JP5912282B2 - ピン状フィン一体型ヒートシンク及びその製造方法 - Google Patents
ピン状フィン一体型ヒートシンク及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5912282B2 JP5912282B2 JP2011093819A JP2011093819A JP5912282B2 JP 5912282 B2 JP5912282 B2 JP 5912282B2 JP 2011093819 A JP2011093819 A JP 2011093819A JP 2011093819 A JP2011093819 A JP 2011093819A JP 5912282 B2 JP5912282 B2 JP 5912282B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pin
- fin
- plate
- heat sink
- shaped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
- B21K23/00—Making other articles
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
特許文献1にはヒートスプレッダ(ヒートシンク)用銅合金として、0.2%耐力が100〜200N/mm2、熱伝導率が350W/m・K以上、加工硬化指数が0.14〜0.18、圧延表面板の幅方向の結晶粒径が25μm以下であるCu基合金が開示されている。また、Fe、Ni、Coのうち少なくとも1種類以上とPを合計で0.05〜0.3wt%含有し、残部がCuと不可避成分からなり、断面減少率40%以下の冷間鍛造後に600℃で30分間熱処理した後の結晶粒径が25μm以下であり、断面減少率40%以下の冷間鍛造後に600℃で30分間熱処理した後のビッカース硬さがHV60〜170であるのが好ましいと記載されている。
また、このようなヒートシンクとして、放熱のためのフィンをピン状に形成し、ベースとなる板状部に多数のピン状フィンを立設状態に設けたものがあり、その製造方法として、例えば特許文献2及び特許文献3に記載の方法が知られている。
純度99.90質量%未満の銅基合金は、析出硬化あるいは固溶強化により、全体として機械的強度は大きくなるが、電子部品の熱伸縮に対して、板状部の中央部分が塑性変形し難くなるので好ましくない。
算術平均粗さRaが0.1μm〜6.3μmであることにより、ピン状フィン一体型ヒートシンクが収納される水冷ボックス側に取り付けられたパッキンを介して各種機器に液密に取り付けられ、水冷による冷媒に対する密封性に特に優れたものとなる。
算術平均粗さRaが6.3μmを超えると、密封性が低下する傾向が見られ、算術平均粗さRaが0.1μm未満では、効果が飽和して無駄となる。
ピン状フィン一体型ヒートシンク1は、図1に示すように、板状部2の一面側に多数のピン状フィン3が立設されている。図示例では、一列に並べたピン状フィン3が列ごとに半ピッチ分だけずれて千鳥配列となるように形成されている。これらの諸寸法は特に限定されるものではないが、板状部2は、例えば長さ133mm、幅77mm、厚さ5mmに形成され、ピン状フィン3は、外径が1.5mm〜2mm、高さが6mm〜8mm、ピッチが4mm〜5mmに形成される。
さらに、板状部2の周縁部7には、各種機器への取付け部となるねじ止めのための貫通孔8が形成されている。この貫通孔8が形成されている板状部2の周縁部7は、その内側の板状部2の中央部分9よりも機械的強度が大きく形成されており、0.2%耐力が少なくとも板状部2の中央部分9に比べて2倍〜5倍となっている。例えば、板状部2の中央部分9の0.2%耐力が35N/mm2〜70N/mm2であるのに対して、板状部2の周縁部7は100N/mm2〜200N/mm2とされる。また、ビッカース硬さも、板状部2の中央部分9が45Hv〜60Hvであるのに対して、周縁部7は60Hv〜170Hvに形成される。
板状部2の中央部分9は、後述する冷間鍛造において、フィン立設部5のうちの外周部分は冷間鍛造による加工硬化の影響を少なからず受けるので、フィン立設部5の外周部分よりも内側の部分をいう。ピン状フィン3の大きさや板状部3の板厚等にもよるが、図1(b)の鎖線で囲ったように、あるいは図4(b)に示したように、例えばピン状フィン3の最外周の1周分あるいは2周分が立設されている部分よりも内側の部分をいう。
そして、板状部2の中央部分9においてピン状フィン3が形成されていない他面側の平面部に電子部品(図示略)がはんだ付け等により搭載され、その熱は板状部2を介して各ピン状フィン3に伝達され、これら板状部2及び各ピン状フィン3の外周面から放散される。
フィン成形用金型11は、図3に示すように、図示略の鍛造プレスに、ピン状フィン3を形成するための多数の凹状のフィン成形用穴部15を有する成形ダイ16と、この成形ダイ16上に載せた金属材料Mを鍛造するパンチ17と、成形ダイ16に上下移動可能に設けられるエジェクターピン18とが備えられた構成とされている。
パンチ17は、成形ダイ16の上方から図示略の油圧機構により上下動され、成形ダイ16の凹部19内で金属材料Mを叩くように押圧する。この場合、パンチ17の下面のパンチ面17aの平面積は成形ダイ16の凹部19よりも小さく、板状部2のうちの周縁部7を除くフィン立設部5を強く押圧し得る大きさに形成されており、そのパンチ面17aの周囲に、上方に窪むように逃がし部20が形成され、周縁部の熱間鍛造後の肉厚を決めている。
エジェクターピン18は、図示略の油圧機構等により、鍛造後の中間成形体12の周縁部分を下方から押し上げる構成である。
成形ダイ27の凹部26は、フィン成形用金型11による鍛造時に形成された板状部2の周縁部7の厚肉部13を鍛造するものであり、この凹部26の内周面が板状部2の外周面を形成する。凹状の穴部25は、鍛造中にピン状フィン3が変位しないように、ピン状フィン3を収容しておくものである。また、この嵌合は冷間鍛造における素材の正確な位置決めとなる。
パンチ28は、下面のパンチ面28aが板状部2の平面積を有する平坦面に形成され、成形ダイ27の凹部26上で中間成形体12を鍛造することにより、板状部2を成形する。
エジェクターピン29は、成形ダイ27に上下スライド自在に挿入され、鍛造後に図示略の油圧機構等により上昇することにより、製品を成形ダイ27から押し上げる。
この製造方法においては、金属材料Mを加熱する加熱工程と、加熱後の金属材料Mをフィン成形用金型11により鍛造して、成形ダイ16の成形用穴部15内に金属材料Mの一部を押し込むことにより、主に板状部2のピン状フィン3とフィン立設部5とを成形する熱間鍛造工程と、この熱間鍛造工程において厚肉とした周縁部7を周縁部成形用金型14により冷間にて鍛造する冷間鍛造工程とを備えている。以下、工程順に説明する。
加熱工程では、金属材料Mの変形抵抗を減少させるため、金属材料の再結晶温度以上の温度まで加熱する。
図3(a)に示すように、加熱された金属材料Mをフィン成形用金型11の成形ダイ16の凹部19に設置し、パンチ17により叩くように押圧すると、図3(b)に示すように、金属材料Mは成形ダイ16とパンチ17とにより押しつぶされて、凹部19内に広がりながら板状部2の中央部分のフィン立設部5が薄肉に成形されるとともに、その一部がフィン成形用穴部15内に圧入されピン状フィン3の外形が成形される。この鍛造工程は、熱間で行われるため、金属材料Mの流動性が良く、細い径のピン状フィン3も精密に成形することができる。
この熱間鍛造工程により、最終製品のうち、板状部2の周縁部7を除くフィン立設部5及びピン状フィン3を有する中間成形体12が成形され、板状部2の周縁部7となる部分はパンチ17の逃がし部20により成形され、厚肉部13となる。
熱間鍛造工程により得られた中間成形体12を冷却後、図4(a)に示すように、周縁部成形用金型14の成形ダイ27の穴部25に中間成形体12のピン状フィン3をすべて配置した状態として、凹部26に板状部2を載置する。この状態では、板状部2の周縁部が厚肉部13となっているため、厚肉部13がフィン立設部5よりも上方に膨出している。そして、図4(b)に示すように、その厚肉部13をフィン立設部5と同じ厚さになるように鍛造することにより、パンチ28と成形ダイ27の凹部26との間に厚肉部13が圧縮されて、これらの内周面により板状部2の周縁部7が成形される。このとき、板状部2のフィン立設部5は、先の熱間鍛造工程においてすでに成形されており、そのフィン立設部5の厚さまで厚肉部13を鍛造するものであるから、この冷間鍛造工程においては変形しない。また、この冷間で鍛造することにより、板状部2の周縁部7の表面は、表面粗さが算術平均粗さRaで0.1μm〜6.3μmに形成される。
次いで、パンチ28を上方に退避させ、エジェクターピン29を上昇することにより、製品を成形ダイ27から押し上げる。
この取付け状態において、水冷ボックス31に固定される板状部2の周縁部7は、冷間鍛造により加工硬化しており(図4(b)のクロスハッチング部分参照)、0.2%耐力が板状部2の中央部分9の2倍〜5倍に大きく形成されているので、変形等を生じることなく強固に固定することができる。また、水冷ボックス31のパッキン収容溝33に収容したパッキン35に密接されるヒートシンク1の板状部2の周縁部7は、算術平均粗さRaが0,1μm〜6.3μmに形成されているので、水冷ボックス31との間で優れた密封性を確保することができる。
また、長期間の使用に際して、電子部品の発熱、周囲環境の温度変化等により熱伸縮するが、電子部品が固着されている板状部2の中央部分9は熱間鍛造により成形され、その後の冷間鍛造工程では変形されていないことから、比較的軟質に維持され、電子部品との熱伸縮差を緩和するように電子部品の熱伸縮に対して、板状部5の中央部9が容易に塑性変形して、電子部品に生じる熱応力の発生を抑制することができる。
無酸素銅(純度99.99wt%以上)の鋳塊を700℃に加熱した後、フィン成形用金型により熱間鍛造し、フィン立設部及びピン状フィンを成形した。この熱間鍛造時の圧力は100MPa〜150MPaとした。次に、板状周縁部成形用金型により冷間鍛造して、板状部の周縁部を成形し、表面粗さを変えて試料1〜6のヒートシンクを作製した。この冷間鍛造時の圧力は200MPa〜500MPaとした。
比較例として、無酸素銅(純度99.99wt%以上)の鋳塊を700℃に加熱した後、フィン立設部及びピン状フィンと板状周縁部が一体で形成できる金型を使用して、熱間鍛造のみで冷間鍛造なしにこれらを一体形成し、試料7及び試料8のヒートシンクを作製した。表1には、この試料7及び8について、フィン及びフィン立設部と、板状周縁部とをそれぞれ熱間として表記したが、これらを一体に熱間鍛造したことを示す。
このようにして作製した試料1〜8のヒートシンクについて、0.2%耐力比(板状周縁部の0.2%耐力値/板状部の中央部分の0.2%耐力値)、密封性、熱サイクル性を評価した。
0.2%耐力値はJIS Z 2241に準拠して測定した。
密封性は、ヒートシンクを水冷ボックス(パッキン付)に固定し、水冷ボックス内に500kPaの圧力を30分間かけて、漏洩による圧力低下の有無を測定し、漏れが認められなかったものを○、さらに圧力を700kPaに上げて30分間かけても漏れが認められなかったものは◎、500kPaの圧力で30分の間に漏れが認められたものを×とした。
熱サイクル性は、ヒートシンクの板状部の中央部分に電子部品をはんだ付けし、JIS C0025に準拠し、−65℃〜125℃の温度変化を500サイクル繰り返し、はんだ接合部の剥がれやクラック等を観察した。剥がれやクラックが認められなかったものを○、これらが認められたものを×とした。
これらの結果を表1に示す。
例えば、板状部を各種機器に取り付ける場合、ねじ止めに限らず、クランプ等の他の固定手段によってもよい。また、図2及び図3のいずれも、エジェクタ−ピンにより鍛造品の外周部を押し上げるように構成したが、各ピン状フィンの下端を押し上げる構成としてもよい。また、図2及び図3のいずれも、鍛造時にバリを出していないが、鍛造機の能力に応じてバリを出して高い圧力で成形してもよい。また、図2における初期の金属材料Mは単純な板状の素材としているが、ピン状フィンの寸法と周縁部へ付与する冷間加工の大きさから、予め適切な形状に成形しておいてもよい。
2 板状部
3 ピン状フィン
5 フィン立設部
7 周縁部
8 貫通孔
9 中央部分
11 フィン成形用金型
12 中間成形体
13 厚肉部
14 周縁部成形用金型
15 フィン成形用穴部
16 成形ダイ
17 パンチ
17a パンチ面
18 エジェクターピン
19 凹部
20 逃がし部
25 穴部
26 凹部
27 成形ダイ
28 パンチ
28a パンチ面
29 エジェクターピン
31 水冷ボックス
32 開口部
33 パッキン収容溝
34 ねじ穴
35 パッキン
Claims (3)
- 純度が99.90質量%以上の純銅からなり、板状部の一面側に多数のピン状フィンが立設されるとともに、前記板状部において前記ピン状フィンが立設されているフィン立設部の回りの周縁部の少なくとも一部は、0.2%耐力が、電子部品が接合される板状部の中央部分の2倍〜5倍とされ、前記板状部の周縁部及び前記フィン立設部は同じ厚さであることを特徴とするピン状フィン一体型ヒートシンク。
- 前記板状部の周縁部の表面粗さが算術平均粗さRaで0.1μm〜6.3μmであることを特徴とする請求項1記載のピン状フィン一体型ヒートシンク。
- 請求項1又は2記載のピン状フィン一体型ヒートシンクを製造する方法であって、金属材料を加熱処理する加熱工程と、多数のフィン成形用穴部を有する成形ダイ上で加熱処理後の前記金属材料を鍛造することにより、前記板状部の周縁部の少なくとも一部を厚肉部にするとともに、該厚肉部を除く部分に前記ピン状フィン及び該ピン状フィンを立設した薄肉のフィン立設部を成形する熱間鍛造工程と、前記厚肉部を冷間で鍛造することにより前記板状部の周縁部を成形する冷間鍛造工程とを有することを特徴とするピン状フィン一体型ヒートシンクの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011093819A JP5912282B2 (ja) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | ピン状フィン一体型ヒートシンク及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011093819A JP5912282B2 (ja) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | ピン状フィン一体型ヒートシンク及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012227365A JP2012227365A (ja) | 2012-11-15 |
JP5912282B2 true JP5912282B2 (ja) | 2016-04-27 |
Family
ID=47277190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011093819A Active JP5912282B2 (ja) | 2011-04-20 | 2011-04-20 | ピン状フィン一体型ヒートシンク及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5912282B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6137153B2 (ja) | 2014-12-05 | 2017-05-31 | トヨタ自動車株式会社 | ピン状フィンの形成方法 |
CN104669509B (zh) * | 2015-02-10 | 2017-02-01 | 华南理工大学 | 一种基于流场阵列排布的扰流柱及其制备方法与模具 |
JP6964507B2 (ja) * | 2017-12-19 | 2021-11-10 | 昭和電工株式会社 | 鍛造加工装置 |
JP7049849B2 (ja) * | 2018-02-13 | 2022-04-07 | 昭和電工株式会社 | 冷却装置 |
DE102019001383B4 (de) * | 2019-02-26 | 2020-12-17 | Holzhauer Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte |
DE102020200649A1 (de) * | 2020-01-21 | 2021-07-22 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Partielle Umformung zum Herstellen von Kühlkörpern |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010129774A (ja) * | 2008-11-27 | 2010-06-10 | Tekku Suzino Kk | 一体型ピンフィンヒートシンクの製造方法 |
JP4797077B2 (ja) * | 2009-02-18 | 2011-10-19 | 株式会社日立製作所 | 半導体パワーモジュール、電力変換装置、および、半導体パワーモジュールの製造方法 |
JP2012156302A (ja) * | 2011-01-26 | 2012-08-16 | Nikkeikin Aluminium Core Technology Co Ltd | 液冷ジャケットおよびその製造方法 |
-
2011
- 2011-04-20 JP JP2011093819A patent/JP5912282B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012227365A (ja) | 2012-11-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5912282B2 (ja) | ピン状フィン一体型ヒートシンク及びその製造方法 | |
JP2012248576A (ja) | ピン状フィン一体型ヒートシンク | |
JP2010129774A (ja) | 一体型ピンフィンヒートシンクの製造方法 | |
JP5213519B2 (ja) | 液冷式冷却装置 | |
JP6151813B1 (ja) | ベーパチャンバーの製造方法 | |
JP6031549B2 (ja) | 放熱部品用銅合金板 | |
JP5808554B2 (ja) | ピン状フィン一体型ヒートシンクの製造方法及び製造装置 | |
JPWO2016125635A1 (ja) | 窒化珪素回路基板およびそれを用いた電子部品モジュール | |
JP5387342B2 (ja) | ヒートシンク | |
US20200015384A1 (en) | Method for manufacturing a fluid-based cooling element and fluid-based cooling element | |
TW201704483A (zh) | 散熱零件用銅合金板及散熱零件 | |
WO2017033603A1 (ja) | 放熱基板の製造方法 | |
US6851186B2 (en) | Environmental protection concerned method for manufacturing heat sink | |
JP6518426B2 (ja) | 熱伝導性・導電性部材の製造方法 | |
JP6566566B2 (ja) | ヒートシンク鍛造用素材、ヒートシンク鍛造用素材の製造方法、及びヒーシンクの製造方法 | |
JP7033470B2 (ja) | ヒートシンクの製造方法 | |
JP2012151425A (ja) | 積層型ヒートシンク | |
JP6360722B2 (ja) | くし歯形放熱ピン部材を用いたパワー半導体の水冷用ピン付き放熱板 | |
JP6045381B2 (ja) | ヒートシンクの製造方法及びヒートシンク | |
JP2013204096A (ja) | ピン型ヒートシンク及びその製造方法 | |
JP2019107679A (ja) | 鍛造加工装置 | |
JP2013219125A (ja) | 熱交換器 | |
JP5656163B2 (ja) | エンボス金属板及びその製造方法 | |
JP2005072180A (ja) | 銅製一体型ヒートシンクの製造方法 | |
JP2013219126A (ja) | 熱交換器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140331 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150427 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150526 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150716 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160308 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160401 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5912282 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |