WO2011058622A1

WO2011058622A1 - ヒートシンク、ヒートシンクアセンブリ、半導体モジュール及び冷却装置付き半導体装置

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Publication number: WO2011058622A1
Application number: PCT/JP2009/069187
Authority: WO
Inventors: 和也小谷; 亮武田
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2009-11-11
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2011-05-19
Also published as: US20120217630A1; US8558373B2; CN102598253A; DE112009005359T5

Abstract

　ヒートシンク（１）は、ベース（１Ａ）と、ベース（１Ａ）の一方の面上に設置されるサブミリオーダーの狭ピッチで平行に配置された多数の放熱フィン（１Ｂ）と、を備える。多数の放熱フィンの各々は、厚さをサブミリオーダーとし、幅方向の長さを60 mm以下とし、高さを40 mm以下とする。このヒートシンク（１）を複数台並べ、各ヒートシンク（１）の間を熱輸送デバイス（４）にて熱的に接続することにより、ヒートシンクアセンブリ（５）を構成してもよい。

Description

ヒートシンク、ヒートシンクアセンブリ、半導体モジュール及び冷却装置付き半導体装置

　本発明は、ヒートシンク、ヒートシンクアセンブリ、半導体モジュール及び冷却装置付き半導体装置に関する。

　一般に、パワー半導体素子の冷却装置は、図１や図２に示すように、パワー半導体モジュール１０１に絶縁材１０２とグリースや熱伝導接着材などのサーマルインターフェースマテリアル１０３とを介してヒートシンク１０４をボルト締めすることによって加圧接触させる構成である。そして、強制空冷のためにファン１０５をヒートシンク１０４の放熱フィン１０４Ｂに沿う方向に送風するように設置している。

　電力変換装置の運転時にパワー半導体素子で発生する熱は、パワー半導体モジュール１０１から接触境界のサーマルインターフェースマテリアル１０３を介し、ヒートシンク１０４のベース１０４Ａ、放熱フィン１０４Ｂを通過して周囲環境（大気）へ放熱される。

　ところが、上述の強制空冷式のパワー半導体素子の冷却装置の場合、パワー半導体素子の発熱密度（数十万 W/m²）に対して、放熱部であるヒートシンク１０４の熱伝達率（数十 W/m²K）が低く、許容できる温度差（数十℃）以内に保つためには、放熱面積を発熱面積の数百倍に拡大する必要があった。

　この面積の拡大過程において、熱伝導抵抗（固体熱伝導による熱抵抗）、接触熱抵抗（固体と固体の接触による熱抵抗）、広がり熱抵抗（発熱部品からの熱が４５°の角度で広がりながらヒートシンク１０４まで伝わることの熱抵抗）、フィン効率（放熱フィン１０４Ｂ全体の温度が一様でないことの補正）、ヒートシンク効率（入風温度と出風温度が一様でないことの補正）などの放熱を妨げる要因が発生する。このため、パワー半導体モジュール１０１の体積に比べて、ヒートシンク１０４の体積が非常に大きくなっていた。

　従来のパワー半導体素子の冷却装置の一例として、図１に示した大型ＩＧＢＴモジュールと冷却装置とで構成される電力変換装置について述べる。パワー半導体素子の発熱損失を2000 W、許容するジャンクション温度125 ℃（周囲温度40 ℃）とすれば、強制空冷用ファン１０５を搭載した大型カシメ式ヒートシンク１０４（W330mm×L300mm×H110mm）を適用するのは妥当な解の１つである。このとき、ヒートシンク１０４の熱抵抗は0.028 K/W、体積は10890 cm³なので、体積熱抵抗は305 cm³ K/Wである（ヒートシンクの性能指数）。

　このヒートシンク１０４の体積を小型化するには、効率良く放熱するための冷却手段が必要である。その１つの手段は、ヒートパイプ式や沸騰式などの冷媒の蒸発凝縮による潜熱と移動を利用して熱輸送を行う冷却器で、ヒートシンク体積を約１／２～１／３にすることが可能である（非特許文献１）。このヒートシンクは電気車両用の冷却装置としても広く用いられている（特許文献１）。

　もう１つの手段は、水冷式などのポンプで冷媒を強制循環して熱輸送を行う冷却器である。発熱部品の直近にマイクロチャネルを構成して熱伝導抵抗を減らし、放熱面積を増大して冷媒への熱伝達抵抗を減らすことで、冷却可能な熱流速を増大して高発熱密度の発熱部品の冷却を可能にしているものもある（特許文献２～５）。また、衝突噴流を用いて、熱伝達抵抗を減らし、同様な効果を得るものもある（特許文献６、７）。

　しかしながら、非特許文献１および特許文献１～７に記載の従来の装置では、受熱ブロックは小型化できるが、周囲環境（大気）への放熱には別途、気液式熱交換器が必要となる。このため、周辺部品（駆動ポンプやチューブ）を含めれば、水冷式冷却装置の体積はヒートパイプ式や沸騰冷却式冷却装置と同等以上になる。

　このように、上述した非特許文献１および特許文献１～７に記載の従来のパワー半導体素子の冷却装置では、冷媒の循環による熱輸送機構が必要となる。このため、受熱ブロック、熱輸送機構、放熱フィンを含めたヒートシンク全体のコストは増大していた。また、これら従来のパワー半導体素子の冷却装置では、受熱ブロックと放熱フィンとを分離することができるので、レイアウトの自由度が高い。しかし、受熱ブロック、熱輸送機構、放熱フィンを含めた冷却装置全体の体積は約１／２～１／３程度であり、それほど小さくはならない。さらに、冷媒の凍結や液漏れという問題も起こり得るため、その対策が必要とされる問題点もあった。

特開２０００－６０１０６号公報特開平６－３２６２２６号公報特開平７－６６３３８号公報特開２００２－１５１６４０号公報特開２００６－１９７３０号公報特開平５－３２７４号公報特開平１０－２２４２８号公報

「冷媒自然循環技術を用いた沸騰冷却器の開発（コンピュータチップ用小型沸騰冷却器）」、デンソーテクニカルレビューVol.7、No.1、p.128-135、2002年

　本発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、発熱性の半導体素子に対して用いることでその温度を低く保つことができ、しかも、冷却手段の体積を小型化でき、かつ安価にして信頼性を高く保つことができるヒートシンク、及び、このヒートシンクを用いたヒートシンクアセンブリ、半導体モジュール及び冷却装置付き半導体装置を提供することを目的とする。

　本発明の第１の技術的特徴は、強制空冷用ファンと共に使用するヒートシンクであって、ベースと、前記ベースの一方の面上に設置されるサブミリオーダーの狭ピッチで平行に配置された多数の放熱フィンと、を備え、前記多数の放熱フィンの各々は、厚さをサブミリオーダーとし、幅方向の長さを60 mm以下とし、高さを40 mm以下としたヒートシンクである（ヒートシンクは、幅方向の長さを10～60 mm、高さを10～40 mmとしてもよい）。

　本発明の第２の技術的特徴は、少なくとも２つの本発明の第１の技術的特徴に係るヒートシンクと、前記少なくとも２つのヒートシンクの間を熱的に接続する熱輸送デバイスと、を備えたヒートシンクアセンブリである。

　本発明の第３の技術的特徴は、本発明の第１の技術的特徴に係るヒートシンクと、前記ベースの他方の面上に熱伝導可能な状態で配置された受熱ブロックと、前記受熱ブロックに設置された半導体素子と、を備えたことを特徴とする半導体モジュールである。

　本発明の第４の技術的特徴は、本発明の第２の技術的特徴に係るヒートシンクアセンブリと、前記ヒートシンクアセンブリの少なくとも１つの前記ヒートシンクに対して前記ベースの他方の面上に熱伝導可能な状態で配置された受熱ブロックと、前記受熱ブロックに設置された半導体素子と、を備えた半導体モジュールである。

　本発明の第５の技術的特徴は、本発明の第３または第４の技術的特徴に係る半導体モジュールと、前記半導体モジュールを収容する筐体と、前記筐体に取り付けられ前記半導体モジュールの前記多数の放熱フィンに対して外気を送風するファンと、を備えた冷却装置付き半導体装置である。

　本発明の第１の技術的特徴に係るヒートシンク又は第２の技術的特徴に係るヒートシンクアセンブリによれば、発熱性の半導体素子を強制冷却する冷却装置として強制空冷用ファンと共に用いることでその温度を低く保つことができ、しかも、冷却装置の体積を小型化でき、かつ安価にして信頼性を高く保つことができる。

　また、本発明の第３又は第４の技術的特徴に係る半導体モジュール及び第５の技術的特徴に係る冷却装置付き半導体装置によれば、小型にて安価、かつ信頼性の高いヒートシンク又はヒートシンクアセンブリを冷却手段に利用しているので、冷却装置を備えた半導体モジュールとして、また半導体装置としても小型化が図れる。

従来の強制空冷式のパワー半導体素子の冷却装置の斜視図である。従来の強制空冷式のパワー半導体素子の冷却装置の断面図である。本発明の実施例１のヒートシンクの斜視図である。本発明の実施例１のヒートシンクであって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図４におけるＣ部の拡大図である。本発明の実施例１に係るヒートシンクの長さに関する特性を示すグラフであって、（ａ）は熱抵抗の特性、（ｂ）は体積熱抵抗の特性、（ｃ）は最適放熱フィン形状の特性を示す。本発明の実施例１に係るヒートシンクの高さに関する特性を示すグラフであって、（ａ）は熱抵抗の特性、（ｂ）は体積熱抵抗の特性、（ｃ）は最適放熱フィン形状の特性を示す。本発明の実施例１に係るヒートシンクの幅に関する特性を示すグラフであって、（ａ）は熱抵抗、（ｂ）は体積熱抵抗の特性、（ｃ）は最適放熱フィン形状の特性を示す。本発明の実施例２に係るヒートシンクアセンブリの正面図である。本発明の実施例３に係る冷却装置付き半導体装置の一部破断せる斜視図である。本発明の実施例４に係る冷却装置付き半導体装置の一部破断せる斜視図である。

　まず、本発明の原理について説明する。ヒートシンクの外形（幅Ｗ、高さＨ、長さＬ）と冷却ファンの能力が決まれば、放熱能力が最良となる放熱フィン形状は以下の式で求められる。

　１）流れ解析
　ヒートシンク長さL [m]、放熱フィン高さH_fin [m]、ギャップg [m]の長方形ダクトの水力等価直径D [m]は、次の通りである。

　〔数１〕
　　　　D = 2 g H_fin /( g + H_fin )　
　レイノルズ数Reは、流体密度ρ [kg/m³]、流体粘度μ [Pa s]、放熱フィン平均流速U_ar [m/s]から、次の通りである。

　〔数２〕
　　　　Re = ρ D U_ar /μ　
　Re≒2300から乱流遷移が始まるが、狭いフィンピッチのヒートシンクは、ほとんどが層流流れである。無次元水力距離x⁺は、代表長さx（ヒートシンク長さＬ）から、次のようになる。

　〔数３〕
　　　　x⁺ = x / (Re D)　
　完全発達層流流れの摩擦係数fは、次のようになる。

　〔数４〕
　　　　f Re = (19.64 G + 4.7)　
　ここで、チャネルアスペクト比Gは、
　〔数５〕
　　　　G = [(g / H_fin)² + 1] / [(g + H_fin) + 1]²　
であり、発達中の層流流れの摩擦係数f_appは、
　〔数６〕
　　　　f_app Re = {[3.2 (x⁺)^-0.57]² + (f Re)²}^1/2　
である。層流流れが十分発達するまでの助走距離Xは、
　〔数７〕
　　　　X / D = 0.0065 Re　
であり、この助走距離区間内では圧力損失が余分に生じている。

　次いで、縮小係数K_c、拡大係数K_eを求める。フィン密度σは、放熱フィンのピッチ間隔p [m]に対して、
　〔数８〕
　　　　σ = g / p　
であり、縮小係数K_cは、
　〔数９〕
　　　　K_c = 0.8 - 0.4σ²　
であり、拡大係数K_eは、
　〔数１０〕
　　　　K_e = (1-σ)²　
であり、ヒートシンクの圧力損失ΔP_hs [Pa]は、
　〔数１１〕
　　　　ΔP_hs = (K_c + 4f_app x⁺ + K_e) H_ar　
である。

　ここで、H_ar [Pa]は、フィン水力ヘッドであり、次式のようになる。

　〔数１２〕
　　　　H_ar = ρ U_ar ² / 2　
　体積流量率V [m³/s]は、ヒートシンク幅W [m]から、
　〔数１３〕
　　　　V = WσH_finU_ar　
である。

　ファンパワーP [W]は、体積流量率×圧力損失に等しくなるため、
　〔数１４〕
　　　　P = V ΔP　
である。

　２）伝熱解析
　長方形ダクトの完全発達層流流れのヌセルト数Nuは、
　〔数１５〕
　　　　Nu = 8.31G - 0.02　
であり、無次元サーマルチャネル長さx^*は、プラントル数をPrとすると、
　〔数１６〕
　　　　x^* = x / (Re D Pr)　
である。

　平均ヌセルト数Nu_mは、
　〔数１７〕
　　　　Nu_m = {[2.22 (x*)^-0.33]³ + Nu³}^1/3　
であり、平均熱伝達係数h_m [W/m² K]は、空気の熱伝導率k_f [W/m K]から、
　〔数１８〕
　　　　h_m = Nu_m k_f / D　
であり、ヒートシンクの対流熱抵抗θ_con [K/W]は、ヒートシンク表面積A_w [m²]から、
　〔数１９〕
　　　　θ_con = 1 / (h_m A_w)　
である。

　ヒートシンクの容量熱抵抗θ_cap [K/W]は、空気の比熱容量c_p [J/kg K]から、
　〔数２０〕
　　　　θ_cap = 1 / (V ρ c_p)　
であり、熱交換器で使われる概念の移動単位数NTUは、
　〔数２１〕
　　　　NTU = h_m A_w / (V ρ c_p)　
である。

　理想の熱移動に対する現実の比であるヒートシンク効率εは、
　〔数２２〕
　　　　ε = 1 - exp(-NUT)　
である。

　フィン効率ηによる修正が加えられる。
　〔数２３〕
　　　　η = tanh(b H_fin) / (b H_fin)　
　ここで、ｂは放熱フィンの熱伝導率k_s [W/m K]から、
　〔数２４〕
　　　　b = [2h_m/(k_s t)]^1/2　
であり、ヒートシンクの熱抵抗θ_hs [K/W]は、
　〔数２５〕
　　　　θ_hs = θ_cap/(η ε)　
である。

　この計算結果から、放熱能力が最良となる放熱フィン形状をとる場合、ヒートシンク長さＬは、ある一定の長さ以上は必要でないことが分かる。すなわち、従来のパワー半導体素子用の強制空冷式ヒートシンクはヒートシンク長さ200 mm～300 mmのものが主流であるが、同じ放熱能力をヒートシンク長さ20 mm～30 mmで実現することができことが分かる。このようなヒートシンクは、小型化、低コスト化の両面で優位である。

　１つの例として、ファンパワーPQ = 0.05 [W]、ヒートシンク幅W = 40 [mm]、ヒートシンク高さH = 10 [mm]（ベース厚１[mm]）とした場合に、ヒートシンク長さL [mm]、放熱フィン厚さTf [mm]、放熱フィンギャップGf [mm]の値を放熱能力が最良となるように最適化した計算結果について、以下の実施例で説明する。

　以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

　図３～図５に本発明の実施例１に係るパワー半導体用の高密度放熱フィンヒートシンク１の構成を示す。図３に示すように、ヒートシンク１の形状は、ヒートシンク１の外形に相当する幅Ｗと高さＨと長さＬ、冷却面ベース１Ａの厚さＴｂ、放熱フィン１Ｂの厚さＴｆとギャップＧｆと高さＨｆ、で規定される。ヒートシンク１の幅Ｗは、放熱フィン１Ｂの並び方向の長さである。ヒートシンク１の長さＬは、ファンの風の流れに沿う方向であり、放熱フィン１Ｂの幅と等しい。

　図４、図５に示すように、放熱フィン１Ｂの各々はサブミリオーダーの厚さであり、多数の放熱フィン１Ｂがサブミリオーダーの狭ピッチで平行に配置される構成である。そして、ヒートシンク１の長さＬと高さＨとを小さくすることで、以下の３つの効果が得られる。

　１つめは、サブミリオーダーの厚さを有する多数の放熱フィン１Ｂが狭ピッチで平行に配置される構成とすることで、ヒートシンク１の圧力損失は増加するものの、全放熱フィン面積が増加し、ヒートシンク長さＬの増加と同等の効果が得られる。従って、実施例１のヒートシンク１は、従来のヒートシンクより大幅に長さＬを短くでき、小型化することができる。

　２つめは、ヒートシンク１の長さＬが短くなることで、境界助走区間（未発達領域）の利用率が高くなる。このため、実施例１のヒートシンク１は従来のヒートシンクより優れた放熱能力を得ることができる。

　３つめは、ヒートシンク１が小さくなることで、熱伝導抵抗、広がり抵抗、フィン効率、ヒートシンク効率などの放熱を阻害する要因をほとんどなくすことができる。

　次に、図１、図２に示したファン１０５を用いて強制空冷のパラメーター半導体モジュールの冷却装置を構成し、単位面積当りのファンパワーPQ = 125 [W/m²]とした場合を考える。このとき、幅W=40 mm、高さH=10 mmのヒートシンク１において、ヒートシンク長さＬを関数として、熱抵抗、体積熱抵抗、最適放熱フィン形状を計算した結果を図６に示す。

　この計算結果から、サブミリオーダーの厚さの最適な放熱フィン形状を常に採用した場合、図６（ａ）のグラフに示したように、ヒートシンク長さＬを60mm以上に増大させても、熱抵抗の減少にはほとんど寄与しないことが分かる。また、図６（ｂ）のグラフに示したように、ヒートシンク長さＬが長いほどに体積当たりの冷却性能を示す体積熱抵抗は増大、すなわち悪化の一途をたどることが分かる。以上から、一般的なファンやブロワで、流体として空気を用いる強制空冷方式の冷却装置の場合、ヒートシンク１の長さＬを60mm以上にしても、冷却性能の向上はほとんど期待できないことが分かる。

　同様にして、幅W=40mm、長さL=10mmのヒートシンク１において、ヒートシンク高さＨを関数として、熱抵抗、体積熱抵抗、最適放熱フィン形状を計算した結果を図７に示す。この計算結果から、ヒートシンク高さＨを40mm以上に増大させても、熱抵抗の減少にはほとんど寄与せず、体積熱抵抗が増大、すなわち悪化の一途を辿ることが分かる。以上から、一般的な条件では、ヒートシンク高さＨを40mm以上にしても、冷却性能の向上はほとんど期待できないことが分かる。

　また、参考までに、高さH=10mm、長さL=10mmのヒートシンク１において、ヒートシンク幅Ｗを関数として、熱抵抗、体積熱抵抗、最適放熱フィン形状を計算した結果を図８に示す。この計算結果から、一般的なヒートシンク１の幅Ｗと熱抵抗とが反比例の関係にあることが分かる。

　実施例１に係るヒートシンク１の場合、図１、図２に示した従来例のパワー半導体モジュール冷却装置と同じ性能の実現には、高密度放熱フィンヒートシンク（W330mm×L15mm×H15mm×３Ｐ）で可能である。このときヒートシンク１の熱抵抗は0.028 K/W、体積は223 cm³なので、体積熱抵抗は6.2 cm³K/Wである。従って、実施例１に係るヒートシンクでは、図１、図２に示した従来のヒートシンクに比べて約1/50の小型化が可能となる。

　このように、実施例１に係るヒートシンク１では、放熱フィン１Ｂの各々はサブミリオーダーの厚さであり、狭ピッチで放熱フィン１Ｂを構成し、ヒートシンク１の長さＬ、高さＨを小さくする。このことで、ヒートシンク１の体積を大幅に減少することが可能である上に、循環する冷媒による熱輸送機構がないため安価で信頼性が高い半導体冷却装置を構成できる。

　また、従来は、放熱フィン１Ｂの各々をサブミリオーダーの厚さとし、多数の放熱フィン１Ｂを狭ピッチで平行に配置するように構成することが安価にできなかった。しかし、近年の製造技術の進歩に伴い、精密加工プレスなどの技術を応用することで、実施例１に係る高密度放熱フィンヒートシンク１の製作が可能である。現在、従来の大型カシメ式ヒートシンクの材料コストと、実施例１に係る高密度放熱フィンヒートシンクの量産製造コストはほぼ等しい。結果的に、従来の大型カシメ式ヒートシンクに対し、同等の熱抵抗の高密度放熱フィンヒートシンクが、同等のコストで、かつ数１０分の１のサイズで提供することができる。従って、今後、材料コストが増大した場合には、実施例１に係る高密度放熱フィンヒートシンクの方がコストの面でも優位になる。

　なお、実施例１に係る高密度放熱フィンヒートシンク１は、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴのようなパワー半導体素子の冷却装置への利用を想定しているが、ＣＰＵや抵抗などの発熱性の半導体素子のいずれでも適用が可能である。

　実施例１に係る高密度放熱フィンヒートシンク１は、放熱フィン１Ｂがサブミリオーダーの厚さかつ狭ピッチのため、放熱フィンの強度、汚れに対して不安がある。従って、そのような環境においては、汚損防止のためエアフィルタを設けることが望ましい。そのためには、ファン１０５が吸込ファンであれば、その吸込口にエアフィルタを設ければよい。またファン１０５が排気ファンであれば、冷却装置を収容する筐体のファン設置側とは反対側の吸込口にエアフィルタを設ければよい。

　本発明の実施例２に係るヒートシンクアセンブリ５について、図９を参照して説明する。実施例２に係るヒートシンクアセンブリ５は、実施例１に係る高密度放熱フィンヒートシンク１を複数台、ヒートパイプ、ヒートレーンなどの熱輸送デバイス２で高さ方向に接続し、かつ、受熱面に受熱ブロック３を設置した構造である。ここで、受熱面とは、ベース１Ａの両面の内、多数の放熱フィン１Ｂが配置されていない方の面のことを指す。

　高密度放熱フィンヒートシンク１の場合、実施例１および図７に示したように、ヒートシンク高さＨをある程度以上に増加しても冷却能力は向上しない。しかし、実施例２に係るヒートシンクアセンブリ５のように熱輸送デバイス２を利用することで、ヒートシンク１単体の高さＨを増加した場合に生じる体積熱抵抗の増加を排除でき、冷却能力を向上できる。

　実施例２に係るヒートシンクアセンブリ５についても、実施例１に係るヒートシンク１と同様に強制空冷式の半導体素子の冷却装置、強制空冷式の半導体モジュールの冷却装置として使用することができる。

　本発明の実施例３に係る冷却装置付き半導体装置８について、図１０を参照して説明する。実施例３に係る冷却装置付き半導体装置８は、実施例１に係る高密度放熱フィンヒートシンク１のベース１Ａの受熱面に受熱ブロック３を配置し、パワー半導体素子６をこの受熱ブロック３上に固定することで、パワー半導体モジュール９を構成する。パワー半導体モジュール９全体は、筐体７に内蔵される。そして、筐体７に図１、図２に示したものと同様に空冷用ファン１０５を取り付けた構造である。

　実施例３に係る冷却装置付き半導体装置８では、パワー半導体素子６とヒートシンク１は電気的に接続され、ヒートシンク１が電極端子の一部として利用される。

　本発明の実施例４に係る冷却装置付き半導体装置１０について、図１１を参照して説明する。実施例４に係る冷却装置付き半導体装置１０は、実施例１に係る高密度放熱フィンヒートシンク１を複数台、筐体７内に内蔵し、それぞれの高密度放熱フィンヒートシンク１の受熱ブロック３の受熱面にパワー半導体素子６を固定してパワー半導体モジュール９を構成する。そして、このパワー半導体モジュール９を多段にして筐体７内に内蔵させ、筐体７に図１、図２に示したものと同様に空冷用ファン１０５を取り付けた構造である。

　実施例４に係る冷却装置付き半導体装置１０でも、実施例３と同様に、各パワー半導体素子６とヒートシンク１は電気的に接続され、ヒートシンク１が電極端子の一部として利用される。

　尚、実施例３、４においては、パワー半導体素子６の両面に高密度放熱フィンヒートシンク１を配置し、はんだ接合や加圧接触などによって各ヒートシンク１がパワー半導体素子６の熱を受熱する構造にすることも可能である。

　本発明のヒートシンク、ヒートシンクアセンブリ、半導体モジュール及び冷却装置付き半導体装置は、発熱性の半導体素子に対して用いることで、その温度を低く保つことができ、しかも、冷却手段の体積を小型化でき、安価にして信頼性を高く保つことができる。

Claims

　強制空冷用ファンと共に使用するヒートシンクであって、
　ベースと、
　前記ベースの一方の面上に設置される、サブミリオーダーの狭ピッチで平行に配置された多数の放熱フィンと、
を備え、
　前記多数の放熱フィンの各々は、厚さをサブミリオーダーとし、幅方向の長さを60 mm以下とし、高さを40 mm以下としたヒートシンク。
　前記多数の放熱フィンの各々の厚さが0.1 ～ 0.6 mmであり、前記多数の放熱フィンを配置するサブミリオーダーの狭ピッチの値が0.4 ～ 1.3 mmである請求項１に記載のヒートシンク。
　少なくとも２つの請求項１に記載のヒートシンクと、
　前記少なくとも２つのヒートシンクの間を熱的に接続する熱輸送デバイスと、
を備えたヒートシンクアセンブリ。
　請求項１に記載のヒートシンクと、
　前記ベースの他方の面上に熱伝導可能な状態で配置された受熱ブロックと、
　前記受熱ブロックに設置された半導体素子と、
を備えたことを特徴とする半導体モジュール。
　請求項３に記載のヒートシンクアセンブリと、
　前記ヒートシンクアセンブリの少なくとも１つの前記ヒートシンクに対して、前記ベースの他方の面上に熱伝導可能な状態で配置された受熱ブロックと、
　前記受熱ブロックに設置された半導体素子と、
を備えた半導体モジュール。
　前記半導体素子がパワー半導体素子である請求項４又は５に記載の半導体モジュール。
　前記ヒートシンクが電極端子として用いられる請求項４又は５に記載の半導体モジュール。
　請求項４に記載の半導体モジュールと、
　前記半導体モジュールを収容する筐体と、
　前記筐体に取り付けられ、前記半導体モジュールの前記多数の放熱フィンに対して外気を送風するファンと、
を備えた冷却装置付き半導体装置。
　請求項５に記載の半導体モジュールと、
　前記半導体モジュールを収容する筐体と、
　前記筐体に取り付けられ、前記半導体モジュールの前記多数の放熱フィンに対して外気を送風するファンと、
を備えた冷却装置付き半導体装置。
　前記筐体に外気を吸い込むための吸込口を形成し、前記吸気口にエアフィルタを設けたことを特徴とする請求項８又は９に記載の冷却装置付き半導体装置。
　前記半導体素子が電力変換回路を構成している請求項８又は９に記載の冷却装置付き半導体装置。