JPH08222663A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放熱フィンと半導体チップとの熱結合を容易
かつ確実にすると共に安価に供給する。 【構成】 半導体チップ２の熱を放熱する放熱フィン３
と、放熱フィン３に熱を導く弾性のある金属製の結合パ
イプ４とを有し、放熱フィン３には結合パイプ４が挿通
される挿通孔５が形成され、結合パイプ４はその長手方
向に延びる縮径用のスリット９を備えかつ縮径前は挿通
孔５の径よりも大であって、挿通孔５に機械的な力によ
り縮径されて挿通され挿通後の除荷によるばね作用によ
って放熱フィン３に機械的に熱結合されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップを冷却す
るためのヒートシンクに係り、特に放熱フィンを用いて
半導体の熱を放熱することにより半導体チップを冷却す
るヒートシンク及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体チップを冷却する手段としては種
々あるが、比較的消費電力が大きい半導体チップでは放
熱フィンを用いることにより表面積を増加させ、自然空
冷により又は冷却室に挿入してファンにより放熱する強
制空冷により半導体チップを冷却することが行われてい
る。

【０００３】放熱フィンを使用する手段の一つとして、
半導体チップが取り付けられる半導体ケースをダイカス
ト成形で放熱フィンと一体成形するか、又は、押出し成
形により成形された放熱フィンをボルト締め等によって
直接固定する。然し、このように放熱フィンを直接半導
体チップに固定するタイプのものでは、上述のように放
熱フィンはダイカスト又は押出し成形によらざるを得な
いが、いずれの場合も設計の自由度が小さく、特にダイ
カスト成型による場合は放熱フィンの肉厚が厚くなると
いう欠点があり、又、押出し成型による場合は切削が必
要になりコスト高になるという欠点があった。

【０００４】そこで、特開平４−９６２６０号公報に開
示されているように、放熱フィンを直接半導体ケース
（半導体チップ）に取り付けるのではなく、これらを金
属棒を用いて間接的に結合してヒートシンクとすること
が既に提案されている。即ち、図９に示すように、この
ヒートシンクは、パイプｅの外径よりも大きな孔を複数
個設けた放熱フィンｄを複数個重ね、パイプｅを放熱フ
ィンｄの孔に嵌合し、パイプｅの内径よりも僅かに大き
な外径を持つ金属棒ｃを挿入し、放熱フィンｄとパイプ
ｅを固定し、基板ａ上の半導体チップｂに熱的に結合し
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】然し、図９に示す従来
例では、放熱フィンｄとパイプｅを結合するのにパイプ
ｅに、金属棒等を挿入して拡管しているため、金属棒が
必要となる。又、金属棒を挿入せずに結合することも考
えられるが、拡管工程が必要となり、部品点数の増加や
製造工程が増え、コストアップになるという問題点があ
った。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、安価、容易かつ迅速に製造することができるヒート
シンク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】請求項１に記載の発明
は、半導体チップの熱を放熱する放熱フィンと、この放
熱フィンを導く弾性のある金属製の結合パイプとを有
し、放熱フィンには結合パイプが挿通される挿通孔が形
成され、結合パイプはその長手方向にそって延びる縮径
用のスリットを備えかつ縮径前は挿通孔の径よりも大で
あって、挿通孔に機械的な力により縮径されて挿通され
挿通後の除荷によるばね作用によって放熱フィンに機械
的に熱結合されているものである。

【０００８】請求項２に記載の発明は、放熱フィンの挿
通孔には、バーリング加工によりバーリング部が形成さ
れているものである。請求項３に記載の発明は、結合パ
イプと放熱フィンの挿通孔との結合部にシリコングリー
スを介在させたものである。

【０００９】

【作用】請求項１に記載の発明では、結合パイプは縮径
用のスリットを有するので、パイプの変形抵抗力に抗す
る機械的な力を加えることにより放熱フィンの挿通孔の
径よりも小さくなるよう縮径することができ、この状態
でパイプを挿通孔に挿通させた後、機械的な力を解除し
て除荷すれば、縮径前の状態に戻ろうとする半径方向の
ばねの作用により結合パイプは放熱フィンに機械的かつ
熱的に強固に結合される。

【００１０】請求項２に記載の発明では、放熱フィンの
挿通孔にバーリング部が形成され、このバーリング部が
結合パイプの外周面と接触するので、放熱フィンと結合
パイプとの接触面積がより増大し、この結果、力の分散
による強度の向上と熱伝導面積の増加がもたらされるこ
とになる。請求項３に記載の発明では、シリコングリー
スによって放熱フィンと結合パイプとの微細な隙間が埋
められ熱的結合は十分なものとなる。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面を参照し乍ら説
明する。図１は請求項１乃至３に記載されたヒートシン
クの一実施例を示す。

【００１２】図に於て、１は半導体チップ２が収納され
る半導体ケース、３は半導体チップ２の熱を放熱するた
めの放熱フィン、４は半導体チップ２と放熱フィン３と
を熱的に結合する結合パイプである。以下、これらにつ
き順次説明する。半導体ケース１の上面には、結合パイ
プ４と同数の挿通孔５が結合パイプ４のピッチと同じピ
ッチで形成され、この挿通孔５には後述するように結合
パイプ４が挿通されるようになっている。

【００１３】放熱フィン３は、複数の薄肉の平板上のプ
レートフィン３ａから構成され、各プレートフィン３ａ
には半導体ケース１の挿通孔５と対応する位置に同数か
つ同径の挿通孔６が形成されていると共に放熱面積の増
大という観点から適宜の数のルーバ７が適宜の位置に設
けられている。このプレートフィン３ａの挿通孔６にも
後述するように結合パイプ４が挿通されるのであるが、
これら挿通孔６及び半導体ケース１の挿通孔５のそれぞ
れには図２に明示するようにバーリング加工によりバー
リング部８を形成するのが好ましい。バーリング部８の
形成により、結合パイプ４とプレートフィン３ａとの接
触面積が増大し、熱伝導面積の増加がもたらされると共
に結合パイプ４から挿通孔５，６に作用する力が分散さ
れ、結局挿通孔５，６の強度が増すことになるからであ
る。

【００１４】プレートフィン３ａの数は結合パイプ４の
長さに応じて適宜選択することができ、結合パイプ４の
長さを長くしてその数を増加させれば、それだけ放熱面
積が増大し、冷却能力が増すことになる。尚、半導体ケ
ース１及びプレートフィン３ａのそれぞれの材質として
はアルミニウムが最も典型的である。

【００１５】結合パイプ４は鉄等の比較的変形抵抗力が
大きい弾性のある金属からなるもので円筒状に形成さ
れ、かつその周壁には図３に明示するように、軸線方向
に延びるスリット９がその全長にわたって形成されてい
る。

【００１６】この結合パイプ４の外径は半導体ケース１
及びプレートフィン３ａの挿通孔５，６の直径よりも僅
かに大きく設定されている。この結合パイプ４は外力に
より縮径されて挿通孔５，６に挿通された後、外力の解
除により拡径して挿通孔５，６の内面に圧接するのであ
るが、この際十分な圧接力が得られるように結合パイプ
４の外径が設定される。

【００１７】本実施例では、結合パイプ４の数は基板１
０上の半導体チップ２の数と同数であって、又、スリッ
ト９の幅については、結合パイプ４が挿通孔５，６に圧
接した際にその幅ができるだけ小さくなるように結合パ
イプ４の外径及び材質を考慮して設定する。その幅があ
まりに大きいと結合パイプ４とプレートフィン３ａとの
熱伝導面積が小さくなるからである。

【００１８】結合パイプ４の挿通孔５，６に対する圧接
力が十分であれば結合パイプ４とプレートフィン３ａと
の十分な熱的結合が得られるが、これをより確実にする
ために結合パイプ４の外周面にシリコングリースを塗布
するのが好ましい。このようにすることにより、結合パ
イプ４と挿通孔５，６の内面又はバーリング部８との間
にシリコングリースを介在させることができる。

【００１９】尚、シリコングリースの主成分はメチルフ
ェニルポリシリキ酸、又は、ジメチルポリシロキ酸等で
ある。又、シリコングリースは主成分俗称でメタリック
ソープとも呼ばれている。又、リチウム系の金属粉を添
加して熱伝導性を高めているシリコングリース（信越化
学製のＧ７４６）が市販されている。次に、本実施例の
作用について述べる。

【００２０】結合パイプ４は弾性のある金属でありかつ
スリット９を有するため圧縮力を加えることにより縮径
することが可能であり、挿通孔５，６の径よりも小さく
縮径した状態で挿通孔５，６に挿通した後、圧縮力を解
除すると縮径前の状態に戻ろうとするばねの作用によ
り、換言すれば拡管力により結合パイプ４は挿通孔５，
６の内面又はバーリング部８に圧接する。この圧接力に
より結合パイプ４とプレートフィン３ａとの機械的な熱
結合が得られる。この状態を示すのが図４（ａ）及び
（ｂ）で、（ａ）は圧縮力を解除する前の状態を示し、
（ｂ）は圧縮力を解除した後の状態を示す。

【００２１】尚、結合パイプ４と挿通孔５，６の内面又
はバーリング部８との間にシリコングリースを介在させ
ると、両者の細かい隙間によって形成される熱抵抗を埋
めることができ、熱伝達を向上させることができる。次
に、図１乃至図４により上記ヒートシンクの製造方法に
ついて説明する。先ず、図１に示されるように半導体ケ
ース１及びプレートフィン３ａのそれぞれに挿通孔５，
６を形成する。この際、図２に示すようにバーリング加
工により挿通孔５，６にバーリング部８を設けるのが好
ましい。

【００２２】次に、図３に示すように、金属製のパイプ
にその全長にわたって軸線方向に沿って延びるスリット
９を形成して成る結合パイプ４を、適当な工具で保持し
て圧縮力を加えることにより縮径し、この状態を維持し
つつ結合パイプ４を半導体ケース１及びプレートフィン
３ａの挿通孔５，６に挿通する。この時、結合パイプ４
の下面は、半導体ケース１の内面と同一にする。この
際、挿通前に結合パイプ４の外周面にシリコングリース
を塗布しておくことが好ましい。

【００２３】次に、プレートフィン３ａと半導体ケース
１と結合パイプ４から成るヒートシンクの半導体ケース
１内に基板１０をビス等で取り付け半導体チップ２を熱
的に結合する。以上によって、上記ヒートシンクを得る
ことができる。尚、製造工程の順序については上記に限
らず及びのいずれを先に行ってもよい。又、結合パ
イプ４は弾性のある金属板を円筒状に丸めることにより
形成してもよい。

【００２４】図５及び図６は、請求項１乃至３に記載さ
れたヒートシンクの別の実施例を示す。この実施例で
は、半導体チップ２には上面に結合パイプ４を嵌入する
結合孔２ａが設けられている。又、半導体チップ２には
半導体ケース１に固定するためのボルト１１を螺合する
貫通孔２ｂが設けられている。更に、半導体ケース１に
はボルト１１を螺着するためのネジ孔１ａが設けられて
いる。

【００２５】プレートフィン３ａの構成は、図１に示す
実施例と同様である。この実施例では、半導体ケース１
の内側に半導体チップ２を配し、半導体チップ２の結合
孔２ａと半導体ケース１の挿通孔５と一致させて重ねた
後、ボルト１１を貫通孔２ｂに挿通し半導体ケース１の
ネジ孔１ａに螺合することによって、半導体ケース１に
半導体チップ２を取り付ける。

【００２６】次に、プレートフィン３ａの挿通孔６と半
導体チップ２の結合孔２ａとが一致するように、半導体
ケース１上にプレートフィン３ａを置き、その後に上方
から結合パイプ４を縮径してプレートフィン３ａの挿通
孔６、半導体ケース１の挿通孔５及び半導体チップ２の
結合孔２ａを挿入し、結合する。この実施例でも、上記
実施例と同様の作用効果を奏することができる。

【００２７】図７及び図８は、請求項１乃至３に記載さ
れたヒートシンクの別の実施例を示す。この実施例で
は、半導体チップ２には上面に結合パイプ４を嵌入する
結合孔２ｃが設けられている。プレートフィン３ａの構
成は、図１に示す実施例と同様である。

【００２８】この実施例では、プレートフィン３ａの挿
通孔６と半導体チップ２の結合孔２ｃとが一致するよう
に、半導体チップ２上にプレートフィン３ａを置き、そ
の後に上方から結合パイプ４を縮径してプレートフィン
３ａの挿通孔６及び半導体チップ２の結合孔２ａを挿入
し、結合する。

【００２９】この実施例では、半導体ケース１を省略す
ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明では、ヒートシンクは結合パイプで放熱フィンを熱
結合させることができ、他の部品を必要としないので、
部品点数の低減化を図ることができると共にこれに伴い
作業工数の減少をも図ることができ、作業に迅速性を確
保することができる。

【００３１】又、結合パイプと放熱フィンとの結合は、
結合パイプを機械的な力により縮径して行うため、放熱
フィンの挿通孔及び結合パイプのそれぞれの径の精度を
それ程あげる必要がなく、従ってコストの低減化が図れ
安価に供給することができるばかりではなく、縮径作業
は容易であるため、上記と相まって作業の効率の一層の
向上を図ることができる。

【００３２】請求項２に記載の発明では、放熱フィンの
挿通孔にバーリング部を形成するので、挿通孔の強度が
増大すると共に熱伝導面積が増し冷却能力が向上する。
請求項３に記載の発明では、放熱フィンと結合パイプと
の結合部にシリコングリースを介在させるので、熱結合
がより一層確実になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、組立前の状態
を示す斜視図である。

【図２】同じく、結合パイプと放熱フィンとの結合状態
を示す拡大断面図である。

【図３】同じく、結合パイプの斜視図である。

【図４】同じく、（ａ）は結合パイプの縮径状態を示す
作用説明図、（ｂ）は結合パイプの拡大状態を示す作用
説明図である。

【図５】本発明の別の実施例を示すもので、組立状態を
示す断面図である。

【図６】図５における半導体チップを示す斜視図であ
る。

【図７】本発明の別の実施例を示すもので、組立状態を
示す断面図である。

【図８】図７における半導体チップを示す斜視図であ
る。

【図９】従来のヒートシンクを示す斜視図である。

【符号の説明】

２ 半導体チップ ３ 放熱フィン ４ 結合パイプ ５，６ 挿通孔 ８ バーリング部 ９ スリット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体チップ（２）の熱を放熱する放熱
   フィン（３）と、 この放熱フィン（３）を導く弾性のある金属製の結合パ
   イプ（４）とを有し、 放熱フィン（３）には結合パイプ（４）が挿通される挿
   通孔（５，６）が形成され、 結合パイプ（４）はその長手方向にそって延びる縮径用
   のスリット（９）を備えかつ縮径前は挿通孔（５，６）
   の径よりも大であって、挿通孔（５，６）に機械的な力
   により縮径されて挿通され挿通後の除荷によるばね作用
   によって放熱フィン（３）に機械的に熱結合されている
   ことを特徴とするヒートシンク。
2. 【請求項２】 放熱フィン（３）の挿通孔（５，６）に
   は、バーリング加工によりバーリング部（８）が形成さ
   れていることを特徴とする請求項１記載のヒートシン
   ク。
3. 【請求項３】 結合パイプ（４）と放熱フィン（３）の
   挿通孔（５，６）との結合部にシリコングリースを介在
   させたことを特徴とする請求項１又は２記載のヒートシ
   ンク。