JP2004014608A

JP2004014608A - ヒートシンクおよびその製造方法

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Publication number: JP2004014608A
Application number: JP2002162792A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Taga; 多賀　和夫
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2004-01-15
Anticipated expiration: 2022-06-04
Also published as: JP3928099B2

Abstract

【課題】製造が簡単で、しかも製造のさいに材料を無駄なく利用することができるヒートシンクを提供する。
【解決手段】放熱フィン取付面２ａおよび受熱面２ｂを有する放熱ベース２と、放熱ベース２の放熱フィン取付面２ａ上に前後方向に並んで立設されかつ放熱ベース２にろう付された複数の放熱フィン３とを備えたヒートシンク１である。前方突出屈曲部４ａと後方突出屈曲部４ｂとを上下方向に交互に設けてなる波状帯板部４を、左右方向に複数並べて相互に一体に連結することにより放熱フィン３を形成する。放熱フィン３における左右方向に隣接する波状帯板部４の前方突出屈曲部４ａどうしおよび後方突出屈曲部４ｂどうしはそれぞれ上下方向にずれている。前後方向に隣接する２つの放熱フィン３において、前側の放熱フィン３の後方突出屈曲部４ｂと後側の放熱フィン３の前方突出屈曲部４ａとを当接させる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえばサーバや大型コンピュータなどの電子機器に用いられ、電子機器の構成要素である電子部品から発せられる熱を放熱するヒートシンクおよびその製造方法に関する。
【０００２】
この明細書において、図１の矢印Ａで示す方向を前、これと反対側を後といい、同じく矢印Ｂで示す方向を左、これと反対側を右というものとする。また、各図面の上下を上下というものとする。さらに、この明細書において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
【０００３】
【従来の技術】
たとえば複数のパーソナルコンピュータからなるネットワークに用いられるサーバや、大型コンピュータは、多機能化や処理速度の高速化が求められるためにＣＰＵの出力が増大し、ＣＰＵからの発熱量も著しく増大している。そして、これらのＣＰＵの冷却のためには冷却風が通過するさいの圧損を多少犠牲にしても、放熱性能の高いヒートシンクが要求される。
【０００４】
従来、この種のヒートシンクとしては、ピンフィン型と称せられるものが用いられていた。ピンフィン型ヒートシンクの１例が特開平５−２４３４３５号公報に記載されている。このヒートシンクは、放熱基板に貫通穴が形成され、この貫通穴に放熱基板の片面側からピンフィンが通されるとともにピンフィンの先端部が放熱基板の他面側から突出させられ、ピンフィンの基端部に設けられた係止部が放熱基板の上記片面に係合させられ、放熱基板の上記片面に平板が接合されてピンフィンの脱落が防止されているものである。
【０００５】
ピンフィン型ヒートシンクの他の例が特開平６−２８１３７４号公報に記載されている。このヒートシンクは、放熱基板と、放熱基板の上面に接合された熱交換器ユニットとを備えており、熱交換器ユニットが幅方向を上下方向に向けかつ蛇行状に曲げられた帯板からなり、帯板に、その幅方向に伸びる多数の細長い貫通穴を帯板の長さ方向に間隔をおいてあけることにより、隣接する貫通穴どうしの間にピンフィンが形成されているものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−２４３４３５号公報に記載されているヒートシンクでは、放熱基板に貫通穴をあけたり、ピンフィンを貫通穴に通す作業が面倒であるという問題がある。しかも、放熱基板に貫通穴をあけるさいに屑が発生し、材料を無駄なく利用することができないという問題がある。
【０００７】
また、特開平６−２８１３７４号公報に記載されたヒートシンクでは、細長い貫通穴を形成するさいに屑が発生し、材料を無駄なく利用することができないという問題がある。
【０００８】
この発明の目的は、上記問題を解決し、製造が簡単で、しかも製造のさいに材料を無駄なく利用することができるヒートシンクを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によるヒートシンクは、放熱フィン取付面および受熱面を有する放熱ベースと、放熱ベースの放熱フィン取付面上に前後方向に並んで立設されかつ放熱ベースに接合された複数の放熱フィンとを備えており、放熱フィンは、前方突出屈曲部と後方突出屈曲部とが上下方向に交互に設けられてなる波状帯板部が、左右方向に複数並べられて相互に一体に連結されることにより形成され、かつ左右方向に隣接する波状帯板部の前方突出屈曲部どうしおよび後方突出屈曲部どうしがそれぞれ上下方向にずれているものである。
【００１０】
請求項２の発明によるヒートシンクは、請求項１の発明において、前後方向に隣接する２つの放熱フィンにおいて、前側の放熱フィンの後方突出屈曲部と後側の放熱フィンの前方突出屈曲部とが当接させられているものである。
【００１１】
請求項３の発明によるヒートシンクは、請求項１または２の発明において、放熱フィンが、放熱ベースの放熱フィン取付面にろう付されているものである。
【００１２】
請求項４の発明によるヒートシンクは、請求項１〜３のうちのいずれかの発明において、放熱ベースおよび放熱フィンがそれぞれ展伸材により形成されているものである。
【００１３】
請求項４の発明において、放熱ベースおよび放熱フィンを形成する展伸材としては、アルミニウム製のものや、銅（銅合金も含む）製のものが用いられる。
【００１４】
請求項５の発明によるヒートシンクの製造方法は、放熱フィン取付面および受熱面を有する放熱ベースと、前方突出屈曲部および後方突出屈曲部が上下方向に交互に設けられてなる波状帯板部が、左右方向に複数並べられて相互に一体に連結されることにより形成され、かつ左右方向に隣接する波状帯板部の前方突出屈曲部どうしおよび後方突出屈曲部どうしがそれぞれ上下方向にずれている放熱フィンとを使用し、放熱ベースの放熱フィン取付面上に放熱フィンを載せる工程と、複数の放熱フィンを前後方向に並べる工程とを含み、放熱ベース上に複数の放熱フィンを配した状態で放熱ベースおよび放熱フィンを仮止めし、その後放熱ベースと放熱フィンとをろう付することを特徴とするものである。
【００１５】
請求項５の発明において、放熱フィンを放熱ベースの放熱フィン取付面上に載せながら前後方向に並べていく場合と、放熱フィンを前後方向に並べた後にこれを放熱ベースの放熱フィン取付面上に載せる場合とが含まれる。
【００１６】
請求項６の発明によるヒートシンクの製造方法は、請求項５の発明において、複数の放熱フィンを前後方向に並べる工程において、前後方向に隣接する放熱フィンにおける前側の放熱フィンの後方突出屈曲部と後側の放熱フィンの前方突出屈曲部とを当接させるものである。
【００１７】
請求項７の発明によるヒートシンクの製造方法は、請求項５または６の発明において、板材に、上下方向に伸びかつ所定長さを有する複数の切れ目が上下方向に間隔をおいて形成されてなる切れ目列を、左右方向に間隔をおいて複数列形成するとともに、全ての切れ目列の切れ目を上下方向に関して同一位置に来るようにしておき、上下方向に関して同一位置にある左右方向に並んだ３つの切れ目のうち中央部の切れ目と左側の切れ目との間の部分において、板材を前方に屈曲させることにより前方突出屈曲部を形成し、同じく中央部の切れ目と右側の切れ目との間の部分において、板材を後方に屈曲させることにより後方突出屈曲部を形成することにより、放熱フィンを製造する工程を含むものである。
【００１８】
請求項８の発明によるヒートシンクの製造方法は、請求項７の発明において、切れ目列の形成と、前方突出屈曲部および後方突出屈曲部の形成を、板材にプレス加工を施すことにより同時に行うものである。
【００１９】
請求項９の発明によるヒートシンクの製造方法は、請求項５〜８のうちのいずれかの発明において、放熱ベースおよび放熱フィンをそれぞれ展伸材により形成しておくものである。
【００２０】
請求項１０の発明による発熱部材は、請求項１〜４のうちのいずれかに記載されたヒートシンクと、発熱する電子部品とを備えており、電子部品がヒートシンクの放熱ベースの受熱面に熱的に接触させられているものである。
【００２１】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１はこの発明によるヒートシンクの全体構成を示し、図２は放熱フィンを示し、図３はヒートシンクの一部分を拡大して示す。図４〜図６はヒートシンクの製造方法を示す。
【００２３】
図１において、ヒートシンク（１）は、上面が放熱フィン取付面（２ａ）となされるとともに、下面が受熱面（２ｂ）となされた方形板状のアルミニウム展伸材製放熱ベース（２）と、放熱ベース（２）の放熱フィン取付面（２ａ）上に前後方向に並んで立設されかつ放熱ベース（２）にろう付された複数のアルミニウム展伸材製放熱フィン（３）とを備えている。
【００２４】
図２に示すように、各放熱フィン（３）は、前方突出屈曲部（４ａ）と後方突出屈曲部（４ｂ）とが、垂直部（４ｃ）を介して上下方向に交互に設けられてなる波状帯板部（４）が、左右方向に複数並べられかつ垂直部（４ｃ）において相互に一体に連結されることにより形成されたものである。また、各放熱フィン（３）において、左右方向に隣接する波状帯板部（４）の前方突出屈曲部（４ａ）どうしおよび後方突出屈曲部（４ｂ）どうしはそれぞれ上下方向にずれて形成されている。
【００２５】
図３に示すように、前後方向に隣接する２つの放熱フィン（３）において、前側の放熱フィン（３）の各後方突出屈曲部（４ｂ）と後側の放熱フィン（３）の各前方突出屈曲部（４ａ）とは上下方向に関して同一位置にあり、相互に当接させられている。したがって、各放熱フィン（３）において、上下方向に関して同一位置にある前方突出屈曲部（４ａ）と後方突出屈曲部（４ｂ）とにより通風間隙（５）が形成され、同じく隣接する２つの放熱フィン（３）において、前側放熱フィン（３）の上下に隣接する２つの後方突出屈曲部（４ｂ）および両後方突出屈曲部（４ｂ）間の垂直部（４ｃ）と、これらと上下方向に関して同一位置にある後側放熱フィン（３）の上下に隣接する２つの前方突出屈曲部（４ａ）および両前方突出屈曲部間の垂直部（４ｃ）とにより通風間隙（６）が形成されている。
【００２６】
ヒートシンク（１）の製造方法は次のとおりである。
【００２７】
まず、アルミニウム展伸材からなる板材を所定の寸法に切断して放熱ベース（２）を製造するとともに、次のようにして放熱フィン（３）を製造する。すなわち、図４に示すように、アルミニウム展伸材から形成された所定寸法の板材（１０）に、上下方向に伸びる切れ目列（１１）を左右方向に間隔をおいて複数列形成する。各切れ目列（１１）は上下方向に伸びかつ所定長さを有する複数の切れ目（１１Ａ）が上下方向に間隔をおいて形成されたものである。また、全ての切れ目列（１１）の切れ目（１１Ａ）は上下方向に関して同一位置にある。ついで、上下方向に関して同一位置にある左右方向に並んだ３つの切れ目（１１Ａ）のうち中央部の切れ目（１１Ａ）と右側の切れ目（１１Ａ）との間の部分において、板材（１０）を前方に屈曲させることにより前方突出屈曲部（４ａ）を形成し（図４鎖線参照）、同じく中央部の切れ目（１１Ａ）と左側の切れ目（１１Ａ）との間の部分において、板材（１０）を後方に屈曲させることにより後方突出屈曲部（４ｂ）を形成する（図４鎖線参照）。そして、隣接する切れ目列（１１）間において、前方突出屈曲部（４ａ）と後方突出屈曲部（４ｂ）とを上下方向に交互に形成し、上下方向に隣接する前方突出屈曲部（４ａ）と後方突出屈曲部（４ｂ）との間の部分を垂直部（４ｃ）とする。切れ目列（１１）の形成と、前方突出屈曲部（４ａ）および後方突出屈曲部（４ｂ）の形成は、板材（１０）にプレス加工を施すことにより同時に行う。こうして、前方突出屈曲部（４ａ）と後方突出屈曲部（４ｂ）とが、垂直部（４ｃ）を介して上下方向に交互に設けられてなる波状帯板部（４）が、左右方向に複数並べられて相互に一体に連結されることにより形成された図２に示す放熱フィン（３）を製造する。なお、左右両端部の波状帯板部（４）に関していえば、板材（１０）の左右両側縁が、前方突出屈曲部（４ａ）および後方突出屈曲部（４ｂ）を形成するための切れ目の働きをする。
【００２８】
放熱ベース（２）および放熱フィン（３）を製造した後、図５に示すように、複数の放熱フィン（３）を前後方向に並べる。このとき、前後方向に隣接する放熱フィン（３）における前側の放熱フィン（３）の後方突出屈曲部（４ｂ）と、上下方向に関してこれと同一位置にある後側の放熱フィン（３）の前方突出屈曲部（４ａ）とを当接させる。ついで、放熱ベース（２）の放熱フィン取付面（２ａ）上に、両面にろう材層がクラッドされたアルミニウムブレージングシート（１３）またはアルミニウムろう材シートを介して、複数の放熱フィン（３）を並べてなる組み合わせ物を載せる。
【００２９】
ついで、図６に示すように、上下の治具（１４）（１５）および結束具（１６）を用いて、放熱ベース（２）および放熱フィン（３）を、上下方向から押圧した状態で仮止めする。上治具（１４）は、方形水平板状の本体部（１４ａ）と、本体部（１４ａ）の前後両側縁部にそれぞれ一体に形成された下方突出壁（１４ｂ）とよりなるものであり、本体部（１４ａ）の下面に全ての放熱フィン（３）の上端が当接するとともに、前後両下方突出壁（１４ｂ）により放熱フィン（３）の組み合わせ物が前後両側から拘束される。下治具（１５）は水平板状で、放熱ベース（２）の受熱面（２ｂ）に面接触するように配される。そして、結束具（１６）により上下の治具（１４）（１５）を結束することによって、放熱ベース（２）および放熱フィン（３）を、上下方向から押圧した状態で仮止めする。
【００３０】
ついで、これらを所定温度に加熱し、アルミニウムブレージングシート（１３）またはアルミニウムろう材シートを利用して、放熱フィン（３）の下端部を放熱ベース（２）にろう付する。こうして、ヒートシンク（１）が製造される。
【００３１】
なお、ヒートシンク（１）を製造するにあたり、先に複数の放熱フィン（３）を前後方向に並べる代わりに、放熱フィン（３）を放熱ベース（２）の放熱フィン取付面（２ａ）上に載せながら前後方向に並べていってもよい。
【００３２】
また、この発明によるヒートシンク（１）は、冷却が必要とされる発熱電子部品を具備した発熱部材に、電子部品がヒートシンク（１）の放熱ベース（２）の受熱面（２ｂ）に熱的に接触するようにして用いられる。発熱部材としては、大型コンピュータやサーバなどが挙げられる。
【００３３】
上記実施形態においては、放熱フィン（３）の各波状帯板部（４）における上下方向に隣接する前方突出屈曲部（４ａ）と後方突出屈曲部（４ｂ）との間には垂直部（４ｃ）が存在し、左右方向に隣接する波状帯板部（４）どうしは垂直部（４ｃ）において相互に一体に連結されているが、垂直部（４ｃ）は必ずしも必要としない。この場合、隣接する波状帯板部（４）における前方突出屈曲部（４ａ）から後方突出屈曲部（４ｂ）に切り替わる部分が交差することになるので、この部分において相互に一体に連結される。
【００３４】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、放熱ベースの放熱フィン取付面上に、複数の放熱フィンが前後方向に並んで立設されかつ放熱ベースに接合されているので、上述した特開平５−２４３４３５号公報に記載されたヒートシンクに比べて簡単に製造することができる。また、放熱フィンは、前方突出屈曲部と後方突出屈曲部とが上下方向に交互に設けられてなる波状帯板部が、左右方向に複数並べられて相互に一体に連結されることにより形成され、かつ左右方向に隣接する波状帯板部の前方突出屈曲部どうしおよび後方突出屈曲部どうしがそれぞれ上下方向にずれているので、展伸材からなる板材に、上下方向に伸びかつ所定長さを有する複数の切れ目が上下方向に間隔をおいて形成されてなる切れ目列を、左右方向に間隔をおいて複数列形成し、上下方向に関して同一位置にある左右方向に並んだ３つの切れ目のうち中央部の切れ目と左側の切れ目との間の部分において、板材を前方に屈曲させることにより前方突出屈曲部を形成し、同じく中央部の切れ目と右側の切れ目との間の部分において、板材を後方に屈曲させることにより後方突出屈曲部を形成することにより、放熱フィンを製造することができる。したがって、放熱フィンの製造のさいに屑が発生することはなく、材料を無駄なく利用することができる。しかも、前方突出屈曲部および後方突出屈曲部が、上述した従来の２つのヒートシンクにおけるピンフィンと同じ働き、すなわち境界膜の増大を防止する働きをし、かつ放熱面積は上述した従来の２つのヒートシンクに比べて著しく大きくなるので、放熱性能が向上する。さらに、放熱フィンの幅は放熱ベースの放熱フィン取付面の幅に合わせて決まるが、放熱フィンの高さは、ヒートシンクの設置スペースを考慮して最大限にすることができ、その結果放熱フィンの伝熱面積を限られた範囲の中で最大限にすることが可能となる。
【００３５】
請求項２の発明のヒートシンクによれば、前後方向に隣接する２つの放熱フィンにおいて、前側の放熱フィンの後方突出屈曲部と後側の放熱フィンの前方突出屈曲部とが当接させられているので、放熱ベースの放熱フィン取付面上での放熱フィンの位置決めを簡単に行うことができる。しかも、これらの屈曲部の突出高さを変更することにより、通風間隙の大きさを簡単に調節することができる。
【００３６】
請求項３および請求項４の発明のヒートシンクの製造方法によれば、放熱ベースおよび放熱フィンの伝熱性が優れたものとなり、その結果放熱ベースの受熱面に接触させられる発熱部品からの熱がスムーズに放熱フィンに伝わって、放熱フィンから放熱される。したがって、ヒートシンクの放熱性能が向上する。
【００３７】
請求項５の発明のヒートシンクの製造方法によれば、請求項１の発明のヒートシンクを簡単に製造することができる。
【００３８】
請求項６の発明のヒートシンクの製造方法によれば、請求項２の発明の効果を奏するヒートシンクを製造することができる。
【００３９】
請求項７の発明のヒートシンクの製造方法によれば、放熱フィンの製造にあたって屑が発生することはなく、材料を無駄なく利用することができる。しかも、この製造方法によれば、素材となる板材の大きさを変えることにより、得られる放熱フィンの大きさを自在に決定することができる。
【００４０】
請求項８の発明のヒートシンクの製造方法によれば、放熱フィンを簡単に製造することができる。
【００４１】
請求項９の発明のヒートシンクの製造方法によれば、請求項４の発明の効果を奏するヒートシンクを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明によるヒートシンクの全体構成を示す斜視図である。
【図２】ヒートシンクに用いられる放熱フィンを示す一部切り欠き斜視図である。
【図３】ヒートシンクの一部分を拡大して示す部分側面図である。
【図４】放熱フィンの製造方法を示す部分斜視図である。
【図５】放熱ベースと放熱フィンとをセットする方法を示す斜視図である。
【図６】放熱ベースと放熱フィンとを仮止めした状態を示す側面図である。
【符号の説明】
（１）：ヒートシンク
（２）：放熱ベース
（２ａ）：放熱フィン取付面
（２ｂ）：受熱面
（３）：放熱フィン
（４）：波状帯板部
（４ａ）：前方突出屈曲部
（４ｂ）：後方突出屈曲部
（１０）：板材
（１１）：切れ目列
（１１Ａ）：切れ目

Claims

放熱フィン取付面および受熱面を有する放熱ベースと、放熱ベースの放熱フィン取付面上に前後方向に並んで立設されかつ放熱ベースに接合された複数の放熱フィンとを備えており、放熱フィンは、前方突出屈曲部と後方突出屈曲部とが上下方向に交互に設けられてなる波状帯板部が、左右方向に複数並べられて相互に一体に連結されることにより形成され、かつ左右方向に隣接する波状帯板部の前方突出屈曲部どうしおよび後方突出屈曲部どうしがそれぞれ上下方向にずれているヒートシンク。
前後方向に隣接する２つの放熱フィンにおいて、前側の放熱フィンの後方突出屈曲部と後側の放熱フィンの前方突出屈曲部とが当接させられている請求項１記載のヒートシンク。
放熱フィンが、放熱ベースの放熱フィン取付面にろう付されている請求項１または２記載のヒートシンク。
放熱ベースおよび放熱フィンがそれぞれ展伸材により形成されている請求項１〜３のうちのいずれかに記載のヒートシンク。
放熱フィン取付面および受熱面を有する放熱ベースと、前方突出屈曲部および後方突出屈曲部が上下方向に交互に設けられてなる波状帯板部が、左右方向に複数並べられて相互に一体に連結されることにより形成され、かつ左右方向に隣接する波状帯板部の前方突出屈曲部どうしおよび後方突出屈曲部どうしがそれぞれ上下方向にずれている放熱フィンとを使用し、放熱ベースの放熱フィン取付面上に放熱フィンを載せる工程と、複数の放熱フィンを前後方向に並べる工程とを含み、放熱ベース上に複数の放熱フィンを配した状態で放熱ベースおよび放熱フィンを仮止めし、その後放熱ベースと放熱フィンとをろう付することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
複数の放熱フィンを前後方向に並べる工程において、前後方向に隣接する放熱フィンにおける前側の放熱フィンの後方突出屈曲部と後側の放熱フィンの前方突出屈曲部とを当接させる請求項５記載のヒートシンクの製造方法。
板材に、上下方向に伸びかつ所定長さを有する複数の切れ目が上下方向に間隔をおいて形成されてなる切れ目列を、左右方向に間隔をおいて複数列形成するとともに、全ての切れ目列の切れ目を上下方向に関して同一位置に来るようにしておき、上下方向に関して同一位置にある左右方向に並んだ３つの切れ目のうち中央部の切れ目と左側の切れ目との間の部分において、板材を前方に屈曲させることにより前方突出屈曲部を形成し、同じく中央部の切れ目と右側の切れ目との間の部分において、板材を後方に屈曲させることにより後方突出屈曲部を形成することにより、放熱フィンを製造する工程を含む請求項５または６記載のヒートシンクの製造方法。
切れ目列の形成と、前方突出屈曲部および後方突出屈曲部の形成を、板材にプレス加工を施すことにより同時に行う請求項７記載のヒートシンクの製造方法。
放熱ベースおよび放熱フィンをそれぞれ展伸材により形成しておく請求項５〜８のうちのいずれかに記載のヒートシンクの製造方法。
請求項１〜４のうちのいずれかに記載されたヒートシンクと、発熱する電子部品とを備えており、電子部品がヒートシンクの放熱ベースの受熱面に熱的に接触させられている発熱部材。