JPH08148617A - 放熱盤およびその加圧鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 放熱効率をよくする。 【構成】 溶湯鍛造法によって形成されたアルミニウム
製の放熱盤１であって、矩形状のベースプレート２の上
に、縦方向および横方向でそれぞれ列をなすように円錐
台形状の多数の放熱ピン３，３…を突設する。各放熱ピ
ン３，３…の外周に長手方向に沿ってフィン４を突設す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子等の冷却用
として使用される放熱盤（ヒートシンク）およびその放
熱盤を製造するための加圧鋳造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の放熱盤として、押し出し形材か
ら形成したものや、冷間鍛造によって成形したもの、あ
るいは所定の断面形状の形材か削り出したなどが広く知
られている。

【０００３】例えば押し出し形材タイプの放熱盤１０１
は、図１６に示すように、所定の断面形状に押し出し成
形された長尺な形材を裁断することにより多数のフィン
１０２，１０２…を形成したもので、特にこの押し出し
形材タイプの放熱盤１０１は生産性にすぐれるために量
産対応には適している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した押し出し形材
タイプの放熱盤１０１は、生産性にすぐれる反面、フィ
ン１０２のピッチおよび高さに制約があり、放熱効率の
向上が望めない。また、冷間鍛造タイプの放熱盤もまた
製法上の制約からピンのピッチおよび高さに制約があ
り、放熱効率を向上させるためのフィンの高密度化の要
求に対してこれを充足することができない。

【０００５】さらに、削り出しタイプの放熱盤は、フィ
ンの数や大きさを任意に変えることができたとしても、
加工工数の増大のためにコストアップを招くという問題
がある。

【０００６】本発明は以上のような課題に着目してなさ
れたもので、放熱効率の向上を図った放熱盤の構造を提
供するとともに、その放熱盤の製造に最適な加圧鋳造装
置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、加圧鋳造法により形成された放熱盤の構造であっ
て、ベースプレートの上面に多数の放熱ピンを立設する
とともに、各放熱ピンをその根元部から先端部に向かっ
て断面積が漸次小さくなる先細り形状に形成し、さらに
前記多数の放熱ピンのうち少なくとも一部の放熱ピンの
外周にその軸線方向に沿う単一もしくは複数のフィンを
突出形成したことを特徴としている。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の構成に加えて、前記多数の放熱ピンが複数の同心円上
に位置していること特徴としている。

【０００９】請求項３に記載の発明は、ベースプレート
の上面に根元部から先端部に向かって漸次断面積が小さ
くな先細り形状の多数の放熱ピンが立設された放熱盤を
加圧鋳造法により鋳造する装置であって、放熱盤のうち
多数の放熱ピンが突設されたベースプレートの上面に相
当する位置を型合わせ面として型締め，型開き動作が行
われる下型および上型とから構成されるとともに、下型
側には前記ベースプレートに相当する製品部空間が、上
型側には前記多数の放熱ピンに相当する製品部空間がそ
れぞれに形成されている。

【００１０】そして、前記上型は、多数の放熱ピンのう
ち各列ごとの複数の放熱ピンの中心を通る鉛直面をもっ
て周縁部に係合突起部を有する複数の型要素に分割され
て、前記多数の放熱ピンに相当する製品部空間を形成す
る上型本体と、中央部に前記上型本体を収容する収容孔
が形成されているとともに、その収容孔の周縁部には前
記各型要素の係合突起部と係合する段状部が形成されて
いて、かつ収容孔の上方から挿入される複数の型要素を
支持する外型と、前記外型の上面に装着されて複数の型
要素からなる上型本体を拘束するバックアッププレート
と、前記バックアッププレートの上方に配置されて、上
型本体の製品部空間のうち各放熱ピンに相当する位置に
挿入される多数の押出しピンを有する押出しピンユニッ
トを備えるとともに、該押出しピンユニットは隣接する
一対の型要素によって形成される複数の放熱ピンに対応
するものごとに複数のくし形状のピン素片に分割されて
いて、かつ型締め，型開き動作に応じて昇降動作して型
開き時には上型本体から各放熱ピンを突き出す押出しプ
レートとから構成されている。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の構成に加えて、多数の放熱ピンが複数の同心円上に位
置するように設定されている一方、上型本体が前記同心
円をもって複数の型要素に分割されていて、かつ押出し
ピンユニットが各同心円上の複数の放熱ピンに対応する
ものごとに複数のピン素片に分割されていることを特徴
としている。

【００１２】

【作用】本願発明の構造によると、ベースプレートに立
設された多数の放熱ピンが先細り形状に形成されている
ことから、放熱面積を広く確保できると同時に、各放熱
ピンの軸心方向において断面積変化に応じた温度勾配を
もたせることができ、それによって放熱効率が向上する
ほか、少なくとも一部の放熱ピンにフィンを突出形成し
たことにより放熱面積がさらに広がって、放熱効率が一
段と向上する。

【００１３】また、本願発明の加圧鋳造装置の構造によ
ると、上型本体が複数の型要素に分割されているととも
に、押出しピンユニットが複数のピン素片に分割されて
いるため、上型本体を各型要素に分解すればその上型側
の製品部空間のうち各放熱ピンに相当する部分が解放さ
れたかたちとなるため、その研摩加工等の上型の加工が
容易となって面粗度を高めることができる。これによ
り、上型への溶湯付着を未然に防止できるほか、特定の
型要素が破損した場合にはその部分の型要素のみを交換
するだけで対応できる。同様に特定のピン素片が破損し
た場合にもその部分のピン素片のみを交換するだけで対
応できる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明における放熱盤の一実施例を示
す図で、この放熱盤１はアルミニウムを素材とした溶湯
鍛造法によって一体のものとして形成されている。すな
わち、放熱盤１は、矩形状のベースプレート２の上に縦
方向および横方向でそれぞれ列をなすように多数の放熱
ピン３，３…を等ピッチで立設したもので、各放熱ピッ
チ３，３…は根元部側から先端部側に向かって断面積が
漸次小さくなる角錐台形状のものとして形成されてい
る。前記各放熱ピン３，３…が有する傾斜角度は鋳造時
の抜き勾配を兼ねており、例えば１．５度程度に設定さ
れている。そして、図１の（Ｂ）に示すように、各放熱
ピン３，３…の外周面のうち相互に対向する二つの面に
はその軸心方向に沿って薄肉状のフィン４が突出形成さ
れている（ただし、図１の（Ａ）では図面の錯綜化を避
けるためにフィン４については図示省略してある）。な
お、上記のフィン４についても放熱ピン３，３…と同様
の抜き勾配を予め具備させてある。

【００１５】したがって、本実施例の放熱盤１の構造に
よれば、アルミニウム製の角錐台形状の多数の放熱ピン
３，３…を突設した構造であるために、軽量化と併せて
高い熱伝導率と広い放熱面積を確保できると同時に、放
熱ピン３，３…自体が先端部ほど断面積が小さくなって
その長さと断面積の比を大きくとることができるように
なって、その放熱ピン３，３…の長手方向で積極的に温
度勾配をもたせることができ、これによって放熱性が向
上する。しかも、各放熱ピン３，３…の外周にその長手
方向に沿って複数のフィン４が設けられていることによ
り、より広い放熱面積を確保できるようになって、放熱
性が一段と向上する。

【００１６】この場合、フィン４は図２に示すように放
熱ピン３，３…の外周面の四面全てに設けてもよく、ま
た複数でなく単一のものであってもよい。さらに、ベー
スプレート２上の全ての放熱ピン３，３…に必ずしもフ
ィン４を設ける必要はなく、特に強制冷却のために放熱
盤１に送風する場合には風の抵抗とならないようにフィ
ン４を設定する。さらにまた、上記のフィン４は放熱ピ
ン３，３…の全高にわたって設けられている必要はな
く、例えば図３，４に示すように放熱ピン３，３…の全
高の半分程度の高さのフィン４Ａを設定してもよいほ
か、放熱ピン３，３…そのものも角錐台形状以外に例え
ば円錐台形状とすることもできる。

【００１７】図５は本発明の放熱盤１の他の実施例を示
す図で、同図に示すように放熱盤１に送風用のファンユ
ニット５を組み込んだもので、この場合にはベースプレ
ート２のうちファンユニット５と干渉しない位置にのみ
放熱ピン３，３…が突設されている。なお、図５に示す
放熱盤１では全ての放熱ピン３，３…にフィン４が設け
られているが（ただし、図面上では一部の放熱ピン３の
フィン４のみを図示してそれ以外の放熱ピン３のフィン
４を図示省略してある）、前述したようにファンユニッ
ト５からの送風特性に応じてフィン４を設ける放熱ピン
３の数や位置、あるいはフィン４そのものの数を適宜選
定できることはいうまでもない。

【００１８】また、図６に示すものは、放熱ピン３，３
…の配置にあたって各放熱ピン３，３…を複数の同心円
ａ〜ｄ上に規則性をもって突設するとともに、特定の円
ｃ上の放熱ピン３，３…についてのみフィン４を形成し
たもので（ただし、図面上では円ｃ上の一部の放熱ピン
３，３…についてのみフィン４を図示してそれ以外の放
熱ピン３，３…のフィン４を図示省略していある）、こ
れら図５，６に示す実施例の場合にも第１の実施例と同
様の作用効果が得られる。

【００１９】図７は図１に示した放熱盤１を溶湯鍛造法
によって鋳造するための加圧鋳造装置の構成を示すもの
で、金型１１は固定型としての上型１２と可動型として
の下型１３とから構成され、これら上下型１２，１３は
放熱盤１のうちベースプレート２の上面に相当する型合
わせ面１２ａ，１３ａをもって形締め，形開きが行われ
るようになっている。

【００２０】前記下型１３は、放熱盤１のうちベースプ
レート２に相当する部分を成形するための製品部空間１
４を有する下型本体１５と、この下型本体１５を保持す
る下型ホルダー１６とから構成されている。

【００２１】一方、前記上型１２は、放熱盤１のうち各
数の放熱ピン３，３…に相当する部分を成形するための
製品部空間１６を有する上型本体１７と、この上型本体
１７を支持する外型１８と、この外型１８を固定支持す
る上型ホルダー１９のほか、外型１８の上面に配置され
るバックアッププレート２０と、さらにそのバックアッ
ププレート２０の上方に配置される押出しプレート２１
等から構成されている。

【００２２】前記上型本体１７は、図１に示す放熱盤１
の各放熱ピン３，３…に相当するところの凹状の製品部
空間１６を有しているものであるが、上型本体１７は図
１に示すように多数の放熱ピン３，３…のうちフィン４
の突設方向の各列ごとにその中心を通る見切り線ｅから
鉛直な面をもって複数の型要素２２，２２…に分割され
ている。これらの型要素２２，２２…は図８，９に示す
ようにフィン４を含む放熱ピン３，３…の製品部空間と
なるべき半割形状の凹部２３が形成されているとともに
この凹部２３と連通する同じく半割形状のガイド孔２４
が形成されていて、図１０に示すようにこれら複数の型
要素２２，２２…を重ね合わせることにより上型本体１
７が形成されて、これら複数の型要素２２，２２…より
なる上型本体１７は図７に示す外型１８の上面から収容
孔２５に挿入することにより固定保持されている。すな
わち、各型要素２２，２２…の周縁部の係合突起部とし
てのフランジ部２６が外型１８側の段状部２７に係合す
ることで位置決めされる一方、その外型１８の上面に配
置されるバックアッププレート２０によって挾圧固定さ
れる。

【００２３】一方、前記押出しプレート２１には上型本
体１７側の各ガイド孔２４に挿入される多数の押出しピ
ン２８，２８…を備えた押出しピンユニット２９が設け
られている。この押出しピンユニット２９は、図１に示
した一列分の放熱ピン３，３…に相当する複数の押出し
ピン２８，２８…ごとに図１１，１２に示すようにくし
形状の複数のピン素片３０，３０…として分割されてお
り、先に説明した上型本体１７と同様に各ピン素片３０
を重ね合わせることで押出しピンユニット２９が形成さ
れている。そして、これらの複数のピン素片３０，３０
…からなる押出しピンユニット２９を押出しプレート２
１のうち下部プレート３１の収容孔３２に上面から挿入
した上で、下部プレート３１に上部プレート３３を締付
固定することで押出しピンユニット２９が押出しプレー
ト２１に対して位置決め固定されている。

【００２４】前記押出しプレート２１はバックアッププ
レート２０に固定されたガイドピン３４に案内支持され
ているとともに、その押出しプレート２１とスペーサプ
レート３５との間に設けられた圧縮コイルスプリング３
６により常時下方に向けて付勢されている。また、前記
押出しプレート２１には下型本体１５に当接するリター
ンピン３７が設けられており、図７に示す型締め状態で
はリターンピン３７によって押し上げられた押出しプレ
ート２１がバックアッププレート２０から所定量Ｇだけ
浮上している。そして、型開き時には押出しプレート２
１が所定量Ｇだけ下降することにより各押出しピン２８
が対応する放熱ピン３，３…を押し下げて、上型１２側
への製品の付着を防止するようになっている。

【００２５】したがって、上記の加圧鋳造装置の構造に
よれば、図７に示す型締め状態において、下型１３側の
製品部空間１４と上型１２側の製品部空間１６とからな
るキャビティに対して図示外の湯道部から溶湯を導入し
てプランジャ等により加圧することにより、製品たる放
熱盤１が鋳造される。

【００２６】そして、図７の状態から型開きを行うと、
前述したように各押出しピン２８によって各放熱ピン
３，３…が押し出されて、放熱盤１は上型１２側から離
れて下型１３上に残される。こののち、下型１３側の図
示外の押出しピンを用いて放熱盤１を突き出して下型１
３から取り出す。

【００２７】このように本実施例によれば、アルミニウ
ム製の放熱盤１を溶湯鍛造法によって成形するものであ
るため、例えば従来の冷間鍛造法による放熱盤の製造方
式に比べて型内圧力は約五分の一程度まで小さくなり、
これによって金型の寿命が大幅に伸びることになる。

【００２８】加えて、上型本体１７が複数の型要素２
２，２２…に分割されているとともに、押出しピンユニ
ット２９も複数のピン素片３０，３０…に分割されてい
るため、上型本体１７のうち各放熱ピン３，３…に対応
した製品部空間の加工および各押出しピン２８，２８…
の加工が容易になる。特に上型本体１７を各型要素２
２，２２…に分解すればその放熱ピン３，３…に相当す
る製品部空間１６が半割状となって解放されたかたちと
なることから、研摩加工等による製品部空間１６の加工
が容易となって面粗度を高めることができ、よって製品
部空間１６でのばり等の発生を防止して上型１２側への
製品の付着を未然に防止できる。その上、特定の型要素
２２もしくはピン素片３０が破損した場合にはその部分
のみを交換するだけで対応でき、金型のコストを低減で
きる。

【００２９】ここで、型開き時に製品である放熱盤１が
上型１２側からスムーズに離れて下型１３側に確実に残
るようにするためには、例えば図１３に示すように放熱
盤１の両側面にテーパ部２ａを形成して実質的にアンダ
ーカット形状とする一方、下型本体１５側には下型１３
からの製品取り出し時にこのアンダーカット形状を回避
するためのスライドコア３８を設けて、エアシリンダ３
９等により進退駆動させるものとする。

【００３０】なお、図７，１３に示した金型構造は、各
放熱ピン３，３…がフィン４を有していないタイプの放
熱盤１や、図２，３，４に示したタイプの放熱盤１の鋳
造にも同様に適用することができる。

【００３１】また、図６に示したように、多数の放熱ピ
ン３，３…を複数の同心円ａ〜ｄ上に配置したタイプの
放熱盤１を鋳造する場合にも図７の型構造を採用する。
ただし、この場合には、図１４，１５に示すように、上
型本体４７を前記同心円ａ〜ｄに相当する位置から鉛直
な面をもって複数の円環状の型要素４２ａ〜４２ｅに分
割する一方、押出しピンユニット４９についても同一の
円ａ〜ｄ上に位置する放熱ピン３，３…に相当する部分
の円環状の複数のピン素片５０ａ〜５０ｅに分割する。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明の放熱盤の構造によ
れば、多数の放熱ピンが突設された放熱盤を溶湯鍛造等
の加圧鋳造法によって形成したため、コスト的に有利に
なることはもとろんのこと、ベースプレート上に突設さ
れた多数の放熱ピンを先細り形状としたことによって、
広い放熱面積を確保できると同時に断面積変化に応じた
温度勾配をもたせることができることによって放熱効率
が向上し、さらに放熱ピンの外周にフィンを突設したこ
とによってその放熱効率が一段と向上する。

【００３３】また、本願発明の加圧鋳造装置の構造によ
れば、上型本体が複数の型要素に分割されているととも
に、押出しピンユニットも複数のピン素片に分割されて
いるため、上型本体のうち各放熱ピンに対応した製品部
空間の加工および各押出しピンの加工が容易となり、特
に上型本体を各型要素に分解すればその放熱ピンに相当
する製品部空間が半割状となって解放されたかたちとな
ることから、研摩加工等による製品部空間の加工が容易
となって面粗度を高めることができ、よって製品部空間
でのばり等の発生を防止して上型側への製品の付着を未
然に防止できる。その上、特定の型要素もしくはピン素
片が破損した場合にはその部分のみを交換するだけで対
応でき、金型のコストを低減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放熱盤の一実施例を示す図で、（Ａ）
はその斜視図、（Ｂ）は同図（Ａ）の要部拡大図。

【図２】図１の（Ｂ）の変形例を示す説明図。

【図３】図１の（Ｂ）の変形例を示す説明図。

【図４】図１の（Ｂ）の変形例を示す説明図。

【図５】図１の（Ａ）の変形例を示す説明図。

【図６】図１の（Ａ）の変形例を示す平面説明図。

【図７】本発明の加圧鋳造装置の一実施例を示す断面説
明図。

【図８】図７の型要素の正面図。

【図９】図８の下面図。

【図１０】図７の上型本体の説明図。

【図１１】図７のピン素片の正面図。

【図１２】図１１の下面図。

【図１３】図７の型構造の変形例を示す説明図。

【図１４】図７の上型本体の他の例を示す要部斜視図。

【図１５】図７の押出しピンユニットの他の例を示す要
部斜視図。

【図１６】従来の放熱盤の一例を示す斜視図。

【符号の説明】

１…放熱盤 ２…ベースプレート ３…放熱ピン ４，４Ａ…フィン １２…上型 １３…下型 １２ａ，１３ａ…型合わせ面 １４…製品部空間 １６…製品部空間 １７…上型本体 １８…外型 ２０…バックアッププレート ２１…押出しプレート ２２…型要素 ２５…収容孔 ２６…フランジ部（係合突起部） ２７…段状部 ２８…押出しピン ２９…押出しピンユニット ３０…ピン素片 ３４…ガイドピン ３７…リターンピン ４７…上型本体 ４２ａ〜４２ｅ…型要素 ４９…押出しピンユニット ５０ａ〜５０ｅ…ピン素片 ａ〜ｅ…同心円

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧鋳造法により形成された放熱盤の構
   造であって、 ベースプレートの上面に多数の放熱ピンを立設するとと
   もに、各放熱ピンがその根元部から先端部に向かって断
   面積が漸次小さくなる先細り形状に形成し、さらに前記
   多数の放熱ピンのうち少なくとも一部の放熱ピンの外周
   にその軸線方向に沿う単一もしくは複数のフィンを突出
   形成したことを特徴とする放熱盤。
2. 【請求項２】 前記多数の放熱ピンが複数の同心円上に
   位置していること特徴とする請求項１記載の放熱盤。
3. 【請求項３】 ベースプレートの上面に根元部から先端
   部に向かって断面積が漸次小さくなる先細り形状の多数
   の放熱ピンが立設された放熱盤を加圧鋳造法により鋳造
   する装置であって、 放熱盤のうち多数の放熱ピンが突設されたベースプレー
   トの上面に相当する位置を型合わせ面として型締め，型
   開き動作が行われる下型および上型とから構成されると
   ともに、下型側には前記ベースプレートに相当する製品
   部空間が、上型側には前記多数の放熱ピンに相当する製
   品部空間がそれぞれに形成されてなり、 前記上型は、 多数の放熱ピンのうち各列ごとの複数の放熱ピンの中心
   を通る鉛直面をもって周縁部に係合突起部を有する複数
   の型要素に分割されて、前記多数の放熱ピンに相当する
   製品部空間を形成する上型本体と、 中央部に前記上型本体を収容する収容孔が形成されてい
   るとともに、その収容孔の周縁部には前記各型要素の係
   合突起部と係合する段状部が形成されていて、かつ収容
   孔の上方から挿入される複数の型要素を支持する外型
   と、 前記外型の上面に装着されて複数の型要素からなる上型
   本体を拘束するバックアッププレートと、 前記バックアッププレートの上方に配置されて、上型本
   体の製品部空間のうち各放熱ピンに相当する位置に挿入
   される多数の押出しピンを有する押出しピンユニットを
   備えるとともに、該押出しピンユニットは隣接する一対
   の型要素によって形成される複数の放熱ピンに対応する
   ものごとに複数のくし形状のピン素片に分割されてい
   て、かつ型締め，型開き動作に応じて昇降動作して型開
   き時には上型本体から各放熱ピンを突き出す押出しプレ
   ート、 とから構成されていることを特徴とする放熱盤の加圧鋳
   造装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の放熱盤の加圧鋳造装置に
   おいて、 多数の放熱ピンが複数の同心円上に位置するように設定
   されている一方、上型本体が前記同心円をもって複数の
   型要素に分割されていて、かつ押出しピンユニットが各
   同心円上の複数の放熱ピンに対応するものごとに複数の
   ピン素片に分割されていることを特徴とする放熱盤の加
   圧鋳造装置。