JP2019133984A - ヒートシンクの製造方法およびヒートシンク - Google Patents

Abstract

【課題】フィンの自由度の向上および軽量化が可能になるとともに、容易にかつ簡便に製造できるヒートシンクの製造方法およびヒートシンクを提供する。【解決手段】ベース部材１と、ベース部材１の表面部にそれぞれ設置された複数の筒状のフィン２とを備えたヒートシンクの製造方法において、ベース部材１を加熱し、ベース部材１の表面部を溶融させる第一工程と、溶融されたベース部材１の表面部に複数のフィン２をそれぞれ配置して接触させて、ベース部材１と複数のフィン２とを溶融接合させる第二工程とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、発熱量の大きい素子などの温度上昇を抑制するヒートシンクの製造方法およびヒートシンクに関するものである。

電子部品の放熱に用いられるヒートシンクは、一般的にベース板とフィンとにより構成され、電子部品とベース板とを密着させることで、電子部品で発生する熱をフィンまで移動させ、フィンと外部環境との対流熱伝達により外部環境に放熱することで、電子部品の温度上昇を抑制している。放熱部品に取り付けることが可能なスペースおよび重量が限られているために、ヒートシンクには、必要な放熱性能を小型および軽量となる、寸法および重量で実現することが求められている。そのため、熱伝導率が高い材料を使用すること、および、フィンの薄肉化、フィンピッチの縮小等により、放熱面積を拡大することが要求されている。

従来、小型で放熱性能が高いヒートシンクとしては、ピン型のフィンを有するヒートシンクが知られている。このピン型のフィンを有するヒートシンクの放熱性能を損なわず、フィンの軽量化を実現するものとして、中空のピン型フィンを用いるものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特表２０１７−５３１９０８号公報（図１）

従来のヒートシンクおよびヒートシンクの製造方法は、ヒートシンクの材料としては、軽量、かつ、熱伝導率が高いアルミニウムが一般的に用いられる。また、その製造方法としては、押出成形またはダイキャスト、かしめ、鍛造が一般的に知られている。しかし、押出成形では成形できるフィンの形状が平板状に限定されるという問題点があった。

また、ダイキャストではフィンの形状の自由度は高いが、ヒートシンクを鋳造により成形する必要があるために、ヒートシンクの材料として、成形時の流動性を向上させた鋳造用またはダイキャスト用のアルミニウム合金を使用する必要がある。この鋳造用またはダイキャスト用のアルミニウム合金は、前記の純アルミニウムと比較して熱伝導率が３０％程度低く、純アルミニウムからなるヒートシンクに対して放熱性能が低下することは避けられないという問題点があった。

また、ベース板とフィンとをかしめることにより接合されたヒートシンクでは、その製法上、ベース板とフィンとの間に空隙が必ず存在してしまうため、ベース板とフィンとの間の熱抵抗が増大し、ヒートシンクの放熱性能が低下する。鍛造の場合は、その製法上、フィンに一定の強度が求められるため、例えば、特許文献１のような、中空のフィンを形成するためには一定以上の肉厚が必要であり、フィンの軽量化に限界があるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、フィンの自由度の向上および軽量化が可能になるとともに、容易にかつ簡便に製造できるヒートシンクの製造方法およびヒートシンクを提供することを目的としている。

この発明のヒートシンクの製造方法は、
ベース部材と、前記ベース部材の表面部にそれぞれ設置された複数の筒状のフィンとを備えたヒートシンクの製造方法において、
前記ベース部材を加熱し、前記ベース部材の表面部を溶融させる第一工程と、
溶融された前記ベース部材の表面部に複数の前記フィンをそれぞれ配置して接触させて、前記ベース部材と複数の前記フィンとを溶融接合させる第二工程とを備える。
また、この発明のヒートシンクの製造方法は、
ベース部材と、前記ベース部材の表面部にそれぞれ設置された複数の筒状のフィンとを備えたヒートシンクの製造方法において、
前記ベース部材の表面部に複数の筒状の前記フィンをそれぞれ配置する第一工程と、
前記ベース部材を加熱し、前記ベース部材の表面部を溶融させて、前記ベース部材と複数の前記フィンとを溶融接合させる第二工程とを備える。
また、この発明のヒートシンクは、
ベース部材と、前記ベース部材の表面部にそれぞれ設置された複数の筒状のフィンとを備え、
前記ベース部材の表面部における前記フィンの設置箇所は、溶融接合による溶融痕が形成される。

この発明のヒートシンクの製造方法およびヒートシンクによれば、
フィンの自由度の向上および軽量化が可能になるとともに、容易にかつ簡便に製造できる。

この発明の実施の形態１のヒートシンクの構成を示した図である。 図１に示したヒートシンクのＡ−Ａ線における断面を示した断面図である。 図１に示したヒートシンクの製造方法を示した図である。 図１に示したヒートシンクの製造方法を示した図である。 図１に示したヒートシンクの製造方法を示した図である。 図４に示したヒートシンクの製造方法を拡大して示した拡大図である。 図１に示したヒートシンクの他の製造方法を示した図である。 図１に示したヒートシンクの他の製造方法を示した図である。 図１に示したヒートシンクの他の製造方法における図７のＢ−Ｂ線に対応する断面を示した断面図である。 この発明の実施の形態２のヒートシンクの製造方法を示した図である。 この発明の実施の形態３のヒートシンクの構成を示した図である。 図１１に示したヒートシンクの製造方法を示した図である。 この発明の実施の形態４のヒートシンクの構成を示した図である。 図１３に示したヒートシンクの製造方法を示した図である。 図９に対する比較例を示したヒートシンクの製造方法における図７のＢ−Ｂ線に対応する断面を示した断面図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態について説明する。図１はこの発明の実施の形態１のヒートシンクの構成を示した図である。図２は図１に示したヒートシンクのＡ−Ａ線における断面を示した断面図である。図３から図５は図１に示したヒートシンクの製造方法を示した図である。図６は図４に示したヒートシンクの製造方法を拡大して示した拡大図である。図７および図８は図１に示したヒートシンクの他の製造方法を示した図である。図９は図１に示したヒートシンクの他の製造方法における図７のＢ−Ｂ線に対応する断面を示した断面図である。図１５は図９に対する比較例を示したヒートシンクの製造方法における図７のＢ−Ｂ線に対応する断面を示した断面図である。

図１および図２において、ヒートシンク１００は、ベース部材１と、ベース部材１の表面部にそれぞれ設置された複数の筒状のフィン２とを備える。ベース部材１は、矩形形状のブロック型にて形成される。以下の説明において、ヒートシンク１００における各方向を、図１に示すように、横方向Ｘ、奥行方向Ｙ、高さ方向Ｚとしてそれぞれ示す。また、他の構成および他の実施の形態においても、これらの方向を基準として各方向を示して説明する。

図２に示すように、ベース部材１の表面部における各フィン２の設置箇所は、溶融接合による溶融痕２０がそれぞれ形成される。各フィン２は、各フィン２の側面に径方向、ここでは横方向Ｘに貫通した貫通孔２１がそれぞれ形成される。よって、本実施の形態１のベース部材１において、同一方向を横方向Ｘとする。よって、本実施の形態１においては、ベース部材１において同一方向に配置された複数のフィン２とは、ベース部材１の横方向Ｘにおいて同一方向に配置された複数のフィン２を指すものとする。

ベース部材１、および、フィン２に好適に用いられる材料は、伝熱量を増加させるために、熱伝導率が高い材料ほど良く、また、軽量化を図るために比重が小さい材料ほど良い。このような材料の具体例として、アルミニウムが代表的であるが、中でも純アルミニウムまたはアルミニウム合金としてのＡｌ−Ｍｇ合金などの展伸材は熱伝導率が優れておりヒートシンク１００には適している。

フィン２は、放熱するためのものであり、フィン２の径方向の断面形状、および、フィン２の配置は放熱に対して最適な構成とされる。次に、これらについて説明する。フィン２は、中空の筒状であり、径方向の断面形状は、円形、楕円形、四角形、他の多角形などが可能である。ここでは、円形の場合の例を示している。

また、フィン２の配置は、千鳥配置、均等配置など、放熱性能が優れることが知られている配置、またその他の任意の配置が可能である。ここでは、ベース部材１の表面部の千鳥配置した例を示している。当該フィン２の径方向の断面形状、および、フィン２の配置は、ヒートシンク１００に求められる性能、および、設置箇所により適宜設定される。具体的にここでは、図１に示すように、ベース部材１の表面部上に、奥行方向Ｙの一番手前から、６本のフィン２、次に５本のフィン２、次に６本のフィン２と順次形成される。そして、複数のフィン２は、奥行方向Ｙおよび横方向Ｘに所定のピッチを空けて設置される。

図３において、ベース部材１の加熱を行う加熱装置は、トンネル型の加熱コイル３と、ベース部材１を設置する耐熱板４と、加熱コイル３に高周波電流を印加する電源部６とを備える。高周波電流の流れる方向は電流方向Ｆにて示す。尚、電流方向Ｆは時間的にみれば反対方向にも変化するが、ここでは便宜上一方向を図示している。図４において、ベース部材１の表面部で、複数のフィン２を配置するために、同一方向に配置するための複数のフィン２の貫通孔２１に貫通させて保持する貫通棒５１と、同一方向に所定のピッチにて配置するための、同一方向のフィン２間の貫通棒５１に設置するスペーサ５２と、複数の貫通棒５１の横方向Ｘの一端を、奥行方向Ｙにて一括に支持する支持具５３とを利用する。この支持具５３により、同一方向の横方向Ｘと異なる方向の、奥行方向Ｙにおける複数のフィン２のピッチを保持できる。

図４に示したように、複数のフィン２を配置させるための、貫通棒５１、スペーサ５２、支持具５３等は一例であり、他の構成および方法により、複数のフィン２を所望の状態でベース部材１の表面部上に配置できるものであれば、いずれの構成および方法でも同様に可能である。また、図４においては、支持具５３は貫通棒５１の横方向Ｘの右側のみに設置する例を示しているが、貫通棒５１の横方向Ｘの左側のみに設置しても、また右側および左側の両方に設置しても良い。また、支持具５３は、図４にのみ示し、他の図への記載は省略している。

上記のように構成された実施の形態１のヒートシンク１００の製造方法について説明する。まず、耐熱板４上にベース部材１を設置する。次に、図３に示したように、加熱コイル３内にベース部材１が設置された耐熱板４を挿入する。次に、電源部６にて高周波電流を加熱コイル３に流す。よって、加熱コイル３に高周波電流が電流方向Ｆに流れることで、ベース部材１に誘導電流Ｊが発生し、ベース部材１はジュール熱によって加熱される。

ここで、一般的な誘導加熱方式の特性について説明する。本実施の形態１に係るヒートシンク１００の製造方法では、トンネル型の加熱コイル３の内部に、ブロック型のベース部材１が配置される。この場合、ベース部材１の表面部に加熱コイル３を流れる高周波電流の電流方向Ｆとは逆方向の誘導電流Ｊが発生し、ベース部材１の表面側から加熱される。

このようにして、ベース部材１の表面部が誘導加熱により溶融される第一工程を行う。そして、図４および図６に示すように、加熱コイル３の外では、ベース部材１の表面部に配置するための複数のフィン２に対し、同一方向に設置する複数のフィン２の貫通孔２１に貫通棒５１を貫通させる。

また、その際、同一方向のフィン２間の貫通棒５１にはスペーサ５２を設置する。これは、同一方向に配置するためのフィン２の貫通孔２１に貫通棒５１を貫通させ、次に、スペーサ５２を貫通させ、次に、同一方向に隣接するフィン２の貫通孔２１というように交互に貫通棒５１を貫通させることで、スペーサ５２により同一方向のフィン２間のピッチは一定間隔に配置できる。

次に、ベース部材１を加熱し、ベース部材１の表面部が溶融されると、図５に示すように、加熱コイル３内から耐熱板４に設置されたベース部材１を排出方向Ｇに取り出す。そして、図４に示したように、貫通棒５１およびスペーサ５２が設置され、複数の貫通棒５１を支持具５３にて支持され、所定の状態に配置された複数のフィン２を、挿入方向Ｈに沿って、ベース部材１の表面部に設置する。この際、ベース部材１の表面部は溶融しているため、複数のフィン２の高さ方向Ｚの下端側とベース部材１の表面部とは溶接接合され、当該箇所に溶融痕２０が形成される第二工程が行われる。その後に、貫通棒５１をフィン２から引き抜くことでスペーサ５２も取り除く。そして、ヒートシンク１００が製造される。

このとき、誘導電流Ｊはベース部材１の周囲を流れるために、ベース部材１の表面部と同様にベース部材１の裏面部にも発生する。つまり、ベース部材１の裏面部もベース部材１の表面部とほぼ同じ速度で昇温する。このため、ベース部材１の裏面部でも溶融が開始される。よって、ベース部材１の表面部にフィン２を溶融接合した後のヒートシンク１００には、ベース部材１の裏面部に図２に示すような皺および小孔などの溶融痕２００が残る。但し、図２に示した溶融痕２００は図の大きさに比較して溶融痕２００を説明するために大きく図示したものである。よって、以下の実施の形態において、ベース部材１の裏面部に同様に形成される溶融痕２００の図示を省略する。

このように、フィン２を設置しているため、フィン２の形状および配置の制約を受けることなく、種々の形状のフィン２をベース部材１上に溶融接合することが可能となる。例えば、これまで、ダイキャストまたは鍛造では、フィンとベース部材とを一体成形するために、ヒートシンクを成形する場合には、フィンには一定の肉厚が必要であり、かつ、一定のピッチが必要であり、ヒートシンクの軽量化および低熱抵抗化に限界があった。

しかしながら、本実施の形態１に係るヒートシンク１００の製造方法では、フィン２の高さ、肉厚、および、隣接するフィン２とのピッチ（間隔）等の制限を受けることなく、フィン２を所望の形状および配置パターンでの溶接接合が可能となる。これにより、フィン２を配置できる領域、および、フィン２の許容重量が限られている場合であっても、最大の放熱性能を得ることが可能となる。

特に、筒状の中空のフィン２を有するヒートシンク１００に優位である。フィン２が、筒状の中空の形状である場合、中空でないものと比較して放熱面積を確保したままフィン２の軽量化が可能である。つまり、同じ放熱性能を得るためのヒートシンク１００の占有体積および重量が少なくてすむ。

次に、実施の形態１における他のヒートシンク１００の製造方法について、図７に基づいて説明する。但し、上記実施の形態１に示した場合と同様の部分は、その説明を適宜省略する。上記実施の形態１では、ベース部材１の表面部を溶融させた後に、フィン２をベース部材１の表面部に接触させることで溶接接合する方法を示したが、ここでは、予め所定の状態に配置させた複数のフィン２をベース部材１の表面部に設置した後、加熱コイル３によって囲まれる空間内に設置し、ベース部材１の加熱を誘導加熱により行う方法である。

つまり、加熱コイル３の外で、図４に示すように配置させた複数のフィン２を、耐熱板４に設置されたベース部材１の表面部に設置する第一工程を行う。次に、図７に示したように、耐熱板４、および複数のフィン２が設置されたベース部材１を、加熱コイル３内に設置し、ベース部材１を加熱して、ベース部材１の表面部を溶融し、ベース部材１とフィン２とを溶融接合させ、当該箇所に溶融痕２０が形成する第二工程を行う。

当該製造方法では、フィン２とベース部材１とは同時に誘導加熱されるが、誘導加熱の特性上、誘導電流Ｊは加熱コイル３と同じ形状のループを形成して流れる。しかし、フィン２の形状は筒状であるので、誘導電流がループを形成し難く、フィン２はベース部材１に比較して加熱され難い。このため、ベース部材１が優先的に加熱され、ベース部材１の表面部がフィン２よりも先に溶融する。このとき、フィン２の高さ方向Ｚの下端側とベース部材１の表面部とが接触しているために、両者を溶接接合することが可能となる。

このとき、ベース部材１の裏面部とベース部材１の表面部とはほぼ同じ速度で昇温するために、ベース部材１の裏面部にも溶融が発生する。よって、ベース部材１の表面部にフィン２を溶融接合した後のヒートシンク１００には、ベース部材１の裏面部に皺および小孔などの溶融痕２００が残る。

尚、貫通棒５１およびスペーサ５２の材質は、特に限定されないが、フィン２を加熱コイル３の中に配設した状態で、ベース部材１の加熱を行う場合は、電気絶縁性を有する例えば耐熱樹脂またはセラミックス製の材質が望ましい。

次に、実施の形態１における他のヒートシンク１００の製造方法について、図８に基づいて説明する。但し、上記実施の形態１に示した他の場合と同様の部分はその説明を適宜省略する。ここでは、フィン２の形状および配置をトレースした嵌め込み部を有する嵌め込み板５４を用いる。この嵌め込み板５４に複数のフィン２を嵌め込むことにより、複数のフィン２の任意の配置を実現できる。

この場合、フィン２に貫通孔２１を形成する必要がない。また、フィン２およびベース部材１を溶融接合した後、嵌め込み板５４を取り外すだけでヒートシンク１００が製造できるので、製造工程をより簡素化できる。嵌め込み板５４の材料は、フィン２をベース部材１に設置した状態で加熱コイル３の中に配設し、加熱する場合には、電気絶縁性を有する例えば耐熱樹脂またはセラミックス製のもの等が望ましい。

尚、フィン２に貫通孔２１を形成し、貫通棒５１を挿入して配置するのに加えて、さらに、フィン２を嵌め込み板５４を嵌め込むことにより、複数のフィン２を配置することも考えられる。

次に、実施の形態１における他のヒートシンク１００の製造方法について、図９に基づいて説明する。但し、上記実施の形態１に示した場合と同様の部分はその説明を適宜省略する。上記各製造方法においては特に示していないが、フィン２とベース部材１との両者が、純アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、便宜上、両者を併せてアルミニウムと称する）から構成される場合であり、その場合により良好な溶融痕２０を得る製造方法について説明する。他の部分は上記実施の形態１と同様であるため、その説明は適宜省略する。

通常、アルミニウムの表面には大気中の酸素により、緻密で強固な酸化皮膜（図示せず）が形成される。この酸化皮膜は表面エネルギーが小さく安定であるため、アルミニウムは接触する液体に対して濡れ性が悪いことが知られている。そのため、アルミニウムから構成されるフィン２を、溶融したベース部材１の表面部に接触させた場合に、フィン２が濡れない可能性がある。

このことを改善するため製造方法を図９に基づいて説明する。また、図９の比較例としての図１５を用いて説明する。図９および図１５は図７のＢ−Ｂ線に対応する断面位置に相当する断面図である。図９および図１５はフィン２とベース部材１との濡れ性を概念的に示す図である。

まず、上記に示した第一工程より前に、フィン２のベース部材１に接触させる側、すなわち、高さ方向Ｚの下端側の端部もしくはフィン２の全面、または、ベース部材１のフィン２が設置される領域の少なくともいずれか一方に、フラックス（図示せず）を塗布する塗布工程を行う。そして、加熱によるベース部材１の表面部の溶融過程において、ベース部材１からの伝導熱によってフラックスが昇温し、昇温したフラックスによりフィン２およびベース部材１上の酸化皮膜が破壊、除去されることで濡れ性が改善され、溶融したベース部材１がフィン２に沿って濡れ上がり部９０を形成し（図９）、良好に接合できる。この濡れ上がり部９０が冷却されることにより溶融痕２０となる。

ベース部材１およびフィン２に塗布するフラックスとして好適に用いることができる材料について説明する。アルミニウムの酸化被膜を除去するためのフラックスとしては、例えば、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化ナトリウムなどを適当な割合で混合させたものが一般的である。その成分によってフラックスが活性化する温度が異なる。またフラックスは、活性化開始後は徐々に活性を失って濡れ性が低下する。よって、フラックスの活性化開始温度が、ベース部材１の融点との温度差が１００℃以下となるフラックスを使用すれば、上記に示したような作用により、濡れ性が一層向上し、さらに良好な溶融痕２０が得られる。

これに対し、アルミニウムを使用したベース部材およびフィンを用い、フラックスを使用しない場合には、図１５に示すように、溶融したベース部材の表面部が押しこまれ、隣り合うフィンの間に盛り上がり部９１が発生し、フィンとベース部材とが接合され難い。

このように、図９と図１５とを比較すると明らかなように、本実施の形態１においては、図９に示すフィン２とベース部材１の濡れ性が優れている。よって、フィン２とベース部材１との濡れの影響が改善でき、アルミニウムからなる場合であっても、確実に良好な溶融痕２０を形成できる。

尚、上記実施の形態１においては、ベース部材１において、同一方向に配置された複数のフィン２の“同一方向”を、横方向Ｘの場合について説明したが、これに限られることはなく、同一方向を奥行方向Ｙにおいて同一方向に配置された複数のフィン２とすることも可能であり、その場合は、フィン２の貫通孔は径方向であって奥行方向Ｙに貫通して形成される。また、これらに限られることはなく、他の方向であっても、複数のフィン２において同一方向として貫通棒５１を貫通できる箇所に貫通孔が形成されていれば、ヒートシンク１００は上記に示した実施の形態１と同様に形成でき、同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態１においては、ベース部材１の形状を矩形形状の例にて示したが、これに限られことはなく、円形形状、三角形形状、他の多角形形状など、ヒートシンク１００を設置する箇所に応じて様々な形状に形成されることが考えられる。また、ベース部材１がどのような形状であっても、ヒートシンク１００は上記に示した実施の形態１と同様に形成でき、同様の効果を奏することができる。

上記のように構成された実施の形態１のヒートシンクおよびヒートシンクの製造方法によれば、ベース部材を加熱し、ベース部材の表面部を溶融させる第一工程と、溶融されたベース部材の表面部に複数のフィンをそれぞれ配置して接触させて、ベース部材と複数のフィンとを溶融接合させる第二工程とにて、または、ベース部材の表面部に複数の筒状のフィンをそれぞれ配置する第一工程と、ベース部材を加熱し、ベース部材の表面部を溶融させて、ベース部材と複数のフィンとを溶融接合させる第二工程とにて製造することができるため、フィンの高さ、肉厚、および、隣接するフィンとのピッチ等の制限が従来の場合より大きくフィンの自由度が向上するため、フィンを所望の形状および配置のパターンで溶接固定することが可能となる。これにより、フィンを配置できる領域、および、フィンの許容重量が限られている場合であっても、最大の放熱性能を得ることが可能となる。フィンとベース部材とが一体成形で形成されていないため、フィンの径、肉厚、ピッチによらず自由な形状および配置でフィンを形成することができるため、軽量で放熱性能が高い筒状の中空のフィンを有するヒートシンクが実現できる。

また、ベース部材と、ベース部材の表面部にそれぞれ設置された複数の筒状のフィンとを備え、ベース部材の表面部におけるフィンの設置箇所は、溶融接合による溶融痕が形成されるため、ベース部材とフィンとを溶融接合するので、フィンの筒状の中空化によるヒートシンクの軽量化と、フィンとベース板との低熱抵抗の接合を同時に実現できる。そして、中空の筒状のフィンを任意の配置で形成し、熱抵抗が小さく、かつ、軽量なヒートシンクが提供できる。

さらに、各フィンの側面に径方向に貫通した貫通孔がそれぞれ形成され、ベース部材において、同一方向に配置された複数のフィンの貫通孔は、複数のフィン間において同一方向に形成され、ベース部材の表面部への複数の筒状のフィンの配置は、ベース部材において同一方向に配置する複数のフィンの貫通孔に貫通棒を貫通させて行うので、複数のフィンを所定の配置に確実に設置できる。

さらに、ベース部材の表面部への複数の筒状のフィンの配置では、貫通棒が貫通された各フィン間の貫通棒にスペーサを設置して行うので、複数のフィンを所定のピッチの配置にさらに確実に設置できる。

さらに、ベース部材の表面部への複数の筒状のフィンの配置では、貫通棒を支持する支持具にて貫通棒を支持して行うので、複数のフィンをベース部材に容易に設置できる。

さらに、ベース部材と複数のフィンとを溶融接合させた後に、貫通棒およびスペーサをフィンから抜き取るので、溶融接合後に貫通棒およびスペーサを除去したヒートシンクを確実に得ることができる。

さらに、ベース部材の誘導加熱は、加熱コイル内にベース部材を配置して行うので、ベース部材の表面部の全面を確実にかつ簡便に溶融できる。

さらに、ベース部材およびフィンは、純アルミニウムまたはアルミニウム合金にて形成するので、上記に示した製造方法を確実に実施できるのはもちろんのこと、ヒートシンクとしての最適な熱容量を得ることができる。

さらに、ベース部材の表面部への複数の筒状のフィンの配置では、各フィンを、各フィンのベース部材に接触させる側と相反する側をフィンの配置に嵌め込む嵌め込み板に設置して行うので、複数のフィンをベース部材にさらに容易に設置できる。

さらに、ベース部材と複数のフィンとを溶融接合させた後に、嵌め込み板をフィンから外すので、溶融接合後に嵌め込み板を除去したヒートシンクを確実に得ることができる。

実施の形態２．
図１０は本発明の実施の形態２におけるヒートシンクの製造方法を示した図である。図において、上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態２では、ベース部材１を加熱する際に、金型１０に設置する。金型１０は、ベース部材１の側面および底面を包囲する形状である。また、ベース部材１を構成する材料よりも融点が高い磁性材料から構成される。また、ベース部材１は非磁性材料から構成される。

金型１０の材料としては、誘導加熱により発熱量が大きく得ることができる磁性材料が適している。つまり、透磁率が高く、電気抵抗が高い金属が好適である。このような材料の具体例として、一般的に知られている、鉄、ニッケルなどの純金属に加えて、炭素鋼またはフェライト系ステンレスなどの合金を用いることができる。

上記のように構成された実施の形態２におけるヒートシンク１００の製造方法におけるベース部材１の加熱について説明する。尚、ベース部材１へのフィン２の設置については、上記実施の形態１と同様に行うことができるため、その説明については適宜省略する。まず、ベース部材１を、磁性材料からなる金型１０の内部に配設する。ベース部材１を配設した状態の金型１０を、加熱コイル３中に設置する。そして、加熱コイル３に電源部６から高周波電流を印加し、磁性材料である金型１０に磁束が集中させる。

このため、誘導電流Ｊが金型１０の表面を集中的に流れ、金型１０が集中的に加熱される。このとき、フィン２は非磁性材料で構成されるために、その昇温速度は金型１０と比較して十分に遅くなる。そして、ベース部材１は金型１０に底面および周囲の側面を包囲されているため、金型１０からの伝導熱により昇温する。この伝導熱により、ベース部材１が融点に達することで、金型１０の内部のベース部材１が溶融し、ベース部材１の表面上に配設されているフィン２と接合される。接合後に加熱を停止し、加熱コイル３の外に金型１０を取り出し、金型１０からベース部材１を離型させることで、ベース部材１とフィン２とが一体化したヒートシンクが得られる。このように、誘導加熱による金型１０の発熱をベース部材１とフィン２との接合に利用するものである。

このとき、ベース部材１の裏面部は、金型１０からの伝導熱で溶融させる。よって、ベース部材１の表面部よりベース部材１の裏面部が先に溶融する。すなわち、ベース部材１の表面部にフィン２を溶融接合した後のヒートシンク１００には、ベース部材１の裏面部に皺および小孔などの溶融痕２００が残る。但し、本実施の形態２にて形成されたベース部材１の裏面部の溶融痕２００は、上記実施の形態１にて形成されたベース部材１の裏面部の溶融痕２００と比較すると大きく形成される。これは、本実施の形態２においては、ベース部材１の裏面部がベース部材１の表面部より先に溶融するためである。

上記に示したように実施の形態２においては、金型１０の形状は、ベース部材１の側面および底面を包囲する形状であればどのような形状でも可能であるが、金型１０とベース部材１との空隙が小さいほど好適である。これは、誘導加熱により昇温した金型１０からの伝導熱によってベース部材１を昇温させるため、前述の空隙が小さいほど、金型１０とベース部材１との昇温速度差を低減できるためである。具体的には、金型１０の底面および四方の内壁面とベース部材１との空隙を約０．５ｍｍ以下とすれば、金型１０とベース部材１との昇温速度差を良好に低減でき、より短い加熱時間でベース部材１を加熱して溶融できる。

上記のように構成された実施の形態２のヒートシンクおよびヒートシンクの製造方法によれば、上記実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、上記実施の形態１の場合には、ベース部材を直接的に誘導加熱することで融点まで加熱する必要があるため、ベース部材が非磁性材料である場合には、高い周波数および高い電源出力を有する加熱装置が必要であった。

しかし、本実施の形態２の場合では、ベース部材の加熱は、ベース部材の側面および底面を包囲する形状であり、かつ、ベース部材を構成する材料よりも融点が高い磁性材料からなる金型の内部に、非磁性材料から構成されるベース部材を配設した状態で、加熱コイル内に金型およびベース部材を配置して、金型を誘導加熱し、金型からの伝導熱により行うので、上記実施の形態１と比較すると、低い周波数および低い出力の加熱装置にてヒートシンクを製造することが可能となる。

実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３のヒートシンクの構成を示した図である。図１２は図１１に示したヒートシンクの製造方法を示した図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。フィン２には、フィン２の側面に高さ方向Ｚの中央位置よりもベース部材１に近い側に開口部２２が形成される。このように構成された実施の形態３のヒートシンクの製造方法は、図１２に示すように、上記各実施の形態と同様に行うことができる。

本実施の形態３に係るヒートシンク１００は、フィン２が中空の筒状であり、その側面部の少なくとも一箇所に開口部２２を有し、筒状のフィン２の上端は開放されている。よって、ファン１１からの空気流１２に対して当該ヒートシンク１００を設置した場合、フィン２の外壁部では周囲の空気流１２の速度が速いために熱交換量が大きい。しかし、上記各実施の形態に示されたような開口部の形成されていないフィン２の筒状の内部では、自然対流による上昇気流のみ生じるために、熱交換量が小さい。このことは、筒状のフィン２の内径が小さい場合は、圧力損失が大きくなるためにフィン２内部を空気が移動し難く、熱交換量はさらに小さくなる。したがって、筒状のフィン２では、柱状のフィンと比較して、軽量ではあるが、放熱性能においては優位性がない。

そこで、本実施の形態３におけるヒートシンク１００では、筒状のフィン２の側面の少なくとも一箇所に開口部２２を有しており、かつ、筒状のフィン２のためその上端部が開放されており、側面の開口部２２から空気流１２が入りこみ、筒状のフィン２の上端から空気が抜けることで、フィン２の内壁での熱伝達が促進され、フィン２の外壁だけでなく内壁でも高い熱交換量が得られる。この作用により、フィン２が円柱形状の場合と比較して、軽量化だけでなく、放熱性能の向上の効果を得ることが可能となる。

また、この開口部２２をフィン２の高さ方向中央位置よりもベース部材１に近い側高さに配置することで、空気流１２と接するフィン２の内壁の面積をより多く広く確保できるため、さらに好適なヒートシンク１００を得ることが可能になる。尚、この開口部２２によるフィン２の効果は、フィン２の断面形状が円状に限定されるものではなく、断面形状が楕円形、四角形、その他の多角形においても同様に実現することが可能であり、同様の効果を奏することができる。

上記のように構成された実施の形態３のヒートシンクおよびヒートシンクの製造方法によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するとともに、フィンに開口部を備えたので、ヒートシンクとしての性能を向上できる。また、フィンに開口部が形成され、フィンの形状が複雑形状になったとしても、ヒートシンクを容易かつ簡便に製造できる。

実施の形態４．
図１３はこの発明の実施の形態４のヒートシンクの構成を示した図である。図１４は図１３に示したヒートシンクの製造方法を示した図である。図において、上記各実施の形態と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。フィン２には、フィン２の側面に少なくとも１つの溝部２３が周方向に形成される。ここでは、１つのフィン２に対して、高さ方向Ｚに６個の溝部２３を形成する例を示しているが、溝部２３の数はこれに限られるものではなく、１つ以上であれば効果を奏することができる。このように構成された実施の形態４のヒートシンクの製造方法は、図１４に示すように、上記各実施の形態と同様に行うことができる。

本実施の形態４に係るヒートシンク１００の効果を、フィン２の断面形状が円形である場合を例にとり説明する。上記実施の形態３に示した場合と同様に、ファン１１からの空気流１２に対してヒートシンク１００を設置した場合、空気流１２の流速が等しい場合では、流速が速いほど、かつ、フィン２と空気流１２との接触面積が広いほど熱交換量が大きくなる。このとき、フィン２の周囲に、溝部２３を形成しておくことで、フィン２の側面部の表面積を増大させることができる。しかしながら、本実施の形態４と異なり、溝部をフィン２の側面部の高さ方向Ｚに沿って形成すると、空気流１２が当該溝部に対して直行するために、当該溝部の内部の空気流１２の流速が遅くなり、熱交換量が低下する。

これに対し、本実施の形態４に示したように、溝部２３がフィン２の周方向にわたって形成される場合は、空気流１２に対して溝部２３が平行となるために、溝部２３の内部でも空気流１２の流速が低下せず、表面積の増大により熱交換量が増大する。

尚、この溝部２３によるフィン２の効果は、フィン２の断面形状が円状に限定されるものではなく、断面形状が楕円形、四角形、その他の多角形においても同様に実現することが可能であり、同様の効果を奏することができる。さらに、この溝部２３によるフィン２の効果は、フィン２の配置に制約されるものではなく、同様の効果を奏することができる。

上記のように構成された実施の形態４のヒートシンクおよびヒートシンクの製造方法によれば、上記各実施の形態と同様の効果を奏するとともに、フィンに溝部を備えたので、ヒートシンクとしての性能を向上できる。また、フィンに溝部が形成され、フィンの形状が複雑形状になったとしても、ヒートシンクを容易かつ簡便に製造できる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ ベース部材、２ フィン、３ 加熱コイル、４ 耐熱板、６ 電源部、
１０ 金型、１１ ファン、１２ 空気流、２０ 溶融痕、２１ 貫通孔、
２２ 開口部、２３ 溝部、５１ 貫通棒、５２ スペーサ、５３ 支持具、
５４ 嵌め込み板、９０ 濡れ上がり部、９１ 盛り上がり部、２００ 溶融痕、
Ｆ 電流方向、Ｇ 排出方向、Ｈ 挿入方向、Ｊ 誘導電流、Ｘ 横方向、
Ｙ 奥行方向、Ｚ 高さ方向。

Claims (18)

1. ベース部材と、前記ベース部材の表面部にそれぞれ設置された複数の筒状のフィンとを備えたヒートシンクの製造方法において、
   前記ベース部材を加熱し、前記ベース部材の表面部を溶融させる第一工程と、
   溶融された前記ベース部材の表面部に複数の前記フィンをそれぞれ配置して接触させて、前記ベース部材と複数の前記フィンとを溶融接合させる第二工程とを備えたヒートシンクの製造方法。
2. ベース部材と、前記ベース部材の表面部にそれぞれ設置された複数の筒状のフィンとを備えたヒートシンクの製造方法において、
   前記ベース部材の表面部に複数の筒状の前記フィンをそれぞれ配置する第一工程と、
   前記ベース部材を加熱し、前記ベース部材の表面部を溶融させて、前記ベース部材と複数の前記フィンとを溶融接合させる第二工程とを備えたヒートシンクの製造方法。
3. 前記ベース部材の加熱は、加熱コイル内に前記ベース部材を配置して誘導加熱により行う請求項１または請求項２記載のヒートシンクの製造方法。
4. 前記ベース部材の加熱は、
   前記ベース部材の側面および底面を包囲する形状であり、かつ、前記ベース部材を構成する材料よりも融点が高い磁性材料からなる金型の内部に、非磁性材料から構成される前記ベース部材を配設した状態で、加熱コイル内に当該金型および当該ベース部材を配置して、前記金型を誘導加熱し、前記金型からの伝導熱により行う請求項１または請求項２に記載のヒートシンクの製造方法。
5. 前記ベース部材の表面部への複数の筒状の前記フィンの配置は、
   各前記フィンに、各前記フィンの側面の径方向に貫通した貫通孔をそれぞれ形成し、
   前記ベース部材において同一方向に配置する複数の前記フィンの前記貫通孔に貫通棒を貫通させて行う請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のヒートシンクの製造方法。
6. 前記ベース部材の表面部への複数の筒状の前記フィンの配置は、
   前記貫通棒が貫通された各前記フィン間の当該貫通棒にスペーサを設置して行う請求項５に記載のヒートシンクの製造方法。
7. 前記ベース部材の表面部への複数の筒状の前記フィンの配置は、
   前記貫通棒を支持する支持具にて前記貫通棒を支持して行う請求項５または請求項６に記載のヒートシンクの製造方法。
8. 前記ベース部材と複数の前記フィンとを溶融接合させた後に、
   前記貫通棒を前記フィンから抜き取る請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のヒートシンクの製造方法。
9. 前記ベース部材の表面部への複数の筒状の前記フィンの配置は、
   各前記フィンを、各前記フィンの前記ベース部材に接触させる側と相反する側を前記フィンの配置に嵌め込む嵌め込み板に設置して行う請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のヒートシンクの製造方法。
10. 前記ベース部材と複数の前記フィンとを溶融接合させた後に、
    前記嵌め込み板を前記フィンから外す請求項９に記載のヒートシンクの製造方法。
11. 前記第一工程より前に、前記フィンの前記ベース部材に接触させる側の端部もしくは全面、または、前記ベース部材の前記フィンが設置される領域の少なくともいずれか一方に、フラックスを塗布する塗布工程を備えた請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のヒートシンクの製造方法。
12. 前記ベース部材および前記フィンは、純アルミニウムまたはアルミニウム合金にて形成される請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のヒートシンクの製造方法。
13. ベース部材と、前記ベース部材の表面部にそれぞれ設置された複数の筒状のフィンとを備え、
    前記ベース部材の表面部における前記フィンの設置箇所は、溶融接合による溶融痕が形成されるヒートシンク。
14. 前記ベース部材の裏面部には、溶融接合による溶融痕が形成される請求項１３に記載のヒートシンク。
15. 各前記フィンは、各前記フィンの側面に径方向に貫通した貫通孔がそれぞれ形成され、
    前記ベース部材において、同一方向に配置された複数の前記フィンの当該貫通孔は、複数の前記フィン間において同一方向に形成される請求項１３または請求項１４に記載のヒートシンク。
16. 前記フィンには、前記フィンの側面に開口部が形成される請求項１３から請求項１５のいずれか１項に記載のヒートシンク。
17. 前記フィンには、前記フィンの側面に少なくとも一つの溝部が周方向に形成される請求項１３から請求項１６のいずれか１項に記載のヒートシンク。
18. 前記ベース部材および前記フィンは、純アルミニウムまたはアルミニウム合金にて形成される請求項１３から請求項１７のいずれか１項に記載のヒートシンク。

Images