JP2009081220A

JP2009081220A - 放熱部品および放熱構造体

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Publication number: JP2009081220A
Application number: JP2007248344A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Futai; 和彦二井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2009-04-16

Abstract

【課題】放熱性を確保した上で、付加的な構造を余分に加えることなく、熱変形を防止することができる放熱部品および放熱構造体を提供する。
【解決手段】熱媒体の流路に位置し、当該熱媒体と熱交換する部品であって、板状の基部１と、基部に延在する壁状フィン３とを備え、壁状フィンの延在形が、流路方向に直交する方向に長さ成分を有し、基部の入口側の幅の少なくとも中央範囲Ｗｃ内のいずれの位置においても、基部の流路方向に沿って出口側を見て、壁状フィン３によって遮られる配置となっていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、放熱部品および放熱構造体に関し、より具体的には、反り変形を生じにくい放熱部品およびその放熱部品を用いた放熱構造体に関するものである。

自動車、高速のデータ処理演算装置、通信装置等には多くの半導体デバイスが用いられており、これらの半導体デバイスからは損失電力に起因する多くの熱が発生する。これら装置では、装置の大容量化、小型化、処理の高速化などに伴い、半導体デバイスから発生する熱問題が深刻化している。十分な放熱をしない場合には、半導体デバイスの温度が上昇し、正常な動作を遂行することができなくなるので、半導体デバイスには放熱フィンを設けた放熱板を接続する方策がとられてきた。上記放熱板の配設は、半導体デバイスの温度上昇を抑制する上では有効に機能するが、放熱経路に大きな熱勾配が生じるため、放熱経路に剥離、反りなどの熱変形が発生し、大きな問題となっている。

このため、上記半導体デバイスの放熱経路における熱変形の問題に対して、多くの取り組みがなされてきた。たとえば、放熱経路に、長い細線を一塊に丸めたものを配置して、熱経路を確保しながら熱変形を上記丸めた細線によって吸収する方策が提案された（特許文献１）。また、半導体デバイスを固定する部材を、摺動自在に線状接触する２つの部材に分けることにより、熱応力を逃がして熱変形を防止する方策も提案されている（特許文献２）。

特開平９−２６０５５５号公報特開平９−３３１００２号公報

しかしながら、上記の方策は、いずれも放熱体に従来の構造に比べて、付加的機能を果たす構造を余分に付加する必要があり、そのためのスペースを必要とし、大型化は避けられない。また、余分な構造を形成するための製造工程も必要となり、製造工程も複雑化する。放熱板等の放熱部品の大型化および製造工程の複雑化は、小型化および低価格が厳格に要求される自動車搭載部品等では、避ける必要がある。

本発明は、放熱性を確保した上で、付加的な構造を余分に加えることなく、熱変形を防止することができる放熱部品および放熱構造体を提供することを目的とする。

本発明の放熱部品は、熱媒体の流路に位置し、当該熱媒体と熱交換する部品である。この放熱部品は、板状の基部と、基部に延在する壁状フィンとを備え、壁状フィンの延在形が、流路方向に直交する方向に長さ成分を有する。そして、基部の入口側の幅の少なくとも中央範囲内のいずれの位置においても、基部の流路方向に沿って出口側を見て、壁状フィンによって遮られる配置となっていることを特徴とする。

ここで、壁状フィンの延在形とは、基部に立つ壁状フィンの根元の跡の形状をさす（根元より上の部分の形状は問わない）。実際は幅をもった細長形状であるが、幅を、幅中央を通る中心線で置き換えた線として、線の形状をさす。延在形は直線（線分）である場合が多いが、曲線でも、折れ曲がり線でもよい。また、流路方向（ｙ方向）の長さ成分Ｐ_ｙは、壁状フィンの延在形を流路方向（ｙ方向）に直交する方向（ｘ方向）に沿って見たときの長さであり、すなわち延在形を流路方向（ｙ方向）に射影した長さをいう。また、流路方向に直交する方向（ｘ方向）の長さ成分は、壁状フィンの延在形を流路方向（ｙ方向）に沿って見たときの長さであり、すなわち流路方向に直交する方向（ｘ方向）に射影した長さＰ_ｘをいう。上記の壁状フィンは、Ｐ_ｘおよびＰ_ｙがともにゼロでない所定の長さを有する場合が多いが、Ｐ_ｘのみがゼロでなくＰ_ｙがゼロであってもよい。すなわちｘ方向に平行な線分の延在形を有する壁状フィンであってもよい。

フィンは、延在形に沿う方向には、放熱部品の曲げ剛性を大きく高めるが、それに直交する方向に沿ってはほとんど影響しない。というより、延在形に沿う方向の曲げ剛性が大きく向上する結果、諸種の熱変形がそれに直交する方向に誘導され、熱変形が起こり易くなる。通常の放熱部品のフィンは、流路方向の長さ成分のみを有するが、本発明の場合も、壁状フィンにおいて流路方向の長さ成分を有することは前提としている（壁状フィン各個が有するか、役割分担して他の壁状フィンが有するかは問わず）。そのような前提下、上記の構成によれば、流路方向に直交方向にも長さ成分を持つ壁状フィンを備えるので、放熱部品は、流路方向およびその直角方向のいずれの方向にも、曲げ剛性は高められる。この結果、熱変形、とくに反りを抑止することができる。

さらに、基部の入口側の幅の少なくとも中央範囲内のいずれの位置においても、基部の流路方向に沿って出口側を見て、壁状フィンによって遮られる配置とするので、曲げ剛性が流路に沿って局所的に低下する線状部（直通流路部分）を作らない。基部の熱変形は幅中央範囲の流路方向を軸にして湾曲する、円筒部分面状の反りが主要なものであり、とくに流路方向の直通流路部分（壁状フィンの抜け部分または通しで見通しがきく部分）がある場合には、その直通流路部分に上記反りのひずみが集中する腰折れ変形を生じる。上記のように、幅中央範囲内に流路方向の直通流路部分を生じないようにすることにより、上記形態の湾曲反りを防止することができる。要は、幅中央範囲内の流路方向のどこかの位置に壁状フィンが位置するような配置をすることによって、上記幅中央範囲内の剛性を高めて、反りを防止することが重要である。なお、幅の少なくとも中央範囲内とは、幅の中央に位置し、全幅の半分を占める範囲をいうものとする。

放熱部品の熱変形は、発生したら、その放熱部品が組み込まれた放熱経路は、剥離等が生じて、機能を果たさなくなり、直ちに廃棄して交換しなければならないが、上記の放熱部品は簡単な構成で、そのようなトラブルを効果的に抑止できる。さらに、上記の放熱部品は容積を増大させる余計な部分を付加することもない。このため、熱変形を抑制した上で、大型化および製造工程の複雑化を生じることはない。すなわち従来のフィンの変形という簡単な方策により、熱変形を抑え込むことができ、熱耐久性に優れた放熱部品を提供することができる。

また、壁状フィンは２種以上のものからなり、流路方向に向いて、第１の壁状フィンの延在形は基部の一方の端に近づくような形状を、また第２の壁状フィンの延在形はその一方の端から遠ざかるような形状を有するようにできる。この構成によれば、第１および第２の壁状フィンにより、たとえば「ハ」字状配列の壁状フィンを得ることができ、２種以上の壁状フィンを適当に配置することにより、曲げ剛性をｘおよびｙの両方向に高め、かつ基部全体にくまなく熱媒体を流すことができ、基部全体にわたって放熱性を高めることができる。

上記の壁状フィンは、１つの壁状フィンのうちに、流路方向に向いて、基部の一方の端に近づくような部分と、基部の一方の端から遠ざかるような部分とを有することができる。これにより、熱媒体を基部上で長い経路を誘導することができ、基部や壁状フィンとの接触の距離を引き延ばして長くし、したがって時間的にも熱交換時間を引き延ばせるので、効率の高い熱交換を実現することができる。

上記の壁状フィンは、基部の一方の端に向けて凸状の頂部と、該基部の一方の端に向けて凹状の谷部とを流路沿いに交互に有し、頂部が谷部よりも基部の一方の端に近いジグザグ状フィンであるようにできる。これにより、ジグザグパターンという簡単な壁状フィンの形状により、単位流路（直線）長さ当たりの熱媒体との接触面積を大きくすることができる。

上記の２つのジグザグ状フィンが流路部分を挟んで並列するように位置し、その２つのジグザグ状フィンのうちで、基部の一方の端に近いほうに位置する１つのジグザグ状フィンにおける谷部が、他方のジグザグ状フィンにおける頂部よりも、基部の一方の端から遠くに位置することができる。これによって、単位流路長さ当たりの壁状フィンと熱媒体との接触面積を大きくしながら、曲げ剛性が流路に沿って局所的に低下する直通流路部分を作らないようにできる。すなわち、隣り合うジグザグ状フィンの頂部と谷部とを流路沿いに重複させて、直線的または直帯状の直通流路部分を形成しないようにすることにより、どのような位置における直線的な腰折れ状の熱変形に対しても、ジグザグ状フィンの頂部と谷部とが基部に剛性を付与することになるので、熱変形に対してより強力な抑止力を持つことができる。

また、上記の壁状フィンを形成する金属と、基部を形成する金属とが、異なるような構成にすることができる。これにより、発熱体からフィンに至る放熱経路を構成する各部分（熱伝導性絶縁基板、ヒートスプレッダ、配線材など）の材料を、熱応力、熱変形が生じないように選択する際に、材料選択の自由度を高めることが可能となる。また、この放熱部品自体に生じる熱応力を減少させ、さらにこの放熱部品の前段階（半導体デバイスに近い位置側）の放熱経路の構成部品に及ぼす熱応力も軽減することができる。

本発明の放熱構造体は、発熱体との間に、熱伝導性絶縁層、ヒートスプレッダおよび配線材の少なくとも１つを介在させて、上記のいずれかの放熱部品の基部が当該介在された物の底部に接続されていることを特徴とする。

上記の構成により、放熱性を確保した上で、熱変形を抑止して、熱耐久性に優れた放熱構造体を提供することができる。そして、その放熱構造体では、とくに付加的な機構を設けないので、小型化の流れに障害とならず、また製造工程の複雑化を生じない。例えばダイキャストで製造できていた部品をやはりダイキャストで製造できる範囲の改良ですますことができる。

本発明の放熱部品および放熱構造体によれば、放熱性を確保した上で、付加的な構造を余分に加えることなく、熱変形を抑え込んで、熱耐久性を向上させることができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における放熱部品を示す斜視図である。この放熱部品１０は、ジグザグ状の壁状フィン３が、板状の基部１の上に延在している。複数のジグザグ状フィン３は、隣り合うもの同士で流路部分を挟んで並行するように配置されている。本実施の形態でのポイントは、基部１の入口側の少なくとも幅中央範囲Ｗｃ内のどの位置で流路方向（ｙ方向）に沿って出口側を見ても、ジグザグ状フィン３によって遮られている点にある。言い換えると、幅中央範囲Ｗｃ内では、流路方向に沿って直通する、壁状フィンで挟まれた直通流路部分（壁状フィンで挟まれた流路内で見通しがきく部分）が形成されないように、複数のジグザグ状フィン３が配置されている点に特徴がある。

１つのジグザグ状フィン３は、基部１の一方の端Ｅ1に向けて凸状の頂部Ｔと、該一方の端Ｅ1に向けて凹状の谷部Ｂとを流路沿いに交互に有しており、１つのジグザグ状フィン３においては、頂部Ｔが谷部Ｂよりも基部の一方の端Ｅ1に近い。上記のように、壁状フィンで挟まれた流路内で見通しがきく部分を生じないようにするために、流路部分を挟んで位置する隣り合う２つのジグザグ状フィン３において、基部の一方の端Ｅ1に近いほうに位置する１つのジグザグ状フィン３における谷部Ｂが、他方のジグザグ状フィンにおける頂部Ｔよりも、基部の一方の端Ｅ1から遠くに位置するようにする。要は、流路方向（ｙ方向）に沿って見て、複数のジグザグ状フィン３が重複するように近接して配置することにより、直通流路部分が生じないようにする。以後の説明で、「基部の一方の端Ｅ1に近いほうに位置する１つのジグザグ状フィン３における谷部Ｂが、他方のジグザグ状フィンにおける頂部Ｔよりも、基部の一方の端Ｅ1から遠くに位置するような配置」を、「隣り合う２つのジグザグ状フィンが重複する配置」と記述することがある。

図２は、図１の放熱部品１０の基部１における壁状フィン３の延在形３ｆを示す平面図である。図２に示す放熱部品１０では、幅中央範囲Ｗｃ内のジグザグ状フィン３だけでなく、端側に位置するジグザグ状フィン３においても、隣りのジグザグ状フィンと重複する配置としている。しかし、幅中央範囲Ｗｃから外れた幅位置においては、隣のジグザグ状フィンと重複していなくてもよい。幅中央範囲の両端Ｗｅの幅は、上述の幅中央範囲の定義から（１／２）Ｗｃである。熱応力による反り変形は、幅中央範囲Ｗｃに直通流路部分がある場合に、その直通流路部分を狙い撃ちするように、該直通流路部分を軸として湾曲する傾向が強い。また、幅中央範囲Ｗｃ内の該直通流路部分を軸として湾曲する場合に、端における湾曲による変位が大きくなり、積層構造の剥離等の継続使用が許容されない損傷が生じやすい。

図２に示すように、ジグザグ状フィンの延在形３ｆは、当然のことであるが、ｘ方向にもｙ方向にも平行ではなく、ｙ方向への射影Ｐ_ｙおよびｘ方向への射影Ｐ_ｘはともにゼロではなく、熱媒体の流れ方向（ｙ方向）およびそれに直角方向への長さ成分を有する。このため、放熱部品１０の基部１は、ｘ方向およびｙ方向の曲げ剛性をともに高めることができる。しかも、中央範囲内に位置する複数のジグザグ状フィンは、隣り合うもの同士が重複する配置をとるので、ｙ方向に直通する直通流路部分が生じることがない。

図３は、隣り合うジグザグ状フィン３の重複をより厳密に説明するための図である。基部１の一方の端Ｅ1に近いほうのジグザグ状フィンの延在形３ｆのｘ座標は、平均して他方のジグザグ状フィンの延在形に比べて大きい（図３のｘｙ座標軸参照）。したがって、隣り合うジグザグ状フィン３が重複する配置とは、大きいｘ座標位置を占めるジグザグ状フィンの谷部Ｂのｘ座標が、隣の小さいｘ座標を占めるジグザグ状フィンの頂部Ｔのｘ座標より小さい配置をいう。図３には、上記ｘ座標の差をΔとしているが、Δを大きくすると、２つのジグザグ状フィンの重複の程度は大きくなり、基部１の剛性はｘ方向にもｙ方向にも大きくなり、熱変形は生じにくくなる。しかし、一方、Δが大きくなることは、熱媒体の流通性に対する抵抗作用が増すことになり、流動抵抗を増加させ、ポンプ等の負荷を増大させるので、熱変形の防止と流動抵抗の増加の利害得失を考慮して、Δを設定するのがよい。Δはゼロであってもよい。Δがゼロであっても、上述の直通流路部分は形成されず、そして上述の熱変形における基部をｙ方向に通る反りの軸が形成されることがなくなるからである。

図３は、ジグザグ状フィンの延在形を線で表示した場合を例示するが、実際にはジグザグ状フィンは厚みを有し、図４に示す形態をとる。本実施の形態に示す放熱部品１０においては、ジグザグ状フィンを構成する壁状フィンの厚み範囲内でどの位置を頂部Ｔとして、どこを谷部Ｂとするかで、ｘ方向に配置するジグザグ状フィン３の数が２、３個を超える複数個であるため、個々のジグザグ状フィンの小さなｘ方向位置のズレが累積されて全体の構成は大きく変わってくる。このため、厚みを有するジグザグ状フィン３の頂部Ｔおよび谷部Ｂの位置を厳密に設定しておく必要がある。厚みが問題となる上記の構成の場合、ジグザグ状フィンの頂部Ｔは、厚み範囲内におけるトップ位置（一方の端Ｅ1への極短位置またはｘ座標の極大位置）とし、また谷部Ｂは、厚み範囲内におけるボトム位置（一方の端Ｅ1への極大位置またはｘ座標の極少位置）とする。

上記のようなジグザグ状フィン３を配置した基部１を有する放熱部品１０を用いることによって、ｙ方向に直通する直通流路部分に湾曲のひずみが集中する反りが発生する現象を除くことができる。幅中央範囲Ｗｃ内においてｙ方向に直通流路部分が形成されている場合、熱応力により、当該ｙ方向の直通流路部分にひずみが集中して湾曲の軸となり、またある場合は腰折れ部となり、積層構造体の剥離の主要な原因となる。上記のように、幅中央範囲Ｗｃ内のいずれの位置においてもｙ方向に直通流路部分が形成されない構成では、熱ひずみは押さえ込まれ、反りの発生は防止される。しかも、放熱体に従来の構造に比べて、付加的機能を果たす構造を余分に付加する必要がなく、大型化することもない。したがって、余分な構造を形成するための製造工程も不要であり、製造工程も複雑化しない。したがって、小型化および低価格が厳格に要求される自動車搭載部品等に好適である。

半導体デバイスの実装構造において、放熱経路の最終段階に位置する上記放熱部品１０に熱変形が発生すると、たとえばその前段階、すなわち放熱部品１０の半導体デバイスに近い位置側、のヒートスプレッダと剥離することを意味し、放熱経路はその機能を果たすことができなくなり、使用は不可能となる。したがって、放熱部品の熱変形は、放熱経路の寿命を左右することになり、放熱経路の熱耐久性を向上させる上で、非常に重要な要素となる。図１および図２に示す壁状フィン３の使用により、剥離の主要な原因となる幅中央範囲におけるいずれかの位置でのｙ方向を軸をとする湾曲反りや腰折れ変形を効果的に抑え込み、放熱経路の熱耐久性を高めることができる。

次に、図１に示す放熱部品１０の製造方法について説明する。基部１とジグザグ状フィン３とは、同じ金属（合金を含む。以下、同じ。）で形成してもよいし、異なる金属で形成してもよい。
（１）同じ金属で形成する場合：金属をアルミニウムとするとき、ダイキャスト等で一体成形で製造することができる。銅で形成する場合、基部１を銅板として、銅製のジグザグ状フィン３をろう材で接続するのがよい。その場合、アルミニウム合金ろう（JIS Z 3263-2002)、銀ろう(JIS Z 3261-1998)等を用いることができる。
（２）基部１とジグザグ状フィン３とを異なる金属で形成する場合：この場合、基部１を銅で、ジグザグ状フィン３をアルミニウムで形成すると銅の特長とアルミニウムの軽量の双方を活かすことができる。基部１となる銅板は、プリフォームによりジグザグ状フィン３が立つ範囲に浅い窪みを形成しておく。この窪みにアルミニウム用はんだ(JIS Z 3281-1996)、低融点銀合金はんだ、Ａｌ-Ｐ-Ｎｉ等のアルミニウムよりも融点が低い接続材料を導入する。その窪みにジグザグ状フィンを嵌め込み、熱処理炉中で、上記接続材料の融点以上に加熱し、溶融させた後、冷却して固定する。熱処理炉での加熱処理の代わりに、通電加熱やレーザー加熱等を行ってもよい。上記のアルミニウム製のジグザグ状フィンにはニッケルめっきを施しておくのがよい。さらに低融点の接続材料を導入する際に、マスク状カーボン層を用いるのがよい。

上述のように、図１の放熱部品１０は、基部１とジグザグ状フィン３とが、同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。異なる材料で形成した場合には、発熱体からフィンに至る放熱経路を構成する各部分（複合材料層からなる熱伝導性絶縁層、ヒートスプレッダ、配線材など）の材料を、熱応力、熱変形が小さくなるように選択する際に、材料選択の自由度を高めることが可能となる。また、この放熱部品自体に生じる熱応力を減少させ、さらにこの放熱部品の前段階（半導体デバイスに近い位置側）の放熱経路の構成部品に及ぼす熱応力も軽減することができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における放熱部品を示す斜視図である。この放熱部品１０は、曲がりのない直線的な壁状フィン３，１３が、板状の基部１の上に延在している。本実施の形態でのポイントは、熱媒体の流れ方向（ｙ方向）にも、また流れ方向に直交する方向（ｘ方向）にも、直線的な壁状フィン３，１３の延在方向が揃っていず、基部１の入口側の少なくとも幅中央範囲Ｗｃ内のどの位置で流路方向（ｙ方向）に沿って出口側を見ても、いずれかの壁状フィン３によって、遮られている点にある。言い換えると、幅中央範囲Ｗｃ内では、流路方向に沿って直通する直通流路部分（流路内で見通しがきく部分または壁状フィンの抜けがある部分）が形成されないように、複数の壁状フィン３が配置されている点に特徴がある。なお、壁状フィン３，１３がｘ方向にもｙ方向にも揃っていない配置において、すべての壁状フィンではないが、ｘ方向の壁状フィンがあってもよい。また、図５では、サイズが大きい壁状フィン３と小さい壁状フィン１３の２種類の壁状フィン３，１３を示すが、同じ種類の壁状フィンであってもよい。

図６は、図５に示す放熱部品１０の平面図であり、壁状フィン３，１３の延在形３ｆ，１３ｆを線で表示している。壁状フィン３の延在形３ｆは細い線で、また壁状フィン１３の延在形１３ｆは太い線で表示している。図６において、壁状フィン３，１３の延在形３ｆ，１３ｆは、ｘ方向にもｙ方向にも平行ではなく、かつ、少なくとも幅中央範囲Ｗｃには直通流路部分は生じていない。しかし、次のような仮定の場合には事情は異なる。

１種類の壁状フィン３だけで、他方の種類の壁状フィン１３がないと仮定した場合、図６に示すように、幅中央範囲Ｗｃ内に、３つの有限幅の直通流路部分ｖ、または上記ｖの表示に対応する破線で示す仮想的な直通流路部分７３が形成される。幅中央範囲Ｗｃに、このような仮想の直通流通部分ｖがある場合、熱応力が発生したとき湾曲の反りの軸または腰折れの軸になり、上述の積層構造の剥離のおそれが高まる。

壁状フィン３のみでは形成されてしまう仮想の直通流路部分７３またはｖは、実際の２種類の壁状フィン３，１３を配置した場合には、その部分ｖをｙ方向に通して見通すことができず、壁状フィン１３で遮断される。したがって、幅中央範囲Ｗｃのいずれかにおいて、ｙ方向に沿う部分を反りの軸とする反り変形が生じる現象は確実に防止される。なお、上記の説明では、説明の便宜上、壁状フィン３を主として壁状フィン１３を補助とするような記述をしたが、放熱部品１０において、壁状フィン３と壁状フィン１３とは重要性において同等であり、一方が主で、他方が補助ということはない。

図５に示す放熱部品１０も、装置に組み込まれて発熱体からの熱を受けて、熱応力が生じても、熱変形を抑え込むことが可能となる。半導体デバイスの実装構造等において、放熱経路の最終段階に位置する上記放熱部品１０に熱変形が発生すると、たとえばその前段階（放熱部品１０の半導体デバイスに近い位置側）のヒートスプレッダと剥離することを意味し、放熱経路はその機能を果たすことができなくなり、使用は不可能となる。しかし、図５または図６に示す壁状フィン３，１３の使用により、熱変形が効果的に抑え込まれ、放熱経路の熱耐久性を高めることができる。

図５に示す放熱部品１０についても、実施の形態１で説明した製造方法と同様の方法で製造することができる。すなわち、基部１と壁状フィン３とは、同じ金属（合金を含む。以下、同じ。）で形成してもよいし、異なる金属で形成してもよい。
（１）同じ金属で形成する場合：金属をアルミニウムとするとき、ダイキャスト等で一体成形で製造することができる。銅で形成する場合、基部１を銅板として、銅製の壁状フィン３をろう材で接続するのがよい。その場合、アルミニウム合金ろう（JIS Z 3263-2002)、銀ろう(JIS Z 3261-1998)等を用いることができる。
（２）基部１と壁状フィン３とを異なる金属で形成する場合：この場合、基部１を銅で、壁状フィン３をアルミニウムで形成すると銅の特長とアルミニウムの軽量の双方を活かすことができる。基部１となる銅板は、プリフォームにより壁状フィン３が立つ範囲に浅い窪みを形成しておく。この窪みにアルミニウム用はんだ(JIS Z 3281-1996)、低融点銀合金はんだ、Ａｌ-Ｐ-Ｎｉ等のアルミニウムよりも融点が低い接続材料を導入する。その窪みに壁状フィンを嵌め込み、熱処理炉中で、上記接続材料の融点以上に加熱し、溶融させた後、冷却して固定する。熱処理炉での加熱処理の代わりに、通電加熱やレーザー加熱等を行ってもよい。上記のアルミニウム製の壁状フィンにはニッケルめっきを施しておくのがよい。さらに低融点の接続材料を導入する際に、マスク状カーボン層を用いるのがよい。

上述のように、図５の放熱部品１０は、基部１と壁状フィン３とが、同じ材料で形成されてもよいし、異なる材料で形成されてもよい。異なる材料で形成した場合には、発熱体からフィンに至る放熱経路を構成する各部分（複合材料層からなる熱伝導性絶縁層、ヒートスプレッダ、配線材など）の材料を、熱応力、熱変形が小さくなるように選択する際に、材料選択の自由度を高めることが可能となる。また、この放熱部品自体に生じる熱応力を減少させ、さらにこの放熱部品の前段階（半導体デバイスに近い位置側）の放熱経路の構成部品に及ぼす熱応力も軽減することができる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における放熱部品（壁状フィンの延在形）を示す平面図である。壁状フィンの延在形３ｆ，７ｆは細線で、また壁状フィンの延在形１３ｆは太線で表示する。本実施の形態では、熱媒体の流路の幅中央部に、上流に向かって凸状に湾曲した壁状フィンを配置し、そして少なくとも幅中央範囲Ｗｃに、直通流路部分が形成されないようにした点に特色がある。図７では、その凸状に湾曲した壁状フィンの延在形７ｆが表示されている。図８に、延在形７ｆに対応する１例である壁状フィン７、および他の湾曲（非直線）タイプの壁状フィン５，１５を示す。図７についての説明で、壁状フィンの延在形というべきところを、単に壁状フィンと述べる。

入口側の幅中央部に壁状フィン７を配置しているため、熱媒体は幅中央部で左右の端方向に振り分けられ、一方に偏る事態を避けることができる。図７において、壁状フィン１３がないと仮定した場合、直通流路部分ｖまたは破線で示す仮想の直通流路部分７３が生じるが、実際は、壁状フィン１３が配置されるため、直通流路部分ｖは壁状フィン１３によって遮断される。このため、幅中央範囲Ｗｃ内のｙ方向部分を軸とする反り変形は、確実に防止される。なお、実施の形態２でも言及したが、説明の便宜上、壁状フィン３，７を主として壁状フィン１３を補助とするような取り扱いをしたが、放熱部品１０において、壁状フィン３，７と壁状フィン１３とは重要性において同等であり、一方が主で、他方が補助ということはない。

図７において、壁状フィン１３は流路方向に沿って、３箇所に配置されているが、３箇所である必要はなく、５箇所でも、また１〜２箇所であってもよい。壁状フィンは、１箇所でも、上記の直通流路部分を遮断すれば上記の反り変形の防止に有効に作用する。そして、むやみに多くの壁状フィン１３の配置は、熱媒体の流れ易さの抵抗を高め、ポンプやファン等の熱媒体駆動装置の負荷を増加させる。このため、壁状フィン１３の配置は、必要最少限に止めるのがよい。

図８および図９に、壁状フィンの変形例を示す。図８は曲線状の壁状フィン５，７，１５を、また図９は、幅中央部に配置するのに適したＶ字形状の壁状フィン９を示す。図８の壁状フィン７および図９の壁状フィン９では、流路方向に沿って一方の端側に近づく部分７ａ，９ａと、その一方の端側から遠ざかる部分７ｂ，９ｂとを、１つの壁状フィンが有している。

図１０および図１１は、上記の壁状フィンの延在形７ｆ，９ｆ，５ｆと、その流路方向（ｙ方向）および流路方向に直交する方向（ｘ方向）への射影長さＰ_ｘ、Ｐ_ｙを示す図である。いずれの壁状フィンの射影長さもどの方向に対してもゼロではない。本実施の形態における壁状フィンは、ｘ方向およびｙ方向の射影長さがともにゼロでなければ、どのような形状でもよく、湾曲していても、折れ線状であってもよい。上記のような壁状フィンを用いることにより、放熱性を確保しながら、ｘ方向およびｙ方向の曲げ剛性を高めることができ、熱変形を抑止することができる。そして、その配置が、少なくとも幅中央範囲Ｗｃ内に直通流路部分を形成しないようにした場合には、とくに発生の可能性の高い、幅中央範囲のｙ方向を軸とする反り変形や腰折れ変形を防止することができる。放熱部品の熱変形は、発生したら、その放熱部品が組み込まれた放熱経路は機能を果たさなくなり、直ちに廃棄して交換しなければならない。上記の放熱部品は簡単な構成の変形で熱変形を抑止できるので、大変、有効である。さらに、上記の放熱部品は、従来の放熱部品に対して余計に付加する付加部分を持つ必要がない。このため、低価格、小型化の要求が厳格な自動車部品等に好適である。

（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４における放熱構造体５０を示す図である。この放熱構造体５０には、実施の形態１〜３のいずれかに示した放熱部品１０が組み込まれている。図１２において、発熱体である半導体デバイス３０の底面にはんだ層２７を介してアルミニウム板または銅板２５が配置されている。そのアルミニウム板または銅板の下には、ＡｌＮなどの熱伝導性絶縁板３１が配置され、さらにその下にアルミニウム板または銅板２５が配置される。さらに、その下にはんだ層２９によってヒートスプレッダ３３が接続され、そのヒートスプレッダ３３の下に放熱部品１０が配置される。放熱部品１０は、基部１をヒートスプレッダ３３に図示しないグリースなどを介して接して、図示しない壁状フィンは、筐体３５と基部１とで形成された熱媒体流路内に位置している。ヒートスプレッダ３３と、放熱部品１０と、筐体３５とは、ねじ２３によって締結されている。

半導体デバイス３０は、ハイブリッドカーに用いられる電力用スイッチング素子のパワー半導体では、非常に多量の発熱があり、効率のよい放熱経路の構築は必須となる。上記の放熱構造体５０は、半導体デバイスで発生した多量の熱を、放熱部品１０によって効率よく熱媒体に放熱して、しかもその放熱部品はそれ自身の熱変形を効果的に抑止できる。図１２の放熱構造体（放熱経路）の中で、熱変形が最も生じ易い部品の１つは、放熱部品１０であり、この放熱部品の熱変形を抑止できることは、非常に大きな意味を持つ。

また、上記の放熱部品１０は、従来の放熱部品に対して、付加的な機構を設けなくてよいので、体積的に増大することはなく、また製造においても製造工程を複雑化することもない。したがって、自動車、とくに発熱量が大きいハイブリッドカー等に搭載されるパワーモジュールにおいて、小型化等が厳しく要求されるため、有用性を発揮すると考えられる。

（実施の形態５）
図１３は、本発明の実施の形態５における放熱構造体５０を示す図である。実施の形態４の放熱構造体５０との相違は、半導体デバイス３０から放熱部品１０にいたる放熱経路の構成だけにあり、放熱部品１０の構成は、実施の形態４と同じである。本実施の形態においては、実施の形態４における（アルミニウム板または銅板２５＋熱伝導性絶縁基板３１＋アルミニウム板または銅板２５）で構成される配線機能を配線材３７で置き換えた点に特徴を有する。図１３において、半導体デバイス３０ははんだ層２７により配線材３７に接続され、配線材３７は絶縁性接続層３８により放熱部品１０に接続されている。配線材３７は、通常、銅板または（銅板＋めっき）によって形成される。

図１３の放熱構造体５０では、製造工程を簡単化することができる。さらに半導体デバイス３０から放熱部品１０にいたる放熱経路の長さを短縮して、熱伝導を促進することができる。また、上述のように放熱部品１０は、異種材料で形成されている場合、半導体デバイスとフィンの熱膨張率のミスマッチを緩和することができ、熱応力を低減することができる。半導体デバイス実装時の作用効果についても、実施の形態４と同様の作用効果を得ることができる。ハイブリッドカーのパワーモジュールに好適に用いることができる点では、上記実施の形態４で説明したことがそのまま該当する。

上記した実施の形態においては、ジグザグ状フィンを含めどの壁状フィンの延在形も流路方向（ｙ方向）およびそれに直交方向（ｘ方向）の長さ成分Ｐ_ｘ，Ｐ_ｙがともにゼロでないものを例示した。しかし、図示はしないが、たとえばＰ_ｙがゼロでＰ_ｘが有限長の延在形（ｘ方向に平行な線分からなる延在形）を有する壁状フィン、いわば流路に直交する壁状フィン（流路直交壁状フィン）があってもよい。熱媒体の流れ易さを大きく阻害しないために、他の壁状フィンのうちに、流路方向に長さ成分を有する壁状フィンが必ず設けられていることを前提としているからである。

（他の変形例について）
１.ジグザグ状フィンのジグザグ形状については、流路方向に沿う凹凸の高さ（低さ）と凹凸の周期について、規則性は必須ではない。不規則であっても凹凸の波打ちがあり、上記の限定要件を満たせば、本発明にいうジグザグ状フィンに該当する。
２.幅方向に並列する複数のジグザグ状フィンは、同じジグザグ形状でなくてもよい。また、流路方向の長さについても並列する複数のジグザグ状フィンについて同じでなくてもよい。
３.幅中央範囲は、幅全体の１／２と定義したが、本発明の趣旨より、熱変形の反りの軸が幅のより狭い中心付近に集中する場合には、上記の幅中央範囲は幅全体の１／２より狭い範囲と解釈することができる。その場合、「少なくとも全幅の１／２未満の幅中央所定幅内のいずれの位置においても」と解釈することができる。

上記において、本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の放電部品および放熱構造体は、放熱性を確保した上で、熱変形を抑え込んで、熱耐久性を向上させることができ、しかも小型化の支障にならず、製造工程の複雑化もない。

本発明の実施の形態１における放熱部品の斜視図である。図１の放熱部品の平面図である。図２の放熱部品の平面図の部分拡大図である。ジグザグ状フィンの厚みを考慮した頂部および谷部を示す斜視図である。本発明の実施の形態２における放熱部品の斜視図である。図５の放熱部品の平面図である。本発明の実施の形態３における放熱部品の平面図である。図７の放熱部品の変形例である曲線（非直線）状の壁状フィンを示す斜視図である。他の壁状フィンの変形例を示す斜視図である。壁状フィンのｘ方向およびｙ方向への射影を示す図である。他の壁状フィンのｘ方向およびｙ方向への射影を示す図である。本発明の実施の形態４における放熱構造体を示す断面図である。本発明の実施の形態５における放熱構造体を示す断面図である。

符号の説明

１基部、３，５，７，９，１３，１５壁状フィン、３ｆ，５ｆ，７ｆ，９ｆ，１３ｆ壁状フィンの延在形、７ａ，９ａ，７ｂ，９ｂ壁状フィンの傾斜部分、１０放熱部品、２３ねじ、２５アルミニウム板または銅板、２７，２９はんだ、３０半導体デバイス、３１熱伝導性絶縁層（ＡｌＮ基板）、３３ヒートスプレッダ、３５筐体、３７配線材、３８絶縁性接続層、５０放熱構造体、７３仮想的な直通流路部分、Ｂジグザグ状フィンの谷部、Ｔジグザグ状フィンの頂部、Ｅ1 基部の一方の端、ｖ直通流路部分（幅）、Ｗｃ幅中央範囲、Ｗｅ幅の端部。

Claims

熱媒体の流路に位置し、当該熱媒体と熱交換する放熱部品であって、
板状の基部と、
前記基部に延在する壁状フィンとを備え、
前記壁状フィンの延在形が、前記流路方向に直交する方向に長さ成分を有し、
前記基部の入口側の幅の少なくとも中央範囲内のいずれの位置においても、前記基部の流路方向に沿って出口側を見て、前記壁状フィンによって遮られる配置となっていることを特徴とする、放熱部品。
前記壁状フィンは２種以上のものからなり、前記流路方向に向いて、第１の壁状フィンの延在形は前記基部の一方の端に近づくような形状を、また第２の壁状フィンの延在形は前記一方の端から遠ざかるような形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の放熱部品。
前記壁状フィンは、１つの前記壁状フィンのうちに、前記流路方向に向いて、前記基部の一方の端に近づくような部分と、前記基部の一方の端から遠ざかるような部分とを有することを特徴とする、請求項１に記載の放熱部品。
前記壁状フィンは、前記基部の一方の端に向けて凸状の頂部と、該基部の一方の端に向けて凹状の谷部とを流路沿いに交互に有し、前記頂部が前記谷部よりも前記基部の一方の端に近いジグザグ状フィンであることを特徴とする、請求項３に記載の放熱部品。
前記２つのジグザグ状フィンが流路部分を挟んで並列するように位置し、その２つのジグザグ状フィンのうちで、前記基部の一方の端に近いほうに位置する１つのジグザグ状フィンにおける谷部が、他方のジグザグ状フィンにおける頂部よりも、前記基部の一方の端から遠くに位置することを特徴とする、請求項４に記載の放熱部品。
前記壁状フィンを形成する金属と、前記基部を形成する金属とが、異なることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の放熱部品。
発熱体との間に、熱伝導性絶縁層、ヒートスプレッダおよび配線材の少なくとも１つを介在させて、前記請求項１〜６のいずれかの放熱部品の基部が前記介在された物の底部に接続されていることを特徴とする、放熱構造体。