JP3668304B2 - Manufacturing method of heat sink - Google Patents
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Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、取付モジュールとプレートフィンとの材質が同一又は異質で、特にプレートフィンが薄肉で放熱性能の優れたヒートシンクの製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】
CPU,MPU等のLSI(高密度集積回路)においては、特に、熱的性能が部品の信頼度あるいは寿命に影響し、温度上昇がその寿命,高速性等に大きく影響される。そのLSIが高密度集積化および高速化されるのに伴い、それから発生する熱量の増大で従来技術のものでは放熱性能に限界がありファン等を最近接させて強制的に冷却を施さなければ対処できないのが現状であり、それでも放熱が追いつかないLSIも出てきている。したがって、ファンを近接に取り付けるためのスペース確保,及び組み上げ後の入り組んだ部分でのファン故障の放置によるコンピュータ本体への迅大な被害,他ファン交換の多大な工作が必要,等の問題が多々あった。
【0003】
また、ピンフィン付きのヒートシンクとして、空冷構造のものがあり、該当のCPU,MPU等のLSI箇所を個別的に放熱でき、さらに、液体による冷却構造とは異なり、液漏れ等もなく故障もなく、簡易な構造で、安全性、信頼性の著しく高いものである。このようなピンフィン付きのヒートシンクでは、放熱性能において低いという問題がある。これを解決して放熱性能を高めるには、具体的には、多数設けたピンフィンの直径を小さくすればする程良いと研究されており、これは実験的にも認められている事実である。
【0004】
また ヒートパイプにおいても、冷却用のヒートシンクが必要とされており、この場合には、方向性は一定であってもよいため、プレートフィンを所定間隔に並列状に多数設けたヒートシンクが開発されているが、この場合も、薄肉のプレートフィンをピンホール等なくして、如何に良好なるヒートシンクを製造するかが課題とされている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、現在の技術では、プレートフィンの肉厚を1mm以下として、ダイキャスト成形等で整然と製造することは困難とされている。即ち、プレートフィンの肉厚が薄くなると、型に設けたスリット状の穴内に、圧力を上げて充填しても、アルミニウム等の溶湯が十分に回らず、整然としたプレートフィンの形成はできない欠点があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】
そこで発明者は、前記課題を解決すべく、鋭意,研究を重ねた結果、その発明を、僅かな穴幅で,所定の穴長さ,所定の穴深さをなしたスリット状の薄形穴部を所定間隔をおいて並列状に多数形成した金型の薄形穴部内に、該薄形穴部の穴幅,穴長さ,穴深さに対応した、隙間が殆どないような寸法の、僅かに小さい形及び大きさとして形成された、薄肉の板厚で,所定の板長さ,所定の板高さのアルミニウム等の非鉄金属によるプレートフィンのそれぞれの上端が僅かの高さだけ露出するように挿入し、これらを鋳枠筺体内に装填し、該鋳枠筺体内にアルミニウム等の非鉄金属の溶湯を充填し、前記プレートフィンのそれぞれの上端を溶湯にて埋設させて溶湯鍛造し、該溶湯鍛造したものを養生させ、前記溶湯が硬化した非鉄金属は取付モジュールとし、該取付モジュールに前記プレートフィンを多数植設して製造してなることを特徴とするヒートシンクの製造法としたことにより、極めて放熱性能の優れたものにでき、前記の課題を解決したものである。
【0007】
【実施の形態】
以下、本発明の第1の製造法の実施の形態について図1乃至図6に基づいて説明する。まず、その製造法にかかる構成部品及びその製造法による製品について説明する。図6に示すように、本件発明のLSI用又はヒートパイプ用のヒートシンクAは、アルミニウム等で熱伝導率が優れた非鉄金属Cによる板状の取付モジュール1と、この上面に該取付モジュール1の材質と同一の非鉄金属Cによるプレートフィン2,2,…が多数植設されたものとから構成されている。
【0008】
そのヒートシンクAは、方形状の板片としての取付モジュール1に対して、薄肉の板厚tで,所定の板長さs,所定の板高さhのプレートフィン2,2,…が所定間隔Pをおいて並列状に多数植設されている。
【0009】
そのプレートフィン2,2間はあまり密に設けてもフィン間流路の流動抵抗が増加し、フィンは有効に働かない。このため、空気流速が小さい場合、過密にするようにプレートフィン2を用いるのは危険である。またフィンの設置間隔が粗に過ぎると伝熱面積が小さく、ヒートシンクとしての放熱性能が低下するため、流動抵抗の増大と伝熱面積の増加率との調和から決定される適正なるプレートフィン2,2相互の間隔を求めることが必要である。
【0010】
また、僅かな穴幅Tで,所定の穴長さS,所定の穴深さHをなしたスリット状の薄形穴部10が所定間隔において多数設けられて金型Bとして構成されている〔図1(A),(B)及び図2(A)参照〕。該薄形穴部10の穴幅T,穴長さS,穴深さHに対応するように、薄肉の板厚tで,所定の板長さs,所定の板高さhに前記プレートフィン2は形成されている。即ち、薄形穴部10の穴幅Tで,所定の穴長さS,所定の穴深さHに、隙間が殆どないような寸法の、僅かに小さい形及び大きさとして形成されている。
【0011】
その金型Bを具体的に製作するには、図1(C)に示すように、間隔用板の厚さP′(=P)の方形状の板片B1 と、板厚T′(=T)の方形状で、高さH′(=H)で、長さS′(=S)のコ字状の切欠きが形成された板片B2 とが交互に重ねられて、薄形穴部10の穴幅T,穴長さS,穴深さHになるようにする。これによって、精度の高い金型Bができる。
【0012】
11は鋳枠筺体であって、図3及び図4に示すように、この内部の底に前記金型Bが装填されるように構成され、前記鋳枠筺体11の上方には、油圧装置による押圧板15が加圧可能に設けられている。
【0013】
次に、本発明の第1の製造方法の実施の形態について説明すると、まず、前記金型B内の多数の薄形穴部10,10,…内に、前記プレートフィン2,2をそれぞれ挿入する〔図2(B)参照〕。このとき、プレートフィン2のそれぞれの上端が前記薄形穴部10の上部より僅かの高さh′だけ露出するようにセットする〔図2(C)参照〕。このようにして全体の前記薄形穴部10,10,…にプレートフィン2,2,…が挿入される。
【0014】
そして、このようなプレートフィン2を設けた金型Bを、鋳枠筺体11の内部に装填し、次いで、アルミニウム等の非鉄金属Cの溶湯C0 を充填し〔図3(A)参照〕、前記プレートフィン2,2,…の上端が埋設するように充填する〔図3(B)参照〕。そして、油圧装置によって押圧板15にて溶湯C0 を殴打する〔図4(A),(B)参照〕。このような衝撃荷重によっての押圧を、この明細書では、溶湯を鍛造させた状態であり、溶湯鍛造という。このため、その溶湯C0 は、粘性が多い状態が好適である。このような溶湯鍛造では、その溶湯C0 の金属組織がより密となり、硬度が増加するようになる。
【0015】
その後、その溶湯C0 を養生する。その養生している状態で、プレートフィン2と、非鉄金属Cの溶湯C0 とが非鉄金属Cで同一材質であるために、そのプレートフィン2が金型Bから上端が露出している箇所は、その溶湯C0 の溶融温度にて溶解して一体化する。これによって、この溶湯C0 が硬化した後に、硬化した所定厚さの非鉄金属Cとプレートフィン2,2,…とを前記鋳枠筺体11から取り出し、且つその金型Bから取り出す(図5参照)。すると、非鉄金属Cは取付モジュール1として成形でき、該取付モジュール1には前記プレートフィン2,2,…が一体化して多数植設することができる(図5の上側参照)。これによって、プレートフィン2と取付モジュール1とがそれぞれ同一の金属材によるヒートシンクAを製造できる(図6参照)。
【0016】
次に、第2の製造方法としての大きな特徴は、油圧装置による押圧板15を設けず、その溶湯C0 を押圧しない構成となっているのみである。この外の製造方法は、第1の製造方法と同一である。このため、図1乃至図3までと、図5とは同一であり、図3(B)の状態で、養生して溶湯C0 を硬化させるものである。このような方法では、取付モジュール1にピンホール等が発生する可能性あるが、プレートフィン2は、予め別に製造したものであり、ピンホール等も全くなく、極めて整然としたものにできる。
【0017】
次に、第3の実施の形態の製造法では、アルミニウム等の非鉄金属Cによる板状の取付モジュール1と、この上面に該取付モジュール1の異なる材質の銅等の金属製のプレートフィン2,2,…が多数植設されたものとから構成されているヒートシンクAの製造法である。この場合は、前記第1の製造法と略同一であるが、そのプレートフィン2の上端は、溶湯C0 に溶解せず、プレートフィン2と取付モジュール1とが別部材として構成されるものである(図7及び図8参照)。この場合には、特に、プレートフィン2の材質を放熱性能を増加できるようにできる。
【0018】
また、第4の製造法の実施の形態としては、第3の実施の形態と同一で、しかも前記第2の製造法の実施の形態と同一であり、溶湯鍛造しない場合である。この説明は省略する。
【0019】
また、他のヒートシンクAの実施の形態としては、プレートフィン2の形状,構造を変形させた場合である。即ち、図9に示すように、そのプレートフィン2,2,…において、開口孔3,3,…が適宜設けられ、該開口孔3,3,…の位置が偏心するように設けられている。このようにすることで、プレートフィン2の面に対して直交するような方向から、その開口孔3,3,…が偏心していることで、その直交する方向からの風に対しても、その開口孔3を介して流通し、乱流状態にできる。即ち、プレートフィン2では、この並列した方向に直交する方向に対してのみ空気が流通するものであり、方向性が一定であるが、図9の場合には、この方向性が多方向にできる。
【0020】
また、他のヒートシンクAのさらに別の実施の形態としては、プレートフィン2に対して凹部又は凸部等の突起部4を適宜形成した場合である。即ち、図10に示すように、そのプレートフィン2に僅かの高さの突起部4,4,…を多数膨出形成したものである。この場合の突起部4の高さは、プレートフィン2が仮に約0.4mm程度の場合に、約0.1mm乃至約0.3mm程度であり、その溶湯C0 が、溶湯鍛造以外の場合において、前記薄形穴部10内に浸入しないように構成されている。
【0021】
さらに、図11(A)及び(B)に示すように、そのプレートフィン2に対して、その板厚よりも大きな高さの突起部4を形成した場合であって、この場合には、前記プレートフィン2の下側寄りに横方向に横リブ5が形成されている。特に、この横リブ5は、図11(C)に示すように、製造時において、前記金型Bの薄形穴部10を塞ぐように構成され、溶湯C0 が薄形穴部10内に浸入しないように構成されている。
【0022】
【実施例】
実施例は、製品の場合であるが、63.5cm平方の大きさで、厚さ1mmのアルミニウム合金製で取付モジュール1とし、該取付モジュール1に、一体的に、厚さ0.4mmで、板長さが63.5cmで、高さ49mmの複数のプレートフィン2,2,…が植設されている。具体的には、前記取付モジュール1の両方向に0.75mm残して、前記プレートフィン2が間隔1mmで、45枚が多数穿設されて構成されている。このようなヒートシンクAは、前述の第1の製造法による実施の形態にて製造されている。
【0023】
【発明の効果】
請求項1の発明においては、僅かな穴幅Tで,所定の穴長さS,所定の穴深さHをなしたスリット状の薄形穴部10を所定間隔をおいて多数形成した金型Bの薄形穴部10内に、該薄形穴部10の穴幅T、穴長さS,穴深さHに対応した、隙間が殆どないような寸法の、僅かに小さい形及び大きさとして形成された、薄肉の板厚tで,所定の板長さs,所定の板高さhのアルミニウム等の非鉄金属Cによるプレートフィン2のそれぞれの上端が僅かの高さだけ露出するように挿入し、これらを鋳枠筺体11内に装填し、該鋳枠筺体11内にアルミニウム等の非鉄金属Cの溶湯C0 を充填し、前記プレートフィン2のそれぞれの上端を溶湯C0 にて埋設させて溶湯鍛造し、該溶湯鍛造したものを養生させ、前記溶湯C0 が硬化した非鉄金属Cは取付モジュール1とし、該取付モジュール1に前記プレートフィン2を多数植設して製造してなるヒートシンクの製造法としたことにより、取付モジュール1とプレートフィン2とが同質又は異質であっても、プレートフィン2は予め製造されたものであり、該プレートフィン2は製造時において成形するものではないため、従来のダイキャストによって圧力を加えて行うものとは大きく相違し、完成したときには、プレートフィン2は、ピンホール等の一切存在しない整然としたものにできる。さらに、プレートフィン2は、特に、予め成形するために、薄肉材であっても十分できる。
【0024】
以上のような請求項1の発明では、予め、プレートフィン2は成形したものであるため、養生するのは、取付モジュール1の該当箇所に充填した溶湯C0 のみであり、細い箇所まで溶湯C0 が入るまでの時間は必要とせず、量産が可能である。また、そのプレートフィン2には、比較的凹凸の高さが低い突起部4を成形したものであっても、該突起部4は予め成形済のものであるため、ダイキャスト成形で引き抜きで一体化するものとは異なり、良好に成形できる利点がある。
【0025】
また、請求項1の発明では、特に、養生する前に、溶湯鍛造したものであるため、取付モジュール1箇所になる溶湯C0 の金属組織がより密となり、ヒートシンクとして、放熱性能を良好にでき,且つ硬度が増加し、強固にできる。
【0026】
請求項2の発明では、請求項1において、前記プレートフィン2と取付モジュール1とを同一材質にしてなるヒートシンクの製造法としたことにより、製造したヒートシンクAが、同一材質ゆえに、溶湯C0 とプレートフィン2とが溶融して一体化し、強固となるのみならず、製造費用を安価にできる。
【0027】
請求項3の発明では、請求項1において、前記プレートフィン2と取付モジュール1とを異なる材質にしてなるヒートシンクの製造法としたことにより、製造したヒートシンクAのプレートフィン2が、より放熱性能が優れたものにできる利点がある。
【0028】
請求項4の発明では、請求項1において、前記プレートフィン2に適宜な開口孔3を穿孔してなるヒートシンクの製造法としたことにより、特に、引き抜きにて製造する方法とは異なり、そのプレートフィン2は予め成形してあるため、そのような開口孔3が途中に存在しても、整然として成形できる利点がある。また、その製品では、プレートフィン2の並列した方向に直交する方向に対してのみ空気が流通するものと、方向が異なる方向にも、その開口孔3を介して流通でき、放熱性能を増加させうる。
【0029】
請求項5の発明では、請求項1において、前記薄形穴部10に溶湯C0 が浸入しない範囲内において、前記プレートフィン2に突起部4を成形してなるヒートシンクの製造法としたことにより、特に、引き抜きにて製造する方法とは異なり、そのプレートフィン2は予め成形してあるため好適に製造できる利点がある。また、その製品としては、プレートフィン2の板面方向に対しての空気流通に対しても、その空気が突起部4にて衝突し、乱流を発生させ、放熱性能を増加できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は金型の斜視図
(B)は(A)の要部拡大断面図
(C)は金型を製作する一実施の形態の構成部材の分解斜視図
【図2】(A)は金型の断面図
(B)は金型の薄形穴部内に、予め製造したプレートフィンを挿入している状態の断面図
(C)はプレートフィンを植設完了した要部拡大断面図
【図3】(A)は鋳枠筺体内にプレートフィン付き金型を挿入し、上からアルミニウム等の非鉄金属の溶湯を充填している状態図
(B)は鋳枠筺体内にプレートフィン付き金型を挿入し、上からアルミニウム等の非鉄金属の溶湯の充填が完了した断面図
【図4】(A)は溶湯に対して押圧板を押圧せんとする断面図
(B)は溶湯に対して押圧板を押圧完了した断面図
【図5】溶湯が硬化した後に、金型からプレートフィン付き取付モジュールを取り出している状態の断面図
【図6】ヒートシンクが製造完了した断面図
【図7】プレートフィンと取付モジュールとが異なる非鉄金属となっているヒートシンクの別の実施の形態の斜視図
【図8】図7の要部拡大断面図
【図9】ヒートシンクの別の実施の形態の斜視図
【図10】(A)はヒートシンクのさらに別の実施の形態の要部斜視図
(B)は(A)の要部拡大断面図
【図11】(A)はプレートフィンのさらに別の実施の形態の要部斜視図
(B)は(A)のプレートフィンを植設した要部拡大断面図
(C)は(B)を製造する過程の断面図
【符号の説明】
1…取付モジュール
2…プレートフィン
3…開口孔
10…薄形穴部
11…鋳枠筺体
15…押圧板
B…金型
C…非鉄金属
C0 …溶湯[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a method of manufacturing a heat sink having the same or different materials for the mounting module and the plate fin, and particularly having a thin plate fin and excellent heat dissipation performance.
[0002]
[Prior art]
In an LSI (High Density Integrated Circuit) such as a CPU or MPU, in particular, the thermal performance affects the reliability or life of the component, and the temperature rise is greatly affected by the life and high speed. As the LSI becomes more densely integrated and faster, the heat generated from the LSI increases, and the heat dissipation performance of the conventional technology is limited. The current situation is that it is not possible, and there are still LSIs that cannot keep up with heat dissipation. Therefore, there are many problems such as securing a space for mounting the fans close to each other, devastating damage to the computer due to neglect of the fan failure in the intricate part after assembly, and requiring extensive work to replace other fans. there were.
[0003]
In addition, there is an air-cooled structure as the heat sink with pin fins, which can individually dissipate the LSI parts such as the CPU and MPU, and unlike the liquid-cooled structure, there is no liquid leakage or failure, It has a simple structure and is extremely safe and reliable. Such a heat sink with pin fins has a problem of low heat dissipation performance. In order to solve this problem and improve the heat dissipation performance, specifically, it has been researched that it is better to reduce the diameter of a large number of pin fins, and this is an experimentally recognized fact.
[0004]
Also in heat pipes, a heat sink for cooling is required, and in this case, the directionality may be constant. Therefore, a heat sink having a large number of plate fins arranged in parallel at predetermined intervals has been developed. However, in this case as well, there is a problem of how to produce a good heat sink by eliminating the thin plate fins and pinholes.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, with the current technology, it is difficult to orderly manufacture the plate fins by die casting or the like with the thickness of the plate fin being 1 mm or less. That is, when the plate fin thickness is reduced, there is a drawback that even if the pressure is increased and filled in the slit-shaped hole provided in the mold, the molten metal such as aluminum does not sufficiently rotate and the plate fin cannot be formed orderly. there were.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, as a result of intensive studies and researches, the inventor has devised a slit-like thin hole having a predetermined hole length and a predetermined hole depth with a slight hole width. In the thin hole portion of the mold formed with a large number of parts in parallel at predetermined intervals, the dimension corresponding to the hole width, hole length and hole depth of the thin hole portion is such that there is almost no gap. was formed as a slightly smaller shape and size, with the thickness of the thin, predetermined plate length, only each of the upper end is slightly height of the plate fins by nonferrous metal such as aluminum having a predetermined plate height insert to expose, it was loaded into the flask筺the body, and a non-ferrous metal melt such as aluminum filled into the template frame within the housing, is embedded in each of the upper end of the plate fins in the molten metal melt The non-ferrous metal that has been forged and the molten forged material is cured and the molten metal is cured. And a heat sink manufacturing method characterized by being manufactured by planting a large number of the plate fins on the mounting module, thereby achieving extremely excellent heat dissipation performance and solving the above problems Is.
[0007]
Embodiment
Hereinafter, an embodiment of the first manufacturing method of the present invention will be described with reference to FIGS. First, components according to the manufacturing method and products by the manufacturing method will be described. As shown in FIG. 6, the heat sink A for LSI or heat pipe of the present invention includes a plate-shaped mounting module 1 made of non-ferrous metal C having excellent thermal conductivity, such as aluminum, and the mounting module 1 on the upper surface. It is composed of a plurality of
[0008]
The heat sink A has a thin plate thickness t, a predetermined plate length s, a predetermined plate height h,
[0009]
Even if the
[0010]
Further, a plurality of slit-like
[0011]
In order to specifically manufacture the mold B, as shown in FIG. 1C, a rectangular plate piece B 1 having a thickness P ′ (= P) of the spacing plate and a thickness T ′ ( = T), the plate pieces B 2 having the height H ′ (= H), the length S ′ (= S) and the U-shaped notches are alternately stacked to form a thin film. The hole width T, the hole length S, and the hole depth H of the
[0012]
Reference numeral 11 denotes a cast frame housing, and as shown in FIGS. 3 and 4, the mold B is loaded on the bottom of the inside, and a hydraulic device is provided above the cast frame housing 11. A
[0013]
Next, an embodiment of the first manufacturing method of the present invention will be described. First, the
[0014]
Then, a mold B provided with
[0015]
Thereafter, the molten metal C 0 is cured. Since the
[0016]
Next, the main feature of the second manufacturing method is that the
[0017]
Next, in the manufacturing method of the third embodiment, a plate-like mounting module 1 made of a non-ferrous metal C such as aluminum and a
[0018]
The fourth manufacturing method is the same as that of the third embodiment, and is the same as that of the second manufacturing method. This description is omitted.
[0019]
Another embodiment of the heat sink A is a case where the shape and structure of the
[0020]
As another embodiment of the other heat sink A, a
[0021]
Further, as shown in FIGS. 11A and 11B, the
[0022]
【Example】
An example is a case of a product, but it is made of an aluminum alloy having a size of 63.5 cm square and a thickness of 1 mm to be a mounting module 1. The mounting module 1 is integrally formed with a thickness of 0.4 mm. A plurality of
[0023]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, a mold in which a large number of slit-like
[0024]
In the invention of claim 1 as described above, since the
[0025]
Further, in the invention of claim 1, since the molten metal is forged before curing, the metal structure of the molten metal C 0 at one location of the mounting module becomes denser, and the heat dissipation performance can be improved as a heat sink. , And the hardness increases and can be strengthened.
[0026]
In the invention of
[0027]
In the invention of
[0028]
According to a fourth aspect of the present invention, the method of manufacturing a heat sink according to the first aspect in which an
[0029]
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the heat sink manufacturing method is obtained by forming the
[Brief description of the drawings]
1A is a perspective view of a mold, FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view of the main part of FIG. 1C, and FIG. 2C is an exploded perspective view of components according to an embodiment for manufacturing the mold; (A) is a cross-sectional view of the mold (B) is a cross-sectional view of a state where a pre-manufactured plate fin is inserted into a thin hole portion of the mold (C) is an enlarged view of a main part after the plate fin is implanted Sectional view [Fig. 3] (A) shows a state in which a mold with a plate fin is inserted into the frame body and a molten metal of non-ferrous metal such as aluminum is filled from above (B) shows a plate in the frame body Sectional view in which a mold with fins is inserted and filling of a non-ferrous metal such as aluminum is completed from above. [FIG. 4] (A) is a sectional view with a pressing plate as a pressing plate against the molten metal (B) is a molten metal. FIG. 5 is a cross-sectional view of the pressing plate that has been pressed against the mounting plate. FIG. 6 is a sectional view of the heat sink manufactured. FIG. 7 is a perspective view of another embodiment of the heat sink in which the plate fin and the mounting module are made of non-ferrous metals. FIG. 9 is a perspective view of another embodiment of the heat sink. FIG. 10A is a perspective view of the main portion of still another embodiment of the heat sink. FIG. 11A is a perspective view of a main part of still another embodiment of the plate fin. FIG. 11B is an enlarged cross-sectional view of the main part in which the plate fin of FIG. ) Is a cross-sectional view of the process of manufacturing (B).
1 ... mounting
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