放熱器
【課題】従来より大型化することなく簡単な構造で冷却能力が高い放熱器を提供する。
【解決手段】放熱器10は、一つの面に形成された凹部12cの底面に多数の略円錐台形状の柱状突起部12dが一体に形成された第1の部材12と、この第1の部材12の凹部12cの側に固定されて内部に空間を形成するとともに、第1の部材12の多数の柱状突起部12dの各々の先端面に当接する第2の部材とから構成され、第1の部材12には、冷却剤を内部に供給するとともに内部から排出するために一対の貫通孔12eが形成されている。
【解決手段】放熱器10は、一つの面に形成された凹部12cの底面に多数の略円錐台形状の柱状突起部12dが一体に形成された第1の部材12と、この第1の部材12の凹部12cの側に固定されて内部に空間を形成するとともに、第1の部材12の多数の柱状突起部12dの各々の先端面に当接する第2の部材とから構成され、第1の部材12には、冷却剤を内部に供給するとともに内部から排出するために一対の貫通孔12eが形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、放熱器に関し、特に、内部に冷却剤が流れて発熱体からの熱を冷却剤に放熱するために使用される放熱器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、パワーモジュール用絶縁基板として使用されている金属−セラミックス接合基板では、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合するとともに他方の面に放熱用金属ベース板が接合し、金属回路板上に半導体チップなどが搭載されている。このような半導体チップなどの発熱素子からの熱を外部に放熱するために、放熱用金属ベース板の裏面に放熱グリースを介して放熱フィンを取り付ける方法が知られている。また、半導体装置実装用基板にろう材を介して放熱フィンを接合する方法も知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
しかし、特許文献1に開示された方法では、空冷の放熱フィンを使用しているため、一般に水冷の冷却装置と比べて冷却能力が低く、性能を安定させ難いという問題がある。
【0004】
また、発熱体からの熱を水などの冷却剤に放熱するための様々な水冷用放熱器が提案されている(例えば、特許文献2〜4参照)。
【0005】
【特許文献1】特開平4−363052号公報(段落番号0006)
【特許文献2】特開昭62−52945号公報(第1頁)
【特許文献3】特開平1−63142号公報(第1頁)
【特許文献4】特開2004−247684号公報(段落番号0011−0017)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、近年のパワーモジュール用絶縁基板では、半導体チップなどの高出力化や高密度実装化により発熱量が増大しており、特許文献2〜4に提案されたような水冷用放熱器を使用しても、複雑な構造にしたり、大型化しなければ十分に放熱を行うことができなくなっている。
【0007】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、従来より大型化することなく簡単な構造で冷却能力が高い放熱器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】
【0008】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、貫通孔を介して外部に連通する空間を金属部材の内部に形成し、この空間の対向する二つの面の間に延びる多数の柱状部を互いに離間して設けることにより、従来より大型化することなく簡単な構造で冷却能力が高い放熱器を製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち、本発明による放熱器は、内部に形成された空間を外部に連通させる一対の貫通孔が形成された金属部材からなり、空間の対向する二つの面の間に延びる多数の柱状部が互いに離間して設けられていることを特徴とする。この放熱器において、金属部材が、多数の柱状部が一体に形成された第1の部材と、この第1の部材に固定されて空間を形成する第2の部材とからなるのが好ましい。あるいは、金属部材が、一つの面に形成された凹部の底面に多数の柱状部が一体に形成された第1の部材と、この第1の部材の凹部の側に固定されて空間を形成するとともに、第1の部材の多数の柱状部の各々の先端に当接する第2の部材とからなるのが好ましい。また、多数の柱状部の各々が略円錐台形状、略円錐形状または略直方体形状を有するのが好ましく、金属部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましい。
【0010】
また、本発明による放熱器付き金属−セラミックス接合基板は、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合した金属−セラミックス接合基板と、この金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板の他方の面に接合した上記の放熱器とから構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、貫通孔を介して外部に連通する空間を金属部材の内部に形成し、この空間の対向する二つの面の間に延びる多数の柱状部を互いに離間して設けることにより、従来より大型化することなく簡単な構造で冷却能力が高い放熱器を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、添付図面を参照して、本発明による放熱器の実施の形態について詳細に説明する。
【0013】
[第1の実施の形態]
図1〜図4は、本発明による放熱器の第1の実施の形態を示している。図1は本実施の形態の放熱器の平面図、図2は図1の放熱器の蓋体を取り付ける前の放熱部材の裏面を示す底面図、図3は図1の放熱器の蓋体を取り付ける前の放熱部材のIII−III線断面図、図4は図1の放熱器の放熱部材に蓋体を取り付けた状態を示す断面図である。
【0014】
これらの図に示すように、本実施の形態の放熱器10は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属材料からなる略矩形の平面形状を有する平板状の放熱部材(第1の部材)12と、この放熱部材12に取り付けられたアルミニウムやアルミニウム合金などの金属材料からなる略矩形の平面形状を有する平板状の蓋体(第2の部材)14とから構成され、この蓋体14を放熱部材12に取り付けることよって内部に形成された空間に連通する一対の管状部材16が取り付けられている。
【0015】
図1に示すように、放熱部材12は、上面12aが平坦な面になっており、この上面12aには、半導体チップなどが搭載された金属−セラミックス接合基板のように発熱体からの熱を冷却剤に放熱する必要がある部品が載置されるようになっている。また、図2および図3に示すように、放熱部材12の裏面12bの略中央部には、略矩形の凹部12cが形成されている。
【0016】
この凹部12cの底面には、略円錐台形状(略円錐の上端を底面と略平行に切断した形状)の多数の柱状突起部12dが形成されている。これらの柱状突起部12dは、裏面12bの凹部12cのまわりの周縁部分と同じ高さまで、放熱部材12の上面12aおよび裏面12bに対して略垂直方向に延びている。また、これらの柱状突起部12dは、それぞれ所定の間隔で離間して一列に配置された突起部12dの複数列が互いに平行に且つ隣接する柱状突起部12dの列と互いに半ピッチ(隣接する柱状突起部12dの中心線(柱状突起部12dが延びる軸線)間の距離の半分)ずれるように配置され、隣接する柱状突起部12dの間隔を確保しながらより多くの柱状突起部12dが配置されるようにしている。本実施の形態では、これらの柱状突起部12dは、例えば、高さが2〜50mm程度、好ましくは5〜15mm程度、ピッチが2〜10mm程度、好ましくは3〜7mm程度、テーパ角度が2〜15°、好ましくは5〜10°になっている。
【0017】
また、放熱部材12の側面から凹部12cの側面まで放熱部材12の周縁部分を貫通する略円柱形の一対の貫通孔12eが形成されている。これらの一対の貫通孔12eの一方は、放熱部材12の長手方向の一端側の角部付近に形成され、この角部と対角線方向の角部付近であって放熱部材12の長手方向の他端側には、他方の貫通孔12eが形成されている。これらの貫通孔12eには、冷却剤を凹部12c内に導入するとともに凹部12cから排出するための一対の管状部材16が嵌合して取り付けられるようになっている。
【0018】
また、放熱部材12の裏面12bの周縁部分には6つのねじ穴12fが形成されており、これらのねじ穴12fに対応するように蓋体14を貫通して形成された(図示しない)6つのねじ穴を放熱部材12の6つのねじ穴12fに合わせて(図示しない)ねじを螺合させることにより、図4に示すように放熱部材12に蓋体14を固定することができるようになっている。このように蓋体14を放熱部材12に固定すると、内部に冷却剤を収容する空間が形成され、放熱部材12の貫通孔12eに管状部材16を取り付けることによって、これらの管状部材16を介して冷却剤の供給および排出が可能な放熱器10が完成する。なお、放熱部材12に蓋体14を固定することによって内部に形成された空間内には、多数の柱状突起部12dが形成されており、これらの柱状突起部12dの間に冷却剤が流れる流路が形成される。
【0019】
このように本実施の形態の放熱器10では、冷却剤が流れる内部の空間に多数の柱状突起部12dを形成することにより、冷却剤が接触する放熱器10の内面の面積(放熱面積)を著しく増大することができるので、放熱器10の冷却能力を非常に高くすることができる。
【0020】
[第2の実施の形態]
図5は、本発明による放熱器の第2の実施の形態の放熱部材の裏面を示している。本実施の形態の放熱器は、第1の実施の形態の放熱器の略矩形の凹部12cの代わりに、長手方向に互いに平行に延びる4つの凹部の部分が連結されて蛇行して延びる1つの凹部112cが形成され、この凹部112cの両端から放熱部材12の側面まで貫通する一対の貫通孔112eが形成されている以外は、第1の実施の形態の放熱器10と略同一の構成を有するので、同一部分の参照符号に100を加えて示し、それらの説明を省略する。
【0021】
このように本実施の形態の放熱器でも、冷却剤が流れる内部の空間に多数の柱状突起部112dを形成することにより、冷却剤が接触する放熱器の内面の面積(放熱面積)を著しく増大することができるので、放熱器の冷却能力を非常に高くすることができる。また、冷却剤が流れる凹部112cが蛇行して延びているので、第1の実施の形態の放熱器10よりも冷却能力を向上させることができる。
【0022】
なお、上述した第1および第2の実施の形態では、多数の柱状突起部12d、112dの各々の形状が略円錐台形状であったが、図6および図7に示すように略円錐形状の多数の柱状突起部212dを形成してもよく、図8および図9に示すように略直方体形状の多数の柱状突起部312dを形成してもよい。なお、第1の実施の形態の放熱器10と同一の構成を有する部分には、図6および図7では参照符号に200を加えて示し、図8および図9では参照符号に300を加えて示している。
【0023】
また、上述した第1および第2の実施の形態では、多数の柱状突起部12d、112dの高さを裏面12c、112cの凹部12e、112eのまわりの周縁部分と同じ高さにしたが、必ずしも同じ高さにする必要はなく、凹部12e、112eの深さの半分以上の高さであるのが好ましい。
【0024】
また、上述した第1および第2の実施の形態では、放熱部材12、112に一対の貫通孔12e、112eを形成したが、これらの貫通孔12e、112eの数は必ずしも2つである必要はなく、放熱器の内部に冷却剤と導入するための少なくとも1つの貫通孔と放熱器の内部から冷却剤を排出するための少なくとも1つの貫通孔が形成されていればよい。
【0025】
また、上述した第1および第2の実施の形態において、放熱器の放熱性を高めるために、ブラストなどの物理的処理や薬液を用いた化学的処理によって、裏面12c、112cの凹部12e、112eや多数の柱状突起部12d、112dの表面を粗くして、表面積を増大してもよい。また、冷却剤によって放熱器の腐食を防止するために、放熱器の材質として耐食性の高い合金部材を適宜選択してもよく、アルマイト処理やNiめっき処理によって表面を処理してもよい。
【0026】
また、上述した第1および第2の実施の形態では、放熱部材12、112に蓋体14、114を取り付けているが、図10に示すように、蓋体14、114の代わりに放熱部材412同士を組み合わせてもよい。なお、図10において、第1の実施の形態の放熱器10と同一の構成を有する部分には、参照符号に400を加えて示している。
【0027】
また、上述した第1および第2の実施の形態において、半導体チップなどが搭載された金属−セラミックス接合基板のように発熱体からの熱を冷却剤に放熱する必要がある部品に、上述した第1および第2の実施の形態の放熱器を接合して一体にしてもよい。
【0028】
例えば、図11および図12に示すように、放熱部材512の上面に複数の(図示した例では3つであるが、1つでもよい)セラミックス基板518を接合し、これらのセラミックス基板518の上面にそれぞれ金属回路板520を接合することにより、セラミックス基板518に金属回路板520が接合した金属−セラミックス接合基板を放熱器に一体に接合してもよい。なお、図11および図12において、第1の実施の形態の放熱器10と同一の構成を有する部分には、参照符号に500を加えて示している。
【0029】
また、図13に示すように、放熱部材612の上面および蓋体614の底面にそれぞれ複数の(図示した例では3つであるが、1つでもよい)セラミックス基板618を接合し、これらのセラミックス基板618にそれぞれ金属回路板620を接合することにより、セラミックス基板618に金属回路板620が接合した金属−セラミックス接合基板を放熱器に一体に接合してもよい。なお、図13において、第1の実施の形態の放熱器10と同一の構成を有する部分には、参照符号に600を加えて示している。
【0030】
また、図14に示すように、放熱部材712同士を組み合わせて、上側の放熱部材712の上面に複数の(図示した例では3つであるが、1つでもよい)セラミックス基板718を接合し、これらのセラミックス基板718の上面にそれぞれ金属回路板720を接合することにより、セラミックス基板718に金属回路板720が接合した金属−セラミックス接合基板を放熱器に一体に接合してもよい。なお、図14において、第1の実施の形態の放熱器10と同一の構成を有する部分には、参照符号に700を加えて示している。
【0031】
さらに、図15に示すように、放熱部材812同士を組み合わせて、上側の放熱部材812の上面および下側の放熱部材812の底面にそれぞれ複数の(図示した例では3つであるが、1つでもよい)セラミックス基板818を接合し、これらのセラミックス基板818にそれぞれ金属回路板820を接合することにより、セラミックス基板818に金属回路板820が接合した金属−セラミックス接合基板を放熱器に一体に接合してもよい。なお、図15において、第1の実施の形態の放熱器10と同一の構成を有する部分には、参照符号に800を加えて示している。
【0032】
なお、上述した第1および第2の実施の形態において、放熱部材12、112や蓋体14は機械加工や鋳造によって製造することができる。
【0033】
例えば、図11〜図15に示す金属−セラミックス接合基板が一体に接合した放熱部材512、612、712、812は、図16に示すように、セラミックス基板を収容する空洞部914が内部に形成されるとともにこの空洞部914の両側にそれぞれ放熱部材に対応する形状の空洞部916と金属回路板に対応する形状の空洞部918が形成された鋳型900に、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの溶湯を注入して固化させる方法(所謂溶湯接合法)によって製造することができる。なお、鋳型900は、下側鋳型部材910と上側鋳型部材912から構成され、上側鋳型部材912には、内部に溶湯を注入する注湯口920が形成されている。
【0034】
また、図13に示す金属−セラミックス接合基板が一体に接合した蓋体614は、図17に示すように、セラミックス基板を収容する空洞部1014が内部に形成されるとともにこの空洞部1014の両側にそれぞれ蓋体に対応する形状の空洞部1016と金属回路板に対応する形状の空洞部1018が形成された鋳型1000に、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの溶湯を注入して固化させる方法(所謂溶湯接合法)によって製造することができる。なお、鋳型1000は、下側鋳型部材1010と上側鋳型部材1012から構成され、上側鋳型部材1012には、内部に溶湯を注入する注湯口1020が形成されている。
【0035】
なお、上述した第1および第2の実施の形態の放熱部材のように、多数の柱状突起部が形成された放熱部材を通常の溶湯接合法によって製造すると、所望の形状の柱状突起部を形成するのが困難になる場合がある。その場合には、鋳型に溶湯を注入した後に、注湯口からガスなどで溶湯を加圧することによって、所望の形状の柱状突起部を形成することができる。
【0036】
また、上述した第1および第2の実施の形態では、放熱部材12、112と蓋体14、あるいは放熱部材12、112同士をねじによって固定しているが、これらの部材をろう接やクランプによって固定してもよい。なお、これらの部材は、Oリングやパッキンなどのシール部材を介して固定するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明による放熱器の第1の実施の形態の平面図である。
【図2】図1の放熱器の蓋体を取り付ける前の放熱部材の裏面を示す底面図である。
【図3】図1の放熱器の蓋体を取り付ける前の放熱部材のIII−III線断面図である。
【図4】図1の放熱器の放熱部材に蓋体を取り付けた状態を示す断面図である。
【図5】本発明による放熱器の第2の実施の形態の放熱部材の裏面を示す底面図である。
【図6】第1の実施の形態の放熱器の第1の変形例の放熱部材の裏面を示す底面図である。
【図7】図6の放熱部材の断面図である。
【図8】第1の実施の形態の放熱器の第2の変形例の放熱部材の裏面を示す底面図である。
【図9】図8の放熱部材の断面図である。
【図10】第1の実施の形態の放熱器の第3の変形例を示す断面図である。
【図11】第1の実施の形態の放熱器の第4の変形例を示す断面図である。
【図12】図11の放熱器の平面図である。
【図13】第1の実施の形態の放熱器の第5の変形例を示す断面図である。
【図14】第1の実施の形態の放熱器の第6の変形例を示す断面図である。
【図15】第1の実施の形態の放熱器の第7の変形例を示す断面図である。
【図16】第1の実施の形態の放熱器の第4〜第7の変形例の放熱部材を製造するために使用する鋳型の断面図である。
【図17】第1の実施の形態の放熱器の第4の変形例の蓋体を製造するために使用する鋳型の断面図である。
【符号の説明】
【0038】
10 放熱器
12、112 放熱部材(第1の部材)
12a 上面
12b、112b 裏面
12c、112c 凹部
12d、112d 柱状突起部
12e、112e 貫通孔
12f、112f ねじ穴
14 蓋体(第2の部材)
16、116 管状部材
【技術分野】
【0001】
本発明は、放熱器に関し、特に、内部に冷却剤が流れて発熱体からの熱を冷却剤に放熱するために使用される放熱器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、パワーモジュール用絶縁基板として使用されている金属−セラミックス接合基板では、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合するとともに他方の面に放熱用金属ベース板が接合し、金属回路板上に半導体チップなどが搭載されている。このような半導体チップなどの発熱素子からの熱を外部に放熱するために、放熱用金属ベース板の裏面に放熱グリースを介して放熱フィンを取り付ける方法が知られている。また、半導体装置実装用基板にろう材を介して放熱フィンを接合する方法も知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
しかし、特許文献1に開示された方法では、空冷の放熱フィンを使用しているため、一般に水冷の冷却装置と比べて冷却能力が低く、性能を安定させ難いという問題がある。
【0004】
また、発熱体からの熱を水などの冷却剤に放熱するための様々な水冷用放熱器が提案されている(例えば、特許文献2〜4参照)。
【0005】
【特許文献1】特開平4−363052号公報(段落番号0006)
【特許文献2】特開昭62−52945号公報(第1頁)
【特許文献3】特開平1−63142号公報(第1頁)
【特許文献4】特開2004−247684号公報(段落番号0011−0017)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかし、近年のパワーモジュール用絶縁基板では、半導体チップなどの高出力化や高密度実装化により発熱量が増大しており、特許文献2〜4に提案されたような水冷用放熱器を使用しても、複雑な構造にしたり、大型化しなければ十分に放熱を行うことができなくなっている。
【0007】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、従来より大型化することなく簡単な構造で冷却能力が高い放熱器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】
【0008】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、貫通孔を介して外部に連通する空間を金属部材の内部に形成し、この空間の対向する二つの面の間に延びる多数の柱状部を互いに離間して設けることにより、従来より大型化することなく簡単な構造で冷却能力が高い放熱器を製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち、本発明による放熱器は、内部に形成された空間を外部に連通させる一対の貫通孔が形成された金属部材からなり、空間の対向する二つの面の間に延びる多数の柱状部が互いに離間して設けられていることを特徴とする。この放熱器において、金属部材が、多数の柱状部が一体に形成された第1の部材と、この第1の部材に固定されて空間を形成する第2の部材とからなるのが好ましい。あるいは、金属部材が、一つの面に形成された凹部の底面に多数の柱状部が一体に形成された第1の部材と、この第1の部材の凹部の側に固定されて空間を形成するとともに、第1の部材の多数の柱状部の各々の先端に当接する第2の部材とからなるのが好ましい。また、多数の柱状部の各々が略円錐台形状、略円錐形状または略直方体形状を有するのが好ましく、金属部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなるのが好ましい。
【0010】
また、本発明による放熱器付き金属−セラミックス接合基板は、セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合した金属−セラミックス接合基板と、この金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板の他方の面に接合した上記の放熱器とから構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、貫通孔を介して外部に連通する空間を金属部材の内部に形成し、この空間の対向する二つの面の間に延びる多数の柱状部を互いに離間して設けることにより、従来より大型化することなく簡単な構造で冷却能力が高い放熱器を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
以下、添付図面を参照して、本発明による放熱器の実施の形態について詳細に説明する。
【0013】
[第1の実施の形態]
図1〜図4は、本発明による放熱器の第1の実施の形態を示している。図1は本実施の形態の放熱器の平面図、図2は図1の放熱器の蓋体を取り付ける前の放熱部材の裏面を示す底面図、図3は図1の放熱器の蓋体を取り付ける前の放熱部材のIII−III線断面図、図4は図1の放熱器の放熱部材に蓋体を取り付けた状態を示す断面図である。
【0014】
これらの図に示すように、本実施の形態の放熱器10は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属材料からなる略矩形の平面形状を有する平板状の放熱部材(第1の部材)12と、この放熱部材12に取り付けられたアルミニウムやアルミニウム合金などの金属材料からなる略矩形の平面形状を有する平板状の蓋体(第2の部材)14とから構成され、この蓋体14を放熱部材12に取り付けることよって内部に形成された空間に連通する一対の管状部材16が取り付けられている。
【0015】
図1に示すように、放熱部材12は、上面12aが平坦な面になっており、この上面12aには、半導体チップなどが搭載された金属−セラミックス接合基板のように発熱体からの熱を冷却剤に放熱する必要がある部品が載置されるようになっている。また、図2および図3に示すように、放熱部材12の裏面12bの略中央部には、略矩形の凹部12cが形成されている。
【0016】
この凹部12cの底面には、略円錐台形状(略円錐の上端を底面と略平行に切断した形状)の多数の柱状突起部12dが形成されている。これらの柱状突起部12dは、裏面12bの凹部12cのまわりの周縁部分と同じ高さまで、放熱部材12の上面12aおよび裏面12bに対して略垂直方向に延びている。また、これらの柱状突起部12dは、それぞれ所定の間隔で離間して一列に配置された突起部12dの複数列が互いに平行に且つ隣接する柱状突起部12dの列と互いに半ピッチ(隣接する柱状突起部12dの中心線(柱状突起部12dが延びる軸線)間の距離の半分)ずれるように配置され、隣接する柱状突起部12dの間隔を確保しながらより多くの柱状突起部12dが配置されるようにしている。本実施の形態では、これらの柱状突起部12dは、例えば、高さが2〜50mm程度、好ましくは5〜15mm程度、ピッチが2〜10mm程度、好ましくは3〜7mm程度、テーパ角度が2〜15°、好ましくは5〜10°になっている。
【0017】
また、放熱部材12の側面から凹部12cの側面まで放熱部材12の周縁部分を貫通する略円柱形の一対の貫通孔12eが形成されている。これらの一対の貫通孔12eの一方は、放熱部材12の長手方向の一端側の角部付近に形成され、この角部と対角線方向の角部付近であって放熱部材12の長手方向の他端側には、他方の貫通孔12eが形成されている。これらの貫通孔12eには、冷却剤を凹部12c内に導入するとともに凹部12cから排出するための一対の管状部材16が嵌合して取り付けられるようになっている。
【0018】
また、放熱部材12の裏面12bの周縁部分には6つのねじ穴12fが形成されており、これらのねじ穴12fに対応するように蓋体14を貫通して形成された(図示しない)6つのねじ穴を放熱部材12の6つのねじ穴12fに合わせて(図示しない)ねじを螺合させることにより、図4に示すように放熱部材12に蓋体14を固定することができるようになっている。このように蓋体14を放熱部材12に固定すると、内部に冷却剤を収容する空間が形成され、放熱部材12の貫通孔12eに管状部材16を取り付けることによって、これらの管状部材16を介して冷却剤の供給および排出が可能な放熱器10が完成する。なお、放熱部材12に蓋体14を固定することによって内部に形成された空間内には、多数の柱状突起部12dが形成されており、これらの柱状突起部12dの間に冷却剤が流れる流路が形成される。
【0019】
このように本実施の形態の放熱器10では、冷却剤が流れる内部の空間に多数の柱状突起部12dを形成することにより、冷却剤が接触する放熱器10の内面の面積(放熱面積)を著しく増大することができるので、放熱器10の冷却能力を非常に高くすることができる。
【0020】
[第2の実施の形態]
図5は、本発明による放熱器の第2の実施の形態の放熱部材の裏面を示している。本実施の形態の放熱器は、第1の実施の形態の放熱器の略矩形の凹部12cの代わりに、長手方向に互いに平行に延びる4つの凹部の部分が連結されて蛇行して延びる1つの凹部112cが形成され、この凹部112cの両端から放熱部材12の側面まで貫通する一対の貫通孔112eが形成されている以外は、第1の実施の形態の放熱器10と略同一の構成を有するので、同一部分の参照符号に100を加えて示し、それらの説明を省略する。
【0021】
このように本実施の形態の放熱器でも、冷却剤が流れる内部の空間に多数の柱状突起部112dを形成することにより、冷却剤が接触する放熱器の内面の面積(放熱面積)を著しく増大することができるので、放熱器の冷却能力を非常に高くすることができる。また、冷却剤が流れる凹部112cが蛇行して延びているので、第1の実施の形態の放熱器10よりも冷却能力を向上させることができる。
【0022】
なお、上述した第1および第2の実施の形態では、多数の柱状突起部12d、112dの各々の形状が略円錐台形状であったが、図6および図7に示すように略円錐形状の多数の柱状突起部212dを形成してもよく、図8および図9に示すように略直方体形状の多数の柱状突起部312dを形成してもよい。なお、第1の実施の形態の放熱器10と同一の構成を有する部分には、図6および図7では参照符号に200を加えて示し、図8および図9では参照符号に300を加えて示している。
【0023】
また、上述した第1および第2の実施の形態では、多数の柱状突起部12d、112dの高さを裏面12c、112cの凹部12e、112eのまわりの周縁部分と同じ高さにしたが、必ずしも同じ高さにする必要はなく、凹部12e、112eの深さの半分以上の高さであるのが好ましい。
【0024】
また、上述した第1および第2の実施の形態では、放熱部材12、112に一対の貫通孔12e、112eを形成したが、これらの貫通孔12e、112eの数は必ずしも2つである必要はなく、放熱器の内部に冷却剤と導入するための少なくとも1つの貫通孔と放熱器の内部から冷却剤を排出するための少なくとも1つの貫通孔が形成されていればよい。
【0025】
また、上述した第1および第2の実施の形態において、放熱器の放熱性を高めるために、ブラストなどの物理的処理や薬液を用いた化学的処理によって、裏面12c、112cの凹部12e、112eや多数の柱状突起部12d、112dの表面を粗くして、表面積を増大してもよい。また、冷却剤によって放熱器の腐食を防止するために、放熱器の材質として耐食性の高い合金部材を適宜選択してもよく、アルマイト処理やNiめっき処理によって表面を処理してもよい。
【0026】
また、上述した第1および第2の実施の形態では、放熱部材12、112に蓋体14、114を取り付けているが、図10に示すように、蓋体14、114の代わりに放熱部材412同士を組み合わせてもよい。なお、図10において、第1の実施の形態の放熱器10と同一の構成を有する部分には、参照符号に400を加えて示している。
【0027】
また、上述した第1および第2の実施の形態において、半導体チップなどが搭載された金属−セラミックス接合基板のように発熱体からの熱を冷却剤に放熱する必要がある部品に、上述した第1および第2の実施の形態の放熱器を接合して一体にしてもよい。
【0028】
例えば、図11および図12に示すように、放熱部材512の上面に複数の(図示した例では3つであるが、1つでもよい)セラミックス基板518を接合し、これらのセラミックス基板518の上面にそれぞれ金属回路板520を接合することにより、セラミックス基板518に金属回路板520が接合した金属−セラミックス接合基板を放熱器に一体に接合してもよい。なお、図11および図12において、第1の実施の形態の放熱器10と同一の構成を有する部分には、参照符号に500を加えて示している。
【0029】
また、図13に示すように、放熱部材612の上面および蓋体614の底面にそれぞれ複数の(図示した例では3つであるが、1つでもよい)セラミックス基板618を接合し、これらのセラミックス基板618にそれぞれ金属回路板620を接合することにより、セラミックス基板618に金属回路板620が接合した金属−セラミックス接合基板を放熱器に一体に接合してもよい。なお、図13において、第1の実施の形態の放熱器10と同一の構成を有する部分には、参照符号に600を加えて示している。
【0030】
また、図14に示すように、放熱部材712同士を組み合わせて、上側の放熱部材712の上面に複数の(図示した例では3つであるが、1つでもよい)セラミックス基板718を接合し、これらのセラミックス基板718の上面にそれぞれ金属回路板720を接合することにより、セラミックス基板718に金属回路板720が接合した金属−セラミックス接合基板を放熱器に一体に接合してもよい。なお、図14において、第1の実施の形態の放熱器10と同一の構成を有する部分には、参照符号に700を加えて示している。
【0031】
さらに、図15に示すように、放熱部材812同士を組み合わせて、上側の放熱部材812の上面および下側の放熱部材812の底面にそれぞれ複数の(図示した例では3つであるが、1つでもよい)セラミックス基板818を接合し、これらのセラミックス基板818にそれぞれ金属回路板820を接合することにより、セラミックス基板818に金属回路板820が接合した金属−セラミックス接合基板を放熱器に一体に接合してもよい。なお、図15において、第1の実施の形態の放熱器10と同一の構成を有する部分には、参照符号に800を加えて示している。
【0032】
なお、上述した第1および第2の実施の形態において、放熱部材12、112や蓋体14は機械加工や鋳造によって製造することができる。
【0033】
例えば、図11〜図15に示す金属−セラミックス接合基板が一体に接合した放熱部材512、612、712、812は、図16に示すように、セラミックス基板を収容する空洞部914が内部に形成されるとともにこの空洞部914の両側にそれぞれ放熱部材に対応する形状の空洞部916と金属回路板に対応する形状の空洞部918が形成された鋳型900に、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの溶湯を注入して固化させる方法(所謂溶湯接合法)によって製造することができる。なお、鋳型900は、下側鋳型部材910と上側鋳型部材912から構成され、上側鋳型部材912には、内部に溶湯を注入する注湯口920が形成されている。
【0034】
また、図13に示す金属−セラミックス接合基板が一体に接合した蓋体614は、図17に示すように、セラミックス基板を収容する空洞部1014が内部に形成されるとともにこの空洞部1014の両側にそれぞれ蓋体に対応する形状の空洞部1016と金属回路板に対応する形状の空洞部1018が形成された鋳型1000に、アルミニウムまたはアルミニウム合金などの溶湯を注入して固化させる方法(所謂溶湯接合法)によって製造することができる。なお、鋳型1000は、下側鋳型部材1010と上側鋳型部材1012から構成され、上側鋳型部材1012には、内部に溶湯を注入する注湯口1020が形成されている。
【0035】
なお、上述した第1および第2の実施の形態の放熱部材のように、多数の柱状突起部が形成された放熱部材を通常の溶湯接合法によって製造すると、所望の形状の柱状突起部を形成するのが困難になる場合がある。その場合には、鋳型に溶湯を注入した後に、注湯口からガスなどで溶湯を加圧することによって、所望の形状の柱状突起部を形成することができる。
【0036】
また、上述した第1および第2の実施の形態では、放熱部材12、112と蓋体14、あるいは放熱部材12、112同士をねじによって固定しているが、これらの部材をろう接やクランプによって固定してもよい。なお、これらの部材は、Oリングやパッキンなどのシール部材を介して固定するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】本発明による放熱器の第1の実施の形態の平面図である。
【図2】図1の放熱器の蓋体を取り付ける前の放熱部材の裏面を示す底面図である。
【図3】図1の放熱器の蓋体を取り付ける前の放熱部材のIII−III線断面図である。
【図4】図1の放熱器の放熱部材に蓋体を取り付けた状態を示す断面図である。
【図5】本発明による放熱器の第2の実施の形態の放熱部材の裏面を示す底面図である。
【図6】第1の実施の形態の放熱器の第1の変形例の放熱部材の裏面を示す底面図である。
【図7】図6の放熱部材の断面図である。
【図8】第1の実施の形態の放熱器の第2の変形例の放熱部材の裏面を示す底面図である。
【図9】図8の放熱部材の断面図である。
【図10】第1の実施の形態の放熱器の第3の変形例を示す断面図である。
【図11】第1の実施の形態の放熱器の第4の変形例を示す断面図である。
【図12】図11の放熱器の平面図である。
【図13】第1の実施の形態の放熱器の第5の変形例を示す断面図である。
【図14】第1の実施の形態の放熱器の第6の変形例を示す断面図である。
【図15】第1の実施の形態の放熱器の第7の変形例を示す断面図である。
【図16】第1の実施の形態の放熱器の第4〜第7の変形例の放熱部材を製造するために使用する鋳型の断面図である。
【図17】第1の実施の形態の放熱器の第4の変形例の蓋体を製造するために使用する鋳型の断面図である。
【符号の説明】
【0038】
10 放熱器
12、112 放熱部材(第1の部材)
12a 上面
12b、112b 裏面
12c、112c 凹部
12d、112d 柱状突起部
12e、112e 貫通孔
12f、112f ねじ穴
14 蓋体(第2の部材)
16、116 管状部材
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内部に形成された空間を外部に連通させる貫通孔が形成された金属部材からなり、前記空間の対向する二つの面の間に延びる多数の柱状部が互いに離間して設けられていることを特徴とする、放熱器。
【請求項2】
前記金属部材が、前記多数の柱状部が一体に形成された第1の部材と、この第1の部材に固定されて前記空間を形成する第2の部材とからなることを特徴とする、請求項1に記載の放熱器。
【請求項3】
前記金属部材が、一つの面に形成された凹部の底面に前記多数の柱状部が一体に形成された第1の部材と、この第1の部材の前記凹部の側に固定されて前記空間を形成するとともに、前記第1の部材の前記多数の柱状部の各々の先端に当接する第2の部材とからなることを特徴とする、請求項1に記載の放熱器。
【請求項4】
前記多数の柱状部の各々が略円錐台形状、略円錐形状または略直方体形状を有することを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の放熱器。
【請求項5】
前記金属部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の放熱器。
【請求項6】
セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合した金属−セラミックス接合基板と、この金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板の他方の面に接合した請求項1乃至5のいずれかに記載の放熱器とから構成されていることを特徴とする、放熱器付き金属−セラミックス接合基板。
【請求項1】
内部に形成された空間を外部に連通させる貫通孔が形成された金属部材からなり、前記空間の対向する二つの面の間に延びる多数の柱状部が互いに離間して設けられていることを特徴とする、放熱器。
【請求項2】
前記金属部材が、前記多数の柱状部が一体に形成された第1の部材と、この第1の部材に固定されて前記空間を形成する第2の部材とからなることを特徴とする、請求項1に記載の放熱器。
【請求項3】
前記金属部材が、一つの面に形成された凹部の底面に前記多数の柱状部が一体に形成された第1の部材と、この第1の部材の前記凹部の側に固定されて前記空間を形成するとともに、前記第1の部材の前記多数の柱状部の各々の先端に当接する第2の部材とからなることを特徴とする、請求項1に記載の放熱器。
【請求項4】
前記多数の柱状部の各々が略円錐台形状、略円錐形状または略直方体形状を有することを特徴とする、請求項1乃至3のいずれかに記載の放熱器。
【請求項5】
前記金属部材がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれかに記載の放熱器。
【請求項6】
セラミックス基板の一方の面に金属回路板が接合した金属−セラミックス接合基板と、この金属−セラミックス接合基板のセラミックス基板の他方の面に接合した請求項1乃至5のいずれかに記載の放熱器とから構成されていることを特徴とする、放熱器付き金属−セラミックス接合基板。
【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13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【公開番号】特開2007−294891(P2007−294891A)
【公開日】平成19年11月8日(2007.11.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−64363(P2007−64363)
【出願日】平成19年3月14日(2007.3.14)
【出願人】(506365131)DOWAメタルテック株式会社 (109)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年11月8日(2007.11.8)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年3月14日(2007.3.14)
【出願人】(506365131)DOWAメタルテック株式会社 (109)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]