JPS6141243Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はトランジスタ、集積回路素子等の要冷
却電気部品を冷却可能に取り付ける特にセラミツ
ク製ヒートシンクの構造に関するものである。

従来、パワートランジスタ、SCR等の電力制
御用を含む半導体素子及び集積回路素子等の発熱
性電気部品は、配線と共に基板に取り付けられた
状態で放熱フインを形成したアルミ製ヒートシン
クあるいはヒートパイプを形成した金属製ヒート
シンクに取り付けられるが、この場合、基板自体
が電気的絶縁体であると同時に熱的絶縁体である
ため、電気部品からヒートシンクへの熱伝導率が
極めて悪い。

その結果、実質的な冷却効果は冷却フアンにた
よることになると共に、その場合、冷却空気の流
れを確保する必要上、電気部品の実装密度には限
度があり、結局、電気部品を取り付けた制御装置
が大型なるほか、その生産コストが高くなる等の
欠点があつた。

この対策として、ヒートシンクと電気部品との
間にある熱的絶縁体を省く意味で、セラミツク製
ヒートシンクに電気部品を直接取り付けることが
考えられている。しかしこの場合、熱的絶縁体の
基板を省くことができてもセラミツク自体が熱的
絶縁体で、その熱伝導度が金属材料の1/10程度と
低いこともあつて電気部品の熱がヒートシンクの
作動液に伝わり難く、冷却効果の向上は期待でき
ない。

だからと言つて、電気部品をセラミツク製ヒー
トシンクに直接埋め込んで電気部品をヒートシン
ク内の水、アルコールあるいはフレオン等の作動
液に直接接触させた場合、冷却効果は高い反面、
埋込間隔に制限されて電気部品の実装密度が高く
ならないことから、これでは冷却効果を高めて電
気部品の実装密度を上げると言う冷却効果向上の
本来の意味がなくなる。

又、この場合、ヒートシンクの製作と電気部品
の取り付けを同時に行わなければならないため生
産工程が複雑になつて、ヒートシンクの製作を含
む電気部品の取り付け・配線の生産性が大幅に低
下するばかりか、電気部品の１個でも不良になる
と、不良品の交換が容易にできないためヒートシ
ンクとそれに埋め込まれた全ての電気部品が使用
できなくなる等の欠点があつた。

又、この平板型ヒートパイプ構造のセラミツク
製ヒートシンクにトランジスタ、集積回路等の電
気部品を取り付け、配線するには、ヒートシンク
の厚さが基板程度の厚さの方が実装し易く、制御
板自体も小形になつて扱い易くなる反面、ヒート
シンクを薄くすると、ヒートシンクの上下内面に
形成した刻設溝状ウイツクあるいは多孔質、クロ
ス等のウイツクの厚さも薄くなつて作動液の流路
断面積が小さくなる結果、冷却能力が低下してヒ
ートシンクに発熱量の大きいあるいは発熱密度の
高いパワートランジスタ等を取り付けることがで
きない。

がからと言つて、ヒートシンクの厚みをそのま
まにしてウイツクを厚くすると作動液流路断面積
は大きくなる反面、ヒートシンク空間の蒸気流路
断面積が減少して熱輸送力を阻害する結果、冷却
能力は寧ろ低下し、従つて、ヒートシンクの冷却
能力増大に対応してウイツクの作動液流路断面積
と作動液の蒸気流路断面積を確保すると、結局ヒ
ートシンクが厚くなると言う欠点があつた。

本考案の目的はヒートシンクの外形形状を変え
ることなく冷却能力を増大させることができるセ
ラミツクヒートシンクを提供することによつて、
前記従来の欠点を除去することにある。

次に、本考案の一実施例の構成を図面によつて
製造法の１例を説明しながら説明する。

例えば、電力制御用パワートランジスタ取り付
けのセラミツクヒートシンクの場合、まず第１図
のように、厚さ0.6mmの96％アルミナグリーンシ
ートをヒートシンクの上板１、下板２の素材
１′，２′として２枚、厚さ1.2mmの96％アルミナ
グリーンシートをヒートシンクの中空室を形成す
るスペーサ３の素材３′として１枚、それぞれ所
定のサイズ、例えば120mm×72mmのサイズに打ち
抜くとともに、第２図のように、上板素材１′の
ゲートパイプ挿込口とトランジスタ搭載箇所にゲ
ートパイプと後述トランジスタ取り付け用金属板
のロー付け部４，５を所定の寸法、例えばゲート
パイプロー付け部４は４φ、金属板ロー付け部５
は外径24φ・内径16φの寸法に従つてメタライズ
ペーストをスクリーン印刷をする。さらに、第３
図のように、上板１と下板２とスペーサ３の各素
材１′，２′の内面及び３′の外周縁６と電極リー
ド挿通部７及び、ボルト通し穴等の部分も所定の
寸法に従つてメタライズペーストでスクリーン印
刷をする。

次に第４図、第５図のように、各素材１′，
２′，３′のスクリー印刷のメタライズ箇所等にゲ
ートパイプ挿込孔４′、トランジスタ電極のリー
ド線挿通孔７′、トランジスタ搭載箇所をヒート
シンクの中空室と連通させるための連通孔８、本
体取り付け用ボルト孔９及び放熱板取り付け孔１
０等を打ち抜く他、スペーサ素材３′はその外形
をスペーサ３の寸法に従つて第５図のように打ち
抜くとともに、これら打ち抜き終了の各素材
１′，２′，３′を露点40℃、温度1500℃の水素雰
囲気で焼成する。

焼成完了した各素材１′，２′，３′のメタライ
ズ部分にはニツケル、金メツキをするとともに、
上板素材１′と下板素材２′の裏面には第６図に示
す溝幅150μｍ、溝深さ80〜100μｍ、ピツチ200
μｍの沿面ウイツク１１がレーザスクライバで第
７図のようにボルト穴等のメタライズ部分を除き
全面に刻設され、かつ第８図のように、蒸発後、
中空室遠方で凝縮した作動液の発熱部の中空室中
央に戻すための作動液補給ウイツク１２がスペー
サ３に形成した各係合溝１３と嵌合しての位置決
め可能にセラミツクペーパー等の素材から打ち抜
かれる。

次に上板素材１′と下板素材２′の間に、作動液
補給ウイツク１２を第９図のようにセツトしたス
ペーサ素材３′を挟むとともに、第１０図、第１
１図に示す金属板１４をその裏面に形成したスタ
ツド１５と孔１６明き支持板１７を作動液補給ウ
イツクに係合させ、かつ、ゲートパイプ１８をゲ
ートパイプ挿入孔６にセツトした第１２図の状態
で、銀ロー付を温度900℃、露点40℃の水素雰囲
気で実施して本考案ヒートシンク１９が完成す
る。

このようにして形成されたヒートシンク１９内
にゲートパイプ１８を介して水、アルコールある
いはフレオン等の作動液を所定量注入し、かつ、
第１３図のようにセラミツクヒートシンク１９に
例えば厚さ0.2mmのアルミニウム製放熱フイン２
０を取り付け、ヒートシンク１９の金属板１４上
に電力制御用パワートランジスタ２１を取り付け
る。

この状態でパワートランジスタ２１が発熱して
も、トランジスタ２１からの熱は金属板１４から
直接、作動液補給ウイツク１２と沿面ウイツク１
１から還流される作動液に伝達されてトランジス
タ２１と作動液間の熱抵抗が大幅に減少し、作動
液は金属板１４の発熱部で直ちに蒸発するととも
に、作動液補給ウイツク１２がヒートシンク１９
の中空室内に占める割合は極めて少なく、しか
も、ウイツク１２が放射状に延びていることもあ
つて作動液補給ウイツク１２が蒸気流通の妨げと
なることはほとんどない。

従つて、ヒートシンク１９の中央部で蒸発した
作動液は遠方で直ちに放熱・凝縮するとともに、
遠方で凝縮した作動液は沿面ウイツク１１を経て
近くの作動液補給ウイツクに至り、速やかに蒸発
部へ戻され、しかも、作動液補給ウイツク１２が
発熱部を中心にして放射状に設けられているた
め、大量の作動液が均等に蒸発部へ戻され、発熱
量の大きなパワートランジスタ２１は有効に冷却
される。

又、この作動液補給ウイツク１２はスペーサ３
に形成された各係合溝と突出壁２２で位置決め保
持されているため、外部からの振動・衝撃等が加
わつても、充分にその機能を発揮することができ
る。

なお、本実施例における刻設溝の沿面ウイツク
１１は、これに代えて、合成繊維織布、セラミツ
クペーパ、クロス、ブランケツト等で形成した沿
面ウイツク２３を第１４図のように上板１と下板
２の各裏面に貼り付けることもできる。

次に、本考案の効果について説明する。

本考案はセラミツク製ヒートシンク内の発熱部
を中心にして放射状に作動液補給ウイツクを設け
て、蒸気流通に実質的影響を与えることなく、遠
方で放熱・凝縮した作動液の蒸発部への戻りを大
幅に向上させ、セラミツクヒートシンクの冷却能
力をその外形形状を大きくすることなく大幅に向
上させることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１１図は本考案の一実施例の製造段
階における部品とその加工及び部品の組み付け状
態を示す詳細図、第１２図はそのセラミツクヒー
トシンク１９の完成状態を示す斜視図、第１３図
はその使用状態を示す斜視図、第１４図は本考案
の他の実施例の破断正面図である。 １……上板、２……下板、３……スペーサ、１
１，２３……沿面ウイツク、１２……作動液補給
ウイツク、１９……セラミツクヒートシンク。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 上板と下板の間にスペーサを介して密閉状中
   空室を形成したセラミツク製ケースの前記中空
   室内に、熱媒体としての作動液を蒸発・凝縮可
   能に入れ、かつ、前記ケースの上板と下板の内
   面に前記作動液を毛細管現象によつてしみ込ま
   せる沿面ウイツクを形成すると共に、前記ケー
   ス内の発熱部位で蒸発しかつ遠方で放熱・凝縮
   した作動液を速やかに前記発熱部位に戻すため
   の作動液補給ウイツクを、前記ケース内の蒸発
   箇所を中心にして放射状かつ前記上板裏面と下
   板裏面の両沿面ウイツクに接触した状態で設け
   て成ることを特徴とするセラミツクヒートシン
   ク。 ２ ケースの要冷却電気部品取り付け位置に中空
   室と連通する連通孔を設けるとともに前記ケー
   スの連通孔位置に、前記中空室を密閉するよう
   に取り付けた金属板の前記ケース発熱部位にお
   いて、作動液補給ウイツクを前記金属板に移動
   不能に係合させた状態で接触させることを特徴
   とする前記実用新案登録請求の範囲第１項に記
   載のセラミツクヒートシンク。