JPH10242676A - ハイパワーヒートシンク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸流ファンが取付けられる台座を備えたハイ
パワーヒートシンクを製造する方法であって、はんだに
よる接合作業、ひいてはヒートシンクの製造作業を、作
業性良く行うことができ、更に生産性を向上できる方法
を提供すること。 【解決手段】 重合体４０を製造する際に、例えばブロ
ック体８２の突出片８０２を板体３１の縁部で挟むとと
もに本体８０１を板体３１の切欠き部で構成された内空
間に収納させている。他のブロック体も同様である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸流ファンが取付
けられる台座を備えたハイパワーヒートシンク及びそれ
を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術及びその課題】従来、軸流ファンが取付けら
れる台座を備えたハイパワーヒートシンクは、次のよう
にして製造されていた。即ち、まず、長寸法と短寸法の
板体３を多数作製する。板体３は、多数のスリット孔３
ａが平行に並んで打抜き形成され、スリット孔３ａに直
交する両縁部３ｂが板厚と同程度だけ同方向に突出して
いるものである。１２はピンフィンである。そして、板
体３を図１２に示すように揃えて重ね合わせるととも
に、短寸法の板体３を並べた箇所に構成される空間に、
台座となる直方体状のブロック体８を配置して、直方体
状の重合体４を構成し、この重合体４の上下両面４ａ，
４ｂを構成している板体３及びブロック体８の各部分を
超音波浸漬法によって相互に接合して、重合体４がはん
だにより一体となった接合体を構成し、この接合体をＡ
−Ａ面にて２分割して、ハイパワーヒートシンクとなる
２つの分割体を得る。

【０００３】ところで、重合体４を超音波浸漬法によっ
て接合する際には、重合体４がばらけてしまうのを回避
するために、治具を用いて重合体４を重ね合わせ方向
（図１２中の矢印Ｓ方向）に押圧した状態に維持してい
る。しかし、ブロック体８及び板体３の寸法精度を余程
厳密にしない限り、単にＳ方向に押圧しただけでは、特
に中程に位置するブロック体８が重合体４から外れ落ち
てしまう恐れがある。そこで、従来は、例えばまず重合
体４の下面４ｂをはんだで接合する場合には、上面４ａ
のブロック体８の部分を隣の板体３の部分に溶接又は粘
着テープにより仮留めしていた。

【０００４】しかし、溶接した場合には、溶接作業が面
倒であるために作業性が悪く、しかも、上面４ａを有す
る分割体がヒートシンクとして利用できなくなるために
生産性が著しく低いという問題があった。また、粘着テ
ープを用いる場合には、テープを剥がせば上面４ａを有
する分割体もヒートシンクとして利用できるが、テープ
の貼り付け作業だけでなく、剥がし作業や貼り付け箇所
の洗浄作業も必要であるために、作業性が悪いという問
題があった。

【０００５】本発明は、軸流ファンが取付けられる台座
を備えたハイパワーヒートシンクを提供すること、及び
そのようなハイパワーヒートシンクを製造する方法であ
って、はんだによる接合作業、ひいてはヒートシンクの
製造作業を、作業性良く行うことができ、更に生産性を
向上できる方法を提供すること、を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、ベースプレート上に多数の
直立したピンフィンと軸流ファン取付用の複数の台座と
を備えたハイパワーヒートシンクであって、複数個のく
し状板体が厚み方向に重ね合わされると共に、くし状板
体の欠落部でできた空間に台座となるブロック体がくし
状板体に重ね合わされるように設けられており、くし状
板体同士及びくし状板体とブロック体とがはんだにより
接合されて構成されており、くし状板体は、一列に並ん
だ多数のピンフィンとこれらピンフィンの一端を連結す
る縁部とからなり、縁部は板厚と同程度だけ同方向に突
出しており、くし状板体は、縁部を揃えて重ね合わされ
ており、ブロック体は、一側面に突出片を有しており、
該突出片がくし状板体の縁部に挟まれてくし状板体に重
ね合わされており、はんだは、隣り合うくし状板体の縁
部と縁部との間に構成された隙間に、及びくし状板体の
縁部とそれに隣接するブロック体の突出片との間に構成
された隙間に、密に充填されており、はんだで接合され
た縁部とブロック体の突出片とによりベースプレートが
構成されていることを特徴とするハイパワーヒートシン
クである。

【０００７】請求項２記載の発明は、ベースプレート上
に多数の直立したピンフィンと軸流ファン取付用の複数
の台座とを備えたハイパワーヒートシンクを製造する方
法において、多数のスリット孔が平行に並んで打抜き形
成されたアルミニウム又はその合金からなる板体であっ
て、スリット孔に直交する両縁部が板厚と同程度だけ同
方向に突出している板体を、作製するとともに、両側面
に突出片を有するブロック体を作製する第１工程と、板
体を、上記縁部を揃えて重ね合わせると同時に、ブロッ
ク体を、板体を重ね合わせる途中の所定位置にて、突出
片が板体の上記縁部により挟まれるように板体に重ね合
わせて、複数のブロック体と多数の板体とからなる重合
体を作製する第２工程と、重合体を重ね合わせ方向に押
圧した状態で、相互に当接した板体の上記縁部同士の間
に形成されている隙間及び相互に当接した板体の縁部と
ブロック体の突出片との間に形成されている隙間に、超
音波浸漬法によってはんだを侵入させることにより、複
数のブロック体と多数の板体とが一体に接合された接合
体を作製する第３工程と、接合体を、スリット孔を横断
するよう切断することにより２分割して、ハイパワーヒ
ートシンクとなる分割体を得る第４工程とを備え、第１
工程は、一部が切欠かれた板体及び寸法が異なる板体を
別に作製する工程を有しており、一部が切欠かれた板体
の切欠き部は、第２工程の重合体を作製する際にブロッ
ク体が収納される空間を構成するように形成されてお
り、寸法が異なる板体は、第２工程の重合体を作製する
際にブロック体の突出片と同列に並ぶ大きさに設定され
ており、第２工程は、ブロック体の突出片を板体の縁部
で挟むとともに、ブロック体の突出片以外の部分を一部
が切欠かれた板体の上記切欠き部で構成される空間に収
納させるものであり、第４工程は、板体と共にブロック
体も２分割するものであることを特徴とするハイパワー
ヒートシンクの製造方法である。

【０００８】請求項２記載の発明においては、重合体を
重ね合わせ方向に押圧した状態ではんだ付けする際にお
いて、ブロック体の突出片以外の部分が板体の切欠き部
で構成された内空間に収容されているので、重合体を押
圧しているだけであっても、ブロック体が重合体から外
れ落ちることは絶対に無い。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明のハイパワーヒート
シンクを示す斜視図である。このヒートシンク１は、ベ
ースプレート１１上に多数の直立したピンフィン１２と
複数の台座（ブロック体）８０，８１，８２，８３とを
備えている。

【００１０】図１の構成のヒートシンク１は、図２に示
す重合体４０を経由して製造する。重合体４０は、図３
ないし図５に示すようにして製造する。なお、図３は図
２の重合体４０のＸ部分の分解斜視図、図４は同じくＹ
部分の分解斜視図、図５は同じくＺ部分の分解斜視図で
ある。以下、製造方法について、工程順に説明する。

【００１１】（１）まず、４種類の板体３０，３１，３
２，３３及び４種類のブロック体８０，８１，８２，８
３を作製する。

【００１２】板体３０は図６に示す構成の板状の形材で
ある。板体３０は、アルミニウム又はその合金でできて
おり、多数のスリット孔３０１が平行に並んで打抜き形
成されており、スリット孔３０１に直行する両縁部３０
２，３０２が板厚Ｐ１と同程度だけ同方向に突出してい
る。３０３は突出部である。ピンフィン１２は、スリッ
ト孔３０１を形成することにより板体３０に形成されて
いる。突出部３０３には、拡大して示すように、その先
端面に切欠き３０３ａが形成されている。切欠き３０３
ａは外側に切欠かれている。

【００１３】板体３１，３２，３３は板体３０の変形に
過ぎない。板体３１は板体３０の一部のピンフィン１２
が切欠かれた形状のものである。具体的には、板体３０
の両端の幅Ｐ２の部分及び中央の幅Ｐ３の部分に存在す
るピンフィン１２が切欠かれている。板体３２は板体３
０の幅Ｐ４の部分と同じ寸法及び形状のものである。板
体３３は板体３１から突出部３０３を無くした形状のも
のである。

【００１４】ブロック体８０は図７に示す形状のもので
ある。即ち、直方体の本体８０１の上下両面に突出片８
０２を有している。突出片８０２の突出高さＢ１は板体
３０の縁部３０２の厚さＰ５と同じである。本体８０１
の高さＢ２は板体３０の両縁部３０２を除いた高さＰ６
と同じである。本体８０１の幅Ｂ３は板体３０の幅Ｐ３
と同じである。突出片８０２の横寸法Ｂ４は板体３０の
縁部３０２の厚さＰ７と同じである。本体８０１の横寸
法Ｂ５は板体３０の縁部３０２の厚さＰ７と同じであ
り、横寸法Ｂ６は板体３０の板厚Ｐ１と厚さＰ７との和
と同じである。突出片８０２のＢ６側の面には板体３０
の切欠き３０３ａと同様の切欠き８０２ａが形成されて
いる。切欠き８０２ａは外側に切欠かれている。

【００１５】ブロック体８１，８２，８３はブロック体
８０の寸法を変えたものに過ぎない。ブロック体８１は
ブロック体８０の幅Ｂ３が板体３０の幅Ｐ２と同じに設
定されたものであり、他はブロック体８０と同じであ
る。ブロック体８２はブロック体８０の横寸法Ｂ６が板
体３０の板厚Ｐ１と同じに設定されたものであり、他は
ブロック体８０と同じである。ブロック体８３はブロッ
ク体８２の幅Ｂ３が板体３０の幅Ｐ２と同じに設定され
たものであり、他はブロック体８２と同じである。

【００１６】（２）次に、図３に示すようにして、重合
体４０のＸ部分を組み立てる。即ち、まず、１個の板体
３１に１個のブロック体８２と２個のブロック体８３と
を組み付ける。その際、各ブロック体の突出片８０２は
板体３１の縁部３０２に当接させ、ブロック体８２のＢ
５側の本体８０１は板体３１の中央の切欠き部３０４に
入り込ませ、ブロック体８３のＢ５側の本体８０１は両
端の切欠き部３０５に入り込ませる。

【００１７】次に、板体３１に組み付けられた３個のブ
ロック体の突出片８０２の間に、突出片８０２と一列に
並ぶように２個の板体３２を入り込ませる。その際、板
体３２の縁部３０２は板体３１の縁部３０２に当接させ
る。両板体３１，３２は重なった状態となる。

【００１８】次に、別の板体３１を板体３２に相互に縁
部３０２を当接させて重ね合わせる。その際、ブロック
８２のＢ６側の本体８０１は板体３１の切欠き部３０４
に入り込ませ、ブロック体８３のＢ６側の本体８０１は
両端の切欠き部３０５に入り込ませる。

【００１９】そして、板体３１に３個の板体３０を相互
に縁部３０２を当接させて重ね合わせる。こうして、重
合体４０のＸ部分が組み立てられる。

【００２０】（３）次に、Ｘ部分に連続して、図４に示
すようにして、Ｙ部分を組み立てる。即ち、まず、板体
３１をＸ部分の板体３０に相互に縁部３０２を当接させ
て重ね合わせる。次に、１個のブロック体８０、２個の
ブロック体８１、更に２個の板体３２を、Ｘ部分におけ
るブロック体８２，８３及び板体３２と同様にして、板
体３１に組み付けるとともに重ね合わせる。

【００２１】次に、板体３３を板体３２に相互に縁部３
０２を当接させて重ね合わせる。その際、ブロック８０
のＢ６側の本体８０１は板体３３の中央の切欠き部３０
６に入り込ませ、ブロック体８１のＢ６側の本体８０１
は両端の切欠き部３０７に入り込ませる。

【００２２】そして、板体３１を、今まで重ね合わせて
きた板体とは表裏逆の状態で、板体３３に、相互に縁部
３０２を当接させて重ね合わせる。その際、ブロック８
０のＢ６側の本体８０１は板体３１の中央の切欠き部３
０４に入り込ませ、ブロック体８１のＢ６側の本体８０
１は両端の切欠き部３０５に入り込ませる。こうして、
重合体４０のＹ部分がＸ部分に連続して組み立てられ
る。

【００２３】（４）次に、Ｘ部分及びＹ部分に連続し
て、図５に示すようにして、Ｚ部分を組み立てる。Ｚ部
分は、Ｘ部分と同じ部材を用い、Ｘ部分とは表裏逆の状
態で且つ逆の順序で、Ｘ部分と同様に組み立てる。こう
して、図２に示す重合体４０が製造される。

【００２４】（５）次に、重合体４０を、治具を用いて
重ね合わせ方向（図２中の矢印Ｓ方向）に押圧した状態
で、上下両面４１，４２を超音波浸漬法によりはんだ付
けして接合し、多数の板体３０等と複数のブロック体８
０等とが一体となった接合体を製造する。即ち、重合体
４０において、上下両面４１，４２には、板体の縁部３
０２相互の間及び板体とブロック体の突出片８０２との
間に、図２の断面拡大部分図である図８に示すように、
切欠き３０３ａ，８０２ａからなる隙間４０１ができて
いる。そこで、図９に示すように、重合体４０の上下両
面４１，４２をアルミニウム部材用の溶融はんだ５１に
浸漬し、重合体４０又ははんだ槽５２に超音波振動を加
えて、図１０に示すように、隙間４０１にはんだ５１を
侵入させ、これによって接合体を得る。

【００２５】（６）そして、得られた接合体を図２に示
すＡ−Ａ面にて２分割する。得られた分割体はそれぞれ
ヒートシンク１となる。なお、各ブロックの分割面には
軸流ファン取付用の穴８００を形成する。以上により、
図１に示すヒートシンク１が得られる。

【００２６】ヒートシンク１は、次のような構成となっ
ている。即ち、複数個のくし状板体と複数個のブロック
体８０等とで構成されている。なお、くし状板体は、板
体３０，３１，３２，３３を図２のＡ−Ａ面にて分割し
て得られた分割体である。くし状板体は縁部３０２を揃
えて厚み方向に重ね合わされている。ブロック体８０等
は、板体３１，３２，３３で構成される空間に設けられ
ており、その際、突出片８０２は板体３１，３３の縁部
３０２に挟まれている。板体の縁部３０２相互の間及び
板体とブロック体の突出片８０２との間に構成された、
切欠き３０３ａ，８０２ａ（図６，図７）からなる隙間
４０１（図８，図９）には、はんだ５１が密に充填され
ており（図１０）、これにより、板体とブロック体とが
一体に接合されている。

【００２７】上記製造方法によれば、重合体４０をＳ方
向（図２）に押圧した状態ではんだ付けする際におい
て、ブロック体の本体８０１が板体３１，３３の切欠き
部３０４，３０５，３０６，３０７で構成された内空間
に収容されているので、重合体４０を押圧しているだけ
であっても、ブロック体が重合体４０から外れ落ちるこ
とは絶対に無い。それ故、上面４１又は下面４２に、ブ
ロック体の外れ落ちを防止するための仮留め等を施す必
要が無い。従って、図１２の従来法に比して製造作業が
簡単となるので、作業性が向上し、しかも、１個の接合
体から得られた２個の分割体は両方ともヒートシンクと
して使用できるので、生産性も向上する。

【００２８】なお、板体の切欠き３０３ａは、突出部３
０３に形成する代わりに、図１１に示すように、縁部３
０２の突出部３０３の先端面とは反対側の面に形成して
もよい。

【００２９】また、板体３３は必ずしも用いなくてよ
い。なお、その際には、ブロック体８０，８１の本体８
０１の横寸法Ｂ６は板体３０の縁部３０２の厚さＰ７と
同じに設定する。

【００３０】また、上記構成のヒートシンク１は、次の
ような作用効果を有している。 (i)従来に比して、多数のピンフィン１２が極度に密集
している。しかも、ベースプレート１１からピンフィン
１２への熱伝導は、はんだである接合層を介することな
く起こるので、熱抵抗が殆ど無い。更に、ベースプレー
ト１１における熱伝導も、一枚板に比して大きな遜色は
無い。このため、冷却性能に非常に優れており、大きさ
の割りには発熱量が大きなＳＣＲ、ＦＥＴ、サイリスタ
等の高出力パワーデバイスの冷却に有効に使用できる。 具体的には、表１に示すような冷却性能を有している。
なお、表１のデータは、軸流ファンからの風が衝突流で
あり且つ吹き付けである場合におけるものである。

【００３１】

【表１】

【００３２】(ii)破断強度も満足できるものであった。
即ち、上記構成のヒートシンク１を、熱冷サイクル、即
ち、−２０℃に２時間晒し、８０℃に２時間晒し、これ
を繰り返すというサイクルに供し、サイクルに供する前
と、サイクルに供した後３ケ月経過後と、６ケ月経過後
とにおいて、破断強度を測定したところ、いずれも１５
０Ｎ／ｍｍ²であり、高い値を示した。また、曲げ強度
も満足できるものであった。即ち、９０°曲げても、１
８０°曲げても、破断しなかった。

【００３３】(iii)軸流ファンは固有の流量−静圧特性
を有しているので、組み合わせるヒートシンクの性能に
よっては、必ずしも軸流ファンの上記特性を最大限に発
揮できない場合がある。しかし、上記構成のヒートシン
ク１では、ピンフィン１２の高さや密度を変えるのが容
易であり、そうすることによってヒートシンク１の性能
を軸流ファンの上記特性に適したものとすることができ
る。従って、上記構成のヒートシンク１によれば、軸流
ファンの流量−静圧特性を最大限発揮させることがで
き、この点からも、冷却性能を向上できる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、冷却性能が優れており、高出力パワーデバイスの
冷却に有効に使用できる。また、破断強度及び曲げ強度
も優れており、耐久性が良好である。更に、軸流ファン
の流量−静圧特性を最大限発揮させることができ、この
点からも、冷却性能を向上できる。

【００３５】請求項２記載の発明によれば、重合体から
接合体を製造する工程において重合体を重ね合わせ方向
に押圧しているだけでブロック体が重合体から外れ落ち
るのを防止できるので、ブロック体の外れ落ちを防止す
るための仮留め等を不要にできる。従って、作業性を向
上でき、しかも、１個の接合体から得られた２個の分割
体を両方ともヒートシンクとして使用できるので生産性
も向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のハイパワーヒートシンクを示す斜視
図である。

【図２】 本発明の製造方法の一工程における重合体を
示す斜視図である。

【図３】 図２の重合体のＸ部分の分解斜視図である。

【図４】 図２の重合体のＹ部分の分解斜視図である。

【図５】 図２の重合体のＺ部分の分解斜視図である。

【図６】 本発明の製造方法で用いる板体を示す斜視図
である。

【図７】 本発明の製造方法で用いるブロック体を示す
斜視図である。

【図８】 図２のVIII−VIII断面拡大部分図である。

【図９】 図２に続く工程を示す断面拡大部分図であ
る。

【図１０】 図９の工程を経て得られた接合体の断面拡
大部分図である。

【図１１】 板体の別の実施形態を示す斜視部分図であ
る。

【図１２】 従来の製造方法の一工程における重合体を
示す斜視図である。

【符号の説明】

１１ ベースプレート １２ ピンフィン ３０，３１，３２，３３ 板体 ３０１ スリット孔 ３０２ 縁部 ３０４，３０５，３０６，３０７ 切欠き部 ４０ 重合体 ４０１ 隙間 ５１ はんだ ８０，８１，８２，８３ ブロック体（台座） ８０２ 突出片

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベースプレート上に多数の直立したピン
   フィンと軸流ファン取付用の複数の台座とを備えたハイ
   パワーヒートシンクであって、 複数個のくし状板体が厚み方向に重ね合わされると共
   に、くし状板体の欠落部でできた空間に台座となるブロ
   ック体がくし状板体に重ね合わされるように設けられて
   おり、くし状板体同士及びくし状板体とブロック体とが
   はんだにより接合されて構成されており、 くし状板体は、一列に並んだ多数のピンフィンとこれら
   ピンフィンの一端を連結する縁部とからなり、縁部は板
   厚と同程度だけ同方向に突出しており、くし状板体は、
   縁部を揃えて重ね合わされており、 ブロック体は、一側面に突出片を有しており、該突出片
   がくし状板体の縁部に挟まれてくし状板体に重ね合わさ
   れており、 はんだは、隣り合うくし状板体の縁部と縁部との間に構
   成された隙間に、及びくし状板体の縁部とそれに隣接す
   るブロック体の突出片との間に構成された隙間に、密に
   充填されており、はんだで接合された縁部とブロック体
   の突出片とによりベースプレートが構成されていること
   を特徴とするハイパワーヒートシンク。
2. 【請求項２】 ベースプレート上に多数の直立したピン
   フィンと軸流ファン取付用の複数の台座とを備えたハイ
   パワーヒートシンクを製造する方法において、 多数のスリット孔が平行に並んで打抜き形成されたアル
   ミニウム又はその合金からなる板体であって、スリット
   孔に直交する両縁部が板厚と同程度だけ同方向に突出し
   ている板体を、作製するとともに、両側面に突出片を有
   するブロック体を作製する第１工程と、 板体を、上記縁部を揃えて重ね合わせると同時に、ブロ
   ック体を、板体を重ね合わせる途中の所定位置にて、突
   出片が板体の上記縁部により挟まれるように板体に重ね
   合わせて、複数のブロック体と多数の板体とからなる重
   合体を作製する第２工程と、 重合体を重ね合わせ方向に押圧した状態で、相互に当接
   した板体の上記縁部同士の間に形成されている隙間及び
   相互に当接した板体の縁部とブロック体の突出片との間
   に形成されている隙間に、超音波浸漬法によってはんだ
   を侵入させることにより、複数のブロック体と多数の板
   体とが一体に接合された接合体を作製する第３工程と、 接合体を、スリット孔を横断するよう切断することによ
   り２分割して、ハイパワーヒートシンクとなる分割体を
   得る第４工程とを備え、 第１工程は、一部が切欠かれた板体及び寸法が異なる板
   体を別に作製する工程を有しており、一部が切欠かれた
   板体の切欠き部は、第２工程の重合体を作製する際にブ
   ロック体が収納される空間を構成するように形成されて
   おり、寸法が異なる板体は、第２工程の重合体を作製す
   る際にブロック体の突出片と同列に並ぶ大きさに設定さ
   れており、 第２工程は、ブロック体の突出片を板体の縁部で挟むと
   ともに、ブロック体の突出片以外の部分を一部が切欠か
   れた板体の上記切欠き部で構成される空間に収納させる
   ものであり、 第４工程は、板体と共にブロック体も２分割するもので
   あることを特徴とするハイパワーヒートシンクの製造方
   法。