JP5854931B2 - フィン嵌合状態検査装置 - Google Patents

Description

この発明は、金属ベースと放熱フィンとを嵌合して製造するヒートシンクの、金属ベースと放熱フィンとの嵌合状態を検査するために用いるフィン嵌合状態検査装置に関するものである。

従来、放熱フィンと金属ベースを個別に製造し、これらを組み合わせるヒートシンクが提案されている。
放熱フィンと金属ベースを別体化することで、押出成形やダイキャスト成形で必要な金型強度の制約などが無く、狭いフィンピッチや長いフィン長を実現でき、半導体装置の設置面積の小型化や、高温に発熱するパワー素子の小型化による低コスト化に貢献している。

また、従来、放熱フィンと金属ベースの嵌合方法としてカシメ工法が用いられている。
例えば、金属ベースに、フィン溝とプレス溝を交互に形成し、フィン溝に放熱フィンを挿入しておいて、上方からプレス刃をプレス溝に押圧し、プレス溝を拡幅させることで、１枚の放熱フィンを、両隣のプレス溝の縁と嵌合させる方法が提案されている。（例えば、特許文献１）

特開２００１−１０２７８６号公報（図１）

特許文献１で採用するような放熱フィンと金属ベースのカシメ工法では、放熱フィンと金属ベースの嵌合状態、即ち嵌合の良否が、直接的に放熱フィンによる冷却性能に影響する。
したがって製品の検査が不可欠である。
しかしながら、従来の嵌合状態の検査は、一般的に、人手（手感＝官能検査）によって放熱フィンの緩み（ガタツキ）検査をおこなっており、定量的に嵌合状態を検査できる装置（手段）がなかった。
したがって、検査を行っても検査者の個人差、経時的感覚の変化等、検査の信頼性を低下させる要因が存在した。
このことは、特に検査対象となるワークの放熱フィンの嵌合状態が、良否判定の境界にある場合に、不良品を市場に出す危険性が高く、品質管理上の課題であった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、放熱フィンの嵌合状態が好ましくない製品を確実に検出できる信頼性の高いフィン嵌合状態検査装置の提供を目的とする。

この発明に係るフィン嵌合状態検査装置は、
金属ベースに垂直に嵌合した放熱フィンを備えたヒートシンクの、放熱フィンの嵌合状態を検査するフィン嵌合状態検査装置において、
基礎となる第１プレートと、
第１プレートと平行に空間を介して支持され、第１プレート側に放熱フィンを向けて、ヒートシンクを位置決めする第２プレートと、
放熱フィンの最大面積の面に対して垂直に移動して、放熱フィンの金属ベース側とは反対側の端部を押圧可能な歪検知板を備えたものである。

この発明に係るフィン嵌合状態検査装置は、
基礎となる第１プレートと、
第１プレートと平行に空間を介して支持され、第１プレート側に放熱フィンを向けて、ヒートシンクを位置決めする第２プレートと、
放熱フィンの最大面積の面に対して垂直に移動して、放熱フィンの金属ベース側とは反対側の端部を押圧可能な歪検知板を備えたものなので、
歪検知板の移動量に対する歪ゲージの歪量を測定し、良品データと比較することで、定量的に放熱フィンの嵌合良否を判定できる。

本発明の実施の形態１に係るフィン嵌合状態検査装置の構成を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係るフィン嵌合状態検査装置で検査するヒートシンクの製造工程を示す図である。 放熱フィンの嵌合状態検査時における歪検知板の移動量と、歪ゲージの歪量の相関関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るフィン嵌合状態検査装置の構成を示す断面模式図である。

実施の形態１．
以下、本願発明の実施の形態１に係るフィン嵌合状態検査装置１００を、図を用いて説明する。
図１は、フィン嵌合状態検査装置１００の断面模式図である。
図２は、このフィン嵌合状態検査装置１００を用いて、放熱フィン９２と金属ベース９１の嵌合状態を検査するワークであるヒートシンク９の製造工程を示す図である。
図１、図２を使っての説明における上下関係は、図の上下関係と等しい。

フィン嵌合状態検査装置１００の説明をする前に、ヒートシンク９の製造方法を説明する。
図１を使っての説明における上下関係は、図の上下関係と等しい。
また、図１を正面として側面等の言葉を定義する。
まず、図２（ａ）に示すように、金属ベース９１のフィン溝９１ａに放熱フィン９２を挿入する。
次に、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、金属ベース９１のフィン溝９１ａの隣に、これと平行に設けられたプレス溝９１ｂの両側壁を、詳細を図示しない嵌合装置のプレス刃８を用いて両外側に押し広げる。
このように、放熱フィン９２を金属ベース９１に嵌合することによりヒートシンク９が製造される。

次に、ヒートシンク９の金属ベース９１と放熱フィン９２との嵌合状態を検査するフィン嵌合状態検査装置１００の構成を説明する。
四角形の第１プレート１の四隅には、この第１プレート１から垂直にシャフト２を固定している。
第２プレート３は、これから嵌合状態を検査しようとするヒートシンク９を固定する台であり、シャフト２の上端部に第１プレート１と平行に固定されている。
そして、ヒートシンク９は、放熱フィン９２が第１プレート１側に、垂直に突出するような体勢で、第２プレート３に載置される。

第２プレート３には、ヒートシンク９の金属ベース９１の周囲を保持するヒートシンク保持部３１を設けている。
ヒートシンク９は、ヒートシンク保持部３１に外周を保持されて、その上方からクランプシリンダ２５によって押圧されることによって第２プレート３の所定の位置に位置決めされる。

歪検知板４は、この板自体の撓り加減を検出する機能を有する平板である。
複数の歪検知板４が、図示しないボルトナット等の締め付け手段により連結板２６に固定されて一体化されている。
歪検知板４は、ヒートシンク９の放熱フィン９２と、最大面同士が平行となるように配置されている。
一体化された歪検知板４は、第１プレート１上に設けたリニア駆動ロボット５に固定されている。
リニア駆動ロボット５（移動手段）は、図の右側方向にリニア駆動により移動できる。

図１に示すように、歪検知板４の中央部には、この板自体の撓り加減を検出する歪ゲージ４１が任意の位置（図では中央部分）に取り付けられている。
第２プレート３の高さは、ヒートシンク９の放熱フィン９２の下方の端部が、２枚の歪検知板４の上端部の間にこれらと平行に挟まれるような高さに設定する。
これにより、リニア駆動ロボット５が移動すると、歪検知板４の先端部４２の側面が放熱フィン９２の側面に、面同士で接触可能となる。

次に、フィン嵌合状態検査装置１００の動作について説明する。
まず、第２プレート３にヒートシンク９を、放熱フィン９２が下方を向くように位置決めセットする。
次に、クランプシリンダ２５により、金属ベース９１を第２プレート３に固定する。
クランプシリンダ２５は、図示しない加圧機構を備え、金属ベース９１を第２プレート３から動かないように保持する。
歪検知板４は、金属ベース９１に嵌合された、それぞれの放熱フィン９２の隙間にその先端が入るように配置されている。

ここで、歪検知板４の先端の高さが放熱フィン９２の下端部よりも高くなるようにし第１プレート１と第２プレート３の間隔を設定しておけば、金属ベース９１を第２プレート３にセットするだけで、自動的に歪検知板４が、放熱フィン９２の検査をできる高さとなるので簡便である。

次に、リニア駆動ロボット５をリニア駆動して、歪検知板４を図の矢印方向に移動させる。
放熱フィン９２が平行に配列されており、その面と垂直な方向に歪検知板４を移動させる。
そうすると、いずれ歪検知板４の先端面が放熱フィン９２に接触する。
接触後も、更に移動し続けると、歪検知板４は次第に弾性変形して湾曲する。

その過程において、図示しないデーター収集手段により、歪検知板４の移動量に対する歪検知板４に貼り付けられた歪ゲージ４１の歪量を測定する。
歪ゲージ４１の貼り付け位置は、放熱フィン９２に接触することがない位置で、かつ歪検知板４の撓みが不均一な根元や先端を除く箇所であれば、歪検知板４の撓み具合は、およそ一定の曲率の弧状になるため、当該弧状に撓む領域であれば良い。
図では、歪検知板４の中央としている。

図３は、歪検知板４の移動量と、歪ゲージ４１の歪量の典型的な相関関係を示すグラフである。
このグラフでは、歪検知板４と放熱フィン９２が最初に接触した時を移動量０として示している。

金属ベース９１と放熱フィン９２の嵌合が充分である（放熱フィン９２のガタツキなし）場合、図３、矢印Ａ（菱形とアスタリスク）の領域に示すグラフのように、歪検知板４の移動量と歪検知板４の歪量が、概ね直線的な比例関係となる。

放熱フィン９２と歪検知板４とが傾いて接触すると、捩れ成分が発生し、歪量の精度が悪くなるため、放熱フィン９２と歪検知板４は平行に配置するようにしている。
また歪検知板４の移動方向は、放熱フィン９２の側面（面積が最大の面）に対して垂直な方向とすることが、歪検知板４と放熱フィン９２の滑りによる捩れなどを防止でき測定の再現性や精度を向上できる。

一方、金属ベース９１と放熱フィン９２の嵌合が不充分（放熱フィン９２にガタツキあり）の場合、歪検知板４の移動量と歪検知板４の歪量との直線的相関関係が崩れ、歪量の値が、図３、矢印Ｂ（三角、×、四角）の領域に示すグラフのように、矢印Ａより下側にオフセットする。
すなわち、かしめの勘合部にガタツキがある場合、放熱フィン９２はガタツキの範囲内でいわば嵌合部を中心として負荷なく回転運動をする。
そしてこの放熱フィン９２の回転によりガタツキが収束したところから、嵌合が十分にされている放熱フィン９２の場合と同様に、歪検知板４の移動量と歪検知板４の歪量とが直線的相関関係を示すこととなる。

そこで、金属ベース９１と放熱フィン９２の嵌合部のガタツキの有無を、歪検知板４の移動量と歪量の測定結果から判定する図示しない判定部を備える。
また、この事象は放熱フィン９２の僅かなガタツキに対しても現れることを確認している。
即ち、予め良品における歪検知板の移動量と歪量のデータを取得することによって、検査対象のヒートシンク９のデータとの差異を検出する事で、放熱フィン９２毎の嵌合の良否判定が可能となる。

なお、本実施の形態では、複数の放熱フィン９２に対して複数の歪検知板４を備えたフィン嵌合状態検査装置の例を示したが、例えば、歪検知板４は１枚でも良く、放熱フィン９２と接触しない高さにまで第２プレート３を伸縮できる伸縮手段を更に備えれば、全放熱フィン９２を１枚の歪検知板４で検査可能となる。
この場合、ハンドリングのミスなどによる放熱フィン９２の先端と、歪検知板４の衝突を防止できるメリットもある。
同様に、２枚でもよく、例えば放熱フィン９２と同じ枚数まで増やしても良い。

本発明の実施の形態１に係るフィン嵌合状態検査装置によれば、歪検知板４の移動量に対する歪ゲージ４１の歪量を測定し、良品データと比較することで、定量的に放熱フィン９２の嵌合良否を判定できる。
また、特に、対象ワークの放熱フィン９２の嵌合状態が良否判定の境界にあるような僅かな嵌合不良でも、自動的に検査（検出）できるため不良品の市場流出を未然に防止できる。
更に、検査対象の放熱フィン９２の枚数が増えた場合でも、歪検知板４の枚数を容易に増やすことができるので、多様な製品に対応できる。

なお、歪量の測定は、歪検知板４移動量に対する歪ゲージ４１の歪量を細かい刻みでステップ測定しても良いし、任意の位置での一点測定（定点測定）でも良いことは言うまでもない。
また、本実施の形態では、歪検知板４をリニア駆動ロボット５で移動させたが、歪検知板４側を固定して、ヒートシンク９を移動させる構成としても良い。

実施の形態２．
以下、本願発明の実施の形態２に係るフィン嵌合状態検査装置２００を、図を用いて説明する。
図４は、フィン嵌合状態検査装置２００の断面模式図である
本実施の形態では、リニア駆動ロボット２０５による歪検知板４の駆動を図の矢印のように、実施の形態１とは逆方向にも可能とし、双方向に駆動可能としている。
なお、図４の符号で図１と同一のものは同一内容であり、その他のフィン嵌合状態検査装置２００の動作についても実施の形態１と同様である。

本実施形態に係るフィン嵌合状態検査装置２００によれば、歪検知板４を双方向に移動させる事により、歪検知板４一枚に対し、二枚の放熱フィン９２の嵌合状態の判定ができる。
したがって、歪検知板４の枚数削減が可能となり、検査装置のコスト低減やトラブルの低減、メンテナンス性を向上できる。
実施の形態１でも述べた、第２プレート３を上下に移動できる機構を更に備えれば、全放熱フィン９２を半分の数の歪検知板４で一度に検査可能となる。

尚、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１００，２００ フィン嵌合状態検査装置、１ 第１プレート、２ シャフト、
２５ クランプシリンダ、２６ 連結板、３ 第２プレート、
３１ ヒートシンク保持部、４ 歪検知板、４１ 歪ゲージ、４２ 先端部、
５，２０５ リニア駆動ロボット、８ プレス刃、９ ヒートシンク、
９１ 金属ベース、９１ａ フィン溝、９１ｂ プレス溝、９２ 放熱フィン。

Claims (6)

1. 金属ベースに垂直に嵌合した放熱フィンを備えたヒートシンクの、前記放熱フィンの嵌合状態を検査するフィン嵌合状態検査装置において、
   基礎となる第１プレートと、
   前記第１プレートと平行に空間を介して支持され、前記第１プレート側に前記放熱フィンを向けて、前記ヒートシンクを位置決めする第２プレートと、
   前記放熱フィンの最大面積の面に対して垂直に移動して、前記放熱フィンの前記金属ベース側とは反対側の端部を押圧可能な歪検知板を備えたフィン嵌合状態検査装置。
2. 前記歪検知板は、前記歪検知板自体の歪量を検出する歪ゲージを備えた請求項１に記載のフィン嵌合状態検査装置。
3. 前記歪検知板は、前記放熱フィンの最大面積の面に対して平行に配置した請求項１又は請求項２に記載のフィン嵌合状態検査装置。
4. 正常な嵌合状態の前記ヒートシンクを測定したときの、前記歪検知板の移動量と、歪量の関係を保持して、検査対象である前記ヒートシンクの嵌合状態の良否を判定する判定部を有する請求項２に記載のフィン嵌合状態検査装置。
5. 前記第１プレートと前記第２プレートの間隔を伸縮する伸縮手段を備えた請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のフィン嵌合状態検査装置。
6. 前記歪検知板は、前記放熱フィンの最大面積の面に対して垂直に、双方向に移動可能な移動手段を備えた請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のフィン嵌合状態検査装置。

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