JP2018032709A

JP2018032709A - ヒートシンクの製造方法

Info

Publication number: JP2018032709A
Application number: JP2016163503A
Authority: JP
Inventors: 栄作垣内; Eisaku Kakiuchi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2018-03-01

Abstract

【課題】時間及びコストを抑えて離型後の基材の反りを低減することができるヒートシンクの製造方法を提供する。【解決手段】鋳造によりヒートシンク１００の基材を成形する鋳造工程と、鋳造工程後、金型から外したヒートシンク１００の基材の表面に放熱性の塗料を塗布して放熱性の層を成膜する成膜工程と、を備え、当該成膜工程は、ヒートシンク１００の基材の凸形状に反る表面に塗料を塗布する第１の塗布工程と、当該第１の塗布工程の後に、ヒートシンク１００の基材の凹形状に反る表面に塗料を塗布する第２の塗布工程と、を備える、ヒートシンクの製造方法。【選択図】図４

Description

本発明は、ヒートシンクの製造方法に関する。

近年、半導体装置等における電気回路の小型化に伴って、当該電気回路の発熱密度が上昇している。そのため、半導体装置における当該電気回路の放熱性能の向上が重要となっている。発熱密度の高いユニットのヒートシンク（筐体）は、熱伝導率の高いアルミ等の金属で形成することが一般的である。しかし、アルミ等の金属自体の熱伝導率は高いが、当該金属からの放射率は低い傾向がある。そのため、金属よりも放射率の高いカーボン、窒化物、樹脂等の物質を金属製の放熱部品の表面に形成することが提案されている。

特許文献１には、ダイカスト法により放熱ベースの基材を成形し、当該基材を成形した直後の高温状態にある基材の表面に、樹脂射出成形によって放熱性の被膜層を焼成する、放熱ベースの製造方法が記載されている。

特開昭５７−２０２６８３号公報

鋳造されたヒートシンクの基材は、離型後、基材の各部の冷却速度の違いによって、当該基材が反ってしまうという問題がある。そのため、離型後の基材の各部へ噴射する冷却水の噴射量を調節することによって、基材の反りを軽減する場合がある。冷却水によって離型後の基材を冷却する工程は時間がかかる上に、コストがかかってしまうという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、時間及びコストを抑えて離型後の基材の反りを低減することができるヒートシンクの製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明に係るヒートシンクの製造方法は、鋳造により基材を成形する鋳造工程と、鋳造工程後、金型から外した前記基材の表面に放熱性の塗料を塗布して放熱性の層を成膜する成膜工程と、を備える。また、前記成膜工程は、前記基材の凸形状に反る表面に前記塗料を塗布する第１の塗布工程と、前記第１の塗布工程の後に、前記基材の凹形状に反る表面に前記塗料を塗布する第２の塗布工程と、を備える。

本発明に係るヒートシンクの製造方法によれば、離型後の基材の凹形状に反る表面よりも先に、凸形状に反る表面に塗料が塗布される。そのため、凸形状の反る表面は、凹形状に反る表面よりも先に、塗布された放熱性の塗料の放熱効果と塗料溶剤の気化熱による冷却効果を早く得ることができる。そのため、凸形状に反る表面が、塗布された放熱性の塗料の放熱効果と塗料溶剤の気化熱による冷却効果によって冷却されて縮むことにより、基材の当該反りを抑制することができる。これにより、冷却水によって離型後の基材を冷却する工程を省くことができる。よって、時間及びコストを抑えて離型後の基材の反りを低減することができるヒートシンクの製造方法を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係るヒートシンクと当該ヒートシンクが冷却する電気回路基板とを示す斜視図である。図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。離型後に反ったヒートシンクの基材の断面図である。本発明の実施の形態１に係るヒートシンクの製造方法について説明する図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、実施の形態１に係るヒートシンク１００と当該ヒートシンクが冷却する電気回路基板２００とを示す斜視図である。また、図２は、図１におけるヒートシンクのＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

図１に示すように、実施の形態１に係るヒートシンク１００は、筐体部１０１、フィン１０２等を備えている。
図１、図２に示すように、筐体部１０１は、天面部が開口された箱形状を有する。また、筐体部の底面の外面には、複数のフィン１０２が立設されている。

また、ヒートシンク１００は、アルミ等の金属からなる基材と、当該基材の表面に放熱性の塗料が塗布されて形成された被膜層と、から形成されている。放熱性の塗料としては、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等のイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂等の絶縁性の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が使用される。絶縁性の塗料を用いることにより、電子部品２０２とヒートシンク１００とを絶縁することができる。また、樹脂塗料を用いることにより、電気回路基板２００とヒートシンク１００との間に空隙が発生するのを防ぐことができる。なお、ヒートシンク１００の電気回路基板２００側の表面に塗布される塗料と、ヒートシンク１００のその他の表面に塗布される塗料とは異なっていても良い。

具体的には、成形金型を用いて鋳造によって基材が形成される。次いで、当該基材の表面に放熱性の塗料を塗布した後、当該塗料を焼成することにより、基材の表面に放熱性の被膜層が形成される。

また、電気回路基板２００は、板状の基板２０１、電子部品２０２等を備えている。
電子部品２０２は、図１に示すように、基板２０１のヒートシンク１００側の面上に配置されている。
そして、基板２０１は、ヒートシンク１００の筐体部１０１の開口に嵌合可能となっている。基板２０１が筐体部１０１の開口に嵌合されることにより、電子部品２０２は、基板２０１と筐体部１０１とによって形成された実質的に密閉された箱の内部に内包される。

そして、電子部品２０２から発生した熱は、基板２０１と筐体部１０１とによって形成された箱の中の空気、及び、基板２０１を伝って、ヒートシンク１００に伝熱される。そして、ヒートシンク１００に伝熱された熱は、主に、フィン１０２から外部へと放熱される。

次に、図３、図４を参照して、本発明の実施の形態１に係るヒートシンク１００の製造方法について説明する。図３は、離型後に反ったヒートシンク１００の基材の断面図である。図４は、離型後のヒートシンク１００に放熱性の塗料を塗布する方法を説明する図である。

鋳造されたヒートシンク１００の基材は、図３に示すように、離型後、基材の各部の冷却速度の違いによって、当該基材が反ってしまう。具体的には、通常、フィン１０２が立設された部分の表面積は、フィン１０２が立設されていない部分の表面積よりも広い。そのため、フィン１０２が立設された部分の冷却速度は、フィン１０２が立設されていない部分の冷却速度よりも速い。そのため、フィン１０２が立設された部分は、フィン１０２が立設されていない部分よりも縮む。これにより、鋳造されたヒートシンク１００の基材は、離型後、フィン１０２が立設された側が凹むように、すなわち、フィン１０２が立設８されていない部分が突出するように、変形してしまう。

このような変形を是正するため、本実施の形態１に係るヒートシンク１００の製造方法では、鋳造により基材を成形する鋳造工程と、鋳造工程後、金型から外した当該基材の表面に放熱性の塗料を塗布して放熱性の層を成膜する成膜工程と、を備え、成膜工程は、基材の凸形状に反る表面に塗料を塗布する第１の塗布工程と、当該第１の塗布工程の後に、基材の凹形状に反る表面に塗料を塗布する第２の塗布工程と、を備える。

具体的には、図４に示すように、ヒートシンク１００の基材の凸形状に反った表面、すなわち、フィン１０２が立設されていない表面に、樹脂塗布装置３００を用いて、放熱性の塗料を塗布する（図４の上段部の図、第１の塗布工程）。

これにより、ヒートシンク１００のフィン１０２が立設されていない部分が放熱性の塗料の放熱効果と塗料溶剤の気化熱による冷却効果によって冷却されて縮む。そして、ヒートシンク１００の反りが低減される（図４の中段部の図）。

次に、ヒートシンク１００の基材の凹形状に沿っていた表面、すなわち、フィン１０２が立設されている表面に、樹脂塗布装置４００を用いて、放熱性の塗料を塗布する（図４の下段部の図、第２の塗布工程）。

なお、上記の成膜工程（第１の塗布工程、第２の塗布工程）において、ヒートシンク１００の基材の表面に塗布された放熱性の塗料は、ヒートシンク１００の基材に残っている鋳造の余熱によって焼成される。これにより、ヒートシンク１００の基材の表面に放熱性の被膜層が成膜され、ヒートシンク１００が製造される。
また、上記の成膜工程（第１の塗布工程、第２の塗布工程）における放熱性の塗料の塗布方法としては、塗料を基材に吹き付けることによって塗布する方法と、塗料を基材に落下させることによって塗布する方法とが挙げられる。ここで、塗料を基材に吹き付けることによって塗布する方法の例として、スプレー装置を用いた塗布を含む。また、塗料を基材に落下させることによって塗布する方法は、下記の内容を含む。塗料を基材に落下させながら、その落下位置を変化させること、又は、落下する塗料の下に基材を通過させることによって、塗布すること。例えば、塗料を帯（カーテン）状に落下させることによって塗布するカーテンコーティングや、スロットコーティング等のような塗布方法を含む。

以上に説明した実施の形態１に係るヒートシンク１００の製造方法によれば、離型後のヒートシンク１００の基材の凹形状に反る表面よりも先に、凸形状に反る表面に塗料が塗布される。そのため、ヒートシンク１００の基材の凸形状の反る表面は、凹形状に反る表面よりも先に、塗布された放熱性の塗料の放熱効果と塗料溶剤の気化熱による冷却効果を早く得ることができる。そのため、当該凸形状に反る表面が、塗布された放熱性の塗料の放熱効果と塗料溶剤の気化熱による冷却効果によって冷却されて縮むことにより、ヒートシンク１００の基材の当該反りを抑制することができる。これにより、冷却水によって離型後のヒートシンク１００の基材を冷却する工程を省くことができる。よって、時間及びコストを抑えて離型後の基材の反りを低減することができるヒートシンク１００の製造方法を提供することができる。

なお、凸形状に反る表面とは、凸形状に沿っている表面又は凸形状に反ることが予想される表面を意味する。同様に、凹形状に反る表面とは、凹形状に沿っている表面又は凹形状に反ることが予想される表面を意味する。基材の表面が凸形状又は凹形状に反るか否かは、試作段階又は実際の製作の際に、ステレオカメラ（２眼式カメラ）等によって当該基材の表面を撮像する等により、当該基材の表面の形状と設計形状との差分を算出して、判断してもよい。この基材の表面が凸形状又は凹形状に反るか否かの判断は、演算処理装置と記憶装置に格納されたプログラムを実行することによって、実現されてもよい。

また、放熱性の塗料としては、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等のイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂等の絶縁性の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等が使用される。絶縁性の塗料を用いることにより、電子部品２０２とヒートシンク１００とを絶縁することができる。また、樹脂塗料を用いることにより、電気回路基板２００とヒートシンク１００との間に空隙が発生するのを防ぐことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本実施の形態１に係るヒートシンクの製造方法における成膜工程は、ヒートシンクだけでなく基材表面に放熱性の塗料を塗布して製造される製品の製造に適用可能である。

１００ヒートシンク
１０１筐体部
１０２フィン
２００電気回路基板
２０１基板
２０２電子部品
３００樹脂塗布装置
４００樹脂塗布装置

Claims

鋳造により基材を成形する鋳造工程と、
鋳造工程後、金型から外した前記基材の表面に放熱性の塗料を塗布して放熱性の層を成膜する成膜工程と、
を備え、
前記成膜工程は、
前記基材の凸形状に反る表面に前記塗料を塗布する第１の塗布工程と、
前記第１の塗布工程の後に、前記基材の凹形状に反る表面に前記塗料を塗布する第２の塗布工程と、
を備える、ヒートシンクの製造方法。