JPH1167989A - 冷却構造 - Google Patents
冷却構造Info
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- JPH1167989A JPH1167989A JP22632397A JP22632397A JPH1167989A JP H1167989 A JPH1167989 A JP H1167989A JP 22632397 A JP22632397 A JP 22632397A JP 22632397 A JP22632397 A JP 22632397A JP H1167989 A JPH1167989 A JP H1167989A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 優れた冷却性能が維持できる冷却構造を実現
すること。 【解決手段】 被冷却部品１０は低熱膨張部材１１を介
して伝熱ブロック１２に固定され、伝熱ブロック１２に
固定されたフィン要素１３０の上側は支持ブロック１５
により固定されている冷却構造。
すること。 【解決手段】 被冷却部品１０は低熱膨張部材１１を介
して伝熱ブロック１２に固定され、伝熱ブロック１２に
固定されたフィン要素１３０の上側は支持ブロック１５
により固定されている冷却構造。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電気自動車に用いら
れるモーターや電力制御回路、その他、計算器等の各種
電気機器に搭載される、冷却が必要な電気部品等の冷却
に適したヒートシンクに関する。
れるモーターや電力制御回路、その他、計算器等の各種
電気機器に搭載される、冷却が必要な電気部品等の冷却
に適したヒートシンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】モーターや半導体素子等の使用に伴う発
熱問題は、近年重要課題として注目されてきている。パ
ソコン等の各種電気機器やその他の機器に搭載されてい
る半導体素子等の冷却方法として、その機器にファンを
取り付け、機器筐体内の空気を冷却する方式や、その冷
却すべき半導体素子に冷却部材を取り付けたりする方法
等が知られている。
熱問題は、近年重要課題として注目されてきている。パ
ソコン等の各種電気機器やその他の機器に搭載されてい
る半導体素子等の冷却方法として、その機器にファンを
取り付け、機器筐体内の空気を冷却する方式や、その冷
却すべき半導体素子に冷却部材を取り付けたりする方法
等が知られている。
【０００３】その冷却すべき半導体素子（被冷却部品）
に取り付ける冷却部材として、例えばその被冷却部品に
直接、フィンを取り付ける方法が考えられる。そのフィ
ンを経て熱をその被冷却部品の外部に放出させるためで
ある。しかし被冷却部品はサイズが小さいことが多く、
従って取り付けるフィンの数も限られてくる。また、被
冷却部品とフィンとの接続面積が小さいと、被冷却部品
の熱が多くフィンに伝わらない。
に取り付ける冷却部材として、例えばその被冷却部品に
直接、フィンを取り付ける方法が考えられる。そのフィ
ンを経て熱をその被冷却部品の外部に放出させるためで
ある。しかし被冷却部品はサイズが小さいことが多く、
従って取り付けるフィンの数も限られてくる。また、被
冷却部品とフィンとの接続面積が小さいと、被冷却部品
の熱が多くフィンに伝わらない。
【０００４】このような事情から、図４に示すように、
被冷却部品３０の熱を一旦、伝熱ブロック３２で受け、
伝熱ブロック３２および、それに取り付けたフィン３３
から熱を放出させる冷却構造が知られている。伝熱ブロ
ック３２やフィン３３は熱伝導性に優れるアルミニウム
材や銅材が適用される場合が多い。
被冷却部品３０の熱を一旦、伝熱ブロック３２で受け、
伝熱ブロック３２および、それに取り付けたフィン３３
から熱を放出させる冷却構造が知られている。伝熱ブロ
ック３２やフィン３３は熱伝導性に優れるアルミニウム
材や銅材が適用される場合が多い。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】被冷却部品３０に取り
付ける伝熱ブロック３２やフィン３３は、放熱機能の観
点では、熱伝導率は高い材料を用いることが望ましい。
しかし、通常、被冷却部品３０（半導体素子等）はその
熱膨張率がアルミニウム材や銅材に比べ著しく小さい場
合が多く、このため図４に示すように、被冷却部品３０
とアルミニウム材や銅材製の伝熱ブロック３２とを直接
接合すると、伝熱ブロック３２が加熱された際、その熱
膨張の大きな相違が問題となる。例えば被冷却部品３０
と伝熱ブロック３２との接合部分で剥離が生じたり、或
いは伝熱ブロック３２の熱膨張の影響で被冷却部品３０
が変形し、場合によっては被冷却部品３０が破損したり
することもあった。そこで、伝熱ブロック３２と被冷却
部品３０との間に軟らかい熱伝導性のグリスを介在させ
たりすることが多かった。
付ける伝熱ブロック３２やフィン３３は、放熱機能の観
点では、熱伝導率は高い材料を用いることが望ましい。
しかし、通常、被冷却部品３０（半導体素子等）はその
熱膨張率がアルミニウム材や銅材に比べ著しく小さい場
合が多く、このため図４に示すように、被冷却部品３０
とアルミニウム材や銅材製の伝熱ブロック３２とを直接
接合すると、伝熱ブロック３２が加熱された際、その熱
膨張の大きな相違が問題となる。例えば被冷却部品３０
と伝熱ブロック３２との接合部分で剥離が生じたり、或
いは伝熱ブロック３２の熱膨張の影響で被冷却部品３０
が変形し、場合によっては被冷却部品３０が破損したり
することもあった。そこで、伝熱ブロック３２と被冷却
部品３０との間に軟らかい熱伝導性のグリスを介在させ
たりすることが多かった。
【０００６】しかしながら、伝熱ブロック３２と被冷却
部品３０との間に熱伝導性のグリスを介在させると、熱
膨張の相違は吸収されるものの、伝熱ブロック３２と被
冷却部品３０との間の熱伝導性が大きく低下してしま
う。これはグリス等が通常、材質的に熱抵抗が高いため
である。
部品３０との間に熱伝導性のグリスを介在させると、熱
膨張の相違は吸収されるものの、伝熱ブロック３２と被
冷却部品３０との間の熱伝導性が大きく低下してしま
う。これはグリス等が通常、材質的に熱抵抗が高いため
である。
【０００７】そこで、図３に示すように、低熱膨張部材
３１（金属基複合材料等）を介在させる方法が有力視さ
れている。低熱膨張部材３１としては、なるべく被冷却
部品３０に近い熱膨張率を有し、かつ、なるべく熱伝導
性に優れる部材が望まれる。このような特性を満たす材
料は多くないが、金属基複合材料は、高熱伝導性で低い
熱膨張特性を実現する材料として期待される。
３１（金属基複合材料等）を介在させる方法が有力視さ
れている。低熱膨張部材３１としては、なるべく被冷却
部品３０に近い熱膨張率を有し、かつ、なるべく熱伝導
性に優れる部材が望まれる。このような特性を満たす材
料は多くないが、金属基複合材料は、高熱伝導性で低い
熱膨張特性を実現する材料として期待される。
【０００８】金属基複合材料はＭＭＣ（ｍｅｔａｌ ｍ
ａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）等と呼ばれることも
ある材料で、アルミナ等の粒子或いは繊維等がアルミニ
ウム等のマトリックス金属に複合された材料がその代表
例である。マトリックスとして伝熱性に優れる金属を用
い、セラミック繊維等の被複合材をそれに複合した複合
材料は、熱膨張率がそのマトリックス金属に比べ格段に
小さくなり、また熱伝導率も従来のセラミック等に比べ
て高いものになり得る。
ａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）等と呼ばれることも
ある材料で、アルミナ等の粒子或いは繊維等がアルミニ
ウム等のマトリックス金属に複合された材料がその代表
例である。マトリックスとして伝熱性に優れる金属を用
い、セラミック繊維等の被複合材をそれに複合した複合
材料は、熱膨張率がそのマトリックス金属に比べ格段に
小さくなり、また熱伝導率も従来のセラミック等に比べ
て高いものになり得る。
【０００９】しかしながら、図３に示すように、被冷却
部品３０を低熱膨張部材３１を介在させて伝熱ブロック
３２と接合した場合でも、低熱膨張部材３１と伝熱ブロ
ック３２との熱膨張率の大きな相違により、いわゆるバ
イメタル効果のため、それらに大きな反りが生じてしま
うことがあった。低熱膨張部材３１と伝熱ブロック３２
とのバイメタル効果により大きな反りが生ずると、被冷
却部品３０と低熱膨張部材３１との接合部分で剥離が生
じたり、或いは被冷却部品３０が許容範囲以上に変形し
てしまうことがあった。
部品３０を低熱膨張部材３１を介在させて伝熱ブロック
３２と接合した場合でも、低熱膨張部材３１と伝熱ブロ
ック３２との熱膨張率の大きな相違により、いわゆるバ
イメタル効果のため、それらに大きな反りが生じてしま
うことがあった。低熱膨張部材３１と伝熱ブロック３２
とのバイメタル効果により大きな反りが生ずると、被冷
却部品３０と低熱膨張部材３１との接合部分で剥離が生
じたり、或いは被冷却部品３０が許容範囲以上に変形し
てしまうことがあった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の冷却構造は、上
述の事情に鑑みなされたもので、伝熱ブロックの一方面
側には複数のフィン要素の一方端側が固定され、前記伝
熱ブロックの他方面側には低熱膨張部材を介して被冷却
部品が固定されており、複数の前記フィン要素の他方端
側に支持ブロックが固定されている、というものであ
る。その伝熱ブロックと低熱膨張部材の熱応力の相違は
２０％以内であることが望ましい。また、上下２個のブ
ロック部の間に並び立つ複数のフィン要素を備えたヒー
トシンクと、一方の前記ブロック部の外側面に固定され
た低熱膨張部材と、前記低熱膨張部材を介して前記ブロ
ック部に固定された被冷却部品と、他方の前記ブロック
の外側面に前記被冷却部品とほぼ線対称に固定され、か
つ前記低熱膨張部材とほぼ同等の熱応力を生ずる部材
と、を備えた冷却構造を提案する。
述の事情に鑑みなされたもので、伝熱ブロックの一方面
側には複数のフィン要素の一方端側が固定され、前記伝
熱ブロックの他方面側には低熱膨張部材を介して被冷却
部品が固定されており、複数の前記フィン要素の他方端
側に支持ブロックが固定されている、というものであ
る。その伝熱ブロックと低熱膨張部材の熱応力の相違は
２０％以内であることが望ましい。また、上下２個のブ
ロック部の間に並び立つ複数のフィン要素を備えたヒー
トシンクと、一方の前記ブロック部の外側面に固定され
た低熱膨張部材と、前記低熱膨張部材を介して前記ブロ
ック部に固定された被冷却部品と、他方の前記ブロック
の外側面に前記被冷却部品とほぼ線対称に固定され、か
つ前記低熱膨張部材とほぼ同等の熱応力を生ずる部材
と、を備えた冷却構造を提案する。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の冷却構造を説明す
るための概念図である。被冷却部品１０（半導体素子
等）は、低熱膨張部材１１（ＭＭＣ等）を介して伝熱ブ
ロック１２に固定されている。伝熱ブロック１２には、
複数のフィン要素１３０が立ち並ぶように取り付けられ
ている。これら複数のフィン要素１３０の集合としてフ
ィン１３は構成される。
るための概念図である。被冷却部品１０（半導体素子
等）は、低熱膨張部材１１（ＭＭＣ等）を介して伝熱ブ
ロック１２に固定されている。伝熱ブロック１２には、
複数のフィン要素１３０が立ち並ぶように取り付けられ
ている。これら複数のフィン要素１３０の集合としてフ
ィン１３は構成される。
【００１２】フィン要素１３０の上側には支持ブロック
１５が固定されている。また、フィン要素１３０同士の
間は支持部材１４により相互に拘束されている。図１に
示すような冷却構造において、低熱膨張部材１１に比
べ、伝熱ブロック１２の熱膨張率は相当に大きい。従っ
て低熱膨張部材１１と伝熱ブロック１２との積層体は、
図１において上に凸になるように反ろうとするであろ
う。しかし、本発明の冷却構造の場合、複数のフィン要
素１３０の上部を支持ブロック１５で固定しているの
で、低熱膨張部材１１と伝熱ブロック１２との積層体が
上に凸になるように反ろうとする挙動を抑制する。従っ
て、反りの発生による、被冷却部品１０への影響が低減
される。
１５が固定されている。また、フィン要素１３０同士の
間は支持部材１４により相互に拘束されている。図１に
示すような冷却構造において、低熱膨張部材１１に比
べ、伝熱ブロック１２の熱膨張率は相当に大きい。従っ
て低熱膨張部材１１と伝熱ブロック１２との積層体は、
図１において上に凸になるように反ろうとするであろ
う。しかし、本発明の冷却構造の場合、複数のフィン要
素１３０の上部を支持ブロック１５で固定しているの
で、低熱膨張部材１１と伝熱ブロック１２との積層体が
上に凸になるように反ろうとする挙動を抑制する。従っ
て、反りの発生による、被冷却部品１０への影響が低減
される。
【００１３】図１の例において、低熱膨張部材１１とし
て、金属基複合材料（ＭＭＣ）が好適である。その製造
方法は、一例を示すと、例えば、炭素繊維を水分に分散
させ、それを脱水成形することでプリフォームを作製す
る。その作製したプリフォームを適当な金型にセット
し、高温下でアルミニウム材その他の金属溶湯を加圧含
浸させて凝固させる。更に必要なら塑性加工や熱処理等
を施して低熱膨張部材１１は作製できる。この例でのＭ
ＭＣの熱膨張率は炭素繊維の含有率等にもよるが、例え
ば１４ｐｐｍ程度の低い値にすることができる。この熱
膨張率はアルミニウム材の熱膨張率（２４ｐｐｍ程度）
に比べ相当に小さくなっている。半導体素子等の被冷却
部品１０の熱膨張も、例えば１２ｐｐｍ程度であり、こ
の材料による低熱膨張部材１１との熱的整合性は良好で
ある。
て、金属基複合材料（ＭＭＣ）が好適である。その製造
方法は、一例を示すと、例えば、炭素繊維を水分に分散
させ、それを脱水成形することでプリフォームを作製す
る。その作製したプリフォームを適当な金型にセット
し、高温下でアルミニウム材その他の金属溶湯を加圧含
浸させて凝固させる。更に必要なら塑性加工や熱処理等
を施して低熱膨張部材１１は作製できる。この例でのＭ
ＭＣの熱膨張率は炭素繊維の含有率等にもよるが、例え
ば１４ｐｐｍ程度の低い値にすることができる。この熱
膨張率はアルミニウム材の熱膨張率（２４ｐｐｍ程度）
に比べ相当に小さくなっている。半導体素子等の被冷却
部品１０の熱膨張も、例えば１２ｐｐｍ程度であり、こ
の材料による低熱膨張部材１１との熱的整合性は良好で
ある。
【００１４】支持ブロック１５の材質も、例えばＭＭＣ
が好適に適用できる。この支持ブロック１５の熱膨張率
も、低熱膨張部材１１と同等程度にしておくことが望ま
しい。概ね、その熱膨張率の相違は２０％以内に設定し
ておくと良い。尚、低熱膨張部材１１と伝熱ブロック１
２との積層体が反る際の応力に対し、それを抑制する程
度のサイズの支持ブロック１５にする必要はある。
が好適に適用できる。この支持ブロック１５の熱膨張率
も、低熱膨張部材１１と同等程度にしておくことが望ま
しい。概ね、その熱膨張率の相違は２０％以内に設定し
ておくと良い。尚、低熱膨張部材１１と伝熱ブロック１
２との積層体が反る際の応力に対し、それを抑制する程
度のサイズの支持ブロック１５にする必要はある。
【００１５】図１の例では、フィン要素１３０同士の間
に支持部材１４をに設けている。この支持部材１４は必
須ではないが、低熱膨張部材１１と伝熱ブロック１２と
の積層体の反りを一層抑制する意味で効果がある。
に支持部材１４をに設けている。この支持部材１４は必
須ではないが、低熱膨張部材１１と伝熱ブロック１２と
の積層体の反りを一層抑制する意味で効果がある。
【００１６】図２は本発明の他の冷却構造を説明する概
念図である。被冷却部品２０は、低熱膨張部材２１を介
してヒートシンク２００に固定されている。ヒートシン
ク２００は、下と上の２個のブロック部２２、２４を有
し、その間には複数のフィン要素２３０が並び立つよう
に備わっているものである。図中の符号２３は複数のフ
ィン要素２３０の集合を意味する。ブロック部２２、２
４およびフィン要素２３０は、これらが鋳造等で一体に
形成されたものでも、接合して形成されたものでも構わ
ない。
念図である。被冷却部品２０は、低熱膨張部材２１を介
してヒートシンク２００に固定されている。ヒートシン
ク２００は、下と上の２個のブロック部２２、２４を有
し、その間には複数のフィン要素２３０が並び立つよう
に備わっているものである。図中の符号２３は複数のフ
ィン要素２３０の集合を意味する。ブロック部２２、２
４およびフィン要素２３０は、これらが鋳造等で一体に
形成されたものでも、接合して形成されたものでも構わ
ない。
【００１７】そして上側のブロック部２４の外側には、
低熱膨張部材２５が固定されている。この低熱膨張部材
２５は低熱膨張部材２１と、同程度の熱膨張変形力を有
するものが良い。ここで熱膨張変形力とは、ある温度で
の熱膨張による変形力の意味である。例えば、低熱膨張
部材２５は低熱膨張部材２１と同様の材質で同様のサイ
ズのものを適用すると良い。
低熱膨張部材２５が固定されている。この低熱膨張部材
２５は低熱膨張部材２１と、同程度の熱膨張変形力を有
するものが良い。ここで熱膨張変形力とは、ある温度で
の熱膨張による変形力の意味である。例えば、低熱膨張
部材２５は低熱膨張部材２１と同様の材質で同様のサイ
ズのものを適用すると良い。
【００１８】この例においても、低熱膨張部材２１とブ
ロック部２２との積層体が上に凸になるように反ろうと
する挙動を低熱膨張部材２５が効果的に抑制している。
従って、反りの発生による、被冷却部品２０への影響が
低減される。
ロック部２２との積層体が上に凸になるように反ろうと
する挙動を低熱膨張部材２５が効果的に抑制している。
従って、反りの発生による、被冷却部品２０への影響が
低減される。
【００１９】
【実施例】上述した図１の冷却構造（本発明例１）につ
き、被冷却部品１０を０〜１２５℃まで温度変化させた
ときの、低熱膨張部材１１と伝熱ブロック１２との接合
面の反りの発生状況を調べた。反りの程度は、その接合
面の中心部分の上昇高さ（μｍ）の最大値を以て評価し
た。また上述した図２の冷却構造（本発明例２）につ
き、被冷却部品２０を０〜１２５℃まで温度を変化させ
たときの、低熱膨張部材２１とブロック部２２との接合
面の反りの発生状況を調べた。また比較例として、上述
した図３の冷却構造（比較例２）につき、被冷却部品３
０を０〜１２５℃まで温度を変化させたときの、低熱膨
張部材３１と伝熱ブロック３２との接合面の反りの発生
状況を調べた。以上の結果を表１に記す。
き、被冷却部品１０を０〜１２５℃まで温度変化させた
ときの、低熱膨張部材１１と伝熱ブロック１２との接合
面の反りの発生状況を調べた。反りの程度は、その接合
面の中心部分の上昇高さ（μｍ）の最大値を以て評価し
た。また上述した図２の冷却構造（本発明例２）につ
き、被冷却部品２０を０〜１２５℃まで温度を変化させ
たときの、低熱膨張部材２１とブロック部２２との接合
面の反りの発生状況を調べた。また比較例として、上述
した図３の冷却構造（比較例２）につき、被冷却部品３
０を０〜１２５℃まで温度を変化させたときの、低熱膨
張部材３１と伝熱ブロック３２との接合面の反りの発生
状況を調べた。以上の結果を表１に記す。
【００２０】
【表１】
【００２１】表１の結果を見れば判るように、本発明例
は何れも反りが小さく抑制されていることが判る。従っ
て、優れた冷却性能が実現しうる冷却構造であることが
判る。
は何れも反りが小さく抑制されていることが判る。従っ
て、優れた冷却性能が実現しうる冷却構造であることが
判る。
【００２２】
【発明の効果】本発明の冷却構造は、優れた冷却性能が
実現しうるものである。また被冷却部品の取り付け部分
の熱的整合性が優れているので長期の使用に際し優れた
特性が維持できるものである。このように本発明は優れ
た産業上の貢献をなすものである。
実現しうるものである。また被冷却部品の取り付け部分
の熱的整合性が優れているので長期の使用に際し優れた
特性が維持できるものである。このように本発明は優れ
た産業上の貢献をなすものである。
【図１】本発明の冷却構造を説明する概念図である。
【図２】本発明の他の冷却構造を説明する概念図であ
る。
る。
【図３】従来の冷却構造を説明する概念図である。
【図４】従来の冷却構造を説明する概念図である。
１０ 被冷却部品 １１ 低熱膨張部材 １２ 伝熱ブロック １３ フィン １３０ フィン要素 １４ 支持部材 １５ 支持ブロック ２０ 被冷却部品 ２００ ヒートシンク ２１ 低熱膨張部材 ２２ ブロック部 ２３ フィン ２３０ フィン要素 ２４ ブロック部 ２５ 低熱膨張部材 ３０ 被冷却部品 ３１ 低熱膨張部材 ３２ 伝熱ブロック ３３ フィン
Claims (3)
- 【請求項１】 伝熱ブロックの一方面側には複数のフィ
ン要素の一方端側が固定され、前記伝熱ブロックの他方
面側には低熱膨張部材を介して被冷却部品が固定されて
おり、複数の前記フィン要素の他方端側に支持ブロック
が固定されている、冷却構造。 - 【請求項２】前記伝熱ブロックと前記低熱膨張部材の熱
応力の相違が２０％以内である、請求項１記載の冷却構
造。 - 【請求項３】 上下２個のブロック部の間に並び立つ複
数のフィン要素を備えたヒートシンクと、一方の前記ブ
ロック部の外側面に固定された低熱膨張部材と、前記低
熱膨張部材を介して前記ブロック部に固定された被冷却
部品と、他方の前記ブロックの外側面に前記被冷却部品
とほぼ線対称に固定され、かつ前記低熱膨張部材とほぼ
同等の熱応力を生ずる部材と、を備えた冷却構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22632397A JPH1167989A (ja) | 1997-08-22 | 1997-08-22 | 冷却構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22632397A JPH1167989A (ja) | 1997-08-22 | 1997-08-22 | 冷却構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1167989A true JPH1167989A (ja) | 1999-03-09 |
Family
ID=16843395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22632397A Pending JPH1167989A (ja) | 1997-08-22 | 1997-08-22 | 冷却構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1167989A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006203017A (ja) * | 2005-01-21 | 2006-08-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 放熱部品 |
| JP2007128935A (ja) * | 2005-11-01 | 2007-05-24 | Showa Denko Kk | パワーモジュール用ベースの製造方法 |
| JP2017092468A (ja) * | 2015-11-10 | 2017-05-25 | 昭和電工株式会社 | パワーモジュール用ベース |
-
1997
- 1997-08-22 JP JP22632397A patent/JPH1167989A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006203017A (ja) * | 2005-01-21 | 2006-08-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 放熱部品 |
| JP4529704B2 (ja) * | 2005-01-21 | 2010-08-25 | パナソニック株式会社 | 放熱部品を有する電子機器 |
| JP2007128935A (ja) * | 2005-11-01 | 2007-05-24 | Showa Denko Kk | パワーモジュール用ベースの製造方法 |
| JP2017092468A (ja) * | 2015-11-10 | 2017-05-25 | 昭和電工株式会社 | パワーモジュール用ベース |
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