JP5042702B2 - プレートフィン型放熱器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発熱する機械・電気部品に取り付けて、熱の放散によって温度を下げるための放熱器の製造方法に関し、特に、放熱基板上に複数のプレートフィンを互いに所定間隔をあけて備えるプレートフィン型放熱器の製造方法に関する。

パーソナルコンピュータやテレビジョン受像機等といった種々の電子機器を始め、鉄道車両や自動車等においては、搭載した電源ユニット、モータユニット又は制御ユニット等に、安定作動のために放熱器は欠かせない。特に、電子機器冷却用としては、ヒートシンクが用いられる。

放熱器としては、ベースとなる放熱基板上に放熱フィンとなるプレートフィンを複数互いに所定間隔をあけて並べて立設した構造のいわゆるプレートフィン型放熱器が一般的である。プレートフィン型放熱器は、その製造方法によって大別でき、プレートフィンと放熱基板とを個々に別体で作製して放熱基板上にプレートフィンを接合したもの、金属押出加工によりプレートフィンと放熱基板とを一体成形したもの、金属ブロック素材からマルチワイヤーソーによる切削加工によりプレートフィンと放熱基板とを一体成形したもの等がある。

これらのプレートフィン型放熱器のうち、別体で作製したプレートフィンと放熱基板とを接合したプレートフィン型放熱器（以下、単に「放熱器」と記すことがある）について、従来、特許文献１に開示されているような製造方法がある。この従来の製造方法では、プレートフィンの長さよりも長い間隔保持板を治具として複数準備し、この間隔保持板をその両端部がプレートフィンの両端から突出するようにプレートフィンと交互に積層する。これを放熱基板上に立てた状態でろう材を介して載置し、加熱によりプレートフィンと放熱基板とをろう付して接合する。そして、治具である間隔保持板をプレートフィンの間から取り外して放熱器を得るようにしている。

特許第３１６０６３３号公報

しかし、上述した従来の放熱器の製造方法では、治具としての間隔保持板がプレートフィンの両端から突出して、プレートフィンの端から端まで広範に存在しているため、ろう付加熱の際、余分なヒートマスが過大になる。その結果、ろう付に要する加熱時間が長時間になる。

また、治具としての間隔保持板が個々に分離されているため、取外しの際、間隔保持板を１つずつプレートフィンの間から取り外さなければならない。その結果、間隔保持板の取外しが煩雑になるし、それに要する時間が長時間になる。

従って、放熱器の製造にあたり、高い生産効率が望めず、製造コストが悪化せざるを得ない。特に、放熱器のうちの電子機器冷却用のヒートシンクの製造には、製造コストを抑制すべく、生産効率の向上への要求が強い。

そこで本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、高い生産効率でプレートフィン型放熱器を製造できるプレートフィン型放熱器の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するため、本発明による放熱器の製造方法は、放熱基板上に複数のプレートフィンを互いに所定間隔をあけて備えるプレートフィン型放熱器の製造方法であって、以下の工程を含む。プレートフィンの長さよりも短い複数の間隔保持板を、プレートフィンと交互に重ねて一列に配置するとともに、各間隔保持板を貫通する棒状部材がプレートフィンの上端に引っ掛かった状態にして吊り下げるセッティング工程。放熱基板上にろう材を介して載置されたプレートフィンを放熱基板にろう付する接合工程。そして、間隔保持板を棒状部材とともに抜き取る取外し工程。

このような構成にすれば、治具としての間隔保持板がプレートフィンの長さ方向の一部の範囲でしか存在しないため、ろう付加熱の際、余分なヒートマスを小さくできる。その結果、ろう付に要する加熱時間を短時間に抑えることが可能になる。しかも、治具としての間隔保持板が棒状部材を介して連なって一体化されることになるため、取外しの際、すべての間隔保持板を一度にプレートフィンの間から抜き取って取り外すことができる。その結果、治具の取外しを短時間で簡単に行うことが可能になる。ここでの放熱器としてはヒートシンクが好適である。

ここで、接合工程でのプレートフィンの変形を十分に抑える観点から、前記セッティング工程において、前記間隔保持板を前記プレートフィンの長さ方向に複数列配置することが好ましい。

プレートフィンと放熱基板との接合をより強固にするために、前記接合工程において、前記プレートフィンの上端における前記間隔保持板から外れた部分に、前記放熱基板に向けて荷重を加えることが好ましい。

本発明の放熱器の製造方法によれば、ろう付に要する加熱時間を短時間に抑えることが可能になるし、治具の取外しを短時間で簡単に行うことも可能になるため、高い生産効率で、ヒートシンクを含むプレートフィン型放熱器を製造することができる。

以下に、本発明のプレートフィン型放熱器の製造方法の実施形態について図面を参照しながら詳述する。

図１は本発明の一実施形態であるプレートフィン型放熱器の製造方法により製造された放熱器の外観を示す図であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は側面図である。

同図に示すように、本実施形態でのプレートフィン型放熱器１は、平坦な上下面を有する矩形の放熱基板２と、この放熱基板２上に立設した横長で矩形のプレートフィン３とから成る。放熱基板２とプレートフィン３は、ともに熱伝導性の高い銅やアルミニウムやその合金等の金属成形品であって、例えば、純アルミニウム（１０００番系）、Ａｌ−Ｍｎ合金（３０００番系）、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金（６０００番系）が好適に用いられる。

プレートフィン３は、放熱基板２上で互いに所定間隔をあけて複数並べられていて、それぞれの下端がろう材４によるろう付により放熱基板２に接合される。この放熱器１では、放熱基板２の周縁部にはプレートフィン３を持たない構造である。この放熱器１は、電子機器冷却用のヒートシンクとして好適に用いられる。

このような放熱器１の製造方法を以下に説明する。

図２は本発明の一実施形態であるプレートフィン型放熱器の製造方法に適用する間隔保持板単体の外観を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図である。本実施形態では、プレートフィン３を放熱基板２にろう付する際の治具として、同図に示すように、短冊状の間隔保持板１０を複数用いる。間隔保持板１０は、放熱基板２及びプレートフィン３と同じ材質、すなわち同じ熱膨張率の金属成形品であって、その幅ｗがプレートフィン３の長さＬ（図１（ａ）、（ｂ）参照。）よりも短い。本実施形態では、間隔保持板１０の幅ｗは、プレートフィン３の長さＬの１／１０程度にしている。

間隔保持板１０の厚さｔは、所望するプレートフィン３同士の隙間の厚さＣ（図１（ａ）、（ｃ）参照。）としている。この間隔保持板１０の上部には、貫通穴１１が形成されている。間隔保持板１０の下端から貫通穴１１が形成されている位置までの寸法ｘは、プレートフィン３の高さＨ（図１（ｂ）、（ｃ）参照。）よりも小さくされている。この貫通穴１１には、後述する棒状部材１２が挿通される。

図３は本発明の一実施形態であるプレートフィン型放熱器の製造方法における治具を組み付けた状態での放熱器の外観を示す図であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は側面図である。

同図に示すように、放熱器１を製造するにあたり、先ず、各間隔保持板１０の上部がプレートフィン３の上端から突出するように、間隔保持板１０をプレートフィン３と交互に重ねて一列に配置する。プレートフィン３の上端から突出した各間隔保持板１０の上部における貫通穴１１に、一本の棒状部材１２を一方の端の間隔保持板１０から他方の端の間隔保持板１０まで挿通させる。ここでの棒状部材１２としては、ある程度剛性のある針金や細長い金属ピン等が用いられる。

こうして、所要数のプレートフィン３の間にそれぞれ間隔保持板１０が挟み込まれた状態になり、これを放熱基板２上に立てた格好で載置する。このとき、放熱基板２上には、予め、ろう材４が塗布されたり、シート状のろう材４が積み重ねられたり、両面にろう材４が積層されたクラッド板が積み重ねられたりしている。つまり、プレートフィン３の下端と放熱基板２との間にろう材４が介在している。

また、放熱基板２上にプレートフィン３を載置した状態では、各間隔保持板１０は各々を貫通する棒状部材１２によって連なって一体化されることになり、その棒状部材１２は各プレートフィン３の上端に引っ掛かった状態になる。これにより、各間隔保持板１０は、放熱基板２から浮上した格好で吊り下げられた状態におかれる。

本実施形態では、プレートフィン３の長さ方向での両端部及び中央部の三箇所に、それぞれ棒状部材１２を挿通させた間隔保持板１０が配置されている。つまり、間隔保持板１０がプレートフィン３の長さ方向に３列配置されている。

これでセッティングが完了し、ろう付によるプレートフィン３と放熱基板２との接合に移行する。

プレートフィン３が載置された放熱基板２を、間隔保持板１０及びこれを含む棒状部材１２ごと加熱炉内に入れ、ろう材４が溶融する所定温度で所定時間加熱する。その際、プレートフィン３の上端には、間隔保持板１０の存在領域から外れた部分、すなわち本実施形態ではプレートフィン３の長さ方向での各端部と中央部との間に、加圧用治具をあてがい、放熱基板２に向けて荷重を加える。そうすると、プレートフィン３の下端と放熱基板２とが互いに押し付け合いながらろう材４によってろう付され、両者が強固に接合される。

所定時間の加熱が経過して接合が完了すると、治具である間隔保持板１０の取外しに移行する。

ここでは、棒状部材１２の両端部を把持して上方へ引き上げる。そうすると、棒状部材１２により一体化して連なった間隔保持板１０は、一度にまとめてプレートフィン３の間から抜き取られる。

こうして間隔保持板１０及び棒状部材１２が取り外され、結果として、上記の図１に示したプレートフィン型放熱器１が得られる。

このような本実施形態の製造方法によれば、治具の役割を果たす間隔保持板１０がプレートフィン３の長さ方向の一部の範囲でしか存在しないため、ろう付加熱の際、余分なヒートマスを小さくできる。よって、ろう付に要する加熱時間を短時間に抑えることが可能になる。

しかも、治具の役割を果たす間隔保持板１０が棒状部材１２を介して連なって一体化されることになるため、取外しの際、すべての間隔保持板１０を棒状部材１２ごと一度にプレートフィン３の間から抜き取って取り外すことができる。よって、治具の取外しを短時間で簡単に行うことが可能になる。

その結果、高い生産効率で放熱器１を製造することができる。特に、コスト抑制への要求が強い電子機器冷却用のヒートシンクを高い生産効率で製造できる。

また、治具の役割を果たす間隔保持板１０が放熱基板２から浮上した状態におかれるため、ろう付の際、間隔保持板１０の下端が放熱基板２上のろう材４と接触することはなく、間隔保持板１０と放熱基板２とが不用意に接合されることは一切無い。

その上、本実施形態では、間隔保持板１０をプレートフィン３の長さ方向に３列配置しているため、プレートフィン３の姿勢を拘束する領域が増える。これにより、ろう付加熱の際、プレートフィン３のうねりといった変形を十分に抑えることが可能になり、その結果として高品位の放熱器１が得られる。もっとも、プレートフィン３の変形許容量との兼ね合いで、間隔保持板１０の配列数を増減させても構わない。

本実施形態では、セッティングにおいて、プレートフィン３の間に間隔保持板１０を一枚だけ入れるようにしているが、複数枚の間隔保持板１０を重ねて入れることができる。例えば、所望するプレートフィン３同士の隙間の厚さが１０ｍｍであって、準備した間隔保持板１０の厚さが５ｍｍの場合、二枚の間隔保持板１０を重ねてプレートフィン３の間に入れることができる。

また、従来の製造方法と比較すると、従来の製造方法では、プレートフィンの両端からはみ出すまでの非常に長い間隔保持板を用いる一方、本実施形態の製造方法では、プレートフィンよりも短い間隔保持板を用いるため、治具の素材使用量が少なくて済み、結果として製造コストの抑制につながる。

このような本実施形態の製造方法は、長尺のプレートフィン３を備える大型の放熱器１の製造に特に有効である。例えば、プレートフィン３としては、長さが１００〜１０００ｍｍ、高さが５０〜２００ｍｍ、厚さが０．６〜３．０ｍｍ程度のものに好適であり、その場合の間隔保持板１０としては、プレートフィン３の長さに対応する幅が１０〜１００ｍｍ、厚さが０．５〜２０．０ｍｍ程度のものが好適である。

その他本発明は上記の実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

本発明のプレートフィン型放熱器の製造方法によれば、ろう付加熱や治具取外しを短時間で行うことが可能になり、高い生産効率で放熱器を製造することができる。よって、本発明は、一層のコスト抑制が望まれる放熱器、特にヒートシンクの製造に極めて有用である。

本発明の一実施形態であるプレートフィン型放熱器の製造方法により製造された放熱器の外観を示す図であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は側面図である。 本発明の一実施形態であるプレートフィン型放熱器の製造方法に適用する間隔保持板単体の外観を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図である。 本発明の一実施形態であるプレートフィン型放熱器の製造方法における治具を組み付けた状態での放熱器の外観を示す図であり、同図（ａ）は上面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は側面図である。

１ プレートフィン型放熱器
２ 放熱基板
３、３Ａ、３Ｂ プレートフィン
４ ろう材
１０ 間隔保持板
１１ 貫通穴
１２ 棒状部材

Claims (3)

1. 放熱基板上に複数のプレートフィンを互いに所定間隔をあけて備えるプレートフィン型放熱器の製造方法であって、
   プレートフィンの長さよりも短い複数の間隔保持板を、プレートフィンと交互に重ねて一列に配置するとともに、各間隔保持板を貫通する棒状部材がプレートフィンの上端に引っ掛かった状態にして吊り下げるセッティング工程と、
   放熱基板上にろう材を介して載置されたプレートフィンを放熱基板にろう付する接合工程と、
   間隔保持板を棒状部材とともに抜き取る取外し工程と、を含むことを特徴とするプレートフィン型放熱器の製造方法。
2. 前記セッティング工程において、前記間隔保持板を前記プレートフィンの長さ方向に複数列配置することを特徴とする請求項１に記載のプレートフィン型放熱器の製造方法。
3. 前記接合工程において、前記プレートフィンの上端における前記間隔保持板から外れた部分に、前記放熱基板に向けて荷重を加えることを特徴とする請求項１又は２に記載のプレートフィン型放熱器の製造方法。

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