JP2001168247A

JP2001168247A - ヒートシンク

Info

Publication number: JP2001168247A
Application number: JP34971599A
Authority: JP
Inventors: Shigeyuki Tanaka; 繁之田中; Yoshihiro Kashiba; 良裕加柴; Kunihiko Kaga; 邦彦加賀; Hiroshi Chiba; 博千葉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 1999-12-09
Publication date: 2001-06-22
Anticipated expiration: 2019-12-09
Also published as: JP3882432B2

Abstract

(57)【要約】【課題】被冷却体の発熱を効率よく逃がすことのでき
るヒートシンクを得る。【解決手段】本発明はヒートシンクの性能向上に係わ
るものであり、ヒートシンクベース１の内部もしくは表
面に固着され、かつ上記ヒートシンクベース１およびフ
ィン４より熱伝導性の良好な材料で構成されたヒートシ
ンクベース付加部材８を備え、これにより、被冷却体７
で発生する熱に対する実質的な冷却性能が向上し、同一
ヒートシンク体積での冷却性能が著しく向上する。

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に関す
るものであり、特に被冷却体の発熱を効率よく逃がすこ
とのできるヒートシンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の制御装置に用いられるヒートシン
クについて図１１に示す。図１１は、特開昭６２−４９
７００号公報に記載の従来のヒートシンクであり、ヒー
トシンクベース２１と、前記ヒートシンクベース２１に
直接固定した駆動モーター２２と、前記駆動モーター２
２により回転する軸流ファン２３と、前記ファン側面の
少なくとも一部と直接対向し、しかも前記ファン２３を
囲むように設けられた一様な肉厚を有するフィン２４を
有する。本従来例は、ファン２３に駆動された気流が、
隣接し合うフィン２４により形成される風路を通過する
間にフィン２４との間で熱交換を行い、ヒートシンクベ
ース２１が冷却される。

【０００３】さらに、本発明者らによる特開平１１−３
１７７０号公報においては、複数の湾曲した放熱フィン
を配設すると共に、フィンの内側の端面で囲まれる送風
口に対向した送風ファンを有する、高効率の冷却装置が
提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示す従来例に
よれば、ファン２３により駆動された気流は、ファン直
下のヒートシンクベース２１に衝突した後、ヒートシン
クベース面に沿った方向に偏向させられ、ヒートシンク
ベース端部に向かって流れ去るので、ファン２３の中心
部分に配置されたモータ直下の部分では基本的には気流
の流れが発生せず、この部分での冷却性能が確保しにく
いという問題があった。

【０００５】また、ヒートシンクの放熱能力と、それに
より冷却されるパワーモジュールの発熱の関係上、パワ
ーモジュールのサイズに対してヒートシンクが大きい場
合があり、この場合はヒートシンクベースの熱伝導を利
用して熱輸送する必要があり、やはり冷却性能が確保で
きないという問題があった。

【０００６】この問題の解決策として、モーター直下の
ヒートシンクベースの板厚を厚くすることによって熱抵
抗を減少させる手段が提案されているが、安価なヒート
シンクの製造方法であるダイカスト法によって、このよ
うなヒートシンクを製造すると、板厚の厚い場所の内部
に、アルミが凝固する際に引け巣（空洞）を発生すると
いう問題が発生した。空洞があると当然のことながら熱
が伝わらなくなり、さらに不都合なことに、この空洞は
外観検査では検出できないため、製品の性能を安定する
ことが困難となる。

【０００７】また、ダイカスト法においては、高熱伝導
性のアルミを素材として複雑な形状製品を製造すること
は、アルミの流動特性が良好ではないため困難であり、
ヒートシンクベース及びフィンを全て高熱伝導性のアル
ミを用いて製造することは容易ではない。特に薄いフィ
ンを製造することは容易ではなかった。

【０００８】また、複数の湾曲したフィンが立設したヒ
ートシンクや、複数のフィンが複数群あるヒートシンク
においては、ヒートシンクをダイカスト法で製造する場
合に、金型から離型することが容易でないと言う問題も
あった。

【０００９】さらに、ヒートシンクベース１４の一方の
面側に一般的には、ねじで直接もしくは熱伝導性グリー
スを介して固着するパワーモジュールは熱を効率的にヒ
ートシンクへ逃がす必要があるため、この固着面の平面
度やグリースを均一に薄く塗る工法が生産上重要な管理
項目であり、これらの管理が不十分であると、パワーモ
ジュールからの放熱が十分とれずにパワーモジュールを
破壊させる原因となっていた。

【００１０】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、パワーモジュール等の被冷却体の発熱
を効率よく逃がすことのできるヒートシンクを得ること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係るヒートシ
ンクは、被冷却体と裏面において近接するヒートシンク
ベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設された
フィンと、上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、
上記ヒートシンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良
好な材料で形成されたヒートシンクベース付加部材とを
備えたものである。

【００１２】又、ヒートシンクベース付加部材は、ヒー
トシンクベースの内部の被冷却体が近接する領域からフ
ィンが立設された領域まで延在するものである。

【００１３】又、複数のフィンが所定の間隔でヒートシ
ンクベースの表面に立設され、ヒートシンクベース付加
部材は、上記ヒートシンクベースの内部の被冷却体が近
接する領域から上記複数のフィンが立設された領域のそ
れぞれまで延在するものである。

【００１４】又、ヒートシンクベース付加部材は、ヒー
トシンクベースの表面又は裏面に露出しているものであ
る。

【００１５】又、ヒートシンクベース付加部材は、凹凸
を有するものである。

【００１６】又、ヒートシンクベース付加部材は、複数
の貫通穴を有するものである。

【００１７】又、ヒートシンクベース付加部材は、ヒー
トシンクベースに覆われているものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１におけるヒートシンク、及びそれにより冷却
されるパワーモジュールについて説明するための断面模
式図である。図において１はヒートシンクベース、２は
モータ、３はファン、４はフィン、８はヒートシンクベ
ース１の内部に配置されたヒートシンクベース付加部材
であり、６はこれらの要素からなるヒートシンクであ
る。又、７はヒートシンクベース１の一方の面（以下、
裏面と呼ぶ。）に隣接し、ヒートシンクにより冷却され
る被冷却体であるパワーモジュールである。

【００１９】この実施の形態におけるヒートシンク６
は、例えばアルミニウム合金製のヒートシンクベース
１、上記ヒートシンク表面側（上記裏面と反対側）に立
設されたフィン４、このフィン４より熱伝導性の良好な
（例えば、純アルミ製）材料で構成され、ヒートシンク
ベース１の内部に設置されたヒートシンクベース付加部
材８、及び、モータ２により駆動され気流をフィン４に
向けて送り込むファン３とを備えたものである。

【００２０】そして、上記ヒートシンクベース１に対
し、裏面側にはパワーモジュール７が直接もしくは熱伝
導性グリース（図示せず）を介して固着されている。
尚、この実施の形態においては、フィン４としては、複
数が互いに平行に配設され、ヒートシンクベース１から
立設した形状のものを用いることができる。

【００２１】ここで、ヒートシンクベース付加部材８
は、フィン４が立設された領域から上記パワーモジュー
ル７が近接する領域まで、ヒートシンクベース１の内部
において延在している。

【００２２】次に動作について説明する。ファン３から
吹き出された気流は、ファン３に隣接されたフィン４に
向かって流れ、ヒートシンクベース付加部材８が内部に
配設されたヒートシンクベース１からフィン４に伝わっ
たパワーモジュール７から発生した熱量が、フィン間を
通り抜ける気流によって奪われる。

【００２３】パワーモジュール７より発生した熱量のフ
ィン４への伝熱特性は、ヒートシンクベース１の板厚を
大きくとることにより向上させることができるが、フィ
ン４及びヒートシンクベース１をダイカスト法により製
造する場合には、板厚の大きなヒートシンクベース１の
内部が最終凝固域となり、形状不良及び伝熱特性の劣化
の原因となる大きな引け巣が発生しやすいという問題が
ある。しかし、引け巣が発生しやすいヒートシンクベー
ス１にヒートシンクベース付加部材８を鋳ぐるみ中子と
して、例えばダイカスト法で予め別工程にて製造し、鋳
込むことにより、最終凝固域をヒートシンクベース付加
部材８以外の位置にずらすことができる。

【００２４】この効果を図２で示すと、従来では図２
（ａ）に示すように、引け巣１０がヒートシンクベース
１の略中央部に形成され、伝熱特性を劣化させていた
が、本実施の形態においては図２（ｂ）に示すように、
パワーモジュール７の熱を逃す上で問題とならない位置
に引け巣１０の発生位置をもってくることによって、ヒ
ートシンク６の放熱特性の大幅な向上が達成できる。

【００２５】また、形状が単純なヒートシンクベース付
加部材８を高熱伝導、例えば純アルミ系の材料とし、一
方、ヒートシンクベース１及びフィン４の部材を、一般
的に用いられるダイカスト用のアルミ合金（例えば、Ａ
ＤＣ１２等）の溶湯の流動性が良好な材料にすることに
よって、伝熱特性を向上させることができ、かつフィン
先端部への充填が容易であり、その結果ヒートシンクベ
ース１の板厚を減少させてヒートシンク自体の軽量化を
図りつつ、伝熱特性が安定し、さらには量産性が向上す
るというメリットもある。

【００２６】尚、本実施の形態におけるヒートシンク６
は、モータ２及びファン３を備えた構造であったが、こ
れらを備えない自冷式の構造であっても、同様の効果を
示す。

【００２７】実施の形態２．図３は本発明の実施の形態
２におけるヒートシンク、及びそれにより冷却されるパ
ワーモジュールについて説明するための断面模式図であ
る。なお、図３（ａ）は上記ヒートシンクの断面模式図
であり、図３（ｂ）は、説明の便宜のため、ファン３、
およびモータ２を取り外した状態の上記ヒートシンク６
をパワーモジュール７が取り付けられている側と反対側
（即ち、表面側）からみた平面模式図である。

【００２８】この実施の形態では、ヒートシンク表面側
に立設されたフィン４より熱伝導性の良好な材料で構成
されたヒートシンクベース付加部材８を内部に備えたヒ
ートシンクベース１に、フィン４および複数のフィン４
に囲まれたファン３直下の空間９からなる冷却部５が配
置されており、冷却部５にファン３とモータ２が対向し
て設けられており、ヒートシンクベース１に対して冷却
部５の反対側にはパワーモジュール７が直接もしくは熱
伝導性グリース（図示せず）を介して固着されている。

【００２９】ここで、フィン４は湾曲してヒートシンク
ベース１に立設するとともに冷却部５の中心部にはフィ
ン４の内面の端部に囲まれた空間９が配置される。ま
た、ヒートシンクベース付加部材８は、フィン４が立設
された領域から上記パワーモジュール７が近接する領域
まで延在している。

【００３０】次に動作について説明する。ファン３から
吹き出された気流は、ファン直下のヒートシンクベース
１に衝突して方向を変え、フィン間内周部より流入し、
外周に向かって流れる。このとき空気はモータ２の回転
方向に方向性をもって流れるため、これが抵抗なく導け
るように、フィン４の内面の端部は図３（ｂ）に示すよ
うに偏向している。さらに、ファン３から吹き出された
気流は、フィン４の出口においては基本的に湾曲したフ
ィン４に沿って外に向かって流れる。

【００３１】次に、冷却部５の放熱特性について述べ
る。上述したように、まず気流はファン直下のヒートシ
ンクベース１に衝突するため、ここでヒートシンクベー
ス１から１００Ｗ／ｍ²Ｋ近い熱を奪う。ヒートシンク
ベース１に衝突した後、気流はフィン側に向かいフィン
の内部の端部に衝突し、ここでも１００Ｗ／ｍ²Ｋ程度
の熱を奪うことができる。さらに、気流はフィン４に沿
って流れ、フィン側面およびヒートシンクベース１から
数十Ｗ／ｍ²Ｋ程度の熱を奪うことができる。なお、モ
ーター直下は気流が流れないため、放熱特性は他の部分
に比べると極端に悪くなるが、高熱伝導性の材料で構成
されたヒートシンクベース付加部材８が介在することに
より、パワーモジュール７で発生した熱量は、ヒートシ
ンクベース１の表面へと効率よく伝熱される。

【００３２】図４は、ヒートシンクベース付加部材８が
介在する場合と介在しない場合の、冷却性能の違いを示
す図であり、この図に示されるように、ヒートシンクベ
ース付加部材８が介在することで、パワーモジュール７
を使用可能温度に冷却することが可能となる。

【００３３】実施の形態３．図５は実施の形態３による
ヒートシンク、及びそれにより冷却されるパワーモジュ
ールについて説明するための断面模式図である。

【００３４】この実施の形態では、湾曲したフィン４
ａ、４ｂおよび空間９ａ、９ｂからなる冷却部５ａ、５
ｂがヒートシンクベース１の表面側に配置されており、
冷却部５ａにのみファン３とモータ２が対向して設けら
れており、ヒートシンクベース付加部材８は、フィン４
ａ、４ｂが立設された領域からパワーモジュール７が近
接する領域まで延在しており、ヒートシンクベース１と
の密着性を確保するために、表面には小さな凹凸形状
（図示せず）を備えている。なお、冷却部５ａと５ｂは
互いに１０ｍｍ程度の間隙を確保した状態で併設されて
いる。

【００３５】次に動作について説明する。ファン３から
吹き出された気流は、ファン直下のヒートシンクベース
１に衝突して方向を変え、フィン間内周部より流入し、
外周に向かって流れる。このとき空気はモータ２の回転
方向に方向性をもって流れるため、これが抵抗なく導け
るように、フィン４ａの形状は図３（ｂ）に示したよう
に偏向している。さらに、ファン３から吹き出された気
流は、フィン４ａの出口においては基本的に湾曲したフ
ィン４ａに沿って外に向かって流れるが、冷却部５ｂに
隣接する辺においては、冷却部５ａからの空気が冷却部
５ｂに衝突する。

【００３６】パワーモジュール７で発生した熱の一部
は、実施の形態２で示したようにヒートシンクベース１
から冷却部５ａを形成するフィン４ａへと伝熱され、フ
ァン３からの気流によってその熱は奪われる。また、パ
ワーモジュール７で発生した熱の一部は、ヒートシンク
ベース付加部材８を有するヒートシンクベース１を介し
て、効率的に冷却部５ｂへと伝達され、フィン４ｂから
放熱されると共に、冷却部５ａの隣接する部分から流出
した気流がフィン４ｂに衝突することにより、冷却部５
ｂにおける伝熱特性を更に向上させることが可能とな
る。

【００３７】尚、図５に示すような複数の冷却部５ａ、
５ｂを有するヒートシンク６を例えばダイカスト法で製
造した場合においては、従来、金型との離型性が悪いと
いう問題があった。すなわち、ダイカストした製品は金
型内で徐々に冷却されるため、金型より熱膨張係数が大
きいアルミ製のヒートシンク６は金型より収縮量が大き
くなる。その結果、複数の冷却部のフィンは金型に抱き
つくように変形しようとするため、フィンと金型の摩擦
力によって金型から取り出せなくなることがあった。こ
れを防止するには、金型から押し出すタイミングを早く
する必要があるが、この場合はヒートシンクベースの温
度が高い状態であるため、ヒートシンクベースは金型取
りだし後自由収縮するため、大きなひずみが発生してし
まう。

【００３８】これに対して、本実施の形態においては、
複数の冷却部５ａ、５ｂを結んだ領域にヒートシンクベ
ース付加部材８を挿入するので、ダイカスト時にヒート
シンクベース付加部材８はアルミの溶湯によって加熱さ
れ、熱膨張し、一方溶湯は凝固収縮を発生する。したが
って、ヒートシンクベース１の収縮量は上記ヒートシン
クベース付加部材８によって抑制され、ヒートシンクベ
ース１が金型内である程度冷却させた場合でも金型から
容易に離型できるようになり、格段に生産性が向上し
た。一方、複数のヒートシンクベース付加部材８を各冷
却部５ａ、５ｂに対してそれぞれ挿入した場合には、該
冷却部５ａ、５ｂそれぞれにおいては収縮が低減できる
ものの、それらが互いに近づくように収縮するので離型
しにくくなるという問題は残る。

【００３９】なお、図５においてヒートシンクベース付
加部材８は、ヒートシンクベース裏面側に露出しない構
造を示している。ヒートシンクベース付加部材８を鋳ぐ
るみ中子としたダイカストによる製造の際には、パワー
モジュール７を固着するヒートシンクベース１の裏面側
はダイカストにより成形されるため、面性状、平面度が
確保される。言い換えると、ヒートシンクベース付加部
材８を最終製品形状の精度を左右しない様に、概略ヒー
トシンクベース内部に配置することによって、ヒートシ
ンクベース付加部材８は低い寸法精度で安価で製造でき
るというメリットがある。

【００４０】尚、上記においては、ヒートシンクベース
付加部材８の全てをヒートシンクベース１の内部に配置
させていたが、パワーモジュール７が固着される部分以
外の部分において、ヒートシンクベース付加部材８を露
出させてもかまわない。

【００４１】また、実施の形態３においては、パワーモ
ジュール７がヒートシンクベース１に対して比較的小さ
い場合により効果を発し、パワーモジュール７の取り付
け位置を、ヒートシンクベース１の端部から中央部まで
自由に選定できるという効果もある。

【００４２】なお、実施の形態３においては、冷却部５
ｂに対してはファンを設置させていないが、冷却部５ａ
同様、冷却部５ｂに対向するようにファンを設置させる
と、さらに放熱特性が向上することは言うまでもない。

【００４３】また、実施の形態３においては、２個以上
の冷却部を備えていてもかまわないし、それら２個以上
の冷却部の立設された領域からパワーモジュールの近接
する領域まで延在するヒートシンクベース付加部材を設
置しても良く、この場合においても同様の効果を有す
る。

【００４４】また、実施の形態３においては、冷却部５
ｂに空間９ｂを設けているが、冷却部５ｂにはフィン４
ｂが存在していれば良く、このフィン４ｂに囲まれる空
間９ｂを設けていなくてもかまわない。

【００４５】実施の形態４．図６は実施の形態４による
ヒートシンク、及びそれに隣接するパワーモジュールに
ついて説明するための断面模式図である。なお、本実施
の形態においては、ヒートシンクベース付加部材の形状
及びファンの個数を除いたその他の点については、実施
の形態３と同様である。

【００４６】この実施の形態では、湾曲したフィン４
ａ、４ｂおよび空間９ａ、９ｂからなる冷却部５ａ、５
ｂが、ヒートシンクベース１の表面側に配置されてお
り、冷却部５ａ、５ｂにそれぞれファン３ａ、３ｂとモ
ータ２ａ、２ｂが対向して設けられている。又、ヒート
シンクベース付加部材８は、フィン４ａ、４ｂが立設さ
れた領域からパワーモジュールが近接する領域まで延在
しており、冷却部５ａ、５ｂが設置されているヒートシ
ンクベース表面側と、冷却部５ａと５ｂの間隙部分のヒ
ートシンク裏面側とにそれぞれ露出している。なお、冷
却部５ａと５ｂは互いに１０ｍｍ程度の間隙で併設され
ている。

【００４７】パワーモジュール７で発生した熱の一部
は、実施の形態２で示したようにヒートシンクベース１
から冷却部５ａを形成するフィン４ａへと伝熱され、フ
ァン３ａからの気流によってその熱は奪われる。また、
パワーモジュール７から発生した熱の一部は、ヒートシ
ンクベース１及びヒートシンクベース付加部材８を介し
て、冷却部５ｂへと伝達され、ファン３ｂからの気流に
よってフィン４ｂから放熱される。

【００４８】ここで、ヒートシンクベース付加部材８を
鋳ぐるみ中子としてダイカストによる製造を行う際に
は、ヒートシンクベース付加部材８の形状を、冷却部５
ａ、５ｂが設置されているヒートシンクベース表面側と
冷却部５ａと５ｂの間隙部分のヒートシンク裏面側とに
それぞれ露出した形状とすることにより、ヒートシンク
の製造時における、金型の型締め時のヒートシンク付加
部材の位置決めが着実となり、生産性が高まり、製品品
質が安定する。

【００４９】また、実施の形態２及び３で示したように
モーター直下は気流が流れないため放熱特性は他の部分
と比べると極端に悪くなるが、ヒートシンクベース付加
部材８に高熱伝導性の材料を用いることによって、パワ
ーモジュール７で発生した熱量が効率よくフィン４ａへ
と伝達される。すなわち、実施の形態５においては、ヒ
ートシンク付加部材８のファン直下の部分をヒートシン
クベース表面側に露出させ、かつ、その部分の厚みを大
きくすることで更に伝熱効率を向上させたものとなって
いる。

【００５０】また、実施の形態３で示したように、ヒー
トシンクベース付加部材８に高熱伝導性の材料を用いる
ことによって、パワーモジュール７で発生した熱量の一
部が冷却部５ｂへと効率よく伝達されるが、実施の形態
４においては、ヒートシンク部材８の冷却部５ａ及び５
ｂの間隙部分をヒートシンクベース裏面側に露出させ、
上記間隙部分のヒートシンクベース付加部材８の板厚を
大きくすることで更に伝熱効率を向上させることが可能
である。

【００５１】実施の形態５．図７、８は実施の形態５に
よるヒートシンク、及びそれに隣接するパワーモジュー
ルについて説明するための断面模式図である。図７にお
いては、ヒートシンクベース付加部材８のパワーモジュ
ール７に対向する側に角柱状の突起８ａを設けており、
ヒートシンクベース裏面側に露出している。

【００５２】又、ヒートシンクベース付加部材８には、
突起８ａとは別に、凹凸８ｂを設けており、これによ
り、ヒートシンクベース１との密着性を向上させ、熱伝
導性を向上させている。これは、実施の形態３において
小さな凹凸を設けたことと同様である。

【００５３】パワーモジュール７から発生した熱は、ヒ
ートシンクベース１とヒートシンクベース付加部材８へ
と伝熱され、さらに実施の形態１乃至４で示したよう
に、冷却部５を構成するフィン４へと伝熱される。

【００５４】本実施例においては、ヒートシンクベース
付加部材８の端部の角柱状突起８ａをヒートシンクベー
ス裏面側に露出させることにより、ヒートシンクベース
付加部材８を鋳ぐるみ中子としたダイカストによる製造
を行う際の金型内における中子の位置決めの役割を持た
せることによってヒートシンクベース１の熱伝導特性を
安定化させると共に、パワーモジュール７が固着される
領域が中子と直接接触しないため、中子の形状精度が悪
くとも最終製品の上記領域の平面度を高く保つことがで
き、その結果、実施の形態３と同様製品を安価に製造で
きる。

【００５５】さらにまた、中子厚さを例えば６ｍｍ、ヒ
ートシンクベース厚を１０ｍｍ、突起８ａの高さを２ｍ
ｍとすると、中子はヒートシンクベース１の厚さ方向の
中心に配置されることとなり、製品のそりを抑制するこ
とができる。すなわち、金型内に中子をセットしてダイ
カストすると、アルミの溶湯は、予熱していたとしても
２００℃程度の中子に接して冷却される。この時、ヒー
トシンクベース内に温度分布が発生すると、室温までの
冷却に伴う収縮量が異なってしまい、例えばヒートシン
クベース裏面側にヒートシンク付加部材８が露出してい
ると、裏面側が凸状に反ってしまう。そのような形状で
はパワーモジュール７をヒートシンクに密着して固定す
ることができないため、パワーモジュール７の熱を安定
して逃すことができなくなる。本実施の形態において
は、そのような反りを無くすことができ、上記問題点を
解決することが可能となる。

【００５６】また、逆に、図８（ａ）に示すようにヒー
トシンクベース１の裏面側のパワーモジュール７が固着
される部分の形状を、ダイカスト製造時における湯流れ
方向に沿って角柱が連設するような形状とすることによ
っても、図７と類似の効果が得られる。この場合は、金
型に突起を設けることによってヒートシンクベース付加
部材８を金型内に固定するため、ヒートシンクベース付
加部材８に突起を設ける必要がなくなり、ヒートシンク
ベース付加部材８の形状の簡素化、形状精度の低下が許
容されるため、さらに製品を安価に製造することができ
る。

【００５７】加えて、図８（ａ）に示す構造において
は、ヒートシンクベース裏面側のパワーモジュール７が
固着される部分に細い溝状の凹部１ａが形成されるた
め、パワーモジュール７を熱伝導グリース（図示せず）
等によって固着する際には、ヒートシンクベース裏面側
の凹部分１ａはグリースの逃げ溝としての作用が生じ、
グリース塗布厚みを薄く均一にすることができ、パワー
モジュール７の密着性が高まり、伝熱特性が向上される
というメリットもある。

【００５８】なお、パワーモジュール７の密着性と伝熱
性の向上ならびに取り付け性の向上に対する小さな凹凸
形状は、図８（ｂ）に示すようにヒートシンクベースベ
ース付加部材８に直接設けられても類似の効果が得られ
ることは言うまでもないが、この場合には、ヒートシン
クベース付加部材８に高い形状精度が要求されるととも
に、鋳ぐるみ時のひずみの発生、即ちヒートシンクベー
ス１の反りを抑制する必要がある。

【００５９】また、本実施の形態においては、ヒートシ
ンクベース付加部材８に角柱の突起８ａを設けたが、円
柱状の突起においても類似の効果を有する。ただし、溶
湯の流れの方向において分割された形状の場合は、巣の
発生が起きやすくなるという問題を有する。

【００６０】実施の形態６．図９は実施の形態６による
ヒートシンク、及びそれに隣接するパワーモジュールに
ついて説明するための断面模式図である。

【００６１】本実施の形態を製造するには、まず例えば
鋳造法で製造した高熱伝導性のアルミから成るヒートシ
ンクベース付加部材８を、ダイカスト装置の２００℃程
度に加熱された金型の中にセットし、溶融したアルミを
金型内に高圧で射出し、凝固させる。その結果、ヒート
シンクベース付加部材８がヒートシンクベース１に固着
される。しかし、その固着状態を評価してみると、ほと
んど強度を有しない場合がある。

【００６２】すなわち、ヒートシンク付加部材８はその
表面にアルミ酸化物が形成されており、溶融アルミを射
出させた場合にヒートシンク付加部材８の表面に飛散し
てきた溶融アルミは、ヒートシンクベース付加部材８に
より急激に熱を奪われ凝固する。アルミ酸化物は周知の
通りアルミより融点が高いため、溶融アルミの運動エネ
ルギによって、酸化皮膜を破壊できた時のみ下地のアル
ミの清浄な面が出てアルミ同士が強固に固着できる。固
着力が不十分な場合は冷却時の収縮力が固着力を上回っ
てしまい、ヒートシンクベース付加部材とヒートシンク
ベースの界面が剥離してしまう。

【００６３】パワーモジュール７はヒートシンクベース
裏面に固着し、冷却のためのフィン４はその反対側に立
設させているため、熱のかなりの部分は裏面側のヒート
シンクベース１からヒートシンクベース付加部材８を通
ってフィン４が立設する側のヒートシンクベース１に拡
がりながら抜ける必要がある。このとき、界面に空間が
あると熱が遮断されてしまい、所望の熱特性が得られな
くなる。とくに界面の状態は外観からの判定が難しく、
品質上大きな問題であった。界面を強固に固着するには
ヒートシンクベース付加部材８の表面に亜鉛等のメッキ
をすることが効果的であるが、メッキのためのコストが
必要となるため、安価な方法が望まれていた。

【００６４】本実施の形態においては、ヒートシンクベ
ース付加部材８に裏面から表面側へ貫通穴（穴の側壁を
８ｃとして示す。）を形成しているため、フィン４が立
設している表面側のヒートシンクベース１と裏面側のヒ
ートシンクベース１がこの貫通穴を通じて一体化されて
おり、ヒートシンクベース１とヒートシンクベース付加
部材８が密着でき、しかも、熱の流れが妨げられない。
とくに貫通穴（８ｃ）には溶融アルミが詰まるため、こ
の部分の冷却時における初期温度と冷却後の温度の差
は、ヒートシンクベース付加部材８における温度差の約
２倍以上となり、その結果、収縮量が大きく常にヒート
シンクベース１とヒートシンクベース付加部材８の界面
に圧縮応力が働く構造となる。なお、穴の数はヒートシ
ンクベース１の面積に応じて適宜形成すればよい。ま
た、穴の大きさはヒートシンクベース付加部材８の板厚
の２倍程度までが裏面側の平面度を確保するためには好
ましい。尚、これ以上の大きさになると、収縮力でひず
みが発生する。

【００６５】実施の形態７．図１０は実施の形態７によ
るヒートシンク、及びそれに隣接するパワーモジュール
について説明するための断面模式図である。

【００６６】本実施の形態においては、ヒートシンクベ
ース付加部材８に凹部８ｄを形成し、かつ、ヒートシン
クベース１とヒートシンクベース付加部材８にねじ穴１
１を加工したものであるが、凹部８ｄを形成することに
よってヒートシンクベース１とヒートシンクベース付加
部材８の密着性を向上させるとともに、ねじ穴１１を用
いてねじ止めすることで、パワーモジュール７とヒート
シンクベース１に挟まれたヒートシンクベース付加部材
８を、パワーモジュール７とヒートシンクベース１に機
械的に勘合させることができるという効果がある。

【００６７】その結果、ダイカスト後の冷却時の温度差
に起因するせん断応力でヒートシンクベース付加部材８
とヒートシンクベース１が剥離するのを防ぐ。

【００６８】また、ヒートシンクベース１とヒートシン
クベース付加部材８が一体化できるため、繰り返し使用
した場合でも、温度サイクルでヒートシンクベース付加
部材８が剥離してしまうことがなく、信頼性が確保でき
る。

【００６９】尚、上記実施の形態１乃至７においてはフ
ィンをそれぞれ複数備えていたが、渦巻き形状等にする
とで、複数とせずに単一のものとしても良いことは言う
までもない。

【００７０】

【発明の効果】この発明に係るヒートシンクは、被冷却
体と裏面において近接するヒートシンクベースと、上記
ヒートシンクベースの表面に立設されたフィンと、上記
ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒートシン
クベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で形成
されたヒートシンクベース付加部材とを備えたので、被
冷却体の発熱を効率よく逃がすことができる。

【００７１】又、ヒートシンクベース付加部材は、ヒー
トシンクベースの内部の被冷却体が近接する領域からフ
ィンが立設された領域まで延在するので、被冷却体の発
熱をより効率よく逃がすことができる。

【００７２】又、複数のフィンが所定の間隔でヒートシ
ンクベースの表面に立設され、ヒートシンクベース付加
部材は、上記ヒートシンクベースの内部の被冷却体が近
接する領域から上記複数のフィンが立設された領域のそ
れぞれまで延在するので、被冷却体の発熱をより効率よ
く逃がすことができる。

【００７３】又、ヒートシンクベース付加部材は、ヒー
トシンクベースの表面又は裏面に露出しているので、製
造時における位置決めが容易となり、生産性が高まるか
ら、製品品質が安定する。

【００７４】又、ヒートシンクベース付加部材は、凹凸
を有するので、ヒートシンクベースとの密着性が高ま
り、熱伝導性を向上することができる。

【００７５】又、ヒートシンクベース付加部材は、複数
の貫通穴を有するので、ヒートシンクベースとの密着性
が高まり、熱伝導性を向上することができる。

【００７６】又、ヒートシンクベース付加部材は、ヒー
トシンクベースに覆われているので、寸法精度が低くて
も良く、そのため、安価に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１を表す模式図である。

【図２】実施の形態１の効果を表す模式図である。

【図３】実施の形態２を表す模式図である。

【図４】実施の形態２の効果を表す模式図である。

【図５】実施の形態３を表す模式図である。

【図６】実施の形態４を表す模式図である。

【図７】実施の形態５を表す模式図である。

【図８】実施の形態５の他の例を表す模式図である。

【図９】実施の形態６を表す模式図である。

【図１０】実施の形態７を表す模式図である。

【図１１】従来例を表す模式図である。

【符号の説明】

１ヒートシンクベース、１ａ凹部、２、２ａ、
２ｂモータ、３、３ａ、３ｂファン、４、４ａ、
４ｂフィン、５、５ａ、５ｂ冷却部、６ヒート
シンク、７パワーモジュール、８ヒートシンクベ
ース付加部材、８ａ突起、８ｂ凹凸、８ｃ貫
通穴の側壁、８ｄ凹部、９、９ａ、９ｂ空間、
１０引け巣、１１ねじ穴。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加賀邦彦東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者千葉博東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 5E322 AA01 BA04 BA05 BB03 5F036 AA01 BA04 BA24 BB01 BB05 BB35 BC03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被冷却体と裏面において近接するヒート
シンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設されたフィンと、上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒート
シンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で
形成されたヒートシンクベース付加部材とを備えたヒー
トシンク。
【請求項２】ヒートシンクベース付加部材は、ヒート
シンクベースの内部の被冷却体が近接する領域からフィ
ンが立設された領域まで延在することを特徴とする請求
項１記載のヒートシンク。
【請求項３】複数のフィンが所定の間隔でヒートシン
クベースの表面に立設され、ヒートシンクベース付加部材は、上記ヒートシンクベー
スの内部の被冷却体が近接する領域から上記複数のフィ
ンが立設された領域のそれぞれまで延在することを特徴
とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項４】ヒートシンクベース付加部材は、ヒート
シンクベースの表面又は裏面に露出していることを特徴
とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項５】ヒートシンクベース付加部材は、凹凸を
有することを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項６】ヒートシンクベース付加部材は、複数の
貫通穴を有することを特徴とする請求項１記載のヒート
シンク。
【請求項７】ヒートシンクベース付加部材は、ヒート
シンクベースに覆わ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。