JP4616458B2 - 半導体素子用放熱器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の冷却に使用される放熱器に関し、フィン部とベース部を別部材により構成してろう付け等により接合したセパレートタイプの半導体素子用放熱器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩの高集積化に伴ってその発熱量は増加の一途をたどり、熱対策の重要度が益々高まっている。ＬＳＩの熱対策の一つとして放熱器がある。ＬＳＩ用の放熱器は、基本的にベース部と、その表面上に形成されたフィン部とからなり、これまでは主に押出成形による一体品で対応してきた。しかし、押出成形品では、成形加工上の制約から現状以上の性能向上は困難とされている。また、平面面積に比して重量が嵩み、これも性能向上の障害となっている。
【０００３】
このような事情から、押出成形品に代わる高性能で軽量な次世代の放熱器が要望されており、この要望に沿うものとして例えばセパレートタイプの放熱器がある。この放熱器は、ベース部とフィン部を別部材により構成して接合したものであり、とりわけ、フィン部として薄板からなる多数枚の放熱フィンを所定間隔で整列させた薄板整列型のものが、製作コスト、フィン密度等の点から有望視されている。
【０００４】
薄板整列型の放熱器では、ベース板上に所定間隔で整列される多数枚の放熱フィンの位置決めが、設計上、製作上の重要なポイントとなる。即ち、薄板整列型の放熱器では、多数枚の放熱フィンをベース板に接合する前に、そのベース板上の定位置に多数枚の放熱フィンを仮固定する組立作業が必要になるが、この組立作業に手数をかけることは製作コストの点から避けなければならない。この点から、ベース板の表面に形成されたスリット溝に放熱フィンを差し込むものは、その差し込みに手間がかかり、好ましくない。
【０００５】
また、特開平１１−１７０８０号公報に記載されているように放熱フィンの下縁部を直角に折り曲げてベース板の表面に接合するものでは、放熱フィンの上縁部に折り曲げ部が設けられていない上に、下縁部に設けられた折り曲げ部も、隣接する放熱フィンの下縁部と容易に重なり合うため、隣接する放熱フィンとの間隔を規定するスペーサとして機能しない。このため、仮固定に専用の治具が必要となる。
【０００６】
そこで、放熱フィンに切り起こしによってスペーサを一体形成することが考えられている。この放熱器では、図３に示すように、ベース板１の上に整列される各放熱フィン３，３・・の４箇所に、スペーサとして直角な切り起こし片４を形成している。隣接する放熱フィン３，３の間で対応するスペーサ同士が重ならないように、切り起こし位置は奇数枚目と偶数枚目で変更されている。ベース板１については、両端を延長し、各延長部分を同方向へ直角に折り曲げることにより、両端に端板２，２を一体化した構成になっている。
【０００７】
このような構成の放熱器では、所定枚数の放熱フィン３，３・・を単に重ね合わせて両端の端板２，２間に挿入するだけで、それらの放熱フィン３，３・・がベース１板上に等間隔で仮固定される。即ち、スリットに放熱フィンを差し込むような手間も、また固定用の治具も要とすることなく、簡単に組立作業が行われる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図３に示した放熱器では、所定の寸法の切り起こし片４を形成するために専用の打ち抜き型が使用される。このため、仕様が変わるごとに新たな金型が必要となる。このことは、量産の場合は大きな問題にならないが、この種の放熱器では、量産に先立ち各種のサンプル品を提出する必要がある。サンプル品の場合は、量産品と異なり、様々な仕様のものを少量ずつ製作する必要があるため、仕様が変わるごとに新たな金型が必要になる。このことはコスト上、大きな負担となる。
【０００９】
これに加え、この種の放熱器では、取り付け孔５が必要とされる。取り付け孔５のところでは、放熱フィン３，３・・が部分的に排除され、ベース１にねじ孔６が設けられる。取り付け孔５の位置及び大きさなどはユーザから指定されるので、一定しない。このため、取り付け孔５がしばしば切り起こし片４と重なる。取り付け孔５が切り起こし片４と重なるところでは、切り起こし片４の位置を変更しなければならないので、更に別の打ち抜き型の必要性も生じ、型コストが一層嵩む結果になる。
【００１０】
また、放熱フィン３としては、切り起こし片４の位置が異なる少なくとも２種類が必要になり、これらを交互に並べる必要があるので、組立作業では、作業が簡単とはいえ、この分、作業性が低下することになる。
【００１１】
更に、放熱フィン３の垂直な平面部に切り起こし片４が存在するため、波形加工や孔あけ加工といった他の加工を施すのが難しく、垂直部における設計の自由度が小さいという問題もある。
【００１２】
このように、図３に示した薄板整列型の放熱器は、放熱フィン３にスペーサを一体的に加工したため、放熱フィン３の仮固定に手間がかからず、治具も必要としない。このため、組立作業は比較的に簡単である。しかし、そのスペーサ加工に専用の打ち抜き型を必要とするため、サンプル品の製作や取り付け孔の形成まで考慮すると、型コストが嵩み、経済性は良くない。しかも、切り起こし片４のため、放熱フィン３の垂直部における設計の自由度が制限される。
【００１３】
本発明の目的は、組立作業が簡単な上に、サンプル品の製作や取り付け孔の形成まで考慮してもなお経済性に優れ、しかも、フィン設計上の自由度が高い半導体素子用放熱器を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の半導体素子用放熱器は、薄板からなる複数枚の放熱フィンをベース板上に所定間隔で整列させて接合した薄板整列型の半導体素子用放熱器において、複数枚の放熱フィンを両端の端板間に固定し、且つ各放熱フィンの上縁部及び下縁部を、隣接する放熱フィンとの間隔を規定するスペーサとして、垂直部に対する傾斜角度が鋭角になるように折り曲げたものである。
【００１５】
本発明の半導体素子用放熱器においては、各放熱フィンの上縁部及び下縁部に折り曲げ部が形成される。上下の折り曲げ部は、曲げ角度が９０°未満の鋭角であるので、整列させたときに隣接する放熱フィンの上縁部及び下縁部と重ならず、上下一組のスペーサとして機能する。このため、組立作業では、スリットに差し込む手間も治具も不要になり、両端の端板間に重ねて挿入するだけで、定位置に仮固定される。従って、組立作業が簡単である。
【００１６】
これに加え、折り曲げ部からなるスペーサは、切り起こし片と異なり、放熱フィンのサイズやピッチが変わっても金型を変更する必要がなく、最小限１つの曲げ型で形成できる。従って、サンプル品の製作や取り付け孔の形成まで考慮しても、金型にコストがかからず、経済的である。
【００１７】
このスペーサは又、切り起こし片と異なり、全て同じ位置に形成される。このため、スペーサによる放熱フィンの種別がなくなり、基本的に１種類となる。その結果、切り起こし片の場合よりも更に組立作業が簡単になる。
【００１８】
このスペーサは又、切り起こし片と異なり、放熱フィンの垂直部を避けて設けられている。このため、垂直部において自由な設計が可能になる。
【００１９】
折り曲げ部からなるスペーサの垂直部に対する傾斜角度は、放熱フィンのスペーサ機能と共に、整列ピッチ及び折り曲げ部長に影響する。この角度は９０°未満であり、６０°±１５°が特に好ましい。傾斜角度が９０°以上であると、折り曲げ部が隣接する放熱フィンの上縁部及び下縁部に重なり、そのスペーサとしての機能が得られない。傾斜角度の下限については、同一整列ピッチで比較した場合、この角度が小さくなるほど折り曲げ部長が大きくなるが、整列ピッチによっては０°、即ち縁部を接触するまで折り曲げた形態も有り得るため、特に限定しない。
【００２０】
複数枚の放熱フィンは、両端の端板間に固定される。このため、組立作業が特に簡単になる。両端の端板については、複数枚の放熱フィンが接合されるベース板の両端部を延長し、両端の延長部分を接合面側へ直角に折り曲げて形成したものが、構造が簡単で好ましい。ここにおける折り曲げ角部は必然的に湾曲し、傾斜角度が９０°のスペーサはその先端が折り曲げ角部の内側Ｒ面と干渉するが、傾斜角度が鋭角のスペーサの場合はこの干渉も生じない。従って、両端の端板間に所定枚数の放熱フィンがずれなく納まる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す半導体素子用放熱器の斜視図である。
【００２２】
本実施形態の半導体素子用放熱器は、ＬＳＩの冷却に使用される。この放熱器は、ベース板１０と、その両端部に設けられた１組の端板２０，２０と、ベース板１０の表面にろう付けにより垂直に接合された多数枚の放熱フィン３０，３０・・とを備えている。これらは、いずれも熱伝導性に優れたＡｌ系金属又はＣｕ系金属からなる。
【００２３】
ベース板１０は、比較的薄肉の本体１１と、その裏面に補強及び熱容量確保を目的としてろう付けにより接合された比較的厚肉の裏当材１２とからなる。両端の端板２０，２０は、本体１１の両端部を延長し、各延長部を表面側へ直角に折り曲げることにより、本体１１に対して一体的に形成されている。
【００２４】
多数枚の放熱フィン３０，３０・・は、両端の端板２０，２０間に重ね合わされて挿入され、固定されている。
【００２５】
各放熱フィン３０は、垂直な平板部３１と、平板部３１の上縁部及び下縁部に一体的に設けられた上下１組の折り曲げ部３２，３２とからなる。上下１組の折り曲げ部３２，３２は、平板部３１の上縁部及び下縁部を同方向へ折り曲げることにより形成されており、垂直な平板部３１に対する傾斜角度θは、９０°より小さい鋭角、ここでは６０°程度に設定されている。
【００２６】
そして放熱フィン３０，３０・・は、その整列方向の中央部を挟み、一方の側では上下１組の折り曲げ部３２，３２をその側の端板２０に向け、他方の側では上下１組の折り曲げ部３２，３２をその側の端板２０に向けて、平板部３１の板厚方向に重ね合わされている。
【００２７】
この重ね合わせにより、放熱フィン３０，３０・・の整列方向中央部を挟む各側では、各放熱フィン３０の折り曲げ部３２，３２が、端板２０の側に位置する放熱フィン３０の平板部３１の上縁部及び下縁部にそれぞれ当接し、その放熱フィン３０までの間隔を規定するスペーサとして機能する。従って、放熱フィン３０，３０・・は、所定のピッチＰで板厚方向に整列することになる。放熱フィン３０の折り曲げ部３２，３２がスペーサとして機能するのは、前述したとおり垂直な平板部３１に対する傾斜角度が９０°より小さい鋭角であることによる。
【００２８】
放熱フィン３０の整列ピッチＰは、上下１組の折り曲げ部３２，３２の長さＬとその傾斜角度θにより決まる。従って、所定の整列ピッチＰが得られるようにその長さＬと傾斜角度θが選択される。
【００２９】
放熱器の表面には、複数の取り付け孔４０，４０・・が設けられている。各取り付け孔４０は、放熱フィン３０の幅方向の一部を除去し、ベース板１０にねじが通る貫通孔１３を設けることにより形成されている。
【００３０】
次に、本実施形態の半導体素子用放熱器の製作方法について説明する。図２は放熱フィンを製作するための曲げ加工の説明図である。
【００３１】
図２に示すように、放熱フィン３０の素材となる平板３０′の両端縁部を、曲げ型５０を用いて９０°未満の所定角度に折り曲げる。曲げ型５０は、凸型５１及び凹型５２からなる。曲げ型５０を用いた両端縁部の折り曲げ加工は、平板３０′の長さ及び横幅、折り曲げ部３２の長さＬが変わっても、その曲げ型５０を変更する必要がない。
【００３２】
同様に、曲げ型を用いて、ベース板１０の本体１１の両端に端板２０，２０が一体形成された曲げ加工品を製作する。この曲げ加工でも、加工品の寸法が変わっても、曲げ型を変更する必要がない。
【００３３】
製作された所定枚数の放熱フィン３０，３０・・を重ね合わせて端板２０，２０間に挿入する。取り付け孔４０，４０・・を形成する部分では、横幅の小さい放熱フィン３０，３０・・を使用する。端板２０，２０間に挿入された放熱フィン３０，３０・・は、各放熱フィン３０の折り曲げ部３２，３２が、隣接する放熱フィン３０の平板部３１の上縁部及び下縁部にそれぞれ当接し、その放熱フィン３０までの間隔を規定するスペーサとして機能することにより、ベース板１０上に所定の整列ピッチＰで仮固定される。
【００３４】
放熱フィン３０，３０・・の挿入が終わると、裏当材１２の上にベース板１０の本体１１を重ね加熱する。本体１１の表面にコーティングされたろう材により、その表面に放熱フィン３０，３０・・が接合される。また、本体１１の裏面にコーティングされたろう材により、その裏面に裏当材１２が接合される。
【００３５】
このようにして製作される放熱器の利点は以下の通りである。
【００３６】
放熱フィン３０，３０・・のサイズやピッチが変わっても、曲げ型５０を変更する必要がない。従って、量産品はもとより、サンプル品についても、放熱フィン３０，３０・・を経済的に製作できる。また、取り付け孔４０，４０・・と干渉する部分に配置される放熱フィン３０，３０・・についても、同じ曲げ型５０を使用して安価に製作できる。
【００３７】
放熱フィン３０，３０・・にスペーサとして設けられる上下の折り曲げ部３２，３２の種類が一つであるため、その重ね合わせの作業が簡単であり、且つ、その重ね合わせの後に、放熱フィン３０，３０・・を端板２０，２０間に挿入するだけで、放熱フィン３０，３０・・の仮固定が行われる。従って、組立作業が簡単である。
【００３８】
各放熱フィン３０の垂直な平板部３１にスペーサが形成されないので、この部分に孔あけ加工等の各種加工を行うことができる。従って、この部分において自由な設計が可能になり、設計の自由度が上がる。
【００３９】
なお、放熱フィン３０，３０・・にスペーサとして設けられる上下の折り曲げ部３２，３２は、上記実施形態では、放熱フィン３０の幅方向全体に設けられているが、幅方向の一部に設けることも可能である。上縁部の側で折り曲げ部３２を幅方向の一部に設けた場合は、垂直方向の通風が可能になる。
【００４０】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明の半導体素子用放熱器は、薄板からなる複数枚の放熱フィンをベース板上に所定間隔で整列させて接合した薄板整列型の半導体素子用放熱器において、複数枚の放熱フィンを両端の端板間に固定し、且つ各放熱フィンの上縁部及び下縁部を、隣接する放熱フィンとの間隔を規定するスペーサとして、垂直部に対する傾斜角度が鋭角になるように折り曲げたので、組立作業が簡単である。また、量産品ばかりでなく、サンプル品についても安価に製作でき、経済性に優れる。更に、フィン設計上の自由度も高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示す半導体素子用放熱器の斜視図である。
【図２】 放熱フィンを製作するための曲げ加工の説明図である。
【図３】 従来の半導体素子用放熱器の斜視図である。

Claims (2)

1. 薄板からなる複数枚の放熱フィンをベース板上に所定間隔で整列させて接合した薄板整列型の半導体素子用放熱器において、複数枚の放熱フィンを両端の端板間に固定し、且つ各放熱フィンの上縁部及び下縁部を、隣接する放熱フィンとの間隔を規定するスペーサとして、垂直部に対する傾斜角度が鋭角になるように折り曲げたことを特徴とする半導体素子用放熱器。
2. 複数枚の放熱フィンが接合されるベース板の両端部を延長し、両端の延長部分を接合面側へ直角に折り曲げて両端の端板を形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子用放熱器。

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