JPS62286657A - ヒ−トシンクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 る集積回路或はパワートランジスタ等の電子デバイス冷
却用ヒートシンクに係る。ヒートシンクは一般に熱伝導
良好のアルミニウム合金等を使って作る。高い放熱効果
を得るには、表面積の大きい設計を行うのは周知である
。

口）従来の技術 従来よく見受ける第１０．１丑−図のヒートシンク（１
′）はこの表面積を大きくする方法として、−概に大形
にしであるかと云えばそうではなく、基板上の電子回路
布線設計の都合によって決る各電子部品の配置の影響を
受けた、被冷却電子部品（多くはパワートランジスタ）
の基板上での散逸位置に合せて、一枚の板にこれ等を取
付けてヒートシンク吊の形を決めているから大さくなっ
ている。大形になっ−Ｃ１冷却は良好になっているもの
の過剰の冷却機能金持っている。つまり材料ぜい肉を与
えてしまっている。このよ）に大形にすればするほど後
に現われる歪みを防ぐためと、電子部品を取付ける座（
１４）の機械切削を行う時、工作機械台に取付けた時に
起る撓みの対策に、梁を設けなければならなくなる。冷
却機能は梁の追加によって余計に過剰になるしＮ全増加
にもなっている。

多くのヒートシンク（１′）の梁は、その面積に見合っ
た高さと厚み全全ての梁について同じにして剛性を分担
させて冷却羽根（２）と併用しである。中には冷却羽根
（２）とに別の強度補充梁を、これ等の間に適当数を分
布した４のも見る。いづれにせよ被冷却電子部品の点在
する間をつないで一枚の板になったヒートシンク（１′
）の表面積は、これだけで十分か、十分に近い１冷却機
能をすでにもっているので上述した羽根（２）間のピッ
チを小さくしたり薄くして枚数金、多くする等の表面積
拡大策の必要にな設 かった。一つのヒートシンク（１）ヲこうして形状計計
すると冷却は良く、しかも−個だから加工単価も安いと
考え勝であるし、−見合理的の方法に見える。この思考
形態は実に現存するヒートシンクの大半を占めている。

大形は一万で作る側にとっても金型鋳造とロストワクジ
ス法或はダイスを使う押し出し成形が容易であるために
この形状に頼ってし才っている。金型鋳造法によると、
ヒートシンク（１）？機械フレーム等に取り付けるため
の柱状の足を一体に設けたり、機械フレームに足を設け
であるときに、座Ｑ９を設けるには金型全便うと容易で
ある上に前述した電子部品の取付は座（１４）ｋも容易
に一体成形出来るので、全て合理的と考えてしまってい
る。又、鋳造の基本の型離しにおいても、前述した厚み
のある羽根（２）、端面（７）’ｆ−突き出しピンで押
すので、変形とか欠壊することはなかった。又、基台（
３）部分も羽根（２）間寸法が大きいのでここを使って
も突き出せろ。同時に金型内に仕込む突き出しピンの案
内穴の工作は容易である。

必然的に穴径は大きいので穴内壁の粗さの改善は容易で
ある［７、太いピン径なので１繰り返しの熱サイクル疲
労強度も大きくとれる。その上、案内穴とピンの間に入
ってしまう湯カスによる摺動の抵抗に対しても太いので
折れない。

押し出し成形（（おいても、前述した梁と羽根（２）を
併用した全体の断面ｔよ、捩りに対する剛性は非常に犬
さくなって棒状に長く押し出すに、捩れの防止につなが
って得策になって、小さい捩れに止まるので修正は簡単
になる。ここでも、鋳造法のように取付足とか座（１５
１は一体に作れないから部品数でいる。

ハ）発明が解決しようとする間砥点 一般的にパワートラン：ンスタは機械系駆′動回路或は
、この電源系統に使う。こ′ｈ等駆助回路系基板はヒー
トシンク（１５に取付けた後に、機械フレームか、シャ
ーシに取りつける。又他の図示していない従来のヒート
シンクとして、平面権的の制約を受けてこれを小にした
ために、基台（３）の両面に羽根（２）を設けた例があ
る。これは放熱効果を増す表面積の拡大の目的全片面だ
けに羽根（２）のビノナと厚さ金小さくして設は得る万
来のない事情だよって前述した作り易さに偏っている。

いづ九に１７でも羽根（２）の高さと大形化のヒートシ
ンクハ）は空間容積を大きく占めて機器の小形化の妨げ
になる。

他の電子デバイスの超Ｌ１９Ｍをはじめとする集積回路
は大規模回路の小形化と高速演算の発達はめざまｔ、　
＜、このために温度上昇は著しくなっているので効率良
いヒートシンクの必要性は増している。ここに使う場合
、上述のトランジスタの冷却設計思想は計算機の演算回
路の小形化を一つの目標にしている大規模集積回路の考
えに反して演算部の小形化を行えなくする。つまり大形
プリント基板上の個々の場所で単独の冷却は最本望しい
。

それは重量の増加になるばかりか、最近は電子部品を基
板の両面に搭載するようになっているので、これに羽根
（２）を当らないよう間隔をとるか、切除しておく等し
なければ隣りの基板への障害になるからである。このよ
うな目的のヒートシンクにおいて限られた空間容積内に
、最も効果的な放熱設計を行うとすれば、それには基台
（３）と一体の羽根（フィン）（２）の厚さを薄くし枚
数を多くして、上述した容積内で高さも限度一杯にとる
ので、羽根（２）間は勢い狭くなって金型を使っての鋳
造は出来ない。理由は、凝固する収縮力を利用して可動
型に製品を抱き込んで型離しを行うが第１．２図の完成
形状で金型鋳造全行うと、羽根（２）の上端（７）の巾
は上述したように薄いので可動型内のこの端面（７）を
押す、突き出しピン（図はない）径は細くなりすぎ鋳造
中の熱疲労と、上述ピンとこの案内穴のスキマへの湯カ
ス瑯喰い込みＫよって抵抗が増して折れてしまう。側面
（５）と側面（５）の間の基台（３）同 の底面を突いて型離しを行つときも間隔はＮじよつに小
さくピン径は細くなって折れ易くなってしまう。

角形ボス（４）の側からの突き出しは冷却中の収縮ヲ抱 利用して可動型Ｋｌ’ｔｉ！き込んで突き出すダイカス
ト法の原則上出来るものではない。他に安く作る鍛造法
は羽根（２）の薄さと、高さとに成形に限度があって前
述したデバイスの発熱の放散効率を下げる。

合金粉末焼結法は現状では、原料高と焼結技術からの設
備経費は美大であって製品価格金押し上げてしまい不経
済になってしまう。現存している鋳鍛両法によるヒート
シンク（１）の羽根（２）の薄いものでさえせいぜい平
均肉厚で２６５ｎ位までである。

以上説明した事情から高効率の冷却機能をもたせたヒー
トシンク（１）は全面切削成形か、押し出し成しか　え 形に一部て切削加工を施した方ｉ瀬＜ｙｈい。これは量
産的製造法ではない。

二）問題点を解決するための手段 それは金型鋳造法により、羽根（２）の所定部分に肉厚
状座様部（以下座状部或は肉厚部と称す）を設は強度を
増して型と羽根（２）の製作を容易にすると共に、上記
肉厚部を押して離型後、座状部を除去すると云う合理的
の量産手法をとる。

ホ）作用 角形ボス（４）は基台（３）の裏面に一体であって、こ
の角形ボス（４）は冷却する電子デバイスの取付部の形
状によっては円形になる。電子デバイスにボスの設けで
あるときには、ボス（４）の代りに穴を設ける。電子デ
バイスの穴にボス（４）ヲはめて両者は熱伝導を良くす
るために面（６）を密着させねじ等を使って結合する。

さて、演算部シャー７に収納し１いるプリント基板の隣
り同志の寸法は最近は１０〜３０ｍ１１１位が多い。こ
の間に冷却風を通す場合、実装密度を上げるためにこれ
以上狭くなると上述した基板上に搭載した部品によって
空気抵抗を増一 して思わしくない結果をまねく。この制約もとて表面積
を大きくしようとすると、羽根（２）の厚さは最近では
例えば１〜２ｆｉ’を求めＪ″ｌばならない。ピッチに
ついても同じである。例えば羽根（２）高さ１０龍の時
、厚さ羽根（２）間をｌ＋ｍ同様に２０器の時、各々２
器を考えてみると、この形状は最早、前述したように型
離しの突き出しピンを型内に置こうとすると、端面（７
）を押すピン長は羽根（２）の高さの２倍位必要で、し
かもピン径は羽根（２）の厚さより小さくなっているの
で使用中に折九る。ピンの案内大長は略羽根（２）の高
さと同じになって、この穴の加工における内面の粗さの
改良は不可能ではないが、非常に面倒で高価に値する。

太いピンを使って押すために羽根（２）の長さ方向の適
当のｈ「に背の高さの同じで、径の大きいボスをつける
とこのような小ピツチの羽根ｔ２＋（２１同志がつなが
って風は通らない。つながらないまでも、ｒ／ｒ々にこ
１１が存在すると、風の通りはやはり悪くなる。ヒート
シンク（１）にとって、以上述べた障害は次の事例をも
って解決出来る。

へ）実施例 一事例は第３、第４図にある。

溶 矢印の方向は溢融アルミを流す方向である。導湯路０υ
は製品部（２）　（３１（４）　（５）（６）ｆ力にア
ルミを導き入れる。

羽根状の湯路住〔は羽根（２）部のα３部コーナに、ガ
ス溜りの結果、巣の発生をもたらさない。ガス抜き路圓
は型内空気等を製品に巻き込ませないように末端のガス
溜り（９）へ逃がしている通路である。座状部（８）は
この発明の重要の突き出しピンを当てるボス形の補強部
であって、−列配列に特徴を持っている。これによって
十分の強度のピン径に任意に設計可能であるし、どの部
分の座状部（８）も陽光ｉ’ｉ促進する。羽根（２）の
厚さが非常に薄く、しかもピッチも小さいヒートシンク
（１）では上述した座状部（８）の径全犬さくして、例
えば羽根（２）を３枚位一つの座状都（８）に継いで一
体にする。この方法は金型の突き出しピンの案内穴を太
く１〜で加工を一層易しくする。つまり長い穴の加工で
の曲りも防止し、大面の粗さの改善も容易になる。前述
したピンの折れも、穴壁の肉厚も大きくして熱による疲
労われも防止する。

実施例は、ヒートシンク（１）は３個を直列に配してい
るが、多くしても、或は直列３個にしておいてこれを多
数並列に配置し−ご共用の湯口から流すようにすれば量
産は一層容易である。

型から離れたヒートシンク（１）（１）〜はガス溜り（
９）（９）を切除後に座部（８）（８）径よりも少し大
さい巾のカッタを使用して座部（８）の真上を切り落す
。軸上に複数枚のカッターを所用のピッチで並べたもの
で同時に加工すれば、第１．２図の完成品全能率的に製
造可能である。第５図、第６図は基本的には製作法を代
えていない導湯路０■の太い応用である。

同類の製造法に上述した座状部（８）（８１（８）全そ
の直径と同じ巾の一本の通帯状（図示しない）に継いで
適当の所定箇所を突き出しピンを使って押し出す方法が
ある。この他上述した一例の３個直列？数を増す場合に
、溶湯の廻りが悪くなるので両端に注湯する第３図に示
した湯口（１１）を設ける方法がある。この方法を使っ
てなお湯の廻りの悪い時は直列に継いだ長さの中はどの
所定の上述通帯状部に上述湯口（１］）から分岐したサ
イドゲートを一体に接続して鋳造する方法もある。後者
の２方法は、前述した電子デバイスがプリント基板上に
隣接して並ぶ時、或は、長形デバイスの冷却用ヒートシ
ンク（１）を製作する上で便利である。一体鋳造後、基
台（３）全カッターに使って切離しないで、羽根（２）
（２＋とつながっている上述した座状部（８）或は通帯
状部たけを切除すれば適宜の長さを持たせた表面積の犬
さいヒートシンク（１）を得る。第３、第４図の実例 流人においてヒートシンク（１）の平面大きさの小さい
時は、前述した可動型に抱きつく力は羽根（２＋（２＋
の枚数の少いことから小さくなる。このような場合は上
述した座状部（８）　（８）　を格別に設けないで羽根
（２）の巾のままつなぐ３個程度の直列配列は湯口αＤ
の突き出し部（８）とガス抜き路（１ｚの突き出し部（
８）等を押して型離してもヒートシンク（１）の形状を
損うことなく成形出来る。鋳造後一体連結したヒートシ
ンク（１）の羽根（２）の両端（至）の境界を切離する
。以上強度の低い実施例はいずれも、羽根（２）の端（
Ｇα０間、及び羽根（２）の端α０に補強の肉厚座状部
（８）等を設けている。第７、第８、第９図の実施例も
第３、第４図の製作法と同じの、唯湯口の置き方と、こ
の近くの４湯路Ｕの形状の異る例である。この導湯路（
６）は先きの通帯状の座状部（８）を兼ねている。

分岐している湯口の右側の形は、部分側面第８図の部分
（Ｉ３に巣発生の可能性のある形で、好ましくない。許
されるならここは斜面にする方がよい。

左側の第９図の形は危険性のない例である。左右の力末
端のガス抜き、或は陽光れの形状は第３、第４図の形に
すると良い。型離し後の切削切断は同じである。

ト）発明の効果 発明の詳細な説明と従来形のヒートシンク（１）′の説
明から例えば、ヒートシンク（１）の羽根（２）の幾枚
かを従来の大形のそれに見た補強方法の、梁と兼用にし
てここを突き出しピンを使って押す、或は逆にこの個所
の羽根（２）をなくしてピッチを犬ぎくして、突き出し
ピンを当てる方法を考え得るが、羽根（２）の数及び表
面積は、基台（３）の同一大きさの下では、発明の方法
に比べて少くなって放熱効果を下げるものに他ならない
。発明の方法は限定された空間容積の内に、最も大きい
表面積を待つものを得られる。例えば側面（５）　（５
）間の０．５．１＋ｍ、羽根（２）の庫さ２ｗｍのヒー
トシンク（１）を、或は側面（５）（５）間の２　ｍｍ
　、羽根（２）の厚さ０．５，１ｍのヒートシンク等自
由自在に設計出来るようになる。又、従来の様に基台（
３）の両面に羽根（２）を設けないで、冷却効果を得ら
れるので、前述したプリント基板に基台（３）を密接さ
せて、直接取付は機器の小形化を計れる。仮りに両面に
羽根（２）を設げたとしても発明の方法を使ったヒート
シンクは最小投影面積の小形設計を可能にする。以上詳
述の通り本発明は、小形＠を高効率の放熱を行う安価の
量産的ヒートシンクの製造法を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図はヒートシンク（１）の平面図である。第２図は
第１図の側面図。第３図はこの発明の製作方法を説明す
る平面図で、第４図は第３図の側面図である。第５．第
６図は第３．第４図の他の一実施例の各部分図。第７図
は、発明の他の応用例を説明する主部分の平面図で、第
８．第９図は第７図の部分ｌ１１１１面図であり、導湯
路を中心に表わしている。 第１０図は代表的の現存するヒートシンク（１’）の平
面図である。 １・・・・・ヒートシンク、１′・・・・・・ヒートシ
ンク。 ２・・・・・・羽根、３・・・・・・基台、４・・・・
・−ボス、５・・・・・・側面、６・・・・・面、７・
・・・・・端面、８・・・・・・座状部。 ９・・・・・ガス溜り、　１０・・・・・・羽根状湯路
、１１・・・・・・導湯路、１２・・・・・・ガス抜き
路、１３・・・・・・部分、１４・・・・・部品取付座
、１５・・・・・・足座、１６・・・・・・羽根端特許
出願人　合資会社　東北ダイカスト工業所萬１ス 第１Ｏス ／　”　　２１４　５ ゛　°　２　　。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金型鋳造によってヒートシンクを製造する方法にお
   いて、前記ヒートシンクの基台に一体で複数略並列様に
   設けた羽根の所定部分に肉厚部を設けて鋳造し、次いで
   前記肉厚部を金型体内に設けた突き出しピンをもって加
   圧して離型した後、前記肉厚部を除去して所定長のヒー
   トシンクに形成することを特徴とするヒートシンクの製
   造法。 ２、肉厚部は所定の羽根に独立して設けることとした、
   特許請求の範囲第１項記載のヒートシンクの製造法。 ３、肉厚部は各羽根を連結させて設けることとした、特
   許請求の範囲第１項記載のヒートシンクの製造法。