WO2007017945A1 - ヒートシンクおよびその製造方法 - Google Patents

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WO2007017945A1
WO2007017945A1 PCT/JP2005/014731 JP2005014731W WO2007017945A1 WO 2007017945 A1 WO2007017945 A1 WO 2007017945A1 JP 2005014731 W JP2005014731 W JP 2005014731W WO 2007017945 A1 WO2007017945 A1 WO 2007017945A1
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heat sink
fins
base
porous member
side wall
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PCT/JP2005/014731
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Hiroshi Chiba
Tetsuro Ogushi
Hideo Nakajima
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Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Osaka University
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Definitions

  • the present invention relates to a heat sink and a manufacturing method thereof, and more particularly to a heat sink using a porous material and a manufacturing method thereof.
  • a heat sink In a semiconductor device that generates a large amount of heat during operation, such as a semiconductor power module, a heat sink is used to release heat generated by a heating element such as I BGT.
  • the heat sink also has a plate-like base on which a heating element is placed and a plurality of fin forces attached to the base. The fins are arranged in the refrigerant flow path, thereby transferring the heat generated by the heating element to the refrigerant through the base and the fins.
  • Patent Document 1 An example of such a heat sink is disclosed in Patent Document 1 in which a porous material is used as a fin material and a coolant is passed through a plurality of holes penetrating the fin! Speak.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-358270
  • a conventional heat sink is manufactured by processing a porous material and manufacturing fins, and then bonding a plurality of fins to a base. Increased, leading to a decline in productivity.
  • an object of the present invention is to provide a heat sink with high productivity.
  • a base having a first surface that is thermally connected to a heating element, and a second surface opposite to the first surface of the base are supported and arranged in a predetermined direction.
  • a heat sink comprising a plurality of fins each having a plurality of through holes, wherein the base and the plurality of fins are integrally formed of a porous material.
  • the base and the plurality of fins are integrally formed of a porous material, the production time and cost of heat sinks that do not need to be joined to the base one by one can be reduced, and productivity is improved.
  • FIGS. 1A to 1C show a heat sink according to the first embodiment, indicated by 2 as a whole.
  • This heat sink 2 has a plate-like base 4 having a flat surface (first surface) 4a on which a heating element (not shown) is placed (thermally connected to the heating element) and is spaced in parallel with each other.
  • Plural in the example shown, four) plate-like fins 6 (6a) that are supported by the base 4 via the flat surface (second surface) 4b opposite to the flat surface 4a. 6b, 6c, 6d).
  • the base 4 is positioned parallel to the XY plane
  • the arrangement direction of the fins 6a to 6d is the Y direction
  • each fin 6 is positioned parallel to the XZ plane.
  • Each fin 6 is a lotus type member provided with a number of tubular holes 8 extending substantially in the Y direction.
  • the refrigerant flows in the + Y direction through the holes 8 in the order of the fins 6a, 6b, 6c, 6d.
  • a liquid such as cooling water or antifreeze (ethylene glycol), or a gas such as cold air or chlorofluorocarbon is used.
  • pipes are usually provided upstream and downstream of the heat sink 2 with respect to the flow direction of the refrigerant, and plates that seal the upper and side portions of the fins 6 are provided so that the refrigerant flows. .
  • the air-cooled type it is possible to expose the fins 6 to the atmosphere instead of flowing cold air into the pipe.
  • the base 4 and the fin 6 of the heat sink 2 are a rectangular parallelepiped porous member (lotus-type porous member) 10 made of metal such as copper, magnesium, ano- mium, silicon, etc. (Fig. 1 (d))
  • it is integrally formed by cutting one or more grooves 11 (1 la, l ib, 11c) parallel to the XZ plane (three in the example of FIG. 1 (d)).
  • a part of the flat surface 4b of the base 4 forms the bottom surface of the groove 11 (appearance of the heat sink 2), and a part forms a virtual boundary with the fin 6.
  • the heat sink 2 is used, for example, for cooling a CPU or MPU of a personal computer or a large computer (the same applies to the following embodiments).
  • FIG. 2 shows a forging apparatus for forming such a porous metal.
  • the forging device 12 includes a crucible 14 for accommodating a lump of metal.
  • a coil 16 for heating the crucible 14 is wound around the outer periphery of the crucible 14, and the metal in the crucible 14 is melted by applying a high-frequency current to the coil 16.
  • a mold 20 having a cooling part 18 at the bottom is arranged below the crucible 14 so that molten metal can be poured into the mold 20 through an on-off valve 22 attached to the lower end of the crucible 14. It has become.
  • the crucible 14 and the mold 20 are disposed in a sealed container (not shown), and the container is filled with a gas maintained at a predetermined pressure.
  • This gas has a eutectic point in a metal and a metal gas phase diagram in an isobaric gas atmosphere.
  • the metal is copper or aluminum, hydrogen, nitrogen or the like is selected as the gas.
  • the temperature is higher than the temperature at the eutectic point! If the temperature is high, the gas atoms dissolve in the metal in the liquid state, and if the temperature is lower than the temperature at the eutectic point, the gas atoms are in the solid state. Take advantage of the fact that it does not dissolve in metal and exists as a gas.
  • the sealed container is placed in an isobaric gas atmosphere, and a lump of metal 24 is loaded into the crucible 14 (FIG. 3 (a)).
  • a high-frequency current to the coil 16 with the on-off valve 22 closed, the lump of metal 24 in the crucible 14 is melted.
  • the gas is absorbed by the molten metal in an amount corresponding to its concentration and pressure.
  • the on-off valve 22 is opened, and the molten metal 26 is poured into the mold 20 (FIG. 3 (b)). Since the cooling unit 18 is provided at the bottom of the mold 20, a temperature gradient is formed upward from the bottom of the mold 20.
  • the metal solidifies while the bottom force of the mold 20 is also directed upward.
  • a eutectic reaction occurs in which the gas atoms are separated from the molten metal into a solid state metal and a gaseous state gas.
  • a porous metal (porous material) 30 having a tubular hole 28 formed therein is obtained (FIG. 3 (c)).
  • silicon which is a semiconductor
  • a porous material can be obtained by the above-described metal solidification method. In this case, the following steps are applied to a porous material such as silicon carbide.
  • the porous metal 30 obtained by the metal coagulation method is formed into a rectangular parallelepiped using, for example, an end mill to complete the porous member 10 (FIG. 1 (d)).
  • a groove is formed in the porous member 10 by, for example, discharge wire processing.
  • a virtual region 32a corresponding to the groove 11a to be formed with respect to the porous member 10 this intersects with the extending direction of the hole 8 at an angle of about 90 °. Place a discharge wire (not shown) extending in the X direction above.
  • the discharge wire is moved in the Z direction to reach the position above the lower surface (corresponding to the flat surface 4a) by the thickness of the base 4 for the heat sink 2.
  • the groove 11a is formed by pulling up in the + Z direction.
  • the thickness of the groove 11a (the length in the Y direction) is at least the wire diameter.
  • the cooling capacity of the porous member is such that the product Sp X hp of the contact area (heat transfer area) Sp between the hole and the refrigerant and the convective heat transfer coefficient hp from the inner surface of the hole to the refrigerant is high. High enough.
  • the fin 6 used in this embodiment in order to improve its cooling capacity, the number of holes 8 is increased to increase Sp, or the diameter of the hole 8 is decreased to reduce the flow rate of the refrigerant passing through the holes. A method to increase hp by increasing it is conceivable.
  • a lotus-type porous metal having a pore diameter in the range of several tens / zm to several mm and an arbitrarily set porosity can be produced by the method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-88254. wear.
  • the lotus-type porous metal can be provided easily and inexpensively.
  • the through-hole is not tubular as the porous member !, foam material (for example, foamed aluminum Any foam metal) is included within the scope of the present invention.
  • foam material for example, foamed aluminum Any foam metal
  • the force of using the lotus-type porous member 10, i.e., the lotus-type fin 6, does not cause the refrigerant flowing through the adjacent holes to merge, or the refrigerant flowing through a certain hole does not diverge.
  • a heat sink having a low pressure loss can be provided as a whole without the pressure loss caused by the flow.
  • the thickness of the fin 6 in the Y direction is set to 10 mm or less.
  • the number of holes 8 penetrating 7 is increased, and the cooling capacity of fin 6 is improved.
  • the base 4 and the fin 6 are formed by cutting the groove 11 in the porous member 10, so that the base differs from the conventional configuration described above.
  • the process of joining a plurality of fins one by one becomes unnecessary, and as a result, productivity can be improved.
  • a heat sink having one groove and thus two fins is also included in the scope of the present invention. Further, the shape of each fin, the shape of the base (including the shapes of the first and second surfaces 4a and 4b), and the method of cutting the groove do not limit the present invention.
  • FIGS. 4 (a) and 4 (b) show another method of obtaining a heat sink according to the present embodiment by cutting out a porous member.
  • a rectangular parallelepiped porous member 10 ′ formed in the same manner as described above is prepared.
  • the discharge wires are moved relative to the porous member 10 ′ along the virtual surface 34 of the porous member 10 ′ to produce substantially the same heat sinks 2 ′ and 2 ′′.
  • the diameter is sufficiently smaller than the width of the groove to be formed (length in the Y direction), specifically, from one side in the Y direction, the upper side force heat sink 2 'base 4' 1) Move the discharge wire to a position below the thickness of 1) and move it in the + Y direction by a predetermined distance (eg, lmm or more, preferably about 10mm). To reach the position above the lower surface by the thickness of the base 4 "for use. Next, move the discharge wire in the + Y direction by the width of the groove. 3) Move the discharge wire in the + Z direction to reach the position below the upper surface by the thickness of the base 4 'for the heat sink 2'. After the operations of 1) to 3) are repeated twice more, the discharge wire is moved in the + Y direction to obtain the heat sinks 2 ′ and 2 ′′ from the porous member 10 ′.
  • a predetermined distance eg, lmm or more, preferably about 10mm.
  • FIG. 5 shows a heat sink according to the second embodiment, which is indicated by 2A as a whole.
  • a plate (second base) 40 having better thermal conductivity is joined to the first surface 4a opposite to the side supporting the fins 6 of the base 4.
  • the heating element is placed on the base 40 (the first surface 4a of the base 4 is thermally connected to the heating element).
  • the hole 8 may not be tubular, and the refrigerant passage and the first surface 4 a of the base 4 may communicate with each other through the hole 8.
  • the heat generating element is placed on the first surface 4a of the base 4 and the heat sink is operated, the refrigerant leaks from the first surface 4a. Therefore, in this embodiment, the sealing performance of the heat sink 2A can be guaranteed by providing the base 40. As a result, the yield of the porous member is improved.
  • FIG. 6 shows a third embodiment of the heat sink according to the present invention.
  • the holes 8B through which the fins 6B pass are not parallel to the Y direction (arrangement direction of the fins 6B) but extend obliquely. Therefore, fin 6B has a larger heat transfer area S than fin 6 of the first embodiment having the same thickness. As a result, the cooling capacity of heat sink 2B can be improved.
  • the fins 6B of the heat sink 2B have an imaginary region (an XZ plane that forms an angle (acute angle) of about 90 ° or less with the extension direction) that is substantially orthogonal to the extension direction of the tubular hole with respect to the porous member. It can be obtained by forming a groove along a virtual region parallel to.
  • FIG. 6 illustrates the case where the extending direction of the tubular hole is shifted from the Y direction
  • the extension direction of the tubular hole is the Y direction
  • the case where the groove forming direction is shifted with respect to this is also included in the present embodiment.
  • FIGS. 7 (a) and 7 (b) are heat sinks according to the fourth embodiment, which is entirely indicated by 2C.
  • the groove is formed so as to leave the thickness of the porous member force base, and thus the fins are connected via the base.
  • the through-groove 41 extending from the upper surface in the Z direction to the lower surface of the porous member 10 is formed, and the plurality of fins 6C are formed by the side walls 42 formed on one side surface in the X direction. It is supported. That is, the fin 6C and the side wall 42 are integrally formed of a porous material.
  • a plate (base) 40 with good thermal conductivity is joined to the bottom surface of the fin 6C in the Z direction.
  • the heating element is placed on the base 40.
  • the base 40 also functions as a seal for preventing the refrigerant from leaking when the refrigerant passage and the lower surface of the fin 6C are communicated with each other through the hole 8.
  • the side wall 42 also functions as a wall constituting the refrigerant flow path, there is an advantage that the labor required for manufacturing the piping can be saved when the cooling device including the heat sink 2C is manufactured.
  • the method of manufacturing the heat sink 2C is the same as the method of manufacturing the heat sink 2 of FIG. That is, with respect to the rectangular parallelepiped porous member 10, a discharge wire extending in the Z direction is arranged on the left side in the X direction of the virtual region 32C corresponding to the groove to be formed. Then, this discharge wire is moved in the + X direction to reach the position on the left side in the X direction right side force by the thickness of the side wall 42 for the heat sink 2C. Thereafter, one through groove 41 is formed by moving in the X direction. The porous member 10 is joined to the base 40 after forming a plurality of through grooves.
  • the arrangement direction of the fins 6C may be substantially parallel to the extension direction of the tubular through-hole 8 as in the first embodiment, or the extension direction as in the third embodiment. You may make it form an acute angle. In the latter case, the heat transfer area S between the through hole and the refrigerant is increased, and the cooling capacity of the heat sink 2C can be improved.
  • the plurality of fins 6C are connected via the side wall 42 (in other words, the plurality of fins 6C are connected to the side wall via the side surface adjacent to the joint surface with the base 40). Therefore, it is possible to join multiple fins 6C to the base 40 at once. Therefore, productivity can be improved.
  • the fin 6C and the side wall 42 are mounted in the pipe constituting the cooling flow path, and the pipe wall constitutes the base 40 (a heating element is placed on the pipe wall). Included within the scope of the invention. This configuration also has the above effect according to the present embodiment.
  • Sidewalls 42R and 42L may be provided on both sides like the heat sink 2D in Fig. 8 where the side walls need not be provided only on one side (with respect to the X direction).
  • the through groove 41D separating the adjacent fins 6D is formed by using, for example, an end mill. Further, the side wall does not need to be provided on the entire side surface (one side with respect to the X direction) because at least the adjacent fins can be connected to obtain the above effect according to the present embodiment.
  • side walls 42a, 42b, and 42c may be provided alternately on the right and left sides in the X direction (in this case, the through grooves 41E separating the adjacent fins 6E are staggered). Form.) 0
  • FIG. 10 shows a heat sink according to the fifth embodiment, which is entirely indicated by 2F.
  • adjacent fins are connected via a base
  • adjacent fins are connected via a side wall.
  • Adjacent fins may be connected via both the base and the side wall.
  • a groove 41F opened outward in only one direction may be provided (that is, each groove 41F is bounded by the side walls 42R, 42L, adjacent fins 6F, and the base 4F).
  • grooves 41G that are open to the outside only in two adjacent directions may be provided (that is, each groove 41G has a side wall 42, adjacent fin 6G, and base 4G. Will form a boundary.)
  • FIG. 12 shows a heat sink according to the sixth embodiment, indicated as 2H as a whole.
  • A is a perspective view
  • (b) is a cross-sectional view when viewed from the X direction
  • (c) is a cross-sectional view when the force in the Z direction is also viewed.
  • the heat sink 2H is formed of a massive lotus-type porous member (porous member) having a substantially circular cross section and having a plurality of tubular holes 8 extending in the Y direction.
  • the heat sink 2H includes a plurality of grooves 41 provided substantially perpendicular to the Y direction.
  • the width of the groove 41 is approximately 0.5 mm, which is very narrow compared to the heat sink 2 of the first embodiment.
  • the groove 41 is manufactured (grooving) by, for example, a discharge wire force using a discharge wire.
  • the discharge wire is driven along the XZ plane and forms a cut in the porous member, but does not move in the direction along the XY plane as in the first embodiment, so a part of the porous member (virtual region 32a It does not cut ⁇ 32c). Since the width of the groove 41 corresponds to the thickness of the discharge wire, it is, for example, 0.5 mm as described above.
  • the manufacturing method of the groove 41 is the same in the following embodiments.
  • the ratio of the through-holes 8 increases.
  • the number of holes 8 through which the refrigerant passes increases and the heat dissipation effect is improved.
  • the width W (length in the Y direction) of the fin 6 sandwiched between the groove 41 and the groove 41 10 mm or less the number of through-holes is particularly large, and the heat dissipation effect (cooling efficiency) is greatly increased. To improve.
  • a mechanical force using an end mill may be used instead of the discharge wire force by wire cutting.
  • the porous member cut-out portions do not occur. Therefore, the refrigerant is also allowed to flow through the holes 8 included in the cut-out portions of the heat sink 2 of the first embodiment. And the surface area in contact with the refrigerant increases, improving the cooling efficiency
  • a wire installed so as to extend in the X direction is moved only in the Z direction, or an end mill installed in the Z direction is moved in the X axis direction.
  • the fin 6 and the base (support base) 4 also have a body structural force, the process and cost of joining the fin 6 and the base 4 by fitting or soldering can be omitted, and productivity is improved. . Furthermore, in the structure that can be applied, unlike the conventional structure (Publication No. 2001-358270), it is not necessary to join the fins from the porous member to the separately provided base. It leads to reduction.
  • FIG. 13 shows a heat sink according to the seventh embodiment, indicated as a whole by 21.
  • the lotus-type porous member used for the heat sink 21 includes not only a hole 8 having a circular cross section perpendicular to the axial direction (Y direction) but also a non-circular hole 8 ′.
  • the cross-sectional shape of the hole of the lotus type porous member may be either circular or non-circular.
  • FIG. 14 shows a heat sink according to the eighth embodiment, indicated as 2J as a whole.
  • FIG. 14A is a perspective view
  • FIG. 14B is a cross-sectional view when viewed in the Z direction.
  • the axial direction of the tubular hole 8 is the Y direction, while the groove 41 'has a predetermined angle from the XZ plane. It is only tilted.
  • the axial direction of the tubular hole 8 ( It is preferable to form the groove 41 in a plane perpendicular to the (Y direction). However, the formation direction of the groove 41 and the axial direction of the hole 8 do not have to be strictly perpendicular.
  • the processing step of the heat sink 2J can be simplified, and the manufacturing time can be shortened. it can.
  • the length W of the fin 6 in the Y direction is 10 in order to increase the proportion of the holes 8 penetrating the fin. Try to be less than mm! /
  • the manufacturing process of the heat sink 2J is simplified, and the manufacturing time can be shortened.
  • FIG. 15 shows a heat sink according to the ninth embodiment, which is entirely indicated by 2K.
  • the groove 41 is formed so that the side walls 42L and 42R and the base 4 remain.
  • the groove 41 is formed by alternately cutting from both sides of the lotus-type porous member so as to be substantially parallel to the XZ plane. That is, grooves 41 are provided in a zigzag arrangement in the Z direction.
  • the side walls 42L and 42R have the remaining force base 4 formed with grooves 41 so as to be cut.
  • the ratio of the through holes 8 is increased, and the cooling efficiency is improved. Further, the fin 6 and the base 4 through which the refrigerant passes can be integrally formed in the hole 8, and the process and cost for joining the fin 6 and the base 4 can be omitted, so that productivity is improved.
  • heat sinks 2 and 2 are joined to a base plate with good thermal conductivity, a plurality of fins 6 can be joined to the base plate at once, which simplifies the manufacturing process and reduces manufacturing costs. Is possible.
  • the formation of the groove 41 uses a discharge wire carriage by wire cutting or machining using an end mill.
  • FIG. 16 shows a heat sink according to the tenth embodiment, which is indicated as 2L as a whole.
  • (a) is a perspective view
  • (b) and (c) are cross-sectional views when viewed from the X direction.
  • groove 41 is formed so that side walls 42L and 42R remain. In the structure (b), the groove 41 penetrates in the Z direction to the bottom surface force, and in the structure (c), the groove 41 is formed so that the base 4 remains on the bottom surface.
  • a mechanical force using an end mill is used. That is, the end mill arranged in the Z direction is moved in the X direction to form the groove 41.
  • a heat sink is a force that is attached to a duct for flowing a refrigerant.
  • the side walls 42L and 42R also serve as a duct wall. Costs and processes required for manufacturing the duct wall can be omitted.
  • the heat sink 2L is joined to a base plate with good thermal conductivity, a plurality of fins 6 can be joined to the base plate at a time, so that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced. .
  • FIG. 17 shows a heat sink according to the eleventh embodiment, which is entirely indicated by 2M.
  • (a) is a perspective view
  • (b) is a cross-sectional view when a force in the X direction is also seen.
  • the heat sink 2M has a structure in which the heat sink 2K according to the ninth embodiment shown in FIG. 15 (b) is joined to a support base 71 having good thermal conductivity.
  • the support base 71 is made of, for example, copper, and is joined to the heat sink 2 mm by soldering or brazing.
  • FIG. 18 shows another heat sink according to the eleventh embodiment, which is indicated by 2M ′ as a whole.
  • (A) is a perspective view
  • (b) is a cross-sectional view when viewed from the X direction.
  • the heat sink 2M has a structure in which the heat sink 2K according to the ninth embodiment shown in FIG. 15 (a) is joined to a support base 71 having good heat conductivity.
  • FIG. 19 shows a heat sink according to the twelfth embodiment, indicated as 2N as a whole.
  • (a) is a perspective view
  • (b) is a cross-sectional view when viewed from the Z direction.
  • the heat sink 2N is formed of a side wall 4 of the heat sink 2K according to the ninth embodiment shown in FIG. 2L and 42R are joined to side wall plates 72L and 72R with good thermal conductivity.
  • the side wall plates 72L, 72R are also formed with copper force, for example, and heat sink 2 by soldering or brazing.
  • the bottom surface and both side surfaces are flat.
  • a heating element can also be placed on the 72R for cooling.
  • FIG. 20 shows a heat sink according to the thirteenth embodiment, indicated as 20, 20 ′ as a whole.
  • (A) is a perspective view
  • (b) and (c) are cross-sectional views when viewed from the X direction.
  • the heat sink 20 shown in (b) is the heat sink according to the ninth embodiment shown in FIG. 15 (b).
  • heat sink 20 shown in (c) joins the heat sink 2K according to the ninth embodiment shown in FIG. 15 (a) to the support base 71 having good thermal conductivity and the side wall plates 72L and 72R. It has the same structure.
  • FIG. 21 shows an embodiment in which the heat sink 2 is incorporated into the duct 80.
  • Duct 80 has bottom plate 81
  • ⁇ J-plates 82 and 83 are provided with self-tubes 87 and 88 force S, so that the cooling medium flows in the direction of arrow 21.
  • the duct 80 is sized so that the heat sink 2 is just accommodated in the duct 80.
  • the side plates 82 and 83 provided with the pipes 87 and 88 are attached to both sides of the heat sink 2 having the holes 8 on the heat sink. Arranged so as to sandwich 2
  • heat sink 2 may be joined to the bottom surface 81 of the duct 80 with solder or the like.
  • a heat sink 2A or the like that works in other embodiments may be applied to the heat sink housed in the duct 80.
  • FIG. 22 shows another embodiment in which the heat sink 2 is incorporated into the duct 80.
  • the other aspects are the same as those of the fifteenth embodiment.
  • FIG. 1 shows a heat sink according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a forging apparatus for porous metal (lotus-type porous member).
  • FIG. 3 shows a manufacturing process of a porous metal (lotus type porous member).
  • FIG. 4 shows another heat sink according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a heat sink according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a heat sink according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 shows a heat sink according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 shows another heat sink according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows another heat sink according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows a heat sink according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 shows another heat sink according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 shows a heat sink according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 shows a heat sink according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 shows a heat sink according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 shows a heat sink according to a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 shows a heat sink according to a tenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 shows a heat sink according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 shows another heat sink according to the eleventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 shows a heat sink according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 shows a heat sink according to a thirteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 shows a duct and a heat sink according to the fourteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 shows a duct and a heat sink according to the fifteenth embodiment of the present invention.

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Abstract

ヒートシンク２は、発熱体と熱的に接続される第１の面４ａを有するベース４と、ベース４の第２の面４ｂに支持され所定の方向に沿って並んだ複数のフィン６ａ～６ｄであってそれぞれ複数の貫通した孔８を有するフィンとを備える。ベース４と複数のフィン６ａ～６ｄは多孔質材料（ロータス型ポーラス材料）で一体的に形成されている。ヒートシンク２は、ダクト８０内に配置される。ヒートシンク２の幅（Ｗ）は、略１０ｍｍ以下であることが好ましい。

Description

明 細 書
ヒートシンクおよびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明はヒートシンクおよびその製造方法に関し、特に多孔質材料を用いたヒート シンクおよびその製造方法に関する。
背景技術
[0002] 半導体パワーモジュールのように動作時の発熱量が大きな半導体デバイスでは、 I BGTのような発熱体力も発生する熱を逃がすためにヒートシンクが用いられている。 通常、ヒートシンクは、発熱体が載置された板状のベースと、ベースに取り付けられた 複数のフィン力もなる。フィンは冷媒流路内に配置され、これにより発熱体で発生した 熱をベースおよびフィンを介して冷媒に伝達させる。
[0003] かかるヒートシンクの一例として、多孔材をフィンの材料に用い、フィンを貫通する複 数の孔を介して冷媒を流すものが特許文献 1に開示されて！ヽる。
特許文献 1：特開 2001— 358270号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] し力しながら、従来のヒートシンクは、多孔質材料を加工してフィンを作製した後、複 数のフィンをベースに貼り付けて作製して 、たため、ヒートシンクの製造時間や製造コ ストが上昇し、生産性の低下を招いていた。
[0005] そこで、本発明は、生産性の高 、ヒートシンクの提供を目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明は、発熱体と熱的に接続される第 1の面を有するベースと、ベースの第 1の 面と反対側の第 2の面に支持され所定の方向に沿って並んだ複数のフィンであって 、それぞれ複数の貫通孔を有するものとを備え、ベースと複数のフィンは多孔質材料 で一体的に形成してなることを特徴とするヒートシンクである。
発明の効果
[0007] 本発明によれば、ベースと複数のフィンは多孔質材料で一体的に形成されるため、 フィンをベースに一つずつ接合する必要がなぐヒートシンクの製造時間や製造コスト を低減でき、生産性が向上する。
発明を実施するための最良の形態
[0008] 以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の説明では、同 一または類似の構成要素は、複数の図面にわたって同一の符号または同一の符号 に適当な添字を付して表す。
[0009] 実施の形態 1.
図 1 (a)〜（c)は、全体が 2で示される、本実施の形態 1にかかるヒートシンクである。 このヒートシンク 2は、図示しない発熱体が載置される（発熱体と熱的に接続される） 平坦面 (第 1の面) 4aを有する板状のベース 4と、互いに平行に間隔をあけて平坦面 4aと反対側の平坦面 (第 2の面) 4bを介してベース 4に支持された、ベース 4と略垂直 な複数（図の例では、 4つ）の板状のフィン 6 (6a、 6b、 6c、 6d)とを備える。以下の説 明では、ベース 4は XY平面と平行に位置し、フィン 6a〜6dの配列方向を Y方向とし 、各フィン 6は XZ平面と平行に位置するものとする。
[0010] 各フィン 6は、略 Y方向に伸びた管状の孔 8を多数備えたロータス（レンコン)型の部 材である。ヒートシンク 2の動作時には、冷媒をフィン 6a、 6b、 6c、 6dの順に孔 8を介 して +Y方向に流すようにしてある。冷媒は、例えば、冷却水や不凍液 (エチレンダリ コール)などの液体、冷風やフロンなどの気体が用いられる。冷媒の漏れを防ぐため に、通常は、冷媒の流れ方向に関してヒートシンク 2の上流および下流に配管を設け るとともに、フィン 6の上部および側部を密閉する板を設けて、冷媒を流すようにする。 しかしながら、空冷式の場合、冷風を配管内に流す代わりに、フィン 6を大気に露出さ せることも可會である。
[0011] ヒートシンク 2のベース 4とフィン 6は、例えば銅、マグネシウム、ァノレミ-ゥム、シリコ ンなどの金属からなる直方体状の多孔質部材 (ロータス型ポーラス部材） 10 (図 1 (d) )に対し XZ平面に平行な 1つまたはそれ以上（図 1 (d)の例では 3つ）の溝 11 (1 la、 l ib, 11c)を切削加工することにより一体的に形成される。なお、これまでの説明で 明らかなように、ベース 4の平坦面 4bは、一部は溝 11の底面 (ヒートシンク 2の外観） を形成し、一部はフィン 6との仮想的な境界を形成する。 なお、ヒートシンク 2は、例えばパソコンや大型コンピュータの CPUや MPUを冷却 するために用いられる（以下の実施の形態にぉ 、ても同じ)。
[0012] 以下、図 2、 3を参照してヒートシンク 2を形成する方法を説明する。
[0013] まず、管状の貫通孔を多数備えた金属を以下に示す公知の方法 (本願では、金属 凝固法といい、詳細は例えば特開平 10— 88254号公報に開示されている。）を用い て形成する。図 2は、そのような多孔質金属を形成するための铸造装置である。この 铸造装置 12は、金属の塊を収容するための坩堝 14を備える。坩堝 14の外周部には 、坩堝 14を加熱するためのコイル 16が卷回されており、コイル 16に高周波の電流を 印加することで坩堝 14内の金属を溶融するようになっている。坩堝 14の下側には、 底辺に冷却部 18を備えたモールド 20が配置されており、坩堝 14の下端に取り付け た開閉弁 22を介して、溶融状態にある金属をモールド 20に注ぎ込めるようになって いる。
[0014] 坩堝 14およびモールド 20は、密閉容器（図示せず）内に配置され、容器内には、 所定の圧力に保たれたガスが充填されている。このガスは、金属と、等圧ガス雰囲気 下において金属 ガス系状態図が共晶点を有するものである。例えば、金属が銅や アルミニウムであれば、ガスとして水素、窒素などが選択される。金属凝固法では、共 晶点での温度より高!、温度であれば、ガス原子が液体状態にある金属に溶け込み、 共晶点での温度より低い温度であれば、ガス原子が固体状態の金属に溶け込まず、 気体として存在することを利用する。
[0015] 力かる铸造装置 12において、まず、密閉容器を等圧ガス雰囲気下におくとともに、 金属 24の塊を坩堝 14内に装填する（図 3 (a) )。開閉弁 22を閉じた状態でコイル 16 に高周波電流を印加することで、坩堝 14内の金属 24の塊を溶融させる。その結果、 ガスはその濃度や圧力に応じた量が溶融状態の金属に吸収される。次に、開閉弁 2 2を開 、て溶融金属 26をモールド 20に流し込む（図 3 (b) )。モールド 20の底部には 冷却部 18が設けてあるので、モールド 20の底部から上方に向けて温度勾配が形成 されている。この結果、金属はモールド 20の底部力も上方に向けて凝固が進行する ことになる。溶融金属が凝固する過程において、ガス原子が溶解した溶融金属から 固体状態の金属と気体状態のガスとに分離される共晶反応が生じる。ガスの通路で ある孔がモールド 20底部から上方に向けて成長するため、内部に管状の孔 28が形 成された多孔質金属 (多孔質材料) 30が得られる（図 3 (c) )。なお、金属の代わりに 半導体であるシリコンを用いても上述した金属凝固法により多孔質材料を得ることが 可能である。この場合、以下に示す工程はシリコンカゝらなる多孔質材料に適用される
[0016] 続いて、金属凝固法により得られた多孔質金属 30を、例えばエンドミルなどを用い て直方体に形成し多孔質部材 10 (図 1 (d) )を完成させる。そして、この多孔質部材 1 0に対し例えば放電ワイヤ加工で溝を形成する。具体的には、図 1 (d)を参照して、 多孔質部材 10に対し、形成すべき溝 11aに対応する仮想領域 32a (これは、孔 8の 伸張方向と約 90° の角度で交差する。）上方に、 X方向に伸びた放電ワイヤ（図示 せず）を配置する。そして、この放電ワイヤを Z方向に移動させヒートシンク 2用のベ ース 4の厚み分だけ下面（平坦面 4aに対応)から上側にある位置に到達させる。その 後 + Z方向に引上げることで、溝 11aを形成する。溝 11aの厚み (Y方向長さ）は、少 なくともワイヤの線径である。以上の動作を残りの 2つの仮想領域 32b、 32cで繰り返 して溝 l lb、 11cを形成することにより、ロータス型のフィン 6a〜6dが形成されたヒー トシンク 2が得られる（なお、金属凝固法の性質上、フィン 6には貫通した孔 8のみなら ず貫通していない孔も形成され (図 1 (c)参照）、貫通孔の断面形状は円形に限らな い。）。
[0017] 一般に、多孔質部材の冷却能力は、孔と冷媒の接触面積 (伝熱面積) Spと、孔の 内面から冷媒への対流熱伝達率 hpとの積 Sp X hpの値が高 、ほど高 、。本実施の 形態で用いられるフィン 6に関しても、その冷却能力を向上させるために孔 8の数を 増やして Spを増加させたり、孔 8の径を小さくして孔内を通過する冷媒の流速を増加 させることで hpを増加させる方法が考えられる。
[0018] なお、特開平 10— 88254号公報に開示された方法により、孔径が数十/ z m〜数 m mの範囲で、また、その空隙率を任意に設定した、ロータス型ポーラス金属が作製で きる。また、力かる製造方法によれば、ロータス型ポーラス金属が、容易且つ安価に 提供できる。
[0019] また、多孔質部材として貫通孔が管状でな!、発泡材 (例えば、発泡アルミニウムな どの発泡金属）を用いた構成も本発明の範囲内に含まれる。し力しながら、ロータス 型の多孔質部材 10、すなわちロータス型のフィン 6を用いる方力 隣り合う孔を流れ る冷媒が合流したり、ある孔を流れる冷媒が分流することがなぐしたがって合流や分 流に伴う圧力損失がなぐ全体として圧力損失の低いヒートシンクを提供できる点で 好ましい。
[0020] 特に、ロータス型の多孔質部材 10では、図 1 (c)の Y方向の孔の長さが 10mm程度 であるため、 Y方向のフィン 6の厚みを 10mm以下とすることにより、フィン 7を貫通し た孔 8の数が多くなり、フィン 6の冷却能力が向上する。
[0021] 以上のように、本実施形態では、多孔質部材 10に対し溝 11を切削加工することに よりベース 4とフィン 6をカ卩ェ形成するので、上述した従来の構成とは異なりベースと 複数のフィンを一つずつ接合する工程が不要となり、その結果、生産性を向上させる ことができる。
[0022] また、従来のように、ベースにフィンを接着剤で接続した場合、接続部の熱伝導率 が悪いために放熱特性の向上が困難であった。これに対し、本実施の形態にかかる ヒートシンク 2では、フィン 6とベース 4とを一体成型するため、放熱特性が向上する。
[0023] なお、形成する溝が一つしたがって 2つのフィンを有するヒートシンクも本発明の範 囲内に含まれる。また、各フィンの形状、ベースの形状 (第 1および第 2の面 4a、 4bの 形状を含む。）、溝を切削加工する方法は本発明を限定しない。
[0024] 図 4 (a)、 (b)は、多孔質部材を切り出して本実施の形態に係るヒートシンクを得る別 の方法を示す。本方法では、上述したのと同様にして形成した直方体状の多孔質部 材 10'を用意する。そして、放電ワイヤを多孔質部材 10'の仮想面 34に沿って多孔 質部材 10'に相対的に移動させることにより、略同一のヒートシンク 2'、 2"を作製する 。使用されるワイヤの線径は、上述の切削方法と異なり、形成すべき溝の幅 (Y方向 長さ）よりも十分に小さい。具体的に、 Y方向に関する一側面から、上辺力 ヒートシ ンク 2'用のベース 4'の厚み分下側の位置に放電ワイヤを当て、 1) +Y方向に所定 距離 (例えば lmm以上、好ましくは 10mm程度)移動させる。続いて、 2)放電ワイヤ を Z方向に移動させヒートシンク 2"用のベース 4"の厚み分だけ下面から上側にあ る位置に到達させる。次に、放電ワイヤを溝の幅分だけ +Y方向に移動させる。そし て、 3)放電ワイヤを + Z方向に移動させヒートシンク 2 '用のベース 4 'の厚み分だけ 上面から下側にある位置に到達させる。 1)〜3)の動作をさらに 2度繰り返した後、放 電ワイヤを +Y方向に移動させることにより、多孔質部材 10'からヒートシンク 2'、 2" が得られる。
[0025] この切り出し方法によれば、同時にヒートシンクを 2つ形成することができ、したがつ て上述した溝を切削する方法に比べて生産性がさらに向上する。
[0026] 実施の形態 2.
図 5は、全体が 2Aで示される、本実施の形態 2にかかるヒートシンクである。本実施 形態に係るヒートシンク 2Aでは、ベース 4のフィン 6を支持する側と反対側の第 1の面 4aにさらに熱伝導性の良好な板 (第 2のベース) 40が接合されて 、る。発熱体はべ ース 40上に載置されている（ベース 4の第 1の面 4aは発熱体と熱的に接続されてい る。）。
[0027] ヒートシンク 2Aのもとになる多孔質部材を作製したとき、孔 8が管状とならず冷媒の 通路とベース 4の第 1の面 4aとが孔 8を介して連通する場合がある。この場合、ベース 4の第 1の面 4aに発熱体を載置してヒートシンクを動作させると、冷媒が第 1の面 4aか ら漏れることになる。そこで、本実施形態では、ベース 40を設けることにより、ヒートシ ンク 2Aのシール性を保証できる。これは結果的に、多孔質部材の歩留まりを向上さ せること〖こなる。
[0028] 実施の形態 3.
図 6は、本発明に係るヒートシンクの実施の形態 3を示す。本実施形態に係るヒート シンク 2Bでは、フィン 6Bの貫通した孔 8Bは、 Y方向（フィン 6Bの配列方向）と平行で はなく斜めに延びている。したがって、フィン 6Bは、同一の厚みを有する実施の形態 1のフィン 6と比べて伝熱面積 Sが大きぐその結果、ヒートシンク 2Bの冷却能力を向 上させることができる。
[0029] ヒートシンク 2Bのフィン 6Bは、多孔質部材に対し管状の孔の伸張方向とは実質的 に直交しな 、仮想領域 (該伸張方向と約 90° 以下の角度 (鋭角）をなす XZ平面に 平行な仮想領域）に沿って溝を形成することにより得ることができる。
[0030] なお、図 6では管状の孔の伸張方向を Y方向からずらした場合について説明したが 、管状の孔の伸張方向は Y方向とし、これに対して溝の形成方向を ΧΖ面力 ずらし た場合も本実施の形態に含まれる。
[0031] 実施の形態 4.
図 7 (a)、（b)は、全体が 2Cで示される、本実施の形態 4にかかるヒートシンクである 。上記実施形態では、多孔質部材力 ベースの厚み分を残すように溝を形成してお り、したがってフィン同士がベースを介して接続されていた。これに対し、本実施形態 に係るヒートシンク 2Cでは、多孔質部材 10の Z方向上面から下面に抜ける貫通溝 41 が形成され、複数のフィン 6Cは、 X方向に関して一側面に形成された側壁 42により 支持されている。すなわち、フィン 6Cと側壁 42は多孔質材料で一体的に形成してな る。フィン 6Cの Z方向下面には熱伝導性の良好な板 (ベース) 40が接合されて 、る。 発熱体はベース 40上に載置される。ヒートシンク 2Cの動作時、ベース 40は、冷媒通 路とフィン 6Cの下面とが孔 8を介して連通されている場合に冷媒が漏れるのを防止 するためのシールとしても機能する。また、側壁 42は、冷媒流路を構成する壁として も機能するため、ヒートシンク 2Cを備えた冷却装置を製造する際に、配管の製作に 要する手間を省ける利点を有する。
[0032] ヒートシンク 2Cの作製方法は、図 1のヒートシンク 2の作製方法と同様である。すな わち、直方体状の多孔質部材 10に対し、形成すべき溝に対応する仮想領域 32Cの X方向左側に、 Z方向に伸びた放電ワイヤを配置する。そして、この放電ワイヤを +X 方向に移動させヒートシンク 2C用の側壁 42の厚み分だけ X方向右面力 左側にある 位置に到達させる。その後 X方向に移動させることで、一つの貫通溝 41を形成す る。多孔質部材 10は、複数の貫通溝を形成した後、ベース 40に接合される。
[0033] フィン 6Cの配列方向は、実施の形態 1と同様に管状の貫通した孔 8の伸張方向と 実質的に平行となるようにしてもよいし、実施の形態 3と同様に上記伸張方向と鋭角 をなすようにしてもよい。後者の場合、貫通孔と冷媒の伝熱面積 Sが大きくなり、ヒート シンク 2Cの冷却能力を向上させることができる。
[0034] 本実施の形態では、複数のフィン 6Cは側壁 42を介して接続されており（言 、換え れば、複数のフィン 6Cは、ベース 40との接合面と隣接する側面を介して側壁 42によ り支持されており）、したがって、複数のフィン 6Cを一度にベース 40に接合することが できるので、生産性を向上させることができる。
[0035] フィン 6Cおよび側壁 42を、冷却流路を構成する配管内に取り付け、配管の壁がベ ース 40を構成する (配管の壁に発熱体が載置される。）場合も、本発明の範囲内に 含まれる。この構成も本実施形態に係る上記効果を有する。
[0036] 側壁は (X方向に関して）一方側にのみ設ける必要はなぐ図 8のヒートシンク 2Dの ように両側に側壁 42R、 42Lを設けてもよい。隣り合うフィン 6Dを隔てる貫通溝 41D は例えばエンドミルを用いて形成する。また、側壁は、少なくとも隣り合うフィンを接続 すれば、本実施形態に係る上記効果を得ることができるため、側面 (X方向に関して 一方側）全体に設ける必要はない。例えば図 9 (a)のヒートシンク 2Eのように、 X方向 右側および左側に交互に側壁 42a、 42b、 42cを設けてもよい（この場合、隣り合うフ イン 6Eを隔てる貫通溝 41Eを千鳥状に形成する。 )0
[0037] 図 7、 8のように全てのフィンを支持する側壁を設ける場合、ベース 40に載置した発 熱体以外に側壁上に別の発熱体を載置することができ、側面からの発熱に対応した ヒートシンクを提供できる。ヒートシンクのシール性を確保するためにさらにベースを 側壁に接合させてもよい。
[0038] 図 9 (a)のように側壁を各側面の一部に設ける場合、図 9 (b)に示すように、別のベ ース 46R、 46Lを各側壁に接合すれば、これらベース 46R、 46L上に発熱体を載置 することができ、したがって、側面からの発熱に対応したヒートシンクを提供できる。
[0039] 実施の形態 5.
図 10は、全体が 2Fで示される、本実施の形態 5にかかるヒートシンクである。
実施の形態 1〜3では、隣り合うフィン同士がベースを介して接続され、実施の形態 4では、隣り合うフィン同士が側壁を介して接続されていた。隣り合うフィン同士を、ベ ースおよび側壁両方を介して接続するようにしてもよい。例えば、図 10のヒートシンク 2Fのように、一方向のみ外部に開いた溝 41Fを設けてもよいし (すなわち、各溝 41F は、側壁 42R、 42L、隣り合うフィン 6F、およびベース 4Fにより境界が形成される。） 、図 11のヒートシンク 2Gのように、隣り合う二方向のみ外部に開いた溝 41Gを設けて もよい（すなわち、各溝 41Gは、側壁 42、隣り合うフィン 6G、およびベース 4Gにより 境界が形成される。）。 [0040] 実施の形態 6.
図 12は、全体が 2Hで示される、本実施の形態 6にかかるヒートシンクである。（a)は 斜視図、（b)は X方向から見た場合の断面図、（c)は Z方向力も見た場合の断面図で ある。
[0041] ヒートシンク 2Hは、略円形の断面を持ち Y方向に延びた複数の管状の孔 8を有す る塊状のロータス型ポーラス部材 (多孔質部材)から形成されて 、る。ヒートシンク 2H は、 Y方向に略垂直に設けられた、複数の溝 41を含む。溝 41の幅 (Y方向の幅）は 略 0. 5mmで、実施の形態 1のヒートシンク 2の場合に比較して、非常に狭くなつてい る。
[0042] 本実施の形態 6では、溝 41の作製 (溝切り加工）は、例えば放電ワイヤを用いた放 電ワイヤ力卩ェで行われる。放電ワイヤは、 XZ平面に沿って動力され、ポーラス部材に 切り込みを形成するが、実施の形態 1のように XY平面に沿った方向には動力さない ため、ポーラス部材の一部 (仮想領域 32a〜32c)を切り取るものではない。溝 41の 幅は、放電ワイヤの厚みに相当するため、上述のように例えば 0. 5mmとなる。かかる 溝 41の作製方法は、以下の実施の形態においても同様である。
[0043] 実施の形態 1と同様に、このような溝 41を作製することにより、貫通した孔 8の割合 が増加する。この結果、冷媒が通過する孔 8の数も増加し、放熱効果が向上する。上 述のように、溝 41と溝 41に挟まれたフィン 6の幅 W(Y方向の長さ）を 10mm以下とす ることにより貫通孔が特に多くなり、放熱効果 (冷却効率)が大幅に向上する。
[0044] なお、溝 41の加工法として、ワイヤカットによる放電ワイヤ力卩ェの代わりに、エンドミ ルを用いた機械力卩ェを用いても構わな 、。
[0045] また、ヒートシンク 2Hでは、ポーラス部材の切り取り部（仮想領域 32a〜32c)が生じ ないため、実施の形態 1のヒートシンク 2では切り取られていた部分に含まれる孔 8に も冷媒を流すことができ、冷媒と接する表面積が増加するため、冷却効率が向上する
[0046] 更に、本実施の形態 6にかかる加工は、例えば X方向に延びるように設置したワイ ャを、 Z方向にのみ動かす、あるいは Z方向に設置したエンドミルを X軸方向に動か すなど、切断用工具を管状の孔の軸方向 (Y方向）と平行でない面内 (ZX平面)で動 かせばいい。言い換えれば、管状の孔の軸方向（Y方向）と平行な切断面が無いの で、実施の形態 1に比べて力卩ェが容易になる。
[0047] また、フィン 6とベース（支持台） 4がー体構造力もなるため、フィン 6とベース 4とを口 ゥ付やはんだ付けで接合する工程とコストが省略でき、生産性が向上する。更に、か 力る構造では、従来構造 (公開平 2001— 358270号)のように、ポーラス部材からで きたフィンを、別個に設けられたベースに接合する必要がないため、製造コスト、製造 時間の低減につながる。
[0048] 実施の形態 7.
図 13は、全体が 21で示される、本実施の形態 7にかかるヒートシンクである。
ヒートシンク 21に使用したロータス型ポーラス部材は、軸方向（Y方向）に垂直な断 面の形状が円形な孔 8だけでなく、非円形な孔 8 'も含む。
[0049] ヒートシンク 21では、孔 8、 8'の断面形状にこだわらないため、孔の断面形状が円 形にならな力つたロータス型ポーラス部材も使用することができる。
[0050] なお、以下の実施の形態においても、ロータス型ポーラス部材の孔の断面形状は、 円型、非円型を問わない。
[0051] 実施の形態 8.
図 14は、全体が 2Jで示される、本実施の形態 8にかかるヒートシンクであり、 (a)に 斜視図、（b)に Z方向に見た場合の断面図を示す。
[0052] 本実施の形態 8にかかるヒートシンク 2Jでは、（b)に示すように、管状の孔 8の軸方 向は Y方向であるのに対し、溝 41 'は、 XZ平面から所定の角度だけ傾いて形成され ている。
[0053] ロータス型ポーラス部材のフィン 6の孔 8に冷却液を多量に流して、熱伝達率を増 カロさせるためには、上述の実施の形態のように、管状の孔 8の軸方向（Y方向）と垂直 な面に溝 41を形成することが好ましい。しかし、溝 41の形成方向と孔 8の軸方向とを 、厳密に垂直にする必要はない。
[0054] 本実施の形態 8のように、溝 41 'が XZ平面から傾 ヽて形成されることを許容すること により、ヒートシンク 2Jの加工工程が簡略ィ匕され、製造時間を短縮することができる。
[0055] なお、フィンを貫通する孔 8の割合を増やすために、 Y方向のフィン 6の長さ Wは 10 mm以下になるようにして!/、る。
[0056] また、（c)に示すように、孔 8の軸方向が Y方向力も傾いたロータス型ポーラス部材 を用いても構わない。 （c)では、溝 41 'は XZ平面に形成されている。かかる構造でも
、ヒートシンク 2Jの製造工程が簡略ィ匕され、製造時間を短縮することができる。
[0057] 実施の形態 9.
図 15は、全体が 2Kで示される、本実施の形態 9にかかるヒートシンクである。
(a)に示すヒートシンク 2Kでは、側壁 42L、 42Rとベース 4が残るように、溝 41が形 成されている。溝 41は、 XZ平面と略平行になるように、ロータス型ポーラス部材の両 側から交互に切り込むことにより形成されている。すなわち、 Z方向に対して、千鳥配 列になるように溝 41が設けられて 、る。
[0058] 一方、（b)に示すヒートシンク 2K'では、側壁 42L、 42Rは残る力 ベース 4には切 り込みが入るように溝 41が形成されて 、る。
[0059] 力かるヒートシンク 2K、 2Κ，では、貫通した孔 8の割合が増加し、冷却効率が向上 する。また、孔 8内に冷媒が通過するフィン 6とベース 4とが一体形成でき、フィン 6と ベース 4を接合する工程とコストが省略でき、生産性が向上する。
[0060] また、ヒートシンク 2Κ、 2Κ，を熱伝導性の良好なベース板に接合すれば、複数のフ イン 6がー度にベース板に接合できるため、製造工程の簡略化、製造コストの低減が 可能となる。
[0061] なお、溝 41の形成には、ワイヤカットによる放電ワイヤカ卩ェや、エンドミルを用いた 機械加工が用いられる。
[0062] 実施の形態 10.
図 16は、全体が 2Lで示される、本実施の形態 10にかかるヒートシンクである。 (a) は斜視図、（b)、（c)は X方向から見た場合の断面図である。
[0063] ヒートシンク 2Lでは、側壁 42L、 42Rが残るように、溝 41が形成されている。 (b)の 構造では、上面力 底面まで Z方向に溝 41が貫通しており、（c)の構造では、底面に ベース 4が残るように溝 41が形成されて 、る。
[0064] 力かる溝 41の形成には、エンドミルを用いた機械力卩ェが用いられる。即ち、 Z方向 に配置したエンドミルを、 X方向に移動させて溝 41を形成する。 [0065] 一般的にヒートシンクは、冷媒を流すためのダクトの中に取り付けられる力 本実施 の形態 10に示すような側壁一体型のヒートシンク 2Lは、側壁 42L、 42Rがダクト壁も 兼ねているため、ダクト壁の製作に要するコストや工程が省略できる。
また、力かるヒートシンク 2Lを熱伝導性の良好なベース板に接合すれば、複数のフ イン 6がー度にベース板に接合できるため、製造工程の簡略化、製造コストの低減が 可能となる。
[0066] 特に、（c)に示すような側壁 42L、 42Rに加えてベース 4も一体となったヒートシンク
2Lでは、側壁 42L、 42Rのみならず、ベース 4もダクト壁を構成するため、ダクト壁の 製作に要するコストや工程が更に省略できる。
[0067] 実施の形態 11.
図 17は、全体が 2Mで示される、本実施の形態 11にかかるヒートシンクである。 (a) は斜視図、 (b)は X方向力も見た場合の断面図である。
[0068] ヒートシンク 2Mは、図 15 (b)に示す、実施の形態 9にかかるヒートシンク 2K，を熱伝 導性の良好な支持台 71に接合した構造となっている。支持台 71は、例えば銅から 形成され、はんだ接合やロウ付けによりヒートシンク 2Κ，に接合される。
[0069] 本実施の形態 11では、ヒートシンク 2K'を支持台 71に接合するため、一度に複数 のフィン 6を支持台 71に接合でき、製造工程の簡略化、製造コストの低減が可能とな る。
[0070] 一方、図 18は、全体が 2M'で示される、本実施の形態 11にかかる他のヒートシンク である。 （a)は斜視図、（b)は X方向から見た場合の断面図である。
[0071] ヒートシンク 2M，は、図 15 (a)に示す、実施の形態 9にかかるヒートシンク 2Kを熱伝 導性の良好な支持台 71に接合した構造となって ヽる。
かかる構造でも、一度に複数のフィン 6を支持台 71に接合できるため、製造工程の 簡略化、製造コストの低減が可能となる。
[0072] 実施の形態 12.
図 19は、全体が 2Nで示される、本実施の形態 12にかかるヒートシンクである。 (a) は斜視図、 (b)は Z方向から見た場合の断面図である。
[0073] ヒートシンク 2Nは、図 15 (a)に示す、実施の形態 9にかかるヒートシンク 2Kの側壁 4 2L、 42Rに、熱伝導性の良好な側壁板 72L、 72Rに接合した構造となっている。側 壁板 72L、 72Rは例えば銅力も形成され、はんだ接合やロウ付けによりヒートシンク 2
Kの側壁 42L、 42Rにそれぞれ接合される。
[0074] ヒートシンク 2Nでは、底面および両側面が平坦であるため、底面のみならず側壁板
72 72Rの上にも発熱体を配置して冷却することができる。
[0075] 本実施の形態 12では、ヒートシンク 2Kを側壁板 72L、 72Rに接合するため、一度 に複数のフィン 6を側壁板 72L、 72Rに接合でき、製造工程の簡略化、製造コストの 低減が可能となる。
[0076] 実施の形態 13.
図 20は、全体が 20、 20'で示される、本実施の形態 13にかかるヒートシンクである
。（a)は斜視図、（b)、（c)は X方向から見た場合の断面図である。
[0077] (b)に示すヒートシンク 20は、図 15 (b)に示す、実施の形態 9にかかるヒートシンク
2K'を熱伝導性の良好な支持台 71、および側壁板 72L、 72Rに接合した構造とな つている。
また、（c)に示すヒートシンク 20，は、図 15 (a)に示す、実施の形態 9にかかるヒート シンク 2Kを熱伝導性の良好な支持台 71、および側壁板 72L、 72Rに接合に接合し た構造となっている。
[0078] ヒートシンク 20、 20'では、底面および両側面が平坦であるため、底面のみならず 側壁板 72L、 72Rの上にも発熱体を配置して冷却することができる。
[0079] また、本実施の形態 13では、ヒートシンク 2K, 2K'を支持台 71、側壁板 72L、 72R に接合するため、一度に複数のフィン 6を支持台 71、側壁板 72R、 72Lに接合でき、 製造工程の簡略化、製造コストの低減が可能となる。
[0080] 実施の形態 14.
図 21は、ヒートシンク 2がダクト 80に組み込まれる態様を示す。ダクト 80は、底板 81
、佃 J板 82、 83、 84、 85、上板 86力らなる。佃 J板 82、 83には、酉己管 87、 88力 S設けら れ、冷却媒体が矢印 21の方向に流れるようになって 、る。
[0081] ダクト 80は、ダクト 80内にヒートシンク 2が丁度収容されるような大きさである。また、 配管 87、 88を備えた側板 82、 83は、ヒートシンク 2の孔 8を有する両面に、ヒートシン ク 2を挟むように配置される。
[0082] なお、ヒートシンク 2は、ダクト 80の底面 81に、半田等で接合しても構わない。
[0083] また、ダクト 80に収納するヒートシンクには、実施の形態 1のヒートシンク 2に代えて、 他の実施の形態に力かるヒートシンク 2A等を適用しても構わない。
[0084] 実施の形態 15.
図 22は、ヒートシンク 2がダクト 80に組み込まれる他の態様を示す。ダクト 80は、底 板 81、佃 J板 82、 83、 84、 85、上板 86力らなる力 佃 J板 84、 85と上板 86は、予め接 合されている。他は、上述の実施の形態 15の態様と同じである。
[0085] このように、側板 84、 85と上板 86を予め接合しておくことにより、ダクト 80の組み立 て工程が簡略ィ匕できる。
図面の簡単な説明
[0086] [図 1]本発明の実施の形態 1にかかるヒートシンクを示す。
[図 2]多孔質金属 (ロータス型ポーラス部材)の铸造装置を示す。
[図 3]多孔質金属（ロータス型ポーラス部材)の製造工程を示す。
[図 4]本発明の実施の形態 1にかかる他のヒートシンクを示す。
[図 5]本発明の実施の形態 2にかかるヒートシンクを示す。
[図 6]本発明の実施の形態 3にかかるヒートシンクを示す。
[図 7]本発明の実施の形態 4にかかるヒートシンクを示す。
[図 8]本発明の実施の形態 4にかかる他のヒートシンクを示す。
[図 9]本発明の実施の形態 4にかかる他のヒートシンクを示す。
[図 10]本発明の実施の形態 5にかかるヒートシンクを示す。
[図 11]本発明の実施の形態 5にかかる他のヒートシンクを示す。
[図 12]本発明の実施の形態 6にかかるヒートシンクを示す。
[図 13]本発明の実施の形態 7にかかるヒートシンクを示す。
[図 14]本発明の実施の形態 8にかかるヒートシンクを示す。
[図 15]本発明の実施の形態 9にかかるヒートシンクを示す。
[図 16]本発明の実施の形態 10にかかるヒートシンクを示す。
[図 17]本発明の実施の形態 11にかかるヒートシンクを示す。 [図 18]本発明の実施の形態 11にかかる他のヒートシンクを示す。
[図 19]本発明の実施の形態 12にかかるヒートシンクを示す。
[図 20]本発明の実施の形態 13にかかるヒートシンクを示す。
[図 21]本発明の実施の形態 14にかかるダクトとヒートシンクを示す。
[図 22]本発明の実施の形態 15にかかるダクトとヒートシンクを示す。
符号の説明
2 ヒートシンク、 4 ベース、 6 フィン、 8 孔、 10 多孔質部材（ロータス型ポーラス 部材)、 41 溝。

Claims

請求の範囲
[1] 発熱体と熱的に接続される第 1の面を有するベースと、
ベースの上記第 1の面と反対側の第 2の面に支持され所定の方向に沿って並んだ 複数のフィンであって、それぞれ複数の貫通孔を有するフィンとを備え、
ベースと複数のフィンは多孔質材料で一体的に形成してなることを特徴とするヒート シンク。
[2] ベースの第 1の面に接合された第 2のベースをさらに備えた請求項 1に記載のヒート シンク。
[3] 発熱体と熱的に接続される第 1の面を有するベースと、
ベースの上記第 1の面と反対側の第 2の面に接合され所定の方向に沿って並んだ 複数のフィンであって、それぞれ複数の貫通孔を有するフィンと、
ベースとの接合面と隣接する各フィンの側面を介して複数のフィンを支持する側壁 とを備え、
側壁と複数のフィンは多孔質材料で一体的に形成してなることを特徴とするヒートシ ンク。
[4] 発熱体と熱的に接続された外部のベースに接合され所定の方向に沿って並んだ 複数のフィンであって、それぞれ複数の貫通孔を有するフィンと、
外部のベースとの接合面と隣接する各フィンの側面を介して複数のフィンを支持す る側壁とを備え、
側壁と複数のフィンは多孔質材料で一体的に形成してなることを特徴とするヒートシ ンク。
[5] 所定の形状を有する多孔質部材を用意し、
多孔質部材に対し一つまたはそれ以上の溝を切削加工することにより、ベースまた は側壁と複数のフィンとが加工形成されることを特徴とする請求項 1〜4のいずれか 一つに記載のヒートシンク。
[6] 上記多孔質部材は、所定の方向に伸びる管状の孔を複数備え、
上記一つまたはそれ以上の溝は、管状の孔と交差するように切削加工されることを 特徴とする請求項 5に記載のヒートシンク。
[7] 上記一つまたはそれ以上の溝は、管状の孔の伸張方向とフィンの配列方向が鋭角 をなすように形成されることを特徴とする請求項 6に記載のヒートシンク。
[8] 上記多孔質部材は、
等圧ガス雰囲気下における金属 ガス系状態図が共晶点を有する金属とガスとを 用意し、等圧ガス雰囲気下で金属を溶融した後、溶融金属を所定の方向に沿って温 度勾配を有するモールド内で凝固させ、その後、凝固した金属を所定の形状に加工 する、
ことにより用意されることを特徴とする請求項 6または 7に記載のヒートシンク。
[9] 隣接するフィンの間に設けられた溝の間隔が、 1mm以上であることを特徴とする請 求項 1に記載のヒートシンク。
[10] 隣接するフィンの間に設けられた溝の間隔力 0. 5mm以下であることを特徴とする 請求項 1に記載のヒートシンク。
[11] 上記ヒートシンクの幅 (W)力 略 10mm以下であることを特徴とする請求項 1〜10 の！、ずれかに記載のヒートシンク。
[12] 上記側壁に接合された側壁板をさらに備えた請求項 3または 4に記載のヒートシン ク。
[13] 略平行に伸びる複数の管状の孔を有する多孔質部材を準備し、多孔質部材のー 部を略一直線に延びたワイヤで切り取り、フィンに挟まれた溝を形成するヒートシンク の製造方法において、
ワイヤが延びた方向に略垂直な面上でのワイヤの移動経路力 略コの字になること を特徴とする製造方法。
[14] 略平行に伸びる複数の管状の孔を有する多孔質部材を準備し、多孔質部材のー 部を略一直線に延びたワイヤで切り込み、フィンに挟まれた溝を形成するヒートシンク の製造方法において、
ワイヤが延びた方向に略垂直な面上でのワイヤの移動経路力 略一直線になること を特徴とする製造方法。
[15] 略平行に伸びる複数の管状の孔を有する多孔質部材を準備し、多孔質部材のー 部をエンドミルで削り、フィンに挟まれた溝を形成するヒートシンクの製造方法にお ヽ て、
エンドミルを略一定方向に移動させて溝を削ることを特徴とする製造方法。
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