JP2008172192A - 熱放散装置、および熱放散ベースの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鍛造とスズ溶接方式とで生じる欠点を防ぎ、製造と組み立てとを簡易化して生産コストを減少でき、迅速に熱伝導し、且つ、効果的に熱放散できる熱放散装置、および熱放散ベースの製造方法を提供する。
【解決手段】穿通孔３１１１を有する熱放散板３１１と、締りばめ方式によって、前記穿通孔の中に設置される熱伝導板３１２を有する熱放散ベース３１と、前記熱放散ベースの上に設置され、接合される熱放散素子３２とを含む熱放散装置３。
【選択図】図３

Description

本発明は、熱放散装置、および熱放散ベースの製造方法に関し、特に、製造と組み立てとが簡易な熱放散装置、および熱放散ベースの製造方法に関するものである。

科学技術の進歩により、各種の電子製品（例えば中央処理装置やチップセットなど）は、機能性の向上と小型化の方向に発展し、用いられる電子素子が極度に密集したことから、熱放散の要求も大きくなり、熱放散の効率が電子製品の信頼度と使用寿命に直接、影響を及ぼしている。

中央処理装置（ＣＰＵ）の熱放散構造を例にすると、通常、熱放散装置をＣＰＵの上に接着、係合、または溶接の方式で設置して、ＣＰＵと接触させ、ＣＰＵより発生した熱エネルギーを導き出して熱放散する。従来技術は更に熱放散装置の上にファンを設置し、熱放散の効率を高めている。しかし、コストを低減させるために、従来の熱放散装置は通常、例えば、アルミニウムなどの単一材料の低密度と成型し易い特性を用いて、アルミニウム押出成型、またはプレス成型方式によって、熱放散ベースと複数の熱放散フィンとを含むヒートシンクを形成する。しかし、アルミニウムの熱伝導特性が比較的悪いことから、大量の熱エネルギーを迅速に導き出して熱放散することができず、熱放散の効率が要求に適わない。しかし、ヒートシンクを製造する材料に銅を選んだ場合、コストを大幅に上げることになる。

上述の問題を解決するために、従来技術は、複合金属の構造（例えば、アルミニウムと銅の複合金属）の熱放散ベースを用いて、成型をし易くし、熱放散の効率の特性を兼ね合わせた。図１を参照下さい。従来のヒートシンク１は、熱放散ベース１１と複数の熱放散フィン１２とを含む。ここでは、ＣＰＵ（未図示）に設置されたヒートシンク１を例にする。ここでは解りやすく表示するために、図１では、ヒートシンク１が倒置されている。熱放散ベース１１は、アルミニウム板１１１と銅板１１２とによって構成される。アルミニウム板１１１は、凹溝１１１１を有する。銅板１１２は、凹溝１１１１内に設置され、銅板１１２は、ＣＰＵより発生した熱エネルギーを導き出してアルミニウム板１１１に伝送し、アルミニウム板１１１と熱放散フィン１２とによって熱放散する。

熱放散ベース１１は、通常、鍛造方式または溶接方式によって形成される。鍛造方式（例えば、冷間鍛造または熱間鍛造）は、原材料にハンマーを用いて、または圧力を加えて、外型を型穴内の外型に変える製造方法である。しかし、このような方式は、材料と設備加工コストとが高いだけでなく、エネルギーを消耗し、且つ、製造プロセスに欠点を有する。冷間鍛造は、加工硬化の程度が強くなるほど、金属内部の組織密度が高くなるため、密度が一定の程度まで高くなると破壊して亀裂を形成し、引いては鍛造を破裂させ、金型も破損し易い。また、熱間鍛造は、再結晶の温度にて行わなければならないが、金属は高温のために変形し易いため、加工サイズを制御し難く、金型が変形、または磨耗し易く、破損する。また、製品の精密度も変化を生じ易い。

図２Ａと図２Ｂとを参照下さい。アルミニウムと銅との複合金属の熱放散ベース２１がスズ溶接方式によって接合される場合、スズ溶接を用いて銅板２１２をアルミニウム板２１１の孔２１１１の中に接合する。しかし、このような方式は、銅板２１２およびアルミニウム板２１１間にスズＳの界面を増やし、複数の異なる材料の界面間の熱伝導は、熱伝導の効率を低下させるだけでなく、銅板２１２とアルミニウム板２１１との接合部でスズが流出する現象が生じ易く、溶剤を仕事表面に溢れさせ、洗浄の製造コストを発生する。スズ溶接の接合の緊密度も直接、熱伝導の効率に影響する。また、熱放散ベース２１を熱放散フィンに再度組み立てる時、金型の設計に不利なだけでなく、組み立ても不便で、更に製品組み立てのサイズの精密度を制御し難い。

よって、如何にして鍛造とスズ溶接方式とで生じる欠点を防ぎ、製造と組み立てとを簡易化して生産コストを減少し、迅速に熱伝導し、且つ、効果的に熱放散できる熱放散装置、および熱放散ベースの製造方法を提供するかが重要な課題の１つとなっている。

本発明の目的は、鍛造とスズ溶接方式とで生じる欠点を防ぎ、製造と組み立てとを簡易化して生産コストを減少でき、迅速に熱伝導し、且つ、効果的に熱放散できる熱放散装置、および熱放散ベースの製造方法を提供する。

よって、上述の目的を達成するために、本発明に基づいた熱放散装置は、熱放散ベースと熱放散素子とを含む。熱放散ベースは、熱伝導板と熱放散板とを有する。熱放散板は、穿通孔を有する。熱伝導板は、締りばめ方式によって、穿通孔の中に嵌着され、熱伝導板の外周縁と穿通孔の内壁とを緊密に接合させる。熱放散素子は、熱放散ベースの上に設置され、接合される。

上述の目的を達成するために、本発明に基づいた熱放散ベースは、熱伝導板と熱放散板とを含む。熱放散板は、穿通孔を有する。熱伝導板は、締りばめ方式によって、穿通孔の中に嵌着され、熱伝導板の外周縁と穿通孔の内壁とを緊密に接合させる。

上述の目的を達成するために、本発明に基づいた熱放散ベースの製造方法は、下記のステップを含む。熱伝導板と熱放散板とを提供する。熱放散板は、穿通孔を有する。熱伝導板の形状は、穿通孔の形状と実質的に同じである。熱伝導板のサイズは、穿通孔のサイズよりやや大きい。締りばめ方式によって、熱伝導板を穿通孔の中に嵌着し、熱伝導板の外周縁と穿通孔の内壁とを緊密に接合させる。

本発明に基づいた熱放散装置と、熱放散ベースの製造方法とは、締りばめ方式によって、熱伝導板を熱放散板の穿通孔の中に嵌着することで、熱伝導板の外周縁と穿通孔の内壁とを緊密に接合させる。従来技術に比べ、本発明は、鍛造とスズ溶接方式とで生じる欠点を防ぎ、熱放散ベースが複合金属の界面に緊密に接合するため、好ましい熱伝導の効率を達し、且つ、製造と組み立てを簡易化して生産コストを減少することができる。また熱放散ベースの上に熱放散素子を接続することで更に熱伝導の効率を上げることができる。

本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

図３を参照下さい。本発明の実施例の熱放散装置３は、熱放散ベース３１と熱放散素子３２とを含む。熱放散ベース３１は、熱放散板３１１と熱伝導板３１２とを有する。熱放散板３１１は、穿通孔３１１１を有し、穿通孔３１１１の形状は、熱伝導板３１２に合わせて形成される。また、熱放散板３１１と熱伝導板３１２との材料は、例えば、銅、アルミニウム、またはその合金の熱伝導材料からなるがこれを限定するものではない。

熱伝導板３１２の形状は、穿通孔３１１１の形状と互いに対応する。熱伝導板３１２のサイズは、穿通孔３１１１のサイズよりやや大きい。本実施例は、熱伝導板３１２と穿通孔３１１１との形状が円形からなるものを例とする。

熱放散素子３２は、熱放散ベース３１の上に設置されて接合（固着）される。熱放散素子３２と熱放散ベース３１との接合方式は、接着、ねじ留め、係合、または溶接の方式で接合されることができる。熱放散素子３２は、複数の熱放散フィン３２１を有することができる。また、熱放散装置３は、少なくとも１つの熱伝導素子３３を更に含む。熱伝導素子３３の二端は、熱放散素子３２と熱放散ベース３１とにそれぞれ接触されており、熱伝導板３１２と熱放散素子３２とが直接接触して熱エネルギーが伝送される以外に、同時に熱伝導素子３３によって、熱伝導板３１２の熱エネルギーを熱放散素子３２のその他の位置に伝送し、マルチパスの熱伝導と熱放散とを達成し、熱伝導の効率を高めることができる。本実施例の熱伝導素子３３は、ヒートパイプからなることができ、その形状は制限されておらず、Ｕ字型またはＣ字型をなすことができる。ここでは、熱放散装置３は、２つのＵ字型を有する熱伝導素子３３を例にする。

熱伝導板３１２と熱放散板３１１との組み立て方式の説明は、図４Ａと図４Ｂとを参照下さい。熱伝導板３１２は、締りばめ方式によって穿通孔３１１１の中に設置（嵌着）される。嵌着法としての締りばめ方式は、熱間方式、または冷間方式であることができる。熱間方式（図４Ａ）を用いる時、熱放散板３１１全体、または穿通孔３１１１を加熱し、穿通孔３１１１のサイズが熱伝導板３１２のサイズよりやや大きくなるまで穿通孔３１１１を熱膨張させ、熱伝導板３１２を熱放散板３１１の穿通孔３１１１の中に設置する。熱放散板３１１の温度が下がった後、熱伝導板３１２の外周縁は、穿通孔３１１１の内壁と緊密に接触する。冷間方式（図４Ｂ）を用いる時、熱伝導板３１２を冷却し、熱伝導板３１２のサイズが穿通孔３１１１のサイズよりやや小さくなるまで熱伝導板３１２を冷収縮し、熱伝導板３１２を穿通孔３１１１の中に設置する。熱伝導板３１２の温度が戻った後、熱伝導板３１２の外周縁は、穿通孔３１１１の内壁と緊密に接触する。または、穿孔Ｗを用いて熱伝導板３１２に対して直接圧力を加え、それを穿通孔３１１１の中にはめ込む（嵌入する）こともできる。

図５Ａと５Ｂとを参照下さい。本発明は直接、締りばめ方式によって熱伝導板３１２の外周縁と穿通孔３１１１の内壁との間の界面の接触を緊密にし、熱エネルギーが熱伝導板３１２によって熱放散板３１１に迅速に伝送され、好ましい熱伝導の効率を得ることもできる。また、熱伝導板３１２と熱放散板３１１との間の溶接を必要としないことから、製造と組み立てとをより簡易化し、生産コストも下げることができる。

図６を参照下さい。本発明の実施例の熱放散ベースの製造方法は、上述の実施例の熱放散ベース３１を用いることができる。熱放散ベース３１の製造方法は、ステップＳ１０〜Ｓ２０を含む。ステップＳ１０は、熱伝導板３１２と熱放散板３１１とを提供する。熱放散板３１１は、穿通孔３１１１を有し、熱伝導板３１２の形状と穿通孔３１１１の形状とは、互いに対応する。熱伝導板３１２のサイズは、穿通孔３１１１のサイズよりやや大きい。ステップＳ２０は、締りばめ方式によって熱伝導板３１２を穿通孔３１１１の中に設置し、熱伝導板３１２の外周縁と穿通孔３１１１の内壁とを緊密に接触（接合）させる。

図７を参照下さい。ステップＳ２０の締りばめ方式は、加熱方式と冷却方式とを含む。ステップＳ２１は、締りばめ方式が加熱方式の時、熱放散板３１１を加熱し、穿通孔３１１１のサイズを熱伝導板３１２のサイズよりやや大きくする。ステップＳ２２は、熱伝導板３１２を穿通孔３１１１の中に設置し、穿通孔３１１１が冷却収縮した後、熱伝導板３１２の外周縁は、穿通孔３１１１の内壁と緊密に接触する。ステップＳ２１’は、締りばめ方式が冷却方式の時、熱伝導板３１２を冷却し、熱伝導板３１２のサイズを穿通孔３１１１のサイズよりやや小さくする。ステップＳ２２は、熱伝導板３１２を穿通孔３１１１の中に設置し、熱伝導板３１２の温度が戻って膨大した後、熱伝導板３１２の外周縁は、穿通孔３１１１の内壁と緊密に接触することができる。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

従来の熱放散装置の概略図である。 従来の熱放散ベースの概略図である。 図２ＡのラインＡ−Ａに沿った熱放散ベースの断面図である。 本発明の実施例に基づいた熱放散装置の概略図である。 本発明の実施例に基づいた熱放散ベースの締りばめ方式のうち、熱間方式を示す概略図である。 本発明の実施例に基づいた熱放散ベースの締りばめ方式のうち、冷間方式を示す概略図である。 本発明の実施例に基づいた熱放散ベースの概略図である。 図５ＡのラインＢ−Ｂに沿った熱放散ベースの断面図である。 本発明の実施例に基づいた熱放散ベースの製造方法を示すフローチャートである。 図６の異なる締りばめ方式によって熱伝導板を穿通孔に設置する際のフローチャートである。

符号の説明

１ ヒートシンク
１１、２１、３１ 熱放散ベース
１１１、２１１ アルミニウム板
１１１１ 凹溝
２１１１ 穿通孔
１１２、２１２ 銅板
１２、３２１ 熱放散フィン
３ 熱放散装置
３１１ 熱放散板
３１１１ 穿通孔
３１２ 熱伝導板
３２ 熱放散素子
３３ 熱伝導素子
Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ ライン
Ｓ スズ
Ｗ 穿孔
Ｓ１０、Ｓ２０、Ｓ２１、Ｓ２１’、Ｓ２２ 製造方法のプロセスのステップ

Claims (10)

1. 穿通孔を有する熱放散板と、
   前記穿通孔中に嵌着される熱伝導板を有する熱放散ベースと、
   前記熱放散ベース上に固着される熱放散素子とを含むことを特徴とする熱放散装置。
2. 前記穿通孔中に前記熱伝導板を嵌着させる嵌着法は、熱間、冷間、または直接圧力を加えて緊密に接合される方式であることを特徴とする請求項１に記載の熱放散装置。
3. 熱間による前記嵌着法は、前記熱放散板を加熱して前記穿通孔を前記熱伝導板よりやや大きくし、前記熱伝導板を前記熱放散板の前記穿通孔の中に設置して、冷却した後、前記熱伝導板と前記熱放散板とが緊密に接合されることを特徴とする請求項２に記載の熱放散装置。
4. 冷間による前記嵌着法は、前記熱伝導板を冷却して前記熱伝導板を前記熱放散板の前記穿通孔よりやや小さくし、前記熱伝導板を前記熱放散板の前記穿通孔の中に設置して、温度が戻った後、前記熱伝導板と前記熱放散板とが緊密に接合されることを特徴とする請求項２に記載の熱放散装置。
5. 前記熱伝導板の形状は、前記穿通孔の形状と互いに対応し、前記熱伝導板のサイズは、前記穿通孔のサイズよりやや大きいものであることを特徴とする請求項２に記載の熱放散装置。
6. 前記熱伝導板および前記熱放散板の材料は、銅、アルミニウム、またはその合金の熱伝導材料からなることを特徴とする請求項１に記載の熱放散装置。
7. 前記熱放散素子は、複数の熱放散フィンを有し、前記複数の熱放散フィンは、接着、ねじ留め、係合、または溶接の方式で前記熱放散ベースと接合されることを特徴とする請求項１に記載の熱放散装置。
8. 両端が前記熱放散素子と前記熱放散ベースとにそれぞれ接触される少なくとも１つの熱伝導素子を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の熱放散装置。
9. 前記熱放散素子は、ヒートパイプからなり、前記ヒートパイプの形状は、Ｕ字型またはＣ字型をなすことを特徴とする請求項８に記載の熱放散装置。
10. 熱放散板の穿通孔の形状と対応し、前記穿通孔のサイズよりやや大きいサイズの熱伝導板と、前記熱放散板とを提供するステップと、
    前記熱伝導板を前記穿通孔の中に設置し、前記熱伝導板の外周縁と前記穿通孔の内壁とを緊密に接触するステップを含むことを特徴とする熱放散ベースの製造方法。

Images