JPH0455338B2 - - Google Patents

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JPH0455338B2
JPH0455338B2 JP59155268A JP15526884A JPH0455338B2 JP H0455338 B2 JPH0455338 B2 JP H0455338B2 JP 59155268 A JP59155268 A JP 59155268A JP 15526884 A JP15526884 A JP 15526884A JP H0455338 B2 JPH0455338 B2 JP H0455338B2
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JP
Japan
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cooling
cooling fins
fins
fin
cooling fin
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Hitoshi Matsushima
Takehiko Yanagida
Hisashi Nakayama
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Hitachi Ltd
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3672Foil-like cooling fins or heat sinks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は基板上に搭載された半導体素子または
半導体集積回路からなる半導体モジユールと、こ
の半導体モジユールに装着した冷却フインとによ
り構成された半導体装置、特に電子計算機用LSI
に好適な冷却装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device comprising a semiconductor module consisting of a semiconductor element or a semiconductor integrated circuit mounted on a substrate, and a cooling fin attached to the semiconductor module. , especially LSI for electronic computers
The present invention relates to a cooling device suitable for.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、電子計算機に代表される各種半導体装置
は、その小形化が著しく促進されており、この装
置内に収納される電子部品の集積度は非常に高い
ものであるので、前記電子部品の放熱を効率よく
行うことが重要な課題の一つになつている。特に
LSIなどの半導体を冷却する際には、冷却フイン
の熱抵抗がジヤンクシヨンから空気までの全体の
熱抵抗の半分以上を占めている。したがつて、冷
却フインの熱抵抗を低下させることが、半導体の
冷却を良好にする見地から非常に重要である。
In recent years, the miniaturization of various semiconductor devices, typified by electronic computers, has been promoted significantly, and the degree of integration of the electronic components housed in these devices is extremely high. Efficient implementation has become one of the important issues. especially
When cooling semiconductors such as LSIs, the thermal resistance of the cooling fins accounts for more than half of the total thermal resistance from the junction to the air. Therefore, it is very important to reduce the thermal resistance of the cooling fins from the standpoint of improving semiconductor cooling.

この課題を解決するための従来の半導体装置の
例が、実公昭53−21002号公報に記載されている。
この種の半導体装置は、第1図に示すように、基
板4上にリードを介して搭載された半導体モジユ
ール2の上面に冷却フイン1を装着した構造とな
つていた。また、フインの表面積を増大させて放
熱効率を向上させる例として、特開昭55−140255
号公報に記載のものがある。
An example of a conventional semiconductor device for solving this problem is described in Japanese Utility Model Publication No. 53-21002.
As shown in FIG. 1, this type of semiconductor device has a structure in which a cooling fin 1 is attached to the upper surface of a semiconductor module 2 mounted on a substrate 4 via leads. In addition, as an example of increasing the surface area of the fins to improve heat dissipation efficiency,
There is something described in the publication.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術の前者のものにおいては、冷却フ
イン1の肉厚はかなり厚く、かつ放熱面積もそれ
程大きくないため、半導体装置として組立てた際
には、圧力損失が大きいばかりでなく、放熱性能
も十分に良好でない。
In the former conventional technology, the thickness of the cooling fin 1 is quite thick and the heat dissipation area is not so large, so when assembled as a semiconductor device, not only is the pressure loss large, but the heat dissipation performance is also insufficient. Not in good condition.

その理由は、上記冷却フイン1は引抜きまたは
切削により加工されているため、圧力損失の少な
く、かつ肉厚の薄い冷却フインを作ることがきわ
めて困難であるので、その冷却フイン1の肉厚は
せいぜい1mm程度になるように作られているから
である。
The reason for this is that since the cooling fin 1 is processed by drawing or cutting, it is extremely difficult to make a cooling fin with small pressure loss and a thin wall thickness. This is because it is made to have a thickness of about 1 mm.

一般に冷却フインからの放熱特性を向上させる
には、その冷却フインの熱抵抗を減少させる必要
があり、この熱抵抗Rfは、冷却フインの放熱面
積をA、熱伝達率をhとすると、下記(1)式で表わ
される。
Generally, in order to improve the heat dissipation characteristics from a cooling fin, it is necessary to reduce the thermal resistance of the cooling fin.This thermal resistance R f is calculated as follows, where A is the heat dissipation area of the cooling fin, and h is the heat transfer coefficient. It is expressed by equation (1).

Rf=1/A・h ……(1) したがつて、冷却フインの熱抵抗Rfを減少さ
せるには、冷却フインの放熱面積Aを増加させる
か、または熱伝達率hを増加させればよい。この
熱伝達率hを増加させる最も一般的な方法は、冷
却通路を流れる冷却流体の流量を増加させること
である。
R f =1/A・h...(1) Therefore, in order to decrease the thermal resistance R f of the cooling fin, either increase the heat radiation area A of the cooling fin or increase the heat transfer coefficient h. Bye. The most common way to increase this heat transfer coefficient h is to increase the flow rate of cooling fluid flowing through the cooling passages.

ところで、上記流量の増加は、冷却通路系にお
ける圧力損失の増加を招き、冷却流体を流動させ
るフアンの負荷を増大させる恐れがある。このた
めフアンの動力が増大すると、そのフアンより発
生するノイズは、非常に大きくなるから好ましく
ない。このような観点から考察すると、冷却通路
における圧力損失はできるだけ少ないことが好ま
しいので、冷却通路の圧力損失を減少させるに
は、冷却フインの圧力損失を減少させることが効
果的である。
Incidentally, the increase in the flow rate may lead to an increase in pressure loss in the cooling passage system, which may increase the load on the fan that flows the cooling fluid. For this reason, if the power of the fan increases, the noise generated by the fan becomes extremely large, which is not desirable. Considering this point of view, it is preferable that the pressure loss in the cooling passage be as small as possible, and therefore, reducing the pressure loss in the cooling fins is effective in reducing the pressure loss in the cooling passage.

従来の冷却フイン1は前述したように、比較的
に肉厚であるため、そのフイン1の前方側および
後方側において、よどみおよび剥離が発生してい
た。このような状態では、流動抵抗の増大と圧力
損失の増加を招く不都合がある。
As described above, the conventional cooling fins 1 are relatively thick, so stagnation and peeling occur on the front and rear sides of the fins 1. In such a state, there is a disadvantage that flow resistance increases and pressure loss increases.

一方、冷却フインの熱抵抗を減少させるために
は、冷却フイン1の放熱面積を増大させることが
効果的である。この際、電子計算機の半導体装置
のように冷却フインの高さが限定されることが多
い場合、放熱面積を増大させるためには、冷却フ
インの枚数を増加させることが必要である。しか
し、相隣る冷却フインの間隔を極端に小さくする
ことは、前記冷却フイン間を流れる流体の圧力損
失の増大によるフイン間の冷却流体速度の減少お
よび熱伝達率hの急激な減少を招く恐れがあるか
ら好ましくない。
On the other hand, in order to reduce the thermal resistance of the cooling fins, it is effective to increase the heat radiation area of the cooling fins 1. At this time, in cases where the height of cooling fins is often limited, such as in semiconductor devices for electronic computers, it is necessary to increase the number of cooling fins in order to increase the heat dissipation area. However, making the interval between adjacent cooling fins extremely small may lead to a decrease in the velocity of the cooling fluid between the fins and a sudden decrease in the heat transfer coefficient h due to an increase in the pressure loss of the fluid flowing between the cooling fins. I don't like it because there is.

これを解決するために、金属板を折り曲げてク
シ歯状にフインを形成したものが、上記従来例の
後者のものであるが、この場合フインベースを含
めて剛性が著しく低下するため、加工・組立時の
取り扱い性に難があり、フインの変形を生ずる恐
れがあつた。
In order to solve this problem, the latter of the above conventional examples is made by bending a metal plate to form comb-shaped fins, but in this case, the rigidity including the fin base is significantly reduced, so it is difficult to process and assemble It was difficult to handle the fins at the time, and there was a risk of deformation of the fins.

本発明の目的は、取り扱いが容易で、かつ、単
位圧力損失当りの冷却性能の優れた半導体装置の
冷却装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor device cooling device that is easy to handle and has excellent cooling performance per unit pressure loss.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明は上記目的を達成するために、基板上に
搭載された半導体モジユールと、この半導体モジ
ユールに装着した冷却フインとからなる半導体装
置において、両端部に設けられたフインの厚さを
厚くし、中間部に設けられた冷却フインを0.05〜
0.5mmの板厚の平板状に形成し、この平板を1〜
3mmのピツチで平行に任意数配列したものであ
る。
In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device comprising a semiconductor module mounted on a substrate and a cooling fin attached to the semiconductor module, in which the thickness of the fins provided at both ends is increased, Cooling fins installed in the middle part from 0.05
It is formed into a flat plate with a thickness of 0.5 mm, and this flat plate is
Arbitrary numbers are arranged in parallel with a pitch of 3 mm.

〔作用〕[Effect]

半導体モジユールに平板を平行に配置した冷却
フインを装着することにより、半導体モジユール
で発生した熱を冷却フインを通して外部へ放散す
る。ここで、冷却フインの熱効率は冷却フインの
表面積に影響され、流路抵抗は冷却フイン間距離
に影響される。そこで、冷却フインの厚さを薄く
して同一距離間に沢山配置することにより表面積
を確保し、かつ流路幅の減少を防止している。
By attaching cooling fins with flat plates arranged in parallel to the semiconductor module, heat generated in the semiconductor module is dissipated to the outside through the cooling fins. Here, the thermal efficiency of the cooling fins is affected by the surface area of the cooling fins, and the flow path resistance is affected by the distance between the cooling fins. Therefore, by reducing the thickness of the cooling fins and arranging a large number of them at the same distance, the surface area is secured and the flow path width is prevented from decreasing.

さらに、両端部の冷却フインを厚くすることに
より、加工・組立時の冷却フインの変形を防止
し、取り扱いを容易にする。
Furthermore, by thickening the cooling fins at both ends, deformation of the cooling fins during processing and assembly is prevented and handling becomes easier.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第2図は第1実施例の正面図を示すものであ
る。同図において、半導体モジユールの上面に
は、冷却フイン1Aが多数平行に装着されてお
り、その端部には冷却フイン1Aより厚い冷却フ
イン1Bが冷却フイン1Aとほぼ平行に形成され
ている。そして、その相隣る冷却フイン1A間の
ピツチPは圧力損失を著しく増加しない範囲にお
いて、できるだけ小さく、すなわち1〜3mmの範
囲に設定されている。また、冷却フイン1Aは熱
伝導性の良好な金属材料(例えばAl、Cu)で、
かつ0.05〜0.5mmの薄い板厚の平板に形成されて
いる。
FIG. 2 shows a front view of the first embodiment. In the figure, a large number of cooling fins 1A are mounted in parallel on the upper surface of the semiconductor module, and a cooling fin 1B, which is thicker than the cooling fin 1A, is formed at the end thereof substantially parallel to the cooling fin 1A. The pitch P between adjacent cooling fins 1A is set to be as small as possible without significantly increasing pressure loss, that is, in the range of 1 to 3 mm. In addition, the cooling fin 1A is made of a metal material with good thermal conductivity (for example, Al, Cu),
It is formed into a thin flat plate with a thickness of 0.05 to 0.5 mm.

なお、端部の冷却フイン1Bは、その厚さが他
の冷却フイン1Aより厚いので、冷却フイン部の
強度を増大させることができ、冷却フイン部の取
扱いを容易に行うことが可能となる。
The cooling fins 1B at the ends are thicker than the other cooling fins 1A, so the strength of the cooling fins can be increased and the cooling fins can be easily handled.

前記冷却フイン1Aの板厚は、上記の加工性、
強度およびフイン効率などを考慮すると、0.05mm
以上が良好であるが、後述するスリツトを設ける
際に行う板の打抜き加工の加工性および冷却フイ
ンによる圧力損失を考慮すると、0.5mm以下が有
効である。また、冷却フイン1Aのピツチは3mm
以上であると、放熱面積を十分に大きくすること
ができなく、一方、1mm以下では圧力損失が急激
に大きくなるため、冷却フイン間の空気の流通は
不十分となるから1〜3mmが最適である。その他
の構造は従来例(第1図)と同一であるから説明
を省略する。
The thickness of the cooling fin 1A is determined by the above-mentioned workability,
Considering strength and fin efficiency, 0.05mm
The above is good, but in consideration of the workability of punching the plate and the pressure loss due to the cooling fins when providing the slits, which will be described later, 0.5 mm or less is effective. Also, the pitch of cooling fin 1A is 3mm.
If it is more than 1 mm, the heat dissipation area cannot be made sufficiently large, while if it is less than 1 mm, the pressure loss will increase rapidly and the air circulation between the cooling fins will be insufficient, so 1 to 3 mm is optimal. be. The rest of the structure is the same as that of the conventional example (FIG. 1), so a description thereof will be omitted.

上述した構成からなる第1実施例では、冷却空
気は半導体モジユール2に対して第2図に示す正
面方向から当るが、冷却フイン1Aの板厚が薄い
ため、冷却フイン1Aの前方でよどみを生じた
り、後方で剥離を生じたりすることがなくなるの
で、冷却フイン1A間を円滑に流通する。したが
つて、冷却フイン1Aのピツチが従来例と同一で
あるとすれば、冷却フイン1A間を流通する冷却
空気の流速は増大する。
In the first embodiment having the above-described configuration, cooling air hits the semiconductor module 2 from the front direction shown in FIG. 2, but since the cooling fin 1A is thin, stagnation occurs in front of the cooling fin 1A. Since the cooling fins 1A are prevented from peeling off or peeling off at the rear, the cooling fins 1A can be smoothly circulated. Therefore, if the pitch of the cooling fins 1A is the same as in the conventional example, the flow velocity of the cooling air flowing between the cooling fins 1A increases.

そこで、第1実施例では、冷却フイン1Aを多
数設けたため、冷却フインの放熱面積が大幅に増
加するので、冷却フインの熱抵抗を従来例に比べ
て1/2程度に減少させることができる。これは冷
却空気用フアンの動力を従来例と同一にした場
合、半導体モジユール2の発熱量が従来例の2倍
程度になるまでは、本実施例により十分に冷却可
能であることを示し、電子機器の空冷限界を大幅
に向上させるのに有効である。したがつて、高集
積度の半導体モジユールを使用する大型電子計算
機において格別に有効である。
Therefore, in the first embodiment, since a large number of cooling fins 1A are provided, the heat dissipation area of the cooling fins is greatly increased, so that the thermal resistance of the cooling fins can be reduced to about 1/2 compared to the conventional example. This shows that when the power of the cooling air fan is the same as that of the conventional example, sufficient cooling is possible with this example until the amount of heat generated by the semiconductor module 2 becomes approximately twice that of the conventional example. It is effective in greatly improving the air cooling limit of equipment. Therefore, it is particularly effective in large-scale electronic computers that use highly integrated semiconductor modules.

また、半導体モジユール2の発熱量を従来例と
同一にした場合には、流速を大幅に減少させるこ
とができるので、冷却空気用フアンの動力は低下
する。このため、前記フアンに起因する騒音を大
幅に減少させることができるから、オフイス内で
使用される電子機器には特に有効である。
Further, when the heat generation amount of the semiconductor module 2 is made the same as that of the conventional example, the flow velocity can be significantly reduced, so that the power of the cooling air fan is reduced. Therefore, the noise caused by the fan can be significantly reduced, which is particularly effective for electronic equipment used in offices.

第3図a,bは第2実施例の正面図および側面
図を示すもので、この第2実施例は各冷却フイン
1Cに、その長手方向(冷却空気の流れ方向)に
突起状のスリツト7を複数個配設した点が第1実
施例(第2図)と異なるのみで、その他の構造は
同一である。前記各冷却フイン1C間の流れはほ
とんど層流であり、この際の各冷却フイン1Cの
表面における熱伝達率hは下記(2)式で表わされ
る。
Figures 3a and 3b show a front view and a side view of the second embodiment, in which each cooling fin 1C has a protruding slit 7 in the longitudinal direction (flow direction of cooling air). The only difference from the first embodiment (FIG. 2) is that a plurality of are arranged, and the other structures are the same. The flow between the respective cooling fins 1C is almost laminar, and the heat transfer coefficient h at the surface of each cooling fin 1C at this time is expressed by the following equation (2).

ただし、U:冷却空気が冷却フイン間を流れる
際の速度 l:代表長さ 前記スリツト7がない場合には、lは冷却フイ
ン1Cの長さであり、前記スリツト7がある場合
には、lはスリツト7の長さ(代表長さ)程度と
なる。この第2実施例は前記第1実施例と比較し
て、冷却フイン間の流速が同一であるならば、熱
伝達率は3倍程度に増大する。
Where, U: Speed at which cooling air flows between the cooling fins l: Representative length When there is no slit 7, l is the length of the cooling fin 1C, and when there is the slit 7, l is the length of the cooling fin 1C. is approximately the length of the slit 7 (representative length). In the second embodiment, compared to the first embodiment, the heat transfer coefficient increases by about three times if the flow velocity between the cooling fins is the same.

この実施例によれば、冷却フイン1Cはスリツ
ト7により多数の短い平板に区分されるため、同
じ放熱面積に対して冷却フイン1Cの熱伝達率は
大幅に向上するので、冷却フイン1Cの熱抵抗は
従来例に比べて大幅に減少する。これは電子機器
の空冷限界を向上させるのに非常に有効であるか
ら、特に大型計算機用の半導体モジユールの冷却
に効果がある。また、従来例と同一発熱量を有す
る半導体モジユールに対しては、フアン動力を減
少させることができるから騒音を低下させること
が可能である。
According to this embodiment, since the cooling fin 1C is divided into a large number of short flat plates by the slits 7, the heat transfer coefficient of the cooling fin 1C is greatly improved for the same heat dissipation area, so the thermal resistance of the cooling fin 1C is is significantly reduced compared to the conventional example. This is very effective in improving the air cooling limit of electronic equipment, and is particularly effective in cooling semiconductor modules for large computers. Furthermore, since the fan power can be reduced for a semiconductor module having the same calorific value as the conventional example, it is possible to reduce noise.

第4図は第3実施例の正面図を示したもので、
この実施例は両端の肉厚冷却フイン1Faに上ぶ
た8を取付け、この上ぶた8に各冷却フイン1F
の上端を固着させた点が第1実施例(第2図)と
異なるのみで、その他の構造は同一である。この
ように構成すれば、冷却フイン1F,1Faの強
度が著しく増大し、取扱いが極めて容易である効
果がある。
FIG. 4 shows a front view of the third embodiment.
In this embodiment, an upper lid 8 is attached to the thick cooling fins 1Fa at both ends, and each cooling fin 1F is attached to the upper lid 8.
The only difference from the first embodiment (FIG. 2) is that the upper end of the second embodiment is fixed, and the other structures are the same. With this configuration, the strength of the cooling fins 1F and 1Fa is significantly increased, and handling is extremely easy.

第5図は第4実施例の正面図を示したもので、
この実施例は各冷却フイン1G,1Gaの上端に
上ぶた8を固着した点が第2実施例(第3図)と
異なるのみで、その他の構造は同一である。この
ように構成すれば、各冷却フイン1G,1Gaの
強度を増大させると共に、伝熱特性を向上させる
ことができる効果がある。
FIG. 5 shows a front view of the fourth embodiment.
This embodiment differs from the second embodiment (FIG. 3) only in that an upper lid 8 is fixed to the upper end of each cooling fin 1G, 1Ga, and the other structures are the same. This configuration has the effect of increasing the strength of each of the cooling fins 1G and 1Ga and improving the heat transfer characteristics.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明によれば、冷却フ
インの板厚を従来例に比べて大幅に薄くし、かつ
伝熱性能を大幅に向上させることができるので、
単位圧力損失当りの冷却性能に優れ、取り扱いが
容易な半導体装置の冷却装置を提供することが可
能である。
As explained above, according to the present invention, the thickness of the cooling fin can be made significantly thinner than in the conventional example, and the heat transfer performance can be greatly improved.
It is possible to provide a cooling device for semiconductor devices that has excellent cooling performance per unit pressure loss and is easy to handle.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の冷却装置を備える半導体の正面
図、第2図は本発明の冷却装置の第1実施例を備
える半導体装置の正面図、第3図a,bは本発明
に係る第2実施例を備えた半導体装置の正面図お
よび冷却フインの側面図、第4図および第5図は
本発明に係る第3実施例および第4実施例をそれ
ぞれ備える半導体装置の正面図である。 1A,1B,1C,1D,1F,1Fa,1G,
1Ga……冷却フイン、2……半導体モジユール、
4……基板、7……スリツト、8……上ぶた。
FIG. 1 is a front view of a semiconductor device equipped with a conventional cooling device, FIG. 2 is a front view of a semiconductor device equipped with a first embodiment of the cooling device of the present invention, and FIGS. A front view of a semiconductor device equipped with the embodiment and a side view of a cooling fin, and FIGS. 4 and 5 are front views of a semiconductor device equipped with a third embodiment and a fourth embodiment, respectively, according to the present invention. 1A, 1B, 1C, 1D, 1F, 1Fa, 1G,
1Ga...cooling fin, 2...semiconductor module,
4...Substrate, 7...Slit, 8...Top lid.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基板上に搭載された半導体モジユールと、こ
の半導体モジユールに装着した冷却フインとから
なる半導体装置において、 前記冷却フインは、両端に設けた第1の冷却フ
インとこの第1の冷却フインに1mmないし3mmの
ピツチで平行に任意数配列された厚さ0.05mmない
し0.5mmの平板により形成した第2の冷却フイン
とを備え、前記第1の冷却フインは前記第2の冷
却フインよりその板厚を厚く形成したことを特徴
とする半導体装置の冷却装置。
[Scope of Claims] 1. A semiconductor device comprising a semiconductor module mounted on a substrate and a cooling fin attached to the semiconductor module, wherein the cooling fin has first cooling fins provided at both ends and a cooling fin attached to the semiconductor module. and second cooling fins formed by flat plates having a thickness of 0.05 mm to 0.5 mm arranged in an arbitrary number parallel to the cooling fins at a pitch of 1 mm to 3 mm, and the first cooling fins are connected to the second cooling fins. A cooling device for a semiconductor device, characterized in that the thickness of the plate is thicker than that of a fin.
JP15526884A 1984-07-27 1984-07-27 Semiconductor device cooling apparatus Granted JPS6135526A (en)

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