JPH09162340A - 半導体素子用熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子に容易に取り付けることができ、
その取付け構造が簡単、且つ製造が容易で安価、そして
放熱特性に優れた熱交換器を提供する。 【解決手段】 縦方向をなす背面板３ａの両端を折り曲
げて形成された、上下端が開放された筒状の放熱部６の
断面の一端を開放端４とし、開放端４が開放端４と背面
板３ａとの間に挿入された半導体素子２を弾力的に押圧
挾持するように開放端４を背面板３ａの正面側に接近す
るように折曲げた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体素子の冷却
を行う半導体素子用熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的にトランジスタ等の半導体素子は
通電され動作すると発熱し、この半導体素子自身の温度
上昇によってその動作が不安定となり、場合によっては
破損することがある。このため特にパワートランジスタ
等の比較的発熱量が多い半導体素子には、熱交換器を取
り付けて半導体素子自身を冷却してその動作の信頼性を
保っている。

【０００３】そして上記熱交換器としては、図５（ａ）
に示されるように外側に突出する複数の突起ａを備えた
略コ字状断面を有する放熱板ｂ、又は図５（ｂ）に示さ
れるように略Ｕ字状（クリップ状）に湾曲された放熱板
ｃ等が知られており、放熱板ｂはトランジスタｄに設け
られている取付孔ｅを用いてネジｆ等によってトランジ
スタｄとねじ止め、放熱板ｃはトランジスタｄを上方か
らクリップするように挾持することでそれぞれトランジ
スタｄに取り付けられトランジスタｄを放熱冷却する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし図５（ａ）の放
熱板ｂは、トランジスタとの取付方法が一般的にねじ止
めであるため、トランジスタへの取り付けが容易ではな
いという問題点がある他、一般的に押出し成形等で製造
されるので、製造が比較的困難でコストも高く、品質の
安定度も低いという欠点もあった。これに対して製造が
比較的容易な金属板の曲げ成形でコ字状等に形成された
熱交換器（放熱板）も現状で存在している（図示しな
い）が、トランジスタへの取付け方法は上記放熱板ｂと
同様であり、取り付け方法に対する問題点は上記同様に
存在する。また以上に示すような放熱板をトランジスタ
に容易に取り付けるため、放熱板側にトランジスタ取付
け用のホルダーを設けたものもあるが、この場合ホルダ
ーの構造が複雑であるという欠点があった。

【０００５】一方図５（ｂ）に示されるクリップ状の放
熱板ｃは、基本的に上方からトランジスタを挾持して取
り付けるものであるため、トランジスタへの放熱板の取
り付けは上記放熱板ｂ等に比較して容易で、その構造も
単純であるが、上方（放熱板ｃの湾曲部分）への放熱が
比較的悪くこのため、全体に上記放熱板ｂ等に比較して
放熱効率が悪いという欠点があった。

【０００６】すなわちトランジスタ等の半導体素子に容
易に取り付けることができ、且つその取付け構造が簡単
であり、さらに製造が容易で安価、そして放熱特性に優
れた熱交換器は従来なかった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めの本発明の半導体素子用熱交換器は、縦方向をなす背
面板３ａの両端を折り曲げて上下端が開放された筒状の
放熱部６を形成し、該放熱部６の水平断面の一端を開放
端４とするとともに、背面板３ａの正面側に接近するよ
うに折曲げ、該折曲げられた開放端４と背面板３ａとの
間に半導体素子２を挿入して上記開放端４により半導体
素子２を弾力的に押圧挾持する構造としたことを第１の
特徴としている。

【０００８】また放熱部６に複数のスリット７が設けら
れたことを第２の特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の１実施形態である
熱交換器（放熱板）３の使用状態を示す斜視図である。
基板１には半導体素子であるトランジスタ２が足２′を
はんだ付けされて取り付けられており、該トランジスタ
２には後述するように熱交換器である放熱板３が取り付
けられている。そして該放熱板３は、トランジスタ２の
背面に密着して取り付けられ、従来の放熱板と同様に、
通電され発熱したトランジスタ２の熱を周囲の空気に移
し、トランジスタ２を冷却する。

【００１０】次に放熱板３の構造について説明する。図
２（ａ）は、放熱板３の平面図である。該放熱板３はア
ルミニウム合金等のコストと冷却力のバランスの良い金
属材料（比較的安価で熱伝導の良好な金属材料）の長方
形（正方形を含む）の板の左右両端部分を板金加工等に
よって左右方向の中心に向けて同方向に折り曲げて角筒
状に形成されている。このとき湾曲させられた左右の開
放端部分は、それぞれが放熱板３の背面板３ａから所定
距離離れて該背面板３ａに対向して背面板３ａとともに
角筒状の放熱部６を形成した後、背面板３ａに対向して
弾性挾持部４を形成している。すなわち放熱部６の水平
断面の一端が弾性挾持部４となっている。このとき左右
の弾性挾持部４は所定の隙間Ｔを介している。そして左
右の弾性挾持部４は背面板３ａとともに挾持部５を形成
している。

【００１１】一方上記放熱部６は、上記構成（湾曲）に
よって上下が開放したほぼ角型の筒形状となっており、
放熱部６の内部空間は弾性挾持部４と上記背面板３ａの
内側の面３ａ′との間（挾持部５）の間隙Ｈからなる空
間とつながっている。また上記間隙Ｈはトランジスタ２
の厚さｈより僅かに小さくなるように設定されている。
なおトランジスタ２の厚さｈは、規格により数種類設定
されているので、ｈに合わせてＨも数種類設定し、トラ
ンジスタ２の種類によって放熱板３を使い分けるように
してもよい。

【００１２】次に上記放熱板３をトランジスタ２に取り
付ける方法について説明する。図２（ｂ），（ｃ）はト
ランジスタ２に放熱板３を取り付けた状態を示す平面図
及び側断面図である。トランジスタ２は、トランジスタ
２の前面が左右の弾性挾持部４と当接するように上下方
向から放熱板３の挾持部５に挿入されるが、前述のよう
にｈ＞Ｈであるため、弾性挾持部４が前方に向かって僅
かに湾曲することで弾性挾持部４と面３ａ′との間に弾
力的に挿入される。

【００１３】このとき弾性挾持部４の湾曲が弾性変形の
範囲内となるようにＨが設定されており、弾性挾持部４
が弾性的にトランジスタ２の前面を押圧し、トランジス
タ２の背面２ａが面３ａ′に密着する状態で、放熱板３
がトランジスタ２に摩擦力によって取り付けられる。す
なわちトランジスタ２に設けられている取り付け用のね
じ穴２ｂ及び取付用のネジ等を使用することなくトラン
ジスタ２に放熱板３が取り付けられる。また図２（ｃ）
に示されるようにトランジスタ２の下面２ｃは放熱板３
の下面３ｂより上方に位置し、該下面３ｂは、トランジ
スタ２を基板１に取り付けた状態で、基板１の上面１ａ
との間に所定のクリアランスＣを持つ。なおトランジス
タ２の下面２ｃと放熱板３の下面３ｂとが一致してもよ
い。

【００１４】放熱板３が以上のようにトランジスタ２に
取り付けられるため、トランジスタ２が動作することに
よって発生したトランジスタ２の熱は、これと接触する
放熱板３の熱伝導によって放熱板３の周囲の空気に移さ
れ、トランジスタ２が冷却される。このときトランジス
タ２の左右側面は空間的に放熱部６につながっており、
放熱部６が上記のように上下が開放した角型の筒形状で
あるため、放熱部６の煙突効果によって該トランジスタ
２の左右方向の冷却効率が高められ、さらに基板１と放
熱板３との間にクリアランスＣが存在しているため、ト
ランジスタ２の上下面は直接空気に触れ放熱板３に妨げ
られないので上下方向の熱対流による冷却効率も高い。

【００１５】すなわち本発明の放熱板３は、比較的放熱
効率（トランジスタ２の冷却効率）が高く、さらにトラ
ンジスタ２への取り付けも、上記比較的簡単な構造の挾
持部５によって容易に行うことができる。そしてアルミ
ニュウム合金等の比較的品質の安定した金属板で成形す
ることができるため、放熱板３の品質のばらつきも少な
い。また軽量であるためトランジスタ２に取り付けた際
に、放熱板３自体を基板１に固定する必要が無く、トラ
ンジスタ２との着脱性もよい。

【００１６】一方本発明の放熱板３は放熱部６にスリッ
ト７を設けて放熱効率をさらに向上させる構造にしても
良い。すなわち図３（Ａ）〜（Ｄ）に示されるように左
右の放熱部６に、放熱部６の前面６ａ及び左右側面６
ｂ，６ｃから背面３ａにおける前面６ａに相対する部分
に至るまで、所定の間隔で横方向に複数のスリット７を
形成し、放熱部６の通気性を向上させることができる。
これによって図３（Ａ）に示されるように前述の実施形
態以上に放熱板３をトランジスタ２に取り付けた際のト
ランジスタ２の放熱効果が向上する。なお上記スリット
７を放熱部６の周壁（前面６ａ，左右側面６ｂ，６ｃ，
背面３ａにおける放熱部６部分）に縦方向に設けても良
い。

【００１７】具体的には図４に示されるように、それぞ
れ（放熱部６のスリット７有り又は無し）の放熱板を取
り付けたときのトランジスタのコレクター損失Ｐｃ（消
費電力）に対する、トランジスタケース（トランジスタ
のモールド部分）の温度上昇ΔＴｃのグラフを、放熱部
６にスリット７があるものを点線Ａで、放熱部６にスリ
ット７が無いものを実線Ｂで示すと、点線Ａの方が実線
Ｂより消費電力に対する温度上昇が少ないことがわか
る。すなわちスリット７の効果により放熱板３の放熱特
性がさらに向上していることが明らかであり、例えば消
費電力６Ｗで約１割のトランジスタの温度上昇を抑制す
ることができる。

【００１８】なお本実施形態の放熱板３は２例とも放熱
部６が水平断面で角型であるが、放熱部６の水平断面が
円又は他の多角形形状となっていても良い。また特に放
熱板３を基板１に固定する必要がある場合、放熱板３に
従来の熱交換器と同様に基板１への取付け用の脚（図示
しない）を設けても良い。さらに放熱板３に保持された
トランジスタ２の左右のずれを防止する、あるいは放熱
板３におけるトランジスタ２の保持位置を一定とする等
のために、背面板３ａの面３ａ′側から前方に、又は弾
性挾持部４の背面側から後方にガイドを突出させ、該ガ
イドとトランジスタ２の側面を当接させることでトラン
ジスタ２と放熱板３との左右方向のずれを防止してもよ
い。

【００１９】

【発明の効果】以上のように構成される本発明によれ
ば、熱交換器を金属板の板金加工で製造することができ
るため、コスト的に有利であるだけでなく、熱交換器が
半導体素子を側方から挾持することで半導体素子に取り
付けられるため、熱交換器の半導体素子への取り付けが
容易、且つ半導体素子との取付け部分である挾持部の構
造を簡単にすることができるという利点がある。

【００２０】また本発明の熱交換器は、上記のように上
下方向が開放した挾持部が半導体素子を側方から挾持す
ることで半導体素子に取り付けられるため、上下方向の
放熱が比較的効率よく行われるとともに、半導体素子の
左右方向も熱交換器の放熱部によって比較的効率よく放
熱される効果もあり、すなわち比較的放熱効果の高い熱
交換器を金属板の板金加工等によって軽量に製造するこ
とができる。このとき放熱部にスリットを設けることに
よりさらに放熱効果を向上させることもでき、さらに熱
交換器が軽量であるため、熱交換器自身を基板等に固定
する必要もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】放熱板の使用状態を示す斜視図である。

【図２】（ａ）は放熱板の平面図、（ｂ），（ｃ）は、
トランジスタに放熱板を取り付けた状態を示す平面図及
び側断面図である。

【図３】（ａ）は放熱部にスリットを設けた放熱板をト
ランジスタに取り付けた状態を示す正面図、（Ｂ），
（Ｃ），（Ｄ）は該放熱板の平面図，背面図，右側面図
である。

【図４】放熱板の放熱特性を示すグラフである。

【図５】（Ａ），（Ｂ）熱交換器の従来例を示す斜視図
である。

【符号の説明】

２ トランジスタ（半導体素子） ３ａ 背面板 ４ 弾性挾持部（開放端） ６ 放熱部 ７ スリット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 縦方向をなす背面板（３ａ）の両端を折
   り曲げて上下端が開放された筒状の放熱部（６）を形成
   し、該放熱部（６）の水平断面の一端を開放端（４）と
   するとともに、背面板（３ａ）の正面側に接近するよう
   に折曲げ、該折曲げられた開放端（４）と背面板（３
   ａ）との間に半導体素子（２）を挿入して上記開放端
   （４）により半導体素子（２）を弾力的に押圧挾持する
   構造とした半導体素子用熱交換器。
2. 【請求項２】 放熱部（６）の周壁に複数のスリット
   （７）を設けた請求項１の半導体素子用熱交換器。