(57)【要約】【課題】  ヒートシンクの小型・軽量化が可能である半導体素子の冷却装置を提供する。【解決手段】  半導体素子モジュール１内のチップ２を冷却する為に、チップ２下部に絶縁板３を介し、チップ２で発生した熱を放出するための半導体素子放熱ベース７を取付ける。その半導体素子放熱ベース７の下面の長手方向に、断面が矩形の複数列の半導体素子放熱ベース部溝５を加工する。更に、半導体を冷却するためのヒートシンク受熱ベース８の上面において、半導体素子モジュール１の長手方向に、同じく断面が矩形の複数列のヒートシンク受熱ベース部溝６を加工する。このように互いに重なり合う溝を設けたことにより、半導体素子放熱ベースとヒートシンク受熱ベースとの間の放熱面積が増大し、接触熱抵抗が低減することで、半導体モジュール内のチップとヒートシンク間の温度差が小さくなり、ヒートシンクを小型化・軽量化することができる。【選択図】  図１
2006324370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子のモジュール内のチップを冷却する為に取付けられた半導体素子放熱ベースと、この半導体素子放熱ベースに接触して設けられるヒートシンク受熱ベースとを備え、前記半導体素子放熱ベースと前記ヒートシンク受熱ベースの接触面に、互いに重なり合う所定の断面形状の溝を、前記半導体素子放熱ベースの長手方向または横手方向に、それぞれ形成したことを特徴とする半導体素子の冷却装置。
【請求項２】
半導体素子のモジュール内のチップを冷却する為に取付けられた半導体素子放熱ベースと、この半導体素子放熱ベースに接触して設けられるヒートシンク受熱ベースとを備え、前記半導体素子放熱ベースと前記ヒートシンク受熱ベースの接触面に、断面が矩形で互いに重なり合う溝を、前記半導体素子放熱ベースの長手方向に、それぞれ形成したことを特徴とする半導体素子の冷却装置。
【請求項３】
半導体素子のモジュール内のチップを冷却する為に取付けられた半導体素子放熱ベースと、この半導体素子放熱ベースに接触して設けられるヒートシンク受熱ベースとを備え、前記半導体素子放熱ベースと前記ヒートシンク受熱ベースの接触面に、断面が三角形で互いに重なり合う溝を、前記半導体素子放熱ベースの長手方向に、それぞれ形成したことを特徴とする半導体素子の冷却装置。
【請求項４】
半導体素子のモジュール内のチップを冷却する為に取付けられた半導体素子放熱ベースと、この半導体素子放熱ベースに接触して設けられるヒートシンク受熱ベースとを備え、前記半導体素子放熱ベースと前記ヒートシンク受熱ベースの接触面に、断面が矩形で互いに重なり合う溝を、前記半導体素子放熱ベースの横手方向に、それぞれ形成したことを特徴とする半導体素子の冷却装置。
【請求項５】
半導体素子のモジュール内のチップを冷却する為に取付けられた半導体素子放熱ベースと、この半導体素子放熱ベースに接触して設けられるヒートシンク受熱ベースとを備え、前記半導体素子放熱ベースと前記ヒートシンク受熱ベースの接触面に、断面が三角形で互いに重なり合う溝を、前記半導体素子放熱ベースの横手方向に、それぞれ形成したことを特徴とする半導体素子の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を冷却するヒートシンクの冷却能力を向上させた半導体素子の冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体素子で発生した熱を、受熱板を介して放熱フィンに伝達することにより半導体素子を冷却する半導体素子の冷却装置は広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の半導体素子の冷却装置について図面を参照して説明する。図６は従来の半導体素子の冷却装置の構成を示す斜視図および主要部の断面図である。
【０００４】
図６に示すように、半導体素子モジュール１内のチップ２を冷却する為に、チップ２下部に絶縁板３を介し、チップ２で発生した熱を放出するための半導体素子放熱ベース７を取付けている。その半導体素子放熱ベース７は平面となっている。更にチップ２で発生した熱はヒートシンク受熱ベース８を介して、フィン羽根１０から熱伝達で空気に熱が伝達される。ヒートシンク受熱ベース８は半導体素子放熱ベース７と同様に平面となっており、半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８は面でのみ接触し、半導体素子モジュール１内のチップ２で発生する熱をヒートシンク受熱ベース８からフィン羽根１０に伝導させている。
【特許文献１】特開２００４−１８６７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の半導体素子の冷却装置では、半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８は平面のみで接触しているため、接触面積が固定されて、半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８間で放熱させるための接触面積を拡大させようとすると、半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８の寸法が大きくなり、更にフィン羽根１０の形状寸法を大きく作り直さなければならなくなり、設計の多大な後戻りが発生してしまう問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、半導体素子放熱ベースとヒートシンク受熱ベースに溝を追加加工することにより、放熱面積を拡大させ、接触熱抵抗を小さくし、ヒートシンクのフィン羽根の枚数を削減しフィン羽根の高さ寸法を小さくする変更が可能となり、ヒートシンクの小型・軽量化が可能である半導体素子の冷却装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体素子の冷却装置は、半導体素子のモジュール内のチップを冷却する為に取付けられた半導体素子放熱ベースと、この半導体素子放熱ベースに接触して設けられるヒートシンク受熱ベースとを備え、半導体素子放熱ベースとヒートシンク受熱ベースの接触面に、互いに重なり合う所定の断面形状の溝を、半導体素子放熱ベースの長手方向または横手方向に、それぞれ形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体素子放熱ベースとヒートシンク受熱ベースとの間の放熱面積が増大し、接触熱抵抗が低減することで、半導体モジュール内のチップとヒートシンク間の温度差が小さくなり、ヒートシンクを小型化・軽量化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して説明する。なお、従来例の図６と同一機能のものは同一符号としている。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る半導体素子の冷却装置の製作過程を示す斜視図および主要部の構成を示す拡大断面図である。
【００１１】
図１に示すように、半導体素子モジュール１内のチップ２を冷却する為に、チップ２下部に絶縁板３を介し、チップ２で発生した熱を放出するための半導体素子放熱ベース７を取付けている。その半導体素子放熱ベース７の下面の長手方向に、断面が矩形の複数列の半導体素子放熱ベース部溝５を加工する。更に、半導体を冷却するためのヒートシンク受熱ベース８の上面における半導体素子モジュール１の横手方向の取付幅の部分に、半導体素子モジュール１の長手方向に、同じく断面が矩形の複数列のヒートシンク受熱ベース部溝６を加工する。
【００１２】
そして、図１に示すように、半導体素子モジュール１をヒートシンク受熱ベース８の手前に置き、放熱ベース部溝５の山側とヒートシンク受熱ベース部溝６の谷側をそれぞれ重なり合せた上で、半導体素子モジュール１を後方にスライドさせ、半導体素子放熱ベース７上のほぼ中央部に配置して、半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８を固定ボルト９で取付ける。
【００１３】
チップ２から発生する熱は絶縁板３を介して、半導体素子放熱ベース７に伝達されて、更に半導体素子放熱ベース部溝５の山側と谷側及びヒートシンク受熱ベース部溝６の谷側と山側を介して、熱伝導され、ヒートシンク受熱ベース８を介して、フィン羽根１０から空気に熱伝達される。
【００１４】
この実施形態の半導体素子の冷却装置は、半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８の接触面に、互いに重なり合う溝を設けたことにより、従来の半導体素子の冷却装置よりも半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８の接触面積が大きくなるため、放熱効果が向上し、半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８の接触熱抵抗が小さくなる。更にチップ２の温度とヒートシンク受熱ベース８との温度差が小さくなるため、ヒートシンク受熱ベース８を小さく、またヒートシンクのフィン均根１０の数を削減するとともに高さ方向の寸法を削減することでヒートシンクの小型化・軽量化が可能である。
【００１５】
すなわち、この実施形態においては、半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８が、半導体素子放熱ベース部溝５の山側と谷側及びヒートシンク受熱ベース部溝６の谷側と山側を介して、それぞれ重ね合わせられて取付けられたことで、従来の半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８の接触面積Ａｓに対して、溝加工した場合の接触面積ＡＮはＡＮ＞ＡＳとなり、次式で示す単位面積当りの熱量（Ｑ／Ａ）が小さくなり、温度差がなくなるため放熱効果は向上する。
【００１６】
Ｑ／Ａ＝−λ（ｄＴ／ｄｘ）
λ:材料の熱伝導係数
Ｔ：温度
ｘ：距離
上記のように、この実施形態においては、半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８の接触面積を大きくすることで、チップ２とヒートシンク受熱ベース８との温度差が小さくなるため、チップ２のジャンクション温度を１５０℃以内にすれば良いために温度差が小さければヒートシンク受熱ベース８の温度が高くても良いため、従来のヒートシンクよりもヒートシンク受熱ベース８を小さく、ヒートシンクのフィン羽根１０の数や高さ方向の寸法を小さくすることができる。
【００１７】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態に係る半導体素子の冷却装置の製作過程を示す斜視図および主要部の構成を示す拡大断面図である。
【００１８】
図２に示すように、半導体素子モジュール１内のチップ２を冷却する為に、チップ２下部に絶縁板３を介し、チップ２で発生した熱を放出するための半導体素子放熱ベース７を取付けている。その半導体素子放熱ベース７の下面の長手方向に、断面が三角形の複数列の半導体素子放熱ベース部溝５を加工する。更に、半導体を冷却するためのヒートシンク受熱ベース８の上面における半導体素子モジュール１の横手方向の取付幅の部分に、半導体素子モジュール１の長手方向に、同じく断面が三角形の複数列のヒートシンク受熱ベース部溝６を加工する。
【００１９】
そして、図２に示すように、半導体素子モジュール１をヒートシンク受熱ベース８の手前に置き、半導体素子放熱ベース部溝５の山側とヒートシンク受熱ベース部溝６の谷側をそれぞれ重なり合せた上で、半導体素子モジュール１を後方にスライドさせ、半導体素子放熱ベース７上のほぼ中央部に配置して、半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８を固定ボルト９で取付ける。
【００２０】
チップ２から発生する熱は絶縁板３を介して、半導体素子放熱ベース７に伝達されて、更に半導体素子放熱ベース部溝５の山側と谷側及びヒートシンク受熱ベース部溝６の谷側と山側を介して、熱伝導され、ヒートシンク受熱ベース８を介して、フィン羽根１０から空気に熱伝達される。
【００２１】
この実施形態の半導体素子の冷却装置は、半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８の接触面に、互いに重なり合う溝を設けたことにより、従来の半導体素子の冷却装置よりも半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８の接触面積が大きくなるため、放熱効果が向上し、半導体素子放熱ベース７とヒートシンク受熱ベース８の接触熱抵抗が小さくなるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２２】
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態に係る半導体素子の冷却装置の構成を示す斜視図である。
【００２３】
図３に示すように、半導体素子モジュール１内のチップ（図示せず）を冷却する為に、チップ下部に絶縁板（図示せず）を介し、チップで発生した熱を放出するための半導体素子放熱ベースを取付けている。その半導体素子放熱ベースの下面の横手方向に、断面が矩形の複数列の半導体素子放熱ベース部溝５を加工する。更に、半導体を冷却するためのヒートシンク受熱ベース８の上面における半導体素子モジュール１の長手方向の取付幅の部分に、半導体素子モジュール１の横手方向に、同じく断面が矩形の複数列のヒートシンク受熱ベース部溝６を加工する。
【００２４】
半導体素子放熱ベース部溝５の山側とヒートシンク受熱ベース部溝６の谷側をそれぞれ重なり合せて、半導体素子放熱ベースとヒートシンク受熱ベース８を固定ボルト９で取付けている。
【００２５】
チップから発生する熱は絶縁板を介して、半導体素子放熱ベースに伝達されて、更に半導体素子放熱ベース部溝５の山側と谷側及びヒートシンク受熱ベース部溝６の谷側と山側を介して、熱伝導され、ヒートシンク受熱ベース８を介して、フィン羽根１０から空気に熱伝達される。
【００２６】
この実施形態の半導体素子の冷却装置は、半導体素子放熱ベースとヒートシンク受熱ベース８の接触面に、互いに重なり合う溝を設けたことにより、従来の半導体素子の冷却装置よりも半導体素子放熱ベースとヒートシンク受熱ベース８の接触面積が大きくなるため、放熱効果が向上し、半導体素子放熱ベースとヒートシンク受熱ベース８の接触熱抵抗が小さくなるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２７】
（第４の実施形態）
図４は本発明の第４の実施形態に係る半導体素子の冷却装置の構成を示す斜視図である。
【００２８】
図４に示すように、半導体素子モジュール１内のチップ（図示せず）を冷却する為に、チップ下部に絶縁板（図示せず）を介し、チップで発生した熱を放出するための半導体素子放熱ベースを取付けている。その半導体素子放熱ベースの下面の横手方向に、断面が三角形の複数列の半導体素子放熱ベース部溝５を加工する。更に、半導体を冷却するためのヒートシンク受熱ベース８の上面における半導体素子モジュール１の長手方向の取付幅の部分に、半導体素子モジュール１の横手方向に、同じく断面が三角形の複数列のヒートシンク受熱ベース部溝６を加工する。
【００２９】
半導体素子放熱ベース部溝５の山側とヒートシンク受熱ベース部溝６の谷側をそれぞれ重なり合せて、半導体素子放熱ベースとヒートシンク受熱ベース８を固定ボルト９で取付けている。
【００３０】
チップから発生する熱は絶縁板を介して、半導体素子放熱ベースに伝達されて、更に半導体素子放熱ベース部溝５の山側と谷側及びヒートシンク受熱ベース部溝６の谷側と山側を介して、熱伝導され、ヒートシンク受熱ベース８を介して、フィン羽根１０から空気に熱伝達される。
【００３１】
この実施形態の半導体素子の冷却装置は、半導体素子放熱ベースとヒートシンク受熱ベース８の接触面に、互いに重なり合う溝を設けたことにより、従来の半導体素子の冷却装置よりも半導体素子放熱ベースとヒートシンク受熱ベース８の接触面積が大きくなるため、放熱効果が向上し、半導体素子放熱ベースとヒートシンク受熱ベース８の接触熱抵抗が小さくなるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３２】
（他の実施形態）
上記第１〜第４の実施形態においては、半導体素子放熱ベースとヒートシンク受熱ベースの接触面に、互いに重なり合う溝として、その断面形状が矩形、または三角形の溝をそれぞれ設けた場合について説明したが、溝の断面形状は矩形、または三角形に限らず、互いに重なり合う形状であればよく、例えば、図５に示すような波形の形状としても、同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体素子の冷却装置の製作過程を示す斜視図および主要部の構成を示す拡大断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体素子の冷却装置の製作過程を示す斜視図および主要部の構成を示す拡大断面図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る半導体素子の冷却装置の構成を示す斜視図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る半導体素子の冷却装置の構成を示す斜視図。
【図５】本発明の他の実施形態に係る半導体素子の冷却装置の主要部の構成を示す断面図。
【図６】従来の半導体素子の冷却装置の構成を示す斜視図および主要部の構成を示す拡大断面図。
【符号の説明】
【００３４】
１…半導体素子モジュール
２…チップ
３…絶縁板
５…半導体素子放熱ベース部溝
６…ヒートシンク受熱ベース部溝
７…半導体素子放熱ベース
８…ヒートシンク受熱ベース
９…固定ボルト
１０…フィン羽根
【図１】
2006324370.tif 000003
【図２】
2006324370.tif 000004
【図３】
2006324370.tif 000005
【図４】
2006324370.tif 000006
【図５】
2006324370.tif 000007
【図６】
2006324370.tif 000008