JP4323116B2

JP4323116B2 - heatsink

Info

Publication number: JP4323116B2
Application number: JP2001211548A
Authority: JP
Inventors: 正猛吉原; 友康鉢呂
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2001-07-12
Filing date: 2001-07-12
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2021-07-12
Also published as: JP2003031746A

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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat sink for cooling a semiconductor element.
[0002]
[Prior art]
6 and 7 show a heat sink for element cooling in a semiconductor device, and a semiconductor element 2 is fixed to the surface side 1a of the cooling block 1 (1a, 1b). The cooling block 1 is made of a material having good thermal conductivity such as aluminum or copper, and a flow path 3 for circulating a coolant such as water is formed in the cooling block 1. A block 1b that constitutes a heat sink together with 1a is covered after the flow path 3 is formed, and the joint surfaces of 1a and 1b are integrated by welding, brazing, or the like. Reference numeral 4 denotes a pipe joint for allowing the refrigerant to pass therethrough, and the cooling blocks 1a and 1b, the flow path 3 and the joint 4 constitute a heat sink.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional heat sink, since cutting is performed as a means for forming the flow path 3 in the cooling block, the cutting requires a great amount of time, and the blocks 1a and 1b are fixed by welding or the like. Therefore, it must be manufactured under careful control so that the refrigerant does not leak even during the welding, which takes a lot of time and effort. For this reason, it becomes an expensive heat sink and the delivery date is also long.
The heat sink material must be selected according to the type of refrigerant to be circulated. For example, in the case of water, copper is used because of corrosion. In this case, the heat sink becomes heavy and has a problem of being expensive.
[0004]
The present invention has been made for the purpose of solving such problems, and is to provide an inexpensive heat sink by simple processing.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The first of the present invention is a heat sink in which a coolant circulation channel for cooling a semiconductor element is formed in a cooling block made of a material having good thermal conductivity.
A plate formed by extruding a recess having a depth that allows the refrigerant circulation pipe to be embedded in the cooling block, and fitting the refrigerant circulation pipe into the recess and having a curvature substantially equal to the pipe. The pipe and the cooling block are integrally formed by pressing from the outside of the pipe with a spring and biting the leaf spring into the end face of the recess .
[0006]
The second aspect of the present invention is a heat sink in which a coolant circulation channel for cooling a semiconductor element is formed in a cooling block made of a material having good thermal conductivity.
A recess having a depth that allows the refrigerant circulation pipe to be embedded in the cooling block is formed by extrusion , the refrigerant circulation pipe is fitted into the recess, and a claw portion is formed continuously with the edge of the recess. The pipe fitted into the concave portion is fixed by bending the claw portion, and is configured integrally with the cooling block.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which 10 is a heat dissipation block formed of a material having excellent thermal conductivity, 11 is a semiconductor element, and one or a plurality (here, a plurality) cooling blocks 10. It is fixed to the surface. Reference numeral 12 denotes a pipe for circulating the refrigerant. The pipe 12 is formed in a U shape or a spiral shape as shown in FIG. 2 and is fixed to the anti-semiconductor element mounting side of the cooling block in an embedded form. Reference numeral 13 denotes a joint. The joint 13 is connected to a refrigerant source through a pipe, and absorbs heat generated by the semiconductor element 11 by cooling the cooling block 10 with the refrigerant.
The cooling block 10, the pipe 12, and the joint 13 constitute a heat sink.
A method for manufacturing the heat sink as described above will be described.
[0010]
Embodiment 1
FIG. 3 shows the first embodiment and is a cross-sectional view of the heat sink in FIG. A recess 10a is formed in advance on the one surface of the cooling block 10 at a position where the pipe 12 is disposed by extrusion or the like. The pipe 12 formed as shown in FIG. 2 is fitted into the concave portion 10a, and the leaf spring 14 is bitten into the end surface of the concave portion 10a from the outside in the process indicated by the arrow so that the fitted pipe 12 does not fall off. And fix. The leaf spring 14 has a curvature substantially equal to the curvature of the pipe 12 at the portion in contact with the pipe 12 so that the two are more closely attached to each other, and the integration of the pipe 12 and the heat dissipation block 10 is strengthened to absorb heat. Increases efficiency.
[0011]
Embodiment 2
FIG. 4 shows a second embodiment. After the pipe 12 is mounted in the recess 10a of the cooling block, the pressing plate 15 is put on, and the pressing plate 15 is fixed using fixing means 16 such as screws or rivets. . As a result, the pipe 12 is prevented from falling off the cooling block 10, and the heat absorption efficiency is increased by tightly integrating the two.
[0012]
Embodiment 3
FIG. 5 shows a third embodiment. The cooling block 10 is formed with a protruding claw portion 10b that is connected to the recess 10a. The pipe 12 is fitted into the recess 10a of the cooling block formed as described above, and is pressed from the outside by the mold 20 to deform the claw portion 10b and fix the pipe 12. The mold 20 has a curved mold part 21 at a position corresponding to the position of the pipe 12 inserted into the concave part 10a. The mold part 21 is formed with a protrusion 22 connected to the curved part. Has been. When the mold 20 is pressed toward the heat dissipation block 10, the protrusion 22 enters the groove 10 c formed between the claw portion 10 b and the heat dissipation block main body. As a result, the claw portions 10b are deformed so as to be wound inside each other along the curved curved surface formed in the mold portion 21, thereby closely fixing the pipe 12.
In the case of the manufacturing method shown in FIG. 5, the heat transfer area can be increased as compared with the methods of FIGS. 3 and 4, and more heat can be transferred to the refrigerant.
[0013]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a recess is formed on one surface of the cooling block, and a pipe for circulating refrigerant is inserted and embedded in the recess, and the heat sink is configured to be fixed by a fixing member from the outside. For this reason, the refrigerant flow passage can be easily and inexpensively manufactured with a pipe made of a material suitable for the refrigerant, and the cooling block can be easily manufactured by extrusion processing, etc., so that the manufacture is simple and inexpensive, and the cooling flow is reduced. Since the refrigerant does not come into direct contact with the block, the material of the cooling block can be freely changed according to the application.
Furthermore, since the pipe fixing means for constituting the heat sink can be fixed by deforming a part of the leaf spring, the holding plate, or the cooling block with a mold, it has advantages such as easy assembly. Is.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B show an embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a front view, FIG. 1B is a top view, and FIG.
FIG. 2 is an external view of a refrigerant circulation pipe.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1A showing the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 (a) showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1 (a) showing another embodiment of the present invention.
6A and 6B are configuration diagrams of a conventional heat sink, where FIG. 6A is a front view, FIG. 6B is a top view, and FIG.
FIG. 7 is a divided perspective view of a conventional heat sink.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Cooling block 10a ... Concave part 10b ... Claw part 10c ... Groove 11 ... Semiconductor element 12 ... Pipe for refrigerant circulation 13 ... Joint 14 ... Leaf spring 15 ... Holding plate 16 ... Fixing member 20 ... Mold 21 ... Mold part 22 ... Projection Part

Claims

In a heat sink in which a coolant circulation channel for cooling a semiconductor element is formed in a cooling block made of a material having good thermal conductivity,
A plate formed by extruding a recess having a depth that allows the refrigerant circulation pipe to be embedded in the cooling block, and fitting the refrigerant circulation pipe into the recess and having a curvature substantially equal to the pipe. A heat sink , wherein the pipe and the cooling block are integrally formed by pressing from the outside of the pipe with a spring and biting the leaf spring into the end face of the recess .

In a heat sink in which a coolant circulation channel for cooling a semiconductor element is formed in a cooling block made of a material having good thermal conductivity,
A recess having a depth that allows the refrigerant circulation pipe to be embedded in the cooling block is formed by extrusion, the refrigerant circulation pipe is fitted into the recess, and a claw portion is formed continuously with the edge of the recess. The heat sink is characterized in that the pipe fitted into the recess is fixed by bending the claw and is integrally formed with the cooling block.