JP2013032898A - Laminated heat sink - Google Patents

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Kazuhiko Nakada
一彦 中田
Hitoshi Mikoshiba
仁史 御子柴
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small heat sink that facilitates manufacture and has high cooling efficiency, and to provide a method of manufacturing the same.SOLUTION: This heat sink includes: a cooling plate in which a plurality of flow channel plates having through-holes serving as a cooling medium flow channel are laminated and sealing plates serving as sealing surfaces of the flow channels are arranged at both sides, wherein one or more flow channel through-holes are formed in the flow channel plate; and a header plate which is arranged between the cooling plate and each of the sealing plates and in which a header through-hole connected to all of the flow channel through-holes is formed, wherein the sealing plate or the header part is provided with a cooling medium inflow/outflow opening, and a heat generating body is installed on an outside surface of a lamination cross section. In the heat sink, cooling medium flows in and lamination direction of the flow channel plates.

Description

本発明は、冷却効率の高い積層型ヒートシンクに関する。The present invention relates to a laminated heat sink having high cooling efficiency.

ハイブリッド車や電気自動車など電気駆動装置を有する自動車においては、蓄電池を搭載し駆動モータへの給電と外部電力または自己発電電力の蓄積を行うため、インバータ/コンバータ回路を使用して直流と交流との変換及び周波数変換を行っている。このような回路には半導体素子を含むPCU(パワーコントロールユニット)が使用されるため、発生する熱を効果的に除去する必要がある。従って、放熱のためのヒートシンク(冷却器)が必須となっている。In an automobile having an electric drive device such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, an inverter / converter circuit is used to store direct current and alternating current using a storage battery to supply power to the drive motor and store external power or self-generated power. Conversion and frequency conversion are performed. Since such a circuit uses a PCU (power control unit) including a semiconductor element, it is necessary to effectively remove generated heat. Therefore, a heat sink (cooler) for heat dissipation is essential.

例えば特許文献1には、一組のヘッダ開口部と複数のスリットを有し、この複数のスリットが異なるパターンで形成された第1の中間プレートと第2の中間プレートを積層し、その両外層に外側プレートを重ね合わせて構成され、前記第1の中間プレートと第2の中間プレートのヘッダ開口部同士が連通し、且つスリット同士が連通して冷却流路が形成される積層冷却器であって、前記第1及び第2の中間プレートは、それぞれ隣接するスリット間に有するリブ同士を連結する連結部を有し、この連結部が前記スリットの両端側に設けられ、且つ互いに連通する前記ヘッダ開口部同士の大きさが両プレートで異なり、何方か一方のプレートに設けられた前記スリットの端部が他方のプレートに設けられた前記ヘッダ開口部に連通していることを特徴とする積層冷却器が開示されている。For example, in Patent Document 1, a pair of header openings and a plurality of slits are provided, and a first intermediate plate and a second intermediate plate in which the plurality of slits are formed in different patterns are laminated, and both outer layers thereof are laminated. A stacked cooler in which the header openings of the first intermediate plate and the second intermediate plate communicate with each other and the slits communicate with each other to form a cooling channel. The first and second intermediate plates each have a connecting portion for connecting ribs between adjacent slits, and the connecting portions are provided at both ends of the slit and communicate with each other. The sizes of the openings differ between the two plates, and the end of the slit provided in one of the plates communicates with the header opening provided in the other plate. Laminated cooler is disclosed, wherein.

上記文献の技術では、中間プレートを積層しそのプレートに設けたスリット内を移動するので、流路が狭く流動抵抗が大きくなり十分な冷媒流量を確保することが困難である。また、中間プレートとして2種類が必要であるが、接合前の位置合わせの方法については記載されていない。さらに、冷媒が中間プレートの積層方向に対して垂直方向に流動するため、熱の伝達が中間プレートの接合部を通してのみ接合部材を介して行われることになる。従って、中間プレートの熱伝導率が高くても、ユニット全体の熱伝導は接合部材の熱伝導率に左右されることになる。In the technique of the above document, since the intermediate plates are stacked and moved in a slit provided in the plates, it is difficult to secure a sufficient refrigerant flow rate because the flow path is narrow and the flow resistance is increased. Moreover, although two types are required as an intermediate | middle plate, the method of alignment before joining is not described. Furthermore, since the refrigerant flows in a direction perpendicular to the stacking direction of the intermediate plates, heat transfer is performed only through the bonding portion of the intermediate plate via the bonding member. Therefore, even if the thermal conductivity of the intermediate plate is high, the thermal conductivity of the entire unit depends on the thermal conductivity of the joining member.

また、特許文献2においては、半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却器と、を有するモジュールユニットを複数積層してなる積層モジュール構造であって、前記半導体モジュールは、両面放熱性のモジュールからなり、前記各モジュールユニットにおける前記半導体モジュールの一面側と前記冷却器とは、ろう付けにより接合されるとともに、前記モジュールユニットを積層するに際し、隣接する一方のモジュールユニットにおける前記半導体モジュールの他面側と他方のモジュールユニットにおける前記冷却器との間にはグリス層が介在されることを特徴とする積層モジュール構造が開示されている。Moreover, in patent document 2, it is a lamination | stacking module structure formed by laminating | stacking multiple module units which have a semiconductor module and the cooler which cools this semiconductor module, Comprising: The said semiconductor module is from a double-sided heat dissipation module. The one side of the semiconductor module in each module unit and the cooler are joined by brazing, and when the module units are stacked, the other side of the semiconductor module in one adjacent module unit A laminated module structure is disclosed in which a grease layer is interposed between the first module and the cooler in the other module unit.

この文献の技術においては、冷却器内に波形形状の冷却フィンとばね部材が配置されており、冷却フィンは冷却器ケースにろう付けされている。従って、この技術においても特許文献1と同様に流動抵抗が大きいという問題点があり、またユニットの熱伝導効率がろう付け部材により左右されることにもなる。さらに、波形形状の冷却フィンを使用するため、構造が複雑で製造コストが高くなるという問題点もある。
In the technique of this document, corrugated cooling fins and spring members are disposed in the cooler, and the cooling fins are brazed to the cooler case. Therefore, this technique also has a problem that the flow resistance is large as in Patent Document 1, and the heat conduction efficiency of the unit is influenced by the brazing member. Further, since corrugated cooling fins are used, there is a problem that the structure is complicated and the manufacturing cost is increased.

特開2002−164489号公報JP 2002-164489 A 特開2010−135697号公報JP 2010-135697 A

本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、製造が容易で流動抵抗が低く熱伝導率の高い積層型ヒートシンクを提供することを課題とする。The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laminated heat sink that is easy to manufacture, has low flow resistance, and high thermal conductivity.

上記課題を解決するため本発明による積層型ヒートシンクは、冷媒流路となる貫通孔を有する複数の流路板が積層され、両側に前記流路の封止面となる封止板が配置され、流路板は1以上の流路貫通孔が形成された冷却板と、該冷却板と前記封止板の各々との間に配置され前記流路貫通孔のすべてに連結するヘッダ部貫通孔が形成されたヘッダ板とからなり、前記封止板又はヘッダ部の外面の積層断面に冷媒流入出口が設けられているヒートシンクにおいて、冷媒が前記流路板の積層方向に流れるよう構成されたことを特徴とする。In order to solve the above problems, the laminated heat sink according to the present invention is formed by laminating a plurality of flow path plates having through holes that serve as refrigerant flow paths, and sealing plates that serve as sealing surfaces of the flow paths are disposed on both sides. The flow path plate includes a cooling plate in which one or more flow path through holes are formed, and a header portion through hole that is disposed between the cooling plate and each of the sealing plates and connected to all of the flow path through holes. A heat sink having a refrigerant inlet / outlet provided on a laminated cross section of the outer surface of the sealing plate or the header portion, and configured such that the refrigerant flows in a direction in which the flow path plates are laminated. Features.

前記流路板及び前記封止板の各々に片面側が凹部かつ反対面側が凸部となるエンボス部が複数箇所に形成されており、前記封止板の各々と複数の前記流路板同士がこれらエンボス部において嵌合結合されていることが望ましい。Each of the flow path plate and the sealing plate is formed with a plurality of embossed portions having a concave portion on one side and a convex portion on the opposite surface side. It is desirable that the embossed portion is fitted and connected.

また、前記各封止板と前記各流路板の接触面上に低融点金属層が設けてあり、該低融点金属層の溶融により前記各封止板と前記各流路板が接合されていることが好適である。Further, a low melting point metal layer is provided on a contact surface between each sealing plate and each flow path plate, and each sealing plate and each flow path plate are joined by melting of the low melting point metal layer. It is preferable that

前記低融点金属層は、前記流路板及び前記封止板のいずれよりも融点が低いことが好ましく、前記流路板及び前記封止板の基材質としてはアルミ・銅・鉄材が考えられ前記低融点金属層としては前記基材料が鉄・銅の場合は銀またはその合金が又アルミ基材の場合はアルミ合金が特に好適である。ヒートシンクの目的は発熱体から効率よく熱を吸収しヒートシンクの冷媒流路の冷媒に熱導する事が求められ、その為流路板と封止板の材質は熱伝導率の良い銅・アルミ材(アルミブレージング材)を用いる事が多い、銅基材の場合積層板同士を接合する材料としてこれも熱伝導率が良い材料が必要となり、接合材料より融点が低く熱伝導率が良い材料は半田合金又は銀材が一般的な材料である。但し、冷媒流路は冷媒液を循環させる為の内圧が発生するので強度的に半田合金より強度のある銀材を使用し又熱伝導率から言ってもこれが良い。通常、純銅の融点は1080度・銀の融点は960度であり、接合する為の溶解温度を1000度前後にすると、流路板の溶解温度に近く形状変形等を起こしやすく安定した形状形成接合が出来ない。そこでこれ等を解決する為に、基材が銅材料の場合、低融点金属層は銀メッキ又は銀箔を介在する事により防止が出来る。
その理由は銅材料で出来ている流路板及び封止板の積層面は低融点金属層を介在しエンボス部の嵌合により相互に密着しており、この状態で接合炉に放置し徐々に温度を上げていくと接触面の金属間拡散現象が始まり銀合金の共晶体化を起こし合金化状態が比較的低い温度で実現する。銀合金の溶解温度は銅と銀の含有量で決まり、既存の合金状態図から、含有量が半々でも800度前後では溶解する。(既存銅−銀の合金状態図では銀40%・銅60%では溶解温度が780度)銅材の溶解温度に対し接合温度を下げての積層間接合が出来るので積層部材を変形等が発生せず良好な接合条件が設定できる。
The low melting point metal layer preferably has a lower melting point than both the flow path plate and the sealing plate, and the base material of the flow path plate and the sealing plate may be aluminum, copper, or iron. As the low melting point metal layer, silver or an alloy thereof is particularly preferable when the base material is iron or copper, and an aluminum alloy is particularly preferable when the base material is an aluminum substrate. The purpose of the heat sink is to efficiently absorb heat from the heating element and conduct heat to the refrigerant in the refrigerant flow path of the heat sink. Therefore, the material of the flow path plate and sealing plate is copper / aluminum material with good thermal conductivity (Aluminum brazing material) is often used. In the case of a copper base material, a material having a good thermal conductivity is required as a material for joining laminates, and a material having a lower melting point than the joining material and a good thermal conductivity is solder. Alloys or silver materials are common materials. However, since an internal pressure for circulating the refrigerant liquid is generated in the refrigerant flow path, a silver material that is stronger than the solder alloy in strength is used, and this is good from the viewpoint of thermal conductivity. Usually, pure copper has a melting point of 1080 degrees and silver has a melting point of 960 degrees. When the melting temperature for bonding is around 1000 degrees, it is close to the melting temperature of the flow path plate and is likely to cause shape deformation and the like. I can't. In order to solve these problems, when the base material is a copper material, the low melting point metal layer can be prevented by interposing silver plating or silver foil.
The reason for this is that the laminated surface of the flow path plate and the sealing plate made of copper material are in close contact with each other by the fitting of the embossed part with a low melting point metal layer interposed, As the temperature is raised, the intermetallic diffusion phenomenon on the contact surface begins, causing eutectic formation of the silver alloy, and the alloyed state is realized at a relatively low temperature. The melting temperature of the silver alloy is determined by the contents of copper and silver, and from the existing alloy phase diagram, even if the content is half and half, it melts at around 800 degrees. (In the existing copper-silver alloy phase diagram, the melting temperature is 780 ° C for 40% silver and 60% copper) Deformation of the laminated member occurs because the bonding temperature can be lowered by lowering the bonding temperature relative to the melting temperature of the copper material. Good bonding conditions can be set.

前記流路板は用途・コストなどを考慮して鉄材も使用可能であるが、その場合の前記低融点金属層としては銅が好ましい。鉄と銅の組み合わせは鉄と錫等の組み合わせに比較して積層間接合の強度が飛躍的にアップし、信頼性を上げる事ができる。The flow path plate can be made of an iron material in consideration of its use and cost, but the low melting point metal layer in that case is preferably copper. Compared to a combination of iron and tin, the combination of iron and copper can dramatically increase the strength of interlaminar bonding and increase the reliability.

前記冷却板に形成された流路貫通孔は、複数の独立した貫通孔とすることができ、また一部が相互に連続した貫通孔とすることもできる。The flow path through holes formed in the cooling plate can be a plurality of independent through holes, or a part of them can be a continuous through hole.

前記冷却板の流路貫通孔間に位置する残存部すなわちフィン部は、前記冷却板の放熱体搭載部側の周囲残存部すなわち枠部の長辺側が流路中心部に比べ幅広に形成されていることも放熱上好適である。The remaining portion, that is, the fin portion located between the flow passage through holes of the cooling plate is formed so that the peripheral remaining portion on the radiator mounting portion side of the cooling plate, that is, the long side of the frame portion is wider than the central portion of the flow passage. It is also suitable for heat dissipation.

前記冷却板の流路貫通孔間に位置する残存部すなわちフィン部は、積層方向に冷却板の板厚より片面又は両面を薄くし、冷却板の外周部は板厚を残してフィン部間は空隙を作り、冷却液をフィン部分全部に冷媒を接触させる事も放熱上好適である。The remaining part located between the flow-through holes of the cooling plate, that is, the fin part, is thinner in one or both sides than the thickness of the cooling plate in the stacking direction, and the outer peripheral part of the cooling plate leaves the plate thickness between the fin parts. It is also preferable in terms of heat dissipation to create an air gap and bring the coolant into contact with the coolant over the entire fin portion.

前記冷却板の流路貫通孔間に位置する残存部すなわちフィン部は、積層方向に冷却板の板厚より片面又は両面を薄くし、前記フィン部の一部又は全部を冷却流路方向に対し、すくい角を持った冷却板となして、冷媒を積極的にフィン部間に流入させることも放熱上さらに効果を上げる事が出来る。The remaining portion, that is, the fin portion located between the flow passage through holes of the cooling plate is made thinner in one or both sides than the thickness of the cooling plate in the stacking direction, and a part or all of the fin portion is made in the cooling flow passage direction. Also, it becomes a cooling plate having a rake angle, and positively flowing the refrigerant between the fin portions can further improve the heat dissipation effect.

複数の独立した冷媒流路及び冷媒流入出口を並列に一体形成して、複数のヒートシンクユニットの複合体とすることも可能である。It is also possible to form a composite of a plurality of heat sink units by integrally forming a plurality of independent refrigerant channels and refrigerant inflow / outlet in parallel.

本発明によれば、封止板と金属薄板の各々にエンボス部を設け、積層時にこのエンボス部同士を嵌合結合させることにより容易かつ確実に相互の位置決めを行って、さらに一体に保持することとが可能となる。これにより、封止板と各金属薄板とを接合する際は、加圧の必要なく、単に温度を上げて低融点金属層を溶融するだけでよい。
又冷却板の枚数を調整する事によって発熱体の大きさにヒートシンクを変更することも可能である。従って、製造が容易で冷却効率の高い小型ヒートシンクを提供することができる。また、エンボス部は片側が凹部かつ反対側が凸部となるよう形成されるため、単純なプレス加工により形成可能である。
According to the present invention, an embossed portion is provided on each of the sealing plate and the thin metal plate, and the embossed portions are fitted and connected to each other at the time of stacking, thereby easily and reliably positioning each other and further holding them integrally. Is possible. Thereby, when joining a sealing plate and each metal thin plate, it is only necessary to raise the temperature and melt the low melting point metal layer without applying pressure.
It is also possible to change the heat sink to the size of the heating element by adjusting the number of cooling plates. Therefore, a small heat sink that is easy to manufacture and has high cooling efficiency can be provided. Moreover, since the embossed part is formed so that one side is a concave part and the opposite side is a convex part, it can be formed by simple press working.

また、本発明によれば、流路板を積層し冷媒が流路板の積層方向に流動するよう構成しているため、流路板の形状や数を変更することにより冷却対象の大きさや流動抵抗を自在に変えることが可能であり、また他の介在物なしに流路板のみの断面を通して直接冷媒と外部発熱体との熱伝導が可能なため、高い熱伝導効率を得ることができる。Further, according to the present invention, since the flow path plates are stacked and the refrigerant flows in the flow direction of the flow path plates, the size and flow of the cooling target can be changed by changing the shape and number of the flow path plates. The resistance can be freely changed, and heat conduction between the refrigerant and the external heating element can be performed directly through the cross section of only the flow path plate without other inclusions, so that high heat conduction efficiency can be obtained.

さらに、冷却板の流路貫通孔間に位置する残存部すなわちフィン部について、冷却板の発熱体搭載側の周囲残存部すなわち枠部の長辺側が幅広になるよう形成することにより、冷却対象からの熱の伝達を容易にすることができ、より冷却効率を高めることが可能である。
又、冷却板のフィン部については一部・全体を積層方向に対し片側又は両面を薄くして積層間に空隙を設けるとともに、流路方向に対しすくい角を持たせる事によりフィン間に冷媒が通過でき、さらに冷却効果が期待できる。
Further, the remaining portion located between the flow path through holes of the cooling plate, that is, the fin portion is formed so that the peripheral remaining portion on the heating element mounting side of the cooling plate, that is, the long side of the frame portion is widened. The heat transfer can be facilitated, and the cooling efficiency can be further increased.
In addition, a part or the whole of the fin portion of the cooling plate is thinned on one side or both sides in the stacking direction so as to provide a gap between the stacks, and a rake angle is provided in the flow path direction so that the refrigerant is interposed between the fins. It can pass and further cooling effect can be expected.

複数の独立した冷媒流路及び冷媒流入出口を並列に一体形成して、複数のヒートシンクユニットの並列複合体とすることにより、複数の冷却対象を同時に冷却することも可能である。It is also possible to simultaneously cool a plurality of objects to be cooled by integrally forming a plurality of independent refrigerant channels and refrigerant inflow / outlet in parallel to form a parallel composite of a plurality of heat sink units.

以下、図面に基づいて本発明によるヒートシンクの好適な実施例について説明する。図1は、本発明によるヒートシンクの一実施例の主要部組み立て図を示す。細長い冷却板3には、短辺方向に平行に複数の流路貫通孔32が形成されており、この冷却板3を所望する奥行きになる枚数積層する。これらの冷却板3の両側にはヘッダ部貫通孔31が形成されたヘッダ板2A及び2Bをそれぞれ複数枚積層して、冷却板3に結合する。ヘッダ板2A及び2Bのさらに両側には、冷媒流路を閉鎖するための封止板1A、1Bを配置する。これらの封止板1A、1Bには、冷媒を出し入れするための冷媒流入・流出口11A、11Bを設ける。
又、冷媒の流入出口がヒートシンクの配置上封止板上に設置出来ない場合は、冷却板の積層両端にあるヘッダ部(外部の4面)に設ける事も可能である。
Hereinafter, preferred embodiments of a heat sink according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a main part assembly diagram of an embodiment of a heat sink according to the present invention. A plurality of flow path through holes 32 are formed in the elongated cooling plate 3 in parallel with the short side direction, and a number of the cooling plates 3 having a desired depth are stacked. A plurality of header plates 2 </ b> A and 2 </ b> B each having a header portion through hole 31 are stacked on both sides of the cooling plate 3 and coupled to the cooling plate 3. Sealing plates 1A and 1B for closing the refrigerant flow path are arranged on both sides of the header plates 2A and 2B. These sealing plates 1A and 1B are provided with refrigerant inflow / outflow ports 11A and 11B for taking in and out the refrigerant.
In addition, if the inlet and outlet of the refrigerant cannot be installed on the sealing plate due to the arrangement of the heat sink, it can be provided on the header portions (four external surfaces) at both ends of the stacked cooling plates.

上記の冷却板3、ヘッダ板2A、2B並びに封止板1A、1Bにはそれぞれ周囲の複数箇所に片側が凸かつ反対側が凹となるように形成されたエンボス部21が対応する箇所に配置されており、互いに加締めることにより正確な位置関係で仮固定することができる。さらに図示してないが、冷却板3、ヘッダ板2A、2B並びに封止板1A、1Bのそれぞれには片側表面には前記それぞれの基材よりも融点が低い低融点金属層が形成されており、この低融点金属層を融解することにより全体を接合密閉してヒートシンクを完成することができる。低融点金属層としては、厚さ5ミクロンの銀層を使用することができる。On the cooling plate 3, the header plates 2A and 2B, and the sealing plates 1A and 1B, embossed portions 21 formed so that one side is convex and the opposite side is concave are arranged at corresponding locations at a plurality of surrounding locations. It can be temporarily fixed in an accurate positional relationship by caulking each other. Although not shown, each of the cooling plate 3, the header plates 2A and 2B, and the sealing plates 1A and 1B has a low melting point metal layer having a melting point lower than that of the respective base material on one surface. The heat sink can be completed by melting and sealing the low melting point metal layer and joining and sealing the whole. As the low melting point metal layer, a silver layer having a thickness of 5 microns can be used.

図2は、上記の実施例の完成体の斜視図であり、ヒートシンク本体の上部表面に複数の発熱体を載置し、冷却に供することができる。
ここでの例では、発熱体の放熱面が平面であるのでヒートシンクの受熱部も平面の図示であるが、モータの様に外形が丸型・角型の場合はモーターの発熱を除去する為、発熱体の放熱面の形状に合わせた積層構造(丸型・半円型・角型・半角型等)もプレス加工にて容易に成形可能であり、冷却効果についても説明内容となんら変わらない。
FIG. 2 is a perspective view of the completed body of the above-described embodiment, and a plurality of heating elements can be placed on the upper surface of the heat sink body and used for cooling.
In this example, the heat-dissipating surface of the heating element is flat, so the heat-receiving part of the heat sink is also flat, but if the outer shape is round or square like a motor, in order to remove the heat generated by the motor, A laminated structure (round shape, semicircle shape, square shape, half angle shape, etc.) matched to the shape of the heat radiating surface of the heating element can be easily formed by pressing, and the cooling effect is not different from the description.

図3は図2に示した実施例の側面図(a)及び正面図(b)である。流入口11Aから導入された冷媒はヘッダ部31から複数の流路32に導かれ、冷却板3と垂直方向に流れて流出口11Bより排出される。従って、流路貫通孔32の形状を工夫することにより流動抵抗を調整して、冷却効果を高めることができる。FIG. 3 is a side view (a) and a front view (b) of the embodiment shown in FIG. The refrigerant introduced from the inflow port 11A is guided to the plurality of flow paths 32 from the header portion 31, flows in the direction perpendicular to the cooling plate 3, and is discharged from the outflow port 11B. Therefore, the cooling effect can be enhanced by adjusting the flow resistance by devising the shape of the flow path through hole 32.

図4は、図1に示した実施例における冷却板3の別の形状を示す。(a)は楕円形状、(c)は円形穴の配列、(d)は波形である。流路貫通孔については、図1における長方形、(a)における楕円形及び(c)における円形は独立した貫通孔の集合体であるが、(d)においては連通した一体の貫通孔となっている。(a)及び(d)の冷却板3については、流路貫通孔32間のフィン部33は冷却板3の上下面近くで幅広となるように形成されている。この構成により、冷却板3の上下方向からの熱の伝達と冷媒との熱交換をより効率的にすることができる。このように、貫通孔の形状についての制限はなく、発熱体の搭載面・搭載数・発熱量の大きさ等その目的に応じて変更することができる。また、図4(b)にはこれらの冷却板3を積層した際の状態を部分断面図として示した。それぞれの冷却板3はエンボス部21により互いに嵌合結合されている。図には示してないが、各冷却板の間には低融点金属層が設けられ、融解により最終的に接合される。FIG. 4 shows another shape of the cooling plate 3 in the embodiment shown in FIG. (A) is an elliptical shape, (c) is an array of circular holes, and (d) is a waveform. As for the flow-through holes, the rectangle in FIG. 1, the ellipse in (a) and the circle in (c) are an assembly of independent through-holes, but in (d), they are integrated through-holes. Yes. As for the cooling plate 3 of (a) and (d), the fin portion 33 between the flow path through holes 32 is formed to be wide near the upper and lower surfaces of the cooling plate 3. With this configuration, heat transfer from the vertical direction of the cooling plate 3 and heat exchange with the refrigerant can be made more efficient. Thus, there is no restriction | limiting about the shape of a through-hole, It can change according to the objectives, such as the mounting surface of the heat generating body, the number of mounting, and the magnitude | size of the emitted-heat amount. FIG. 4B shows a partial cross-sectional view of the state when these cooling plates 3 are stacked. Each cooling plate 3 is fitted and connected to each other by an embossed portion 21. Although not shown in the drawing, a low-melting point metal layer is provided between the cooling plates and finally joined by melting.

図5は、図4に示した冷却板のフィン部に関してフィン部の別形状を示す。(a)は冷却板の正面図、(b)は冷却板の断面図でありフィン部は両面から薄くしてあり、又(c)は冷却板が積層された断面図を示している。これにより冷却液流路に対し直角方向に対し液が浸透できる空隙を形成している。
さらにヒ−トシンクの冷却効果を上げる為、(d)はフン全体を一方向に傾ける方法又(e)は流路貫通穴方向に向かって千鳥方向にフィン部を傾ける構造を示し、冷媒を積極的にフィン部隙間にも流す様にしており、以下に説明するヘッダ−板の穴の配置とこの千鳥傾斜列の組み合わせにより、冷媒の圧力を調整し傾斜フィン間に冷媒が流れ込むようにすればさらに冷却効果が高まる。
又(f)はフィンの板厚方向を薄くする方法として、フィン部をプレス等にて絞り工法を使用して薄くする方法を示してある。
FIG. 5 shows another shape of the fin portion with respect to the fin portion of the cooling plate shown in FIG. (A) is a front view of a cooling plate, (b) is a sectional view of the cooling plate, fin portions are thinned from both sides, and (c) is a sectional view in which cooling plates are laminated. As a result, a gap through which the liquid can permeate in a direction perpendicular to the coolant flow path is formed.
In order to further improve the heat sink cooling effect, (d) shows a method of tilting the entire fan in one direction, and (e) shows a structure in which the fins are tilted in a staggered direction toward the flow-through hole, and the refrigerant is actively used. If the pressure of the refrigerant is adjusted and the refrigerant flows between the inclined fins by combining the header-plate hole arrangement described below and this staggered inclined row, the refrigerant flows into the fins. Further, the cooling effect is enhanced.
Further, (f) shows a method of thinning the fin portion by using a drawing method with a press or the like as a method of thinning the fin thickness direction.

図6には、本発明による別の実施例を示した。この実施例のヒートシンクは、図2に示した単独のヒートシンクユニットを横に並列に並べた形となっているが、封止板1A、1B、ヘッダ板2A、2B、流路板3は全ユニット一体として形成されている。この構成を取ることにより、各発熱体12ごとに冷媒を供給できるため冷却効率を高めることができる。FIG. 6 shows another embodiment according to the present invention. The heat sink of this embodiment has a shape in which the single heat sink units shown in FIG. 2 are arranged side by side, but the sealing plates 1A and 1B, header plates 2A and 2B, and the flow path plate 3 are all units. It is formed as one piece. By adopting this configuration, the cooling efficiency can be increased because the refrigerant can be supplied to each heating element 12.

図7には、複数の流路に満遍なく冷媒が供給出来る様にヘッダ板の形状を工夫したものである。さらに冷却効率を高めるためのヘッダ板構成を示した。(c)、(d)、(e)がヘッダ板の実施例であり、冷媒の流入出口の配置・大きさにより冷却板3の貫通孔の通過面に対して冷媒液の圧力が変り、冷却貫通穴に均一な冷媒の流れが作れないのでその為、ヘッダ板の流路貫通孔の配置を不均一、詳しくはヘッダ板3の左右側が貫通孔の合計断面積が広くなるようにし、冷却板の貫通穴に冷媒が入る前に圧力調整用の冷媒溜まりとして配置してある。これにより冷媒を冷却板3の外周近くに多く流すようにし、冷却板3の冷却を促進するものである。(b)は一様に貫通穴を開けたヘッダ板2Aであり、実施に関しては(b)のヘッダ板と冷却板の間に(c)、(d)、(e)の調整用ヘッダ板を入れる事も可能である。
これらを(a)に示したように積層することにより、冷媒は流路32に沿って左右側に多く誘導される。
In FIG. 7, the shape of the header plate is devised so that the refrigerant can be uniformly supplied to the plurality of flow paths. Furthermore, a header plate configuration for increasing the cooling efficiency was shown. (C), (d), (e) are embodiments of the header plate, and the refrigerant liquid pressure changes with respect to the passage surface of the through hole of the cooling plate 3 depending on the arrangement and size of the refrigerant inflow / outlet, and cooling. Since a uniform refrigerant flow cannot be created in the through hole, the arrangement of the flow passage through holes in the header plate is not uniform. Specifically, the left and right sides of the header plate 3 have a large total cross-sectional area of the through holes. Before the refrigerant enters the through hole, the refrigerant is disposed as a pressure adjustment refrigerant pool. As a result, a large amount of refrigerant flows near the outer periphery of the cooling plate 3 to promote cooling of the cooling plate 3. (B) is a header plate 2A having a uniform through hole. For implementation, an adjustment header plate (c), (d), (e) is inserted between the header plate (b) and the cooling plate. Is also possible.
By laminating these as shown in (a), a large amount of refrigerant is guided along the flow path 32 to the left and right sides.

以上説明した本発明によるヒートシンクの製造においては、封止板1A、1B、ヘッダ板2A、2B、流路板3のそれぞれが薄板状のため、プレス打ち抜き及び成形により外形、貫通孔32、エンボス部21を含めて一体的に形成することができる。各々の要素板の少なくとも片面には、前もって低融点金属層を設けておくことができる。順送金型等を用いれば、上記の各基材を順次形成し、積層加圧により嵌合結合させて一体化することが連続的に実施できる。In manufacturing the heat sink according to the present invention described above, the sealing plates 1A and 1B, the header plates 2A and 2B, and the flow path plate 3 are thin plates. 21 can be formed integrally. A low melting point metal layer can be provided in advance on at least one surface of each element plate. If a progressive die or the like is used, it is possible to continuously form each of the above-described base materials and to integrate them by fitting and bonding by laminating pressure.

一体化したヒートシンク組立体は、例えば基材料が銅であれば830℃程度の高温槽に入れ、低融点金属層を融解した後冷却すれば、相互に接合されて堅固なヒートシンクとして完成される。この例では低融点金属層として銀を使用したが、封止板や金属薄板の種類に従って他の銀合金或いははんだ等の他の材料を選択することも可能である。For example, if the base material is copper, the integrated heat sink assembly is put in a high-temperature bath of about 830 ° C., and the low-melting metal layer is melted and then cooled. In this example, silver is used as the low melting point metal layer, but other materials such as other silver alloys or solders can be selected according to the type of the sealing plate or metal thin plate.

今回のヒートシンクの試作実施に関しては金属薄板の材料を銅、低融点金属層を銀のメッキで実施したが、他の放熱用途を配慮して金属薄板の材料を鉄とし、鉄と相性の良い低融点金属層材料種類とこれ等を接合させる溶解炉種類についても並行して検討した。
鉄材より融点が低くしかも容易に実施可能な低融点金属層材料として錫と銅2種を検討し、接合させる溶解炉として電気炉・無酸化炉・ロー付け炉の3種類で接合試験を実施した。
以下は実施した接合引っ張り強度試験データである。
*低融点材料が錫材・厚み3μm・電気炉では0.8Kg〜1Kg/mm
*低融点材料が錫材・厚み5μm・電気炉では1Kg/mm
*低融点材料が錫材・厚み3μm・無酸化炉では7Kg〜8Kg/mm
*低融点材料が錫材・厚み5μm・無酸化炉では5kg〜4Kg/mm
*低融点材料が錫材・厚み3μm・ロー付け炉では65kg〜70Kg/mm
*低融点材料が錫材・厚み5μm・ロー付け炉では60Kg〜65Kg/mm
以上の結果より錫に関しては無酸化炉を使用しても溶解時表面酸化現象により流れ性が悪く安定した接合状態が得られない。
又厚みに関しては5μより3μに方が少し強度が安定している。
以上の結果、金属薄板材料が鉄の場合には、低融点金属層として銅材が安定して強度が確保出来る結果となった。
In this heat sink prototype, the metal thin plate was made of copper and the low melting point metal layer was plated with silver. However, considering other heat dissipation applications, the metal thin plate was made of iron, which is compatible with iron. The types of melting point metal layer materials and melting furnaces for joining them were also examined in parallel.
Two types of tin and copper were investigated as low melting point metal layer materials that have a lower melting point than iron materials and can be easily implemented, and a joining test was conducted using three types of melting furnaces: electric furnace, non-oxidizing furnace, and brazing furnace. .
The following is the joint tensile strength test data performed.
* Low melting point material is tin, thickness 3μm, 0.8kg to 1kg / mm 2 in electric furnace
* Low melting point material is tin, thickness 5μm, 1Kg / mm 2 for electric furnace 2
* Low melting point material is tin, thickness 3μm, 7kg to 8kg / mm 2 in non-oxidizing furnace
* Low melting point material is tin, thickness 5μm, non-oxidizing furnace 5kg-4Kg / mm 2
* Low melting point material is tin, thickness 3μm, 65kg-70Kg / mm 2 in brazing furnace
* Low melting point material is tin, thickness 5μm, 60Kg-65Kg / mm 2 in brazing furnace
From the above results, even if a non-oxidizing furnace is used for tin, the flowability is poor due to the surface oxidation phenomenon at the time of melting, and a stable bonding state cannot be obtained.
Regarding the thickness, the strength is slightly stable at 3 μm than 5 μm.
As a result, when the metal thin plate material was iron, the copper material could be stably secured as the low melting point metal layer.

以上述べたように、本発明によれば、製造が容易で冷却効率の高い小型ヒートシンクを提供することができるため、自動車業界を始めとして電気及び電子機器の冷却分野において大いに貢献できるものである。As described above, according to the present invention, a small heat sink that is easy to manufacture and has high cooling efficiency can be provided. Therefore, the present invention can greatly contribute to the cooling field of electric and electronic devices including the automobile industry.

本発明によるヒートシンクの構成を示す組み立て図である。It is an assembly drawing which shows the structure of the heat sink by this invention. 本発明によるヒートシンクの斜視図である。1 is a perspective view of a heat sink according to the present invention. (a)は図2に示したヒートシンクの側面図、(b)は正面図である。(A) is a side view of the heat sink shown in FIG. 2, (b) is a front view. (a)、(c)、(d)は図1に示した本発明によるヒートシンクに使用する冷却板の別の実施態様及び接続状態を示す図で、(b)はこれらの冷却板の接続状態を示す部分断面図である。(A), (c), (d) is a figure which shows another embodiment and connection state of the cooling plate used for the heat sink by this invention shown in FIG. 1, (b) is a connection state of these cooling plates. FIG. (a)、(b)、(c)は冷媒液をフィン部板方向にも浸透させ、さらに(d)、(e)は積極的に冷媒液をフィン間に冷媒液を流せるように各フィンを冷媒液の流路方向にすくい角を持たせた冷却板の図面である。又(f)はフィン間の隙間を持たせる絞り構造の断面図である。(A), (b), and (c) allow the refrigerant liquid to permeate in the direction of the fin plate, and (d) and (e) indicate that each of the fins can positively flow the refrigerant liquid between the fins. 2 is a drawing of a cooling plate having a rake angle in the direction of the flow path of the refrigerant liquid. Further, (f) is a cross-sectional view of a diaphragm structure for providing a gap between fins. 本発明によるヒートシンクの別の実施例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows another Example of the heat sink by this invention. (b)は、ヘッダ板の一例を示す正面図、(c)、(d)、(e)はヘッダ板の別の実施例を示す正面図、(a)は、これらを組立てた際の部分断面図である。(B) is a front view showing an example of a header plate, (c), (d) and (e) are front views showing another embodiment of the header plate, and (a) is a part when these are assembled. It is sectional drawing.

1A、1B 封止板
2A、2B ヘッダ板
3 冷却板
10 ヒートシンク本体
11A、11B 流入・流出口
12 発熱体
21 エンボス部
31 ヘッダ部貫通孔
32 流路貫通孔
33 フィン部
1A, 1B Sealing plate 2A, 2B Header plate 3 Cooling plate 10 Heat sink body 11A, 11B Inlet / outlet 12 Heating element 21 Embossed portion 31 Header portion through-hole 32 Channel passage through-hole 33 Fin portion

Claims (7)

冷媒流路となる貫通孔を有する複数の流路板が積層され、両側に前記流路の封止面となる封止板が配置され、流路板は1以上の流路貫通孔が形成された冷却板と、該冷却板と前記封止板の各々との間に配置され前記流路貫通孔のすべてに連結するヘッダ部貫通孔が形成されたヘッダ板とからなり、前記封止板又はヘッダ部に冷媒流入出口が設けられ、積層断面の外面に発熱体を設置したヒートシンクにおいて、冷媒が前記流路板の積層方向に流れるよう構成されたことを特徴とする積層型ヒートシンクA plurality of flow path plates having through holes serving as refrigerant flow paths are stacked, sealing plates serving as sealing surfaces of the flow paths are disposed on both sides, and the flow path plate has one or more flow path through holes formed therein. A cooling plate, and a header plate formed between the cooling plate and each of the sealing plates and formed with header part through holes connected to all of the flow path through holes, the sealing plate or A heat sink in which a refrigerant inlet / outlet is provided in a header portion and a heating element is installed on an outer surface of a laminated cross section, wherein the refrigerant flows in a direction in which the flow path plates are laminated. 前記冷却板に形成された流路貫通孔は、一部が相互に連続した貫通孔であることを特徴とする請求項1記載の積層型ヒートシンク。The laminated heat sink according to claim 1, wherein the flow path through holes formed in the cooling plate are partially continuous through holes. 前記冷却板の流路貫通孔間に位置する残存部すなわちフィン部は、前記冷却板の周囲残存部すなわち枠部の長辺側が幅広に形成されていることを特徴とする請求項1乃至2のいずれかに記載の積層型ヒートシンク。The remaining portion, that is, the fin portion located between the flow path through holes of the cooling plate is formed so that the peripheral remaining portion of the cooling plate, that is, the long side of the frame portion is wide. The laminated heat sink according to any one of the above. 前記ヘッダ部貫通孔が冷却板の流路貫通孔に冷媒が均一又は意図した方向に流れるように規制した貫通孔を特徴とした請求項1乃至3のいずれかに記載の積層型ヒートシンク。The laminated heat sink according to any one of claims 1 to 3, wherein the header part through hole is a through hole that is regulated so that the refrigerant flows uniformly or in an intended direction in the flow path through hole of the cooling plate. 複数の独立した冷媒流路及び冷媒流入出口が並列に一体形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の積層型ヒートシンク。The laminated heat sink according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of independent refrigerant flow paths and a refrigerant inflow / outlet are integrally formed in parallel. 前記冷却板の流路貫通孔間に位置する残存部すなわちフィン部は積層方向に冷却板の板厚より薄くし、外周部は冷却板の板厚を残した冷却板を特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の積層型ヒ−トシンク。2. The cooling plate in which the remaining portion, that is, the fin portion located between the flow path through holes of the cooling plate is thinner than the thickness of the cooling plate in the stacking direction, and the outer peripheral portion is a cooling plate that retains the thickness of the cooling plate. 6. The laminated heat sink according to any one of 1 to 5. 前記フィン部の一部又は全部を冷媒流路方向に対しすくい角を持った冷却板を特徴とする請求溝1乃至6のいずれかに記載の積層型ヒートシンク。The laminated heat sink according to any one of claims 1 to 6, wherein a cooling plate having a rake angle with respect to the direction of the refrigerant flow path in part or all of the fin portion.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116321945A (en) * 2023-02-23 2023-06-23 汉得利(常州)电子股份有限公司 Pump drive radiator unit

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