KR20140043683A - 냉각 장치 및 반도체 장치 - Google Patents

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쇼고 모리
유리 오토베
나오키 가토
신스케 니시
토모야 히라노
세이지 마츠시마
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가부시키가이샤 도요다 지도숏키
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Abstract

냉각 장치는 베이스와 복수의 방열 핀을 포함한다. 베이스는, 외부, 내부, 입구 및, 출구를 포함한다. 베이스의 외부에 발열체가 접합된다. 방열 핀은, 베이스의 내부에서 발열체에 가까운 부위에 위치된다. 방열 핀은 입구로부터 출구에 걸쳐 배치된다. 각 방열 핀은, 냉각 매체의 유동 방향의 치수와, 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 측방향의 치수를 갖는 측방향 단면(斷面) 형상을 갖는다. 유동 방향의 치수는 측방향의 치수보다도 크다. 방열 핀은 서로, 상기 측방향을 따라 소정의 간격을 두고 이격된다.

Description

냉각 장치 및 반도체 장치{COOLING DEVICE AND SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 냉각 장치의 베이스(base)에 접합된 발열체를, 베이스를 통해 흐르는 냉각 매체에 의해, 냉각하는 냉각 장치 및, 반도체 소자가 탑재된 절연 기판에 접합된 냉각 장치를 포함하는 반도체 장치에 관한 것이다.
전자 부품 등의 발열체를 냉각하는 종래에 알려진 냉각 장치는, 베이스와 베이스에 형성된 유로(flow passage)를 포함한다. 발열체는 베이스의 외측에 탑재된다. 냉각 매체는 유로를 통해 흐른다(예를 들면, 일본공개특허공보 2012-29539호 참조).
상기 공보에 개시된 냉각 장치에서는, 복수의 핀 형상(pin-shape)의 방열 핀(radiator fin)이 유로를 따라 배치된다. 방열 핀과 유로의 벽면은 베이스의 내면을 형성한다. 방열 핀은 냉각 매체와 접촉하는 베이스의 내면의 면적을 증대시킨다. 그리고, 발열체에 의해서 발생된 열이 베이스에 전달되면, 방열 핀은 베이스의 내면과 베이스 내의 냉각 매체 사이에서 교환되는 열의 양을 증가시킨다. 이는 발열체에 대한 냉각 효율을 향상시킨다.
그런데, 상기의 냉각 장치에서, 발열체에 대한 냉각 효율을 더욱 향상시키기 위해서는, 원형 형상의 단면(斷面)을 갖는 방열 핀의 직경을 크게 함으로써, 각 방열 핀의 표면적을 증대시키는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 이 경우에는, 각 방열 핀의 폭이 증가된다. 즉, 방열 핀의 치수가 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 측방향으로 커진다. 그 결과, 유로에 있어서의 방열 핀에 의한 유로 저항이 증대됨으로써, 냉각 매체가 유로를 통과할 때의 압력 손실이 커져 버린다는 문제가 있다.
일본공개특허공보 2012-29539호
본 발명의 목적은, 냉각 매체가 베이스의 내부를 통과할 때의 압력 손실의 증대를 억제하면서, 발열체에 대한 냉각 효율의 향상을 도모할 수 있는 냉각 장치 및 반도체 장치를 제공하는 것에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 냉각 장치는, 베이스와, 복수의 핀 형상의 방열 핀을 포함한다. 상기 베이스는, 외부와, 내부와, 입구와, 출구를 포함한다. 상기 외부에 발열체가 접합된다. 상기 복수의 방열 핀은, 상기 베이스의 내부에 있어서 상기 발열체에 가까운 부위에 설치된다. 상기 복수의 방열 핀은 상기 입구로부터 상기 출구에 걸쳐 배치된다. 상기 냉각 장치는, 냉각 매체가 상기 베이스의 내부를 상기 입구로부터 상기 출구를 향하여 유동(flowing)함으로써, 상기 발열체를 냉각시킨다. 상기 복수의 방열 핀의 각각의 측방향 단면 형상은, 상기 냉각 매체의 유동 방향의 치수와, 상기 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 측방향의 치수를 가지며, 상기 유동 방향의 치수는 상기 측방향의 치수보다 크다. 상기 복수의 방열 핀은 서로, 상기 측방향을 따라 소정의 간격을 두고 이격된다.
본 발명의 다른 실시 형태 및 이점들은 발명의 원리를 예시를 통해 나타낸 첨부된 도면 및 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명 및 그의 목적과 이점들은 첨부된 도면 및 바람직한 실시예들에 대한 이하 설명을 참조함으로써 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 냉각 장치를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 냉각 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 냉각 장치의 작용을 나타낸 개략도이다.
도 4a∼도 4d는 각각 다른 예의 냉각 장치의 요부(要部)를 나타낸 확대 단면도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 일 실시 형태를 도 1∼도 3을 참조하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 실시 형태에 있어서, 냉각 장치(10)는 베이스(20)를 포함한다. 베이스(20)는, 알루미늄제의 제1 베이스 형성 부재(21) 및 알루미늄제의 제2 베이스 형성 부재(22)를 포함한다. 제1 베이스 형성 부재(21)와 제2 베이스 형성 부재(22)는 동일한 형상을 가지며 서로 결합된다. 제1 베이스 형성 부재(21)와 제2 베이스 형성 부재(22)의 각각은, 바닥판(bottom plate; 23)과, 측벽(25a)과, 측벽(25b)과, 판 형상 접합부(26)를 포함한다. 바닥판(23)은 위에서 보았을 때 직사각형 형상이다. 측벽(25a)은 바닥판(23)의 4변 중 단변(短邊)에 배치된다. 측벽(25b)은 바닥판(23)의 4변 중 장변(長邊)에 배치된다. 판 형상 접합부(26)는, 측벽(25a, 25b)의 각 선단(先端)으로부터 바깥쪽을 향하여 대략 수평으로 연장된다.
베이스(20)는 내부 영역(S)을 포함한다. 내부 영역(S)은, 냉각 매체가 유동하는 유로로서 기능을 한다. 제1 베이스 형성 부재(21)에서, 바닥판(23)은 내부 영역(S)에 대면하는 내면과, 내면의 이면(裏面)이 되는 외면을 포함한다. 외면에는 발열체로서 기능을 하는 반도체 소자(28)가 직사각형 판 형상 절연 기판(27)에 의해서 접합된다. 절연 기판(27)의 하면은, 접합층으로서 기능하는 금속판(도시 생략)에 의해서 제1 베이스 형성 부재(21)에 접합된다. 또한, 절연 기판(27)의 긴쪽 방향은 제1 베이스 형성 부재(21)의 긴쪽 방향과 일치한다. 또한, 절연 기판(27)의 상면은 반도체 소자(28)가 탑재되는 면이다. 절연 기판(27)의 상면과 반도체 소자(28) 사이에 배선층으로서 기능하는 금속판(도시 생략)이 배치된다. 본 실시 형태에서는, 냉각 장치(10)의 베이스(20)의 외면에, 반도체 소자(28)가 탑재된 절연 기판(27)이 결합되어 반도체 장치(30)를 형성한다.
제1 베이스 형성 부재(21)와 제2 베이스 형성 부재(22) 사이에, 지지판(32)이 배치된다. 지지판(32)은 베이스(20)의 내부 영역(S)에 수용되는 핀 형상(pin shape)의 방열 핀(radiator fin; 31)을 지지한다. 지지판(32)은 직사각형 평판이고, 접합부(26)와 동일한 크기를 갖는다. 지지판(32)은, 지지판(32)이 제1 베이스 형성 부재(21)의 바닥판(23) 및 제2 베이스 형성 부재(22)의 바닥판(23)과 대면하도록, 접합부(26) 사이에 협지된다. 제1 베이스 형성 부재(21)의 접합부(26), 제2 베이스 형성 부재(22)의 접합부(26) 및, 지지판(32)은 납재(brazing)로 함께 결합된다. 납재는 접합부(26)와 지지판(32) 사이의 계면을 기밀 상태로 밀봉한다. 내부 영역(S)은, 지지판(32)에 의해 제1 유로(S1)(도 2 참조)와 제2 유로(S2)로 구획된다.
제1 베이스 형성 부재(21)에서, 접합부(26)의 긴쪽 방향의 양단(two longitudinal end)은 도 2에 도시된 바와 같이 오목부(33a, 34a)를 포함한다. 마찬가지로, 제2 베이스 형성 부재(22)에서, 접합부(26)의 긴쪽 방향의 양단은 오목부(33b, 34b)를 포함한다. 제1 베이스 형성 부재(21)의 접합부(26)와 제2 베이스 형성 부재(22)의 접합부(26)가 지지판(32)과 함께 접합된다. 결과적으로, 제1 베이스 형성 부재(21)의 오목부(33a, 34a)는 제1 유로(S1)를 베이스(20)의 외부에 연통시키는 연통부를 형성한다. 마찬가지로, 제2 베이스 형성 부재(22)의 오목부(33b, 34b)는 제2 유로(S2)를 베이스(20)의 외부에 연통시키는 연통부를 형성한다.
양 베이스 형성 부재(21, 22)의 오목부(33a, 33b)의 테두리(rim)는, 원통 형상의 유입 파이프(41)를 결합하는데 사용된다. 유입 파이프(41)는, 오목부(33a)를 통하여 제1 유로(S1)에 냉각 매체를 유입시키고, 오목부(33b)를 통하여 제2 유로(S2)에 냉각 매체를 유입시킨다. 마찬가지로, 양 베이스 형성 부재(21, 22)의 오목부(34a, 34b)의 테두리는, 원통 형상의 유출 파이프(42)를 결합하는데 사용된다. 유출 파이프(42)는, 오목부(34a)를 통하여 제1 유로(S1)로부터 냉각 매체를 유출시키고, 오목부(34b)를 통하여 제2 유로(S2)로부터 냉각 매체를 유출시킨다. 냉각 매체는, 양 베이스 형성 부재(21, 22)의 긴쪽 방향으로 오목부(33a, 33b)로부터 오목부(34a, 34b)를 향하여 유동한다. 오목부(33a, 33b)는 베이스(20)의 입구로서 기능을 한다. 오목부(34a, 34b)는 베이스(20)의 출구로서 기능을 한다.
도 2를 참조하면, 지지판(32)의 상하 양면에는, 오목부(33a, 33b)로부터 오목부(34a, 34b)에 걸쳐, 복수의 핀 형상의 방열 핀(31)이 평면에서 보았을 때 엇갈린 형상(staggered manner)으로 배치되어 있다. 구체적으로, 지지판(32)의 상면에 배치되는 방열 핀(31)은, 베이스(20)의 내부에 있어서 발열체에 가까운 부위에 배치된다. 지지판(32)의 하면에 배치되는 방열 핀(31)은, 베이스(20)의 내부에 있어서 발열체로부터 먼 부위에 배치된다. 지지판(32)의 상면에 지지되는 방열 핀(31)과 지지판(32)의 하면에 지지되는 방열 핀(31)은 동일한 레이아웃(layout)을 갖는다. 구체적으로, 지지판(32)의 상면과 하면의 각각에 7라인의 방열 핀(31)이 배치된다. 7라인은 지지판(32)의 긴쪽 방향으로 교대로 배치된 4라인의 방열 핀(31a)과 3라인의 방열 핀(31b)을 포함한다. 각 라인의 방열 핀(31a)은 지지판(32)의 측방향(lateral direction)으로 등간격으로 배치된 4개의 방열 핀(31a)을 포함한다. 각 라인의 방열 핀(31b)은 지지판(32)의 측방향으로 등간격으로 배치된 3개의 방열 핀(31b)을 포함한다. 방열 핀(31b)은 측방향으로 이웃하는 방열 핀(31a) 사이에 배치된다. 이 경우, 각 제1 방열 핀(31a)의 하류측의 일부와 제2 방열 핀(31b)의 상류측의 일부가, 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 지지판(32)의 측방향에 있어서 서로 겹치도록, 방열 핀(31a)과 방열 핀(31b)이 냉각 매체의 유동 방향으로 배치된다. 즉, 제1 방열 핀(31a)의 하류측의 일부와 제2 방열 핀(31b)의 상류측의 일부는, 지지판(32)의 측방향에 평행한 선 상에 있어서 서로 겹치도록 배치된다. 또한, 방열 핀(31a)은, 지지판(32)의 측방향으로 간격(P)을 두고 방열 핀(31b)으로부터 이격된다.
각 방열 핀(31)은, 일정한 폭으로 지지판(32)으로부터 돌출되고, 방열 핀(31)의 돌출 방향의 전역(全域)에 걸쳐 균일한 측방향 단면 형상을 갖는다. 측방향 단면 형상이란, 방열 핀(31)의 돌출 방향과 교차, 즉 직교하는 방향에 있어서의 방열 핀(31)의 단면 형상을 가리킨다. 방열 핀(31)은, 내부 영역(S)에 있어서, 냉각 매체의 유동 방향의 치수(L2)가 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 측방향의 치수(L1)보다도 큰 마름모꼴 형상의 측방향 단면 형상을 갖는다. 즉, 방열 핀(31)의 측방향 단면 형상은 냉각 매체의 유동 방향에 있어서 상대적으로 긴 대각선을 갖는다. 방열 핀(31)의 측방향 단면 형상은 측방향에 있어서 상대적으로 짧은 대각선을 갖는다. 방열 핀(31)의 측방향 단면 형상은 4개의 직선 형상의 변부(A1, A2, A3, A4)로 이루어진다. 2개의 변부(A1, A2)는 냉각 매체의 유동 방향의 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 측방향에 있어서 서로 멀어지도록 연장된다. 변부(A1, A2)가 교차하여 모서리부(C)를 형성한다. 모서리부(C)는 냉각 매체의 유동 방향의 상류측을 향하고 있다. 또한, 각 방열 핀(31a)과 인접하는 방열 핀(31b) 사이의 간격(P)은, 냉각 매체의 유동 방향에 있어서의 방열 핀(31)의 측방향 단면 형상의 치수(L2)보다도 작다. 여기서 간격(P)은 측방향에 있어서의 방열 핀(31a)과 인접하는 방열 핀(31b) 사이의 간격이다. 방열 핀(31)의 모서리부(C)에서, 2개의 변부(A1, A2)가 예각을 이루도록 교차한다. 각 방열 핀(31)은 지지판(32)으로부터의 돌출량이 서로 동일하다. 지지판(32)의 상면으로부터 상방으로 돌출되는 각 방열 핀(31)의 선단부는 제1 베이스 형성 부재(21)의 바닥판(23)에 결합된다. 지지판(32)의 하면으로부터 하방으로 돌출되는 각 방열 핀(31)의 선단부는 제2 베이스 형성 부재(22)의 바닥판(23)에 결합된다.
다음으로, 상기와 같이 구성된 냉각 장치(10)의 작용에 대해서 설명한다.
본 실시 형태의 냉각 장치(10)에서, 방열 핀(31)의 측방향 단면 형상은, 냉각 매체의 유동 방향의 치수(L2)가 측방향의 치수(L1)보다도 크다. 이에 비해, 종래에 알려진 방열 핀의 측방향 단면 형상은 원형 형상으로 되어 있어, 냉각 매체의 유동 방향의 치수와 측방향의 치수가 동일하다. 따라서, 본 실시 형태의 방열 핀(31)의 측방향 단면 형상에서는, 종래와 달리, 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 측방향의 치수를 증대시키지 않고, 냉각 매체의 유동 방향의 방열 핀(31)의 치수를 증대시키는 것이 가능하다.
본 실시 형태의 방열 핀(31)에서, 냉각 매체의 유동 방향으로 방열 핀(31)의 치수가 증대함에 따라 냉각 매체와 방열 핀(31) 사이의 접촉하는 면적이 커진다. 결과적으로, 방열 핀(31)은 냉각 매체와 더 많은 열을 교환한다. 따라서, 반도체 소자(28)로부터 베이스(20)에 전달된 열이 방열 핀(31)과 냉각 매체 사이에서 효율 좋게 열교환 된다. 따라서, 냉각 장치(10)에 의한 반도체 소자(28)의 냉각 효율의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서 방열 핀(31)의 치수는, 종래의 방열 핀과 달리, 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 측방향에서 변화하지 않는다. 즉, 냉각 매체의 유동이 방열 핀(31)에 의해 차단되는 정도는 종래에 비하여 크게 변화하지 않는다. 따라서, 본 실시 형태는, 냉각 매체가 베이스(20)의 내부 영역(S)을 통과할 때, 방열 핀(31)에 의해서 야기되는 압력 손실의 증대를 억제한다.
특히, 본 실시 형태의 방열 핀(31)의 모서리부(C)는 냉각 매체의 유동 방향의 상류측을 향하고 있고 예각을 이루도록 날카롭고 뾰족한 형상으로 되어 있다. 따라서, 도 3에 화살표로 나타낸 바와 같이, 방열 핀(31)의 모서리부(C)는, 냉각 매체의 유동을, 베이스(20)의 내부 영역(S)에 있어서 방열 핀(31)의 측방향 양측으로 넓어지도록 원활하게 유도한다. 이는 냉각 매체가 베이스(20)의 내부 영역(S)을 통과할 때의 압력 손실이 방열 핀(31)에 의해 증대되는 것을 더욱 억제한다.
따라서, 상기 실시 형태에 의하면, 이하와 같은 이점을 얻을 수 있다.
(1) 방열 핀(31)의 측방향 단면 형상은, 베이스(20)의 내부 영역(S)에 있어서의 냉각 매체의 유동 방향의 치수(L2)가 베이스(20)의 내부 영역(S)에 있어서의 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 측방향의 치수(L1)보다도 크다. 측방향 단면 형상이 원형 형상인 방열 핀(31)과 달리, 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 측방향의 치수를 변화시키지 않고, 냉각 매체의 유동 방향에 있어서의 방열 핀(31)의 치수를 크게 하는 것이 가능해진다. 방열 핀(31)의 치수가, 냉각 매체의 유동 방향에 있어서 커지면, 반도체 소자(28)로부터 전달되는 열이 방열 핀(31)과 냉각 매체 사이에서 효율 좋게 열교환 된다. 이는 반도체 소자(28)에 대한 냉각 효율을 향상시킨다. 또한, 방열 핀(31)의 치수는 측방향에 있어서 변화하지 않는다. 이는 베이스(20)의 내부 영역(S)에 있어서의 방열 핀(31)에 의한 유로 저항이 증대되는 것을 억제한다. 따라서, 본 실시 형태는 냉각 매체가 베이스(20)의 내부 영역(S)을 통과할 때의 압력 손실의 증대를 억제하면서, 반도체 소자(28)에 대한 냉각 효율을 향상시킨다.
(2) 방열 핀(31)은 4개의 변부(A1, A2, A3, A4)에 의해서 이루어지는 측방향 단면 형상을 갖는다. 2개의 변부(A1, A2)는 냉각 매체의 유동 방향의 상류측을 향하고 있는 부위에서 교차한다. 이는 베이스(20)의 내부 영역(S)에 있어서의 방열 핀(31)에 의한 유로 저항을 더욱 크게 저감시킬 수 있고, 냉각 매체가 베이스(20)의 내부 영역(S)을 통과할 때의 압력 손실의 증대를 더욱 억제할 수 있다.
(3) 방열 핀(31)에서, 2개의 변부(A1, A2)가 교차하는 부위는 모서리부(C)이다. 따라서, 방열 핀(31)의 측방향 단면 형상은, 냉각 매체의 유동 방향에 있어서의 상류측을 향하고 있는 부위가 냉각 매체의 유동 방향의 상류측을 향하여 뾰족한 형상(sharply point)을 갖는다. 이는 베이스(20)의 내부 영역(S)에 있어서의 방열 핀(31)에 의한 유로 저항을 더욱 크게 저감시키고, 냉각 매체가 베이스(20)의 내부 영역(S)을 통과할 때의 압력 손실의 증대를 더욱 억제할 수 있다.
(4) 방열 핀(31)의 측방향 단면 형상은 마름모꼴 형상이고, 냉각 매체의 유동 방향으로 상대적으로 길게 연장되는 형상이다. 이는 냉각 매체의 유동 방향에 있어서의 방열 핀(31)의 강성(剛性)을 충분하게 확보한다. 방열 핀(31)의 측방향 단면 형상은, 2개의 변부(A1, A2)가 교차하는 부위로부터 냉각 매체의 유동 방향을 향하여 베이스(20)의 내부 영역(S)의 측방향 양측으로 넓어지도록 연장되는 형상이다. 이는 베이스(20)의 내부 영역(S)에 있어서의 방열 핀(31)에 의한 유로 저항을 저감시키고, 냉각 매체가 베이스(20)의 내부 영역(S)을 통과할 때의 압력 손실의 증대를 억제할 수 있다.
(5) 베이스(20)의 내부 영역(S)에서, 복수의 방열 핀(31)이 엇갈린 형상으로 배치된다. 냉각 매체는, 베이스(20)의 내부 영역(S)에 배치된 방열 핀(31) 사이를 원활하게 유동할 수 있다. 이는 냉각 매체가 베이스(20)의 내부 영역(S)을 통과할 때의 압력 손실의 증대를 더욱 억제할 수 있다.
(6) 방열 핀(31)은 서로, 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 측방향으로 적절한 간격(P)을 두고 이격된다. 이는 냉각 매체가 베이스(20)의 내부 영역(S)을 통과할 때의 압력 손실의 증대를 억제하면서, 반도체 소자(28)에 대한 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
(7) 방열 핀(31a)의 하류측의 일부와 인접 방열 핀(31b)의 상류측의 일부는 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 방향에 있어서 겹친다. 이는 양 방열 핀(31a, 31b) 사이에 형성되는 냉각 매체의 유로의 단면적이 변하는 것을 억제한다. 이는 또한 냉각 매체가 베이스(20)의 내부 영역(S)을 통과할 때의 압력 손실의 증대를 더욱 억제한다.
(8) 반도체 소자(28)가 베이스(20)에 절연 기판(27)에 의해서 접합된다. 이 접합에서는, 베이스(20)와 절연 기판(27) 사이의 선열팽창 계수의 차이가 존재한다. 이는 절연 기판(27)의 긴쪽 방향이 되는 냉각 매체의 유동 방향으로 특히 크게 베이스(20)를 휘게 할 수 있다. 예를 들면, 베이스(20)는 절연 기판(27)으로부터 부분적으로 이간된다. 이와 관련하여, 본 실시 형태의 방열 핀(31)은, 베이스(20)에 있어서의 냉각 매체의 유동 방향에서의 강성을 특히 강화한다. 따라서, 이러한 베이스(20)의 휨을 방열 핀(31)이 억제할 수 있다.
이들 실시 형태는, 이하와 같이 변경될 수 있다.
실시 형태에 있어서, 방열 핀(31)은 지지판(32)의 상하 양면에 위치된다. 그러나, 적어도 상하 양면의 어느 한쪽, 바람직하게는 상면에 방열 핀(31)이 설치될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 방열 핀(31)은 둥그스름한 모서리부(C)를 갖는 마름모꼴 형상의 측방향 단면 형상을 가질 수 있다.
도 4b를 참조하면, 방열 핀(31)은 반마름모꼴 형상(half rhombic) 및 반타원 형상(half ellipsoidal)의 측방향 단면 형상을 가질 수 있다. 여기서 제1 부위(31A)는 냉각 매체의 유동 방향의 상류측(도 4b에서는 좌측)에 위치하는 방열 핀(31)의 절반 부분이고 반마름모꼴 형상이다. 제2 부위(31B)는 냉각 매체의 유동 방향의 하류측(도 4b에서는 우측)에 위치하는 방열 핀(31)의 다른 절반 부분이고 반타원 형상이다. 즉, 방열 핀(31)은 냉각 매체의 유동 방향에 있어서 비대칭인 측방향 단면 형상을 가질 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 방열 핀(31)은, 냉각 매체의 유동 방향으로 상대적으로 길게 연장된다. 또한, 방열 핀(31)의 측방향 단면 형상은 냉각 매체의 유동 방향을 향하여 베이스(20)의 방열 핀(31)의 측방향으로 넓게 퍼지도록 연장되는 형상을 갖는다. 이는 상기 실시 형태의 (4)와 동일한 이점을 얻을 수 있다.
도 4c를 참조하면, 방열 핀(31)은 육각형 형상의 측방향 단면 형상을 가질 수 있다. 더욱이, 방열 핀(31)은, 냉각 매체의 유동 방향에 있어서의 치수가 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 방향의 치수보다도 크기만 하면, 임의의 수의 모서리부를 갖는 다각형 형상의 측방향 단면 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 다각형 형상의 모서리부는, 뾰족한 형상(sharp) 또는 둥그스름한 형상(round)이 될 수 있다.
도 4d를 참조하면, 방열 핀(31)은 냉각 매체의 유동 방향으로 가늘고 길게 연장되는 타원 형상의 측방향 단면 형상을 가질 수 있다. 즉, 방열 핀(31)은 교차하지 않고 매끄럽게 이어지는 측방향 단면 형상을 가질 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 간격(P)이 치수(L2)만큼 넓어질 수 있다. 여기서 간격(P)은 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 방향에 있어서의 방열 핀(31a)과 인접 방열 핀(31b) 사이의 간격이다. 치수(L2)는 냉각 매체의 유동 방향에 있어서의 방열 핀(31)의 측방향 단면 형상의 길이이다.
일 실시 형태에 있어서, 방열 핀(31)은 폭이 일정하지 않게 돌출될 수 있다. 예를 들면, 방열 핀(31)은 돌출 방향의 선단측을 향하여 폭이 점차 가늘어지도록(taper) 피라미드 형상(pyramid shape)이나 타원뿔 형상(elliptical shape)을 가질 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 방열 핀(31)은 위에서 보았을 때에 격자 형상(grid)으로 배치될 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 지지판(32)에서 지지되는 방열 핀(31)의 수는 증가될 수도 있고, 감소될 수도 있다.
일 실시 형태에 있어서, 지지판(32)의 상면에 지지되는 방열 핀(31)의 수와, 지지판(32)의 하면에 지지되는 방열 핀(31)의 수는 변경될 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 지지판(32)에 지지되는 모든 방열 핀(31)은 반드시 동일한 형상으로 균일할 필요는 없다. 즉, 지지판(32)은 다른 형상의 방열 핀(31)을 지지할 수 있다. 방열 핀(31)의 일부는 냉각 매체의 유동 방향으로 상대적으로 길게 연장되는 마름모꼴 형상의 측방향 단면 형상을 가질 수 있다. 방열 핀(31)의 나머지는 냉각 매체의 유동 방향으로 상대적으로 길게 연장되는 다른 형상의 측방향 단면 형상을 가질 수 있다.
일 실시 형태에 있어서, 지지판(32)은 내부 영역(S)을 상하로 반드시 구분될 필요는 없다. 내부 영역(S)은 상하 양면 중 하나의 면에만 방열 핀(31)을 포함하는 지지판(32)을 수용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 발열체가 접합되는 외부, 내부, 입구 및, 출구를 포함하는 베이스(base)와,
    상기 베이스의 내부에서 상기 발열체에 가까운 부위에 위치되고, 상기 입구로부터 상기 출구에 걸쳐 배치되는 복수의 핀 형상(pin-shape)의 방열 핀(radiator fin)
    을 구비하는 냉각 장치로서,
    상기 냉각 장치는, 냉각 매체가 상기 베이스의 내부를 상기 입구로부터 상기 출구를 향하여 유동(flowing)함으로써, 상기 발열체를 냉각하고,
    상기 방열 핀의 각각은, 상기 냉각 매체의 유동 방향의 치수와 상기 냉각 매체의 유동 방향에 직교하는 측방향의 치수를 갖는 측방향 단면(斷面) 형상을 포함하고, 상기 유동 방향의 치수는 상기 측방향의 치수보다도 크고,
    상기 방열 핀은 서로, 상기 측방향을 따라 소정의 간격을 두고 이격되는 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 측방향 단면 형상은 2개의 변부를 포함하는 외형을 포함하고, 상기 2개의 변부는 서로, 상기 냉각 매체의 유동 방향의 상류측으로부터 하류측을 향함에 따라 상기 대응하는 방열 핀의 측방향 양측으로 멀어지도록 연장되고, 상기 2개의 변부는 상기 냉각 매체의 유동 방향의 상류측을 향하고 있는 부위에서 교차하는 냉각 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 2개의 변부가 교차하는 부위는 모서리부(corner)인 냉각 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 방열 핀의 각각은 마름모꼴 형상의 측방향 단면 형상을 갖는 냉각 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 방열 핀의 각각은,
    상기 냉각 매체의 유동 방향의 상류측에 위치하고, 상기 2개의 변부가 교차하는 부위를 포함하는 제1 부위와,
    상기 냉각 매체의 유동 방향의 하류측에 위치하고, 상기 2개의 변부가 교차하는 부위를 포함하지 않는 제2 부위
    를 포함하는 냉각 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방열 핀의 각각은 타원 형상의 측방향 단면 형상을 갖는 냉각 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방열 핀은 엇갈린 형상(staggered manner)으로 배치되는 냉각 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소정의 간격은, 상기 방열 핀의 각각의 상기 유동 방향에 있어서의 치수 이하인 냉각 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방열 핀은 상기 냉각 매체의 유동 방향을 따라 배치되는 제1 방열 핀과 제2 방열 핀을 포함하고, 상기 제1 방열 핀에 있어서의 하류측의 일부와 상기 제2 방열 핀에 있어서의 상류측의 일부는, 상기 측방향에서 겹치는 냉각 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 냉각 장치와,
    절연 기판과,
    상기 발열체로서 기능을 하며 상기 절연 기판에 의해서 상기 베이스에 접합되는 반도체 소자
    를 포함하는 반도체 장치.
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