半導体装置の冷却装置と電子機器の冷却装置
【課題】電子機器全体の小型軽量化を図るうえで有利となり、かつ、回路基板を分断する必要がなく、効率的に基板製造が可能な半導体装置の冷却装置と電子機器の冷却装置を提供する。
【解決手段】パッケージ5に半導体素子4が収納された半導体装置2の冷却装置11であって、パッケージ5における半導体素子4のベースプレート(半導体素子の固定プレート)6の裏面側の放熱面に突設された冷却フィン13と、ベースプレート6の放熱面に対し、冷却フィン13を挟んで離間対向配置され、パッケージ5の冷却風を送風する送風器14とを具備する。
【解決手段】パッケージ5に半導体素子4が収納された半導体装置2の冷却装置11であって、パッケージ5における半導体素子4のベースプレート(半導体素子の固定プレート)6の裏面側の放熱面に突設された冷却フィン13と、ベースプレート6の放熱面に対し、冷却フィン13を挟んで離間対向配置され、パッケージ5の冷却風を送風する送風器14とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、シャーシ内の電気回路基板に実装配置される半導体装置の冷却装置と電子機器の冷却装置に関する。
【背景技術】
【0002】
シャーシ内の電気回路基板に実装配置される半導体装置としては、金属パッケージに収納された状態で電気回路基板に実装配置される構成のものが知られている。金属パッケージに収納された発熱する半導体装置は、排熱のためにヒートシンク(放熱板)にモジュール単位で複数個がまとめて取り付けられている。さらに、そのヒートシンクは、ブロワによる強制空冷で冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】実開平5−4498号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来構成の装置では、大型のヒートシンク上に複数の周辺回路基板と、モジュール単位で取り付けられた複数個の半導体装置の金属パッケージとが並べて配置されている。また、大型のヒートシンクの側部には、冷却用のブロワが配設されている。そして、ヒートシンクにモジュール単位で取り付けられた複数個の半導体装置の金属パッケージを周辺回路基板と一緒にブロワによる強制空冷でまとめて冷却している。そのため、ヒートシンクやブロワが大型になり、寸法的な影響が大きい。最近は、電子機器全体の小型軽量化の要求が厳しく、特にシャーシ内に半導体装置を実装配置する場合はモジュールの厚さ寸法を薄くしたい場合が多く、その対応が困難になっている。
【0005】
また、上記従来構成の装置では、半導体装置の冷却能力の要求を満たすためには半導体装置をヒートシンクに直接取り付ける必要がある。そのため、半導体装置の前後の回路基板が分断される可能性があり、効率的な基板製造ができない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態によれば、パッケージに半導体素子が収納された半導体装置の冷却装置であって、前記パッケージにおける前記半導体素子の固定プレートの裏面側の放熱面に突設された冷却フィンと、前記固定プレートの前記放熱面に対し、前記冷却フィンを挟んで離間対向配置され、前記パッケージの冷却風を送風する送風器とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第1の実施形態の半導体装置の冷却装置を用いた回路基板の構成を示す斜視図。
【図2】第1の実施形態の半導体装置の冷却装置を半導体パッケージに組み付けた状態の冷却ユニットを示す斜視図。
【図3】図2の冷却ユニットの分解斜視図。
【図4】図2の冷却ユニットを裏側から見た状態を示す分解斜視図。
【図5】第1の実施形態の半導体装置の冷却装置で使用される圧電ブロワの動作原理を示す縦断面図。
【図6】第1の実施形態の半導体装置と回路基板との接続状態を示す側面図。
【図7】第1の実施形態の半導体装置に流れる圧電ブロワからの冷却風の流れを示す側面図。
【図8】第1の実施形態の半導体装置の冷却装置の変形例を示す側面図。
【図9】第2の実施形態の半導体装置の冷却装置を半導体パッケージに組み付ける前の状態を示す斜視図。
【図10】第2の実施形態の半導体装置の冷却装置の第1の変形例を示す斜視図。
【図11】第2の実施形態の半導体装置の冷却装置の第2の変形例を示す斜視図。
【図12】第2の実施形態の半導体装置の冷却装置の第3の変形例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1乃至図7は、第1の実施形態を示す。図1は、第1の実施形態の半導体装置2の冷却装置11を用いた電気回路基板1の構成を示す図である。本実施の形態の電気回路基板1の表面には、複数の半導体装置2がそれぞれ固定ネジ3を介して固定されている。
【0009】
半導体装置2は、図3に示すように複数、本実施の形態では2つの半導体素子4を収納するための半導体素子収納用空間を形成する半導体素子収納用パッケージ(半導体パッケージ)5を備える。半導体パッケージ5は、半導体素子4での発熱の放熱性等の関係から、主に金属で形成されている。半導体パッケージ5は、基体であるベースプレート(半導体素子の固定プレート)6と、ベースプレート6の上表面に半導体素子4を囲む状態で設けられる周壁7と、周壁7の上側に設けられる蓋部8とを備える。パッケージ5のベースプレート6上には、内部基板71と、半導体素子4とが並べて配置されている。半導体素子4は、ベースプレート6上に直接固定されている。内部基板71と、半導体素子4との間は、ワイヤ72で接続されている。
【0010】
図3に示すように、周壁7には、2つの外部接続用の接続端子(フィードスルー)9を備える。接続端子9は、図6に示すようにリード線10を介して電気回路基板1の電気回路に接続されている。
【0011】
図2に示すように本実施の形態の半導体装置2は、半導体パッケージ5に冷却装置11を組み付けた冷却ユニット12を有する。冷却装置11には、図4に示すようにパッケージ5における半導体素子4のベースプレート6の裏面側の放熱面に突設された冷却フィン13と、送風器14とを有する。
【0012】
冷却フィン13は、ベースプレート6に固定された半導体素子4の配置位置と対応する位置に配置され、ベースプレート6に熱的に結合されている。本実施の形態の冷却フィン13は、多数の壁板(板状フィン要素)15が平行に配置された2つのフィン要素群16を有する。図4に示すように2つのフィン要素群16は、図3に示す2つの半導体素子4の配置位置と対応する位置に配置されている。さらに、2つのフィン要素群16間には、隙間Sが設けられている。
【0013】
また、2つのフィン要素群16の両側には、送風路規制板17が配設されている。そして、送風器14からの冷却風の送風路をこれらの送風路規制板17によって壁板15に沿ってベースプレート6の中心側から外側に流す状態に規制するようになっている。
【0014】
本実施の形態の送風器14は、圧電ブロワ18によって形成されている。図5は、圧電ブロワ18の概略構成を示す。圧電ブロワ18は、ほぼ薄型箱状のブロワ本体19と、外周部がブロワ本体19に対して固定されたダイヤフラムユニット20とで構成されている。
【0015】
ブロワ本体19は、天板19aの中心部に表裏に貫通する送風口21が形成されている。ブロワ本体19の底板19bの4つのコーナ部近傍には、流入孔22が形成されている。さらに、ブロワ本体19の底板19bの中心部には、ブロワ室となる大径な空洞部23が形成されている。
【0016】
ダイヤフラムユニット20は、ブロワ本体19の底板19bの空洞部23に固定されている。ダイヤフラムユニット20は、図5に示すように、金属板などからなるダイヤフラム24の中央部下面に、円形の中間板25を間にして圧電素子26を貼り付けた構造を有する。圧電素子26及び中間板25は、ブロワ室となる大径な空洞部23より小径な円板である。ここでは、圧電素子26を中間板25の片面に接着し、中間板25の他面をダイヤフラム24の裏面中央部に貼り付けて構成されている。中間板25もダイヤフラム24と同様に金属板で構成されている。
【0017】
そして、圧電素子26に交番電圧(正弦波または矩形波)を印加することにより、圧電素子26が平面方向に伸縮するのに対し、中間板25及びダイヤフラム24は伸縮しないので、ダイヤフラムユニット20全体が板厚方向に屈曲変形する。このとき、ブロワ本体19の底板19bの4つのコーナ部近傍の流入孔22から空気を吸い込み、ブロワ本体19の天板19aの中心部の送風口21から排出することで、パッケージ5の冷却風を送風することができる。
【0018】
さらに、半導体パッケージ5のベースプレート6の4隅部分とブロワ本体19の4隅部分との間には、それぞれ円筒形状のスペーサ27が介設されている。これらのスペーサ27は冷却フィン13とほぼ同じ高さに設定されている。そして、半導体パッケージ5のベースプレート6の4隅部分とブロワ本体19の4隅部分との間は、各スペーサ27内に挿通される固定ねじ28によって固定されている。これにより、送風器14は、ベースプレート6の裏面側の放熱面に対し、冷却フィン13を挟んで離間対向配置されている。
【0019】
また、ブロワ本体19の送風口21は、冷却フィン13の2つのフィン要素群16間の隙間Sと対応する位置に配置されている。これにより、図7中に矢印で示すようにブロワ本体19の送風口21から吐出された冷却風は、2つのフィン要素群16間の隙間Sから2つのフィン要素群16側に流れる。このとき、送風器14と、ベースプレート6の裏面側の放熱面との間の冷却風は、送風路規制板17によって2つのフィン要素群16の壁板15に沿ってベースプレート6の中心側から外側に流す状態に規制される。
【0020】
[作用]
次に、上記構成よりなる本実施の形態の半導体装置2の冷却装置11の作用について説明する。本実施の形態の半導体装置2の冷却装置11の動作時には、送風器14の圧電ブロワ18が駆動される。このとき、圧電ブロワ18は、ブロワ本体19の底板19bの4つのコーナ部近傍の流入孔22から空気を吸い込み、ブロワ本体19の天板19aの中心部の送風口21から排出することで、パッケージ5の冷却風を送風する。
【0021】
また、ブロワ本体19の送風口21から吐出された冷却風は、2つのフィン要素群16間の隙間Sから2つのフィン要素群16側に流れる。このとき、送風器14と、ベースプレート6の裏面側の放熱面との間の冷却風は、送風路規制板17によって2つのフィン要素群16の壁板15に沿ってベースプレート6の中心側から外側に流す状態に規制される。そのため、2つのフィン要素群16の壁板15間を流れる冷却風を整流状態で円滑に流すことができるので、冷却フィン13の冷却効率を高めることができ、ベースプレート6に固定されている2つの半導体素子4を効率よく空冷することができる。
【0022】
[効果]
そこで、上記構成の本実施の形態の半導体装置2の冷却装置11によれば、次の効果を奏する。すなわち、本実施形態の半導体装置2の冷却装置11は、半導体装置2に半導体装置冷却ユニット12が直接的に組み付けられている。そのため、従来、半導体装置2を冷却するために必要であったヒートシンクや、ヒートシンクを強制空冷で冷却するブロワなどの大型のファンが不要となる。その結果、電子機器全体の小型軽量化を図るうえで有利となる。
【0023】
さらに、半導体装置2を従来のようにヒートシンクに取り付ける必要がないため、電気回路基板1を分断する必要がなくなる。そのため、電気回路基板1の製造が効率的になる。したがって、上記構成の本実施の形態の半導体装置2の冷却装置11によれば、電子機器全体の小型軽量化を図るうえで有利となり、かつ、回路基板を分断する必要がなく、効率的に基板製造が可能な半導体装置の冷却装置と電子機器の冷却装置を提供することができる。
【0024】
なお、上記第1の実施形態では、半導体パッケージ5に2つの半導体素子4を収納した構成を示したが、半導体パッケージ5に収納される半導体素子4の数は、適宜、変更可能である。
【0025】
[第1の実施形態の変形例]
図8は、第1の実施形態の半導体装置2の冷却装置11の変形例を示す。第1の実施形態では、半導体装置冷却ユニット12は、半導体装置2の半導体パッケージ5に組み付けられている状態で、電気回路基板1の上に固定されている構成を示した。これに対し、本変形例は、半導体装置2に半導体装置冷却ユニット12が組み付けられている状態で、電気回路基板1の上に半導体装置2が固定されている。すなわち、本変形例では、電気回路基板1の上に半導体装置2が直接固定されている。これにより、半導体素子収納用パッケージ5の接続端子9と電気回路基板1の電気回路との間を接続するリード線10の長さを第1の実施形態の半導体装置2よりも短くすることができる効果がある。
【0026】
[第2の実施形態]
図9は、第2の実施形態を示す。図9は、第2の実施形態の半導体装置2の冷却装置31を半導体パッケージ32に組み付ける前の状態を示す。本実施の形態の冷却装置31は、軸流ファンによって形成された送風器33を有する。この送風器33は、ファンケース34内に小型の送風ファン35と、この送風ファン35の図示しない駆動モータとが組み込まれている。
【0027】
半導体パッケージ32に突設された冷却フィン36は、ベースプレート6の裏面側の放熱面の中心位置から放射状に配置されている多数の壁板(板状フィン要素)37を有する。この冷却フィン36の壁板37は、ベースプレート6の裏面全体に分散配置されている。
【0028】
また、半導体パッケージ32のベースプレート6の4隅部分と送風器33のファンケース34の4隅部分との間には、第1の実施形態と同様にそれぞれ円筒形状のスペーサ27(図3に示す)が配設されている。これらのスペーサ27は冷却フィン36とほぼ同じ高さに設定されている。そして、半導体パッケージ32のベースプレート6の4隅部分と送風器33のファンケース34の4隅部分との間は、各スペーサ27内に挿通される固定ねじ28(図3に示す)によって固定されている。これにより、送風器33は、ベースプレート6の裏面側の放熱面に対し、冷却フィン36を挟んで離間対向配置され、半導体装置2に半導体装置冷却ユニット38が直接的に組み付けられている。
【0029】
[作用]
次に、上記構成よりなる本実施の形態の半導体装置2の冷却装置31の作用について説明する。本実施の形態の半導体装置2の冷却装置31の動作時には、送風器33からの冷却風は、冷却フィン36の放射状の壁板37に直接吹き付けられてベースプレート6の全面が冷却される。
【0030】
また、半導体パッケージ32の半導体素子4からの熱は、ベースプレート6の全面に伝熱され、熱拡散される。この状態で、送風器33からの冷却風がベースプレート6の全面に吹き付けられて冷却される。このとき、送風器33と、ベースプレート6の裏面側の放熱面との間の冷却風は、冷却フィン36の放射状の壁板37に沿ってベースプレート6の中心側から外側に流す状態に規制される。
【0031】
[効果]
そこで、上記構成の本実施の形態の半導体装置2の冷却装置31によれば、次の効果を奏する。すなわち、本実施形態の半導体装置2の冷却装置31は、第1の実施形態と同様に半導体装置2に半導体装置冷却ユニット38が直接的に組み付けられている。そのため、従来、半導体装置2を冷却するために必要であったヒートシンクや、ヒートシンクを強制空冷で冷却するブロワなどの大型のファンが不要となる。その結果、電子機器全体の小型軽量化を図るうえで有利となる。
【0032】
さらに、半導体装置2を従来のようにヒートシンクに取り付ける必要がないため、電気回路基板1を分断する必要がなくなる。そのため、電気回路基板1の製造が効率的になる。したがって、上記構成の本実施の形態の半導体装置2の冷却装置31によれば、電子機器全体の小型軽量化を図るうえで有利となり、かつ、回路基板を分断する必要がなく、効率的に基板製造が可能な半導体装置の冷却装置と電子機器の冷却装置を提供することができる。
【0033】
[第2の実施形態の第1の変形例]
図10は、第2の実施形態の第1の変形例を示す。本変形例は、放射状の壁板37を有する冷却フィン36に代えて多数の壁板(板状フィン要素)41が平行に配置された2つのフィン要素群42を有する冷却フィン43を半導体パッケージ32に設けたものである。前記冷却フィン43は、前記ベースプレート6に固定された半導体素子4(図3に示す)の配置位置と対応する位置に配置され、かつ前記ベースプレート6と前記送風器33との間に前記送風器33からの冷却風の送風路を形成する送風路形成要素を兼ねる。
【0034】
本変形例の半導体装置2の冷却装置31の動作時には、送風器33からの冷却風は、冷却フィン43の2つのフィン要素群42に直接吹き付けられて冷却される。このとき、送風器33と、ベースプレート6の裏面側の放熱面との間の冷却風は、冷却フィン43の2つのフィン要素群42の多数の壁板41に沿って流す状態に規制される。本変形例でも、第2の実施形態と同様の効果を奏する。
【0035】
[第2の実施形態の第2の変形例]
図11は、第2の実施形態の第2の変形例を示す。本変形例は、放射状の壁板37を有する冷却フィン36に代えて多数のピン状フィン要素51がブロック状に配置された2つのフィン要素群52を有する冷却フィン53を半導体パッケージ32に設けたものである。前記冷却フィン53は、前記ベースプレート6に固定された半導体素子4(図3に示す)の配置位置と対応する位置に配置されている。
【0036】
本変形例の半導体装置2の冷却装置31の動作時には、送風器33からの冷却風は、冷却フィン53の多数のピン状フィン要素51に直接吹き付けられて冷却される。本変形例でも、第2の実施形態と同様の効果を奏する。
【0037】
[第2の実施形態の第3の変形例]
図12は、第2の実施形態の第3の変形例を示す。本変形例は、多数のピン状フィン要素61を送風器33の送風ファン35に合わせて円形に配置した冷却フィン62を半導体パッケージ32に設けたものである。前記冷却フィン62は、前記ベースプレート6に固定された半導体素子4(図3に示す)の配置位置と対応する位置に配置されている。
【0038】
本変形例の半導体装置2の冷却装置31の動作時には、送風器33からの冷却風は、冷却フィン62の多数のピン状フィン要素61に直接吹き付けられて冷却される。本変形例でも、第2の実施形態と同様の効果を奏する。
【0039】
以上、実施形態について説明したが、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施ができることは勿論である。
【符号の説明】
【0040】
2…半導体装置、4…半導体素子、5…パッケージ、6…ベースプレート(半導体素子の固定プレート)、11…冷却装置、13…冷却フィン、14…送風器。
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、シャーシ内の電気回路基板に実装配置される半導体装置の冷却装置と電子機器の冷却装置に関する。
【背景技術】
【0002】
シャーシ内の電気回路基板に実装配置される半導体装置としては、金属パッケージに収納された状態で電気回路基板に実装配置される構成のものが知られている。金属パッケージに収納された発熱する半導体装置は、排熱のためにヒートシンク(放熱板)にモジュール単位で複数個がまとめて取り付けられている。さらに、そのヒートシンクは、ブロワによる強制空冷で冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】実開平5−4498号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記従来構成の装置では、大型のヒートシンク上に複数の周辺回路基板と、モジュール単位で取り付けられた複数個の半導体装置の金属パッケージとが並べて配置されている。また、大型のヒートシンクの側部には、冷却用のブロワが配設されている。そして、ヒートシンクにモジュール単位で取り付けられた複数個の半導体装置の金属パッケージを周辺回路基板と一緒にブロワによる強制空冷でまとめて冷却している。そのため、ヒートシンクやブロワが大型になり、寸法的な影響が大きい。最近は、電子機器全体の小型軽量化の要求が厳しく、特にシャーシ内に半導体装置を実装配置する場合はモジュールの厚さ寸法を薄くしたい場合が多く、その対応が困難になっている。
【0005】
また、上記従来構成の装置では、半導体装置の冷却能力の要求を満たすためには半導体装置をヒートシンクに直接取り付ける必要がある。そのため、半導体装置の前後の回路基板が分断される可能性があり、効率的な基板製造ができない可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態によれば、パッケージに半導体素子が収納された半導体装置の冷却装置であって、前記パッケージにおける前記半導体素子の固定プレートの裏面側の放熱面に突設された冷却フィンと、前記固定プレートの前記放熱面に対し、前記冷却フィンを挟んで離間対向配置され、前記パッケージの冷却風を送風する送風器とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第1の実施形態の半導体装置の冷却装置を用いた回路基板の構成を示す斜視図。
【図2】第1の実施形態の半導体装置の冷却装置を半導体パッケージに組み付けた状態の冷却ユニットを示す斜視図。
【図3】図2の冷却ユニットの分解斜視図。
【図4】図2の冷却ユニットを裏側から見た状態を示す分解斜視図。
【図5】第1の実施形態の半導体装置の冷却装置で使用される圧電ブロワの動作原理を示す縦断面図。
【図6】第1の実施形態の半導体装置と回路基板との接続状態を示す側面図。
【図7】第1の実施形態の半導体装置に流れる圧電ブロワからの冷却風の流れを示す側面図。
【図8】第1の実施形態の半導体装置の冷却装置の変形例を示す側面図。
【図9】第2の実施形態の半導体装置の冷却装置を半導体パッケージに組み付ける前の状態を示す斜視図。
【図10】第2の実施形態の半導体装置の冷却装置の第1の変形例を示す斜視図。
【図11】第2の実施形態の半導体装置の冷却装置の第2の変形例を示す斜視図。
【図12】第2の実施形態の半導体装置の冷却装置の第3の変形例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
[第1の実施形態]
図1乃至図7は、第1の実施形態を示す。図1は、第1の実施形態の半導体装置2の冷却装置11を用いた電気回路基板1の構成を示す図である。本実施の形態の電気回路基板1の表面には、複数の半導体装置2がそれぞれ固定ネジ3を介して固定されている。
【0009】
半導体装置2は、図3に示すように複数、本実施の形態では2つの半導体素子4を収納するための半導体素子収納用空間を形成する半導体素子収納用パッケージ(半導体パッケージ)5を備える。半導体パッケージ5は、半導体素子4での発熱の放熱性等の関係から、主に金属で形成されている。半導体パッケージ5は、基体であるベースプレート(半導体素子の固定プレート)6と、ベースプレート6の上表面に半導体素子4を囲む状態で設けられる周壁7と、周壁7の上側に設けられる蓋部8とを備える。パッケージ5のベースプレート6上には、内部基板71と、半導体素子4とが並べて配置されている。半導体素子4は、ベースプレート6上に直接固定されている。内部基板71と、半導体素子4との間は、ワイヤ72で接続されている。
【0010】
図3に示すように、周壁7には、2つの外部接続用の接続端子(フィードスルー)9を備える。接続端子9は、図6に示すようにリード線10を介して電気回路基板1の電気回路に接続されている。
【0011】
図2に示すように本実施の形態の半導体装置2は、半導体パッケージ5に冷却装置11を組み付けた冷却ユニット12を有する。冷却装置11には、図4に示すようにパッケージ5における半導体素子4のベースプレート6の裏面側の放熱面に突設された冷却フィン13と、送風器14とを有する。
【0012】
冷却フィン13は、ベースプレート6に固定された半導体素子4の配置位置と対応する位置に配置され、ベースプレート6に熱的に結合されている。本実施の形態の冷却フィン13は、多数の壁板(板状フィン要素)15が平行に配置された2つのフィン要素群16を有する。図4に示すように2つのフィン要素群16は、図3に示す2つの半導体素子4の配置位置と対応する位置に配置されている。さらに、2つのフィン要素群16間には、隙間Sが設けられている。
【0013】
また、2つのフィン要素群16の両側には、送風路規制板17が配設されている。そして、送風器14からの冷却風の送風路をこれらの送風路規制板17によって壁板15に沿ってベースプレート6の中心側から外側に流す状態に規制するようになっている。
【0014】
本実施の形態の送風器14は、圧電ブロワ18によって形成されている。図5は、圧電ブロワ18の概略構成を示す。圧電ブロワ18は、ほぼ薄型箱状のブロワ本体19と、外周部がブロワ本体19に対して固定されたダイヤフラムユニット20とで構成されている。
【0015】
ブロワ本体19は、天板19aの中心部に表裏に貫通する送風口21が形成されている。ブロワ本体19の底板19bの4つのコーナ部近傍には、流入孔22が形成されている。さらに、ブロワ本体19の底板19bの中心部には、ブロワ室となる大径な空洞部23が形成されている。
【0016】
ダイヤフラムユニット20は、ブロワ本体19の底板19bの空洞部23に固定されている。ダイヤフラムユニット20は、図5に示すように、金属板などからなるダイヤフラム24の中央部下面に、円形の中間板25を間にして圧電素子26を貼り付けた構造を有する。圧電素子26及び中間板25は、ブロワ室となる大径な空洞部23より小径な円板である。ここでは、圧電素子26を中間板25の片面に接着し、中間板25の他面をダイヤフラム24の裏面中央部に貼り付けて構成されている。中間板25もダイヤフラム24と同様に金属板で構成されている。
【0017】
そして、圧電素子26に交番電圧(正弦波または矩形波)を印加することにより、圧電素子26が平面方向に伸縮するのに対し、中間板25及びダイヤフラム24は伸縮しないので、ダイヤフラムユニット20全体が板厚方向に屈曲変形する。このとき、ブロワ本体19の底板19bの4つのコーナ部近傍の流入孔22から空気を吸い込み、ブロワ本体19の天板19aの中心部の送風口21から排出することで、パッケージ5の冷却風を送風することができる。
【0018】
さらに、半導体パッケージ5のベースプレート6の4隅部分とブロワ本体19の4隅部分との間には、それぞれ円筒形状のスペーサ27が介設されている。これらのスペーサ27は冷却フィン13とほぼ同じ高さに設定されている。そして、半導体パッケージ5のベースプレート6の4隅部分とブロワ本体19の4隅部分との間は、各スペーサ27内に挿通される固定ねじ28によって固定されている。これにより、送風器14は、ベースプレート6の裏面側の放熱面に対し、冷却フィン13を挟んで離間対向配置されている。
【0019】
また、ブロワ本体19の送風口21は、冷却フィン13の2つのフィン要素群16間の隙間Sと対応する位置に配置されている。これにより、図7中に矢印で示すようにブロワ本体19の送風口21から吐出された冷却風は、2つのフィン要素群16間の隙間Sから2つのフィン要素群16側に流れる。このとき、送風器14と、ベースプレート6の裏面側の放熱面との間の冷却風は、送風路規制板17によって2つのフィン要素群16の壁板15に沿ってベースプレート6の中心側から外側に流す状態に規制される。
【0020】
[作用]
次に、上記構成よりなる本実施の形態の半導体装置2の冷却装置11の作用について説明する。本実施の形態の半導体装置2の冷却装置11の動作時には、送風器14の圧電ブロワ18が駆動される。このとき、圧電ブロワ18は、ブロワ本体19の底板19bの4つのコーナ部近傍の流入孔22から空気を吸い込み、ブロワ本体19の天板19aの中心部の送風口21から排出することで、パッケージ5の冷却風を送風する。
【0021】
また、ブロワ本体19の送風口21から吐出された冷却風は、2つのフィン要素群16間の隙間Sから2つのフィン要素群16側に流れる。このとき、送風器14と、ベースプレート6の裏面側の放熱面との間の冷却風は、送風路規制板17によって2つのフィン要素群16の壁板15に沿ってベースプレート6の中心側から外側に流す状態に規制される。そのため、2つのフィン要素群16の壁板15間を流れる冷却風を整流状態で円滑に流すことができるので、冷却フィン13の冷却効率を高めることができ、ベースプレート6に固定されている2つの半導体素子4を効率よく空冷することができる。
【0022】
[効果]
そこで、上記構成の本実施の形態の半導体装置2の冷却装置11によれば、次の効果を奏する。すなわち、本実施形態の半導体装置2の冷却装置11は、半導体装置2に半導体装置冷却ユニット12が直接的に組み付けられている。そのため、従来、半導体装置2を冷却するために必要であったヒートシンクや、ヒートシンクを強制空冷で冷却するブロワなどの大型のファンが不要となる。その結果、電子機器全体の小型軽量化を図るうえで有利となる。
【0023】
さらに、半導体装置2を従来のようにヒートシンクに取り付ける必要がないため、電気回路基板1を分断する必要がなくなる。そのため、電気回路基板1の製造が効率的になる。したがって、上記構成の本実施の形態の半導体装置2の冷却装置11によれば、電子機器全体の小型軽量化を図るうえで有利となり、かつ、回路基板を分断する必要がなく、効率的に基板製造が可能な半導体装置の冷却装置と電子機器の冷却装置を提供することができる。
【0024】
なお、上記第1の実施形態では、半導体パッケージ5に2つの半導体素子4を収納した構成を示したが、半導体パッケージ5に収納される半導体素子4の数は、適宜、変更可能である。
【0025】
[第1の実施形態の変形例]
図8は、第1の実施形態の半導体装置2の冷却装置11の変形例を示す。第1の実施形態では、半導体装置冷却ユニット12は、半導体装置2の半導体パッケージ5に組み付けられている状態で、電気回路基板1の上に固定されている構成を示した。これに対し、本変形例は、半導体装置2に半導体装置冷却ユニット12が組み付けられている状態で、電気回路基板1の上に半導体装置2が固定されている。すなわち、本変形例では、電気回路基板1の上に半導体装置2が直接固定されている。これにより、半導体素子収納用パッケージ5の接続端子9と電気回路基板1の電気回路との間を接続するリード線10の長さを第1の実施形態の半導体装置2よりも短くすることができる効果がある。
【0026】
[第2の実施形態]
図9は、第2の実施形態を示す。図9は、第2の実施形態の半導体装置2の冷却装置31を半導体パッケージ32に組み付ける前の状態を示す。本実施の形態の冷却装置31は、軸流ファンによって形成された送風器33を有する。この送風器33は、ファンケース34内に小型の送風ファン35と、この送風ファン35の図示しない駆動モータとが組み込まれている。
【0027】
半導体パッケージ32に突設された冷却フィン36は、ベースプレート6の裏面側の放熱面の中心位置から放射状に配置されている多数の壁板(板状フィン要素)37を有する。この冷却フィン36の壁板37は、ベースプレート6の裏面全体に分散配置されている。
【0028】
また、半導体パッケージ32のベースプレート6の4隅部分と送風器33のファンケース34の4隅部分との間には、第1の実施形態と同様にそれぞれ円筒形状のスペーサ27(図3に示す)が配設されている。これらのスペーサ27は冷却フィン36とほぼ同じ高さに設定されている。そして、半導体パッケージ32のベースプレート6の4隅部分と送風器33のファンケース34の4隅部分との間は、各スペーサ27内に挿通される固定ねじ28(図3に示す)によって固定されている。これにより、送風器33は、ベースプレート6の裏面側の放熱面に対し、冷却フィン36を挟んで離間対向配置され、半導体装置2に半導体装置冷却ユニット38が直接的に組み付けられている。
【0029】
[作用]
次に、上記構成よりなる本実施の形態の半導体装置2の冷却装置31の作用について説明する。本実施の形態の半導体装置2の冷却装置31の動作時には、送風器33からの冷却風は、冷却フィン36の放射状の壁板37に直接吹き付けられてベースプレート6の全面が冷却される。
【0030】
また、半導体パッケージ32の半導体素子4からの熱は、ベースプレート6の全面に伝熱され、熱拡散される。この状態で、送風器33からの冷却風がベースプレート6の全面に吹き付けられて冷却される。このとき、送風器33と、ベースプレート6の裏面側の放熱面との間の冷却風は、冷却フィン36の放射状の壁板37に沿ってベースプレート6の中心側から外側に流す状態に規制される。
【0031】
[効果]
そこで、上記構成の本実施の形態の半導体装置2の冷却装置31によれば、次の効果を奏する。すなわち、本実施形態の半導体装置2の冷却装置31は、第1の実施形態と同様に半導体装置2に半導体装置冷却ユニット38が直接的に組み付けられている。そのため、従来、半導体装置2を冷却するために必要であったヒートシンクや、ヒートシンクを強制空冷で冷却するブロワなどの大型のファンが不要となる。その結果、電子機器全体の小型軽量化を図るうえで有利となる。
【0032】
さらに、半導体装置2を従来のようにヒートシンクに取り付ける必要がないため、電気回路基板1を分断する必要がなくなる。そのため、電気回路基板1の製造が効率的になる。したがって、上記構成の本実施の形態の半導体装置2の冷却装置31によれば、電子機器全体の小型軽量化を図るうえで有利となり、かつ、回路基板を分断する必要がなく、効率的に基板製造が可能な半導体装置の冷却装置と電子機器の冷却装置を提供することができる。
【0033】
[第2の実施形態の第1の変形例]
図10は、第2の実施形態の第1の変形例を示す。本変形例は、放射状の壁板37を有する冷却フィン36に代えて多数の壁板(板状フィン要素)41が平行に配置された2つのフィン要素群42を有する冷却フィン43を半導体パッケージ32に設けたものである。前記冷却フィン43は、前記ベースプレート6に固定された半導体素子4(図3に示す)の配置位置と対応する位置に配置され、かつ前記ベースプレート6と前記送風器33との間に前記送風器33からの冷却風の送風路を形成する送風路形成要素を兼ねる。
【0034】
本変形例の半導体装置2の冷却装置31の動作時には、送風器33からの冷却風は、冷却フィン43の2つのフィン要素群42に直接吹き付けられて冷却される。このとき、送風器33と、ベースプレート6の裏面側の放熱面との間の冷却風は、冷却フィン43の2つのフィン要素群42の多数の壁板41に沿って流す状態に規制される。本変形例でも、第2の実施形態と同様の効果を奏する。
【0035】
[第2の実施形態の第2の変形例]
図11は、第2の実施形態の第2の変形例を示す。本変形例は、放射状の壁板37を有する冷却フィン36に代えて多数のピン状フィン要素51がブロック状に配置された2つのフィン要素群52を有する冷却フィン53を半導体パッケージ32に設けたものである。前記冷却フィン53は、前記ベースプレート6に固定された半導体素子4(図3に示す)の配置位置と対応する位置に配置されている。
【0036】
本変形例の半導体装置2の冷却装置31の動作時には、送風器33からの冷却風は、冷却フィン53の多数のピン状フィン要素51に直接吹き付けられて冷却される。本変形例でも、第2の実施形態と同様の効果を奏する。
【0037】
[第2の実施形態の第3の変形例]
図12は、第2の実施形態の第3の変形例を示す。本変形例は、多数のピン状フィン要素61を送風器33の送風ファン35に合わせて円形に配置した冷却フィン62を半導体パッケージ32に設けたものである。前記冷却フィン62は、前記ベースプレート6に固定された半導体素子4(図3に示す)の配置位置と対応する位置に配置されている。
【0038】
本変形例の半導体装置2の冷却装置31の動作時には、送風器33からの冷却風は、冷却フィン62の多数のピン状フィン要素61に直接吹き付けられて冷却される。本変形例でも、第2の実施形態と同様の効果を奏する。
【0039】
以上、実施形態について説明したが、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施ができることは勿論である。
【符号の説明】
【0040】
2…半導体装置、4…半導体素子、5…パッケージ、6…ベースプレート(半導体素子の固定プレート)、11…冷却装置、13…冷却フィン、14…送風器。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
パッケージに半導体素子が収納された半導体装置の冷却装置であって、
前記パッケージにおける前記半導体素子の固定プレートの裏面側の放熱面に突設された冷却フィンと、
前記固定プレートの前記放熱面に対し、前記冷却フィンを挟んで離間対向配置され、前記パッケージの冷却風を送風する送風器と
を具備することを特徴とする半導体装置の冷却装置。
【請求項2】
前記冷却フィンは、前記固定プレートに固定された前記半導体素子の配置位置と対応する位置に配置され、かつ前記固定プレートと前記送風器との間に前記送風器からの冷却風の送風路を形成する送風路形成要素を兼ねることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の冷却装置。
【請求項3】
前記送風器は、軸流ファンによって形成され、
前記冷却フィンは、前記固定プレートの中心位置から放射状に配置されている多数の板状フィン要素を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の冷却装置。
【請求項4】
前記送風器は、本体の中央位置に送風口を有する圧電ブロワによって形成され、
前記冷却フィンは、多数の板状フィン要素が平行に配置されたフィン要素群を有し、
前記フィン要素群の両側に前記送風器からの冷却風を前記板状フィン要素に沿って前記固定プレートの中心側から外側に流す状態に前記送風路を規制する送風路規制板が配設されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の冷却装置。
【請求項5】
前記冷却フィンは、多数のピン状フィン要素を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の冷却装置。
【請求項6】
パッケージに半導体素子が収納された半導体装置が回路基板上に取り付けられた電子機器の冷却装置であって、
前記パッケージにおける前記半導体素子の固定プレートの裏面側の放熱面に突設された冷却フィンと、
前記固定プレートの前記放熱面に対し、前記冷却フィンを挟んで離間対向配置され、前記パッケージの冷却風を送風する送風器と
を具備する半導体装置冷却ユニットが前記半導体装置に組み付けられていることを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項7】
前記半導体装置冷却ユニットは、前記半導体装置に組み付けられている状態で、前記回路基板上に固定されていることを特徴とする請求項6に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項8】
前記半導体装置冷却ユニットは、前記半導体装置に組み付けられている状態で、前記回路基板上に前記半導体装置が固定されていることを特徴とする請求項6に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項1】
パッケージに半導体素子が収納された半導体装置の冷却装置であって、
前記パッケージにおける前記半導体素子の固定プレートの裏面側の放熱面に突設された冷却フィンと、
前記固定プレートの前記放熱面に対し、前記冷却フィンを挟んで離間対向配置され、前記パッケージの冷却風を送風する送風器と
を具備することを特徴とする半導体装置の冷却装置。
【請求項2】
前記冷却フィンは、前記固定プレートに固定された前記半導体素子の配置位置と対応する位置に配置され、かつ前記固定プレートと前記送風器との間に前記送風器からの冷却風の送風路を形成する送風路形成要素を兼ねることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の冷却装置。
【請求項3】
前記送風器は、軸流ファンによって形成され、
前記冷却フィンは、前記固定プレートの中心位置から放射状に配置されている多数の板状フィン要素を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の冷却装置。
【請求項4】
前記送風器は、本体の中央位置に送風口を有する圧電ブロワによって形成され、
前記冷却フィンは、多数の板状フィン要素が平行に配置されたフィン要素群を有し、
前記フィン要素群の両側に前記送風器からの冷却風を前記板状フィン要素に沿って前記固定プレートの中心側から外側に流す状態に前記送風路を規制する送風路規制板が配設されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の冷却装置。
【請求項5】
前記冷却フィンは、多数のピン状フィン要素を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の冷却装置。
【請求項6】
パッケージに半導体素子が収納された半導体装置が回路基板上に取り付けられた電子機器の冷却装置であって、
前記パッケージにおける前記半導体素子の固定プレートの裏面側の放熱面に突設された冷却フィンと、
前記固定プレートの前記放熱面に対し、前記冷却フィンを挟んで離間対向配置され、前記パッケージの冷却風を送風する送風器と
を具備する半導体装置冷却ユニットが前記半導体装置に組み付けられていることを特徴とする電子機器の冷却装置。
【請求項7】
前記半導体装置冷却ユニットは、前記半導体装置に組み付けられている状態で、前記回路基板上に固定されていることを特徴とする請求項6に記載の電子機器の冷却装置。
【請求項8】
前記半導体装置冷却ユニットは、前記半導体装置に組み付けられている状態で、前記回路基板上に前記半導体装置が固定されていることを特徴とする請求項6に記載の電子機器の冷却装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【公開番号】特開2012−4324(P2012−4324A)
【公開日】平成24年1月5日(2012.1.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−137672(P2010−137672)
【出願日】平成22年6月16日(2010.6.16)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年1月5日(2012.1.5)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年6月16日(2010.6.16)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
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