JPH10224061A - ヒートシンクユニット及び電子機器 - Google Patents

ヒートシンクユニット及び電子機器

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JPH10224061A
JPH10224061A JP9026472A JP2647297A JPH10224061A JP H10224061 A JPH10224061 A JP H10224061A JP 9026472 A JP9026472 A JP 9026472A JP 2647297 A JP2647297 A JP 2647297A JP H10224061 A JPH10224061 A JP H10224061A
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JP
Japan
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heat sink
sink substrate
substrate
semiconductor elements
fan
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Application number
JP9026472A
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English (en)
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Masaharu Miyahara
雅晴 宮原
Kenji Suga
研二 菅
Toshio Tada
壽男 多田
Kazuhiko Sugimoto
和彦 杉本
Sumio Tate
純生 楯
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • HELECTRICITY
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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、複数の半導体素子等を確実にしか
も効率よく冷却することができるヒートシンクユニット
及び電子機器を提供することを目的とする。 【解決手段】 ヒートシンク基板11上に、ファンユニ
ット13,17をそれぞれ設け、しかもヒートシンク基
板11には基板21に設けられた半導体素子22,2
3,24が接触している。この様な構成によって、複数
の半導体素子22,23,24を一度にしかも確実に冷
却することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ICなどの半導体
素子を冷却するヒートシンクユニット及び電子機器に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は従来のヒートシンク装置を示す斜
視図である。図6において、1は基板で、基板1上には
複数の半導体素子2,3,4,5,6が取り付けられて
いる。7はヒートシンク装置で、ヒートシンク装置7は
発熱量が比較的大きな半導体素子6の上に設けられてい
る。ヒートシンク装置7は複数のフィン8と、ファン9
及びファン9を回転駆動させるモータ10等から構成さ
れている。
【0003】ファン9をモータ10で回転駆動させるこ
とによって、空気流を発生させ、その空気流をフィン8
に当てることによって半導体素子6の異常加熱を防止し
ている。すなわち、半導体素子6で発生した熱は、フィ
ン8に伝わり、そのフィンに伝わった熱は空気流によっ
て冷却される。また、ヒートシンク装置7から流れ出た
空気流は他の半導体素子2,3,4,5に当たり、半導
体素子2,3,4,5をも冷却することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来のヒートシンク装置7では、その冷却能力に
は自ずから限界がある。CPUである半導体素子6の発
熱以外にも他の半導体素子2,3,4,5も高速化(高
クロック化)や、CPUを2つ搭載するなどのコンピュ
ータなどの出現によって、半導体素子2,3,4,5の
発熱量なども大きくなってきており、ヒートシンク装置
7から放出される空気流だけでは十分な冷却ができない
という課題を有している。
【0005】更に、高クロック化に伴い必然的に電磁波
が発生するので、例えば半導体素子6のリード6aから
放出される不要な電磁波を遮断するために電磁波対策を
余儀なくされるという課題も有している。
【0006】本発明は以上の課題を解決し、複数の半導
体素子を効率よく冷却することができ、また不要な電磁
波に対する電磁波対策も行えるヒートシンクユニット及
び電子機器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】本発明は、ヒートシンク
基板に複数のファンユニットを設けるとともに、ヒート
シンク基板に電磁波を遮断するための電磁シールド手段
を設けた。
【0008】
【実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明は、ヒー
トシンク基板と、前記ヒートシンク基板に流体を供給す
るファン及び前記ファンを回転駆動させる駆動手段を有
したファンユニットと、前記ヒートシンク基板に設けら
れた電磁シールド手段とを備えたことによって、半導体
素子等から放出される不要な電磁波を抑えることができ
るという作用を有する。
【0009】本発明の請求項2に記載の発明は、請求項
1記載の発明において、ヒートシンク基板自体を電磁シ
ールド材料で構成するか、ヒートシンク基板上に電磁シ
ールド材料の膜を設けるか、ヒートシンク基板に電磁シ
ールド材料で構成された板材を張り付けるかの少なくと
も一つで電磁シールド手段をヒートシンク基板に設けた
ことによって、半導体素子等から放出される不要な電磁
波を抑えることができるという作用を有するし、容易な
作業で電磁シールド手段を設けることができるので生産
性が向上するという作用も有する。
【0010】本発明の請求項3に記載の発明は、請求項
1,2の内のいずれか1記載の発明において、ヒートシ
ンク基板に弾性か可塑性の少なくとも一方を有するシー
トを取り付けるか、ヒートシンク基板に凹部を設けたこ
とによって、高さの異なる半導体素子から放出される熱
を効率よくヒートシンク基板に伝えることができるとい
う作用を有する。
【0011】本発明の請求項4に記載に発明は、基板
と、前記基板上に設けられた複数の発熱素子と、前記複
数の発熱素子上に設けられたヒートシンクユニットとを
備えた電子機器であって、ヒートシンクユニットはヒー
トシンク基板と、前記ヒートシンク基板に流体を供給す
るファン及び前記ファンを回転駆動させる駆動手段を有
したファンユニットとを備えており、前記ヒートシンク
基板に複数の発熱素子を取り付け、前記複数の発熱素子
を一つのヒートシンク基板で冷却することによって、確
実に効率良く複数の発熱素子を冷却できるという作用を
有するし、部品点数の削減等で構成が簡単になるので生
産性を向上させることができるという作用も有する。
【0012】本発明の請求項5に記載の発明は、請求項
4記載の発明において、ファンユニットをヒートシンク
基板上に複数設けたことによって、冷却効率を向上させ
ることができるという作用を有する。
【0013】本発明の請求項6に記載の発明は、請求項
4,5の内のいずれか1記載の発明において、ヒートシ
ンク基板に電磁シールド手段を設けたことによって、半
導体素子等から放出される不要な電磁波を抑えることが
できるという作用を有する。
【0014】本発明の請求項7に記載の発明は、請求項
4,5,6の内のいずれか1記載の発明において、ヒー
トシンク基板自体を電磁シールド材料で構成するか、ヒ
ートシンク基板上に電磁シールド材料の膜を設けるか、
ヒートシンク基板に電磁シールド材料で構成された板材
を張り付けるかの少なくとも一つで電磁シールド手段を
ヒートシンク基板に設けたことによって、容易な作業で
電磁シールド手段を設けることができるので生産性が向
上するという作用を有する。
【0015】本発明の請求項8に記載の発明は、請求項
4,5,6,7の内のいずれか1記載の発明において、
複数の発熱素子が複数の半導体素子であり、前記複数の
半導体素子の基板からの取付高さが少なくとも一つは異
なっており、しかもヒートシンク基板に前記複数の半導
体素子と接触させる手段を設けたことによって、高さが
異なる発熱素子から発生する熱を効率よくヒートシンク
基板に導くことができるという作用を有する。
【0016】本発明の請求項9に記載の発明は、請求項
8記載の発明において、複数の半導体素子と接触させる
手段として、ヒートシンク基板に弾性か可塑性の少なく
とも一方を有するシートを取り付けるか、ヒートシンク
基板に凹部を設けたことによって、低コストで簡単にヒ
ートシンク基板と複数の半導体素子とを接触させられる
ので生産性が向上するという作用を有する。
【0017】(実施の形態1)以下、本発明における一
実施の形態について説明する。
【0018】図1,2はそれぞれ本発明の一実施の形態
におけるヒートシンクユニットを示す側面及び平面図で
ある。
【0019】図1,2において、11はアルミニウム,
鉄等の熱伝導率の良い材料で構成されたヒートシンク基
板で、ヒートシンク基板11には、複数のフィン12が
それぞれ立設されている。本発明の一実施の形態ではヒ
ートシンク基板11は、アルミニウム及びそれらの合金
で構成したが、熱伝導率の良い樹脂材料及びセラミック
材料で構成しても良い。ヒートシンク基板11をアルミ
ニウム等の金属材料で構成した場合、熱伝導率が非常に
高いので冷却効率が非常に高くなり、またヒートシンク
基板11の剛性等も大きくなるので、機械的強度が大き
くなる。また、ヒートシンク基板11を樹脂材料で構成
すると、非常に作り易くなるので、生産性が向上する。
更にヒートシンク基板11をセラミック材料で構成する
と、加工精度が非常に高いので、寸法精度を非常に高く
することができる。
【0020】また、本発明の一実施の形態ではヒートシ
ンク基板11に立設されたフィン12は板状のものを一
体成形したが、ピン状のフィンを立設しても良い。ま
た、本発明の一実施の形態では、フィン12をヒートシ
ンク基板11と一体成形で形成したが、フィン12を別
途作製し、ヒートシンク基板11に接着剤等で接合して
も良いし、機械的にはめ込む構造でも良い。
【0021】13はファンユニットで、ファンユニット
13は、モータ取付台14と、モータ取付台14に取り
付けられたモータ15と、モータ15によって回転駆動
されるファン16によって構成されている。モータ取付
台14は、フィン12に接着剤やネジなどの手段を用い
て固定されている。また、モータ15には図示していな
いリード線等によって外部から電力が供給されている。
【0022】また、ファンユニット13と同様にヒート
シンク基板11にはもう一つのファンユニット17が設
けられており、ファンユニット17はファンユニット1
3と同様にモータ取付台18,モータ19及びファン2
0によって構成され、モータ取付台18は接着剤やネジ
などによってヒートシンク基板11に取り付けられてい
る。これらファンユニット13,17はヒートシンク基
板11に設けられた収納部11a,11b内にそれぞれ
収納されている。
【0023】モータ15,19としては、例えば交流モ
ータ,直流モータなどの駆動手段を用いることができ
る。また、本発明の一実施の形態ではモータ15,19
はそれぞれモータ取付台14,18を介してヒートシン
ク基板11に取り付けることによって、熱が直接モータ
15,19の軸受けなどに加わることを防止できるの
で、軸受けなどの寿命を長くすることができる。また、
ヒートシンクユニットの小型化を行うために、モータ取
付台14,18を省略してモータ15,19を直接ヒー
トシンク基板11の上に取り付けることもできる。この
時はヒートシンク基板11とファン16,20それぞれ
の間にモータ15,19が配置されることになる。
【0024】更に本発明の一実施の形態では、ファンユ
ニット13をヒートシンク基板11側からファン16,
モータ15,モータ取付台14の順に配置し、更に同様
にファンユニット17をヒートシンク基板11側からフ
ァン20,モータ19,モータ取付台18の順に配置し
たが、ファンユニット13をヒートシンク基板11側か
らモータ取付台14,モータ15,ファン16の順に配
置し、同様にファンユニット17をヒートシンク基板1
1側からモータ取付台18,モータ19,ファン20の
順に配置しても良い。
【0025】また、ファンユニット13,17の代わり
にクロスフローファンユニットを用いても良い。
【0026】21は基板で、基板21には半導体素子2
2,23,24が取り付けられている。ヒートシンク基
板11のファンユニット13,17が設けられている面
と反対側の面11cには半導体素子22,23,24が
当接している。また、半導体素子22,23,24は単
にヒートシンク基板11に当接しているだけで十分であ
るが、より放熱効果を上げるために接着剤等を用いてヒ
ートシンク基板11と半導体素子22,23,24をそ
れぞれ接合することが好ましく、更に好ましくは接着剤
として伝熱性の優れたもの(例えば高分子材料に金属粒
子などを分散させたもの)を用いることが良い。
【0027】以上の様に構成されたヒートシンクユニッ
トは、例えば電子機器の電源が入れられると、ファンユ
ニット13,17がそれぞれ回転し空気流をヒートシン
ク基板11に送風するようになり、半導体素子22,2
3,24で発熱した熱をヒートシンク基板11を介して
空気流と共に放出する。従って、半導体素子22,2
3,24は十分に冷却され、熱的なダメージが加わるこ
とはない。
【0028】なお、本発明の一実施の形態では、電子機
器の電源投入と共にファンユニット13,17に同じ電
力を供給して同じ様な風量を発生させたが、例えば、電
源投入時は、あまり半導体素子22,23,24はあま
り発熱していないので、例えばファンユニット13のみ
を駆動させて、ファンユニット17を停止させておく
か、あまり回転数を上げないようにしておくことによっ
て、消費電力を低減させることができる。
【0029】また、図示していないが、ヒートシンク基
板11上若しくは近傍に温度センサ等の温度検知手段を
設け、この温度検知手段からの情報に基づいて、ファン
ユニット13,17のそれぞれの回転数を制御すること
によっても確実に半導体素子22,23,24の冷却を
行い、しかもあまり半導体素子22,23,24が発熱
していないときは、ファンユニット13,17に供給す
る電力を小さくすることによって、消費電力の低減を行
うことができる。
【0030】更に、図示していないが、ヒートシンク基
板11上若しくは近傍であって、しかも複数の温度検知
手段を設けることによって、半導体素子22,23,2
4それぞれの発熱量の違いや、ヒートシンク基板11の
温度分布の不均衡を測定し、それらの温度情報を基にフ
ァンユニット13,17の回転数などを制御することに
よって、上述と同様に確実な半導体素子22,23,2
4の冷却や、消費電力の低減を行うことができる。
【0031】また、本発明の一実施の形態では、ファン
ユニット13,17それぞれの送風方向を同一方向とし
たが、ファンユニット13とファンユニット17の送風
方向を異ならせることによって、冷却効率を向上させる
ことができる。即ち、図1に示す様にファンユニット1
3を矢印A方向に空気流が発生するように回転させると
共に、ファンユニット17を矢印B方向に空気流が発生
するように回転させることによって、ヒートシンク基板
11上の空気を効率良く対流させることができるので、
ヒートシンク基板11の冷却効率を飛躍的に向上させる
ことができる。
【0032】以上の様な構成にすることによって、半導
体素子22,23,24で発生した熱はヒートシンク基
板11に導かれてヒートシンク基板11の温度が上昇す
るが、ファンユニット13,17によって発生する空気
流によってヒートシンク基板11が冷却される。従っ
て、半導体素子22,23,24の異常発熱を防止する
ことができ、装置の信頼性を向上させることができる。
【0033】また、本発明の一実施の形態では、複数の
半導体素子22,23,24を一度に冷却することがで
きるので、従来の様に一つ一つの半導体素子にそれぞれ
ファンユニットを設ける必要はなくコスト面等で非常に
有利になる。
【0034】また、本発明の一実施の形態では、ファン
ユニットを2つ設けることによって、空気流の風量を大
きくすることができるので、複数の半導体素子を一度に
しかも十分に冷却させることができる。
【0035】なお、本発明の一実施の形態では、半導体
素子を3つ設けたが、2つでも4つ以上でも良い。冷却
する半導体素子の数が多い場合には、当然のことながら
ファンユニットを3つ以上設けることが好ましい。一般
に半導体素子の数よりもファンユニットの数を少なくす
ることが、コスト面などから非常に有利になる。例えば
半導体素子が5以上の場合には、ファンユニットは3つ
程度が良い。
【0036】また、基板21とヒートシンク基板11は
図3に示す様にヒートシンク基板11に貫通孔11dを
設け、貫通孔11dにネジ25を挿入することによって
固定することもできる。この様な構成であれば、接着剤
等を用いなくても強固に固定できると共にヒートシンク
基板11と基板21との着脱が自在に行えるので、他の
基板等にヒートシンク基板11を容易に取り付けること
ができ、利便性を向上させることができる。なお、図3
には、1つのネジ25しか記載されていないが、実際に
は、複数のネジで固定することが好ましい。
【0037】更に、図4に示す様に、断面コ字状の弾性
クリップ26,27を用いてヒートシンク基板11と基
板21を挟み込み、ヒートシンク基板11と半導体素子
22,23,24を接触させても良い。このような構成
では、接着剤やネジなどを用いずにヒートシンク基板1
1と半導体素子22,23,24を接触させることがで
き、ヒートシンク基板11の着脱が非常に簡単になり利
便性が向上する。なお、本発明の一実施の形態では、単
純な弾性クリップ26,27を設けたが、弾性等を有し
てヒートシンク基板11と半導体素子22,23,24
を接触させる構成のものであればその他の形状でも良
い。
【0038】また、一般に半導体素子22,23,24
はそれぞれ高さH1,H2,H3が異なることがあるの
で、ヒートシンク基板11の半導体素子22,23,2
4を接触させる面を平面状にしておくと、ヒートシンク
基板11に接触しない半導体素子が存在する場合があ
り、その接触しない半導体素子の良好な冷却を行えない
ことがある。この様な場合には、図5に示す様に、ヒー
トシンク基板11の半導体素子22,23,24を接触
させる面には、弾性,可塑性等の少なくとも一つを有し
たシート28を設けることが好ましい。この様な構成に
よって、半導体素子22,23,24に高さの違いが発
生しても、各半導体素子22,23,24はシート28
を介してヒートシンク基板11と良好な接触ができるの
で、各半導体素子22,23,24はどれも効率良い冷
却効果を得ることができる。なお、シート28の具体的
な材料としては、ポリエステル,プラスチック等の樹脂
材料や、合金材料等を用いることができる。
【0039】更に、上述の様にシート28を用いる代わ
りに、ヒートシンク基板11の半導体素子22,23,
24を接触させる面に、半導体素子22,23,24の
高さに応じた凹部を設け、その凹部にそれぞれの半導体
素子22,23,24を収納すれば、確実にヒートシン
ク基板11と半導体素子22,23,24を接触させる
ことができる。具体的に説明すれば、例えば半導体素子
22,23,24の高さがH1>H2>H3の場合、ヒ
ートシンク基板11の半導体素子22,23,24に対
向する部分にそれぞれ凹部を設ける。そして今回の場
合、H1が最も高いので、半導体素子22に対向する部
分に設けられた凹部の深さを最も深くし、半導体素子2
4に対向する凹部を最も浅くするように形成する。この
様な構成によれば、ヒートシンク基板11と各半導体素
子22,23,24との接触を確実に行えるとともに、
ヒートシンク基板11の位置決め等を容易に行える。
【0040】また、半導体素子22,23,24の高ク
ロック化によって、例えば、各半導体素子22,23,
24のリード22a,23a,24aから不要な電磁波
が発生することがあり、これを防止するために、ヒート
シンク基板11自体を電磁シールド材で構成することが
好ましい。電磁シールド材としては例えばフェライトや
パーマロイ等の磁性材料や、導電性エラストマ,金属メ
ッシュ材等が用いられる。この様に複数の半導体素子2
2,23,24を覆うようにしかもヒートシンク基板1
1自体を電磁シールド材で構成することによって、リー
ド22a,23a,24aから発生する不要な電磁波を
遮断できる。また、他の実施の形態として、ヒートシン
ク基板11の表面に電磁シールド材を蒸着,スパッタリ
ング法,溶射,塗布などの方法によって形成しても良
く、この場合には、ヒートシンク基板11の主構成材料
を加工性やコスト面等を考慮して決定できるので、生産
性等を向上させることができ、しかもヒートシンク基板
11の表面に形成する電磁シールド材を用途や使用環境
によって容易に変更できるので、冷却する半導体素子の
種類や不要な電磁波に応じた材料選択を行うことができ
る。更に、電磁シールド材をシート状(金属テープや金
属メッシュ,導電性エラストマetc)にしてヒートシ
ンク基板11の半導体素子22,23,24と対向する
面に張り付けても良い。本発明の一実施の形態の様に、
複数の半導体素子を冷却し、半導体素子のリード部も同
時に覆う様に構成することがヒートシンクユニットとし
ては特に好ましい。
【0041】なお、本発明の一実施の形態で説明した、
半導体素子22,23,24とはLSI,メモリ,IC
等を示したものであるが、他の発熱素子(レーザダイオ
ード,トランジスタ)等でも良い。また、本発明の一実
施の形態では、半導体素子22,23,24を直接ヒー
トシンク基板11に取り付けたり、あるいは接着剤等を
介してヒートシンク基板11に取り付けたが、熱伝導率
の良い部材を介して間接的に取り付けても良い。
【0042】
【発明の効果】本発明は、ヒートシンク基板に複数のフ
ァンユニットを設けるとともに、ヒートシンク基板に電
磁シールド手段を設けたので、効率的な複数の発熱素子
の冷却及び不要な電磁波に対する電磁波対策ができるな
どの優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態におけるヒートシンクユ
ニットを示す側面図
【図2】本発明の一実施の形態におけるヒートシンクユ
ニットを示す平面図
【図3】本発明の一実施の形態におけるヒートシンクユ
ニットを示す側面図
【図4】本発明の一実施の形態におけるヒートシンクユ
ニットを示す側面図
【図5】本発明の一実施の形態におけるヒートシンクユ
ニットを示す側面図
【図6】従来のヒートシンク装置を示す斜視図
【符号の説明】
11 ヒートシンク基板 13,17 ファンユニット 15,19 モータ 16,20 ファン 21 基板 22,23,24 半導体素子
フロントページの続き (72)発明者 杉本 和彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 楯 純生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ヒートシンク基板と、前記ヒートシンク基
    板に流体を供給するファン及び前記ファンを回転駆動さ
    せる駆動手段を有したファンユニットと、前記ヒートシ
    ンク基板に設けられた電磁シールド手段とを備えたこと
    を特徴とするヒートシンクユニット。
  2. 【請求項2】ヒートシンク基板自体を電磁シールド材料
    で構成するか、ヒートシンク基板上に電磁シールド材料
    の膜を設けるか、ヒートシンク基板に電磁シールド材料
    で構成された板材を張り付けるかの少なくとも一つで電
    磁シールド手段をヒートシンク基板に設けたことを特徴
    とする請求項1記載のヒートシンクユニット。
  3. 【請求項3】ヒートシンク基板に弾性か可塑性の少なく
    とも一方を有するシートを取り付けるか、ヒートシンク
    基板に凹部を設けたことを特徴とする請求項1,2の内
    のいずれか1記載のヒートシンクユニット。
  4. 【請求項4】基板と、前記基板上に設けられた複数の発
    熱素子と、前記複数の発熱素子上に設けられたヒートシ
    ンクユニットとを備えた電子機器であって、ヒートシン
    クユニットはヒートシンク基板と、前記ヒートシンク基
    板に流体を供給するファン及び前記ファンを回転駆動さ
    せる駆動手段を有したファンユニットとを備えており、
    前記ヒートシンク基板に複数の発熱素子を取り付け、前
    記複数の発熱素子を一つのヒートシンク基板で冷却する
    ことを特徴とする電子機器。
  5. 【請求項5】ファンユニットをヒートシンク基板上に複
    数設けたことを特徴とする請求項4記載の電子機器。
  6. 【請求項6】ヒートシンク基板に電磁シールド手段を設
    けたことを特徴とする請求項4,5の内のいずれか1記
    載の電子機器。
  7. 【請求項7】ヒートシンク基板自体を電磁シールド材料
    で構成するか、ヒートシンク基板上に電磁シールド材料
    の膜を設けるか、ヒートシンク基板に電磁シールド材料
    で構成された板材を張り付けるかの少なくとも一つで電
    磁シールド手段をヒートシンク基板に設けたことを特徴
    とする請求項4,5,6の内のいずれか1記載の電子機
    器。
  8. 【請求項8】複数の発熱素子が複数の半導体素子であ
    り、前記複数の半導体素子の基板からの取付高さが少な
    くとも一つは異なっており、しかもヒートシンク基板に
    前記複数の半導体素子と接触させる手段を設けたことを
    特徴とする請求項4,5,6,7の内のいずれか1記載
    の電子機器。
  9. 【請求項9】複数の半導体素子と接触させる手段とし
    て、ヒートシンク基板に弾性か可塑性の少なくとも一方
    を有するシートを取り付けるか、ヒートシンク基板に凹
    部を設けたことを特徴とする請求項8記載の電子機器。
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