JP2002343910A - ヒートシンク並びにその製造方法 - Google Patents

ヒートシンク並びにその製造方法

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heat
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哲児 片岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 放熱効率を向上することのできる新規なヒー
トシンク並びにその製造方法の開発を技術課題とした。 【解決手段】 電子部品3等の被冷却部材に対して直接
接するベース部10と、このベース部10から突出する
放熱突起12とを具えて成る放熱部材において、ベース
部10には、被冷却部材と接触しない表面側に標準放熱
突起12aを具えるものであり、更に裏面側に増設放熱
突起12bを具えることを特徴として成り、電子部品3
等で発生した熱をいったんベース部10全域に分散させ
て、ここから表面側に具えた標準放熱突起12aに伝導
するとともに、裏面側に具えた増設放熱突起12bにも
伝導するため、これら標準放熱突起12a及び増設放熱
突起12bから空気への放熱がなされ、ヒートシンク1
の放熱効率の向上が図られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は大規模集積回路等の
放熱を促すヒートシンクに関するものであって、特にベ
ース部の被冷却部材と接触する側の面に放熱突起を増設
することにより冷却効率の向上を図ったヒートシンク並
びにその製造方法に係るものである。
【0002】
【発明の背景】本出願人は、大規模集積回路等の放熱を
促すヒートシンクの研究開発を行っており、すでに多く
の特許出願に関与している。これらはいずれも例えばア
ルミニウム素材を塑性加工し、ベース部から放熱突起を
多数立ち上がるように形成したものであるが、この放熱
突起の高さ等、直接冷却性能にかかわる形状設定等は従
来の斯界の常識を超えた仕様を得ている。
【0003】このようなヒートシンクは主としてパソコ
ンのCPU等の放熱部材として用いられるものである
が、市場においてはより一層の処理速度の向上が求めら
れる傾向にあり、クロック周波数の上昇及びゲート数の
増加に伴うCPU等の発熱量の増大は避けられない状況
にある。
【0004】そこで更なる放熱効率の向上を図るべく種
々の工夫、開発がなされており、この場合、放熱突起に
よる放熱効率をより向上させるという着眼はもとより基
本的なテーマとなるが、前記パソコン等は、熱源となる
素子を具えたいくつかのユニットが筐体内に組み込まれ
ることから、筐体内ではユニットの配設状況に応じて冷
却風の流れが生起されているため、場合によってはこれ
ら冷却風の流れを更に有効利用する余地が残されてい
た。
【0005】
【解決を試みた技術課題】本発明はこのような背景を認
識してなされたものであって、ベース部における被冷却
部材と接触しない表面側に標準放熱突起を具えるととも
に、裏面側に増設放熱突起を具えることにより放熱効率
を向上することのできる新規なヒートシンク並びにその
製造方法を開発することを技術課題としたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち請求項1記載の
ヒートシンクは、金属素材を塑性変形させることにより
形成されるとともに、作動時に放熱を必要とする電子部
品等の被冷却部材に対して直接接するベース部と、この
ベース部から突出する放熱突起とを具えて成る放熱部材
において、前記ベース部には、被冷却部材と接触しない
表面側に標準放熱突起を具えるものであり、更に裏面側
に増設放熱突起を具えることを特徴として成るものであ
る。この発明によれば、電子部品等で発生した熱をいっ
たんベース部全域に分散させて、ここから表面側に具え
た標準放熱突起に伝導するとともに、裏面側に具えた増
設放熱突起にも伝導するため、これら標準放熱突起及び
増設放熱突起から空気への放熱がなされるため、ヒート
シンクの放熱効率の向上が図られる。
【0007】また請求項2記載のヒートシンクは、前記
要件に加え、前記ベース部における被冷却部材との接触
部は、ノッククランプ部を利用して構成したものであ
り、この接触部の周囲に前記増設放熱突起が形成される
ことを特徴として成るものである。この発明によれば、
ヒートシンクを製造する上で不可欠且つ放熱突起を形成
することができないノッククランプ部を接触部とするこ
とにより、被冷却部材との接触部以外の部分全域に増設
放熱突起を形成することが可能となるため、より一層の
ヒートシンクの放熱効率の向上が図られる。
【0008】更にまた請求項3記載のヒートシンクは、
前記要件に加え、前記増設放熱突起は、標準放熱突起よ
りも先に塑性変形したものであることを特徴として成る
ものである。この発明によれば、出発素材は、まず増設
側において塑性変形された後、引き続いて標準側におい
て塑性変形されるため、素材の流れが均質になされる。
このため、ヒートシンクを構成する金属分子が規則正し
く配列され、熱伝導が効率的に行われる。
【0009】更にまた請求項4記載のヒートシンクは、
前記要件に加え、前記ベース部は、その側面から冷却促
進用の穴空け加工を施したものであることを特徴として
成るものである。この発明によれば、ヒートシンクを冷
媒による冷却が可能なものとして構成し、冷却能力をよ
り一層高めたものとすることができる。
【0010】また請求項5記載のヒートシンクの製造方
法は、ワークを所定金型内において加圧鍛造し、ベース
部と、このベース部から突出する放熱突起とを形成して
ヒートシンクを鍛造する方法において、前記金型におけ
る上型及び下型の双方に成形孔を形成して、これら型に
よって金属素材を塑性変形させることにより、ベース部
の表面側に標準放熱突起を形成するとともに、裏面側に
増設放熱突起を形成することを特徴として成るものであ
る。この発明によれば、電子部品等で発生した熱をいっ
たんベース部全域に分散させて、ここから表面側に具え
た標準放熱突起に伝導するとともに、裏面側に具えた増
設放熱突起にも伝導することにより、これら標準放熱突
起及び増設放熱突起から空気への放熱がなされる放熱効
率の良好なヒートシンクを製造することができる。
【0011】更にまた請求項6記載のヒートシンクの製
造方法は、前記請求項5記載の要件に加え、前記ベース
部には被冷却部材との接触部が形成されるものであり、
この接触部は金型による成形時においてノッククランプ
部として機能することを特徴として成るものである。こ
の発明によれば、ヒートシンクを製造する上で不可欠且
つ放熱突起を形成することができないノッククランプ部
を接触部とすることにより、被冷却部材との接触部以外
の部分全域に増設放熱突起を形成することが可能となる
ため、より一層の放熱効率の向上が図られたヒートシン
クを製造することができる。
【0012】更にまた請求項7記載のヒートシンクは、
前記請求項5または6記載の要件に加え、前記増設放熱
突起を形成するための形成孔の断面面積を、標準放熱突
起を形成するための形成孔の断面面積よりも大きく設定
することにより、増設放熱突起が標準放熱突起よりも先
に形成されるようにすることを特徴として成るものであ
る。この発明によれば、出発素材が、まず増設側におい
て塑性変形された後、引き続いて標準側において塑性変
形されることにより、素材の流れが均質になされ、ヒー
トシンクを構成する金属分子が規則正しく配列されたヒ
ートシンクを製造することができる。そしてこれら各請
求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図
られる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明について図示の実施
の形態に基づいて説明する。なおこの説明にあたって
は、まず本発明のヒートシンクについてその構造を説明
した後、その製造工程を説明しながら併せて本発明のヒ
ートシンクの製造方法について説明する。また本明細書
中においては、加工を全く施していない状態の金属製の
材料を出発素材W0 、成形途中のものを中間素材W1
成形が終了し離型したものを製品素材W2 と定義し、こ
れらすべてを金属素材Wとして総称する。また前記製品
素材W2 に対し、適宜必要に応じて全体にアルマイト加
工またはメッキ処理等の表面処理もしくはネジ切り加工
等を施したものが製品状態のヒートシンク1となるもの
である。
【0014】図1はヒートシンク1の使用状態を示すも
のであり、このものは、一例として配線用基板2に実装
された電子部品3に対して、適宜スリーブ5、ビス6等
を用いて組み付けた状態で供されるものである。ヒート
シンク1におけるベース部10の底面には接触部11が
形成されるものであり、この接触部11が前記電子部品
3の上面に密着され、電子部品3で発生する熱をベース
部10に受けるとともに、このベース部10のに多数形
成した放熱突起12からその周辺の雰囲気に熱を放出し
て電子部品3の冷却を図るものである。
【0015】前記図1、2に示すヒートシンク1は出発
素材W0 を塑性変形することにより、一例として平面視
方形状のベース部10の表裏面に多数の放熱突起12が
ほぼ垂直に立ち上がるように成形されたものである。な
おここでベース部10における表裏面について言及して
おくと、前記使用状態において、被冷却部材たる電子部
品3と接触しない側の面を表面と定義し、一方、その反
対側の面を裏面と定義するものである。因みにこのヒー
トシンク1は主成分を熱伝導率の高いアルミニウム、銅
合金等とした金属材料から成るものであって、前記放熱
突起12が形成されるベース部10の面積に対し、放熱
突起12の総表面積は数十倍にも形成されているため放
熱効率が極めて高いものである。
【0016】またこの実施の形態では、前記ベース部1
0における被冷却部材との接触部11は、後述する型部
材7との係止部分となるノッククランプ部17を利用し
て構成されるものであり、この実施の形態ではベース部
10の裏面中央部に方形状に形成した。またベース部1
0に対してはその側面から冷却促進用の穴空け加工を施
すものであり、一例として接触部11の上方部に冷媒通
過穴15を形成した。この冷媒通過穴15には適宜パイ
プを装入するなどして、このパイプ内に冷媒を通過させ
て吸熱を図るものである。
【0017】次に放熱突起12について説明すると、こ
のものは前記ベース部10に対して一体的に形成される
ものであり、表面側に標準放熱突起12aが突出した状
態で形成され、一方、裏面側に増設放熱突起12bが突
出した状態で形成される。また前記増設放熱突起12b
は、接触部11の周囲に形成されるものであり、詳細は
後ほど製造方法の説明において言及するが、前記標準放
熱突起12aよりも先に塑性変形して成るものである。
【0018】なおこの実施の形態では、前記放熱突起1
2の形状は、図3(a)に示すような長方形の四隅にR
を付けた断面形状のものとするが、図3(b)に示すよ
うな長楕円の断面形状のもの、更に図3(c)に示すよ
うな円筒の外周部に対してその長手方向に沿った複数の
フィン12fを形成したもの等種々の形状が採り得る。
また前記放熱突起12の配列については、この実施の形
態では同一形状のものを縦横規則的に配列したが、異な
った形状のものをベース部10の中心から放射状に配列
する等、適宜の形態が採り得るものである。
【0019】そしてこのようにして構成されたヒートシ
ンク1を、配線用基板2上に実装された発熱が著しいI
C等の電子部品3に、前記ベース部10の裏面に形成さ
れた接触部11を密着させた状態で固定するものであ
る。なお電子部品3と接触部11との接触面に対してシ
リコーングリースを塗布したり、あるいは電子部品3と
接触部11との間にシリコーンゴム製のサーマルシート
を介在させることにより、熱伝導率の向上を図るもので
ある。
【0020】前記ヒートシンク1を具えた配線用基板2
はパソコン本体の筐体内に配置されるものであり、電子
部品3で発生した熱はベース部10全域に分散され、こ
こから標準放熱突起12a及び増設放熱突起12bに伝
導し、やがてこれら標準放熱突起12a及び増設放熱突
起12bの表面に接する空気へと放熱される。なお前記
個々の標準放熱突起12a間においては空気の昇温によ
って自然対流が生起するものであり、標準放熱突起12
a間に位置する空気は上方へと逃げ出し、ここに新たな
空気が入り込んで放熱が継続されるものである。一方、
個々の増設放熱突起12b間において昇温された空気
は、パソコン等の筐体に具えたファンFによって筐体内
に生起された風流によって側方へと逃げ出し、ここに新
たな空気が入り込んで放熱が継続されるものである。な
お既存のヒートシンクでは、ベース部の裏面に放熱突起
が形成されていないため、ベース部の裏側において放熱
はほとんどなされていなかった。
【0021】本発明のヒートシンク1は一例として上述
したような構造を有するものであり、以下このものの製
造方法を説明するが、この説明に先立ってヒートシンク
1の製造装置について説明する。この製造装置は図4に
示すように、出発素材W0 を押し出す上型70と、ベー
ス部10及び放熱突起12を成形するための下型75と
を具えて成る型部材7を主要部材とするものである。
【0022】前記下型75には出発素材W0 を内部に受
け入れる受入凹部76を形成するものであり、この受入
凹部76には標準放熱突起12aを形成するための成形
孔77が多数穿孔されている。この成形孔77は出発素
材W0 に最初に当接する側が、標準放熱突起12aの平
面寸法を設定するための絞り部77aとなっており、絞
り部77aの奥方(図4(c)において下方)は絞り部
77aより広い拡開部77bとなっている。なお前記絞
り部77aの形状は、標準放熱突起12aの形状に合わ
せて種々改変されるものである。
【0023】また図4(b)に示すように、下型75の
成形孔77の周縁面にはこれら成形孔77を個別に仕切
る仕切リブ78が形成されている。この仕切リブ78
は、各成形孔77内へ出発素材W0 及び中間素材W1
一部が均等に流れ込むようにするものである。このよう
な仕切リブ78を設けることによって、出発素材W0
び中間素材W1 の抵抗の少ない方へ流れ込むという性質
が規制され、各成形孔77に対して所望の出発素材W0
及び中間素材W1 を供給できるようになるものである。
【0024】次に前記上型70について説明すると、こ
の上型70は前記下型75の受入凹部76に嵌挿される
凸部71によって出発素材W0 の一部を成形孔77内へ
絞り込むものである。そして凸部71には図4(a)に
示すように断面視アリ溝形状の保持凹部71aが形成さ
れるものであり、成形時にはこの保持凹部71a内に出
発素材W0 の一部が充填されることによりノッククラン
プ部17が形成される。この結果、上型70の離反時に
は成形後の製品素材W2 が把持されることとなるため、
下型75からの製品素材W2 の離型を行うためのチャッ
キング装置等を別途必要としない。
【0025】また前記保持凹部71aに把持された製品
素材W2 を上型70から離型するために、シリンダ等に
よって保持凹部71a内に向けて進退自在なノックピン
72が設けられている。
【0026】更に凸部71には増設放熱突起12bを形
成するための塞がり孔状の成形孔73が多数穿孔されて
おり、この成形孔73の断面面積は、前記下型75にお
ける成形孔77(絞り部77a)の断面面積よりも大き
く設定される。なお成形孔73には、形成孔77におけ
る絞り部77aに相当する構造を形成していないが、こ
れは増設放熱突起12bが短寸であるためその表面と形
成孔77内面との間の抵抗が少ないからである。なお前
記成形孔73の形状は、増設放熱突起12bの形状に合
わせて種々改変されるものである。また図4(d)に示
すように、上型70の成形孔73の周縁面にはこれら成
形孔73を個別に仕切る仕切リブ74が形成されてい
る。なおこの実施の形態においては、下型75によって
標準放熱突起12aを形成し、上型70によって増設放
熱突起12bを形成するようにしたが、下型75によっ
て増設放熱突起12bを形成し、上型70によって標準
放熱突起12aを形成するようにしてもよい。本発明の
ヒートシンクの製造方法に供する製造装置は、一例とし
て上述のような構造を有するものであり、以下このもの
を用いたヒートシンクの製造方法について説明する。
【0027】(1)出発素材の形成及び成形準備 まずアルミニウム等の金属材料から平板状あるいはブロ
ック状の金属板を形成し、このものから受入凹部76に
嵌まり込むようなブロック状の出発素材W0 を切り出
す。そしてこの出発素材W0 を下型75の受入凹部76
内に位置させる。
【0028】(2)ノッククランプ部の形成 そして上型70における凸部71を下型75の受入凹部
76内に嵌挿させながら出発素材W0 に押し当ててこの
出発素材W0 を圧縮する。すると出発素材W0 の一部は
まず最初に図5(a)に示すように断面面積の最も大き
な保持凹部71a内に移動してノッククランプ部17を
形成するものであり、このノッククランプ部17と保持
凹部71aとの係合によって、上型70による製品素材
2 のチャッキング状態が得られるようになる。
【0029】(3)増設放熱突起の形成 続いて出発素材W0 は、下型75における成形孔77よ
りも断面面積の大きな成形孔73内にその一部が絞り込
まれるようにして変形し、図5(b)に示すような中間
素材W1 に成形されてゆくものであり、このとき図4
(d)に示すように成形孔73の周縁の仕切リブ74に
より、各成形孔73へほぼ均等な量の金属素材Wが流れ
込む。そして更に出発素材W0 は、絞り部73aの形状
に絞られながら上方に移動して増設放熱突起12bが形
成されてゆく。なお上型70における成形孔73は塞が
り孔状であるため、出発素材W0 が充実した後は増設放
熱突起12bの成長は停止する。
【0030】(4)標準放熱突起の形成 その後更に凸部71を受入凹部76内に嵌挿させながら
押し当てると、図5(c)に示すように中間素材W1
一部が下型75の成形孔77内に絞り込まれるようにし
て変形し、このとき図4(b)に示すように成形孔77
の周縁の仕切リブ78により、各成形孔77へほぼ均等
な量の金属素材Wが流れ込む。そして更に中間素材W1
は、絞り部77aの形状に絞られながら下方に移動して
標準放熱突起12aが形成されてゆく。なお下型75に
おける絞り部77aの奥方は拡開部77bとなってい
て、標準放熱突起12aの先端が形成されていくとき接
触しないため、加工時の抵抗は少ないものとなる。やが
て所望長の標準放熱突起12aが形成された時点で上型
70による押圧を停止する。
【0031】(5)下型からの離型 続いて図6(a)に示すように上型70を上方に持ち上
げると、製品素材W2は保持凹部71aによってチャッ
キングされた状態となっているため、上型70と同時に
持ち上げられ、やがて下型75から離型される。
【0032】(6)上型からの離型 続いて図6(b)に示すように、ノックピン72を下方
へ押し出すことにより保持凹部71aによる製品素材W
2 のチャッキングを解除し、このものを上型70から離
型する。
【0033】(7)仕上げ加工 そして適宜図示しない工程において、必要であれば放熱
突起12の長さを切り揃えたり、製品素材W2 にビスポ
ケット13、冷媒通過穴15等を形成する等した後、更
にアルマイト加工またはメッキ処理等の表面処理を施し
て製品状態のヒートシンク1を得るものである。
【0034】
【他の実施の形態】本発明は上述した実施の形態を基本
となる実施の形態とするものであるが、本発明の技術的
思想に基づいて、更に次のような改変を行うこともでき
る。図8に示すものは、ヒートシンク1における標準放
熱突起12a対して強制空冷手段の一例であるファンユ
ニット8を搭載して構成されたファンヒートシンクユニ
ットUの使用状態を示すものであって、配線用基板2に
搭載された電子部品3に、前記ヒートシンク1における
ベース部10の底面を密着させて使用する。そしてこの
ようにファンユニット8を搭載する場合には、前記ベー
ス部10に対して支柱16を一例として四隅に形成する
ものであり、個々の支柱16の上端部には雌ねじを切っ
てビスポケット13を形成する。
【0035】このような構成を採った場合、図8に示す
ように標準放熱突起12aはファンユニット8による強
制空冷が成される一方、増設放熱突起12bは適宜筐体
に設けられた全体冷却用のファンFによって生起される
風流によって冷却されることとなる。なお既存のヒート
シンクでは、ベース部の裏面に放熱突起が形成されてい
ないため、ベース部の裏側において放熱はほとんどなさ
れていなかった。
【0036】また前記基本と成る実施の形態において
は、製品素材W2 を上型70から離型するにあたって、
保持凹部71aにおいてチャッキングされている接触部
11(ノッククランプ部17)をノックピン72によっ
て押し出すように構成したが、他の手法が取り得るもの
である。まず図7(a)に示すようにノックピン72に
よる押圧個所を、ベース部10の裏面における増設放熱
突起12bが形成されない個所としてもよい。また図7
(b)に示すように接触部11をノッククランプ部17
として供するのではなく、増設放熱突起12bの一つを
ノッククランプ部17として利用することもできる。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、ヒートシンク1におけ
るベース部10に対して、被冷却部材と接触しない表面
側に標準放熱突起12aを具えるとともに、裏面側に増
設放熱突起12bを具えることにより放熱効率を向上す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のヒートシンクの使用状態を一部透視し
て示す斜視図である。
【図2】同上縦断側面図である。
【図3】放熱突起の複数の形態を示す斜視図である。
【図4】ヒートシンクの製造装置を一部拡大して示す縦
断面図である。
【図5】ヒートシンクが形成されてゆく状態を段階的に
示す縦断面図である。
【図6】ヒートシンクの離型の様子を示す縦断面図であ
る。
【図7】製品素材の離型方法を異ならせた実施の形態を
示す縦断側面図である。
【図8】ファンヒートシンクユニットを示す縦断側面図
である。
【符号の説明】
1 ヒートシンク 2 配線用基板 3 電子部品 5 スリーブ 6 ビス 7 型部材 8 ファンユニット 10 ベース部 11 接触部 12 放熱突起 12a 標準放熱突起 12b 増設放熱突起 12f フィン 13 ビスポケット 15 冷媒通過穴 16 支柱 17 ノッククランプ部 70 上型 71 凸部 71a 保持凹部 72 ノックピン 73 成形孔 74 仕切リブ 75 下型 76 受入凹部 77 成形孔 77a 絞り部 77b 拡開部 78 仕切リブ F ファン U ファンヒートシンクユニット W 金属素材 W0 出発素材 W1 中間素材 W2 製品素材

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属素材を塑性変形させることにより形
    成されるとともに、作動時に放熱を必要とする電子部品
    等の被冷却部材に対して直接接するベース部と、このベ
    ース部から突出する放熱突起とを具えて成る放熱部材に
    おいて、前記ベース部には、被冷却部材と接触しない表
    面側に標準放熱突起を具えるものであり、更に裏面側に
    増設放熱突起を具えることを特徴とするヒートシンク。
  2. 【請求項2】 前記ベース部における被冷却部材との接
    触部は、ノッククランプ部を利用して構成したものであ
    り、この接触部の周囲に前記増設放熱突起が形成される
    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】 前記増設放熱突起は、標準放熱突起より
    も先に塑性変形したものであることを特徴とする請求項
    1または2記載のヒートシンク。
  4. 【請求項4】 前記ベース部は、その側面から冷却促進
    用の穴空け加工を施したものであることを特徴とする請
    求項1、2または3記載のヒートシンク。
  5. 【請求項5】 ワークを所定金型内において加圧鍛造
    し、ベース部と、このベース部から突出する放熱突起と
    を形成してヒートシンクを鍛造する方法において、前記
    金型における上型及び下型の双方に成形孔を形成して、
    これら型によって金属素材を塑性変形させることによ
    り、ベース部の表面側に標準放熱突起を形成するととも
    に、裏面側に増設放熱突起を形成することを特徴とする
    ヒートシンクの製造方法。
  6. 【請求項6】 前記ベース部には被冷却部材との接触部
    が形成されるものであり、この接触部は金型による成形
    時においてノッククランプ部として機能することを特徴
    とする請求項5記載のヒートシンクの製造方法。
  7. 【請求項7】 前記増設放熱突起を形成するための形成
    孔の断面面積を、標準放熱突起を形成するための形成孔
    の断面面積よりも大きく設定することにより、増設放熱
    突起が標準放熱突起よりも先に形成されるようにするこ
    とを特徴とする請求項5または6記載のヒートシンクの
    製造方法。
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