JP2005026255A - ヒートシンクおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放熱効率が高く、製造容易なヒートシンクおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】このヒートシンク１は、ベース２が銅粉末をプレスにより成型して焼結された銅焼結体であり、放熱フィン３は、板状体よりも放熱面積が大きくとれる丸棒状であり、ベース２に植設されている。焼結によって、銅粉末間の空気が外に追い出されるためにプレス成型された銅粉末の容積が減少する。この容積の減少により放熱フィン３が焼結された銅粉末に固定される。熱伝導率の高いベース２に放熱面積の大きくとれる放熱フィン３が固定されるため、熱効率の高いヒートシンク１を得ることができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒートシンクおよびその製造方法に関し、特に、放熱効率が高く、製造容易なヒートシンクおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パーソナルコンピュータをはじめとする各種コンピュータのＣＰＵやＭＰＵの高性能化が進むとともにそれらの発熱が大きくなってきており、この発熱を放散させるためにヒートシンクが用いられている。
【０００３】
このヒートシンクは、一般には、電子機器等の発熱体に直接またはヒートパイプ等の熱誘導材を介して接続され、熱発生部から発生する熱を自然空冷または強制空冷により放熱するための複数の放熱フィンを備えている（例えば特許文献１、２参照。）。このようなヒートシンクの性能は、ヒートシンクを構成する材質、ヒートシンクの構造および放熱面積（フィン面積）によりほぼ決定される。
【０００４】
ヒートシンクを製造する方法として、従来より、以下に説明する押出加工、カシメを用いる方法、焼結による方法が知られている。
【０００５】
図２は、押出加工により製造される従来のヒートシンクを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。このヒートシンク１０は、電子機器等の発熱体に接続され、発熱体から受熱するベース１１と、ベース１１が受熱した熱を放熱する複数の放熱フィン１２とから構成される。このヒートシンク１０は、アルミニウムを押出加工することにより製造される。このヒートシンク１０によれば、熱伝導率が比較的高く、軽量であり、同一断面積のヒートシンクが連続して得られる。
【０００６】
図３は、カシメを用いる方法により製造される従来のヒートシンクを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。このヒートシンク２０は、図２に示すヒートシンクと同様に電子機器等の発熱体から受熱するベース２１と、ベース２１が受熱した熱を放熱する複数の放熱フィン２２とから構成される。このヒートシンク２０は、ベース２１が銅で形成され、放熱フィン２２がアルミニウムで形成された銅−アルミニウム複合型ヒートシンクである。このヒートシンク２０は、例えば、下記のようにして製造する。まず、所定の形状のベース２１を作製し、このベース２１の発熱体と接触する接触面２１ａと相対する面に互いに平行な複数のスリット２３をプレスや切削等により形成する。次に、各スリット２３に放熱フィン２２をそれぞれ差し込む。次に、放熱フィン２２が抜けないよう、放熱フィン２２の１枚または数枚ごとに、放熱フィン２２が差し込まれたスリット２３の両側をかしめ、放熱フィン２２をベース２１に固定する。このヒートシンク２０によれば、図２に示すヒートシンク１０と比較して、べース２１が銅で形成されており、ベース２１が熱を放熱フィン２２全体へ広げるヒートスプレッダとして働くため、放熱効率が改善されている。
【０００７】
焼結による方法によって製造される従来のヒートシンクとして、ベースが銅複合材からなり、複数の放熱フィンが銅からなるものを一体に焼結したものが知られている（特許文献３参照。）。このヒートシンクによれば、カシメを用いる方法による図２に示すヒートシンク１０と比較して、ベースだけでなく放熱フィンも熱伝導率の高い銅により形成することにより、放熱特性を向上させることができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−２４３７４号公報（図１）
【特許文献２】
特開２００１−５３２０１号公報（図１）
【特許文献３】
特開２００１−２２３３０７号公報（第３頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、押出加工やカシメを用いる方法により製造される従来のヒートシンクによれば、断面形状が長手方向に同一のものしか製造できないため、放熱面積を拡大することに制限があるという問題がある。また、焼結による従来の方法によるヒートシンクによれば、焼結時の収縮の際に内部応力が発生するため、放熱フィンに曲がりや折れが生じるという問題がある。
【００１０】
従って、本発明の目的は、放熱効率が高く、製造容易なヒートシンクおよびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、上記目的を達成するため、発熱体に接続され、前記発熱体から発生した熱を受熱し、それを外部に放出するヒートシンクにおいて、受熱した前記熱を外部に放出する複数の放熱部材と、金属焼結体からなり、焼結によって前記複数の放熱部材の基端部を保持して前記発熱体に接続される受熱面を有するベースとを備えることを特徴とするヒートシンクを提供する。
【００１２】
第２の発明は、上記目的を達成するため、焼結金属粉末をプレス成型して成型体を形成する第１のステップと、前記成型体に複数の取付け部を形成する第２のステップと、前記複数の取付け部に複数の放熱部材を取り付ける第３のステップと、前記複数の放熱部材が取り付けられた前記成型体を焼結する第４のステップとを含むことを特徴とするヒートシンクの製造方法を提供する。
【００１３】
第１および第２の発明によれば、焼結の際、焼結金属粉末の間の空気が追い出され、容積が縮小して放熱部材がベースに固定される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係るヒートシンクを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。このヒートシンク１は、電子機器等の発熱体に接続され、発熱体から発生した熱を受熱するベース２と、ベース２が受熱した熱を放熱する複数の放熱フィン３とから構成される。
【００１５】
ベース２は、熱伝導率の高い銅、銅合金、アルミニウム等からなる焼結金属粉末を用いることができるが、ここでは銅粉末をプレス成型して焼結された銅焼結体とする。ベース２に放熱フィン３の基端部３ａが挿入される複数の穴２ａが形成されている。
【００１６】
放熱フィン３は、熱伝導率の高い銅、銅合金、アルミニウム等の金属からなるが、ここでは銅からなる丸棒状とする。放熱フィン３を固定する際、放熱フィン３の基端部３ａの先端は、図示しない発熱体と接触することができるようにベース２の発熱体との受熱面としての接触面２ｂから露出している。
【００１７】
このヒートシンク１は、以下のようにして製造する。まず、銅粉末をプレスしてベース２に対応する形状に成型する。次に、プレス成型した成型体に複数の放熱フィン３を取り付けるための複数の穴２ａをプレスあるいは切削により形成する。次に、この複数の穴２ａに銅からなる丸棒状の複数の放熱フィン３を挿入し、加熱炉に投入し、所定の温度および所定の時間加熱して焼結する。焼結に伴って、成型体の銅粉末間の空気が外に追い出されるため、成型体の容積が減少する。この容積の減少により放熱フィン３の基端部３ａが焼結されたベース２に強固に固定される。
【００１８】
この実施の形態によれば、下記の効果が得られる。
（イ）熱伝導率の高いベース２に放熱面積の大きくとれる放熱フィン３が複数個固定されるため、熱効率の高いヒートシンク１を製造することができる。
（ロ）放熱フィン３を固定するためのカシメを行わないため、組立工程を削減することができるとともに、ヒートシンク１を容易に製造することができる。
（ハ）放熱フィン３は、銅からなる棒状体により形成したため、焼結体により形成したフィンと比較して曲がりや折れが生じにくくなるとともに、放熱特性が良くなる。
（ニ）ベース２は、熱伝導率が高い銅の焼結体により形成されているため、ベース２から放熱フィン３に熱移動がスムースに行われ、放熱効率が低下することがない。
（ホ）接触面２ｂから露出した放熱フィン３の基端部３ａの先端は、発熱体から熱が直接伝達されて、放熱フィン３から放熱するため、放熱効率が高くなる。
（ヘ）丸棒状の放熱フィン３は、板状体よりも放熱面積を大きくとることができるため、放熱効率が高くなる。
（ト）要求される放熱性に応じた長さ、表面積の放熱フィン３を選択することにより放熱効率の高いヒートシンクを容易に製造することができる。
【００１９】
なお、放熱フィン３は、丸棒状の他に四角形等の角棒状でも、板状であってもよい。これらは、いずれも放熱面積を増加させることができる。また、放熱フィン２の固定に焼結体を用いることにより、放熱フィン２の形状に関わらず熱効率のよいヒートシンク１を容易に製造することができる。
【００２０】
また、放熱フィン３を板状のものとした場合、ベース２となるプレス成型された銅粉末に板状の複数の放熱フィンを取り付けるための複数のスリットを形成する。これによれば、図３に示す従来例のようにカシメを必要としないため、板の間隔を狭くすることができ、放熱フィンの数を増やして放熱面積を増やすことができるとともに、ヒートシンク１を容易に製造することができる。
【００２１】
また、放熱フィン３の基端部３ａをベース２の発熱体との接触面２ａに達するまで挿入しなくてもよい。この場合、穴を貫通させなくてもよい。
【００２２】
また、プレスによりベース２に相当する形状に成型する際に、複数の穴２ａも同時に形成してもよい。これにより、製造工程を減少させることができるため、ヒートシンクを安価に製造することができる。
【００２３】
【実施例】
本発明に係る実施例について説明する。ヒートシンク１の放熱フィン３となる銅棒は、直径３ｍｍ×長さ３０ｍｍのものを用い、ベース２となるプレスにより成型された銅粉末は、平均粒経２０μｍのものを用いた。銅粉の焼結条件は９５０℃で３時間である。この実施例によれば、切削工法等に比べ、非常に安価で、熱効率の高いヒートシンクを容易に製造することができた。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、焼結により容積が縮小することを利用して放熱部材をベースに固定するため、放熱部材とベースとの密着性が高くなり、放熱効率が高いヒートシンクおよびそのようなヒートシンクを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るヒートシンクを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２】押出加工により製造される従来のヒートシンクを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図３】カシメを用いる方法により製造される従来のヒートシンクを示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１、１０、２０ ヒートシンク
２、１１、２１ ベース
２ａ 穴
２ｂ 接触面
３、１２、２２ 放熱フィン
３ａ 基端部
２２ａ 接触面
２３ スリット

Claims (6)

1. 発熱体に接続され、前記発熱体から発生した熱を受熱し、それを外部に放出するヒートシンクにおいて、
   受熱した前記熱を外部に放出する複数の放熱部材と、
   金属焼結体からなり、焼結によって前記複数の放熱部材の基端部を保持して前記発熱体に接続される受熱面を有するベースとを備えることを特徴とするヒートシンク。
2. 前記放熱部材は、棒状体であることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
3. 前記棒状体は、前記基端部の端面が前記ベースの前記受熱面から露出していることを特徴とする請求項２記載のヒートシンク。
4. 前記放熱部材は、板状体であることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
5. 焼結金属粉末をプレス成型して成型体を形成する第１のステップと、
   前記成型体に複数の取付け部を形成する第２のステップと、
   前記複数の取付け部に複数の放熱部材を取り付ける第３のステップと、
   前記複数の放熱部材が取り付けられた前記成型体を焼結する第４のステップとを含むことを特徴とするヒートシンクの製造方法。
6. 前記第１および第２のステップは、前記プレス成型の際に前記成型体を形成するとともに前記複数の取付け部を形成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。

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