JP2000138331A - ヒートシンク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多数の熱交換用フィンを熱交換用のパイプに
容易且つ効率良く固定できる構造であると共に、熱交換
効率を低下させないこと。 【解決手段】 薄板状に設けられた熱交換用の複数のフ
ィン１０が、所定の間隔に並列されて、熱交換用のパイ
プ２０に固定されたヒートシンクにおいて、隣合うフィ
ン１０同士間に配されてそのフィン１０同士を所定の間
隔に並列させるスペーサ３０をフィン１０に固定して成
るスペーサ付フィン１２が、複数並列されてパイプ２０
に串刺し状に配されると共に、スペーサ３０がカシメら
れることによってパイプ２０に固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はヒートシンク及びそ
の製造方法に関し、さらに詳細には、薄板状に設けられ
た熱交換用の複数のフィンが、所定の間隔に並列され
て、熱交換用のパイプに固定されたヒートシンク及びそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ヒートシンクを製造する方法
においては、図８に示すように、熱交換用のフィン（放
熱フィン５０）のプレートに孔を形成すると共にバーリ
ング加工によって立上部（バーリング部５６）を成形
し、そのバーリング部５６を有する孔（挿通孔５４）の
内径に熱交換用のパイプ２０を圧入する方式がある。ま
た、バーリングを有する孔の内径に対して、パイプの外
径を若干小径に設定してガタをつけ、放熱フィンの挿通
孔にパイプを実質的に圧入しないで状態で挿入した後、
両者を接着剤で固定する方式がある。さらに、熱交換器
に用いられるパイプに放熱フィンを固定する方法として
は、パイプに放熱フィンの挿通孔を嵌合した後で、その
パイプを拡管させて、両者を密着させて固定する方式が
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のヒートシンクにおいては、放熱フィン５０のプレー
トのバーリング部５６（挿通孔５４）にパイプ２０を圧
入する場合、圧入長さが長いため、非常に作業性が悪い
という課題があった。また、パイプ２０は、銅（Ｃｕ）
材で形成されるのが一般的であり、柔らかいため、放熱
フィン５０が圧入される際に変形し易く、何枚もの放熱
フィン５０を圧入する場合には途中で放熱フィン５０が
圧入できなくなってしまう。この課題は、２本以上のパ
イプ２０を圧入する場合においてさらに顕著となり、極
めて作業性が悪く、不良率が高くて歩留りが悪く、コス
ト的にも高い物となっていた。

【０００４】また、放熱フィンのバーリング部内径とパ
イプ外径とにガタを持たせてパイプを挿入した場合は、
取り付けが不十分であったり、接着剤による固定のため
伝熱効率が落ち、ヒートシンクの性能（効率）が悪化す
るとい課題があった。また、圧入及び接着のいずれの場
合も、放熱フィンが３０枚〜６０枚程度、間隔を持たせ
て取り付けられるが、その間隔が一定とならず、場合に
よっては、隣接する放熱フィン同士がくっついてしまう
ことがあった。これによって各放熱フィン間の空気等の
気体流れが悪化し、その放熱効果が落ちてしまうという
課題があった。

【０００５】そこで、本発明の目的は、多数の熱交換用
フィンを熱交換用のパイプに容易且つ効率良く固定でき
る構造であると共に、熱交換効率を低下させないヒート
シンク及びその製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は次の構成を備える。すなわち、本発明にか
かるヒートシンクは、薄板状に設けられた熱交換用の複
数のフィンが、所定の間隔に並列されて、熱交換用のパ
イプに固定されたヒートシンクにおいて、隣合う前記フ
ィン同士間に配されて該フィン同士を所定の間隔に並列
させるスペーサを前記フィンに固定して成るスペーサ付
フィンが、複数並列されて前記パイプに串刺し状に配さ
れると共に、前記スペーサがカシメられることによって
前記パイプに固定されていることを特徴とする。

【０００７】また、前記フィンには、該フィンが前記パ
イプによって串刺し状に配されるべく該パイプが挿通さ
れる挿通孔が設けられ、該挿通孔には、バーリング加工
によって立上部が形成されていることで、パイプにフィ
ンを安定的に嵌合させて配設できると共に、パイプとフ
ィンとの接触面積を増加させて伝熱効率を向上できる。

【０００８】また、前記スペーサ付フィンは、前記スペ
ーサが、前記パイプに固定されるためにカシメられる以
外の部分でカシメられ、前記フィンに固定されて設けら
れていることで、プレス加工工程で、精度良く且つ効率
的に生産性良く形成することができる。

【０００９】また、前記スペーサは、隣合う前記フィン
同士を所定の間隔に並列させるように所定の厚さを備え
ると共に、パイプが挿通される断面Ｃ字状の挿通部を備
え、該挿通部が前記カシメによって縮径されることで前
記パイプに固定されていることで、スペーサが、カシメ
にかかる所定の押圧力によって確実に変形（縮径）さ
れ、パイプに好適に固定される。

【００１０】また、前記パイプは、熱媒体が封止された
パイプであることで、半導体装置の冷却用ヒートシンク
として好適に利用できる。

【００１１】また、前記フィンの一部に、フィン同士の
間隔を一定に保持するための折曲部が形成されたこと
で、さらにフィン同士の間隔に空気を好適に流すことが
でき、熱変換効率を向上できる。

【００１２】また、本発明は、薄板状に設けられた熱交
換用の複数のフィンが、所定の間隔に並列されて、熱交
換用のパイプに固定されるべく、隣合う前記フィン同士
間に配されて該フィン同士を所定の間隔に並列させるス
ペーサを前記フィンに固定して成るスペーサ付フィン
が、複数並列されて前記パイプに串刺し状に配されるヒ
ートシンクの製造方法であって、複数の前記スペーサ付
フィンを、前記パイプへスペーサ付フィンに設けられた
挿通孔によって実質的に圧入しない状態で嵌合すること
で、パイプに串刺し状に並列した状態に配する工程と、
前記スペーサをパイプの長手方向に直交する方向へカシ
メることで前記スペーサ付フィンを前記パイプに固定す
る工程と有することを特徴とするヒートシンクの製造方
法にもある。

【００１３】また、前記フィンに設けられた嵌合孔に、
前記スペーサに突起した凸部を嵌入してカシメること
で、前記スペーサを前記フィンに固定して前記スペーサ
付フィンを形成することで、プレス加工工程で、精度良
く且つ効率的に生産性良く形成することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に
かかるヒートシンクの一実施例について要部を拡大して
示した平面図である。図１（ａ）はスペーサ付フィンに
パイプを挿通した状態を示し、図１（ｂ）はスペーサを
カシメて、スペーサ付フィンをパイプに固定した状態を
示している。また、図２は図１のＡ−Ａ線断面図であ
り、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。なお、本実施
例のヒートシンクは、半導体装置の半導体チップから発
生する熱を放熱するものであり、パイプの直径が３ｍｍ
程度で、隣接するフィン同士の間隔が１ｍｍ程度の極め
て小型で精密なものである。

【００１５】１０は熱交換用のフィンであり、薄板状に
設けられ、本実施例では放熱フィンとして機能する。こ
の種の熱交換器に用いられるフィン１０は、熱伝導率が
高く加工の容易な金属材によってプレート状に形成され
る。熱交換性を向上させるためには、表面積を広く稼ぐ
ことが必要であるため、薄板状に設けられる。加工性及
びコスト等の利点から、一般的にはアルミニウムによっ
て形成されている。また、スペースの関係上、空気等の
流体の流通性が良いように間隔をおいて複数層（多数
層）に積層（並列）される。複数のフィン１０が、所定
の一定の間隔に並列されることによって、本実施例では
放熱性能の高い、効率的な放熱フィンA'ssy （フィン組
立体）を形成できる。

【００１６】２０は熱交換用のパイプであり、このパイ
プ２０にフィン１０が固定される。本実施例のパイプ２
０には、熱媒体が封止されており、本実施例のような半
導体装置の冷却用のヒートシンクに好適に利用できる。
パイプ２０の材質としては、一般的に銅材が用いられて
おり、その表面にはニッケル等のめっきが施されて形成
されている。なお、フィン１０が固定される熱交換用の
パイプとしては、この実施例に限らず、筒状のものであ
ればよい。

【００１７】また、パイプ２０によって複数のフィン１
０が串刺し状にされるべく、フィン１０には、パイプ２
０が挿通される挿通孔１４が設けられ、その挿通孔１４
には、バーリング加工によって立上部（バーリング部１
６）が形成されている。これにより、パイプ２０にフィ
ン１０を安定的に嵌合させて配設できると共に、パイプ
２０とフィン１０との接触面積を増大させて伝熱効率を
向上できる。また、フィン１０の挿通孔１４の内径より
も、パイプ２０の外径が小径に設けられ、若干ガタをも
たせてある。従って、フィン１０の挿通孔１４を実質的
に圧入することなくパイプ２０に嵌めることができる。
このため、２本以上のパイプ２０の場合であっても、フ
ィン１０を容易に嵌め込んで所定の位置に配することが
可能であり、生産効率を向上できる。

【００１８】３０はスペーサであり、隣合うフィン１０
同士間に配されて、そのフィン１０同士を所定の間隔に
並列させる。このスペーサ３０が、フィン１０に固定さ
れることで、スペーサ付フィン１２が形成される。スペ
ーサ付フィン１２は、複数が並列されてパイプ２０に串
刺し状に配されると共に、スペーサ３０がカシメられる
ことによってパイプ２０に固定されている。このよう
に、スペーサ３０は、パイプ２０に固定するため用いら
れるから、ストッパとしての機能を有することになる。

【００１９】また、スペーサ付フィン１２は、スペーサ
３０が、パイプ２０に固定されるためにカシメられる以
外の部分でカシメられ、フィン１０に固定されることで
好適に形成することができる。本実施例では、図３に示
すように、フィン１０に設けられた嵌合孔１８に、スペ
ーサ３０の一方面（底面）から突起した凸部３８を嵌入
してカシメることで、スペーサ３０をフィン１０に固定
し、スペーサ付フィン１２を形成している。このため、
スペーサ付フィン１２は、プレス加工工程で好適に形成
でき、精度良く且つ生産性良く効率的に製造できる。な
お、スペーサ３０をフィン１０に固定する方法は、以上
のようなカシメに限らず、溶接等の他の接合手段によっ
ても可能である。

【００２０】また、本実施例のスペーサ３０は、隣合う
フィン１０同士を所定の間隔に並列させるように所定の
厚さを備えると共に、パイプ２０が挿通される断面Ｃ字
状の挿通部３２を備える。その挿通部３２がカシメによ
って縮径されることでパイプ２０に固定されている。

【００２１】ここで、断面Ｃ字状の挿通部３２の具体的
な形状等、スペーサ３０の具体的な実施形態を、図１〜
４に基づいて詳細に説明する。断面Ｃ字状とは、図１に
明らかなように、フィン１０のバーリング部１６に外嵌
する挿通部３２の内周３３が円の全周ではなく、一部で
途切れていること意味している。そして、この挿通部３
２は、パイプ２０及びフィン１０のバーリング部１６が
容易に挿入されるよう、その内周３３の内径は、バーリ
ング部１６の外周に実質的に圧入されることなく嵌まる
ように、そのバーリング部１６の外径よりも若干大きく
形成されている。

【００２２】３４は自由端部であり、Ｃ字状の両端に相
当する部分である。この自由端部３４がカシメられて永
久変形することで、図１（ｂ）に示すように、バーリン
グ部１６を押して永久変形させ、そのバーリング部１６
及び／又は自由端部３４自体が、パイプ２０の外周に押
接される。このように自由端部３４がカシメられること
で、パイプ２０に押し当てられて圧接した状態になるこ
とで、スペーサ３０が固定される。そして、そのスペー
サ３０によって、フィン１０が固定されることになる。
自由端部３４は、円周に連続している場合と比較して、
片持ち端となっているためカシメ易く、スペーサ３０を
好適に取り付けることができる。

【００２３】このとき、スペーサ３０の変形（カシメ）
方向は、その厚さ方向（パイプ２０の長手方向）に直交
する方向である。従って、隣合うフィン１０同士の間隔
寸法に影響することなく、スペーサ３０を介してフィン
１０を、パイプ２０に取り付けることができる。このた
め、カシメ工程の前後で、隣合うフィン１０同士の間隔
を一定に維持させることができ、複数のフィン１０が等
間隔に並列された熱交換効率のよいフィン組立体を好適
に形成することができる。

【００２４】また、スペーサ３０が、パイプ２０に固定
されるためにカシメられる以外の部分でカシメられ、ス
ペーサ付フィン１２が形成されている。このため、自由
端部３４は、フィン１０を変形させるような影響を可及
的に与えることなく、カシメられて好適に変形すること
ができ、精度よくフィン１０をパイプ２０に取り付ける
ことができる。特に本実施例のスペーサ３０では、自由
端部３４の根元部に当たる部分が幅狭部３５に形成され
ているため、その幅狭部３５の部分で変形し易く、スペ
ーサ３０とフィン１０とが固定された部分を変形させる
ような影響を可及的に及ぼさないのである。

【００２５】また、スペーサ３０は、隣合うフィン１０
同士の間隔に気体を好適に流すため、極力小さく形成す
ることを要する。従って、本実施例では、スペーサ３０
のバーリング部１６に外径に嵌合する部分近傍である内
径部３６が、Ｃ字の帯状に、隣合うフィン１０同士の間
隔に相当する厚さに形成されている。そして、その他の
上面側の部位３７は、段差がつけられて薄く形成されて
いる。このように、スペーサ３０を小型化することで、
気体の流通性を向上でき、熱交換効率（放熱効率）を向
上させることができる。

【００２６】次に本発明にかかるヒートシンクの製造方
法、特にその主要工程であるパイプ２０に多数のフィン
を等間隔に取り付ける方法について説明する。先ず、図
４に示すように、フィン１０に設けられた嵌合孔１８
に、スペーサ３０に突起した凸部３８を嵌入してカシメ
ることで、スペーサ３０をフィン１０に固定してスペー
サ付フィン１２を形成する。図４（ａ）は両者を固定す
る前の状態を示す断面図（分解図）であり、図４（ｂ）
は組み付けた状態を示す断面図（組立図）である。図５
は、スペーサ付フィン１２の全体形状を示す平面図であ
る。

【００２７】本実施例では、嵌合孔１８及び凸部３８が
各々２個形成されており、２か所で結合されているた
め、フィン１０とスペーサ３０が相対的に回転しないよ
うに固定することができる。本実施例に限らず、嵌合孔
１８及び凸部３８が円形でない場合は１か所でも、スペ
ーサ３０をフィン１０の所定の位置に相対的に回転しな
いように好適に固定することができる。以上ようなスペ
ーサ付フィン１２を形成することは、プレス加工工程で
容易に行うことができ、精度良く且つ生産性良く効率的
に行うことができる。

【００２８】次に、複数（多数）のスペーサ付フィン１
２を、積層して揃え、パイプ２０へ、スペーサ付フィン
１２（フィン１０）に設けられた挿通孔１４によって実
質的に圧入しない状態で嵌合することで、パイプ２０に
串刺し状に並列した状態に配する。このように、パイプ
２０にスペーサ付フィン１２を取り付けるとき、パイプ
２０の外径とバーリング部１６の内径にガタを持たせて
あるため、２本以上のパイプ２０であっても容易にフィ
ン１０を嵌め込むことができ、非常に生産効率が良い。

【００２９】そして、複数のスペーサ付フィン１２を以
上のように並列した状態で受ける型に配し、スペーサ３
０をパイプ２０の長手方向に直交する方向へカシメるこ
とで、複数のスペーサ付フィン１２を同時にパイプ２０
に固定する。これにより、図７に示すにようなヒートシ
ンクを好適且つ効率的に形成できる。なお、４０はベー
ス板であり、このベース板４０が半導体装置に接触した
状態に取り付けられ、その半導体チップによって発生し
た熱を奪うように使用される。複数のスペーサ付フィン
１２を受ける型は、スペーサ３０の図１の図面上におけ
る下側面３９（一方の側面）に当接するものであればよ
い。また、スペーサ３０の一対の自由端部３４をカシメ
るポンチ状の型は、スペーサ３０の図１の図面上におけ
る上側面（他方の側面）に当接して押圧できるものであ
ればよい。

【００３０】以上の製造方法によれば、複数のスペーサ
付フィン１２を容易にパイプ２０に嵌めて配置すること
ができる共に、複数のスペーサ３０を同時にカシメるこ
とができ、精度良く且つ効率良く、ヒートシンクを製造
することができる。また、スペーサ付フィン１２とパイ
プ２０の固定は、スペーサ３０によるカシメによってな
されているため、両部材が好適に接触され、伝熱効率が
良い。そして、パイプ２０に取り付けられたフィン１０
の間隔も好適に一定になり、放熱効率も向上する。従っ
て、熱交換性能（伝熱効率、放熱効率或いは冷却効率）
の良いヒートシンクを、歩留り良く確実に、結果的に低
コストに製造することができる。

【００３１】以上の説明ではスペーサ３０によって、隣
合うフィン１０の間隔を一定に維持するようにしたが、
補助的には、図６に示すように、フィン１０を適宜変形
させて隣合うフィン１０の間隔を好適に保持するように
してもよい。図６（ａ）はフィン１０単体の平面図であ
り、図６（ｂ）はフィン１０単体の側面図である。図に
明らかなように、１９は折曲部であり、フィン１０の一
部（挿通孔１４が形成された側の部分とは反対側の端
部）に、フィン１０同士の間隔を一定に保持するために
形成されている。この折曲部１９は、９０°より若干大
きく曲げられており、これによって、重なりあって間隔
が狭まることを防止でき、隣接するフィン１０同士の間
隔を好適に保持できる。

【００３２】また、以上の実施例は半導体装置の冷却に
かかるヒートシンクであるが、本発明はこれに限らず、
他の熱交換器の分野全般で応用できることは勿論であ
る。以上、本発明につき好適な実施例を挙げて種々説明
してきたが、本発明はこの実施例に限定されるものでは
なく、発明の精神を逸脱しない範囲内で多くの改変を施
し得るのは勿論のことである。

【００３３】

【発明の効果】本発明のヒートシンクによれば、複数の
スペーサ付フィンが、熱交換用のパイプに串刺し状に配
されると共に、スペーサがカシメられることで固定され
るため、多数の熱交換用フィンを熱交換用のパイプに固
定したヒートシンクを精度よく且つ効率よくに製造する
ことができる構造になっている。従って、本発明によれ
ば、熱交換性能の良いヒートシンクを、歩留り良く確実
に形成でき、結果的に低コストに得ることができるとい
う著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるヒートシンクの一実施例につい
て要部を拡大して示した平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】本発明にかかるスペーサ付フィンの形成工程を
説明する断面図である。

【図５】本発明にかかるスペーサ付フィンを示す平面図
である。

【図６】本発明にかかるフィンを示す平面図である。

【図７】本発明にかかるヒートシンクの一実施例の全体
を説明する正面図である。

【図８】従来技術を説明する断面図である。

【符号の説明】

１０ フィン １２ スペーサ付フィン １４ 挿通孔 １６ バーリング部 １８ 嵌合孔 １９ 折曲部 ２０ パイプ ３０ スペーサ ３２ 挿通部 ３４ 自由端部 ３８ 凸部

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄板状に設けられた熱交換用の複数のフ
   ィンが、所定の間隔に並列されて、熱交換用のパイプに
   固定されたヒートシンクにおいて、 隣合う前記フィン同士間に配されて該フィン同士を所定
   の間隔に並列させるスペーサを前記フィンに固定して成
   るスペーサ付フィンが、複数並列されて前記パイプに串
   刺し状に配されると共に、前記スペーサがカシメられる
   ことによって前記パイプに固定されていることを特徴と
   するヒートシンク。
2. 【請求項２】 前記フィンには、該フィンが前記パイプ
   によって串刺し状に配されるべく該パイプが挿通される
   挿通孔が設けられ、該挿通孔には、バーリング加工によ
   って立上部が形成されていることを特徴とする請求項１
   記載のヒートシンク。
3. 【請求項３】 前記スペーサ付フィンは、前記スペーサ
   が、前記パイプに固定されるためにカシメられる以外の
   部分でカシメられ、前記フィンに固定されて設けられて
   いることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートシン
   ク。
4. 【請求項４】 前記スペーサは、隣合う前記フィン同士
   を所定の間隔に並列させるように所定の厚さを備えると
   共に、パイプが挿通される断面Ｃ字状の挿通部を備え、
   該挿通部が前記カシメによって縮径されることで前記パ
   イプに固定されていることを特徴とする請求項１、２又
   は３記載のヒートシンク。
5. 【請求項５】 前記パイプは、熱媒体が封止されたパイ
   プであることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載
   のヒートシンク。
6. 【請求項６】 前記フィンの一部に、フィン同士の間隔
   を一定に保持するための折曲部が形成されたことを特徴
   とする請求項１、２、３、４又は５記載のヒートシン
   ク。
7. 【請求項７】 薄板状に設けられた熱交換用の複数のフ
   ィンが、所定の間隔に並列されて、熱交換用のパイプに
   固定されるべく、隣合う前記フィン同士間に配されて該
   フィン同士を所定の間隔に並列させるスペーサを前記フ
   ィンに固定して成るスペーサ付フィンが、複数並列され
   て前記パイプに串刺し状に配されるヒートシンクの製造
   方法であって、 複数の前記スペーサ付フィンを、前記パイプへスペーサ
   付フィンに設けられた挿通孔によって実質的に圧入しな
   い状態で嵌合することで、パイプに串刺し状に並列した
   状態に配する工程と、 前記スペーサをパイプの長手方向に直交する方向へカシ
   メることで前記スペーサ付フィンを前記パイプに固定す
   る工程と有することを特徴とするヒートシンクの製造方
   法。
8. 【請求項８】 前記フィンに設けられた嵌合孔に、前記
   スペーサに突起した凸部を嵌入してカシメることで、前
   記スペーサを前記フィンに固定して前記スペーサ付フィ
   ンを形成することを特徴とする請求項７記載のヒートシ
   ンクの製造方法。