JP3882432B2 - ヒートシンク及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はヒートシンクに関するものであり、特に被冷却体の発熱を効率よく逃がすことのできるヒートシンクに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の制御装置に用いられるヒートシンクについて図11に示す。図11は、特開昭62−49700号公報に記載の従来のヒートシンクであり、ヒートシンクベース21と、前記ヒートシンクベース21に直接固定した駆動モーター22と、前記駆動モーター22により回転する軸流ファン23と、前記ファン側面の少なくとも一部と直接対向し、しかも前記ファン23を囲むように設けられた一様な肉厚を有するフィン24を有する。本従来例は、ファン23に駆動された気流が、隣接し合うフィン24により形成される風路を通過する間にフィン24との間で熱交換を行い、ヒートシンクベース21が冷却される。
【0003】
さらに、本発明者らによる特開平11−31770号公報においては、複数の湾曲した放熱フィンを配設すると共に、フィンの内側の端面で囲まれる送風口に対向した送風ファンを有する、高効率の冷却装置が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
図11に示す従来例によれば、ファン23により駆動された気流は、ファン直下のヒートシンクベース21に衝突した後、ヒートシンクベース面に沿った方向に偏向させられ、ヒートシンクベース端部に向かって流れ去るので、ファン23の中心部分に配置されたモータ直下の部分では基本的には気流の流れが発生せず、この部分での冷却性能が確保しにくいという問題があった。
【0005】
また、ヒートシンクの放熱能力と、それにより冷却されるパワーモジュールの発熱の関係上、パワーモジュールのサイズに対してヒートシンクが大きい場合があり、この場合はヒートシンクベースの熱伝導を利用して熱輸送する必要があり、やはり冷却性能が確保できないという問題があった。
【0006】
この問題の解決策として、モーター直下のヒートシンクベースの板厚を厚くすることによって熱抵抗を減少させる手段が提案されているが、安価なヒートシンクの製造方法であるダイカスト法によって、このようなヒートシンクを製造すると、板厚の厚い場所の内部に、アルミが凝固する際に引け巣(空洞)を発生するという問題が発生した。空洞があると当然のことながら熱が伝わらなくなり、さらに不都合なことに、この空洞は外観検査では検出できないため、製品の性能を安定することが困難となる。
【0007】
また、ダイカスト法においては、高熱伝導性のアルミを素材として複雑な形状製品を製造することは、アルミの流動特性が良好ではないため困難であり、ヒートシンクベース及びフィンを全て高熱伝導性のアルミを用いて製造することは容易ではない。特に薄いフィンを製造することは容易ではなかった。
【0008】
また、複数の湾曲したフィンが立設したヒートシンクや、複数のフィンが複数群あるヒートシンクにおいては、ヒートシンクをダイカスト法で製造する場合に、金型から離型することが容易でないと言う問題もあった。
【0009】
さらに、ヒートシンクベース14の一方の面側に一般的には、ねじで直接もしくは熱伝導性グリースを介して固着するパワーモジュールは熱を効率的にヒートシンクへ逃がす必要があるため、この固着面の平面度やグリースを均一に薄く塗る工法が生産上重要な管理項目であり、これらの管理が不十分であると、パワーモジュールからの放熱が十分とれずにパワーモジュールを破壊させる原因となっていた。
【0010】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、パワーモジュール等の被冷却体の発熱を効率よく逃がすことのできるヒートシンクを得ることを目的とする。
【0011】
この発明に係るヒートシンクは、被冷却体と裏面において接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に配置された複数の冷却部と、それぞれの上記冷却部に立設された複数のフィンと、上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒートシンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で形成されたヒートシンクベース付加部材とを備え、上記ヒートシンクベース付加部材は、鋳ぐるみ中子として上記ヒートシンクベースに、表面の一部分が露出するように鋳ぐるまれ、かつ上記ヒートシンクベースの被冷却体が接する冷却部の領域からこの冷却部とは相隣する冷却部の領域まで延在し、上記露出する部分は上記被冷却体と上記ヒートシンクベースとが接する部分とは異なる部分であるものである。
【0015】
又、被冷却体と裏面において接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設されたフィンと、上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒートシンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で形成されたヒートシンクベース付加部材とを備え、上記ヒートシンクベース付加部材は、鋳ぐるみ中子として上記ヒートシンクベースに、表面の一部分が露出するように鋳ぐるまれ、かつ上記ヒートシンクベースに密着する凹凸を有し、上記露出する部分は上記被冷却体と上記ヒートシンクベースとが接する部分とは異なる部分であるものである。
【0016】
又、被冷却体と裏面において接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設されたフィンと、上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒートシンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で形成されたヒートシンクベース付加部材とを備え、上記ヒートシンクベース付加部材は、鋳ぐるみ中子として上記ヒートシンクベースに、表面の一部分が露出するように鋳ぐるまれ、かつ複数の貫通穴を有し、上記露出する部分は上記被冷却体と上記ヒートシンクベースとが接する部分とは異なる部分であるものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1におけるヒートシンク、及びそれにより冷却されるパワーモジュールについて説明するための断面模式図である。図において1はヒートシンクベース、2はモータ、3はファン、4はフィン、8はヒートシンクベース1の内部に配置されたヒートシンクベース付加部材であり、6はこれらの要素からなるヒートシンクである。又、7はヒートシンクベース1の一方の面(以下、裏面と呼ぶ。)に隣接し、ヒートシンクにより冷却される被冷却体であるパワーモジュールである。
【0019】
この実施の形態におけるヒートシンク6は、例えばアルミニウム合金製のヒートシンクベース1、上記ヒートシンク表面側(上記裏面と反対側)に立設されたフィン4、このフィン4より熱伝導性の良好な(例えば、純アルミ製)材料で構成され、ヒートシンクベース1の内部に設置されたヒートシンクベース付加部材8、及び、モータ2により駆動され気流をフィン4に向けて送り込むファン3とを備えたものである。
【0020】
そして、上記ヒートシンクベース1に対し、裏面側にはパワーモジュール7が直接もしくは熱伝導性グリース(図示せず)を介して固着されている。尚、この実施の形態においては、フィン4としては、複数が互いに平行に配設され、ヒートシンクベース1から立設した形状のものを用いることができる。
【0021】
ここで、ヒートシンクベース付加部材8は、フィン4が立設された領域から上記パワーモジュール7が近接する領域まで、ヒートシンクベース1の内部において延在している。
【0022】
次に動作について説明する。ファン3から吹き出された気流は、ファン3に隣接されたフィン4に向かって流れ、ヒートシンクベース付加部材8が内部に配設されたヒートシンクベース1からフィン4に伝わったパワーモジュール7から発生した熱量が、フィン間を通り抜ける気流によって奪われる。
【0023】
パワーモジュール7より発生した熱量のフィン4への伝熱特性は、ヒートシンクベース1の板厚を大きくとることにより向上させることができるが、フィン4及びヒートシンクベース1をダイカスト法により製造する場合には、板厚の大きなヒートシンクベース1の内部が最終凝固域となり、形状不良及び伝熱特性の劣化の原因となる大きな引け巣が発生しやすいという問題がある。しかし、引け巣が発生しやすいヒートシンクベース1にヒートシンクベース付加部材8を鋳ぐるみ中子として、例えばダイカスト法で予め別工程にて製造し、鋳込むことにより、最終凝固域をヒートシンクベース付加部材8以外の位置にずらすことができる。
【0024】
この効果を図2で示すと、従来では図2(a)に示すように、引け巣10がヒートシンクベース1の略中央部に形成され、伝熱特性を劣化させていたが、本実施の形態においては図2(b)に示すように、パワーモジュール7の熱を逃す上で問題とならない位置に引け巣10の発生位置をもってくることによって、ヒートシンク6の放熱特性の大幅な向上が達成できる。
【0025】
また、形状が単純なヒートシンクベース付加部材8を高熱伝導、例えば純アルミ系の材料とし、一方、ヒートシンクベース1及びフィン4の部材を、一般的に用いられるダイカスト用のアルミ合金(例えば、ADC12等)の溶湯の流動性が良好な材料にすることによって、伝熱特性を向上させることができ、かつフィン先端部への充填が容易であり、その結果ヒートシンクベース1の板厚を減少させてヒートシンク自体の軽量化を図りつつ、伝熱特性が安定し、さらには量産性が向上するというメリットもある。
【0026】
尚、本実施の形態におけるヒートシンク6は、モータ2及びファン3を備えた構造であったが、これらを備えない自冷式の構造であっても、同様の効果を示す。
【0027】
実施の形態2.
図3は本発明の実施の形態2におけるヒートシンク、及びそれにより冷却されるパワーモジュールについて説明するための断面模式図である。なお、図3(a)は上記ヒートシンクの断面模式図であり、図3(b)は、説明の便宜のため、ファン3、およびモータ2を取り外した状態の上記ヒートシンク6をパワーモジュール7が取り付けられている側と反対側(即ち、表面側)からみた平面模式図である。
【0028】
この実施の形態では、ヒートシンク表面側に立設されたフィン4より熱伝導性の良好な材料で構成されたヒートシンクベース付加部材8を内部に備えたヒートシンクベース1に、フィン4および複数のフィン4に囲まれたファン3直下の空間9からなる冷却部5が配置されており、冷却部5にファン3とモータ2が対向して設けられており、ヒートシンクベース1に対して冷却部5の反対側にはパワーモジュール7が直接もしくは熱伝導性グリース(図示せず)を介して固着されている。
【0029】
ここで、フィン4は湾曲してヒートシンクベース1に立設するとともに冷却部5の中心部にはフィン4の内面の端部に囲まれた空間9が配置される。また、ヒートシンクベース付加部材8は、フィン4が立設された領域から上記パワーモジュール7が近接する領域まで延在している。
【0030】
次に動作について説明する。ファン3から吹き出された気流は、ファン直下のヒートシンクベース1に衝突して方向を変え、フィン間内周部より流入し、外周に向かって流れる。このとき空気はモータ2の回転方向に方向性をもって流れるため、これが抵抗なく導けるように、フィン4の内面の端部は図3(b)に示すように偏向している。さらに、ファン3から吹き出された気流は、フィン4の出口においては基本的に湾曲したフィン4に沿って外に向かって流れる。
【0031】
次に、冷却部5の放熱特性について述べる。上述したように、まず気流はファン直下のヒートシンクベース1に衝突するため、ここでヒートシンクベース1から100W/m2K近い熱を奪う。ヒートシンクベース1に衝突した後、気流はフィン側に向かいフィンの内部の端部に衝突し、ここでも100W/m2K程度の熱を奪うことができる。さらに、気流はフィン4に沿って流れ、フィン側面およびヒートシンクベース1から数十W/m2K程度の熱を奪うことができる。なお、モーター直下は気流が流れないため、放熱特性は他の部分に比べると極端に悪くなるが、高熱伝導性の材料で構成されたヒートシンクベース付加部材8が介在することにより、パワーモジュール7で発生した熱量は、ヒートシンクベース1の表面へと効率よく伝熱される。
【0032】
図4は、ヒートシンクベース付加部材8が介在する場合と介在しない場合の、冷却性能の違いを示す図であり、この図に示されるように、ヒートシンクベース付加部材8が介在することで、パワーモジュール7を使用可能温度に冷却することが可能となる。
【0033】
実施の形態3.
図5は実施の形態3によるヒートシンク、及びそれにより冷却されるパワーモジュールについて説明するための断面模式図である。
【0034】
この実施の形態では、湾曲したフィン4a、4bおよび空間9a、9bからなる冷却部5a、5bがヒートシンクベース1の表面側に配置されており、冷却部5aにのみファン3とモータ2が対向して設けられており、ヒートシンクベース付加部材8は、フィン4a、4bが立設された領域からパワーモジュール7が近接する領域まで延在しており、ヒートシンクベース1との密着性を確保するために、表面には小さな凹凸形状(図示せず)を備えている。なお、冷却部5aと5bは互いに10mm程度の間隙を確保した状態で併設されている。
【0035】
次に動作について説明する。ファン3から吹き出された気流は、ファン直下のヒートシンクベース1に衝突して方向を変え、フィン間内周部より流入し、外周に向かって流れる。このとき空気はモータ2の回転方向に方向性をもって流れるため、これが抵抗なく導けるように、フィン4aの形状は図3(b)に示したように偏向している。さらに、ファン3から吹き出された気流は、フィン4aの出口においては基本的に湾曲したフィン4aに沿って外に向かって流れるが、冷却部5bに隣接する辺においては、冷却部5aからの空気が冷却部5bに衝突する。
【0036】
パワーモジュール7で発生した熱の一部は、実施の形態2で示したようにヒートシンクベース1から冷却部5aを形成するフィン4aへと伝熱され、ファン3からの気流によってその熱は奪われる。また、パワーモジュール7で発生した熱の一部は、ヒートシンクベース付加部材8を有するヒートシンクベース1を介して、効率的に冷却部5bへと伝達され、フィン4bから放熱されると共に、冷却部5aの隣接する部分から流出した気流がフィン4bに衝突することにより、冷却部5bにおける伝熱特性を更に向上させることが可能となる。
【0037】
尚、図5に示すような複数の冷却部5a、5bを有するヒートシンク6を例えばダイカスト法で製造した場合においては、従来、金型との離型性が悪いという問題があった。すなわち、ダイカストした製品は金型内で徐々に冷却されるため、金型より熱膨張係数が大きいアルミ製のヒートシンク6は金型より収縮量が大きくなる。その結果、複数の冷却部のフィンは金型に抱きつくように変形しようとするため、フィンと金型の摩擦力によって金型から取り出せなくなることがあった。これを防止するには、金型から押し出すタイミングを早くする必要があるが、この場合はヒートシンクベースの温度が高い状態であるため、ヒートシンクベースは金型取りだし後自由収縮するため、大きなひずみが発生してしまう。
【0038】
これに対して、本実施の形態においては、複数の冷却部5a、5bを結んだ領域にヒートシンクベース付加部材8を挿入するので、ダイカスト時にヒートシンクベース付加部材8はアルミの溶湯によって加熱され、熱膨張し、一方溶湯は凝固収縮を発生する。したがって、ヒートシンクベース1の収縮量は上記ヒートシンクベース付加部材8によって抑制され、ヒートシンクベース1が金型内である程度冷却させた場合でも金型から容易に離型できるようになり、格段に生産性が向上した。一方、複数のヒートシンクベース付加部材8を各冷却部5a、5bに対してそれぞれ挿入した場合には、該冷却部5a、5bそれぞれにおいては収縮が低減できるものの、それらが互いに近づくように収縮するので離型しにくくなるという問題は残る。
【0039】
なお、図5においてヒートシンクベース付加部材8は、ヒートシンクベース裏面側に露出しない構造を示している。ヒートシンクベース付加部材8を鋳ぐるみ中子としたダイカストによる製造の際には、パワーモジュール7を固着するヒートシンクベース1の裏面側はダイカストにより成形されるため、面性状、平面度が確保される。言い換えると、ヒートシンクベース付加部材8を最終製品形状の精度を左右しない様に、概略ヒートシンクベース内部に配置することによって、ヒートシンクベース付加部材8は低い寸法精度で安価で製造できるというメリットがある。
【0040】
尚、上記においては、ヒートシンクベース付加部材8の全てをヒートシンクベース1の内部に配置させていたが、パワーモジュール7が固着される部分以外の部分において、ヒートシンクベース付加部材8を露出させてもかまわない。
【0041】
また、実施の形態3においては、パワーモジュール7がヒートシンクベース1に対して比較的小さい場合により効果を発し、パワーモジュール7の取り付け位置を、ヒートシンクベース1の端部から中央部まで自由に選定できるという効果もある。
【0042】
なお、実施の形態3においては、冷却部5bに対してはファンを設置させていないが、冷却部5a同様、冷却部5bに対向するようにファンを設置させると、さらに放熱特性が向上することは言うまでもない。
【0043】
また、実施の形態3においては、2個以上の冷却部を備えていてもかまわないし、それら2個以上の冷却部の立設された領域からパワーモジュールの近接する領域まで延在するヒートシンクベース付加部材を設置しても良く、この場合においても同様の効果を有する。
【0044】
また、実施の形態3においては、冷却部5bに空間9bを設けているが、冷却部5bにはフィン4bが存在していれば良く、このフィン4bに囲まれる空間9bを設けていなくてもかまわない。
【0045】
実施の形態4.
図6は実施の形態4によるヒートシンク、及びそれに隣接するパワーモジュールについて説明するための断面模式図である。なお、本実施の形態においては、ヒートシンクベース付加部材の形状及びファンの個数を除いたその他の点については、実施の形態3と同様である。
【0046】
この実施の形態では、湾曲したフィン4a、4bおよび空間9a、9bからなる冷却部5a、5bが、ヒートシンクベース1の表面側に配置されており、冷却部5a、5bにそれぞれファン3a、3bとモータ2a、2bが対向して設けられている。又、ヒートシンクベース付加部材8は、フィン4a、4bが立設された領域からパワーモジュールが近接する領域まで延在しており、冷却部5a、5bが設置されているヒートシンクベース表面側と、冷却部5aと5bの間隙部分のヒートシンク裏面側とにそれぞれ露出している。なお、冷却部5aと5bは互いに10mm程度の間隙で併設されている。
【0047】
パワーモジュール7で発生した熱の一部は、実施の形態2で示したようにヒートシンクベース1から冷却部5aを形成するフィン4aへと伝熱され、ファン3aからの気流によってその熱は奪われる。また、パワーモジュール7から発生した熱の一部は、ヒートシンクベース1及びヒートシンクベース付加部材8を介して、冷却部5bへと伝達され、ファン3bからの気流によってフィン4bから放熱される。
【0048】
ここで、ヒートシンクベース付加部材8を鋳ぐるみ中子としてダイカストによる製造を行う際には、ヒートシンクベース付加部材8の形状を、冷却部5a、5bが設置されているヒートシンクベース表面側と冷却部5aと5bの間隙部分のヒートシンク裏面側とにそれぞれ露出した形状とすることにより、ヒートシンクの製造時における、金型の型締め時のヒートシンク付加部材の位置決めが着実となり、生産性が高まり、製品品質が安定する。
【0049】
また、実施の形態2及び3で示したようにモーター直下は気流が流れないため放熱特性は他の部分と比べると極端に悪くなるが、ヒートシンクベース付加部材8に高熱伝導性の材料を用いることによって、パワーモジュール7で発生した熱量が効率よくフィン4aへと伝達される。すなわち、実施の形態5においては、ヒートシンク付加部材8のファン直下の部分をヒートシンクベース表面側に露出させ、かつ、その部分の厚みを大きくすることで更に伝熱効率を向上させたものとなっている。
【0050】
また、実施の形態3で示したように、ヒートシンクベース付加部材8に高熱伝導性の材料を用いることによって、パワーモジュール7で発生した熱量の一部が冷却部5bへと効率よく伝達されるが、実施の形態4においては、ヒートシンク部材8の冷却部5a及び5bの間隙部分をヒートシンクベース裏面側に露出させ、上記間隙部分のヒートシンクベース付加部材8の板厚を大きくすることで更に伝熱効率を向上させることが可能である。
【0051】
実施の形態5.
図7、8は実施の形態5によるヒートシンク、及びそれに隣接するパワーモジュールについて説明するための断面模式図である。
図7においては、ヒートシンクベース付加部材8のパワーモジュール7に対向する側に角柱状の突起8aを設けており、ヒートシンクベース裏面側に露出している。
【0052】
又、ヒートシンクベース付加部材8には、突起8aとは別に、凹凸8bを設けており、これにより、ヒートシンクベース1との密着性を向上させ、熱伝導性を向上させている。これは、実施の形態3において小さな凹凸を設けたことと同様である。
【0053】
パワーモジュール7から発生した熱は、ヒートシンクベース1とヒートシンクベース付加部材8へと伝熱され、さらに実施の形態1乃至4で示したように、冷却部5を構成するフィン4へと伝熱される。
【0054】
本実施例においては、ヒートシンクベース付加部材8の端部の角柱状突起8aをヒートシンクベース裏面側に露出させることにより、ヒートシンクベース付加部材8を鋳ぐるみ中子としたダイカストによる製造を行う際の金型内における中子の位置決めの役割を持たせることによってヒートシンクベース1の熱伝導特性を安定化させると共に、パワーモジュール7が固着される領域が中子と直接接触しないため、中子の形状精度が悪くとも最終製品の上記領域の平面度を高く保つことができ、その結果、実施の形態3と同様製品を安価に製造できる。
【0055】
さらにまた、中子厚さを例えば6mm、ヒートシンクベース厚を10mm、突起8aの高さを2mmとすると、中子はヒートシンクベース1の厚さ方向の中心に配置されることとなり、製品のそりを抑制することができる。すなわち、金型内に中子をセットしてダイカストすると、アルミの溶湯は、予熱していたとしても200℃程度の中子に接して冷却される。この時、ヒートシンクベース内に温度分布が発生すると、室温までの冷却に伴う収縮量が異なってしまい、例えばヒートシンクベース裏面側にヒートシンク付加部材8が露出していると、裏面側が凸状に反ってしまう。そのような形状ではパワーモジュール7をヒートシンクに密着して固定することができないため、パワーモジュール7の熱を安定して逃すことができなくなる。本実施の形態においては、そのような反りを無くすことができ、上記問題点を解決することが可能となる。
【0056】
また、逆に、図8(a)に示すようにヒートシンクベース1の裏面側のパワーモジュール7が固着される部分の形状を、ダイカスト製造時における湯流れ方向に沿って角柱が連設するような形状とすることによっても、図7と類似の効果が得られる。この場合は、金型に突起を設けることによってヒートシンクベース付加部材8を金型内に固定するため、ヒートシンクベース付加部材8に突起を設ける必要がなくなり、ヒートシンクベース付加部材8の形状の簡素化、形状精度の低下が許容されるため、さらに製品を安価に製造することができる。
【0057】
加えて、図8(a)に示す構造においては、ヒートシンクベース裏面側のパワーモジュール7が固着される部分に細い溝状の凹部1aが形成されるため、パワーモジュール7を熱伝導グリース(図示せず)等によって固着する際には、ヒートシンクベース裏面側の凹部分1aはグリースの逃げ溝としての作用が生じ、グリース塗布厚みを薄く均一にすることができ、パワーモジュール7の密着性が高まり、伝熱特性が向上されるというメリットもある。
【0058】
なお、パワーモジュール7の密着性と伝熱性の向上ならびに取り付け性の向上に対する小さな凹凸形状は、図8(b)に示すようにヒートシンクベースベース付加部材8に直接設けられても類似の効果が得られることは言うまでもないが、この場合には、ヒートシンクベース付加部材8に高い形状精度が要求されるとともに、鋳ぐるみ時のひずみの発生、即ちヒートシンクベース1の反りを抑制する必要がある。
【0059】
また、本実施の形態においては、ヒートシンクベース付加部材8に角柱の突起8aを設けたが、円柱状の突起においても類似の効果を有する。ただし、溶湯の流れの方向において分割された形状の場合は、巣の発生が起きやすくなるという問題を有する。
【0060】
実施の形態6.
図9は実施の形態6によるヒートシンク、及びそれに隣接するパワーモジュールについて説明するための断面模式図である。
【0061】
本実施の形態を製造するには、まず例えば鋳造法で製造した高熱伝導性のアルミから成るヒートシンクベース付加部材8を、ダイカスト装置の200℃程度に加熱された金型の中にセットし、溶融したアルミを金型内に高圧で射出し、凝固させる。その結果、ヒートシンクベース付加部材8がヒートシンクベース1に固着される。しかし、その固着状態を評価してみると、ほとんど強度を有しない場合がある。
【0062】
すなわち、ヒートシンク付加部材8はその表面にアルミ酸化物が形成されており、溶融アルミを射出させた場合にヒートシンク付加部材8の表面に飛散してきた溶融アルミは、ヒートシンクベース付加部材8により急激に熱を奪われ凝固する。アルミ酸化物は周知の通りアルミより融点が高いため、溶融アルミの運動エネルギによって、酸化皮膜を破壊できた時のみ下地のアルミの清浄な面が出てアルミ同士が強固に固着できる。固着力が不十分な場合は冷却時の収縮力が固着力を上回ってしまい、ヒートシンクベース付加部材とヒートシンクベースの界面が剥離してしまう。
【0063】
パワーモジュール7はヒートシンクベース裏面に固着し、冷却のためのフィン4はその反対側に立設させているため、熱のかなりの部分は裏面側のヒートシンクベース1からヒートシンクベース付加部材8を通ってフィン4が立設する側のヒートシンクベース1に拡がりながら抜ける必要がある。このとき、界面に空間があると熱が遮断されてしまい、所望の熱特性が得られなくなる。とくに界面の状態は外観からの判定が難しく、品質上大きな問題であった。界面を強固に固着するにはヒートシンクベース付加部材8の表面に亜鉛等のメッキをすることが効果的であるが、メッキのためのコストが必要となるため、安価な方法が望まれていた。
【0064】
本実施の形態においては、ヒートシンクベース付加部材8に裏面から表面側へ貫通穴(穴の側壁を8cとして示す。)を形成しているため、フィン4が立設している表面側のヒートシンクベース1と裏面側のヒートシンクベース1がこの貫通穴を通じて一体化されており、ヒートシンクベース1とヒートシンクベース付加部材8が密着でき、しかも、熱の流れが妨げられない。とくに貫通穴(8c)には溶融アルミが詰まるため、この部分の冷却時における初期温度と冷却後の温度の差は、ヒートシンクベース付加部材8における温度差の約2倍以上となり、その結果、収縮量が大きく常にヒートシンクベース1とヒートシンクベース付加部材8の界面に圧縮応力が働く構造となる。なお、穴の数はヒートシンクベース1の面積に応じて適宜形成すればよい。また、穴の大きさはヒートシンクベース付加部材8の板厚の2倍程度までが裏面側の平面度を確保するためには好ましい。尚、これ以上の大きさになると、収縮力でひずみが発生する。
【0065】
実施の形態7.
図10は実施の形態7によるヒートシンク、及びそれに隣接するパワーモジュールについて説明するための断面模式図である。
【0066】
本実施の形態においては、ヒートシンクベース付加部材8に凹部8dを形成し、かつ、ヒートシンクベース1とヒートシンクベース付加部材8にねじ穴11を加工したものであるが、凹部8dを形成することによってヒートシンクベース1とヒートシンクベース付加部材8の密着性を向上させるとともに、ねじ穴11を用いてねじ止めすることで、パワーモジュール7とヒートシンクベース1に挟まれたヒートシンクベース付加部材8を、パワーモジュール7とヒートシンクベース1に機械的に勘合させることができるという効果がある。
【0067】
その結果、ダイカスト後の冷却時の温度差に起因するせん断応力でヒートシンクベース付加部材8とヒートシンクベース1が剥離するのを防ぐ。
【0068】
また、ヒートシンクベース1とヒートシンクベース付加部材8が一体化できるため、繰り返し使用した場合でも、温度サイクルでヒートシンクベース付加部材8が剥離してしまうことがなく、信頼性が確保できる。
【0069】
尚、上記実施の形態1乃至7においてはフィンをそれぞれ複数備えていたが、渦巻き形状等にするとで、複数とせずに単一のものとしても良いことは言うまでもない。
【0070】
【発明の効果】
この発明に係るヒートシンクは、被冷却体と裏面において接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に配置された複数の冷却部と、それぞれの上記冷却部に立設された複数のフィンと、上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒートシンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で形成されたヒートシンクベース付加部材とを備え、上記ヒートシンクベース付加部材は、鋳ぐるみ中子として上記ヒートシンクベースに、表面の一部分が露出するように鋳ぐるまれ、かつ上記ヒートシンクベースの被冷却体が接する冷却部の領域からこの冷却部とは相隣する冷却部の領域まで延在し、上記露出する部分は上記被冷却体と上記ヒートシンクベースとが接する部分とは異なる部分であるので、被冷却体の発熱を効率よく逃がすことができる。さらに、複数の冷却部を結んだ領域にヒートシンクベース部材を挿入するので、ダイカスト時においてヒートシンクベースの収縮量をヒートシンクベース付加部材が抑制し、ヒートシンクベースを金型から容易に離型できる。
【0074】
又、被冷却体と裏面において接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設されたフィンと、上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒートシンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で形成されたヒートシンクベース付加部材とを備え、上記ヒートシンクベース付加部材は、鋳ぐるみ中子として上記ヒートシンクベースに、表面の一部分が露出するように鋳ぐるまれ、かつ上記ヒートシンクベースに密着する凹凸を有し、上記露出する部分は上記被冷却体と上記ヒートシンクベースとが接する部分とは異なる部分であるので、ヒートシンクベース付加部材とヒートシンクベースとの密着性が高まり、熱伝導性を向上することができる。
【0075】
又、被冷却体と裏面において接するヒートシンクベースと、上記ヒートシンクベースの表面に立設されたフィンと、上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒートシンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で形成されたヒートシンクベース付加部材とを備え、上記ヒートシンクベース付加部材は、鋳ぐるみ中子として上記ヒートシンクベースに、表面の一部分が露出するように鋳ぐるまれ、かつ複数の貫通穴を有し、上記露出する部分は上記被冷却体と上記ヒートシンクベースとが接する部分とは異なる部分であるので、ヒートシンクベース付加部材とヒートシンクベースとの密着性が高まり、熱伝導性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1を表す模式図である。
【図2】 実施の形態1の効果を表す模式図である。
【図3】 実施の形態2を表す模式図である。
【図4】 実施の形態2の効果を表す模式図である。
【図5】 実施の形態3を表す模式図である。
【図6】 実施の形態4を表す模式図である。
【図7】 実施の形態5を表す模式図である。
【図8】 実施の形態5の他の例を表す模式図である。
【図9】 実施の形態6を表す模式図である。
【図10】 実施の形態7を表す模式図である。
【図11】 従来例を表す模式図である。
【符号の説明】
1 ヒートシンクベース、 1a 凹部、 2、2a、2b モータ、
3、3a、3b ファン、 4、4a、4b フィン、
5、5a、5b 冷却部、 6 ヒートシンク、
7 パワーモジュール、 8 ヒートシンクベース付加部材、
8a 突起、 8b 凹凸、 8c 貫通穴の側壁、 8d 凹部、
9、9a、9b 空間、 10 引け巣、 11 ねじ穴。
Claims (6)
- 被冷却体と裏面において接するヒートシンクベースと、
上記ヒートシンクベースの表面に配置された複数の冷却部と、
それぞれの上記冷却部に立設された複数のフィンと、
上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒートシンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で形成されたヒートシンクベース付加部材と
を備え、
上記ヒートシンクベース付加部材は、鋳ぐるみ中子として上記ヒートシンクベースに、表面の一部分が露出するように鋳ぐるまれ、かつ上記ヒートシンクベースの被冷却体が接する冷却部の領域からこの冷却部とは相隣する冷却部の領域まで延在し、
上記露出する部分は上記被冷却体と上記ヒートシンクベースとが接する部分とは異なる部分であること
を特徴とするヒートシンク。 - 被冷却体と裏面において接するヒートシンクベースと、
上記ヒートシンクベースの表面に立設されたフィンと、
上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒートシンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で形成されたヒートシンクベース付加部材と
を備え、
上記ヒートシンクベース付加部材は、鋳ぐるみ中子として上記ヒートシンクベースに、表面の一部分が露出するように鋳ぐるまれ、かつ上記ヒートシンクベースに密着する凹凸を有し、
上記露出する部分は上記被冷却体と上記ヒートシンクベースとが接する部分とは異なる部分であること
を特徴とするヒートシンク。 - 被冷却体と裏面において接するヒートシンクベースと、
上記ヒートシンクベースの表面に立設されたフィンと、
上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒートシンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で形成されたヒートシンクベース付加部材と
を備え、
上記ヒートシンクベース付加部材は、鋳ぐるみ中子として上記ヒートシンクベースに、表面の一部分が露出するように鋳ぐるまれ、かつ複数の貫通穴を有し、
上記露出する部分は上記被冷却体と上記ヒートシンクベースとが接する部分とは異なる部分であること
を特徴とするヒートシンク。 - 被冷却体と裏面において接するヒートシンクベースと、
上記ヒートシンクベースの表面に配置された複数の冷却部と、
それぞれの上記冷却部に立設された複数のフィンと、
上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒートシンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で形成されたヒートシンクベース付加部材と
を備えるヒートシンクの製造方法において、
上記ヒートシンクベース付加部材を鋳ぐるみ中子とし、
上記ヒートシンクベース付加部材が上記ヒートシンクベースの被冷却体が接する冷却部の領域からこの冷却部とは相隣する冷却部の領域まで延在し、かつ表面から上記ヒートシンクベース付加部材の表面の一部分が露出するように、上記ヒートシンクベースをダイカストにて形成し、
上記露出する部分は上記被冷却体と上記ヒートシンクベースとが接する部分とは異なる 部分であること
を特徴とするヒートシンクの製造方法。 - 被冷却体と裏面において接するヒートシンクベースと、
上記ヒートシンクベースの表面に立設されたフィンと、
上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒートシンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で形成されたヒートシンクベース付加部材と
を備えるヒートシンクの製造方法において、
上記ヒートシンクベース付加部材を鋳ぐるみ中子とし、
上記ヒートシンクベース付加部材が有する凹凸が上記ヒートシンクベースに密着し、かつ表面から上記ヒートシンクベース付加部材の表面の一部分が露出するように、上記ヒートシンクベースをダイカストにて形成し、
上記露出する部分は上記被冷却体と上記ヒートシンクベースとが接する部分とは異なる部分であること
を特徴とするヒートシンクの製造方法。 - 被冷却体と裏面において接するヒートシンクベースと、
上記ヒートシンクベースの表面に立設されたフィンと、
上記ヒートシンクベースの内部に設けられ、上記ヒートシンクベース及びフィンよりも熱伝導性の良好な材料で形成されたヒートシンクベース付加部材と
を備えるヒートシンクの製造方法において、
上記ヒートシンクベース付加部材を鋳ぐるみ中子とし、
上記ヒートシンクベース付加部材が有する複数の貫通穴を通じて上記ヒートシンクベースの表面側と裏面側が一体化し、かつ表面から上記ヒートシンクベース付加部材の表面の一部分が露出するように、上記ヒートシンクベースをダイカストにて形成し、
上記露出する部分は上記被冷却体と上記ヒートシンクベースとが接する部分とは異なる部分であること
を特徴とするヒートシンクの製造方法。
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