(57)【要約】    【課題】      ポリエチレン製液冷ヒートシンクが有する課題を解決できるヒートシンクを提供しようとする。    【解決手段】  ポリカーボネート製本体1の片面に、所定の切り欠きを形成させるとともに、該切り欠きから外部に連通する連通口3,4を少なくとも二カ所形成させ、その切り欠きを覆うように、その片面にポリカーボネート製薄膜2を固着させて内部空間5を形成させた。【選択図】        図１
2006108247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリカーボネート製本体の片面に、所定の切り欠きを形成させるとともに、該切り欠きから外部に連通する連通口を少なくとも二カ所形成させ、その切り欠きを覆うように、その片面にポリカーボネート製薄膜を固着させて内部空間を形成させたたことを特徴とする液冷ヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体素子を冷却する液冷ヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱を発する半導体素子に当接して、その熱を冷却するヒートシンクの一つに、内部に冷却媒体である液体を循環させる構造のものがある。その構造では、ヒートシンク本体内部に空間を形成させるとともに、その空間に連通する入口と出口を設けて、外部から冷却媒体を内部空間に流入循環させ、その循環する冷却媒体で熱交換させる。
【０００３】
このような液冷ヒートシンクとして、従来、金属製の構造が汎用されていた。それは、内部空間となる切り欠きを形成させた金属板のその切り欠き面に、別の平板状金属板を当接させてろう付けしたものである。
【０００４】
しかし、この構造では、製造にろう付けを要すことから、ろう付け炉が必要となるほか、ろう付けにより金属表面の平面度が許容範囲外（ひどい場合は波を打ってしまったりする）になって、機械加工で平滑にする工程を要し、コストもかかっていた。また、金属製ゆえ重量もあり、軽量化を図る製品に適用する液冷ヒートシンクとして好ましくなかった。
【０００５】
そこで、金属板をろう付けするのではなく、可撓性膜を張り合わせて、上下に膨張しうる内部空間を形成させ、そこに冷却媒体を循環させる構造が提案されている（特許文献１に示される冷却パック、特許文献２に示される冷却体）。この構造であれば、内部空間を形成するのに可撓性膜の張り合わせだけで済むので、軽量化が図れるとともに、製造コストも低廉なものとなる。
【０００６】
しかし、この構造では、冷却媒体の入口と出口とを、膜の張り合わせの側端部にしか形成できず、また、強度が強くないので、内部空間の形状を種々に変化させるような形態がとりにくく、製品形態の自由度が小さいものとなってしまう。さらに、上下の両面とも膜なので、片面側を固定面とすることができず、ネジ止めすることもできない。
【０００７】
このため、その構造を改良する形態として、ポリエチレン製板状本体に、上下面を貫通する刳り抜き形成させ、その上下の面にポリエチレン製薄膜を張って内部空間を形成させる液冷ヒートシンクが実用化されている。この構造であれば、前記膜の張り合わせ構造の利点は残しつつ、板状本体が内部空間の枠となるので、内部空間の形態の自由度が増し、かつ本体部のどの箇所にも入口と出口を形成させることができ、しかも強度も膜の張り合わせ構造より十分向上するものとなる。
【特許文献１】特開２００２−１１１２６７号（０００４段）
【特許文献２】特開平７−４５７６３号（図１〜図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、ポリエチレンで成形されたものは、本体と薄膜とを熱溶着によって固着するが、溶着部が圧力に弱く、冷却媒体である液体の圧力が高いと可撓性膜が剥がれて水漏れが発生するおそれがあった。また、膜の張り合わせよりは強度が向上するものの、ポリエチレンという素材による制約があって、単体での強度は不十分であった。さらに、熱変形の限界温度が５０℃前後のため、半導体素子から伝達される熱がその温度を超えると、本体が変形してしまって、密着率が低下して放熱効率が低下するおそれもあった。このため、実装状態においては、ヒートシンク本体に金属箔を被覆させて使用しているが、膜と金属箔との間に熱抵抗が生じ、放熱効果が低下するという問題が生じていた。
【０００９】
また、本体をネジ固定で使用する場合、ポリエチレンではネジ穴加工ができないので、別部品となる金属製タップを用意し、ネジ穴形成箇所にねじ込む必要があった。
【００１０】
また、片面側のみに半導体素子を当接させ、他の片面側には他部品を当接させるような使用状態では、他部品にも熱が伝達されて不具合が生じるおそれがあった。
【００１１】
さらに、内部空間は上下の薄膜で挟まれているので、空間部に突起や壁等を設けて冷却媒体の流路を自由に形成するといったこともできなかった。
【００１２】
この発明は、従来技術の以上のような問題に鑑み創案されたもので、ポリエチレン製液冷ヒートシンクが有する課題を解決できるヒートシンクを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
このため、この発明に係る液冷ヒートシンクは、ポリカーボネート製本体の片面に、所定の切り欠きを形成させるとともに、該切り欠きから外部に連通する連通口を少なくとも二カ所形成させ、その切り欠きを覆うように、その片面にポリカーボネート製薄膜を固着させて内部空間を形成させたたことを特徴とするものである。
【００１４】
本願において、前記切り欠きとは、内部空間を形成させる凹み部をいい、その形状は特に問わないが、必ず底部を有する形態をいう。したがって、他方面側に貫通して刳り抜かれたような形態は含まない。
【００１５】
前記連通口の一つは、冷却媒体の入口であり、他の一つは冷却媒体の出口である。すなわち、入口となる連通口と、出口となる連通口が最低限形成される。
【００１６】
また、前記切り欠きは、前記ポリカーボネート製薄膜で覆われるので、そこが内部空間となる。ポリカーボネート製薄膜側の面が半導体素子の取付面であり、そこに半導体素子が取り付けられる。その状態で、入口となる連通口から、冷却媒体を送り込んでいくと、切り欠きで形成された内部空間に冷却媒体が流入し、薄膜が膨張していく。薄膜は膨張するが、可撓性があるので、取り付けられた半導体素子に密着していく。冷却媒体が内部空間に充填されると（あるいは充填されながら）、冷却媒体は出口となる連通口から外部に送出される。入口の連通口から内部空間、そして出口の連通口という冷却媒体の循環により、取り付けられた半導体素子の熱は薄膜を介した冷却媒体により交換されていく。
【発明の効果】
【００１７】
この発明に係る液冷ヒートシンクによれば、ヒートシンクを構成する本体及び薄膜ともポリカーボネートであるので、両者を溶着した形態では、ポリエチレン製と異なり、溶着部に冷却媒体流入による高圧がかかっても、接着部が剥がれることがない。また、ポリカーボネートの熱変形の限界温度も130℃前後であるので、熱変形のおそれもない。加えて、強度も強いので、ポリエチレン製の液冷ヒートシンクのように金属箔を被覆させる必要がまったくない。このため、ヒートシンクを単体で実装でき、放熱効果を良好に維持させることができる。
【００１８】
また、ポリカーボネートは所定の硬さがあることから、本体に直接、ネジ穴用のタップ加工を施すこともできる。よって、上記金属箔や他の金属製タップなどをまったく必要としないから、製造及び使用に要するコストも低廉で済む。
【００１９】
また、薄膜は本体の切り欠きが形成される面のみに被覆されるので、熱が伝わるのは薄膜側の面だけとなり、例えば反対面に半導体素子でない他部品が当接されるような場合でも、その他部品には熱が伝わらないので何の不具合も生じない。
【００２０】
加えて、内部空間には底部があるので、該底部に突起や壁等を設けることができ、効率的に循環できるような、冷却媒体の流路を自在に形成できるものとなっている。
【００２１】
もちろん、従来からの金属製液冷ヒートシンクと比べれば、格段に軽量化が図れ、また半導体素子と接触する面の密着の精度が良くなり、さらに薄型化及び軽量化が図れ、アルミニウム製のものと比べれば、耐食性及び耐水性が向上するものとなっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の具体的実施形態の一例を図面に基づき説明する。なお、以下の形態例は本発明を具現化した一例に過ぎず、本発明がそれに限定されるものではないことは当然である。
【００２３】
図１は本形態例の構造を示しており、(a)は平面図、(b)はＸ−Ｘ断面図である。図中、1はヒートシンク本体、2はシート、3は冷却媒体入口、4は冷却媒体出口、5は内部空間である。
【００２４】
本形態例は、いずれの部材もポリカーボネートからなる。次に、この形態例の構成を、製造工程を示す図２も含めて説明する。
【００２５】
本体1は方形状の板材であり、その片面の中央部に切り欠き（内部空間5となる部分）が形成される。切り欠きは、本体1を成形加工する際に一体的に成形しても良いし（後述するノーズ及び連通穴30,40も同時に成形加工しても良い）、本体1をいったん成形加工した後切削加工する等適宜の手法で形成させればよい。本体1の一側面には、それぞれ冷却媒体の入口3と出口4となるノーズが固着されている。各ノーズ内の穴は、前記切り欠きに連通する連通穴30,40に連なっている。なお、本体1はポリカーボネート製なので、特に図示していないが、固定用のネジ穴を要するときは、直接タップ加工すればよい。また、前記本体1や切り欠きの形状・大きさ等を適宜変更しても良いことはいうまでもない。
【００２６】
図２に示すように、本体1の切り欠きが形成される面に、その切り欠きを覆うように薄いシートが固着される。シートは500μｍ以下の薄膜であり、素材がポリカーボネートであるので可撓性がある。固着方法は、熱溶着または接着剤による接着で良い。
【００２７】
次に、本形態例の使用方法を図３を用いて説明する。図示のように、シート2の上に半導体素子6を載置し、入口3から、液体の冷却媒体を内部空間5に送出する。内部空間5に冷却媒体が充填されるにつれ、シート2が同図(b)のように膨張し、半導体素子6の当接面と密着する。この状態で、入口3から冷却媒体が間断なく流入され、また出口4から流出して循環される。したがって、半導体素子6からの発する熱は、密着するシート2から内部空間5の冷却媒体に伝達され、その冷却媒体が循環することで、半導体素子6は効率的に冷却される。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
この発明は、半導体素子を冷却するヒートシンクとして適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本形態例の説明図であり、(a)は平面図、(a)の(b)はＸ−Ｘ断面図である。
【図２】本形態例の製造工程の説明図であり、(a)はシートを固着する前の状態、(b)はシートを固着した状態をそれぞれ示す。
【図３】本形態例の使用方法の説明図であり、(a)は冷却媒体が充填されていない状態、(b)は冷却媒体が充填された状態をそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００３０】
1          ヒートシンク本体
2          シート（薄膜）
3          入口（ノーズ）
4          出口（ノーズ）
5          内部空間（切り欠き）
6          半導体素子
【図１】
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【図２】
2006108247.tif 000004
【図３】
2006108247.tif 000005