JP3869900B2 - ハイパワーヒートシンク及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸流ファンが取付けられる台座を備えたハイパワーヒートシンク及びそれを製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来技術及びその課題】
従来、軸流ファンが取付けられる台座を備えたハイパワーヒートシンクは、次のようにして製造されていた。即ち、まず、長寸法と短寸法の板体3を多数作製する。板体3は、多数のスリット孔3aが平行に並んで打抜き形成され、スリット孔3aに直交する両縁部3bが板厚と同程度だけ同方向に突出しているものである。12はピンフィンである。そして、板体3を図12に示すように揃えて重ね合わせるとともに、短寸法の板体3を並べた箇所に構成される空間に、台座となる直方体状のブロック体8を配置して、直方体状の重合体4を構成し、この重合体4の上下両面4a,4bを構成している板体3及びブロック体8の各部分を超音波浸漬法によって相互に接合して、重合体4がはんだにより一体となった接合体を構成し、この接合体をA−A面にて2分割して、ハイパワーヒートシンクとなる2つの分割体を得る。
【0003】
ところで、重合体4を超音波浸漬法によって接合する際には、重合体4がばらけてしまうのを回避するために、治具を用いて重合体4を重ね合わせ方向(図12中の矢印S方向)に押圧した状態に維持している。しかし、ブロック体8及び板体3の寸法精度を余程厳密にしない限り、単にS方向に押圧しただけでは、特に中程に位置するブロック体8が重合体4から外れ落ちてしまう恐れがある。そこで、従来は、例えばまず重合体4の下面4bをはんだで接合する場合には、上面4aのブロック体8の部分を隣の板体3の部分に溶接又は粘着テープにより仮留めしていた。
【0004】
しかし、溶接した場合には、溶接作業が面倒であるために作業性が悪く、しかも、上面4aを有する分割体がヒートシンクとして利用できなくなるために生産性が著しく低いという問題があった。また、粘着テープを用いる場合には、テープを剥がせば上面4aを有する分割体もヒートシンクとして利用できるが、テープの貼り付け作業だけでなく、剥がし作業や貼り付け箇所の洗浄作業も必要であるために、作業性が悪いという問題があった。
【0005】
本発明は、軸流ファンが取付けられる台座を備えたハイパワーヒートシンクを提供すること、及びそのようなハイパワーヒートシンクを製造する方法であって、はんだによる接合作業、ひいてはヒートシンクの製造作業を、作業性良く行うことができ、更に生産性を向上できる方法を提供すること、を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、ベースプレート上に多数の直立したピンフィンと軸流ファン取付用の複数の台座とを備えたハイパワーヒートシンクであって、複数個のくし状板体が厚み方向に重ね合わされると共に、くし状板体の欠落部でできた空間に台座となるブロック体がくし状板体に重ね合わされるように設けられており、くし状板体同士及びくし状板体とブロック体とがはんだにより接合されて構成されており、くし状板体は、一列に並んだ多数のピンフィンとこれらピンフィンの一端を連結する縁部とからなり、縁部は板厚と同程度だけ同方向に突出しており、くし状板体は、縁部を揃えて重ね合わされており、ブロック体は、一側面に突出片を有しており、該突出片がくし状板体の縁部に挟まれてくし状板体に重ね合わされており、はんだは、隣り合うくし状板体の縁部と縁部との間に構成された隙間に、及びくし状板体の縁部とそれに隣接するブロック体の突出片との間に構成された隙間に、密に充填されており、はんだで接合された縁部とブロック体の突出片とによりベースプレートが構成されていることを特徴とするハイパワーヒートシンクである。
【0007】
請求項2記載の発明は、ベースプレート上に多数の直立したピンフィンと軸流ファン取付用の複数の台座とを備えたハイパワーヒートシンクを製造する方法において、多数のスリット孔が平行に並んで打抜き形成されたアルミニウム又はその合金からなる板体であって、スリット孔に直交する両縁部が板厚と同程度だけ同方向に突出している板体を、作製するとともに、両側面に突出片を有するブロック体を作製する第1工程と、板体を、上記縁部を揃えて重ね合わせると同時に、ブロック体を、板体を重ね合わせる途中の所定位置にて、突出片が板体の上記縁部により挟まれるように板体に重ね合わせて、複数のブロック体と多数の板体とからなる重合体を作製する第2工程と、重合体を重ね合わせ方向に押圧した状態で、相互に当接した板体の上記縁部同士の間に形成されている隙間及び相互に当接した板体の縁部とブロック体の突出片との間に形成されている隙間に、超音波浸漬法によってはんだを侵入させることにより、複数のブロック体と多数の板体とが一体に接合された接合体を作製する第3工程と、接合体を、スリット孔を横断するよう切断することにより2分割して、ハイパワーヒートシンクとなる分割体を得る第4工程とを備え、第1工程は、一部が切欠かれた板体及び寸法が異なる板体を別に作製する工程を有しており、一部が切欠かれた板体の切欠き部は、第2工程の重合体を作製する際にブロック体が収納される空間を構成するように形成されており、寸法が異なる板体は、第2工程の重合体を作製する際にブロック体の突出片と同列に並ぶ大きさに設定されており、第2工程は、ブロック体の突出片を板体の縁部で挟むとともに、ブロック体の突出片以外の部分を一部が切欠かれた板体の上記切欠き部で構成される空間に収納させるものであり、第4工程は、板体と共にブロック体も2分割するものであることを特徴とするハイパワーヒートシンクの製造方法である。
【0008】
請求項2記載の発明においては、重合体を重ね合わせ方向に押圧した状態ではんだ付けする際において、ブロック体の突出片以外の部分が板体の切欠き部で構成された内空間に収容されているので、重合体を押圧しているだけであっても、ブロック体が重合体から外れ落ちることは絶対に無い。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は本発明のハイパワーヒートシンクを示す斜視図である。このヒートシンク1は、ベースプレート11上に多数の直立したピンフィン12と複数の台座(ブロック体)80,81,82,83とを備えている。
【0010】
図1の構成のヒートシンク1は、図2に示す重合体40を経由して製造する。重合体40は、図3ないし図5に示すようにして製造する。なお、図3は図2の重合体40のX部分の分解斜視図、図4は同じくY部分の分解斜視図、図5は同じくZ部分の分解斜視図である。
以下、製造方法について、工程順に説明する。
【0011】
(1)まず、4種類の板体30,31,32,33及び4種類のブロック体80,81,82,83を作製する。
【0012】
板体30は図6に示す構成の板状の形材である。板体30は、アルミニウム又はその合金でできており、多数のスリット孔301が平行に並んで打抜き形成されており、スリット孔301に直行する両縁部302,302が板厚P1と同程度だけ同方向に突出している。303は突出部である。ピンフィン12は、スリット孔301を形成することにより板体30に形成されている。突出部303には、拡大して示すように、その先端面に切欠き303aが形成されている。切欠き303aは外側に切欠かれている。
【0013】
板体31,32,33は板体30の変形に過ぎない。板体31は板体30の一部のピンフィン12が切欠かれた形状のものである。具体的には、板体30の両端の幅P2の部分及び中央の幅P3の部分に存在するピンフィン12が切欠かれている。板体32は板体30の幅P4の部分と同じ寸法及び形状のものである。板体33は板体31から突出部303を無くした形状のものである。
【0014】
ブロック体80は図7に示す形状のものである。即ち、直方体の本体801の上下両面に突出片802を有している。突出片802の突出高さB1は板体30の縁部302の厚さP5と同じである。本体801の高さB2は板体30の両縁部302を除いた高さP6と同じである。本体801の幅B3は板体30の幅P3と同じである。突出片802の横寸法B4は板体30の縁部302の厚さP7と同じである。本体801の横寸法B5は板体30の縁部302の厚さP7と同じであり、横寸法B6は板体30の板厚P1と厚さP7との和と同じである。突出片802のB6側の面には板体30の切欠き303aと同様の切欠き802aが形成されている。切欠き802aは外側に切欠かれている。
【0015】
ブロック体81,82,83はブロック体80の寸法を変えたものに過ぎない。ブロック体81はブロック体80の幅B3が板体30の幅P2と同じに設定されたものであり、他はブロック体80と同じである。ブロック体82はブロック体80の横寸法B6が板体30の板厚P1と同じに設定されたものであり、他はブロック体80と同じである。ブロック体83はブロック体82の幅B3が板体30の幅P2と同じに設定されたものであり、他はブロック体82と同じである。
【0016】
(2)次に、図3に示すようにして、重合体40のX部分を組み立てる。即ち、まず、1個の板体31に1個のブロック体82と2個のブロック体83とを組み付ける。その際、各ブロック体の突出片802は板体31の縁部302に当接させ、ブロック体82のB5側の本体801は板体31の中央の切欠き部304に入り込ませ、ブロック体83のB5側の本体801は両端の切欠き部305に入り込ませる。
【0017】
次に、板体31に組み付けられた3個のブロック体の突出片802の間に、突出片802と一列に並ぶように2個の板体32を入り込ませる。その際、板体32の縁部302は板体31の縁部302に当接させる。両板体31,32は重なった状態となる。
【0018】
次に、別の板体31を板体32に相互に縁部302を当接させて重ね合わせる。その際、ブロック82のB6側の本体801は板体31の切欠き部304に入り込ませ、ブロック体83のB6側の本体801は両端の切欠き部305に入り込ませる。
【0019】
そして、板体31に3個の板体30を相互に縁部302を当接させて重ね合わせる。こうして、重合体40のX部分が組み立てられる。
【0020】
(3)次に、X部分に連続して、図4に示すようにして、Y部分を組み立てる。即ち、まず、板体31をX部分の板体30に相互に縁部302を当接させて重ね合わせる。次に、1個のブロック体80、2個のブロック体81、更に2個の板体32を、X部分におけるブロック体82,83及び板体32と同様にして、板体31に組み付けるとともに重ね合わせる。
【0021】
次に、板体33を板体32に相互に縁部302を当接させて重ね合わせる。その際、ブロック80のB6側の本体801は板体33の中央の切欠き部306に入り込ませ、ブロック体81のB6側の本体801は両端の切欠き部307に入り込ませる。
【0022】
そして、板体31を、今まで重ね合わせてきた板体とは表裏逆の状態で、板体33に、相互に縁部302を当接させて重ね合わせる。その際、ブロック80のB6側の本体801は板体31の中央の切欠き部304に入り込ませ、ブロック体81のB6側の本体801は両端の切欠き部305に入り込ませる。こうして、重合体40のY部分がX部分に連続して組み立てられる。
【0023】
(4)次に、X部分及びY部分に連続して、図5に示すようにして、Z部分を組み立てる。Z部分は、X部分と同じ部材を用い、X部分とは表裏逆の状態で且つ逆の順序で、X部分と同様に組み立てる。
こうして、図2に示す重合体40が製造される。
【0024】
(5)次に、重合体40を、治具を用いて重ね合わせ方向(図2中の矢印S方向)に押圧した状態で、上下両面41,42を超音波浸漬法によりはんだ付けして接合し、多数の板体30等と複数のブロック体80等とが一体となった接合体を製造する。即ち、重合体40において、上下両面41,42には、板体の縁部302相互の間及び板体とブロック体の突出片802との間に、図2の断面拡大部分図である図8に示すように、切欠き303a,802aからなる隙間401ができている。そこで、図9に示すように、重合体40の上下両面41,42をアルミニウム部材用の溶融はんだ51に浸漬し、重合体40又ははんだ槽52に超音波振動を加えて、図10に示すように、隙間401にはんだ51を侵入させ、これによって接合体を得る。
【0025】
(6)そして、得られた接合体を図2に示すA−A面にて2分割する。得られた分割体はそれぞれヒートシンク1となる。なお、各ブロックの分割面には軸流ファン取付用の穴800を形成する。
以上により、図1に示すヒートシンク1が得られる。
【0026】
ヒートシンク1は、次のような構成となっている。即ち、複数個のくし状板体と複数個のブロック体80等とで構成されている。なお、くし状板体は、板体30,31,32,33を図2のA−A面にて分割して得られた分割体である。くし状板体は縁部302を揃えて厚み方向に重ね合わされている。ブロック体80等は、板体31,32,33で構成される空間に設けられており、その際、突出片802は板体31,33の縁部302に挟まれている。板体の縁部302相互の間及び板体とブロック体の突出片802との間に構成された、切欠き303a,802a(図6,図7)からなる隙間401(図8,図9)には、はんだ51が密に充填されており(図10)、これにより、板体とブロック体とが一体に接合されている。
【0027】
上記製造方法によれば、重合体40をS方向(図2)に押圧した状態ではんだ付けする際において、ブロック体の本体801が板体31,33の切欠き部304,305,306,307で構成された内空間に収容されているので、重合体40を押圧しているだけであっても、ブロック体が重合体40から外れ落ちることは絶対に無い。それ故、上面41又は下面42に、ブロック体の外れ落ちを防止するための仮留め等を施す必要が無い。従って、図12の従来法に比して製造作業が簡単となるので、作業性が向上し、しかも、1個の接合体から得られた2個の分割体は両方ともヒートシンクとして使用できるので、生産性も向上する。
【0028】
なお、板体の切欠き303aは、突出部303に形成する代わりに、図11に示すように、縁部302の突出部303の先端面とは反対側の面に形成してもよい。
【0029】
また、板体33は必ずしも用いなくてよい。なお、その際には、ブロック体80,81の本体801の横寸法B6は板体30の縁部302の厚さP7と同じに設定する。
【0030】
また、上記構成のヒートシンク1は、次のような作用効果を有している。
(i)従来に比して、多数のピンフィン12が極度に密集している。しかも、ベースプレート11からピンフィン12への熱伝導は、はんだである接合層を介することなく起こるので、熱抵抗が殆ど無い。更に、ベースプレート11における熱伝導も、一枚板に比して大きな遜色は無い。このため、冷却性能に非常に優れており、大きさの割りには発熱量が大きなSCR、FET、サイリスタ等の高出力パワーデバイスの冷却に有効に使用できる。
具体的には、表1に示すような冷却性能を有している。なお、表1のデータは、軸流ファンからの風が衝突流であり且つ吹き付けである場合におけるものである。
【0031】
【表1】
【0032】
(ii)破断強度も満足できるものであった。即ち、上記構成のヒートシンク1を、熱冷サイクル、即ち、−20℃に2時間晒し、80℃に2時間晒し、これを繰り返すというサイクルに供し、サイクルに供する前と、サイクルに供した後3ケ月経過後と、6ケ月経過後とにおいて、破断強度を測定したところ、いずれも150N/mm2であり、高い値を示した。また、曲げ強度も満足できるものであった。即ち、90°曲げても、180°曲げても、破断しなかった。
【0033】
(iii)軸流ファンは固有の流量−静圧特性を有しているので、組み合わせるヒートシンクの性能によっては、必ずしも軸流ファンの上記特性を最大限に発揮できない場合がある。しかし、上記構成のヒートシンク1では、ピンフィン12の高さや密度を変えるのが容易であり、そうすることによってヒートシンク1の性能を軸流ファンの上記特性に適したものとすることができる。従って、上記構成のヒートシンク1によれば、軸流ファンの流量−静圧特性を最大限発揮させることができ、この点からも、冷却性能を向上できる。
【0034】
【発明の効果】
以上のように、請求項1記載の発明によれば、冷却性能が優れており、高出力パワーデバイスの冷却に有効に使用できる。また、破断強度及び曲げ強度も優れており、耐久性が良好である。更に、軸流ファンの流量−静圧特性を最大限発揮させることができ、この点からも、冷却性能を向上できる。
【0035】
請求項2記載の発明によれば、重合体から接合体を製造する工程において重合体を重ね合わせ方向に押圧しているだけでブロック体が重合体から外れ落ちるのを防止できるので、ブロック体の外れ落ちを防止するための仮留め等を不要にできる。従って、作業性を向上でき、しかも、1個の接合体から得られた2個の分割体を両方ともヒートシンクとして使用できるので生産性も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のハイパワーヒートシンクを示す斜視図である。
【図2】 本発明の製造方法の一工程における重合体を示す斜視図である。
【図3】 図2の重合体のX部分の分解斜視図である。
【図4】 図2の重合体のY部分の分解斜視図である。
【図5】 図2の重合体のZ部分の分解斜視図である。
【図6】 本発明の製造方法で用いる板体を示す斜視図である。
【図7】 本発明の製造方法で用いるブロック体を示す斜視図である。
【図8】 図2のVIII−VIII断面拡大部分図である。
【図9】 図2に続く工程を示す断面拡大部分図である。
【図10】 図9の工程を経て得られた接合体の断面拡大部分図である。
【図11】 板体の別の実施形態を示す斜視部分図である。
【図12】 従来の製造方法の一工程における重合体を示す斜視図である。
【符号の説明】
11 ベースプレート
12 ピンフィン
30,31,32,33 板体
301 スリット孔
302 縁部
304,305,306,307 切欠き部
40 重合体
401 隙間
51 はんだ
80,81,82,83 ブロック体(台座)
802 突出片
Claims (2)
- ベースプレート上に多数の直立したピンフィンと軸流ファン取付用の複数の台座とを備えたハイパワーヒートシンクであって、
複数個のくし状板体が厚み方向に重ね合わされると共に、くし状板体の欠落部でできた空間に台座となるブロック体がくし状板体に重ね合わされるように設けられており、くし状板体同士及びくし状板体とブロック体とがはんだにより接合されて構成されており、
くし状板体は、一列に並んだ多数のピンフィンとこれらピンフィンの一端を連結する縁部とからなり、縁部は板厚と同程度だけ同方向に突出しており、くし状板体は、縁部を揃えて重ね合わされており、
ブロック体は、一側面に突出片を有しており、該突出片がくし状板体の縁部に挟まれてくし状板体に重ね合わされており、
はんだは、隣り合うくし状板体の縁部と縁部との間に構成された隙間に、及びくし状板体の縁部とそれに隣接するブロック体の突出片との間に構成された隙間に、密に充填されており、はんだで接合された縁部とブロック体の突出片とによりベースプレートが構成されていることを特徴とするハイパワーヒートシンク。 - ベースプレート上に多数の直立したピンフィンと軸流ファン取付用の複数の台座とを備えたハイパワーヒートシンクを製造する方法において、
多数のスリット孔が平行に並んで打抜き形成されたアルミニウム又はその合金からなる板体であって、スリット孔に直交する両縁部が板厚と同程度だけ同方向に突出している板体を、作製するとともに、両側面に突出片を有するブロック体を作製する第1工程と、
板体を、上記縁部を揃えて重ね合わせると同時に、ブロック体を、板体を重ね合わせる途中の所定位置にて、突出片が板体の上記縁部により挟まれるように板体に重ね合わせて、複数のブロック体と多数の板体とからなる重合体を作製する第2工程と、
重合体を重ね合わせ方向に押圧した状態で、相互に当接した板体の上記縁部同士の間に形成されている隙間及び相互に当接した板体の縁部とブロック体の突出片との間に形成されている隙間に、超音波浸漬法によってはんだを侵入させることにより、複数のブロック体と多数の板体とが一体に接合された接合体を作製する第3工程と、
接合体を、スリット孔を横断するよう切断することにより2分割して、ハイパワーヒートシンクとなる分割体を得る第4工程とを備え、
第1工程は、一部が切欠かれた板体及び寸法が異なる板体を別に作製する工程を有しており、一部が切欠かれた板体の切欠き部は、第2工程の重合体を作製する際にブロック体が収納される空間を構成するように形成されており、寸法が異なる板体は、第2工程の重合体を作製する際にブロック体の突出片と同列に並ぶ大きさに設定されており、
第2工程は、ブロック体の突出片を板体の縁部で挟むとともに、ブロック体の突出片以外の部分を一部が切欠かれた板体の上記切欠き部で構成される空間に収納させるものであり、
第4工程は、板体と共にブロック体も2分割するものであることを特徴とするハイパワーヒートシンクの製造方法。
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