JP2005050906A

JP2005050906A - Heatsink member and its manufacturing method and heatsink

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Publication number: JP2005050906A
Application number: JP2003203752A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Kasezawa; 善正加瀬沢; Hisao Saito; 久男斉藤; Hisashi Hori; 久司堀
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: JP4337441B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the weight of a heatsink member without reducing a heatsink performance. <P>SOLUTION: The heatsink member 1A includes a base plate 2 in which a CPU 5 of heating element is connected to one surface 2a, and a plurality of fins 3 stood and connected to the other surface 2b of this base plate 2. A protruding stripe 2c for connecting the fins 3 to the other surface 2b of this base plate 2 is formed. A sectional shape of the protruding stripe 2c is constant, and its aspect ratio is 5-30 or a ratio of the thickness of the protruding stripe to the entire height is desirably 0.1-0.3. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＩＣ用放熱器、ペルチェ素子用放熱器、モーター用放熱器、電子制御部品用放熱器等の放熱部材とその製造方法に関し、さらに、かかる放熱部材を用いたヒートシンクに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、銅製のベース板とアルミニウム製のフィンとを、かしめ、接着剤又はろう付けによって接合した放熱部材が開示されている。この放熱部材は、重量は比較的大きいが熱伝導率は極めて高いという銅の特性と、熱伝導率は銅よりもやや小さいが重量は銅よりも小さいというアルミニウムの特性に着目し、ベース板とフィンとをそれぞれに適した異種金属で構成することにより、放熱性能向上と軽量化の双方を満足させようとしたものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２０３５９５号公報
（［００１０］−［００１６］，図１−４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかる放熱部材の放熱性能を更に高めるには、ベース板の厚さを更に大きくしたり、フィンの間隔を更に小さく（フィンの枚数を更に多く）することが考えられるが、そうすると放熱部材全体の重量が増加してしまい、軽量化の要請に反する。逆に言うと、放熱性能を低下させずに放熱部材を更に軽量化することには限界があった。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、放熱性能を低下させることなく放熱部材をより軽量化することを課題としたものである。また本発明は同時に、この放熱部材の製造方法と、この放熱部材を用いたヒートシンクも提案するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明に係る放熱部材は、一方の面に発熱体が接続されるベース板と、このベース板の他方の面に立設接合された複数枚のフィンとを備え、前記ベース板の前記他方の面に前記各フィンをつなぐ凸条が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
発熱体が接続されるベース板は、発熱体の熱を各フィンに伝える役割を果たすものであるため、一般的にはベース板の厚さを大きくするほど、放熱部材の放熱性能が高くなる。しかし、ベース板の厚さを大きくするほど、放熱部材の重量も大きくなってしまうので、本発明では、ベース板の厚さを全体的に大きくするのではなく、発熱体の熱を各フィンに伝える寄与度の大きな部分だけベース板の厚さを大きくし、寄与度の小さな部分においてはベース板の厚さを小さくすることにより、ベース板全体の重量を変えずに、発熱体の熱を各フィンに対してより効率的に伝えるようにしたのである。具体的には、各フィンをつなぐ凸条をベース板に形成することにより、重量を増加させることなく放熱部材の放熱性能を高めることができる。
【０００８】
ここで、凸条は、数枚ごとに各フィンをつなぐものであってもよいが、特に全てのフィンをつなぐように連続的に形成されていれば、発熱体の熱が末端のフィンまで確実に伝えられるので、放熱性能が更に向上するし、凸条の形成も容易になるので、製造コストを抑えることもできる。
また、凸条は、各フィンに斜交する向きに形成されていてもよいが、特に各フィンに直交する向きで形成されていれば、凸条の形成が容易になるし、ベース板と各フィンとの取合部の形状や構造も単純になるので、放熱部材の製造コストを抑えることができる。また、凸条が各フィンに直交する向きであると、凸条の全長を小さくすることができるので、凸条の断面積を最大化して、更に放熱性能を高めることができる。
【０００９】
また、凸条の断面形は、ベース板の本体から遠ざかるほど幅が小さくなるものであることが望ましい。このようにすると、特にファンと併用した場合の圧力損失をより小さくできるからである。
【００１０】
また、凸条は、その断面形を長さ方向に一定とすることが望ましい。ベース板に凸条を容易に形成することができるし、凸条と各フィンとの接合部の形状や構造も単純になるので、放熱部材の製造コストを抑えることができるからである。
この場合において、凸条の断面形状としては、そのアスペクト比（凸条の厚さに対する凸条の幅の比）を５〜３０に、あるいは、放熱部材の全高さに対する当該凸条の厚さの比を０．１〜０．３に設定することが望ましい。後述の実施例からも分かるように、凸条の厚さが相対的に大きすぎると、圧力損失が大きくなって却って放熱性能が低下してしまうし、凸条の厚さが相対的に小さすぎると、ベース板の厚さを全体的に大きくしたものに近づいてしまうからである。
【００１１】
また、凸条は、発熱体に接続される位置から長さ方向に向かって断面積が小さくなるようにしてもよい。ベース板を伝わる熱量は発熱体から遠ざかるほど小さくなっていくから、その熱量に応じて凸条の断面積を小さくすることが理に適っており、より効率的な放熱を行う放熱部材とすることができる。
【００１２】
また、ベース板は銅（銅合金を含む。）で、フィンはアルミニウム（アルミニウム合金を含む。）で形成されていることが望ましい。銅は熱伝導率が極めて大きいため、発熱体の熱を極めて効率的に各フィンに伝えることができるし、アルミニウムは熱伝導率が比較的大きいだけでなく、軽量で加工容易だからである。
【００１３】
また、フィンは、ベース板に平行な基端部で連結されて二枚一対で形成されていることが望ましい。このように二枚一対のフィンとこれらを連結する基端部とで略凹字形断面になっていれば、ベース板にフィンを接合する手間が軽減されるし、薄いフィンであってもその取扱いが容易となり、ハイトング比の放熱部材を容易に製造することができる。なお、一枚のフィンと基端部とで略Ｌ字形断面になっていたり、フィンと基端部とが連続的に蛇腹状に連結されたコルゲート断面形であってもよい。
【００１４】
さらに、このような放熱部材は、自然空冷式で使用してもよいが、強制空冷式、つまりファンを付設し、このファンで各フィンの熱を奪うヒートシンクとして用いれば、より高い放熱性能を得ることができる。
このヒートシンクにおいて、放熱部材に対してファンを取り付ける角度は任意に定めることができるが、ファンが各フィンに対して側方から風を送るように配置すれば、特に高い放熱性能を得ることができるし、高さも小さく抑えられるので設置スペースが制限されなくなる。
【００１５】
ところで、このような放熱部材の製造方法は任意に定めうるが、一方の面に凸条が形成された銅ベース板の当該一方の面に、当該凸条をまたぐ向きで複数枚のアルミニウムフィンを立設配置し、前記銅ベース板の他方の面から、当該銅ベース板と前記各アルミニウムフィンとの境界面を加熱及び加圧することにより、当該銅ベース板と前記各アルミニウムフィンとを接合することが望ましい。
かかる製造方法によれば、加熱及び加圧の際にフィンや凸条が邪魔になることがないから、フィンのピッチやトング比を自由に設定することができる。また、ベース板、フィンがそれぞれ銅、アルミニウムからなり、アルミニウムよりも溶融点の高い銅からなるベース板側から加熱及び加圧を行うので、加圧力がベース板とフィンとの境界面に効率よく伝達され、両者が確実に接合される。
【００１６】
ここで、加熱及び加圧の方法は任意に定めることができ、たとえば電磁誘導などを利用した非接触方式であってもよいが、接触方式、つまり円周方向に回転する円板状の接合ツールの周面を、銅ベース板の前記他方の面に押し当てつつその表面に沿って移動させることにより行われるものであることが望ましい。
かかる方法は、いわゆる摩擦振動接合（ＦｒｉｃｔｉｏｎＡｃｏｕｓｔｉｃＢｏｎｄｉｎｇ）と呼ばれるものであり、簡易な装置を用いてベース板とフィンとを確実に接合することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略するものとする。
【００１８】
図１（ａ）は本発明に係る放熱部材の第一実施形態を表す斜視図であり、図１（ｂ）は同分解斜視図である。また、図２（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は同Ｂ−Ｂ断面図、図２（ｃ）は同底面図である。これらの図に示すように、放熱部材１Ａはベース板２とフィン３，３，…とで構成されている。
ベース板２は銅製であり、その幅、長さ、厚さはそれぞれＷ，Ｌ，ｔである。ベース板２の一方の面２ａには、ヒートスプレッダ４を介して、発熱体たるＣＰＵ５が熱的に接続される。また、ベース板２の他方の面２ｂには、厚さｔｓ、幅Ｗｓ、長さＬｓの凸条２ｃが形成されている。凸条２ｃの幅Ｗｓはヒートスプレッダ４の幅と同程度である。また、凸条２ｃの長さＬｓは、ここではベース板２の長さＬに等しいが、Ｌｓ＜Ｌとしてもよい。
フィン３，３，…はアルミニウム製であり、ベース板２の面２ｂ上に互いに平行となるように立設接合されている。フィン３，３は、二枚一対が基端部３ａで連結されてフィン構成材６を形成している。フィン構成材６の底部の幅方向略中央部には、ベース板２の凸条２ｃと対応する形状の切欠６ａが形成されており、フィン３，３，…がベース板２の面２ｂに立設接合されたときに、凸条２ｃが全てのフィン３，３，…をつなぐ格好となる。
【００１９】
かかる放熱部材１Ａにおいて、ＣＰＵ５で発生した熱は、まずヒートスプレッダ４を介してベース板２に伝えられ、次にベース板２中で図２（ｃ）の矢印で示すように全方向に流れて各フィン３，３，…に伝えられ、最終的にここで自然冷却され、あるいはファンなどによって強制冷却されて空気中に放散される。したがって一般的には、ベース板２の厚さを大きくするほどベース板２がＣＰＵ５の熱をフィン３，３，…に伝えやすくなるわけであるが、この場合は当然にベース板２の重量も増加してしまう。このため、この放熱部材１Ａでは、ベース板２の厚さを全体的に大きくするのではなく、ＣＰＵ５の熱をフィン３，３，…に伝える寄与度の大きな部分だけベース板２の厚さを大きくする一方で、寄与度の小さな部分の厚さを小さくすることにより、ベース板２の全体重量を変えずに、ＣＰＵ５の熱をより効率的に各フィン３，３，…に伝えるようにしている。つまり、ベース板２に凸条２ｃを形成したことにより、図２（ｃ）の矢印Ｙ方向よりも矢印Ｘ方向により大量の熱が流れ、ＣＰＵ５で発生した熱がより効率的に各フィン３，３，…に伝えられることになる。そして、ベース板２の全体重量を変えずに放熱性能を高めることができるということは、放熱性能を低下させずにより軽量化できることを意味する。
【００２０】
かかる観点から、凸条２ｃの断面形状としては、その厚さｔｓに対する幅Ｗｓの比（アスペクト比）を５〜３０に、あるいは、放熱部材の全高さｈに対する当該凸条２ｃの厚さｔｓの比を０．１〜０．３に設定することが望ましい。後述の実施例からも分かるように、凸条２ｃの厚さが相対的に大きすぎると、圧力損失も大きくなって却って放熱性能が低下してしまうし、凸条２ｃの厚さが相対的に小さすぎると、ベース板２の厚さを全体的に大きくしたものに近づいてしまって、凸条２ｃを形成した意味が薄れてくるからである。
【００２１】
次に、放熱部材１Ａの製造方法の一例を説明する。
まず、銅及びアルミニウムよりも溶融点の高い鉄などからなるスペーサ冶具７を用意する。図３（ａ）に示すように、このスペーサ冶具７には、高さの等しい板状のスペーサ部７ａ，７ａ，…が等間隔に並んで立設形成されている。スペーサ部７ａ，７ａ間の隙間７ｂの幅は、フィン３の板厚に略等しい。各スペーサ部７ａ，７ａ，…にはそれぞれ、ベース板２の凸条２ｃと略同一形状の切欠７ｃが形成されている。
一方で、中央部に長方形開口が形成された平板状のアルミニウム板を断面凹字形に折り曲げることにより、フィン構成材６を製作しておく。
【００２２】
そして、スペーサ冶具７のスペーサ部７ａを取り巻くように、フィン構成材６をスペーサ冶具７に対して側方から挿入する。つまり、スペーサ部７ａの両側の隙間７ｂ，７ｂにそれぞれフィン３，３を、当該スペーサ部７ａの上面に基端部３ａが位置するように、フィン構成材６を側方から挿入する。同様にして、他の全ての隙間７ｂにもそれぞれフィン３が嵌まるように、次々にフィン構成材６，６，…をスペーサ冶具７に挿入していく。すると、フィン構成材６の切欠６ａとスペーサ冶具７の切欠７ｃとによって、ベース板２の凸条２ｃが嵌まる凹溝が形成される。
その後、フィン構成材６，６，…をセットしたスペーサ冶具７の上方からベース板２を被せる。この状態で、ベース板２の面２ｂ（図示下面）はフィン構成材６の基端部３ａに接触しており、スペーサ冶具７のスペーサ部７ａには接触していない。同様に、ベース板２の凸条２ｃの下面は、フィン構成材６の切欠６ａにおける各フィン３，３に接触しており、スペーサ冶具７のスペーサ部７ａには接触していない。ただし、ベース板２の凸条２ｃの幅、フィン構成材６の切欠６ａの幅、スペーサ冶具７の切欠７ｃの幅は、互いに略等しくなっているので、ベース板２の凸条２ｃは、ベース板２とフィン構成材６の幅方向の相対位置、さらにはフィン構成材６，６の相互の幅方向の位置を正確に決める位置決め部としても機能する。
【００２３】
次に、図３（ｂ），図４に示すように、回転軸８ｂを中心として円周方向に高速回転する接合ツール８のツール本体８ａの周面をベース板２の面２ａに垂直に押し当てつつ、接合ツール８をベース板２の面２ａに沿って所定の送り速度で移動させることによって、フィン構成材６とベース板２とを摩擦振動接合する。接合ツール８は回転軸８ｂの先端部に円板状のツール本体８ａを固定してなるものであり、ツール本体８ａはＪＩＳ：ＳＫＤ６１などの工具鋼からなる。ツール本体８ａは、ベース板２の面２ａを押さえ込みつつ進行方向後方に送り込むような向きで回転軸８ｂのまわりに回転する。
【００２４】
ツール本体８ａは、図４（ｂ）に示すように、その周面がベース板２の面２ａに一定量αだけ押し込まれた状態で円周方向に高速回転しつつ、ベース板２の面２ａに沿って移動する。そして、このようなツール本体８ａのベース板２への押し込みによってフィン構成材６の基端部３ａとベース板２の境界面の隙間をなくしつつ、高速回転するツール本体８ａとベース板２との接触により生ずる振動によってフィン構成材６の基端部３ａとベース板２の境界面の酸化皮膜を分断破壊するとともに、ツール本体８ａと接触するベース板２の所定領域とこれに隣接する基端部３ａの所定領域とを、ツール本体８ａとベース板２との摩擦接触により発生した熱で高温化し、ベース板２（銅）と接している基端部３ａ（アルミニウム）の一部を共晶融解させる。その結果、ベース板２と基端部３ａの間には共晶層９が形成される。そして、接合ツール８のツール本体８ａが通過した後に冷却されて、フィン構成材６の基端部３ａとベース板２は、共晶層９を介して接合される。
ベース板２の面２ａには、ツール本体８ａが押圧力を当該面２ａに負荷しながら通過した跡が残るが、これを後で面削して平滑面を形成することが望ましい。
【００２５】
このように、ベース板２、フィン構成材６がそれぞれ銅、アルミニウムからなり、アルミニウムよりも溶融点の高い銅からなるベース板２側から接合ツール８を押し当てるので、フィン構成材６の基端部３ａとベース板２の重ね合わせ部が接合に必要な温度（銅とアルミニウムの共晶温度：５４８℃）以上に達したときにベース板２の変形抵抗を比較的大きく保持して、接合ツール８の押圧力を境界面に充分に伝達でき、両者が確実に接合される。また、接合ツール８を押し当てる際にフィン３や凸条２ｃが邪魔にならないので、フィン３のピッチやトング比、凸条２ｃの形状などを自由に設定することができる。
【００２６】
最後に、図５に示すように、スペーサ冶具７からベース板２を持ち上げるだけで、ベース板２にフィン構成材６，６，…が立設接合された放熱部材１Ａを取り出すことができる。
【００２７】
次に、放熱部材１Ａの製造方法の別の例を説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、全体が逆Ｔ字形になるように、一枚の薄いアルミニウム製の板材３’の中央部にスペーサ１０を直交配置し、図６（ｂ）に示すように、断面凹字形のフィン構成材作成冶具１１の中央部の溝内に、板材３’を折り曲げつつその中央部を押し込みながらスペーサ１０を挿入していくことによって、図６（ｃ）に示すような、中央部の溝にスペーサ１０が挟み込まれた断面凹字形のフィン構成材６を作成する。フィン構成材６は、一対のフィン３，３とこれらを連結する基端部３ａとで断面凹字形に形成されている。
【００２８】
そして、このように一対のフィン３，３の間にスペーサ１０が挟み込まれたフィン構成材６を複数個用意し、これらのフィン構成材６，６，…とスペーサ１０’，１０’，…とを交互に並べながら、図６（ｄ）に示すように、これらを放熱部材製造用冶具１２の部材セット部１２ａに立設配置する。このときフィン構成材６は、一対のフィン３，３の間にスペーサ１０を挟み込んだ状態で、かつ、基端部３ａを上に向けた状態とする。また、フィン構成材６，６，…相互間に挟み込まれるように配置されたスペーサ１０’，１０’，…の高さを、フィン構成材６の一対のフィン３，３の間に挟み込まれたスペーサ１０の高さよりも、フィン構成材６の基端部３ａの厚さ分だけ大きくすることによって、フィン構成材６の基端部３ａとスペーサ１０’の基端部とで水平な上面を形成することが望ましい。
【００２９】
その後、図６（ｅ）に示すように、部材セット部１２ａに立設配置されたフィン構成材６，６，…及びスペーサ１０’，１０’，…の上面にベース板２を載せて、固定具１３で固定する。これで、ベース板２の面２ｂにフィン構成材６の基端部３ａ及びスペーサ１０’の基端面が当接した状態となる。
【００３０】
続いて図７（ａ）に示すように、回転軸８ｂを中心として円周方向に高速回転する接合ツール８のツール本体８ａの周面をベース板２の面２ａに垂直に押し当てつつ、接合ツール８をベース板２の面２ａに沿って移動させることによって、ベース板２にフィン構成材６，６，…の基端部３ａを摩擦振動接合する。
【００３１】
最後に、図７（ｂ）に示すように、ベース板２を上に持ち上げれば、ベース板２に接合されたフィン構成材６，６，…だけが一緒に持ち上がり、スペーサ１０’，１０’，…及びスペーサ１０，１０，…は放熱部材製造用冶具１２の部材セット部１２ａに取り残されるので、複数枚のフィン３，３，…がフィン構成材６の基端部３ａを介してベース板２の面２ｂに立設接合された放熱部材１Ａを取り出すことができる。
【００３２】
次に、本発明に係る放熱部材の他の実施形態を説明する。
図８（ａ）に示す第二実施形態の放熱部材１Ｂは、ベース板２の凸条２ｃが長さ方向に分割されたものであり、その他は全て第一実施形態と同じである。このように凸条２ｃが長さ方向に分割されていると、ＣＰＵ５から伝わる熱のルートが末端のフィン３に到達する前に分断されるので、凸条２ｃが長さ方向に連続している第一実施形態に比べて放熱性能が低下するが、凸条２ｃのない従来の放熱部材よりは放熱性能が高い。
【００３３】
図８（ｂ）に示す第三実施形態の放熱部材１Ｃは、ベース板２の凸条２ｃが各フィン３，３，…に対して斜交する向きに形成されたものであり、その他は全て第一実施形態と同じである。このように凸条２ｃの向きが各フィン３，３，…に斜交していると、ベース板２の重量を同じにしたときの凸条２ｃの断面積が小さくなるので、凸条２ｃが各フィン３，３，…に直交している第一実施形態に比べて放熱性能が低下するが、凸条２ｃのない従来の放熱部材よりは放熱性能が高い。
【００３４】
図９（ａ）に示す第四実施形態の放熱部材１Ｄ、図９（ｂ）に示す第五実施形態の放熱部材１Ｅ、図９（ｃ）に示す第六実施形態の放熱部材１Ｆではそれぞれ、凸条２ｃの断面形が、台形、三角形、ドーム形となっている。これらはいずれも、凸条２ｃの幅がベース板２の本体から離れるほど小さくなっており、凸条２ｃの断面形が長方形の場合よりも、特に矢印のように側方からファンで強制冷却するときの圧力損失が小さくなる。
【００３５】
図１０（ａ）に示す第七実施形態の放熱部材１Ｇは、ベース板２の凸条２ｃの厚さを一定にしたまま、凸条２ｃの幅がＣＰＵ５の接続位置から長さ方向に離れるほど小さくなるように形成されたものであり、その他は全て第一実施形態と同じである。
図１０（ｂ）に示す第八実施形態の放熱部材１Ｈは、ベース板２の凸条２ｃの幅を一定にしたまま、凸条２ｃの厚さがＣＰＵ５の接続位置から長さ方向に離れるほど小さくなるように形成されたものであり、その他は全て第一実施形態と同じである。
図１０（ｃ）に示す第九実施形態の放熱部材１Ｉは、ベース板２の凸条２ｃの幅及び厚さがＣＰＵ５の接続位置から長さ方向に離れるほど小さくなるように、つまり全体として凸条２ｃがドーム状となるように形成したものであり、その他は全て第一実施形態と同じである。
ベース板２を伝わる熱量はＣＰＵ５から遠ざかるほど小さくなっていくから、その熱量に応じて凸条２ｃの断面積を小さくしていくことは理に適っており、それゆえこれらの放熱部材１Ｇ〜１Ｉは、より効率的な放熱を行うことができるものとなっている。
【００３６】
また、図１１（ａ）に示す第十実施形態の放熱部材１Ｊは、フィン構成材６，６，…を用いずに、フィン３，３，…を直接ベース板２に立設接合したものであり、その他は全て第一実施形態と同じである。
さらに、図１１（ｂ）に示す第十一実施形態の放熱部材１Ｋは、フィン３，３，…をそれぞれ幅方向に三分割してベース板２に立設接合したものであり、その他は全て第十実施形態と同じである。もちろん、フィン構成材６，６，…をそれぞれ幅方向に分割した構成としてもよい。
【００３７】
なお、本発明に係る放熱部材及びその製造方法は、これまで説明してきたものに限定されるわけではなく、適宜の変更実施が可能であることは言うまでもない。たとえば、凸条２ｃを一列だけでなく、複数列形成してもよい。また凸条２ｃは、ベース板２の本体と一体形成しなければならないわけではなく、別体に形成した後でベース板２の本体に固定するようにしてもよい。ベース板２、フィン３の材質についても、それぞれ銅、アルミニウム以外のものに変更することができる。ヒートスプレッダの有無やその寸法・形状も任意であり、発熱体たるＣＰＵ５はヒートパイプ等を介してベース板２に接続されていてもよい。
さらに、ベース板２とフィン３との接合方法として例示した摩擦振動接合においては、接合ツール８の走行領域や走行向き等の接合条件を任意に定め得る。また、接合方法は、回転する接合ツールを溶融点の高い金属部材側に押し込んで、これにより発生する摩擦熱と押圧力を金属部材間の境界面に伝達するような接触方式に限定されるものではなく、電磁誘導を利用して溶融点の高い金属部材側から金属部材間の境界面を加熱及び加圧するような非接触方式でもよい。また、たとえばベース板２とフィン３とがともに銅からなる場合には、境界面にアルミ箔などを挟んで接合することが好適である。さらに、かしめ、接着剤又はろう付けなどの公知の方法を用いて、ベース板２とフィン３とを接合してもよい。
【００３８】
ところで、これまで説明してきた放熱部材にファンを付設し、フィンを強制冷却するヒートシンクとして構成することも可能である。
たとえば、図１２（ａ）に示すヒートシンク２０Ａは、ファン１４が放熱部材１Ａの上方から各フィン３，３，…に風を送るようにしたものであり、図１２（ｂ）に示すヒートシンク２０Ｂは、ファン１４が放熱部材１Ａの側方から各フィン３，３，…に風を送るようにしたものである。
なお、ファン１４の取付方法や風の向きはこれらに限定されるわけではなく、ヒートシンクの設置スペースなどに応じて適宜設定すればよい。
【００３９】
【実施例】
＜実施例１＞
凸条の有無によって放熱部材の放熱性能がどのように変わるかについて、シミュレーションを行った。具体的には、凸条無の放熱部材と凸条有の放熱部材とを用意し、それぞれの自然対流下での熱抵抗を求めた。なお、それぞれのベース板の断面積は等しくなっている。凸条有の放熱部材において、凸条はベース板の長さ方向に連続しており、凸条の断面積はその長さ方向に一定である。ベース板は銅製、フィンはアルミニウム製である。フィンは、図１１（ａ）に示した態様で一枚ずつベース板に立設接合してある。各サンプルの断面形状を図１３（ａ），（ｂ）に、シミュレーション結果を示すグラフを図１３（ｃ）に示す。また、表１はデータ値である。
【００４０】
【表１】

【００４１】
図１３（ｃ）のグラフから分かるように、自然対流下で、凸条有のサンプル１−２は、凸条無のサンプル１−１に比べて、ベース板の断面積が同じであるにもかかわらず、熱抵抗が大幅に小さくなった。つまり、凸条を形成することにより、放熱部材の重量を変えずに放熱性能を高められること、換言すれば、放熱性能を低下させずに放熱部材を軽量化できることが分かった。
【００４２】
＜実施例２＞
実施例１と同様、凸条の有無によって放熱部材の放熱性能がどのように変わるかについて、シミュレーションを行った。ただし、実施例１は自然対流下でのシミュレーションであったが、実施例２では、ファンで上方から（フィンからベース板に向かう方向に）３ｍ／ｓの風を送り、フィンを強制冷却した。なお、放熱部材の放熱性能の指標として、熱抵抗だけでなく圧力損失も求めた。その他は実施例１と同様である。シミュレーション結果を示すグラフを図１４（ａ），（ｂ）に示す。また、表２はデータ値である。
【００４３】
【表２】

【００４４】
図１４（ａ）のグラフから分かるように、ファンで上方から強制冷却した場合においても、凸条有のサンプル２−２は、凸条無のサンプル２−１に比べて、ベース板の断面積が同じであるにもかかわらず、熱抵抗が小さくなった。また、図１４（ｂ）のグラフから分かるように、凸条有のサンプル２−２の圧力損失は、凸条無のサンプル２−１の圧力損失と略同じであった。したがって、凸条を形成することにより、放熱部材の重量を変えずに放熱性能を高められること、換言すれば、放熱性能を低下させずに放熱部材を軽量化できることが分かった。
【００４５】
＜実施例３＞
実施例２と同様、凸条の有無によって放熱部材の放熱性能がどのように変わるかについて、シミュレーションを行った。ただし、実施例２では、ファンで上方から（フィンからベース板に向かう方向に）風を送り、フィンを強制冷却したが、実施例３では、ファンで側方から（フィンの幅方向に）３ｍ／ｓの風を送り、フィンを強制冷却した。その他は実施例２と同様である。各サンプルの断面形状を図１５（ａ）〜（ｃ）に、シミュレーション結果を示すグラフを図１５（ｄ），（ｅ）に示す。また、表３はデータ値である。
【００４６】
【表３】

【００４７】
図１５（ｄ）のグラフから分かるように、ファンで側方から強制冷却した場合においても、凸条有のサンプル３−２，３−３は、凸条無のサンプル３−１に比べて、ベース板の断面積が同じであるにもかかわらず、熱抵抗が小さくなった。また、凸条の断面形状が台形のサンプル３−３の熱抵抗は、凸条の断面形状が長方形のサンプル３−２の熱抵抗よりも小さくなった。
さらに、図１５（ｅ）のグラフから分かるように、凸条有のサンプル３−２，３−３の圧力損失は、凸条無のサンプル３−１の圧力損失よりも大きくなった。そして、凸条の断面形状が台形のサンプル３−３の圧力損失は、凸条の断面形状が長方形のサンプル３−２の圧力損失よりも小さくなった。
以上の結果により、凸条を形成すると、側方からファンで冷却したときの圧力損失が大きく、熱抵抗は小さくなることが分かった。したがって、ファンの性能などを適宜調整して、放熱部材の放熱性能に与える圧力損失の影響を熱抵抗の影響に比べて小さくしておけば、凸条を形成することにより、放熱部材の重量を変えずに放熱性能を高められること、換言すれば、放熱性能を低下させずに放熱部材を軽量化できることが分かった。また、その場合、凸条の断面形は、ベース板から離れるほど幅が小さくなるように（図９参照）したほうがよいことが分かった。
【００４８】
＜実施例４＞
凸条の形状や寸法によって放熱部材の放熱性能がどのように変わるかについて、シミュレーションを行った。サンプルとしてそれぞれ図１５（ａ），（ｂ）に示した形状の放熱部材を用いた。その他は実施例３と同様である。シミュレーション結果を示すグラフを図１６、図１７に示す。また、表４はデータ値である。
【００４９】
【表４】

【００５０】
図１６、図１７のグラフから分かるように、熱抵抗が小さく、圧力損失もそれほど大きくならないのは、凸条のアスペクト比を５〜３０に設定したとき、あるいは、凸条の厚さを１．１５ｍｍ〜３．４５ｍｍにしたときである。つまり、凸条のアスペクト比が５〜３０のとき、あるいは、放熱部材の全高さに対する凸条の厚さの比を０．１〜０．３に設定したときに、バランスのよい放熱性能が得られることが分かった。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る放熱部材によれば、各フィンをつなぐ凸条がベース板に形成されているので、ベース板が発熱体の熱をより効率的に各フィンに伝えることができるようになり、放熱性能が向上する。したがって、放熱性能を低下させずに放熱部材を軽量化することができる。また、本発明に係るヒートシンクによれば、放熱性能をより一層向上させることができる。
また、本発明に係る放熱部材の製造方法によれば、凸条やフィンが邪魔にならず、簡単かつ確実にベース板とフィンとを接合することができ、フィンのピッチやトング比を自由に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る放熱部材の第一実施形態を表す斜視図であり、（ｂ）は同分解斜視図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ断面図であり、（ｃ）は同底面図である。
【図３】図１の放熱部材の製造方法の一例を説明する斜視図である。
【図４】（ａ）は図３に続く工程を説明する側面図であり、（ｂ）はその要部拡大断面図である。
【図５】図４（ａ）に続く工程を説明する斜視図である。
【図６】図１の放熱部材の製造方法の別の例を説明する断面図である。
【図７】図６に続く工程を表す断面図である。
【図８】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明に係る放熱部材の第二実施形態、第三実施形態を表す斜視図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明に係る放熱部材の第四実施形態乃至第六実施形態を表す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明に係る放熱部材の第七実施形態乃至第九実施形態を表す斜視図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明に係る放熱部材の第十実施形態、第十一実施形態を表す斜視図である。
【図１２】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明に係るヒートシンクの第一実施形態、第二実施形態を表す斜視図である。
【図１３】（ａ），（ｂ）は実施例１の各サンプルの断面形状・寸法を説明する図であり、（ｃ）はシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１４】実施例２のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は実施例３の各サンプルの断面形状・寸法を説明する図であり、（ｄ），（ｅ）はシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１６】実施例４のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】実施例４のシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１ … 放熱部材
２ … ベース板
２ｃ … 凸条
３ … フィン
３ａ … 基端部
４ … ヒートスプレッダ
５ … ＣＰＵ
６ … フィン構成材
６ａ … 切欠
７ … スペーサ冶具
８ … 接合ツール
８ａ … ツール本体
８ｂ … 回転軸
９ … 共晶層
１４ … ファン
２０ … ヒートシンク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat radiating member such as an IC heat radiating device, a Peltier device heat radiating device, a heat radiating device for a motor, and a heat radiating device for electronic control parts, and a manufacturing method thereof, and further relates to a heat sink using such a heat radiating member.
[0002]
[Prior art]
Patent Document 1 discloses a heat dissipating member in which a copper base plate and an aluminum fin are joined by caulking, an adhesive, or brazing. This heat dissipating member focuses on the characteristics of copper, which is relatively heavy but has a very high thermal conductivity, and the characteristics of aluminum, in which the thermal conductivity is slightly smaller than copper but the weight is smaller than copper. By configuring the fins with dissimilar metals suitable for each, an attempt is made to satisfy both improvement in heat dissipation performance and weight reduction.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-203595
([0010]-[0016], FIGS. 1-4)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in order to further improve the heat dissipation performance of such a heat radiating member, it is conceivable to further increase the thickness of the base plate or further reduce the gap between the fins (more fins). This increases the weight of the product, which is against the demand for weight reduction. In other words, there is a limit to further reducing the weight of the heat dissipation member without reducing the heat dissipation performance.
[0005]
This invention is made | formed in view of this situation, Comprising: It makes it a subject to make a heat radiating member lighter without reducing heat radiating performance. The present invention also proposes a method for manufacturing the heat radiating member and a heat sink using the heat radiating member.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
That is, the heat dissipation member according to the present invention includes a base plate to which a heating element is connected to one surface, and a plurality of fins standingly joined to the other surface of the base plate, and the other of the base plates A convex line connecting the fins is formed on the surface.
[0007]
Since the base plate to which the heat generating element is connected plays a role of transmitting heat of the heat generating element to the fins, generally, the heat dissipation performance of the heat radiating member increases as the thickness of the base plate increases. However, as the thickness of the base plate increases, the weight of the heat radiating member also increases. Therefore, in the present invention, the thickness of the base plate is not increased as a whole, but the heat of the heating element is applied to each fin. By increasing the thickness of the base plate only in the part where the contribution is large and reducing the thickness of the base plate in the part where the contribution is small, the heat of the heating element can be changed without changing the weight of the entire base plate. I tried to communicate more efficiently to the fins. Specifically, the heat radiation performance of the heat radiating member can be enhanced without increasing the weight by forming the ridges connecting the fins on the base plate.
[0008]
Here, the ridges may connect the fins every several sheets, but if the fins are formed continuously so as to connect all the fins, the heat of the heating element is surely reached to the end fins. Therefore, the heat dissipation performance is further improved, and the formation of ridges is facilitated, so that the manufacturing cost can be reduced.
In addition, the ridges may be formed in a direction oblique to each fin. However, if the ridges are formed in a direction orthogonal to each fin, the formation of the ridges is facilitated. Since the shape and structure of the coupling portion with the fin are also simplified, the manufacturing cost of the heat dissipation member can be suppressed. Moreover, since the full length of a protruding item | line can be made small as a protruding item | line is the direction orthogonal to each fin, the cross-sectional area of a protruding item | line can be maximized and heat dissipation performance can be improved further.
[0009]
Moreover, it is desirable that the cross-sectional shape of the ridge is such that the width decreases as the distance from the main body of the base plate increases. This is because the pressure loss can be further reduced particularly when used in combination with a fan.
[0010]
Moreover, as for a protruding item | line, it is desirable to make the cross-sectional shape constant in a length direction. This is because the ridges can be easily formed on the base plate, and the shape and structure of the joints between the ridges and the fins are simplified, so that the manufacturing cost of the heat radiating member can be suppressed.
In this case, as the cross-sectional shape of the ridge, the aspect ratio (ratio of the width of the ridge to the thickness of the ridge) is 5 to 30, or the thickness of the ridge with respect to the total height of the heat dissipation member. It is desirable to set the ratio to 0.1-0.3. As can be seen from the examples described later, if the thickness of the ridges is relatively large, the pressure loss increases and the heat dissipation performance decreases, and the thickness of the ridges is relatively small. This is because the overall thickness of the base plate is approached.
[0011]
Moreover, you may make it a cross-sectional area become small in the length direction from the position connected to a heat generating body. Since the amount of heat that travels through the base plate decreases as you move away from the heating element, it is reasonable to reduce the cross-sectional area of the ridges according to the amount of heat, and it should be a heat dissipation member that performs more efficient heat dissipation Can do.
[0012]
The base plate is preferably made of copper (including a copper alloy) and the fins are made of aluminum (including an aluminum alloy). Because copper has a very high thermal conductivity, heat of the heating element can be transferred to each fin very efficiently, and aluminum not only has a relatively high thermal conductivity, but also is lightweight and easy to process.
[0013]
Moreover, it is desirable that the fins are connected in a base end portion parallel to the base plate and are formed in a pair. Thus, if the pair of fins and the base end portion connecting these fins have a substantially concave cross section, the labor for joining the fins to the base plate is reduced, and even thin fins are handled. Thus, a heat dissipation member having a high tong ratio can be easily manufactured. A single fin and a base end portion may have a substantially L-shaped cross section, or a corrugated cross section shape in which the fin and the base end portion are continuously connected in a bellows shape.
[0014]
Further, such a heat radiating member may be used in a natural air cooling type, but if a forced air cooling type, that is, a fan is attached and used as a heat sink that takes away the heat of each fin with this fan, higher heat radiating performance is obtained. be able to.
In this heat sink, the angle at which the fan is attached to the heat radiating member can be arbitrarily determined, but if the fan is arranged so as to send air from the side to each fin, particularly high heat radiating performance can be obtained. In addition, since the height can be kept small, the installation space is not limited.
[0015]
By the way, although the manufacturing method of such a heat radiating member can be determined arbitrarily, a plurality of aluminum fins are provided on the one surface of the copper base plate having the ridges formed on one surface so as to straddle the ridges. The copper base plate and each aluminum fin are joined by placing and standing and heating and pressurizing the boundary surface between the copper base plate and each aluminum fin from the other surface of the copper base plate. Is desirable.
According to this manufacturing method, the fins and protrusions do not get in the way during heating and pressurization, so the fin pitch and tongue ratio can be set freely. In addition, the base plate and fin are made of copper and aluminum, respectively, and heating and pressurization are performed from the base plate side made of copper having a melting point higher than that of aluminum, so that the applied pressure is efficiently applied to the boundary surface between the base plate and the fin. It is transmitted and both are securely joined.
[0016]
Here, the method of heating and pressurization can be arbitrarily determined. For example, a non-contact method using electromagnetic induction or the like may be used, but a contact method, that is, a disk-shaped joining tool that rotates in the circumferential direction. It is desirable that this is performed by moving the peripheral surface of the copper base plate along the surface while pressing against the other surface of the copper base plate.
Such a method is called so-called friction vibration bonding, and the base plate and the fin can be reliably bonded using a simple device.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements, and duplicate descriptions are omitted.
[0018]
Fig.1 (a) is a perspective view showing 1st embodiment of the thermal radiation member based on this invention, FIG.1 (b) is the same exploded perspective view. 2A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1A, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB, and FIG. 2C is a bottom view thereof. As shown in these drawings, the heat dissipating member 1A is composed of a base plate 2 and

fins

3, 3,.
The base plate 2 is made of copper, and its width, length, and thickness are W, L, and t, respectively. A CPU 5 serving as a heating element is thermally connected to one surface 2 a of the base plate 2 via a heat spreader 4. Further, on the other surface 2b of the base plate 2, a protrusion 2c having a thickness ts, a width Ws, and a length Ls is formed. The width Ws of the ridge 2 c is approximately the same as the width of the heat spreader 4. The length Ls of the ridge 2c is equal to the length L of the base plate 2 here, but may be Ls <L.
The

fins

3, 3,... Are made of aluminum, and are vertically installed on the surface 2b of the base plate 2 so as to be parallel to each other. A pair of

fins

3 and 3 are connected by a base end portion 3 a to form a fin component 6. A notch 6a having a shape corresponding to the ridge 2c of the base plate 2 is formed at a substantially central portion in the width direction of the bottom of the fin component 6, and the

fins

3, 3,... Stand on the surface 2b of the base plate 2. When it is installed and joined, the ridge 2c is connected to all the

fins

3, 3,.
[0019]
In the heat radiating member 1A, the heat generated by the CPU 5 is first transmitted to the base plate 2 through the heat spreader 4, and then flows in all directions in the base plate 2 as indicated by arrows in FIG. It is transmitted to the

fins

3, 3,... And finally cooled naturally here or forcedly cooled by a fan or the like and diffused into the air. Therefore, generally, as the thickness of the base plate 2 is increased, the base plate 2 becomes easier to transfer the heat of the CPU 5 to the

fins

3, 3,. It will increase. For this reason, in this heat radiating member 1A, the thickness of the base plate 2 is not increased as a whole, but the thickness of the base plate 2 is increased only in the portion that contributes the heat of the CPU 5 to the

fins

3, 3,. On the other hand, by reducing the thickness of the small contribution portion, the heat of the CPU 5 is more efficiently transmitted to the

fins

3, 3,... Without changing the overall weight of the base plate 2. Yes. That is, by forming the ridge 2c on the base plate 2, a large amount of heat flows in the direction of the arrow X rather than the direction of the arrow Y in FIG. 3, will be told. The fact that the heat dissipation performance can be improved without changing the overall weight of the base plate 2 means that the weight can be reduced without reducing the heat dissipation performance.
[0020]
From this point of view, as the cross-sectional shape of the ridge 2c, the ratio of the width Ws to the thickness ts (aspect ratio) is 5 to 30, or the thickness ts of the ridge 2c with respect to the total height h of the heat radiating member. It is desirable to set the ratio to 0.1-0.3. As can be seen from the examples described later, if the thickness of the ridges 2c is relatively large, the pressure loss is increased and the heat dissipation performance is lowered, and the thickness of the ridges 2c is relatively large. This is because if it is too small, the thickness of the base plate 2 approaches the overall thickness, and the meaning of forming the ridges 2c is diminished.
[0021]
Next, an example of a manufacturing method of the heat radiating member 1A will be described.
First, a spacer jig 7 made of iron having a melting point higher than that of copper and aluminum is prepared. As shown in FIG. 3A, the spacer jig 7 is provided with plate-

like spacer portions

7a, 7a,. The width of the gap 7 b between the

spacer portions

7 a and 7 a is substantially equal to the plate thickness of the fin 3. Each of the

spacer portions

7a, 7a,... Is formed with a notch 7c having substantially the same shape as the protruding strip 2c of the base plate 2.
On the other hand, the fin component 6 is manufactured by bending a flat aluminum plate having a rectangular opening at the center into a concave cross section.
[0022]
Then, the fin component 6 is inserted into the spacer jig 7 from the side so as to surround the spacer portion 7 a of the spacer jig 7. In other words, the

fins

3 and 3 are inserted from the side so that the

fins

3 and 3 are respectively positioned in the

gaps

7b and 7b on both sides of the spacer portion 7a, and the base end portion 3a is positioned on the upper surface of the spacer portion 7a. Similarly, the fin

constituent members

6, 6,... Are successively inserted into the spacer jig 7 so that the fins 3 are fitted in all the other gaps 7b. Then, the notch 6a of the fin component 6 and the notch 7c of the spacer jig 7 form a concave groove into which the ridge 2c of the base plate 2 is fitted.
Thereafter, the base plate 2 is covered from above the spacer jig 7 on which the fin

constituent members

6, 6,. In this state, the surface 2 b (the lower surface in the drawing) of the base plate 2 is in contact with the base end portion 3 a of the fin component 6 and is not in contact with the spacer portion 7 a of the spacer jig 7. Similarly, the lower surface of the protrusion 2 c of the base plate 2 is in contact with the

fins

3 and 3 in the notch 6 a of the fin component 6, and is not in contact with the spacer portion 7 a of the spacer jig 7. However, the width of the ridge 2c of the base plate 2, the width of the notch 6a of the fin component 6, and the width of the notch 7c of the spacer jig 7 are substantially equal to each other. It also functions as a positioning portion that accurately determines the relative position in the width direction of the plate 2 and the fin constituent material 6 and further the position in the width direction of the

fin constituent materials

6 and 6.
[0023]
Next, as shown in FIGS. 3B and 4, the peripheral surface of the tool body 8 a of the welding tool 8 that rotates at high speed in the circumferential direction around the rotation shaft 8 b is pushed perpendicularly to the surface 2 a of the base plate 2. The fin component 6 and the base plate 2 are friction-vibrated and joined by moving the joining tool 8 along the surface 2a of the base plate 2 at a predetermined feed speed while applying. The joining tool 8 is formed by fixing a disk-shaped tool main body 8a to the tip of the rotating shaft 8b, and the tool main body 8a is made of tool steel such as JIS: SKD61. The tool main body 8a rotates around the rotation shaft 8b in such a direction that the tool body 8a is fed backward in the traveling direction while pressing the surface 2a of the base plate 2.
[0024]
As shown in FIG. 4B, the tool body 8a rotates at a high speed in the circumferential direction with its peripheral surface pushed into the surface 2a of the base plate 2 by a certain amount α, while the surface 2a of the base plate 2 Move along. Then, the tool main body 8a and the base plate 2 rotate at high speed while eliminating the gap between the base end portion 3a of the fin component 6 and the base plate 2 by pushing the tool main body 8a into the base plate 2. The oxide film on the boundary surface between the base end portion 3a of the fin component 6 and the base plate 2 is divided and broken by vibration caused by the contact, and a predetermined region of the base plate 2 that is in contact with the tool body 8a and the base end portion adjacent thereto. The predetermined region of 3a is heated to high temperature by heat generated by frictional contact between the tool body 8a and the base plate 2, and a part of the base end portion 3a (aluminum) in contact with the base plate 2 (copper) is eutectic melted. Let As a result, a eutectic layer 9 is formed between the base plate 2 and the base end portion 3a. And after the tool main body 8a of the joining tool 8 passes, it cools, and the base end part 3a of the fin component 6 and the base plate 2 are joined through the eutectic layer 9.
On the surface 2a of the base plate 2, there remains a trace that the tool body 8a has passed while applying a pressing force to the surface 2a, but it is desirable to chamfer this later to form a smooth surface.
[0025]
In this way, the base plate 2 and the fin component 6 are made of copper and aluminum, respectively, and the joining tool 8 is pressed from the base plate 2 side made of copper having a melting point higher than that of aluminum. When the overlapping portion of the portion 3a and the base plate 2 reaches a temperature necessary for bonding (eutectic temperature of copper and aluminum: 548 ° C.) or higher, the deformation resistance of the base plate 2 is kept relatively large, and the bonding tool The pressing force of 8 can be sufficiently transmitted to the boundary surface, and both are securely joined. Further, since the fins 3 and the ridges 2c do not get in the way when the welding tool 8 is pressed, the pitch of the fins 3, the tongue ratio, the shape of the ridges 2c, etc. can be freely set.
[0026]
Finally, as shown in FIG. 5, by simply lifting the base plate 2 from the spacer jig 7, it is possible to take out the heat dissipating member 1 </ b> A in which the fin

constituent members

6, 6.
[0027]
Next, another example of the manufacturing method of the heat radiating member 1A will be described.
First, as shown in FIG. 6 (a), the spacer 10 is arranged orthogonally at the center of one thin aluminum plate 3 'so that the whole is inverted T-shaped, and shown in FIG. 6 (b). As shown in FIG. 6C, the spacer 10 is inserted into the groove in the central portion of the fin component material making jig 11 having a concave cross section while the plate member 3 'is bent and the central portion is pushed in. A fin component 6 having a concave cross section in which the spacer 10 is sandwiched between the grooves in the center is formed. The fin component 6 is formed in a concave shape in cross section by a pair of

fins

3 and 3 and a base end portion 3a connecting them.
[0028]
Then, a plurality of fin constituent members 6 in which the spacer 10 is sandwiched between the pair of

fins

3 and 3 in this way are prepared, and these fin

constituent members

6, 6,... And spacers 10 ′, 10 ′,. As shown in FIG. 6 (d), these are arranged upright on the member set portion 12 a of the heat radiating member manufacturing jig 12. At this time, the fin component 6 is in a state in which the spacer 10 is sandwiched between the pair of

fins

3 and 3 and the base end portion 3a is directed upward. Further, the heights of the spacers 10 ′, 10 ′,... Arranged so as to be sandwiched between the fin

constituent members

6, 6,... Are sandwiched between the pair of

fins

3, 3 of the fin constituent member 6. By making it larger than the height of the spacer 10 by the thickness of the base end portion 3a of the fin constituent material 6, a horizontal upper surface is formed by the base end portion 3a of the fin constituent material 6 and the base end portion of the spacer 10 '. It is desirable to do.
[0029]
Thereafter, as shown in FIG. 6 (e), the base plate 2 is placed on the upper surfaces of the fin

constituent members

6, 6,... And the spacers 10 ', 10',. Fix with the tool 13. Thus, the base end portion 3a of the fin component 6 and the base end surface of the spacer 10 ′ are in contact with the surface 2b of the base plate 2.
[0030]
Subsequently, as shown in FIG. 7 (a), the peripheral surface of the tool body 8a of the welding tool 8 that rotates at high speed in the circumferential direction around the rotation shaft 8b is pressed perpendicularly to the surface 2a of the base plate 2, By moving the tool 8 along the surface 2a of the base plate 2, the base end portions 3a of the fin

constituent members

6, 6,.
[0031]
Finally, as shown in FIG. 7B, when the base plate 2 is lifted up, only the

fin components

6, 6,... Joined to the base plate 2 are lifted together, and the spacers 10 ′, 10 ′ are lifted together. ,... And

spacers

10, 10,... Are left behind in the member set portion 12 a of the heat radiating member manufacturing jig 12, so that a plurality of

fins

3, 3,. 2A can be taken out.
[0032]
Next, another embodiment of the heat dissipation member according to the present invention will be described.
The heat radiating member 1B according to the second embodiment shown in FIG. 8A is obtained by dividing the ridges 2c of the base plate 2 in the length direction, and the others are the same as those in the first embodiment. When the ridge 2c is divided in the length direction in this way, the route of heat transmitted from the CPU 5 is divided before reaching the terminal fin 3, so that the ridge 2c is continuous in the length direction. Although heat dissipation performance falls compared with 1st embodiment, heat dissipation performance is higher than the conventional heat dissipation member without the protruding item | line 2c.
[0033]
The heat radiating member 1C of the third embodiment shown in FIG. 8B is formed in a direction in which the ridges 2c of the base plate 2 obliquely intersect the

fins

3, 3,... This is the same as the first embodiment. If the direction of the ridge 2c is oblique to the

fins

3, 3,..., The sectional area of the ridge 2c when the weight of the base plate 2 is the same is reduced. Although the heat dissipation performance is reduced as compared with the first embodiment orthogonal to the

fins

3, 3,..., The heat dissipation performance is higher than that of the conventional heat dissipation member without the protrusion 2c.
[0034]
In the heat radiating member 1D of the fourth embodiment shown in FIG. 9A, the heat radiating member 1E of the fifth embodiment shown in FIG. 9B, and the heat radiating member 1F of the sixth embodiment shown in FIG. The cross-sectional shape of the ridge 2c is a trapezoid, a triangle, or a dome shape. In any of these cases, the width of the ridge 2c becomes smaller as the distance from the main body of the base plate 2 is reduced, and forced cooling is performed by a fan from the side, particularly as shown by arrows, as compared to the case where the cross-sectional shape of the ridge 2c is rectangular. When the pressure loss becomes small.
[0035]
In the heat radiating member 1G of the seventh embodiment shown in FIG. 10 (a), the width of the ridge 2c increases in the length direction from the connection position of the CPU 5 while the thickness of the ridge 2c of the base plate 2 is kept constant. The other parts are the same as in the first embodiment.
In the heat radiating member 1H of the eighth embodiment shown in FIG. 10B, the thickness of the ridge 2c increases in the length direction from the connection position of the CPU 5 while keeping the width of the ridge 2c of the base plate 2 constant. The other parts are the same as in the first embodiment.
The heat radiating member 1I of the ninth embodiment shown in FIG. 10 (c) is such that the width and thickness of the ridges 2c of the base plate 2 decrease as the distance from the connecting position of the CPU 5 increases in the length direction, that is, as a whole. The strip 2c is formed so as to have a dome shape, and the rest are all the same as in the first embodiment.
Since the amount of heat transmitted through the base plate 2 decreases as the distance from the CPU 5 decreases, it is reasonable to reduce the cross-sectional area of the ridge 2c according to the amount of heat, and therefore these heat radiating members 1G to 1I. Can perform more efficient heat dissipation.
[0036]
Further, the heat dissipating member 1J of the tenth embodiment shown in FIG. 11A is obtained by directly standing and joining the

fins

3, 3,... To the base plate 2 without using the fin

constituent members

6, 6,. Yes, everything else is the same as in the first embodiment.
Further, the heat dissipating member 1K according to the eleventh embodiment shown in FIG. 11B is obtained by vertically joining the

fins

3, 3,... The same as in the tenth embodiment. Of course, it is good also as a structure which divided | segmented the fin

structural materials

6, 6, ... in the width direction, respectively.
[0037]
In addition, it cannot be overemphasized that the heat dissipation member which concerns on this invention, and its manufacturing method are not necessarily limited to what was demonstrated so far, and an appropriate change implementation is possible. For example, the ridges 2c may be formed not only in one row but also in a plurality of rows. Further, the ridge 2c does not have to be formed integrally with the main body of the base plate 2, but may be fixed to the main body of the base plate 2 after being formed separately. The material of the base plate 2 and the fin 3 can also be changed to other than copper and aluminum, respectively. The presence / absence of the heat spreader and its dimensions / shape are also arbitrary, and the CPU 5 serving as a heating element may be connected to the base plate 2 via a heat pipe or the like.
Further, in the frictional vibration welding exemplified as the method for joining the base plate 2 and the fins 3, joining conditions such as the running region and running direction of the welding tool 8 can be arbitrarily determined. In addition, the joining method is limited to a contact method in which a rotating joining tool is pushed into a metal member having a high melting point and the frictional heat and pressing force generated thereby are transmitted to the boundary surface between the metal members. Instead, a non-contact method may be used in which the boundary surface between the metal members is heated and pressurized from the side of the metal member having a high melting point using electromagnetic induction. For example, when both the base plate 2 and the fin 3 are made of copper, it is preferable that the boundary surface be joined with an aluminum foil or the like interposed therebetween. Furthermore, you may join the base plate 2 and the fin 3 using well-known methods, such as caulking, an adhesive agent, or brazing.
[0038]
By the way, it is also possible to provide a heat sink for forcibly cooling the fins by attaching a fan to the heat dissipating member described so far.
For example, the heat sink 20A shown in FIG. 12A is such that the fan 14 sends air to the

fins

3, 3,... From above the heat radiating member 1A, and the heat sink 20B shown in FIG. The fan 14 sends air to the

fins

3, 3,... From the side of the heat radiating member 1A.
Note that the mounting method of the fan 14 and the direction of the wind are not limited to these, and may be appropriately set according to the installation space of the heat sink.
[0039]
【Example】
<Example 1>
A simulation was performed on how the heat dissipation performance of the heat dissipation member changes depending on the presence or absence of protrusions. Specifically, a heat-dissipating member having no protrusions and a heat-dissipating member having protrusions were prepared, and the thermal resistance under each natural convection was obtained. Note that the cross-sectional areas of the respective base plates are equal. In the radiating member with ridges, the ridges are continuous in the length direction of the base plate, and the cross-sectional area of the ridges is constant in the length direction. The base plate is made of copper, and the fins are made of aluminum. The fins are erected and joined to the base plate one by one in the manner shown in FIG. The cross-sectional shape of each sample is shown in FIGS. 13A and 13B, and the graph showing the simulation results is shown in FIG. Table 1 shows data values.
[0040]
[Table 1]

[0041]
As can be seen from the graph of FIG. 13 (c), the sample 1-2 with ridges has the same cross-sectional area of the base plate as the sample 1-1 without ridges under natural convection. Regardless, the thermal resistance was significantly reduced. That is, it has been found that by forming the ridges, the heat dissipation performance can be improved without changing the weight of the heat dissipation member, in other words, the heat dissipation member can be reduced in weight without deteriorating the heat dissipation performance.
[0042]
<Example 2>
Similar to Example 1, a simulation was performed as to how the heat dissipation performance of the heat dissipation member changes depending on the presence or absence of protrusions. However, although Example 1 was a simulation under natural convection, in Example 2, 3 m / s of wind was sent from above (in the direction from the fin to the base plate) by a fan to forcibly cool the fin. In addition, as an index of the heat dissipation performance of the heat dissipation member, not only thermal resistance but also pressure loss was obtained. Others are the same as in the first embodiment. Graphs showing the simulation results are shown in FIGS. Table 2 shows data values.
[0043]
[Table 2]

[0044]
As can be seen from the graph of FIG. 14 (a), even when forced cooling is performed from above with a fan, the sample 2-2 with the ridges has a cross-sectional area of the base plate as compared with the sample 2-1 without the ridges. Despite being the same, the thermal resistance decreased. Further, as can be seen from the graph of FIG. 14B, the pressure loss of the sample 2-2 having the ridges was substantially the same as the pressure loss of the sample 2-1 having no ridges. Therefore, it has been found that by forming the protrusions, the heat dissipation performance can be improved without changing the weight of the heat dissipation member, in other words, the heat dissipation member can be reduced in weight without reducing the heat dissipation performance.
[0045]
<Example 3>
Similar to Example 2, a simulation was performed as to how the heat dissipation performance of the heat dissipation member changes depending on the presence or absence of protrusions. However, in Example 2, wind was sent from above by the fan (in the direction from the fin toward the base plate) to forcibly cool the fin. In Example 3, 3 m from the side (in the width direction of the fin) by the fan. / S wind was sent to forcibly cool the fins. Others are the same as in the second embodiment. The cross-sectional shape of each sample is shown in FIGS. 15 (a) to 15 (c), and the graphs showing the simulation results are shown in FIGS. 15 (d) and 15 (e). Table 3 shows data values.
[0046]
[Table 3]

[0047]
As can be seen from the graph of FIG. 15 (d), even when forced cooling is performed from the side with a fan, the samples 3-2 and 3-3 with the ridges are compared to the sample 3-1 without the ridges, Despite the same cross-sectional area of the base plate, the thermal resistance was reduced. Moreover, the thermal resistance of Sample 3-3 in which the cross-sectional shape of the ridges is trapezoid is smaller than the thermal resistance of Sample 3-2 in which the cross-sectional shape of the ridges is rectangular.
Further, as can be seen from the graph of FIG. 15 (e), the pressure loss of the samples 3-2 and 3-3 having the ridges was larger than the pressure loss of the sample 3-1 having no ridges. And the pressure loss of sample 3-3 in which the cross-sectional shape of the ridge is trapezoid is smaller than the pressure loss of sample 3-2 in which the cross-sectional shape of the ridge is rectangular.
From the above results, it was found that when the ridges were formed, the pressure loss when cooling with a fan from the side was large and the thermal resistance was small. Therefore, if the performance of the fan is adjusted as appropriate and the effect of pressure loss on the heat dissipation performance of the heat dissipation member is reduced compared to the effect of thermal resistance, the weight of the heat dissipation member can be reduced by forming ridges. It has been found that the heat radiation performance can be improved without changing, in other words, the heat radiation member can be reduced in weight without degrading the heat radiation performance. Moreover, in that case, it turned out that it is better to make the cross-sectional shape of the ridges become smaller as the distance from the base plate increases (see FIG. 9).
[0048]
<Example 4>
A simulation was performed on how the heat dissipation performance of the heat dissipation member changes depending on the shape and dimensions of the ridges. As the samples, heat dissipation members having the shapes shown in FIGS. 15A and 15B were used. Others are the same as in the third embodiment. Graphs showing the simulation results are shown in FIGS. Table 4 shows data values.
[0049]
[Table 4]

[0050]
As can be seen from the graphs of FIGS. 16 and 17, the thermal resistance is small and the pressure loss is not so large when the aspect ratio of the ridge is set to 5 to 30 or the thickness of the ridge is 1. It is when it is set to 15 mm to 3.45 mm. That is, when the aspect ratio of the ridges is 5 to 30, or when the ratio of the thickness of the ridges to the total height of the heat dissipation member is set to 0.1 to 0.3, a well-balanced heat dissipation performance is obtained. I found out that
[0051]
【The invention's effect】
As described above, according to the heat dissipating member according to the present invention, since the ridges connecting the fins are formed on the base plate, the base plate can more efficiently transfer the heat of the heating element to the fins. As a result, the heat dissipation performance is improved. Therefore, the heat dissipation member can be reduced in weight without deteriorating the heat dissipation performance. Moreover, according to the heat sink which concerns on this invention, heat dissipation performance can be improved further.
Further, according to the method for manufacturing a heat radiating member according to the present invention, the ridges and fins do not get in the way, the base plate and the fins can be joined easily and reliably, and the fin pitch and tong ratio can be freely set. Can be set.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a perspective view showing a first embodiment of a heat dissipating member according to the present invention, and FIG. 1B is an exploded perspective view thereof.
2A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line BB, and FIG. 2C is a bottom view thereof;
3 is a perspective view for explaining an example of a manufacturing method of the heat dissipating member of FIG. 1. FIG.
4A is a side view for explaining a process following FIG. 3, and FIG. 4B is an enlarged cross-sectional view of the main part thereof.
FIG. 5 is a perspective view for explaining a process following FIG.
6 is a cross-sectional view illustrating another example of the manufacturing method of the heat dissipating member of FIG.
7 is a cross-sectional diagram illustrating a process following the process in FIG. 6. FIG.
FIGS. 8A and 8B are perspective views showing a second embodiment and a third embodiment of the heat radiating member according to the present invention, respectively.
FIGS. 9A to 9C are cross-sectional views showing fourth to sixth embodiments of the heat dissipating member according to the present invention, respectively.
FIGS. 10A to 10C are perspective views showing seventh to ninth embodiments of the heat dissipating member according to the present invention, respectively.
11A and 11B are perspective views showing a tenth embodiment and an eleventh embodiment of a heat dissipating member according to the present invention, respectively.
FIGS. 12A and 12B are perspective views showing a first embodiment and a second embodiment of a heat sink according to the present invention, respectively.
13A and 13B are diagrams for explaining the cross-sectional shape and dimensions of each sample of Example 1, and FIG. 13C is a graph showing the simulation results.
14 is a graph showing a simulation result of Example 2. FIG.
FIGS. 15A to 15C are diagrams for explaining the cross-sectional shape and dimensions of each sample of Example 3, and FIGS. 15D and 9E are graphs showing simulation results. FIGS.
16 is a graph showing simulation results of Example 4. FIG.
FIG. 17 is a graph showing a simulation result of Example 4.
[Explanation of symbols]
1 ... Heat dissipation member
2 ... Base plate
2c ... ridge
3 ... Fin
3a: Base end
4 ... Heat spreader
5 ... CPU
6… Fin component
6a Notch
7… Spacer jig
8 ... Joining tool
8a ... Tool body
8b: Rotating shaft
9 ... Eutectic layer
14… Fan
20… heat sink

Claims

一方の面に発熱体が接続されるベース板と、このベース板の他方の面に立設接合された複数枚のフィンとを備え、
前記ベース板の前記他方の面に前記各フィンをつなぐ凸条が形成されていることを特徴とする放熱部材。A base plate to which a heating element is connected to one surface, and a plurality of fins standingly joined to the other surface of the base plate,
A radiating member connecting the fins is formed on the other surface of the base plate.

前記凸条が前記各フィンを全てつなぐことを特徴とする請求項１に記載の放熱部材。The heat dissipation member according to claim 1, wherein the protrusions connect all the fins.

前記凸条が前記各フィンに直交する向きに形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放熱部材。The heat radiating member according to claim 1, wherein the ridges are formed in a direction orthogonal to the fins.

前記凸条の幅が前記ベース板の本体から遠ざかるほど小さくなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の放熱部材。The heat dissipation member according to any one of claims 1 to 3, wherein a width of the ridge decreases as the distance from the main body of the base plate increases.

前記凸条の断面形が一定で、そのアスペクト比が５〜３０であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の放熱部材。The heat dissipation member according to any one of claims 1 to 4, wherein a cross-sectional shape of the ridge is constant and an aspect ratio thereof is 5 to 30.

前記凸条の断面形が一定で、全高さに対する当該凸条の厚さの比が０．１〜０．３であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の放熱部材。5. The cross-sectional shape of the ridge is constant, and the ratio of the thickness of the ridge to the total height is 0.1 to 0.3. 5. Heat dissipation member.

前記凸条の断面積が前記発熱体に接続される位置から長さ方向に向かって小さくなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の放熱部材。The heat radiating member according to any one of claims 1 to 4, wherein a cross-sectional area of the ridge is reduced in a length direction from a position connected to the heating element.

前記ベース板が銅からなり、前記フィンがアルミニウムからなることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の放熱部材。The heat radiating member according to claim 1, wherein the base plate is made of copper, and the fins are made of aluminum.

前記フィンが、前記ベース板に平行な基端部で連結されて二枚一対で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の放熱部材。The heat radiating member according to any one of claims 1 to 8, wherein the fins are connected in a base end portion parallel to the base plate and formed in a pair.

請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の放熱部材にファンを付設してなることを特徴とするヒートシンク。A heat sink comprising a fan attached to the heat dissipating member according to any one of claims 1 to 9.

前記ファンが前記各フィンに対して側方から風を送ることを特徴とする請求項１０に記載のヒートシンク。The heat sink according to claim 10, wherein the fan sends air to the fins from the side.

一方の面に凸条が形成された銅ベース板の当該一方の面に、当該凸条をまたぐ向きで複数枚のアルミニウムフィンを立設配置し、
前記銅ベース板の他方の面から、当該銅ベース板と前記各アルミニウムフィンとの境界面を加熱及び加圧することにより、当該銅ベース板と前記各アルミニウムフィンとを接合する、
ことを特徴とする放熱部材の製造方法。A plurality of aluminum fins are erected and arranged on the one surface of the copper base plate on which the ridges are formed on one surface in a direction across the ridges,
From the other surface of the copper base plate, the copper base plate and each aluminum fin are joined by heating and pressurizing the boundary surface between the copper base plate and each aluminum fin.
The manufacturing method of the heat radiating member characterized by the above-mentioned.

前記加熱及び加圧は、円周方向に回転する円板状の接合ツールの周面を、前記銅ベース板の前記他方の面に押し当てつつその表面に沿って移動させることにより行われる、
ことを特徴とする請求項１２に記載の放熱部材の製造方法。The heating and pressurization is performed by moving the circumferential surface of a disk-shaped joining tool rotating in the circumferential direction along the surface while pressing against the other surface of the copper base plate.
The manufacturing method of the heat radiating member of Claim 12 characterized by the above-mentioned.