JP6831526B1 - How to connect metals - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、アルミ板等の平板を、アルミ等の熱伝導性の良い、金属板に強固に接続することである。【解決手段】 金属板に構成された平板金属接続溝に、連結された一対の平板金属の連結部を挿入し、前記連結部分にゴムなどの変形の容易な治具を挿入しこの治具に圧力を加えることにより、前記連結部を膨張させ、金属板に形成した前記溝の形状に密着させ金属板と金属平板を接続する。【選択図】図１０PROBLEM TO BE SOLVED: To firmly connect a flat plate such as an aluminum plate to a metal plate having good thermal conductivity such as aluminum. SOLUTION: A connecting portion of a pair of connected flat metal is inserted into a flat plate metal connecting groove formed of a metal plate, and a jig such as rubber which is easily deformed is inserted into the connecting portion and into this jig. By applying pressure, the connecting portion is expanded and brought into close contact with the shape of the groove formed in the metal plate to connect the metal plate and the metal flat plate. [Selection diagram] FIG. 10
Description
本発明は、金属同志の接続方法についてである。 The present invention relates to a method for connecting metals to each other.
従来のヒートシンクは、熱伝導性の良い押し出し材により、半導体を取り付けるベースと
前記ベースからの熱を放熱する複数のフィンを一体物として製作されているが、押し出し
材の製造制約より、フィンの太さ、フィンとフィンとの距離（フィン間ピッチ）が制約さ
れフィンが1ｍｍ以下で、フィン高さが40ｍｍ以上、フィン間ピッチが4ｍｍ以下の物の
ヒートシンクを製造するのは困難であった。そのため、フィンを接続する溝を構成したベ
ースを押し出し材で製造し、この溝にアルミ平板を挿入し前記溝の両サイドに構成した突
上部を圧力にて、かしめて接続などを行い製造している、しかしながら、フィンがアルミ
や銅などの比較的柔らかい金属であるため、圧力によるフィンのへこみなどによりその接
続強度は十分なものではなく、その不十分な接続に起因する熱抵抗値のため、半導体
から発生する熱を効率よく冷却できなかった。
Conventional heat sinks are manufactured by using an extruded material with good thermal conductivity to integrate a base on which a semiconductor is mounted and a plurality of fins that dissipate heat from the base. However, due to manufacturing restrictions on the extruded material, the fins are thicker. The distance between fins (pitch between fins) is restricted, and it is difficult to manufacture a heat sink having a fin of 1 mm or less, a fin height of 40 mm or more, and a fin-to-fin pitch of 4 mm or less. Therefore, a base having a groove for connecting fins is manufactured from an extruded material, an aluminum flat plate is inserted into this groove, and the protrusions formed on both sides of the groove are caulked and connected by pressure. However, since the fins are relatively soft metals such as aluminum and copper, the connection strength is not sufficient due to dents in the fins due to pressure, and the thermal resistance value due to the insufficient connection is due to this. The heat generated from the semiconductor could not be cooled efficiently.
本発明は、フィンが高くかつ細くフィン間ピッチの狭い、フィンが抜けにくいヒートシンクを製造するため、フィンに使用されるアルミ板等の平板状金属を、対応するアルミ等の押し出し材等熱伝導性の良い、金属板からなるベースに強固に接続する金属同志の接続法である。 In the present invention, in order to manufacture a heat sink in which the fins are high and thin and the pitch between fins is narrow and the fins are difficult to come off, a flat metal such as an aluminum plate used for the fins is subjected to thermal conductivity such as a corresponding extruded material such as aluminum. It is a good, metal- to-metal connection method that firmly connects to a base made of metal plates .
金属板（以降ベースと称す）に形成された平板状金属（以降フィンと称す）接続溝に、連結された一対のフィン連結部を挿入し、前記連結部分にゴムなどの変形の容易な治具を挿入しこの部分に圧力を加えることにより、前記連結部を膨張させ、前記ベースに設けた前フィン接続記溝の形状に変形し密着させ、その際の加工硬化により前記ベースとフィンを接続させる。 A pair of connected fin connecting portions is inserted into a flat metal (hereinafter referred to as fin) connecting groove formed on a metal plate (hereinafter referred to as a base) , and a jig such as rubber that is easily deformed is inserted into the connecting portion. Is inserted and pressure is applied to this portion to expand the connecting portion, deform the shape of the front fin connecting groove provided on the base and bring it into close contact , and connect the base and the fin by work hardening at that time. Let me .
フィンとベースの強固な接続が可能になった。 A strong connection between the fin and the base is possible.
個別に製造されベースとフィンを、接着剤やロー付け技法などを使用せず常温にて強固
に接続した。
Manufactured separately, the base and fins were firmly connected at room temperature without the use of adhesives or brazing techniques.
以下、本発明の実施の形態を、図を使用して説明する。
図1は従来の押し出し材によるヒートシンク斜視図である。ベース（1）に設置された半導体からの熱は、ベース（1）に構成された複数のフィン（2）に熱伝導され外気に放熱される。
図2は、前記図1のヒートシンクの製造と異なり、フィンとベースが個別に製造され、
後工程でフィンとベースが接続されるヒートシンク（H）の斜視図である、通常ベース（3）は押し出し材にて、複数のフィン（4）は、アルミの平板等から製造され、ベース（3）に接続される。
図3は、図2で示されたヒートシンク（H）の接続される複数フィン（4）とフィン（4）に対応する溝（6）を構成したベース（3）の接続方法を示した図である。溝（6）の両側に構成された、かしめ用突起（5）をかしめ用治具にて矢印方向圧力を加え、変形させ、フィン（4）にかしめることにより、ベース（3）に複数のフィン（4）を接続させる。
円Rは、図4における拡大図箇所を示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a heat sink using a conventional extruded material. The heat from the semiconductor installed on the base (1) is conducted to the plurality of fins (2) configured on the base (1) and dissipated to the outside air.
FIG. 2 shows that the fins and the base are manufactured separately, unlike the heat sink manufactured in FIG.
It is a perspective view of a heat sink (H) in which fins and a base are connected in a later process. Normally, the base (3) is made of an extruded material, and a plurality of fins (4) are manufactured from an aluminum flat plate or the like, and the base (3) ) Is connected.
FIG. 3 is a diagram showing a connection method of a plurality of fins (4) to which the heat sink (H) is connected shown in FIG. 2 and a base (3) having a groove (6) corresponding to the fins (4). is there. A plurality of caulking protrusions (5) formed on both sides of the groove (6) are applied to the base (3) by applying pressure in the direction of the arrow with a caulking jig to deform the fins (4). Connect the fins (4).
The circle R indicates the enlarged view in FIG.
図4は、図3で示された、円（R）の部分の拡大図である。溝（6）の深さ(a)は押し出し技術の溝幅（ｂ）が1ｍｍ程度の場合、制約上1ｍｍ〜2ｍｍ程度である。
この工法による、接続は、フィンとベースの接触面は,かしめ用突起（5）の一部と、それに接触するフィン（4）の一部である為、フィン（4）とベース（3）の接続力は図1で示した、従来の押し出し材によるヒートシンクに比べて弱く、かつベースからの熱をフィンに
伝導する際の熱抵抗も大きくなる、欠点がある。
図5は、本発明によるヒートシンク（HN）の斜視図である、コルゲート状のフィン群（７）の一対フィン連結部（J）（以降一対のフィン連結部と称す）が対応するアルミ等の押し出し材からなるベース（8）のフィン接続用溝（9）に接続されている。
FIG. 4 is an enlarged view of the part of the circle (R) shown in FIG. The depth (a) of the groove (6) is about 1 mm to 2 mm due to restrictions when the groove width (b) of the extrusion technique is about 1 mm.
In the connection by this method, the contact surface between the fin and the base is a part of the caulking protrusion (5) and a part of the fin (4) that contacts it, so that the fin (4) and the base (3) are connected. The connecting force is weaker than that of the conventional heat sink made of extruded material as shown in Fig. 1, and the thermal resistance when conducting heat from the base to the fins is also large, which is a drawback.
FIG. 5 is a perspective view of a heat sink (HN) according to the present invention, in which a pair of fin connecting portions (J) (hereinafter referred to as a pair of fin connecting portions) of a corrugated fin group (7) corresponds to an extrusion of aluminum or the like. It is connected to the fin connection groove (9) of the base (8) made of wood .
図6は、本発明品であるヒートシンク（HN）の製造のため、一枚のアルミ平板から製造した、コルゲート状のフィン群（7）であり、前記フィン群（7）の各一対フィンの幅(ｃ)は、接続するべ-ス（8）に構成された矢印で示された対応するフィン接続用溝（9）に挿入される、一対のフィンからなるU字型の一対のフィン連結部（J）はフィン幅(ｃ)は対応するフィン接続用溝（9）の挿入口幅になるフィン接続用溝幅（b1）にほぼ同じ寸法であり、フィン群（7）とベース（8）の接続強固のため、その(ｂ1)より大きい内部幅(ｂ2)がフィン接続用溝（9）の入り口より奥に形成されている。
説明において、1つのコルゲート状フィン群（7）を用いているが、破線四角形（K）内で示されたU型の1対のフィンからなるフィンを複数使用してもよい。
FIG. 6 shows a corrugated fin group (7) manufactured from a single aluminum flat plate for manufacturing the heat sink (HN) of the present invention, and the width of each pair of fins of the fin group (7). (c) is connected Surube - scan are inserted into the corresponding fin connecting grooves indicated by arrows configured (8) (9), a pair of fin connecting portion of the U-shaped comprising a pair of fins (J) is substantially the same size to the fin width (c) the corresponding becomes insertion opening width of the fin connecting groove (9) off fin connecting groove width (b1), the fin group (7) base ( In order to strengthen the connection of 8), an internal width (b2) larger than that (b1) is formed behind the entrance of the fin connection groove (9).
In the description, one corrugated fin group (7) is used, but a plurality of fins consisting of a pair of U-shaped fins shown in the broken line quadrangle (K) may be used.
図7は、本発明によるヒートシンク（HN）のベース（80）の斜視図である。
図8は、本発明によるヒートシンク（HN）のベース（8）の斜視図である、図7におけるベース（8）との違いは、フィン（7）を挿入、接続するフィン接続用溝（9）に交差する、複数の接続強化のための接続強固用溝（10）が形成されていることである。(ｈf)は、フィン接続用溝（9）深さであり、(ｈｓ)は接続強固用溝（10）の深さであり、ここでは、変形時の加工硬化により接続をさらに強固するため(ｈｓ)深さが若干(ｈｆ)よりも大きい。
図9は、フィン群（7）の連結された一対のフィン連結部(J)の間に、ゴム等の圧力により変形する治具（11）を挿入し、矢印の方向に、フィン群（７）を対応するベース（8）に形成されたフィン接続用溝（9）にまさに挿入する図である。図10は、フィン群（7）を、ベース（8）の対応するフィン接続用溝（9）に挿入しこれに矢印の方向から金属製治具にて、圧力を加えゴム等の圧力により変形する治具（11）を圧縮することにより、前記一対のフィンの連結部（J）を膨張させ、フィン接続用溝（9）及び接続強固用溝（10）の形状に従って密着、変形させようとする図である。
円R1は、図11における拡大箇所を示している。-----
FIG. 7 is a perspective view of the base (80) of the heat sink (HN) according to the present invention.
FIG. 8 is a perspective view of the base (8) of the heat sink (HN) according to the present invention. The difference from the base (8) in FIG. 7 is the fin connection groove (9) into which the fin (7) is inserted and connected. A plurality of connection strengthening grooves (10) for strengthening the connection are formed so as to intersect with each other. (hf) is the depth of the fin connection groove (9), and (hs) is the depth of the connection strengthening groove (10). Here, in order to further strengthen the connection by work hardening at the time of deformation (hf). hs) Depth is slightly greater than (hf).
In FIG. 9, a jig (11) that is deformed by pressure of rubber or the like is inserted between the pair of fin connecting portions (J) connected to the fin group (7), and the fin group (7) is shown in the direction of the arrow. ) Is just inserted into the fin connection groove (9) formed in the corresponding base (8). In Fig. 10, the fin group (7) is inserted into the corresponding fin connection groove (9) of the base (8), and pressure is applied to this from the direction of the arrow with a metal jig to deform it by the pressure of rubber or the like. By compressing the jig (11) to be used, the connecting portion (J) of the pair of fins is expanded to be brought into close contact with and deformed according to the shapes of the fin connecting groove (9) and the connection strengthening groove (10). It is a figure to do.
The circle R1 shows the enlarged part in FIG. -----
図11は、図10の円R1を部分拡大した図である、圧縮されたゴム等の圧力により変形する治 具（11）は、一対のフィン連結部（J）を矢印のように膨張（拡張）させをフィン接続用 溝（9）の形状に従い変形させられるため、この時起きるフィン群（７）のフィン接続用 溝（9）への密着、変形と自身の加工硬化と、溝の内部の幅ｂ2は入り口の幅ｂ1より大き いため、フィン群（7）とベース（8）の圧着接続を強固なものにする、 図12は、一対のフィン連結部（J）のを金属治具にてゴム等の圧力により変形する治具（11）を圧縮した後、抜き去った図である。A-Aはその切断線である。
図13は、本発明によるヒートシンクのベース（8）詳細図である、図12におけるA-A断面図 である、一対のフィン連結部分（J）は、接続強固用溝（10）とフィン接続用溝（9）と交差する部分はフィン接続用溝（9）の両壁がないため、一対のフィン連結部(J)は矢印の方 向に膨張しフィン接続用溝（9）より大きくなると同時に加工硬化を起こし、フィン群（7 ）とベース（8）の密着を強固にして、接続をさらに強固にする。 尚、前記交差する接続強固用溝（10）の数が多い場合は、これによるフィン群（7）とベース（8）の密着が強固になり接続が強固になるので、前記した溝（9）の形状は段差のいらなくｂ1＝ｂ2でもよく、これにより、押し出し材に限らず熱伝導性の良いアルミや銅等 から形成される図1で示された、従来のヒートシンクに交差する接続強固用溝（10）を形成するだけで、ヒートシンクの溝幅に適応するコルゲートフィンを接続できる。 図14はゴム等の圧力により変形する治具（11）は、金属治具と異なり圧力が加わると、そ の圧力が上下左右ほぼ全方向に伝わるので、抵抗のない部分に対しては膨張を進め、一対 のフィン連結部（J）をフィン接続用溝（9）幅より大きく変形し、抵抗がある場合はその 形状に密着するように一対のフィン連結部（J）を変形することができる。 図15は、本発明によるヒートシンクのフィン群（7）の製造前の透視図である。 破線はベース（8）を示している。 図16は本発明によるヒートシンクのフィン群（7）の加圧後の透視図である。一対のフィ ン連結部（J）は、フィン挿入用溝（9）と接続強固用溝（10）が形成する形状に従って、変形され、フィン群（7）とベース（8）は密着し圧着接続される。破線はベース（8）を 示している。一対のフィン連結部（J）の膨張により押し出された複数の突起（12）の高 さ（df）はフィン接続用溝（9）（hf）と接続強固用溝（10）の深さ（hs）の差異である 。 図15と図16に示されているように、一対のフィン連結部（J）は、ゴム等の圧力により変形する治具（11）により膨張させられ、変形し挿入前と後ではその形状がフィン接続用溝 （9）及び接続強固用溝（10）の形状に従って変えられている。
FIG. 11 is a partially enlarged view of the circle R1 of FIG. 10. The tool (11) deformed by the pressure of compressed rubber or the like expands (expands) the pair of fin connecting portions (J) as shown by arrows. ) Is deformed according to the shape of the fin connection groove (9), so the fin group (7) that occurs at this time adheres to the fin connection groove (9), deforms and hardens itself, and inside the groove. Since the width b2 is larger than the width b1 of the entrance, the crimp connection between the fin group (7) and the base (8) is strengthened. In Fig. 12, the pair of fin connecting parts (J) is connected with a metal jig. It is the figure which pulled out after compressing the jig (11) which is deformed by the pressure of rubber or the like. AA is the cutting line.
FIG. 13 is a detailed view of the base (8) of the heat sink according to the present invention, and is a sectional view taken along the line AA in FIG. 12. The pair of fin connecting portions (J) are a connection strengthening groove (10) and a fin connecting groove ( Since the part intersecting 9) does not have both walls of the fin connection groove (9), the pair of fin connection portions (J) expands in the direction of the arrow and becomes larger than the fin connection groove (9) and at the same time work hardening. To strengthen the adhesion between the fin group (7) and the base (8), and further strengthen the connection. If the number of intersecting groove for strengthening the connection (10) is large, the adhesion between the fin group (7) and the base (8) becomes stronger and the connection becomes stronger. Therefore, the groove (9) described above The shape may be b1 = b2 without the need for a step, and as a result, it is not limited to the extruded material, but is formed of aluminum, copper, etc., which have good thermal conductivity. Corrugated fins that adapt to the groove width of the heat sink can be connected simply by forming the groove (10). Fig. 14 shows that the jig (11), which is deformed by the pressure of rubber or the like, is different from the metal jig in that when pressure is applied, the pressure is transmitted in almost all directions, so expansion is applied to the part without resistance. By advancing, the pair of fin connecting parts (J) can be deformed to be larger than the width of the fin connecting groove (9), and if there is resistance, the pair of fin connecting parts (J) can be deformed so as to adhere to the shape. .. FIG. 15 is a perspective view of the heat sink fin group (7) according to the present invention before manufacturing. The dashed line indicates the base (8). FIG. 16 is a perspective view of the heat sink fin group (7) according to the present invention after pressurization. The pair of fin connecting portions (J) are deformed according to the shape formed by the fin insertion groove (9) and the connection strengthening groove (10), and the fin group (7) and the base (8) are in close contact with each other for crimp connection. Will be done. The dashed line indicates the base (8). The height (df) of the plurality of protrusions (12) extruded by the expansion of the pair of fin connecting portions (J) is the depth (hs) of the fin connecting groove (9) (hf) and the connecting strengthening groove (10). ) Is the difference. As shown in FIGS. 15 and 16, the pair of fin connecting portions (J) are inflated by a jig (11) that is deformed by pressure such as rubber, and the shape is deformed before and after insertion. It is changed according to the shape of the fin connection groove (9) and the connection strengthening groove (10).
本発明は、半導体を冷却するヒートシンクに利用できる。 The present invention can be used as a heat sink for cooling a semiconductor.
1. 従来の押し出し材によるヒートシンク
2. 従来の押し出し材ヒートシンクのベース
3. かしめ工法によるヒートシンクのベース
4. かしめ工法によるヒートシンクのフィン
5. ベース（3）にフィン（4）を接続するためのかしめ用突起
6. かしめ工法によるヒートシンクのベース（3）に構成された、フィン接続用溝
7. 本発明によるヒートシンクのコルゲート状フィン群（7）
8. 本発明によるヒートシンクのコルゲート状フィン群（7）を接続するベース
9. 本発明によるヒートシンクのコルゲート状フィン群（7）を接続する複数のフィン接続用溝
10.本発明によるヒートシンクのコルゲート状フィン群（7）を接続する複数のベース（8）と、フィン群（7）とベース（8）の接続強化のための接続強固用溝。
11.ゴム等の圧力により変形する治具（11）
12.一対のフィン連結部（J）が膨張により形成された突起
H.押し出し材からなる従来のヒートシンク
R.部分拡大用円
a.かしめ用溝深さ
b.かしめ用溝幅
HN.本発明によるヒートシンク
J.一対のフィン連結部
b1. 本発明によるヒートシンクの接続用溝（9）の入り口寸法
b2. 本発明によるヒートシンクの接続用溝（9）の内部寸法
K. 1対のU字型フィン
hf. フィン接続用溝（9）深さ
hs. 接続強固用溝（10）深さ
df. Hfとhsの差異
1. Heat sink with conventional extruded material
2. Conventional extruded heat sink base
3. Heat sink base by caulking method
4. Heat sink fins by caulking method
5. Caulking protrusion for connecting fins (4) to base (3)
6. Fin connection groove configured on the base (3) of the heat sink by the caulking method.
7. Corrugated fin group of heat sink according to the present invention (7)
8. Base for connecting corrugated fins (7) of heat sink according to the present invention
9. Multiple fin connection grooves for connecting the corrugated fins (7) of the heat sink according to the present invention.
10. A plurality of bases (8) for connecting the corrugated fins (7) of the heat sink according to the present invention, and a groove for strengthening the connection for strengthening the connection between the fins (7) and the base (8).
11. Jig that deforms due to pressure from rubber etc. (11)
12. A protrusion formed by expansion of a pair of fin connecting parts (J)
H. Conventional heat sink made of extruded material
R. Partial enlargement circle
Groove depth for caulking
b. Crimping groove width
HN. Heat sink according to the present invention
J. Pair of fin connections
b1. Entrance dimensions of the heat sink connection groove (9) according to the present invention
b2. Internal dimensions of the heat sink connection groove (9) according to the present invention.
K. A pair of U-shaped fins
hf. Fin connection groove (9) Depth
hs. Groove for strengthening connection (10) Depth
df. Difference between Hf and hs
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