JP5418601B2 - 放熱機器及び放熱機器の製造方法 - Google Patents

放熱機器及び放熱機器の製造方法 Download PDF

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Description

この発明は、電力変換装置をはじめとする各種装置に使用される、発熱素子を冷却する放熱機器のうち、特に樹脂により封止される放熱機器及び放熱機器の製造方法に関するものである。
従来より、発熱素子を冷却する放熱機器としては、ヒートシンクが広く一般に用いられている。このヒートシンクは、ダイキャスト成形や押出成形で放熱フィンと放熱フィン支持基盤とを一体化したものと、放熱フィンと放熱フィン支持基盤を個別化して組み合わせたものに大別される。後者は、放熱フィンと放熱フィン支持基盤を個別化することで、押出成形やダイキャスト成形で必要な金型の強度に対する制約などを緩和することができ、隣接放熱フィン間のフィンピッチを狭くしたり放熱フィン長を長くすることができる。そのため、前者に比べて半導体装置の設置面積の小型化や、発熱素子を小型化することによる低コスト化に有効である。
また、放熱フィンと放熱フィン支持基盤を個別化して組み合わせたものにおける、放熱フィンと放熱フィン支持基盤を勘合する方法としてカシメ工法が挙げられる。これに関して例えば特許文献１には、放熱フィン支持基盤の平面状に平行な複数の溝を予め作っておき、上記溝に放熱フィンの側縁部を上方から勘合し、上記複数の溝の間に形成した別の複数の溝にカシメ工具の先端を押し当てることによって、上記放熱フィンの側縁部を勘合した溝が押し狭められる放熱機器が開示されている。
また、特許文献２には、放熱フィン支持基盤の溝をその開口部から底部に向かって拡開するテーパ状に形成し、溝底部の両側にアールを付けて形成することにより、放熱フィンを溝にカシメる際に、放熱フィンが溝形状に沿った拡開テーパ状に変形し、溝に圧接固着される技術が開示されている。
特開２００１−１０２７８６号公報（第３頁、図８） 特開２００２−２９９８６４号公報（第４頁、図１、図６）
しかしながら上述の特許文献１に示されている技術では、放熱フィン支持基盤の溝の底部は、プレス刃に沿って拡開方向に変形するため、放熱フィンは溝開口部とは接しやすいが、溝底部とは接しにくくなる。その結果、放熱フィンと溝の間に隙間が発生しやすくなるため、放熱フィンと放熱フィン支持基盤間の熱抵抗が大きくなり、放熱効果が低下する、という課題があった。
さらに、放熱フィン１枚を放熱フィン支持基盤に勘合するために、カシメ工具が、放熱フィン用の溝とカシメ工具用溝という２ヶ所の溝を拡幅させる必要があるため、カシメ工具の加重が大きくなる。その結果、プレス加重を大きくするためにフレームやモータが大きいプレス装置が必要となるので、放熱フィンを放熱フィン支持基盤にカシメるための設備が大きくなり、またその設備費用が高価になる、という課題があった。
また、上述の特許文献２の技術では、放熱フィン支持基盤の溝をその開口部から底部に向かって拡開するテーパ状に形成し、溝底部の両側にアールを付けて形成する必要がある。また、放熱フィンを上記溝にカシメる際、放熱フィンに圧入刃（プレス刃）を押圧し上記溝の形状を利用するだけで放熱フィンの形状を変化させる。そのため放熱フィンと溝との密着度の高さを担保するための、放熱フィンを押圧する圧力の精度管理が困難であり、上記圧力の誤差が原因で熱抵抗が大きくなり、放熱効果が低下する、という課題があった。
この発明は、上述の課題を鑑みてなされたものであり、放熱フィンの側面と放熱フィン支持基盤との間の隙間を無くすことで接触面積を拡大することにより、放熱フィンと放熱フィン支持基盤間の熱抵抗を小さくし、放熱効果を高めることができ、かつ放熱フィンを放熱フィン支持基盤にカシメる際のプレス加重を小さくすることができる放熱機器及び放熱機器の製造方法を提供するものである。
この発明に係る放熱機器は、 複数の放熱フィンと、上記放熱フィンを装着する複数の平行なフィン溝とこのフィン溝の底面から所定の高さ露出して上記放熱フィンの固定に使用する突起とが形成された放熱フィン支持基盤と、を備え、上記突起の上部が上記放熱フィンの一側面を押し付けることにより、上記放熱フィンの他側面が上記フィン溝の側面に押圧され、上記放熱フィンが上記突起の上部と上記フィン溝の側面との間に固定されるようにした放熱機器において、上記突起および上記フィン溝は、それぞれ上記フィン溝の長手方向に複数個に分割されたことを特徴とする。
以上のようにこの発明に係る放熱機器及びその実装方法によれば、上記突起を放熱フィン側に傾倒させ、上記放熱フィンの一側面を押し付けることにより、上記放熱フィンの他側面が上記フィン溝の側面に押圧されることで、放熱フィンの側面とフィン溝との間の隙間を無くすことができる。その結果、放熱フィンとフィン溝との接触面積を大きく確保することができるため、放熱フィンと放熱フィン支持基盤間の熱抵抗が小さくなり、放熱効果を高めることが可能となる。
さらに、上記突起および上記フィン溝は、それぞれ上記フィン溝の長手方向に複数個に分割されるように形成したことにより、周囲温度が極めて低い環境下においても、上記フィン溝および上記突起それぞれの膨張収縮量を減らすことができ、上記放熱フィンと上記フィン溝の側面との接触面および上記放熱フィンと上記突起の上部との接触面における接触面積を大きく確保することができる。
この発明の放熱機器を用いた半導体装置の上面図である。 この発明の放熱機器を用いた半導体装置における図１のＡ−Ａ間の断面図である。 この発明の実施の形態１における放熱機器の正面図である。 この発明の実施の形態１における放熱フィン支持基盤、フィン溝及び第一の突起の斜視図である。 この発明の実施の形態１における図３（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図である。 この発明の実施の形態１における図３（ａ）のＣ−Ｃ間の断面図である。 この発明の実施の形態１におけるプレス刃を用いて第一の突起を傾倒させる工程を示す図である。 この発明の実施の形態２における放熱機器の正面図である。 この発明の実施の形態２における第二の突起の斜視図である。 この発明の実施の形態２における図８（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図である。 この発明の実施の形態２における図８（ａ）のＣ−Ｃ間の断面図である。 この発明の実施の形態２におけるプレス刃を用いて第二の突起の二股状に形成された先端部を拡幅させる工程を示す図である。 この発明の実施の形態３における図３（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図である。 この発明の実施の形態３における図３（ａ）のＣ−Ｃ間の断面図である。 この発明の実施の形態４における図８（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図である。 この発明の実施の形態４における放熱機器の正面図の一部を示す図である。 この発明の放熱機器を用いた半導体装置の斜視図である。 この発明の放熱機器を用いた半導体装置の上面図である。 この発明の放熱機器を用いた半導体装置における図１８のＤ−Ｄ間の断面図である。
この実施の形態は、例えば電力変換装置に使用される発熱素子から発せられる熱を、効率的に放熱するための放熱機器に関するものである。ここで、発熱素子としては例えば、電力変換装置における交流を直流に変換するコンバータ部のダイオード、直流を交流に変換するインバータ部のバイポーラトランジスタ、スイッチング素子としてのＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、又はＧＴＯ等が挙げられる。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
図１は、この実施の形態を示す放熱機器を用いた半導体装置の上面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ間の断面図である。図２において、放熱フィン支持基盤１の一面に絶縁樹脂シート１０を介してリードフレーム７が接合されており、リードフレーム７と放熱フィン支持基盤１は電気的に絶縁されている。上記リードフレーム７は発熱素子９と金属ワイヤによりはんだ接合されている。また、リードフレーム７、放熱フィン支持基盤１及び放熱フィン４は、発熱素子９を効率良く放熱させるために、銅、アルミニウムなどの熱伝導率が高い部材で形成される。
さらに、モールド樹脂６は発熱素子９、リードフレーム７及び金属ワイヤ８を覆い、上記各部材と半導体装置の外部との間を電気的に絶縁する。また、絶縁性と高伝導性を兼ねるため、絶縁樹脂シート１０には、エポキシ樹脂にシリコンや窒化ホウ素粒子等のフィラーが混合されている。なお、絶縁樹脂シート１０の線膨張率は放熱フィン支持基盤１の線熱膨張率より小さい方が好ましい。
また、放熱フィン支持基盤１の他面には複数の平行なフィン溝２が形成されており、上記フィン溝２に放熱フィン４が装着されている。
実施の形態１.
図３は、実施の形態１における放熱機器の正面図を示すものである。このうち、図３（ａ）は、放熱フィン支持基盤１に形成された複数の平行なフィン溝２に、一個のフィン溝２に対して一個の放熱フィン４が装着されている状態を示す図である。また、フィン溝２の底面から所定の高さを有する第一の突起３が露出している。ここで第一の突起３の高さは、フィン溝２の上端部よりも低くなるように構成されている。このため、放熱フィン４をフィン溝２の高さ方向に対して斜めに傾けた状態でも、フィン溝２や第一の突起３と干渉することなく挿入することができ、放熱機器の製造工程において放熱フィン４の挿入が容易になる。
また、図３（ｂ）は、プレス加工により第一の突起３を放熱フィン４側に傾倒させ、放熱フィン４を第一の突起３の上部とフィン溝２の側面との間にカシメた状態を示す図である。さらに図４は、放熱フィン支持基盤１、フィン溝２及び第一の突起３の斜視図である。この実施の形態１においては、フィン溝２は直方体状に形成されている。また、フィン溝２の底部から突起３が直方体状に形成されている。
図５は図３（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図、図６は図３（ａ）のＣ−Ｃ間の断面図をそれぞれ示す。両図に示すとおり、この実施の形態１においては、第一の突起３の長手方向の長さ及びフィン溝２の長手方向の長さは、放熱フィン支持基盤１の溝長手方向の長さと同じである。
この実施の形態１における放熱機器の製造方法としては、以下に示す工程により製造するのが望ましい。すなわち、まず放熱フィン支持基盤１の一面に複数の平行なフィン溝２と、各々のフィン溝２内に第一の突起３とを、ダイキャスト成形又は押出成形により同時に形成する工程を経る。次に一個のフィン溝２に対して一個の放熱フィン４を装着する工程を経る。その後フィン溝２の側面のうち放熱フィン４が装着されていない側の側面と、第一の突起３の間にプレス刃５を挿入しプレス刃５をプレス機により加重することにより、第一の突起３を放熱フィン４側に傾倒させて、第一の突起３の上部を放熱フィン４の一側面に押し付けて放熱フィンをカシメる工程を経て、放熱フィン４をフィン溝２の側面と第一の突起３の上部との間に固定する。
図７は、上記工程のうち、プレス刃５を用いて第一の突起３を傾倒させる工程を示す図である。ここで、プレス刃５の先端部の形状は、第一の突起３とフィン溝２との間に挿入しやすくするために、図７に示すようにその先端部に向かってプレス刃５の幅が狭くなっていくようにすることが望ましい。また、プレス刃５を折れにくくするため、かつプレス刃角度を大きくするために、プレス刃５の先端部を一部平坦化することが望ましい。以上よりプレス刃５の形状は、その先端部に向かってプレス刃５の幅が狭くなるような台形とすることが望ましい。
図７（ａ）に示すように、フィン溝２の側面のうち放熱フィン４が装着されていない側の側面と第一の突起３との間に、プレス刃５（又はカシメ冶具）を挿入して、第一の突起３を放熱フィン４側に傾倒させる。具体的には、図７（ｂ）に示すように、フィン溝２の側面のうち放熱フィン４が装着されていない側の側面と第一の突起３との間にプレス刃５を挿入してプレス機によりプレスする。ここで、第一の突起３の材質として銅、アルミニウムなどの塑性が大きい金属を使用しているため、上記プレス機によるプレスにより、第一の突起３は変形しプレス刃５の先端の形状に従って放熱フィン４側に傾倒する。その後プレス刃５の先端部がフィン溝２の下端部に当接して停止する。そのことにより、第一の突起３の上部が放熱フィン４をフィン溝２の側面に押圧するため、図７（ｂ）に示すように、放熱フィン４が上記第一の突起３の上部とフィン溝２の側面との間にカシメられる。
以上により、放熱フィン４とフィン溝２の側面との密着性が良好な放熱フィンの取付け構造を得ることができる。その結果、放熱フィン４とフィン溝２との接触面積を大きく確保することができるため、放熱フィンと放熱フィン支持基盤間の熱抵抗が小さくなり、放熱効果を高めることが可能となる。
また、さらにこのとき、図７（ｃ）に示すように、第一の突起３の上部が、放熱フィン４の直立性を維持したまま放熱フィン４の側面に食い込んだ状態になり、放熱フィン４の側面にくぼみ１３ができるように、プレス刃５の先端の形状及びプレス刃のストローク量をあらかじめ定めておく。このことにより、第一の突起３の傾倒量をプレス刃５のストローク量で容易に管理することが可能である。さらに、上記放熱フィン４の側面を目視などすることで、プレス加工が正常になされたかを容易に判断することができる。
ここで第一の突起３を傾倒させる際にプレス刃５にかかるプレス加重は、プレス刃５が進行する方向の分力と、垂直方向すなわち第一の突起３とフィン溝２の間を拡幅させる方向との分力の和となる。このときプレス刃５の先端部のプレス刃５が進行する方向に対する角度が鈍角(すなわち、プレス刃５が進行する方向の分力＜垂直方向の分力)の場合、第一の突起３が、放熱フィン支持基盤１との界面から傾倒せずに、例えば第一の突起３の先端部分から放熱フィン４側に向かって変形する、すなわち座屈変形することが一般的に知られている。第一の突起３が座屈変形した場合、フィン溝２と第一の突起３の間の拡幅量が少なくなるため、放熱フィン４を正常にカシメられなくなるという懸念がある。
そこで、第一の突起３の形状をその上部から下部へ行くほどその幅が大きくなるような台形にすることもできる。このようにすることにより、プレス刃５をフィン溝２に挿入する際に、プレス刃５の位置がフィン溝２と第一の突起３との間から多少ずれた場合でも、第一の突起３が座屈変形することを防ぐことができる。その結果、フィン溝２と第一の突起３の間の拡幅量を確保することができ、放熱フィン４を正常にカシメることができる。
以上より、この実施の形態１によれば、フィン溝２の側面のうち放熱フィン４が装着されていない側の側面と第一の突起３との間に、プレス刃５（又はカシメ冶具）を挿入して、第一の突起３を放熱フィン４側に傾倒させることにより、放熱フィン４が上記第一の突起３の上部とフィン溝２の側面との間にカシメられる。このことにより、放熱フィン４とフィン溝２の側面との密着性が良好な放熱フィンの取付け構造を得ることができる。その結果、上記放熱フィンと上記フィン溝との接触面積を大きく確保することができるため、放熱フィンと放熱フィン支持基盤間の熱抵抗が小さくなり、放熱効果を高めることが可能となる。
実施の形態２.
図８は、実施の形態２における放熱機器の正面図を示すものである。なお、図３と同一の構成には同一の符号を付し、それらの説明を省略する。実施の形態１との違いは、一個のフィン溝に対して二個の放熱フィンを装着する点及び突起の形状である。
図８（ａ）は、放熱フィン支持基盤１に形成された複数の平行なフィン溝２に、一個のフィン溝２に対して二個の放熱フィン４が装着されている状態を示す図である。また、フィン溝２の略中央部の底面から、所定の高さを有する二股状の第二の突起１１が露出している。ここで第二の突起１１の高さが、フィン溝２の上端部よりも低くなるように構成されている点は、実施の形態１と同じである。
また、図８（ｂ）は、プレス加工により第二の突起１１の二股状に形成された先端部の凹部を拡幅させて、放熱フィン４を第二の突起１１の上部とフィン溝２の側面との間にカシメた状態を示す図である。さらに図９は、第二の突起１１の斜視図である。図９では、第二の突起１１の二股に形成された先端部分のそれぞれの形状を、第二の突起１１の上部から下部へ行くほどその幅が大きくなるような台形にした状態を表している。ただし、実施の形態１の場合と同様に、第二の突起１１の二股に形成された先端部分のそれぞれの形状を長方形にしてもよい。
図１０は図８（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図、図１１は図８（ａ）のＣ−Ｃ間の断面図をそれぞれ示す。なお、図５及び図６と同一の構成には同一の符号を付し、それらの説明を省略する。両図より、この実施の形態２においては、第二の突起１１及びフィン溝２それぞれの溝長手方向の長さは、放熱フィン支持基盤１の溝長手方向の長さと同じである。
この実施の形態２における放熱機器の製造方法としては、以下に示す工程により製造するのが望ましい。すなわち、まず放熱フィン支持基盤１の一面に複数の平行なフィン溝２を形成し、同時に各々のフィン溝２内に第二の突起１１をその先端部を二股状に成形するように形成する工程を経る。ここで、上記放熱フィン支持基盤１、フィン溝２及び第二の突起１１はいずれも、実施の形態１と同様にダイキャスト成形又は押出成形により形成する。次に一個のフィン溝２に対して二個の放熱フィンを装着する工程を経る。その後第二の突起１１の二股状に形成された先端部の凹部にプレス刃５を挿入しプレス刃５をプレス機により加重することにより、第二の突起１１の先端部を拡幅させて、第二の突起１１の上部を放熱フィン４の一側面に押し付けて放熱フィンをカシメる工程を経て、放熱フィン４をフィン溝２の側面と第二の突起１１の上部との間に固定する。以上の製造方法により、二枚の放熱フィンを固定するために、第二の突起１１の先端部の凹部一箇所のみをプレス刃４（又はカシメ冶具）によりカシメればよいので、従来技術に比べて放熱機器の製造工程で使用するプレス刃の本数を減らすことができ、それによりプレス加工時の低加重化を実現することができるので、プレス装置を小型化することができる。
図１２は、上記工程のうち、プレス刃５を用いて第二の突起１１の二股状に形成された先端部を拡幅させる工程を示す図である。なお、図７と同一の構成には同一の符号を付し、それらの説明を省略する。図１２（ａ）に示すように、第二の突起１１の二股状に形成された先端部の凹部にプレス刃５（又はカシメ冶具）を挿入する。その後プレス刃５にさらに加重をかけて、プレス刃５を第二の突起１１の二股状に形成された先端部の底部に当接するまで進行させる。ここで、第二の突起１１の材質として第一の突起３と同様、銅、アルミニウムなどの塑性が大きい金属を使用しているため、第二の突起１１は変形し図１２（ｂ）に示すように第二の突起１１の先端部がプレス刃５の先端の形状に従って拡幅される。これにより、二股状に形成された第二の突起１１の一方の上部が放熱フィン４をフィン溝２の側面に押圧するため、放熱フィン４が上記第一の突起３の上部とフィン溝２の側面との間にカシメられる。以上より、放熱フィン４とフィン溝２の側面との密着性が良好な放熱フィンの取付け構造を得ることができる。その結果、放熱フィン４とフィン溝２との接触面積を大きく確保することができるため、放熱フィンと放熱フィン支持基盤間の熱抵抗が小さくなり、放熱効果を高めることが可能となる。
また、上記のように、プレス刃５の先端部が第二の突起１１の二股状に形成された先端部の底部に当接して停止するときに、図１２（ｃ）に示すように、第二の突起１１の上部が放熱フィン４の直立性を維持したまま、放熱フィン４の側面に食い込んだ状態になり、放熱フィン４の側面にくぼみ１３ができるように、プレス刃５の先端の形状及びプレス刃のストローク量をあらかじめ定めておく。このことにより、第二の突起１１の二股状に形成された先端部の拡幅量をプレス刃５のストローク量で容易に管理することが可能である。さらに、上記放熱フィン４の側面を目視などすることで、プレス加工が正常になされたかを容易に判断することができる。
以上より、この実施の形態２によれば、第二の突起１１の二股状に形成された先端部の凹部にプレス刃５（又はカシメ冶具）を挿入して、第二の突起１１の先端部を拡幅させることにより、二股状に形成された第二の突起１１の一方の上部が、放熱フィン４をフィン溝２の側面に押圧するため、放熱フィン４が上記第一の突起３の上部とフィン溝２の側面との間にカシメられ、放熱フィン４とフィン溝２の側面との密着性が良好な放熱フィンの取付け構造を得ることができる。その結果、放熱フィン４とフィン溝２との接触面積を大きく確保することができるため、放熱フィンと放熱フィン支持基盤間の熱抵抗が小さくなり、放熱効果を高めることが可能となる。
さらに、上記二個の放熱フィン４を第二の突起１１の上部とフィン溝２の側面との間にカシメる際には、第二の突起１１の二股状に形成された先端部の凹部の一箇所のみをプレス刃４（又はカシメ冶具）によりカシメればよい。その結果、従来技術に比べて放熱機器の製造工程で使用するプレス刃の本数を減らすことができ、それによりプレス加工時に要する加重を減少させることができるので、プレス装置を小型化することができる。
なお、この実施の形態２においては、第二の突起１１としてその先端部が二股状に形成されたものを用いたが、上記の替わりに実施の形態１で使用した第一の突起３をフィン溝３の略中央部に二個配置して実現させてもよい。
実施の形態３.
実施の形態１及び実施の形態２においては、第一の突起３、第二の突起１１及びフィン溝２それぞれの溝長手方向の長さは、放熱フィン支持基盤１の溝長手方向の長さと同じでかつそれぞれが一連のものであった。この実施の形態３では、例えば実施の形態１における第一の突起３及びフィン溝２をそれぞれ溝長手方向に複数個に分割し、分割された第一の突起３とフィン溝２がそれぞれ同じ長さで対をなして配置されている。
図１３は図３（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図、図１４は図３（ａ）のＣ−Ｃ間の断面図をそれぞれ示す。なお、図５及び図６と同一の構成には同一の符号を付し、それらの説明を省略する。両図より、この実施の形態３においては、第一の突起３及びフィン溝２をそれぞれ溝長手方向に二個に分割し、分割された第一の突起３とフィン溝２がそれぞれ同じ長さで対をなして配置されている。
この実施の形態３において、上記第一の突起３及びフィン溝２の分割面は、第一の突起３及びフィン溝２をダイキャスト成形で形成した場合には、第一の突起３及びフィン溝２と同じく金型により形成する。一方第一の突起３及びフィン溝２を押出成形で形成した場合には、成形後に分割面を切削加工することにより形成する。
ここで、特に周囲温度が極めて低い環境下においては、フィン溝２、第一の突起３及び放熱フィン４それぞれの線膨張差が原因で、放熱フィン４とフィン溝２の側面との接触面及び放熱フィン４と第一の突起３の上部との接触面のそれぞれにおいて応力がかかった状態となる。特に、実施の形態１や実施の形態２の場合のように、フィン溝２及び第一の突起３の長さが長いときには、膨張収縮量の絶対値が大きくなるため、上記応力が大きくなる。その結果、フィン溝２、第一の突起３又は放熱フィン４が変形し、放熱フィン４とフィン溝２の側面との接触面及び放熱フィン４と第一の突起３の上部との接触面における接触面積が小さくなる。このことにより放熱フィン４とフィン溝２との間の熱抵抗が大きくなり、放熱効果が劣化することが懸念される。
一方、この実施の形態３では、フィン溝２及び第一の突起３それぞれ溝長手方向に二個に分割することで、フィン溝と突起それぞれの一個あたりの長さが短くなる。その結果、それぞれの膨張収縮量を減らし、上記応力の絶対値を小さくすることができる。以上より、周囲温度が極めて低い環境下においても、放熱フィン４とフィン溝２の側面との接触面及び放熱フィン４と第一の突起３の上部との接触面における接触面積を大きく確保することができるため、上記環境下における放熱フィン４とフィン溝２との間の熱抵抗の上昇を防止することができる。
さらに、第一の突起３を二個に分割することにより、上述のように第一の突起３をプレス加工する際に必要な加重が小さくなるため、プレス加重をさらに小さくすることができる。
以上より、この実施の形態３によれば、フィン溝２及び第一の突起３それぞれ溝長手方向に二個に分割することにより、周囲温度が極めて低い環境下においてもフィン溝２及び第一の突起３それぞれの膨張収縮量を減らすことができ、放熱フィン４とフィン溝２の側面との接触面及び放熱フィン４と第一の突起３の上部との接触面における接触面積を大きく確保することができるため、上記環境化における放熱フィン４とフィン溝２間の熱抵抗の上昇を防止することができる。
実施の形態４.
実施の形態３においては、フィン溝２及び第一の突起３それぞれ溝長手方向に二個に分割したが、それぞれを例えば溝長手方向に三個に分割し、分割したフィン溝及び突起それぞれの高さを変えることも可能である。
図１５は図８（ａ）のＢ−Ｂ間の断面図を示す図であり、図１６はこの実施の形態４における放熱機器の正面図の一部を示す図である。なお、図８及び図１２と同一の構成には同一の符号を付し、それらの説明を省略する。図１５より、この実施の形態４においては、フィン溝２をそれぞれ溝長手方向に三個に分割し、第二の突起１１が、分割されたフィン溝２のうち放熱フィン支持基盤１の両端に配置されたフィン溝と同じ長さで対をなして配置されている。また、第三の突起１２が分割されたフィン溝２のうち放熱フィン支持基盤１の中央に配置されたフィン溝２と同じ長さで対をなして配置されている。さらに第二の突起１１に比べて第三の突起１２はその高さを高くしている。その結果、図１６に示すとおり、放熱フィン４は第二の突起１１と第三の突起１２という高さの異なる突起により固定されている。
ここで、放熱フィン４をフィン溝２と第二の突起１１の間に挿入して、第二の突起１１の上部からプレス加重した場合、放熱フィン支持基盤１の反りや寸法ばらつき、プレス刃の位置ずれなどが原因で、第二の突起１１の先端に形成された凹部の拡幅量が変化する。例えば、第二の突起１１の先端の拡幅量が大きい場合、放熱フィン４は第二の突起１１の上部を基点として第二の突起１１側にくの字状に変形しようとする。その結果、放熱フィン４の側面とフィン溝２の側面との接触面積が減るため、放熱フィン４とフィン溝２の間の熱抵抗が大きくなり、放熱効果が悪くなることが懸念される。
一方この実施の形態４では、三個のフィン溝２はそれぞれ同じ高さであるが、放熱フィン支持基盤１の両端に配置された第二の突起１１の高さよりも、放熱フィン支持基盤１の中央に配置された第三の突起１２の高さを高くしている。そして第二の突起１１と第三の突起１２は、それぞれ放熱フィンの高さ方向の異なる位置で放熱フィン４をカシメている。そのため、放熱フィン４と突起との接触面にかかる応力は、第二の突起１１の上部及び第三の突起１２の上部との接触面に分散され、放熱フィン４がくの字状に変形することを防ぐことができる。
また、放熱フィン４を第二の突起１１及び第三の突起１２とフィン溝２との間に挿入するとき、放熱フィン４は、高さの高い第三の突起１２とフィン溝２の間に挿入された後、高さの低い第二の突起１１とフィン溝２の間に挿入される。すなわち、放熱フィン４は第三の突起１２とフィン溝２との間でガタつきを抑制された状態で、第二の突起１１とフィン溝２との間に挿入される。その結果、放熱フィン４を第二の突起１１及び第三の突起１２とフィン溝２との間に容易に挿入することができる。特に放熱フィン４が長い場合、放熱フィン４を第二の突起１１及び第三の突起１２とフィン溝２との間に挿入するときに、放熱フィン４が傾くことにより放熱フィン支持基盤の両端にある第二の突起１１に挿入しにくくなる。しかしながらこの実施の形態４によれば、高さの高い第三の突起１２があることにより、上述の放熱フィン４が傾くことを抑制できるため、放熱フィン４を容易に第二の突起１１及び第三の突起１２とフィン溝２との間に挿入することができる。
さらに、放熱機器の製造工程において、放熱フィン４を第二の突起１１及び第三の突起１２とフィン溝２との間に挿入した後に、プレス装置が設置されている場所まで放熱機器を搬送する。このとき、第三の突起１２の高さが高いことにより、上記搬送時における放熱フィン４の傾きや倒れを抑制することができる。
以上より、この実施の形態４によれば、フィン溝２をそれぞれ溝長手方向に三個に分割し、高さの低い第二の突起１１が、分割されたフィン溝２のうち放熱フィン支持基盤１の両端に配置されたフィン溝と同じ長さで対をなして配置されている。また、高さの高い第三の突起１２が分割されたフィン溝２のうち放熱フィン支持基盤１の中央に配置されたフィン溝２と同じ長さで対をなして配置されている。そのことにより、放熱フィン４を第二の突起１１及び第三の突起１２とフィン溝２との間により確実に固定することが可能となる。
以下に、この実施の形態１から４の放熱機器を用いた半導体装置の一実施例を示す。図１７に当該半導体装置の斜視図を示し、図１８に当該半導体装置の上面図をそれぞれ示す。さらに、図１９に図１８のＤ−Ｄ間の断面図を示す。なお、図８と同一の構成には同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
当該半導体装置は、その側面及び底面をモールド樹脂６に覆われた放熱フィン支持基盤１と放熱フィン４とを個別化している。そのことにより、放熱フィン４のフィン長をモールド樹脂６の放熱フィン４の長手方向の長さよりも長くし、かつ隣接する放熱フィン間のフィンピッチを狭くできるため、半導体装置の設置面積を小型化することができる。また、半導体装置における、放熱フィン４の表面積の合計を大きくすることができるので、放熱効果を拡大することができる。その結果、発熱素子９として、例えばジャンクション温度の絶対最大定格の小さい素子を選択することが可能となり、それに伴い発熱素子の小型化、低コスト化を図ることができる。
また、放熱フィン支持基盤１は、その側面及び底面を、モールド樹脂６により覆われている。放熱フィン支持基盤１は、上述の通りダイキャスト成形又は押出成形により形成されているため、放熱フィン支持基盤１は反りやうねりを伴った状態になることがある。加えて、周囲温度の変化により放熱フィン支持基盤１が膨張しさらに変形することがある。以上のことが原因で、放熱フィン４をフィン溝２の側面に押圧する力が低下してしまい、放熱フィン４とフィン溝２との間の熱抵抗が上昇することにより放熱性が悪くなることが懸念される。
一方、放熱フィン支持基盤１の側面及び底面をモールド樹脂６により覆うことにより、放熱フィン支持基盤１の側面及び底面を拘束することができ、放熱フィン支持基盤１が膨張し変形するのを抑制することができる。その結果、放熱フィン４をフィン溝２に押圧する力が低下することを防ぐことができ、上記放熱性の悪化を防ぐことができる。
１ 放熱フィン支持基盤
２ フィン溝
３ 第一の突起
４ 放熱フィン
５ プレス刃
９ 発熱素子
１１ 第二の突起
１２ 第三の突起

Claims (4)

  1. 複数の放熱フィンと、
    上記放熱フィンを装着する複数の平行なフィン溝とこのフィン溝の底面から所定の高さ露出して上記放熱フィンの固定に使用する突起とが形成された放熱フィン支持基盤と、を備え、
    上記突起の上部が上記放熱フィンの一側面を押し付けることにより、
    上記放熱フィンの他側面が上記フィン溝の側面に押圧され、
    上記放熱フィンが上記突起の上部と上記フィン溝の側面との間に固定されるようにした放熱機器において、
    上記突起および上記フィン溝は、それぞれ上記フィン溝の長手方向に複数個に分割されたことを特徴とする放熱機器。
  2. 上記フィン溝の長手方向に複数個に分割された突起は、突起の高さが異なることを特徴と
    する請求項１に記載の放熱機器。
  3. 上記フィン溝の長手方向に３個以上に分割された上記突起のうち、上記放熱フィン支持
    基盤の上記フィン溝の長手方向の両側に配置された突起の高さよりも、上記放熱フィン支
    持基盤の上記フィン溝の長手方向の中央部に配置された突起の高さの方が高いことを特長
    とする請求項１に記載の放熱機器。
  4. 放熱フィン支持基盤の一面に複数の平行なフィン溝と突起とを同時に形成する工程と、
    一個のフィン溝に対して一または二個の放熱フィンを上記フィン溝に装着する工程と、
    上記放熱フィン支持基盤に、上記突起および上記フィン溝を、それぞれ上記フィン溝の長手方向に分割する工程と、
    放熱フィンの上部にプレス刃を当接させ、同時に上記フィン溝の側面のうち放熱フィンが装着されていない側の側面と、上記突起の側面のうち上記放熱フィンの側面に対向していない側の側面の間にプレス刃を挿入する工程と、
    上記プレス刃をプレス機により加重することにより、上記突起を放熱フィン側に傾倒させて、上記突起の上部を放熱フィンの一側面に押し付けて放熱フィンをカシメる工程と、
    を含む放熱機器の製造方法。
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