JP5021290B2 - ヘリボーン型液冷ヒートシンクおよびその製造方法 - Google Patents

ヘリボーン型液冷ヒートシンクおよびその製造方法 Download PDF

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本発明は、パワーＩＣ等の発熱量の高い電子部品を冷却するコンパクトなヘリボーン型液冷ヒートシンクに関し、特にヒートシンク表面に伝熱性絶縁基板がろう付けされ、その基板上に電子部品が接合されるものにおいて、基板が熱応力により剥離したり亀裂が生じたりすることを防止すると共に、そのろう付け精度を向上したものに関する。
一対のプレート間に多数のスリットを有する一対のインナーフィンを挟持したヘリボーン型液冷ヒートシンクが下記特許文献に記載されている。このインナーフィンは４周に枠を有し、その枠内をプレス加工により多数のスリットを打ち抜き形成したものである。そして、一対のインナーフィンはそのスリットが互いに交差するように重ねあわされ、内部に冷却水が流通し、その外面に電子部品が取付けられて、その電子部品を冷却するものである。
特許第２８６２２１３号公報
ヘリボーン型ヒートシンクの表面には、セラミック等の伝熱性絶縁基板をろう付けし、その基板上に電子部品を接合するものがある。ところが、セラミック等の絶縁基板と、金属製のヒートシンクとは熱膨張係数が大きく異なり、電子部品を冷却する際に、その熱膨張の違いから基板に割れや剥がれ、反り等が発生する。特に絶縁基板の４隅または端部に反りが発生する。この原因は熱応力が絶縁基板の端部に集中するからである。特に方形の絶縁基板の場合、その４隅の変形が最も著しく、その４隅の直下にインナーフィンの空洞がある場合により一層大きな反りが生じることが本発明者の実験研究によりわかった。
そこで本発明は、かかる熱応力によっても絶縁基板のろう付け部分に亀裂が生じないようにすることを課題とする。
請求項１に記載の本発明は、上下一対の金属製のプレート(1) (2) と、
両プレート(1) (2) 間に挟持され、外周に枠部(3a)(3b) が形成されると共に、対向する枠部(3a)(3b) 間に傾斜する多数の骨部(4a)(4b)が並列された少なくとも上下一対の枠付のインナーフィン(5a)(5b)と、を具備し、
各インナーフィン(5a)(5b) の前記骨部(4a)(4b)は互いに逆向きに傾斜して、それらが交差するように配置され、一方の前記プレート(1) (2) の表面に方形の伝熱性の絶縁基板(7)の裏面がろう付けされ、その絶縁基板(7)の表面に発熱量の高い電子部品がろう付けされるヘリボーン型液冷ヒートシンクにおいて、
前記絶縁基板(7) の少なくとも四隅が、上下一対の前記インナーフィン(5a)(5b) の前記骨部(4a)(4b)の各交差部(4c)に位置することを特徴とするヘリボーン型液冷ヒートシンクである。
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記絶縁基板(7) の外周縁に、上下一対の前記インナーフィン(5a)(5b) の前記骨部(4a)(4b)の各交差部(4c)が互いに離間して位置することを特徴とするヘリボーン型液冷ヒートシンクである。
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２に記載のヘリボーン型液冷ヒートシンクを製造する方法において、
前記上下一対の金属製のプレート(1) (2) 、一対のインナーフィン(5a)(5b) および絶縁基板(7) を組立て、それらの外周を厚み方向に圧縮した状態で、炉内で一体的にろう付け固定するヘリボーン型液冷ヒートシンクの製造方法である。
本発明のヒートシンクによれば、その絶縁基板７の少なくとも４隅がインナーフィン5a、5bの骨部4a、4bの交差部4cに位置するので、その４隅の剛性が高くなり、発熱量の高い電子部品の使用中にその４隅に熱応力が集中しても、それに耐え絶縁基板７の変形や亀裂を防止することができる。
また、絶縁基板７の少なくとも４隅がインナーフィン5a、5bの骨部4a、4bの交差部4cに位置するように配置されているから、絶縁基板７とプレートとのろう付けの際、それを押圧状態で行っても、絶縁基板７の４隅が変形することなく、確実なろう付けができ、ろう付け強度を確保し得る。
その点からも使用中に絶縁基板７の特に４隅部が割れたり、剥がれたり、反り等を発生することのない信頼性の高いヒートシンクを提供できる。
上記構成において、絶縁基板７の外周縁が骨部4a、4bの交差部4cに位置するようにした場合には、さらに信頼性の高いヒートシンクとなりうる。
また、本発明の製造方法によれば、信頼性の高いヒートシンクを提供できる。
次に図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明のヒートシンクの一部を破断した要部平面図である。また、図２は図１のII−II矢視断面図であり、図３は同ヒートシンクの分解斜視略図である。また、図４は同ヒートシンクの使用状態を示す正面図である。
このヒートシンクは図３に示す如く、上下一対のプレート１、プレート２間に一対のインナーフィン5a、5bが挟持されるものである。プレート２には、その両端部に連通孔９が設けられ、その連通孔９に冷却水出入口パイプ６の一端部が夫々接合される。インナーフィン5a、5bはこの例では４周に枠部3a、3bを有し、夫々対向する枠間に傾斜する多数の骨部4a、4bが互いに斜めに並列されている。なお、一対のインナーフィン5a，5bの各骨部4a、4bの向きは互いに逆向きである。このようなインナーフィン5a、5bは、金属板をプレス加工により打ち抜き成形して作ることができる。なお、枠部3a、3bの長手方向両端部に、それらの骨部4a、4bの存在しない小タンク部８が形成される。そしてその小タンク部８にプレート２の連通孔９が連通する。
次に、プレート１上にはセラミック等による伝熱性の絶縁基板７が配置される。そして互いに接触する少なくても何れか一方の外表面には、ろう材が被覆または塗布され、それらが重ね合わされる。そして、図２の如く絶縁基板７を含めプレート１、プレート２間を治具により強く圧縮した状態で全体を炉内に挿入し、一体的にろう付け固定するものである。
このとき、方形の絶縁基板７は図１および図２に示す如く、絶縁基板７の４周特に４隅がインナーフィン5a、5bの骨部4a、4bにおける交差部4cに位置する。このようにしてなるヒートシンクは図４に示す如く、絶縁基板７上に電子部品10がハンダ付け等の手段により接合される。そして、一方の冷却水出入口パイプ６から冷却水11がインナーフィン5a、5b内に流通し、他方の冷却水出入口パイプ６からそれが流出する。そして、電子部品10から生じる発熱を冷却水11に吸熱するものである。
このとき、電子部品10から発生する熱は絶縁基板７を介しプレート１およびインナーフィン5a、5bに伝熱される。絶縁基板７に接するプレート１は金属材であり、絶縁基板７はセラミック等の非金属材からなり、両者の熱膨張係数が異なる。それに基づいて、特に絶縁基板７の４隅には熱応力が集中する。しかし絶縁基板７に４隅は図１に示す如く、インナーフィン5a、5bの骨部4a、4bの交差部4cに位置するので、剛性が強く、熱応力によってそれが変形したり、剥離したりすることがない。
本発明のヒートシンクの一部破断要部平面図。 図１のII−II矢視断面略図。 本発明のヒートシンクの分解斜視図。 同ヒートシンクの正面図。
符号の説明
１ プレート
２ プレート
3a，3b 枠部
4a，4b 骨部
4c 交差部
5a，5b インナーフィン
６ 冷却水出入口パイプ
７ 絶縁基板
８ 小タンク部
９ 連通孔
10 電子部品
11 冷却水

Claims (3)

  1. 上下一対の金属製のプレート(1) (2) と、
    両プレート(1) (2) 間に挟持され、外周に枠部(3a)(3b) が形成されると共に、対向する枠部(3a)(3b) 間に傾斜する多数の骨部(4a)(4b)が並列された少なくとも上下一対の枠付のインナーフィン(5a)(5b)と、を具備し、
    各インナーフィン(5a)(5b) の前記骨部(4a)(4b)は互いに逆向きに傾斜して、それらが交差するように配置され、一方の前記プレート(1) (2) の表面に方形の伝熱性の絶縁基板(7)の裏面がろう付けされ、その絶縁基板(7)の表面に発熱量の高い電子部品がろう付けされるヘリボーン型液冷ヒートシンクにおいて、
    前記絶縁基板(7) の少なくとも四隅が、上下一対の前記インナーフィン(5a)(5b) の前記骨部(4a)(4b)の各交差部(4c)に位置することを特徴とするヘリボーン型液冷ヒートシンク。
  2. 請求項１において、
    前記絶縁基板(7) の外周縁に、上下一対の前記インナーフィン(5a)(5b) の前記骨部(4a)(4b)の各交差部(4c)が互いに離間して位置することを特徴とするヘリボーン型液冷ヒートシンク。
  3. 請求項１または請求項２に記載のヘリボーン型液冷ヒートシンクを製造する方法において、
    前記上下一対の金属製のプレート(1) (2) 、一対のインナーフィン(5a)(5b) および絶縁基板(7) を組立て、それらの外周を厚み方向に圧縮した状態で、炉内で一体的にろう付け固定するヘリボーン型液冷ヒートシンクの製造方法。
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