JPH083015Y2 - 半導体素子の冷却装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔概要〕 冷却プレートに付設した冷却素子の所定箇所を、プリ
ント基板に実装した半導体素子の表面に低融点金属を介
して接続させて半導体素子を冷却する冷却構造に関し、 低融点金属が凝固状態の場合に、低急転金属と冷却素
子の所定箇所、又は低融点金属と半導体素子の表面が乖
離することを目的とし、 低融点金属に接する冷却素子の所定箇所か、半導体素
子の表面かの少なくともいずれか一方に、膜を密着成形
した構成とする。

〔産業上の利用分野〕 本考案は、冷却プレートに付設した冷却素子の所定箇
所を、プリント基板に実装した半導体素子の表面に低融
点金属を介して接触させ、半導体素子の冷却を行う半導
体素子の冷却構造に関する。

プリント基板にLSI等の半導体素子を多数配列実装し
た電子装置では、高速化され、且つ安定した稼働を得る
ために、冷却装置による冷却が近年行われている。

このような冷却装置として、冷却効率が高く、且つ経
済的であることから、冷媒が循環する冷却プレートに突
出するよう冷却素子を付設し、冷却素子の所定箇所を半
導体素子の表面に密着させて半導体素子を冷却するとい
う冷却装置が、使用されている。

なお、上述の冷却素子と半導体素子との密着部は、所
定に高い冷却効率が得られるように均一に接触するこ
と、及び障害等でプリント基板を取り外す場合に乖離可
能なことが要求されている。

〔従来の技術〕

従来の半導体素子の冷却構造は、第３図のように構成
されている。

第３図の（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面断面図であ
る。

図において、５は、複数の半導体素子４が実装された
プリント基板である。

３は、半導体素子４の表面と後述する冷却素子１の底
板との間に介在させるガリウム、インジウムの合金から
なる低融点金属である。低融点金属３は電子装置が稼働
中は、半導体素子４の発熱により溶融されて溶融状態で
あり、電子装置を停止し半導体素子４が低温になると、
凝固して固体状になるものである。

７は、良熱伝導材の金属、例えば銅，アルミニウム，
ステンレズ鋼等によって形成された薄い箱形の冷却プレ
ートである。

冷却プレート７の下面に、それぞれの半導体素子４に
対応して冷却素子１を付設配列してある。この冷却プレ
ート７は矢印Ｃで示したように、プリント基板５上に重
置される。

冷媒は冷却プレート７の供給口7Aより矢印Ａで示した
のように冷却プレート７内に供給され、冷却素子１内を
経て矢印Ｂで示したように冷却プレート７の排出口7Bか
ら排出されて循環する。

冷却素子１は、第３図の（ｂ）に図示したように、弾
性材により形成されたベローズ1Bと、ベローズ1Bの開口
側に設けたフランジ1Aと、ベローズ1Bの底板の裏面側に
固着した伝熱板1Cとからなる。

冷却素子１はフランジ1Aを冷却プレート７の孔の周縁
に密着して固着することで、冷却プレート７に付設され
ている。また、冷却素子１は伝熱板1Cが半導体素子４の
表面4Aに低融点金属３を介して密着するようになってい
る。

また、冷却素子１に対向する冷却プレート７の内壁に
突辺を設けている。したがって冷却プレート７の環環路
7Cを流れる冷媒は、突片に案内されて矢印のように冷却
素子１に内部に進入して半導体素子４を冷却し、その後
冷却素子１から冷却プレート７側に戻る。

この際、電子装置が稼働中は、低融点金属３が溶融状
態であるので冷却素子１の伝導板IC及び半導体素子４の
表面4Aに空隙等が無く密接に接触する。よって半導体素
子４の熱が低融点金属３を経て効率より冷却素子１に伝
達され、冷却効率が高い。

なお、低融点金属３が溶融状態のとき、低融点金属３
の流出を阻止するために半導体素子４側か冷却素子１か
の何れか一方に、ガード８を設けている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかし、上述のような構成では低融点金属が凝固する
時に、冷却素子の伝熱板及び半導体素子の表面に固着す
る。したがって、障害等でプリント基板を取り外す場合
に、この低融点金属の固着により冷却プレートとプリン
ト基板とを切離することが困難になるという問題点があ
った。

本考案はこのような点に鑑みて創作されたもので、半
導体素子の冷却効率が高く、且つ低融点金属が凝固状態
の時に、低融点金属と冷却素子の所定箇所、又は低融点
金属と半導体素子の表面が乖離し、半導体素子と冷却素
子の切り離しが容易な半導体素子の冷却構造を提供する
ことを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本考案は、第１図に図示
したように、冷媒が流れる冷却プレート７に付設された
冷却素子１と、プリント基板５に実装された半導体素子
４と、該半導体素子４の表面4Aを囲むように配置される
ガード８とを備え、冷却素子１の所定箇所を低融点金属
３を介して半導体素子４の表面4Aに接続させて、半導体
素子４を冷却する半導体素子の冷却構造において、 低融点金属３に接する半導体素子４の表面4Aとガード８
に密着形成された膜６を有するものとする。

低融点金属３は、半導体素子４の稼働時に溶融状態で
あり、半導体素子４と冷却素子１との切離時には凝固状
態になるものとする。

そして膜６は、切離時には低融点金属３が乖離するも
とする。

〔作用〕

本考案によれば、膜が冷却素子又は半導体素子に密着
しており、低融点金属は電子装置が稼働時には溶融状態
であるので、半導体素子の熱は、膜，低融点金属を経て
効率良く冷却素子に伝達される。よって、冷却効率が高
い。

一方、電子装置の稼働を停止し半導体素子と冷却素子
１とを切離す時には、低融点金属は凝固しており、且つ
低融点金属が膜に固着していないので、膜と低融点金属
との界面で乖離する。

したがって、冷却プレートとプリント基板との接離し
が簡単である。

〔実施例〕

以下図を参照しながら、本考案を具体的に説明する。
なお、全図を通じて同一符号は同一対象物を示す。

第１図は本考案の原理説明図、第２図は本考案による
一実施例の側面断面図である。

図において、６は、例えばテフロン等の耐熱性ある樹
脂或いはセラミックス材等からなる冷却素子側或いは半
導体素子側に密着形成する膜である。

第２図の実施例に図示したように、本考案は冷却素子
１の伝熱板ICと、半導体素子４の表面4Aと、ガード８の
内面とのそれぞれに膜６を密着形成したもので、その他
は前述した従来の構成と同じである。

また、膜６は例えば、テフロン，セラミック材などを
コーティングすることによって形成されたものであり、
例えば、ガード８を半導体素子４に係止した状態で膜６
を形成することによって、図示の通り半導体素子４の表
面4Aとガード８の内側に膜６が形成される。この場合の
膜６の形成に際しては、膜厚を極力薄くして、熱移送に
あたり熱抵抗が小さくなるように配慮する必要がある。

上述のような材質の膜６を密着形成することで、低融
点金属３の凝固に際して低融点金属３が膜６に固着しな
い。

したがって、電子装置を停止し低融点金属３が凝固状
態にして、プリント基板５を取り外す場合に、膜６と低
融点金属３との界面で乖離する。よって冷却プレート７
とプリント基板５とを切離すことが簡単である。

〔考案の効果〕

以上説明したように、膜が冷却素子又は半導体素子に
密着しており、低融点金属は電子装置が稼働時には溶融
状態であるので、半導体素子の熱は、膜，低融点金属を
経て効率良く冷却素子に伝達され、半導体素子の冷却効
率が高い。

また、冷却素子の所定箇所か、半導体素子の表面か
の、少なくともいずれか一方に膜を固着形成したことに
より、凝固状態の低融点金属が少なくとも冷却素子か半
導体素子の何れか一方に固着しない。

したがって、従来困難であったプリント基板と冷却プ
レートとの切離しを容易にすることができる。特に障害
時に於ける作業性の効率化を図ることができ、実用上優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の原理説明図、 第２図は本考案による一実施例の側面断面図、 第３図は従来例の説明図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は
側面断面図である。 図において、 １は冷却素子、３は低融点金属、４は半導体素子、５は
プリント基板、６は膜、７は冷却プレートをそれぞれ示
す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−131549（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−94749（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−18554（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒が流れる冷却プレート（７）に付設さ
   れた冷却素子（１）と、プリント基板（５）に実装され
   た半導体素子（４）と、該半導体素子（４）の表面（4
   A）を囲むように配置されるガード（８）とを備え、該
   冷却素子（１）の所定箇所を低融点金属（３）を介して
   該半導体素子（４）の表面（4A）に接触させて、該半導
   体素子（４）を冷却する半導体素子の冷却構造におい
   て、 該低融点金属（３）に接する該半導体素子（４）の表面
   （4A）とガード（８）に、密着形成された膜（６）を有
   し、 該低融点金属（３）は、該半導体素子（４）の稼働時に
   溶融状態であり、該半導体素子（４）と該冷却素子
   （１）との切離時には凝固状態になるものであり、 該膜（６）は、該切離時には該低融点金属（３）が乖離
   するものであることを特徴とする半導体素子の冷却装
   置。