JP2023053642A

JP2023053642A - ヒートシンク及びそれを備えた冷却装置

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Publication number: JP2023053642A
Application number: JP2021162806A
Authority: JP
Inventors: 奕桓高; Yi-Huan Kao; 進悟杉信; Shingo Suginobu
Original assignee: Chaun Choung Technology Corp
Current assignee: Chaun Choung Technology Corp
Priority date: 2021-10-01
Filing date: 2021-10-01
Publication date: 2023-04-13

Abstract

【課題】冷却性能を向上できるヒートシンク及びそれを備えた冷却装置を提供する。【解決手段】ヒートシンクは、上面側に冷却用のフィン１２が配置されるベースプレート１１を備える。ベースプレートは、ベース層１１ａと、クラッド層１１ｂと、を有する。クラッド層は、ベース層の下面側に配置される。クラッド層を構成する金属は、ベース層を構成する金属よりも熱伝導率が高い。【選択図】図２

Description

本発明は、ヒートシンク及びそれを備えた冷却装置に関する。

従来、発熱体の冷却にヒートシンクが用いられる。ヒートシンクは、第１の金属層（ベース層）の一方側の面に第２の金属層から成る冷却用のフィンが配置される。また、第１の金属層の他方側の面に第３の金属層（クラッド層）が配置される。第３の金属層に配置された発熱体の熱は、第３の金属層及び第１の金属層を介してフィンに移動して放熱される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３―０６２５０６号公報

しかしながら、上記のようなヒートシンクによると、第３の金属層の熱伝導率は、第１の金属層の熱伝導率と比べて低いため、発熱体の熱が第３の金属層の面全体に広がり難く、ヒートシンクの冷却性能が低下する問題があった。

本発明は、冷却性能を向上できるヒートシンク及びそれを備えた冷却装置を提供することを目的とする。

本発明の例示的なヒートシンクは、上面側に冷却用のフィンが配置されるベースプレートを備える。ベースプレートは、ベース層と、クラッド層と、を有する。クラッド層は、ベース層の下面側に配置される。クラッド層を構成する金属は、ベース層を構成する金属よりも熱伝導率が高い。

本発明によると、冷却性能を向上できるヒートシンク及びそれを備えた冷却装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る冷却装置の斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る冷却装置のヒートシンクの層構成を示す断面図である。図３は、本発明の第２実施形態に係る冷却装置のヒートシンクの層構成を示す断面図である。

なお、図面においては、ヒートシンクの奥行方向をＸ方向として、Ｘ１を奥行方向一方側、Ｘ２を奥行方向他方側として示す。また、幅方向をＹ方向として、Ｙ１を幅方向一方側、Ｙ２を幅方向他方側として示す。また、上下方向をＺ方向として、Ｚ１を上方、Ｚ２を下方として示す。上下方向、奥行方向、および幅方向は、互いに直交する。なお、上下方向は、冷却装置１を各種機器に組み込んだときの方向を限定しない。

＜第１実施形態＞
＜１．冷却装置の構成＞
図１は、本発明の例示的な第１実施形態に係る冷却装置１の斜視図を示す。冷却装置１は、発熱体Ｈ（図２参照）を冷却する装置である。発熱体Ｈは、例えば、車両の車輪を駆動するためのトラクションモータに備えられるインバータのパワートランジスタである。この場合、冷却装置１は、トラクションモータに搭載される。なお、発熱体の個数は、複数個であってもよい。

冷却装置１は、ヒートシンク１０と、ポンプ（不図示）と、を有する。ポンプは、ヒートシンク１０の後述するフィン１２間に冷却媒体Ｗを流通させる。

＜２．ヒートシンクの構成＞
ヒートシンク１０は、ベースプレート１１と、フィン１２とを有する。ベースプレート１１は、複数の金属層を積層して形成された金属板である。ベースプレート１１の下面には、発熱体Ｈ（図２参照）が接触する。ベースプレート１１の上面には、複数のフィン１２が幅方向に平行に並んで構成される。なお、ベースプレート１１を構成する金属層については、後で詳細に説明する。

複数のフィン１２は、例えば、アルミニウム合金から形成され、冷却媒体Ｗの流通方向に延びる板状に形成される。また、複数のフィン１２の上端部は、板状の連結部１２ａを介して連結されている。複数のフィン１２の下端部は、板状の連結部１２ｂを介して連結されている。連結部１２ｂの下面とベースプレート１１の上面とが接触する。

なお、連結部１２ａ又は連結部１２ｂの一方を省いてもよい。連結部１２ｂを省いた場合、フィン１２の下端部が、ベースプレート１１の上面に接触する。また、フィン１２を、ベースプレート１１の上面から突出させてベースプレート１１と一体に形成してもよい。

また、フィン１２は、連結部１２ａ、１２ｂと同一部材により構成してもよいし、連結部１２ａ、１２ｂとは別部材であってもよい。

本実施形態では、フィン１２は、それぞれ幅方向に等間隔で平行に一列に並ぶ。冷却媒体Ｗは、隣り合うフィン１２の間に形成される冷媒流路内を流れる。冷却媒体Ｗは、例えば水などの液体であるが、空気などの気体であってもよい。

＜３．ベースプレートの構成＞
図２は、ベースプレート１１の層構成を示す断面図である。ベースプレート１１は、ベース層１１ａと、クラッド層１１ｂと、を有する。クラッド層１１ｂは、ベース層１１ａの下面側に配置される。また、クラッド層１１ｂは、ベース層１１ａの全面に配置されている。これにより、発熱体Ｈの形状に関係なく、発熱体Ｈをクラッド層１１ｂ上に配置できる。

また、ベース層１１ａとクラッド層１１ｂとは、圧延接合された圧延接合体により形成されている。これにより、製造コストを削減して、ベース層１１ａとクラッド層１１ｂとを接合できる。

クラッド層１１ｂを構成する金属は、ベース層１１ａを構成する金属よりも熱伝導率が高い。これにより、発熱体Ｈの熱が、クラッド層１１ｂの面全体に広がり易く、ベース層１１ａを介してクラッド層１１ｂからフィン１２に効率よく移動する。従って、ヒートシンク１０の冷却性能を向上できる。

これにより、ベース層１１ａ及びクラッド層１１ｂの一方に高価な材料を用いても他方に安価な材料を用いることでヒートシンク１０のコスト増加を抑制できる。

また、ベース層１１ａの厚みは、クラッド層１１ｂの厚みよりも大きい。これにより、クラッド層１１ｂに高価な材料を用いてもヒートシンク１０のコスト増加を抑制できるとともに、ベースプレート１１の強度を向上できる。

ベース層１１ａは、アルミニウム合金から成り、クラッド層１１ｂは、銅から成る。なお、ベース層１１ａを構成する金属として、アルミニウム合金以外の金属を用いてもよい。また、クラッド層１１ｂを構成する金属として、銅以外の金属を用いてもよい。

＜４．冷却装置の動作＞
ベースプレート１１の下面に冷却されるべき発熱体Ｈを接触させてポンプ（不図示）を駆動する。これにより、隣り合うフィン１２の間を冷却媒体Ｗが流通する。発熱体Ｈの発熱は、ベースプレート１１のクラッド層１１ｂからベース層１１ａに伝達される。ベース層１１ａに伝達された熱は、フィン１２に伝達され、フィン１２の間を流通する冷却媒体Ｗを介して放熱される。これにより、発熱体Ｈの温度上昇を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態に係るベースプレート１１の層構成を示す断面図である。説明の便宜上、前述の図１及び図２に示す第１実施形態と同様の部分には同一の符号を付す。第２実施形態ではベースプレート１１は、境界部１１ｃを有する。その他の部分は第１実施形態と同様である。

境界部１１ｃは、ベース層１１ａとクラッド層１１ｂとに跨って存在する結晶粒により構成される。ベース層１１ａとクラッド層１１ｂは、以下の方法により形成される。まず、ベース層１１ａを構成する金属板とクラッド層１１ｂを構成する金属板とを積層した状態で加熱加圧処理する。このとき、加熱加圧処理において、ベース層１１ａとクラッド層１１ｂとが完全に一体化しないように、温度、圧力及び処理時間のうち少なくとも１つを意図的に一定以下に調整する。これにより、ベース層１１ａとクラッド層１１ｂとが部分的に一体化し、境界部１１ｃが形成される。境界部１１ｃを形成することにより、製造コストをより削減して、ベース層１１ａとクラッド層１１ｂとを接合することができる。

＜５．その他＞
以上、本発明の実施形態を説明した。なお、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されない。本発明は、発明の主旨を逸脱しない範囲で上述の実施形態に種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾を生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。

例えば、ベースプレート１１は、ベース層１１ａ及びクラッド層１１ｂの２層で構成されてもよいが、ベース層１１ａの上面、ベース層１１ａとクラッド層１１ｂの間、又はクラッド層１１ｂの下面に一層又は複数層からなる金属層を配置してもよい。

本発明によると、各種発熱体の冷却に利用することができる。

１冷却装置
１０ヒートシンク
１１ベースプレート
１１ａベース層
１１ｂクラッド層
１１ｃ境界部
１２フィン
１２ａ連結部
２０ポンプ
Ｆ流通方向
Ｆ１上流側
Ｆ２下流側
Ｈ発熱体
Ｗ冷却媒体
Ｘ奥行方向
Ｘ１奥行方向一方側
Ｘ２奥行方向他方側

Claims

上面側に冷却用のフィンが配置されるベースプレートを備え、
前記ベースプレートは、ベース層と、前記ベース層の下面側に配置されるクラッド層と、を有し、
前記クラッド層を構成する金属は、前記ベース層を構成する金属よりも熱伝導率が高い、ヒートシンク。
前記ベース層の厚みは、前記クラッド層の厚みよりも大きい、請求項１に記載のヒートシンク。
前記ベース層は、アルミニウム合金から成り、前記クラッド層は、銅から成る、請求項１又は請求項２に記載のヒートシンク。
前記ベース層と前記クラッド層とが、圧延接合されている、請求項１～請求項３のいずれかに記載のヒートシンク。
前記ベースプレートは、前記ベース層と前記クラッド層とに跨って存在する結晶粒により構成される境界部を有する、請求項１～請求項３のいずれかに記載のヒートシンク。
前記クラッド層は、前記ベース層の全面に配置されている、請求項１～請求項４のいずれかに記載のヒートシンク。
請求項１～請求項６のいずれかに記載のヒートシンクと、前記フィン間に冷却媒体を流通させるポンプと、を備える冷却装置。