JP2020017631A

JP2020017631A - ヒートシンク及び溝入れ加工方法

Info

Publication number: JP2020017631A
Application number: JP2018139644A
Authority: JP
Inventors: 拓海中村; Takumi Nakamura
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-01-30
Also published as: WO2020021777A1

Abstract

【課題】熱交換効率を高めることができるヒートシンクを提供すること。【解決手段】ベース部材２と、ベース部材２に対して垂直に配設された複数のフィン３とを備えたヒートシンク１であって、フィン３は、平面視台形を呈し、隣り合うフィン３，３の間に形成される複数の溝４はフィン３とは反対向きの平面視台形を呈することを特徴とする。溝４の下流側に向かうにつれて溝４の断面積が徐々に小さくなるが、溝４に隣接するフィン３の断面積は徐々に大きくなる。これにより、溝４の下流側であっても熱交換効率を高めることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンク及び溝入れ加工方法に関する。

半導体デバイス等は、動作時の発熱量が大きいため、例えばヒートシンクを介して放熱することにより温度の上昇を抑制している。当該ヒートシンクは、例えば、金属部材からなるベース部材と、当該ベース部材の表面に略等間隔で並設された板状のフィンとで構成されている。隣り合うフィンの間には溝（流路）が形成されているため、当該溝に空気などの流体が通ることにより、ベース部材に配置された半導体デバイス等を好適に冷却することができる。

従来のヒートシンクの製造方法（溝入れ加工方法）として、例えば、特許文献１には、円盤型カッターを備えたマルチカッターで金属製の直方体の被切削ブロックを切削し、板状の複数のフィンを形成することが記載されている。

特開２０１５−１１６６１３号公報

従来のヒートシンクのフィンは、平面視矩形の板状を呈している。このフィンであると、隣り合うフィン間の溝の断面積は一定であるため、溝の下流側に向かうにつれて熱交換効率が悪くなるという問題があった。

このような観点から、本発明は、熱交換効率を高めることができるヒートシンクを提供することを課題とする。また、本発明は、例えば、熱交換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溝入れ加工方法を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために本発明は、ベース部材と、前記ベース部材に対して垂直に配設された複数のフィンとを備えたヒートシンクであって、前記フィンは、平面視台形を呈し、隣り合う前記フィンの間に形成される複数の流路は前記フィンとは反対向きの平面視台形を呈することを特徴とする。

かかる構成であると、流路の下流側に向かうにつれて流路の断面積が徐々に小さくなるが、流路に隣接するフィンの断面積は徐々に大きくなる。これにより、流路の下流側であっても熱交換効率を高めることができる。

また、本発明は、直方体を呈する被切削ブロックと、前記被切削ブロックの底面に配置されたベース部材と、を有する被切削金属部材に、複数枚の円盤型カッターを積層したマルチカッターを回転させながら移動させて溝を形成する溝入れ加工方法であって、前記被切削ブロックに前記マルチカッターを所定の切り込み角度で挿入し、前記被切削ブロックの対向する稜線の間を移動させて前記被切削ブロックに第一溝を形成する第一切り込み工程と、前記被切削ブロックに前記マルチカッターを所定の切り込み角度で挿入し、前記被切削ブロックの対向する稜線の間を移動させて前記被切削ブロックに第二溝を形成する第二切り込み工程と、前記第一切り込み工程及び前記第二切り込み工程では、切り出された複数のフィンが平面視台形を呈するとともに、前記第一溝及び前記第二溝によって形成される複数の流路が前記フィンとは反対向きの平面視台形となるように前記切り込み角度をそれぞれ設定することを特徴とする。

かかる製造方法によれば、マルチカッターを二度移動させるだけで、フィンとは反対向きの平面視台形の流路を容易に形成することができる。

また、前記円盤型カッターの厚みをｔとし、前記被切削ブロックの対向する稜線間の距離をＬとし、前記第一切り込み工程において、前記稜線に直交する基準線に対する前記切り込み角度をθとし、前記第二切り込み工程において、前記稜線に直交する基準線に対する前記切り込み角度を−θとし、０＜２Ｌtanθ＜ｔを満たすように設定することが好ましい。

本発明に係るヒートシンクによれば、熱交換効率を高めることができる。また、本発明に係る溝入れ加工方法によれば、例えば、熱交換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。

本発明の実施形態に係るヒートシンクを示す斜視図である。本実施形態の溝入れ加工方法の準備工程を示す斜視図である。本実施形態の溝入れ加工方法の準備工程を示す平面図である。本実施形態の溝入れ加工方法の第一切り込み工程を示す平面図である。本実施形態の溝入れ加工方法の第二切り込み工程を示す平面図である。本実施形態の切り込み角度を説明するための概略平面図である。

本発明に係る溝入れ加工方法は、円盤型のカッターを複数枚積層したマルチカッターを用いて金属部材を切削し、溝を形成するものである。当該溝入れ加工方法は、様々な製品を製造する際に採用することができるが、本実施形態においては、被切削金属部材を切削してヒートシンクを製造する場合を例にして説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る溝入れ加工方法によって製造されたヒートシンク１は、ベース部材２と、ベース部材２の表面２ａに略等間隔で並設された複数のフィン３と、を有する。また、隣り合うフィン３の間には、溝４が形成されている。溝４は、流体が流れる流路となる部位である。流体は、例えば、溝４の間口が広い側から狭い側に向けて流通する。

ベース部材２は、直方体からなる金属部材であって、裏面側に例えば、発熱体が配置され、当該発熱体によって発生した熱をフィン３側に伝達する部材である。

フィン３は、平面視台形であり板状を呈する金属部材であって、ベース部材２の表面２ａに略等間隔で複数枚配置されている。フィン３の枚数は制限されるものではない。隣り合うフィン３，３の間には、フィン３の長手方向に亘って連続する平面視台形の溝４が形成されている。台形を呈する溝４は、台形を呈するフィン３と向きが反対になるように隣接して配置されている。溝４に流体（空気、水等）が通ることにより、ベース部材２及びフィン３に伝達された熱を外部に放出することができる。フィン３の高さや厚さ寸法、枚数、溝４の幅、個数等は、ヒートシンク１の使用用途によって適宜設定される。

ベース部材２及びフィン３は、本実施形態においては一体物であって、例えば、アルミニウム合金で形成されている。なお、ベース部材２及びフィン３の材料は、これに限定されるものではなく、アルミニウム、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金等であってもよい。ベース部材２とフィン３とが異なる材料であってもよい。

マルチカッターＭは、図２に示すように、軸部Ｍ１と、複数枚の円盤型カッターＭ２を備えた切削具である。軸部Ｍ１は、回転軸となる軸部材である。図３に示すように、円盤型カッターＭ２の厚さｔは、後記する第一溝４１及び第二溝４２の幅を決定するものである。隣り合う円盤型カッターＭ２の間隔ｇは、未切削領域（フィン３）を決定するものである。

次に、本実施形態に係る溝入れ加工方法について説明する。まずは、切削される部材である被切削金属部材２０について説明する。図２に示すように、被切削金属部材２０は、直方体を呈するベース部材２と、ベース部材２よりも小さく形成され直方体を呈する被切削ブロック２１とからなる。被切削ブロック２１の表面（上面）２１ｃの四辺のうち、被切削金属部材２０の短手方向に向かい合う一対の辺を第一稜線３１、第二稜線３２とする。

ベース部材２の表面２ａには、被切削ブロック２１の周りに露出する平面視矩形枠状の露出部が形成されている。本実施形態においては、被切削金属部材２０は、一体的に形成されたものであるが、複数の部材を接合して形成されたものでもよい。また、被切削金属部材２０の形状は、ヒートシンク１の使用用途に応じて適宜決定すればよい。

本実施形態に係る溝入れ加工方法は、準備工程と、第一切り込み工程と、第二切り込み工程と、バリ切除工程とを含むものである。

準備工程は、被切削金属部材２０及びマルチカッターＭを準備する工程である。準備工程では、被切削金属部材２０をテーブル（図示省略）に移動不能に固定する。

第一切り込み工程は、図３及び図４に示すように、円盤型カッターＭ２を回転させたマルチカッターＭを移動させて被切削ブロック２１に第一溝４１を形成する工程である。第一切り込み工程では、第一稜線３１に対してマルチカッターＭの軸部Ｍ１を斜めに傾けた状態でマルチカッターＭを移動させ切削する。より詳しくは、第一稜線３１に直交する基準線Ｐと、円盤型カッターＭ２の面内を通る仮想線Ｑとのなす角度（切り込み角度）がθとなるように設定する。そして、切り込み角度θを維持した状態で、マルチカッターＭを第一稜線３１から第二稜線３２まで移動させる。

マルチカッターＭを移動させることにより、被切削ブロック２１には複数の第一溝４１が等間隔で形成される。ここで、図４の第一溝４１のうち、左端の第一溝４１を「第一溝４１Ａ」と称する。また、左端の第一溝４１Ａを切削した円盤型カッターＭ２を「円盤型カッターＭ２Ａ」と称する。円盤型カッターＭ２Ａは、円盤型カッターＭ２のうち、左から二番目のものである。

第二切り込み工程は、図５に示すように、円盤型カッターＭ２を回転させたマルチカッターＭを移動させて被切削ブロック２１に第二溝４２を形成する工程である。第二切り込み工程では、第一稜線３１に対してマルチカッターＭの軸部Ｍ１を斜めに傾けた状態でマルチカッターＭを移動させる。マルチカッターＭは、第一切り込み工程とは反対側に傾ける。

より詳しくは、第一稜線３１に直交する基準線Ｐと、円盤型カッターＭ２の面内を通る仮想線Ｑとのなす角度（切り込み角度）が−θとなるように設定する。そして、円盤型カッターＭ２Ａの進行方向側の左端部Ｍ２Ａａが、第一溝４１の左側入口部４１Ａａを通るようにして、マルチカッターＭを第一稜線３１から第二稜線３２まで移動させ切削する。言い換えると、第一稜線３１上において、第一切り込み工程と第二切り込み工程の円盤型カッターＭ２の接触位置は同一となるように設定する。これにより、平面視台形のフィン３が等間隔で切り出される。また、第一溝４１及び第二溝４２によって平面視台形の溝４が形成される（図１参照）。台形を呈する溝４は、台形を呈するフィン３とは反対側の向きで隣接されている。

第一切り込み工程及び第二切り込み工程の切削深さは、適宜設定すればよい。本実施形態では、フィン３（被切削ブロック２１）の高さと切削深さを同一としているが、例えば、フィン３（被切削ブロック２１）の高さよりも切削深さを小さくしてもよい。

ここで、切り込み角度θの設定について説明する。切り込み角度θは、第一切り込み工程と第二切り込み工程を行った後に、台形のフィン３と台形の溝４が形成されるとともに、溝４内にフィン３と同じ高さの未切削領域が残存しないように適宜設定することが好ましい。

図６に示すように、マルチカッターＭの円盤型カッターＭ２の厚さを厚さｔとする。また、円盤型カッターＭ２間の隙間を隙間ｇとする。また、第一稜線３１から第二稜線３２までの稜線間の距離を距離Ｌとする。第一溝４１及び第二溝４２は、いずれも円盤型カッターＭ２で切削されており、また、切り込み角度θは微小なので、その幅寸法ｗは厚さｔと略同一とみなすことができる。したがって、Ｌtanθ＝ｔ／２が成り立つことから、０＜２Ｌtanθ＜ｔを満たすように各要素を設定することが好ましい。

バリ切除工程は、第一切り込み工程及び第二切り込み工程で発生したバリを切除する工程である。

以上説明した本実施形態に係るヒートシンクによれば、溝４（流路）の上流側から下流側に向かうにつれて断面積が徐々に小さくなるが、流路に隣接するフィン３，３の断面積は徐々に大きくなる。これにより、流路の下流側であっても熱交換効率を高めることができる。

また、本実施形態に係る溝入れ加工方法によれば、マルチカッターＭを二度移動させるだけで良いため、熱交換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。また、バリ切除工程を行うことにより、ヒートシンクをきれいに仕上げることができる。

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、第一切り込み工程は第一稜線３１から切り込み、第二切り込み工程は、第二稜線３２から切り込んでもよい。また、第一切り込み工程及び第二切り込み工程によって切削された領域内にフィン３と同じ高さの未切削領域が残存した場合は、当該未切削領域を切除して溝を形成してもよい。また、本実施形態の溝入れ加工方法では、ヒートシンクを製造する場合を例示したが、他の部材を製造する場合にも適用可能である。

１ヒートシンク
２ベース部材
３フィン
４溝（流路）
２０被切削金属部材
２１被切削ブロック
３１第一稜線
３２第二稜線
４１第一溝
４２第二溝
Ｍマルチカッター
Ｍ１軸部
Ｍ２円盤型カッター

Claims

ベース部材と、前記ベース部材に対して垂直に配設された複数のフィンとを備えたヒートシンクであって、
前記フィンは、平面視台形を呈し、
隣り合う前記フィンの間に形成される複数の流路は前記フィンとは反対向きの平面視台形を呈することを特徴とするヒートシンク。
直方体を呈する被切削ブロックと、前記被切削ブロックの底面に配置されたベース部材と、を有する被切削金属部材に、複数枚の円盤型カッターを積層したマルチカッターを回転させながら移動させて溝を形成する溝入れ加工方法であって、
前記被切削ブロックに前記マルチカッターを所定の切り込み角度で挿入し、前記被切削ブロックの対向する稜線の間を移動させて前記被切削ブロックに第一溝を形成する第一切り込み工程と、
前記被切削ブロックに前記マルチカッターを所定の切り込み角度で挿入し、前記被切削ブロックの対向する稜線の間を移動させて前記被切削ブロックに第二溝を形成する第二切り込み工程と、
前記第一切り込み工程及び前記第二切り込み工程では、切り出された複数のフィンが平面視台形を呈するとともに、前記第一溝及び前記第二溝によって形成される複数の流路が前記フィンとは反対向きの平面視台形となるように前記切り込み角度をそれぞれ設定することを特徴とする溝入れ加工方法。
前記円盤型カッターの厚みをｔとし、
前記被切削ブロックの対向する稜線間の距離をＬとし、
前記第一切り込み工程において、前記稜線に直交する基準線に対する前記切り込み角度をθとし、
前記第二切り込み工程において、前記稜線に直交する基準線に対する前記切り込み角度を−θとし、
０＜２Ｌtanθ＜ｔを満たすように設定することを特徴とする請求項２に記載の溝入れ加工方法。