JP4323116B2 - ヒートシンク - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子を冷却するためのヒートシンクに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６，図７は半導体装置における素子冷却用のヒートシンクを示したもので、冷却ブロック１（１ａ，１ｂ）の表面側１ａには半導体素子２が固着されている。この冷却ブロック１は、例えばアルミニウムや銅等の熱伝導性の良い材料によって製作され、その内部には水等の冷媒を循環させるための流路３が形成されている。１ａと共にヒートシンクを構成するブロック１ｂは、流路３が形成された後に被せられ、１ａ，１ｂの接合面は溶接やロー付け等によって一体化されている。４は冷媒を通すための配管の継ぎ手で、これら冷却ブロック１ａ，１ｂ、流路３および継ぎ手４によってヒートシンクが構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のヒートシンクにおいては、冷却ブロックに流路３を形成する手段として切削加工を行っているため、その切削加工には多大な時間を要し、また、ブロック１ａと１ｂとの固着は溶接等で行っているため、その溶接においても冷媒が漏れないよう細心な管理のもとに製作しなければならず、大変な手間がかかっている。このため高価なヒートシンクとなり、納期も長くなっている。
また、ヒートシンクの材料は、循環させる冷媒の種類に合ったものを選択しなければならず、例えば水の場合には腐食の関係から銅を使用する。この場合のヒートシンクは重いものとなり、更に高価となる問題を有している。
【０００４】
本発明はかかる問題点の解決を目的としてなされたもので、簡単な加工による安価なヒートシンクを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、熱伝導性の良い材料よりなる冷却ブロックに半導体素子を冷却するための冷媒循環用の流路を形成したヒートシンクにおいて、
前記冷却ブロックに冷媒循環用のパイプが埋設できる深さの凹部を押出し加工で形成し、この凹部に冷媒循環用パイプを嵌合し、このパイプと略同等の曲率を有して形成された板ばねでパイプの外部より押さえ込み、この板ばねを前記凹部端面に食い込ませることでパイプと前記冷却ブロックを一体的に形成したことを特徴としたものである。
【０００６】
本発明の第２は、熱伝導性の良い材料よりなる冷却ブロックに半導体素子を冷却するための冷媒循環用の流路を形成したヒートシンクにおいて、
前記冷却ブロックに冷媒循環用のパイプが埋設できる深さの凹部を押出し加工で形成して凹部内に冷媒循環用パイプを嵌合すると共に、この凹部の縁に連設して爪部を形成し、この爪部を屈曲させることで前記凹部に嵌合されたパイプを固定して冷却ブロックと一体的に構成したことを特徴としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を示すもので、１０は熱伝導性に優れた材料によって形成された放熱ブロック、１１は半導体素子で、１個又は複数個（ここでは複数個）冷却ブロック１０の表面に固着される。１２は冷媒を循環させるためのパイプで、このパイプ１２は図２のようにＵ字状か若しくは螺旋状に形成されて冷却ブロックの反半導体素子取付側に埋設の形で固着される。１３は継ぎ手で、この継ぎ手１３は配管を介して冷媒元に接続され、冷媒により冷却ブロック１０を冷却することによって半導体素子１１が発生した熱を吸収する。
なお、冷却ブロック１０、パイプ１２および継ぎ手１３によってヒートシンクが構成される。
上記のようなヒートシンクの製造方法について説明する。
【００１０】
実施形態１
図３は第１の実施形態を示したもので、図１におけるヒートシンクのＡ−Ａ断面図である。冷却ブロック１０の一面においてパイプ１２が配置される位置には、押し出し加工等によって予め凹部１０ａが形成される。この凹部１０ａに図２のように形成されたパイプ１２を嵌合し、嵌め込んだパイプ１２が脱落しないよう外部側より板ばね１４を矢印で示すような過程で押し込み凹部１０ａの端面に食い込ませて固定する。板ばね１４は、パイプ１２と接触する部分にはパイプ１２の曲率と略同等の曲率が形成されていることによって両者はより密着し、パイプ１２と放熱ブロック１０との一体化を強固として熱吸収効率を上げている。
【００１１】
実施形態２
図４は第２の実施形態を示したもので、冷却ブロックの凹部１０ａにパイプ１２を装着した後に押さえ板１５を被せ、ねじ又はリベット等の固定手段１６を用いてこの押さえ板１５を固定する。これによって冷却ブロック１０からのパイプ１２の脱落を防止すると共に、両者を密着して一体化することにより熱吸収効率を上げている。
【００１２】
実施形態３
図５は第３の実施形態を示したもので、冷却ブロック１０には、凹部１０ａと共に連設して突状の爪部１０ｂが形成される。このように形成された冷却ブロックの凹部１０ａにパイプ１２を嵌合し、金型２０によって外部より押圧することにより爪部１０ｂを変形させてパイプ１２を固定する。金型２０は、凹部１０ａに嵌挿されたパイプ１２の位置と対応する位置に湾曲した型部２１を有しており、この型部２１には湾曲部と連設された突部２２が形成されている。金型２０が放熱ブロック１０側に押圧されたとき、突部２２が爪部１０ｂと放熱ブロック本体間に形成された溝１０ｃの中に入り込む。これによって爪部１０ｂは、型部２１に形成された湾曲の曲面に沿って互いに内側に巻き込まれるように変形してパイプ１２を密着固定する。
図５で示す製造方法の場合、図３，図４の方法と比較して伝熱面積を大きくとることができ、より多くの熱を冷媒に伝えることができる。
【００１３】
【発明の効果】
以上のとおり本発明は、冷却ブロック一面に凹部を設け、この凹部に冷媒循環用のパイプを嵌挿埋設し、その外側より固定部材によって固定するようにしてヒートシンクを構成したものである。このため、冷媒の流通路は冷媒に適した材質のパイプで簡単，安価に製作でき、また、冷却ブロックも押し出し加工等で製作が容易に可能なため、製作が簡単で安価となり、しかも、冷却ブロックには冷媒が直接接触しないため、冷却ブロックの材質を用途に応じて自由に変更するこができる。
更に、ヒートシンクを構成するためのパイプ固定手段は、板ばねや押さえ板、或いは冷却ブロックの一部を金型で変形させることで固定が可能であるため、組み立てが簡単である等の利点を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図。
【図２】冷媒循環用のパイプ外形図。
【図３】本発明の実施形態を示す図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。
【図４】本発明の他の実施形態を示す図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。
【図５】本発明の他の実施形態を示す図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。
【図６】従来のヒートシンク構成図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は側面図。
【図７】従来のヒートシンクの分割斜視図。
【符号の説明】
１０…冷却ブロック
１０ａ…凹部
１０ｂ…爪部
１０ｃ…溝
１１…半導体素子
１２…冷媒循環用パイプ
１３…継ぎ手
１４…板ばね
１５…押さえ板
１６…固定部材
２０…金型
２１…型部
２２…突部

Claims (2)

1. 熱伝導性の良い材料よりなる冷却ブロックに半導体素子を冷却するための冷媒循環用の流路を形成したヒートシンクにおいて、
   前記冷却ブロックに冷媒循環用のパイプが埋設できる深さの凹部を押出し加工で形成し、この凹部に冷媒循環用パイプを嵌合し、このパイプと略同等の曲率を有して形成された板ばねでパイプの外部より押さえ込み、この板ばねを前記凹部端面に食い込ませることでパイプと前記冷却ブロックを一体的に形成したことを特徴としたヒートシンク。
2. 熱伝導性の良い材料よりなる冷却ブロックに半導体素子を冷却するための冷媒循環用の流路を形成したヒートシンクにおいて、
   前記冷却ブロックに冷媒循環用のパイプが埋設できる深さの凹部を押出し加工で形成して凹部内に冷媒循環用パイプを嵌合すると共に、この凹部の縁に連設して爪部を形成し、この爪部を屈曲させることで前記凹部に嵌合されたパイプを固定して冷却ブロックと一体的に構成したことを特徴としたヒートシンク。

Images