JPH0511448U - 放熱器の半導体素子固定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンパクトでかつ軽量，組立が容易であり、
しかも効率の良い冷却効果が得られる安定化電源に好適
な空冷型放熱器への半導体素子固定装置の提供。 【構成】 半導体素子２を放熱器１の熱伝達部１Ｅにお
ける所定の位置に挾持可能な板ばねによる押え部材４
と、前記熱伝達部１Ｅに螺着して前記押え部材４を介し
て複数の半導体素子２にほぼ均等な圧着力を付与するね
じ部材５と、を具備した放熱器の半導体素子固定装置。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、放熱器の半導体素子固定装置に関し、特に、電子回路の電源として 使用される直流あるいは交流の安定化電源等に組込まれて使用されるに好適な半 導体素子の強制空冷形放熱器における半導体素子の固定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

電子回路の電源には多くの場合、直流が安定化して使用されるが、交流が使用 されることもある。かかる電源では、負荷の変動が周囲温度の変化にかかわらず 一定の電圧や電流が供給されるようにするために、トランジスタ等多くの半導体 素子がその安定化回路に組込まれるが、これら半導体素子の接合部では大量の高 熱が発生するために、これらから放熱冷却させる必要がある。

【０００３】 図４は従来のこのような強制空冷形放熱器の構成の一例を示す。ここで、１０ はその空冷形放熱器であり、放熱器１０は複数のフィン１０Ａが内部に向けて木 の枝状に形成されたほぼ方形型の断面形状を有する４つの押出し成形部材１０Ｂ の組合せで構成されている。なお、部材１０Ｂはアルミニウムかアルミニウム合 金で形成されるもので、これらの部材１０Ｂを結合部材１０Ｃでねじ１１を用い て結合することにより、その内部に多数の放射状に分岐された空気通路１０Ｄが 得られるようにしている。また、１０Ｅは各成形部材１０Ｂに形成され、これら に取付けられる不図示の半導体素子から熱を奪うために設けられた熱伝達部であ る。

【０００４】 このように構成された放熱器１０に対し、その形成された空気通路１０Ｄの一 方の端部に、固定部材１２を介して外形がほぼ方形をなすファン１３が取付けら れ、強制空冷形の放熱装置として機能する。ちなみに、この従来例による放熱器 １０の重量は３．８ｋｇ、その空気通路１０Ｄに直交する断面積は６３８０ｍｍ ² 、また、ファン１３は１２０ｍｍ角であった。

【０００５】 そこで、かかる強制空冷形放熱装置では、ファン１３によって放熱器１０の一 方側の空気通路１０Ｄから空気を強制的に送り込み、複雑に形成された放射状の フィン１０Ａを介して放熱器１０から熱を奪い去ることができ、その放熱に従い 熱伝達部１０Ｅを介して不図示の半導体素子に発生する熱を外部に廃熱させるよ うにすることができる。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記のような従来の強制空冷形放熱器では、フィン１０Ａの表 面積を十分確保することで放熱効果が得られるように構成されているためその空 冷形放熱器１０のフィン１０Ａ形成構造が複雑であり、さらに４つの成形部材を 組立てるために重量的にも重くなる上、結合部材１０Ｃを介してねじ１１で４つ の成形部材１０Ｂを組立てるようになっているため手間がかかる。また、各熱伝 達部１０Ｅがそれぞれの成形部材１０Ｂから横に張出す状態となっているので、 放熱器１０自体、特にその幅方向の占める空間容積が大きくなり、それだけ装置 全体として嵩高いものとなる。さらにまた、放熱面積が大きい割には効率的に冷 却が行われない。さらにまた、４箇所に分数形成された熱伝達部１０Ｅに半導体 素子をいちいちボルト等で固定するのでは手間がかかる。

【０００７】 本考案の目的は、かかる従来の問題点に着目し、その解決を図るべく、コンパ クトでしかも重量的にも軽く、製造，組立が容易で効率の良い冷却効果が得られ 、廉価で安定化電源に好適な強制空冷形放熱器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

かかる目的を達成するために、本考案は、送風手段により放熱のための空気が 供給される空気通路を有し、該空気通路が形成される外殻の熱伝達部を介し、該 熱伝達部に配設された半導体素子からの発生熱を奪うようにした放熱器の前記半 導体素子固定装置において、半導体素子をそれぞれ所定の位置で前記熱伝達部と の間に挾持可能な板ばねの押え部材と、前記熱伝達部に螺着され、前記板ばねの 押え部材を介して前記半導体素子にほぼ均等な圧着力を付与するねじ部材とを具 備したことを特徴とする。

【０００９】

【作用】

本考案にかかる放熱器によれば、送風手段により強制的に供給される空気の流 れが、他の空気通路に比してその空気抵抗が十分低いように開放された形に形成 される一方の各歯先と他方の歯型の付け根間の空気通路に集中するように構成し たので、この空気通路に接する熱伝達部の外面に接して取付けられる半導体素子 から伝達される熱を前記空気通路を介して効率良く廃熱させることができる。

【００１０】 そして、上述のような放熱器の熱伝達部に半導体素子を位置決めした上、これ らの半導体素子を熱伝達部との間に挾持可能な板ばね部材と、この板ばね部材を 熱伝達面に取付けるためのねじ部材とにより半導体素子を熱伝達部上に圧着させ た状態で固定することができる。かくして、従来のように、１つ１つの半導体素 子を所定の位置に位置決めした上、個々の半導体素子をボルトで熱伝達面上に固 定するという手間のかかる手順を省略することができる。

【００１１】

【実施例】

以下に、図面を参照しつつ本考案の実施例を具体的に説明する。

【００１２】 図１は本考案にかかるる強制空冷形放熱装置の構成の一例を示す。ここで、１ は本考案にかかる強制空冷形放熱器の一例を、一体に組立てた状態で示す。

【００１３】 すなわち、本実施例による空冷形放熱器１は、この図に示すように上下一対の ほぼ櫛歯型断面をなす、例えばアルミニウムまたはその合金によって押出し成形 された部材（以下で成形ブロックという）１Ｂと１Ｂとの組合せによって構成さ れるものである。なお、これらの成形ブロック１Ｂ，１Ｂはいずれも同一型材を 用いて同一断面同一形状に押出し成形可能である。図２に本例による成形ブロッ ク１Ｂおよび１Ｂを互いに天地させて組立てた状態を示す。

【００１４】 このように、それぞれの成形ブロック１Ｂ，１Ｂは図１に示すように例えばト ランジスタなどの半導体素子２が放熱のために取付けられる平板状の熱伝達部１ Ｅを有し、その熱伝達部１Ｅの一方の面には所定の間隔Ｐを保つようにして所定 の厚さＴに形成された放熱フィン１Ａが複数列設けられている。しかして、これ らのフィン１Ａのうち最外部に位置するもの（以下で外壁形成部という）には天 地の形で組立てられる相手側の成形ブロックとの間で互いに係合可能なように嵌 合形係着部１Ｆおよび１Ｇが放熱器１の長手方向に沿って形成されている。

【００１５】 なお、本例の放熱器１における特色は、熱伝達部１Ｅ裏面側の櫛歯型放熱フィ ン１Ａが配設される付け根部分の間と他方の放熱フィン１Ａの先端部との間に他 より広い空気通路１Ｈを設けたことにある。このことは、その他の放熱器１内で は一方の部材１Ｂの放熱フィン１Ａと他方の部材の放熱フィン１Ａとがその間に 所定の狭い間隔を保つように互いに平行して配置され、双方のフィン１Ａ間に狭 い空気通路１Ｋが形成されるのに対し空気通路１Ｈでは放熱フィン１Ａが介在し ないので空気通路１Ｋに比して空気抵抗が少なく、十分な風量の空気を流通させ ることが可能となる。

【００１６】 また、このような空冷形放熱器１の組立にあたっては、本実施例の場合、例え ば２つの同形をなす成形ブロック１Ｂ，１Ｂを互いに天地させた状態に保つと共 に係着部１Ｇと１Ｆとの上下方向の係着位置を一致させるようになして、図３に 示すように係着部１Ｇと１Ｆとを互いに白抜き矢印で示すように嵌め合わせる。

【００１７】 なお、嵌合組立てたあとは、その係着部１Ｆ，１Ｇの両端部をポンチ等で鋏め るか、あるいは全長部を鋏めるなり、双方向を金属接着するなりして固定すれば よい。

【００１８】 再び図１に戻り、本例による強制空冷形放熱装置の全体的な構成について説明 する。上述のようにして組立てられた放熱器１の一方の面にはファン３が装着さ れると共に、この図で上下となる熱伝達部１Ｅには例えばトランジスタなどの半 導体素子２がその接続端子２Ａを外方に向けた状態で取付けられる。４はこれら の半導体素子２の一面を放熱のために放熱器１の熱伝達部１Ｅに押圧するための ばね性の板ばねによる押え部材（以下でばね押え部材という）、５はばね押え部 材４を熱伝達部１Ｅに固定するための固定ねじである。

【００１９】 さらにここで、ばね押え部材４および固定ねじ５について詳述しておく。

【００２０】 熱伝達部１Ｅ上に配設される半導体素子２は後述するようにその接続端子２Ａ がそれぞれ配線基板６に固定されるため、その相対的な位置は予め定められてし まう。従って、ばね押え部材４の各半導体素子２上面に当接する爪部４Ａの相対 位置もそれに合わせて形成される。なお、本例の場合、半導体素子２はほぼ同一 形状のものが放熱器１の長手方向の軸に対して左右対称位置に配置される。そこ で、ばね押え部材４もまた、左右対称に形成され、それらの中央部分を固定ねじ ５で図３に示すように熱伝達面１Ｅに設けたねじ孔７に螺着することで、左右均 等な圧着力を各半導体素子２に付与することができる。

【００２１】 なお、半導体素子２の熱伝達部１Ｅへの取付けにあたっては、放熱器１の上下 面に形成される各熱伝達部１Ｅに半導体素子２が例えば図１に示す位置を占める ように予め不図示の治具を用いて各半導体素子２を位置決めしておく。そして、 上下双方の半導体素子２の列に対し、それぞれの接続端子２Ａを配線基板６とそ の回路上の所定の位置に設けられた不図示のスルーホールを介して接続する。

【００２２】 かくして、基板６に予め接続された半導体素子２の列を放熱器１の上下の熱伝 達部１Ｅに配列させるようになした上、ばね押え部材４および固定ねじ５により 、これらを固定するものである。なお、図３では組立内容を分り易くするために 配線基板６にかかわる部分やファンは省略されている。

【００２３】 このように構成した強制空冷形放熱装置においては、その放熱器１およびファ ン３などは例えば不図示のケースに収納固定される。また、ケースに関連して設 けられたフレームに不図示のホルダ部材を介して配線基板６を保持させることが できる。そして、ファン３により強制的に空気通路１Ｈおよび１Ｋに空気が送り 込まれるが、ここで、半導体素子２から伝達される熱で最も高温となるのは熱伝 達部１Ｅの半導体素子２と接する部分である。

【００２４】 以上の説明により本考案による放熱器とその放熱器への半導体素子固定装置な らびに放熱装置全体の構成について述べてきたが、仮に、かかる放熱器１に対し て従来のようにして個々の半導体素子２を取付けるとした場合を比較例として図 ５に従い説明する。

【００２５】 本例の場合においても配線基板６にその接続端子２Ａがそれぞれ取付けられる 半導体素子２の放熱器１における熱伝達面１Ｅ上での相対位置は予め設定されて しまうので、その設定された各位置に各半導体素子２を圧着させた状態に固定す る必要がある。そこで、本例の場合は熱伝達面１Ｅ上のその固定位置に配置され る各半導体素子２の固定孔２Ｂに合わせて、熱伝達面に１Ｅにねじ孔８を穿設し 、固定孔２Ｂとねじ孔８とをそれぞれ正確に位置合わせした状態でいちいち固定 ねじ９で取付ける必要があり、大変な手間がかかる。

【００２６】 このような従来方式による半導体固定に比して、本考案による半導体固定装置 では、熱伝達面１Ｅ上に位置決めされた各半導体素子２をばね押え部材４で固定 ねじ５を用いて容易に圧着させることができる。

【００２７】 さて、本考案による半導体固定装置によって半導体素子２を固定し、さらに先 に述べたようにして組立られた強制空冷形放熱装置においては、ファン３から送 られる空気の送風量は熱伝達部１Ｅの裏面側にあたる最も空気抵抗の少ない１Ｈ で多くなりそれによってこの近傍から最も多くの熱が放熱されると共に、また、 このような空気冷却によって比較的温度が低いフィン１Ａによって形成される空 気通路１Ｋでは空気抵抗が大きいために空気通路１Ｈに比して送風量が抑制され る。

【００２８】 以上述べたように、高温となる部分から効率的に熱を奪い外部に廃熱させる構 成としたため、従来に比して、軽量かつコンパクトな放熱器により効果的に放熱 廃熱を行わせることができると共に、各半導体素子を簡単に熱伝達面に装着でき るので、組立が容易で、廉価な強制空冷形放熱装置の提供に貢献することができ る。

【００２９】 また、以上に述べた実施例ではその好適な放熱器として断面が櫛歯型をなす成 形ブロックの組合せによるものの場合であったが、本考案放熱器の半導体素子固 定装置としては、上記のような放熱器に限られるものではなく、平坦な熱伝達部 が外周部に形成され、かつその熱伝達部に複数の半導体素子が位置決めして固定 される形態のものに広く適用できることはいうまでもない。

【００３０】

【考案の効果】

以上説明してきたように、本考案によれば、半導体素子をそれぞれ所定の位置 で前記熱伝達部との間に挾持可能な板ばねの押え部材と、前記熱伝達部に螺着さ れ、前記板ばねの押え部材を介して前記半導体素子にほぼ均等な圧着力を付与す るねじ部材とを具備したので、各半導体素子の熱伝達面への装着が極めて容易と なり、かつ、放熱装置全体としての組立を合理化することに貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例の構成を示す斜視図である。

【図２】本考案を適用するに好適な放熱器の断面図であ
る。

【図３】本考案による主要部の構成を分解して示す組立
用の説明図である。

【図４】従来例による放熱装置の構成例を示す斜視図で
ある。

【図５】本考案にかえて従来方式の固定装置により半導
体素子を固定した状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 放熱器 １Ａ 放熱フィン １Ｂ 組立部材 １Ｅ 熱伝達部 １Ｆ，１Ｇ 係着部 １Ｈ，１Ｋ 空気通路 ２ 半導体素子（トランジスタ） ２Ａ 接続端子 ３ ファン ４ ばね押え部材 ４Ａ 爪部 ５ 固定ねじ ６ 配線基板 ７ ねじ孔

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 送風手段により放熱のための空気が供給
   される空気通路を有し、該空気通路が形成される外殻の
   熱伝達部を介し、該熱伝達部に配設された半導体素子か
   らの発生熱を奪うようにした放熱器の前記半導体素子固
   定装置において、 半導体素子をそれぞれ所定の位置で前記熱伝達部との間
   に挾持可能な板ばねの押え部材と、 前記熱伝達部に螺着され、前記板ばねの押え部材を介し
   て前記半導体素子にほぼ均等な圧着力を付与するねじ部
   材とを具備したことを特徴とする放熱器の半導体素子固
   定装置。
2. 【請求項２】 前記放熱器は、櫛歯型をなす成形ブロッ
   クを、その一方の成形ブロックの歯型が他方の成形ブロ
   ックの歯型間の空間に介在する如く互いに天地して組合
   せ、前記一方の歯型の歯先と前記他方の歯型の付け根間
   との間に形成される前記熱伝達部裏面側の空気通路に前
   記送風手段からの空気が集中的に分配されるように構成
   される請求項１に記載の放熱器の半導体素子固定装置。