JPH08222664A - 半導体素子の冷却装置 - Google Patents

半導体素子の冷却装置

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JPH08222664A
JPH08222664A JP2652195A JP2652195A JPH08222664A JP H08222664 A JPH08222664 A JP H08222664A JP 2652195 A JP2652195 A JP 2652195A JP 2652195 A JP2652195 A JP 2652195A JP H08222664 A JPH08222664 A JP H08222664A
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JP
Japan
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cooling
cooling fin
heat transfer
heat
thickness
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Application number
JP2652195A
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English (en)
Inventor
Osamu Yamamoto
治 山本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体素子の冷却が充分にできて温度上昇を
抑制できるようにする。 【構成】 半導体素子11を取付けた伝熱良導材から成
る取付板12に、伝熱良導材の薄板から成る第1の冷却
フィン14を格子状に組んで形成した放熱器13を取付
けて成るものにおいて、その放熱器13中に、第1の冷
却フィン14の2倍以上の板厚を有する伝熱良導材の厚
板から成る第2の冷却フィン15を、取付板12及び第
1の冷却フィン14に接触させて、放熱器13の外側部
に到達する長さで設け、取付板12から放熱器13への
伝熱性、放熱器13自体の伝熱性、並びに放熱器13全
体の放熱の有効性をすべて良くするようにした。この場
合、第2の冷却フィン15は、伝熱良導材の平袋中に自
然対流により伝熱をする媒体を封入したもので第1の冷
却フィン14の2倍以上の厚みを有するように構成して
も良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は伝熱良導材の薄板から成
る冷却フィンを格子状に組んで形成した放熱器を具える
半導体素子の冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、例えば電力変換器の半導体素
子の冷却装置として、図9及び図10に示すものが供さ
れている。このものでは、アルミニウムなど伝熱良導材
の例えば1[mm]程度の薄板から成る冷却フィン1を
一ますの大きさが5×10[mm]程度の格子状に組ん
で放熱器2が形成され、この放熱器2が、半導体素子3
を取付けた同じくアルミニウムなど伝熱良導材から成る
取付板4に、半導体素子3の反対側でろう付けして取付
けられている。
【0003】この構成で、半導体素子3で発生した熱が
取付板4に伝えられ、この取付板4から放熱器2に伝え
られて、この放熱器2中を強制的に流通される空気や、
自然に流通する空気に放出されるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述のものの場合、放
熱器2を構成している冷却フィン1の厚みが小さいため
に、取付板4から放熱器2への伝熱性能が低く、放熱器
2自体の冷却フィン1から冷却フィン1への伝熱性能も
低い。又、厚みの小さい冷却フィン1は熱容量も小さい
ために、放熱器2の根元部(取付板4側)から先端部ま
での途中でほとんど放熱してしまっており、大きな熱勾
配を生じて、放熱器2の先端部及びその付近は放熱にほ
とんど寄与せず、放熱器2全体としてその冷却性能を充
分に発揮していない。このため、半導体素子3の冷却が
充分にできず、温度上昇を招いていた。
【0005】本発明は上述の事情に鑑みてなされたもの
であり、従ってその目的は、半導体素子の冷却が充分に
できて温度上昇を抑制できる半導体素子の冷却装置を提
供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体素子の冷却装置においては、半導体
素子を取付けた伝熱良導材から成る取付板に、伝熱良導
材の薄板から成る第1の冷却フィンを格子状に組んで形
成した放熱器を取付けて成るものにあって、その放熱器
中に、上記第1の冷却フィンの2倍以上の板厚を有する
伝熱良導材の厚板から成る第2の冷却フィンを、上記取
付板及び第1の冷却フィンに接触させて、放熱器の外側
部に到達する長さで設けたことを特徴とする。
【0007】この場合、更に放熱器の外側部には、第1
の冷却フィンの2倍以上の板厚を有する伝熱良導材の厚
板から成る第3の冷却フィンを、第2の冷却フィンの先
端部及びその両側の第1の冷却フィンに接触させて設け
ると良い。
【0008】又、第2の冷却フィンを、伝熱良導材の厚
板に代えて、伝熱良導材の平袋中に自然対流により伝熱
をする媒体を封入したもので第1の冷却フィンの2倍以
上の厚みを有するように構成しても良い。
【0009】更に、第2の冷却フィンを、伝熱良導材の
厚板に代えて、伝熱良導材の平袋中に自然対流により伝
熱をする媒体を封入したもので第1の冷却フィンの2倍
以上の厚みを有するように構成すると共に、第3の冷却
フィンも、伝熱良導材の厚板に代えて、伝熱良導材の平
袋中に自然対流により伝熱をする媒体を封入したもので
第1の冷却フィンの2倍以上の厚みを有するように構成
しても良い。
【0010】
【作用】上記手段によれば、半導体素子で発生した熱は
取付板に伝えられ、この取付板から放熱器の第1の冷却
フィンに伝えられると共に、第2の冷却フィンに伝えら
れる。このとき、第2の冷却フィンは第1の冷却フィン
の2倍以上の板厚を有するため、取付板との接合量が多
く、取付板から多くの伝熱がなされる。又、第1の冷却
フィンには、この多くの伝熱がなされた第2の冷却フィ
ンからも伝熱がなされる。更に、第1の冷却フィンの2
倍以上の板厚を有する第2の冷却フィンは、熱容量も大
きく、取付板から伝えられた熱を先端部まで熱勾配なく
伝え、第1の冷却フィンにその先端部でも熱を伝えるも
のであり、かくして、放熱器全体としてその冷却性能を
充分に発揮させることができる。
【0011】又、その場合、更に放熱器の外側部に、第
1の冷却フィンの2倍以上の板厚を有する伝熱良導材の
厚板から成る第3の冷却フィンを、第2の冷却フィンの
先端部及びその両側の第1の冷却フィンに接触させて設
けたものでは、上記第2の冷却フィンに伝えられた熱が
放熱器の外側部で同様に板厚の大きな第3の冷却フィン
に伝えられ、この第3の冷却フィンから第1の冷却フィ
ンに伝えられる。かくして、放熱器全体としての冷却性
能を一層充分に発揮させることができる。
【0012】更に、第2の冷却フィンを、伝熱良導材の
厚板に代えて、伝熱良導材の平袋中に自然対流により伝
熱をする媒体を封入したもので第1の冷却フィンの2倍
以上の厚みを有するように構成したものでは、第2の冷
却フィンがもっぱらその媒体の自然対流により伝熱を
し、第1の冷却フィン又はそれに加えて第3の冷却フィ
ンに伝熱をする。
【0013】そして、第2の冷却フィンを、伝熱良導材
の厚板に代えて、伝熱良導材の平袋中に自然対流により
伝熱をする媒体を封入したもので第1の冷却フィンの2
倍以上の厚みを有するように構成すると共に、第3の冷
却フィンも、伝熱良導材の厚板に代えて、伝熱良導材の
平袋中に自然対流により伝熱をする媒体を封入したもの
で第1の冷却フィンの2倍以上の厚みを有するように構
成したものでは、第2の冷却フィンがもっぱらその媒体
の自然対流により伝熱をするのに加えて、第3の冷却フ
ィンももっぱらその媒体の自然対流により伝熱をする。
【0014】
【実施例】以下、本発明の第1実施例につき、図1及び
図2を参照して説明する。まず図2には例えば電力変換
器の半導体素子11と、これを取付けたアルミニウムな
ど伝熱良導材から成る取付板12、並びに取付板12の
反半導体素子11側の面にろう付けして取付けた放熱器
13を示している。
【0015】上記放熱器13は、詳細には図1に示すよ
うに、アルミニウムなど伝熱良導材の例えば1[mm]
程度の薄板から成る第1の冷却フィン14を、一ますの
大きさが5×10[mm]程度の格子状に組んで形成し
たもので、その内部に、上記第1の冷却フィン14の2
倍以上例えば4[mm]の板厚を有するアルミニウムな
ど伝熱良導材の厚板から成る第2の冷却フィン15を、
2枚、それぞれ取付板12及び第1の冷却フィン14に
ろう付けして接触させ、放熱器13の外側部に到達する
長さで設けている。なお、特にこの場合、第2の冷却フ
ィン15は、取付板12の半導体素子11を取付けた中
央部分の裏側に位置させて設けている。
【0016】さて、上述のごとく構成したものの場合、
半導体素子11で発生した熱は取付板12に伝えられ、
この取付板12から放熱器13の第1の冷却フィン14
に伝えられると共に、第2の冷却フィン15に伝えられ
る。このとき、第2の冷却フィン15は第1の冷却フィ
ン14の2倍以上の板厚を有するため、取付板12との
接合量が多く、取付板12から多くの伝熱がなされる。
又、第1の冷却フィン14には、この多くの伝熱がなさ
れた第2の冷却フィン15からも伝熱がなされる。
【0017】更に、第1の冷却フィン14の2倍以上の
板厚を有する第2の冷却フィン15は、熱容量も大き
く、取付板12から伝えられた熱を先端部まで熱勾配な
く伝え、第1の冷却フィン14にその先端部でも熱を伝
えるものであり、かくして、放熱器全体としてその冷却
性能を充分に発揮させることができるから、半導体素子
11の冷却が充分にできて温度上昇を抑制することがで
きる。
【0018】以上に対して、図3及び図4は本発明の第
2実施例を示すもので、上記第1実施例の構成に加え、
放熱器13の外側部に、第1の冷却フィン14の2倍以
上の例えば3[mm]板厚を有するアルミニウムなど伝
熱良導材の厚板から成る第3の冷却フィン16を、第2
の冷却フィン15の先端部及びその両側の第1の冷却フ
ィン14にろう付け接触させて設けたものを示してい
る。
【0019】このものでは、第2の冷却フィン15に伝
えられた熱が放熱器13の外側部で同様に板厚の大きな
第3の冷却フィン16に伝えられ、この第3の冷却フィ
ン16から第1の冷却フィン14に伝えられる。かくし
て、半導体素子11から放熱器13のより遠くの部分ま
で伝熱し得るもので、放熱器13全体としての冷却性能
を一層充分に発揮させることができるから、半導体素子
11の冷却も一段と充分にできて温度上昇を更に抑制す
ることができる。
【0020】図5及び図6は本発明の第3実施例を示す
ものであり、第2の冷却フィン17を、伝熱良導材の厚
板から成る上述の第2の冷却フィン15に代えて、アル
ミニウムなど伝熱良導材の平袋18中に、自然対流によ
り伝熱をする例えばフロリナート(住友スリーエム株式
会社の商品名)や純水等の媒体19を封入したもので、
第1の冷却フィン14の2倍以上の厚みを有するように
構成したものを示している。
【0021】このものでは、第2の冷却フィン17がも
っぱら媒体19の自然対流により伝熱をし、第1の冷却
フィン14又はそれに加えて第3の冷却フィン16に伝
熱をする。従って、上述同様の効果が得られ、又、この
ものの場合、第2の冷却フィン17が安価で、経済的に
有利ならしめ得る効果が得られる。たゞし、この場合の
第2の冷却フィン17は第3の冷却フィン16を有しな
い第1実施例構造で実施しても良い。
【0022】図7及び図8は本発明の第4実施例を示す
もので、第2の冷却フィン17に加えて、第3の冷却フ
ィン20も、伝熱良導材の厚板から成る上述の第3の冷
却フィン16に代えて、アルミニウムなど伝熱良導材の
平袋21中に、上記フロリナートや純水等の自然対流に
より伝熱をする媒体22を封入したもので、第1の冷却
フィン14の2倍以上の厚みを有するように構成したも
のを示している。
【0023】このものでは、第3の冷却フィン20もも
っぱら媒体22の自然対流により第1の冷却フィン14
に伝熱をする。従って、やはり前述同様の効果が得ら
れ、又、この場合も、第3の冷却フィン20が安価で、
経済的に有利ならしめ得る効果が得られる。
【0024】
【発明の効果】本発明の半導体素子の冷却装置は以上説
明したとおりのもので、下記の効果をする。第1に、半
導体素子を取付けた伝熱良導材から成る取付板に、伝熱
良導材の薄板から成る第1の冷却フィンを格子状に組ん
で形成した放熱器を取付けて成るものにおいて、その放
熱器中に、前記第1の冷却フィンの2倍以上の板厚を有
する伝熱良導材の厚板から成る第2の冷却フィンを、前
記取付板及び第1の冷却フィンに接触させて、放熱器の
外側部に到達する長さで設けたことにより、取付板から
放熱器への伝熱性、放熱器自体の伝熱性、並びに放熱器
全体の放熱の有効性をすべて良くできて、半導体素子の
冷却を充分に行なうことができる。
【0025】第2に、上記放熱器の外側部に、第1の冷
却フィンの2倍以上の板厚を有する伝熱良導材の厚板か
ら成る第3の冷却フィンを、第2の冷却フィンの先端部
及びその両側の第1の冷却フィンに接触させて設けたこ
とにより、放熱器全体の放熱の有効性を更に良くでき
て、半導体素子の冷却を一段と充分に行なうことができ
る。
【0026】第3に、上記第2の冷却フィンを、伝熱良
導材の厚板に代えて、伝熱良導材の平袋中に自然対流に
より伝熱をする媒体を封入したもので第1の冷却フィン
の2倍以上の厚みを有するように構成したことにより、
半導体素子の冷却を充分に行なうことができると共に、
経済的にも有利ならしめることができる。
【0027】第4に、上記第2の冷却フィンを、伝熱良
導材の厚板に代えて、伝熱良導材の平袋中に自然対流に
より伝熱をする媒体を封入したもので第1の冷却フィン
の2倍以上の厚みを有するように構成すると共に、第3
の冷却フィンも、伝熱良導材の厚板に代えて、伝熱良導
材の平袋中に自然対流により伝熱をする媒体を封入した
もので第1の冷却フィンの2倍以上の厚みを有するよう
に構成したことにより、半導体素子の冷却を一段と充分
に行なうことができると共に、経済的にも有利ならしめ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す図2のA−A線に沿
う断面図
【図2】側面図
【図3】本発明の第2実施例を示す側面図
【図4】図3のB−B線に沿う断面図
【図5】本発明の第3実施例を示す側面図
【図6】図5のC−C線に沿う断面図
【図7】本発明の第4実施例を示す側面図
【図8】図7のD−D線に沿う断面図
【図9】従来例を示す側面図
【図10】図9のE−E線に沿う断面図
【符号の説明】
11は半導体素子、12は取付板、13は放熱器、14
は第1の冷却フィン、15は第2の冷却フィン、16は
第3の冷却フィン、17は第2の冷却フィン、18は平
袋、19は媒体、20は第3の冷却フィン、21は平
袋、22は媒体を示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体素子を取付けた伝熱良導材から成
    る取付板に、伝熱良導材の薄板から成る第1の冷却フィ
    ンを格子状に組んで形成した放熱器を取付けて成るもの
    において、その放熱器中に、前記第1の冷却フィンの2
    倍以上の板厚を有する伝熱良導材の厚板から成る第2の
    冷却フィンを、前記取付板及び第1の冷却フィンに接触
    させて、放熱器の外側部に到達する長さで設けたことを
    特徴とする半導体素子の冷却装置。
  2. 【請求項2】 放熱器の外側部に、第1の冷却フィンの
    2倍以上の板厚を有する伝熱良導材の厚板から成る第3
    の冷却フィンを、第2の冷却フィンの先端部及びその両
    側の第1の冷却フィンに接触させて設けたことを特徴と
    する請求項1記載の半導体素子の冷却装置。
  3. 【請求項3】 第2の冷却フィンを、伝熱良導材の厚板
    に代えて、伝熱良導材の平袋中に自然対流により伝熱を
    する媒体を封入したもので第1の冷却フィンの2倍以上
    の厚みを有するように構成したことを特徴とする請求項
    1又は2記載の半導体素子の冷却装置。
  4. 【請求項4】 第2の冷却フィンを、伝熱良導材の厚板
    に代えて、伝熱良導材の平袋中に自然対流により伝熱を
    する媒体を封入したもので第1の冷却フィンの2倍以上
    の厚みを有するように構成すると共に、第3の冷却フィ
    ンも、伝熱良導材の厚板に代えて、伝熱良導材の平袋中
    に自然対流により伝熱をする媒体を封入したもので第1
    の冷却フィンの2倍以上の厚みを有するように構成した
    ことを特徴とする請求項2記載の半導体素子の冷却装
    置。
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