の体格を効果的に小さくすることができる。
On the other hand, according to the above configuration, as described above, the
As a result, the
また、回転電機4は、略円柱形状からなるため、本発明の作用効果を効果的に発揮することができる。すなわち、略円柱形状からなる回転電機4に半導体素子2を搭載する場合には、デッドスペースの問題が顕著に生じる。したがって、かかる回転電機4に本発明を適用するとデッドスペースの形成を充分に抑制してパワーモジュール1の小型化を図ることができる。
Moreover, since the rotary
また、放熱部材3は、回転電機4の側面401に配設されているため、本発明の作用効果を一層効果的に発揮することができる。すなわち、デッドスペースの形成を抑制しつつ、側面401に半導体素子2を配設することができるため、パワーモジュール1の小型化を容易に図ることができる。
Moreover, since the
また、本例において非平坦部品は、回転電機4である。パワーモジュール1は、回転電機4とともに高電圧回路を形成するため一般に回転電機4に隣接配置されることが多い。そこで、パワーモジュール1を回転電機4に搭載する構成において本発明を適用することにより、本発明の効果を有効に発揮することができる。
In this example, the non-flat part is the rotating
以上のごとく、本例によれば、小型化を効果的に図ることができるパワーモジュールを提供することができる。 As described above, according to this example, it is possible to provide a power module that can be effectively reduced in size.
(実施例1)
本例は、図5に示すごとく、半導体素子2が、回転電機4の軸方向の端面402に配設されているパワーモジュール1の例である。
端面402は、中央部分において突出した突起部43を有する。この突起部43は、回転電機4の軸受けである。
( Example 1 )
This example is an example of the
The
また、放熱部材3は、突起部43に隣接して配されている。すなわち、素子搭載部41は、その搭載表面30が突起部43の頂面431の周縁部432から回転電機4の端面402の周縁部403にわたって平面的に形成されるように配設されている。そして、この素子搭載部41が突起部43の四方位置に同様に配され、互いに非平行な搭載表面30を有する。
Further, the
なお、図6に示すごとく、回転電機4の側面401にも素子搭載部41を設けて、この素子搭載部41に半導体素子2を配置することもできる。
その他は、参考例3と同様である。
As shown in FIG. 6, the
Others are the same as in Reference Example 3 .
回転電機4の軸方向の端面402は、突起部43を有し、放熱部材3は、突起部43に隣接して配されている。これにより、突起部43の周囲のスペースを有効に利用することができるため、パワーモジュール1の小型化を図ることができる。すなわち、上記構成によれば、図5(a)における符号Eに示されるスペース分のデッドスペースを低減することができる。そのため、このスペースEに周辺部材を配置するなどして、突起部43の周囲のスペースを有効利用することが可能となる。
その他は、参考例3と同様の作用効果を有する。
The
The other effects are the same as in Reference Example 3 .
1 パワーモジュール
2 半導体素子
3 放熱部材
30 搭載表面
1
Claims (4)
上記放熱部材は、互いに非平行な状態で上記非平坦部品の上記非平坦面に対して取り付けられた三つ以上の素子搭載部を有し、該素子搭載部はそれぞれ上記半導体素子を搭載する平坦な搭載表面を有し、
上記放熱部材に設けた互いに非平行な三つ以上の上記搭載表面に、上記三個以上の半導体素子を分散して接触配置させてあることを特徴とするパワーモジュール。 And three or more semiconductor elements, a power module mounted to the rotary electric machine is non-planar part radiating a member possess, has a non-planar surface for performing the heat radiation of the semiconductor element,
The heat dissipating member has three or more element mounting portions attached to the non-flat surface of the non-flat component in a non-parallel state, and each of the element mounting portions is a flat surface on which the semiconductor element is mounted. A mounting surface
Power module, characterized in that the non-parallel three or more of the mounting surface with each other provided on the heat dissipation member, are brought into contact arranged by dispersing the three or more semiconductor elements.
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