(57)【要約】【課題】簡便な方法でヒートシンクの放熱効率を向上させる。【解決手段】基板２１と、基板２１から突出した金属製の中実フィン２２とを含むヒートシンク２０の加工装置１００であって、基板２１のフィン２２が形成されている面と反対側の面を保持するステージ３１と、フィン２２の厚みの一部を基板２１に向かってプレスして、フィン２２の厚みの一部をフィン２２の根元の基板２１面上でフィン２２の長手方向と交差する突起２３に変形させるプレス型４０と、を備える。【選択図】図３
2010129584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、基板から突出した金属製の中実フィンとを含むヒートシンクの加工装置であって、
基板のフィンが形成されている面と反対側の面を保持するステージと、
フィンの厚みの一部を基板に向かってプレスして、フィンの厚みの一部をフィンの根元の基板面上でフィンの長手方向と交差する突起に変形させるプレス型と、
を備えることを特徴とするヒートシンクの加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の加工装置であって、
フィンは複数のストレートフィンであり、
プレス型は少なくとも一つのフィンをプレスすること、
を特徴とする加工装置。
【請求項３】
請求項２に記載の加工装置であって、
プレス型の加工部分の幅は、フィンとフィンとの面間距離よりも大きく、対向するフィンの対向する部分を同時にプレスすること、
を特徴とする加工装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の加工装置であって、
プレス型は、
ベースと、
ベースに設けられ、プレス対象のフィンのプレス側面と対向するフィンとの間の溝に嵌まり込む第１のガイドリブと、
ベースに設けられ、プレス対象のフィンのプレス側面と反対側の面と対向するフィンとの間の溝に嵌まり込む第２のガイドリブと、
第１のガイドリブの側面に設けられ、第２のガイドリブに向かって突出した加工突起と、
第１のガイドリブの加工突起の設けられた領域に第１のガイドリブの先端からベースに向かって設けられ、第１のガイドリブの延びる方向と交差する方向に延びる切り欠きと、
を有することを特徴とする加工装置。
【請求項５】
請求項４に記載の加工装置であって、
プレス型は、２枚の第２のガイドリブと、各第２のガイドリブの間に設けられる第１のガイドリブとを備え、
第１のガイドリブの加工突起は第１のガイドリブの両側面から各第２のガイドリブに向かって突出していること、
を特徴とする加工装置。
【請求項６】
基板と、基板から突出した金属製の中実フィンとを含むヒートシンクの加工方法であって、
ステージの上に基板のフィンが形成されている面と反対側の面を保持し、
フィンの厚みの一部を基板に向かってプレスして、フィンの厚みの一部をフィンの根元の基板面上でフィンの長手方向と交差する突起に変形させること、
を特徴とするヒートシンクの加工方法。
【請求項７】
請求項６に記載の加工方法であって、
フィンは複数のストレートフィンであり、
プレス型は少なくとも一つのフィンをプレスすること、
を特徴とする加工方法。
【請求項８】
請求項７に記載の加工方法であって、
プレス型の加工部分の幅は、フィンとフィンとの面間距離よりも大きく、対向するフィンの対向する部分を同時にプレスすること、
を特徴とする加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子冷却用のヒートシンクの加工装置及びその加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エンジンとモータジェネレータの２種類の駆動源を組み合わせて車両の駆動源とするハイブリッド車両や、モータジェネレータによって車両を駆動する電気自動車等が多く用いられるようになってきている。このような電動車両には、充放電可能な二次電池と、二次電池の直流電力をモータジェネレータ駆動用の三相交流電力に変換して出力するとともにモータジェネレータによって回生した交流電力を二次電池に充電する電力変換器であるインバータとが搭載されている。インバータは、スイッチング素子のスイッチング動作によって電力の変換を行うものであるが、スイッチング動作の際に大きな熱を発生する。また、電動車両にはインバータの他に、直流電圧を変換する昇圧コンバータやＤＣ／ＤＣコンバータが搭載される場合があるが、これらのコンバータにも動作時に大きな発熱をするスイッチング素子が用いられている。スイッチング素子には、パワートランジスタが用いられることが多く、例えば、絶縁ゲートバイポーラ型トランジスタ（ＩＧＢＴ）等が用いられる。
【０００３】
このような高発熱性の半導体素子を用いたインバータなどの電気機器では、半導体素子で発生した熱を除去して半導体素子を適正な動作温度とするために、冷却装置が取り付けられている。例えば、特許文献１は、複数のストレートフィンの設けられた第１部材と第１部材と組み合わされる平板状の第２部材とによって構成され、第１部材のフィンと第２部材との間の流路に冷却水を流して第１部材のフィンと反対側の表面に取り付けられた半導体素子を冷却する半導体素子の冷却構造に関するもので、冷却流体の流れ方向に沿った半導体素子の間のフィンの間に突起を形成したり、半導体素子の取り付けられていない第２部材の冷却流路側に突起を形成したりして流路の流れに乱れを生じさせて冷却効率を高めるものが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、熱交換器に関して、放熱フィンに三角形状の板の切り起こしを形成し、冷却流路を流れる空気に乱流を発生させて熱交換の効率を高める方法が提案されている。
【０００５】
また、特許文献３には、平板をプレス波板状に加工した後、プレス加工したフィンの各フィンの延びる方向と直角方向に凹凸にプレス加工し、オフセットフィンとする冷却用フィンの製造方法が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１７２０１４号公報
【特許文献２】特開平８−２７１１６９号公報
【特許文献３】特開２００６−１３６９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の図５に記載されているように、スイッチング素子が配置される板の側にプレス加工によって突起を形成しようとすると、実際にはスイッチング素子の搭載される側から半抜きダボの加工を行い、冷媒流路側に突起を突出させる方法が用いられる。ところが、この方法で突起の加工を行った場合、スイッチング素子の配置される側の面にへこみができてしまい、その部分でスイッチング素子とヒートシンクとの熱伝導が悪くなることから、冷媒流路に突起を設けても冷却効率が低下してしまう。
【０００８】
電動車両などに用いられるスイッチング素子の大きさはその容量によって様々であるため、スイッチング素子の配置される領域に突起加工後のへこみが無く、突起を各スイッチング素子の間に配置しようとすると、ヒートシンクをそれぞれのスイッチグ素子の大きさに合わせて、例えば車種ごとに異なる設計とすることが必要となり、部品の種類が増えてコストが高くなってしまう。
【０００９】
また、特許文献２或いは特許文献３に記載されているようなフィンの形状は加工工数が多くなってしまい、電動車両のヒートシンクなどのように大量に生産するものには適用することが難しいという問題がある。
【００１０】
本発明は、簡便な方法でヒートシンクの放熱効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のヒートシンクの加工装置は、基板と、基板から突出した金属製の中実フィンとを含むヒートシンクの加工装置であって、基板のフィンが形成されている面と反対側の面を保持するステージと、フィンの厚みの一部を基板に向かってプレスして、フィンの厚みの一部をフィンの根元の基板面上でフィンの長手方向と交差する突起に変形させるプレス型と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のヒートシンクの加工装置において、フィンは複数のストレートフィンであり、プレス型は少なくとも一つのフィンをプレスすること、としても好適であるし、プレス型の加工部分の幅は、フィンとフィンとの面間距離よりも大きく、対向するフィンの対向する部分を同時にプレスすること、としても好適である。
【００１３】
また、本発明のヒートシンの加工装置において、プレス型は、ベースと、ベースに設けられ、プレス対象のフィンのプレス側面と対向するフィンとの間の溝に嵌り込む第１のガイドリブと、ベースに設けられ、プレス対象のフィンのプレス側面と反対側の面と対向するフィンとの間の溝に嵌り込む第２のガイドリブと、第１のガイドリブの側面に設けられ、第２のガイドリブに向かって突出した加工突起と、第１のガイドリブの加工突起の設けられた領域に第１のガイドリブの先端からベースに向かって設けられ、第１のガイドリブの延びる方向と交差する方向に延びる切り欠きと、としても好適であるし、プレス型は、２枚の第２のガイドリブと、各第２のガイドリブの間に設けられる第１のガイドリブとを備え、第１のガイドリブの加工突起は第１のガイドリブの両側面から各第２のガイドリブに向かって突出していること、としても好適である。
【００１４】
本発明のヒートシンクの加工方法は、基板と、基板から突出した金属製の中実フィンとを含むヒートシンクの加工方法であって、ステージの上に基板のフィンが形成されている面と反対側の面を保持し、フィンの厚みの一部を基板に向かってプレスして、フィンの厚みの一部をフィンの根元の基板面上でフィンの長手方向と交差する突起に変形させること、を特徴とする。
【００１５】
本発明のヒートシンクの加工方法において、フィンは複数のストレートフィンであり、
プレス型は少なくとも一つのフィンをプレスすること、としても好適であるし、プレス型の加工部分の幅は、フィンとフィンとの面間距離よりも大きく、対向するフィンの対向する部分を同時にプレスすること、としても好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、簡便な方法でヒートシンクの放熱効率を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。ヒートシンクの加工装置の実施形態について説明する前に、図１、図２を参照しながら本実施形態のヒートシンクの加工装置によって加工されたフィンが組み込まれた半導体素子の冷却器１０について説明する。
【００１８】
図１に示すように冷却器１０は、底板１１と、端板１２と、天板１３と、天板１３の表面に取り付けられ、表面に半導体素子１５が取り付けられるセラミック基板１４と、天板１３の半導体素子１５が取り付けられている面と反対側の面に取り付けられたヒートシンク２０とを備えている。図２に示すようにヒートシンク２０はアルミニウムの引き抜き加工にて基板２１とストレートのフィン２２とが一体に形成されている。フィン２２は中実で、フィン２２の厚さはＴｆ、フィン２２の高さはＨｆ、フィン２２の間の溝２５の幅はＷｆである。
【００１９】
底板１１と、端板１２と、天板１３とは、ロウ付けによって密閉構造に組み立てられ、内部には半導体素子１５を冷却するための冷媒が流れる。ストレートのフィン２２は冷媒の流路を形成し、冷媒はフィン２２の間の溝２５を流れて基板２１、天板１３、セラミック基板１４を通して半導体素子１５の熱を吸収し、半導体素子１５を冷却する。
【００２０】
フィン２２の根本部分には基板２１の表面からフィン２２の先端の方向に向かって突出した突起２３が形成され、フィン２２の間の溝２５を流れる冷媒に乱れを与え、ヒートシンク２０の放熱効率を高めることができるよう構成されている。また、突起２３が形成されている部分のフィン２２の側面には突起２３を形成する際にできた窪み２４がある。これは、フィン２２の加工の際にフィン２２をプレス加工して押し潰してその部分の金属を基板２１の方に移動させ、突起２３を形成しているため、フィン２２の押しつぶされた部分が窪み２４として残っているためである。
【００２１】
次に図３、図４を参照しながら本実施形態のヒートシンク加工装置１００の実施形態について説明する。図３に示すように、本実施形態のヒートシンク加工装置１００は、ヒートシンク２０を保持するステージ３１とフィン２２をプレス加工するプレス型４０とを含んでいる。
【００２２】
ステージ３１は、ヒートシンク２０のフィン２２の形成されている側と反対側の平面を保持する平板であって、ヒートシンク２０の基板２１を固定するための、例えば、吸着装置、固定装置などを備えている。
【００２３】
図３、及び図４に示すように、プレス型４０は、工具鋼などの高強度の鋼材によって形成され、ベース４１と、ベース４１に設けられ、ヒートシンク２０のフィン２２の溝２５に嵌まり込む直方体の第１のガイドリブ４２と第２のガイドリブ４３とを備えている。第１のガイドリブ４２の両側面に各第２のガイドリブ４３に向かって突出する各加工突起４４が設けられている。そして、第１のガイドリブ４２の加工突起４４が設けられている部分には、第１のガイドリブ４２の延びる方向と直角方向に延びる切り欠き４５が設けられている。切り欠き４５は四角い溝型形状となっている。
【００２４】
第１のガイドリブ４２、第２のガイドリブ４３の幅Ｗ１はフィン２２の間の溝２５の幅Ｗｆと略同等か若干せまくなっており、それぞれのリブ４２，４３がスムースにフィン２２の間の溝２５に嵌り込むことができるよう構成されている。また、第１のガイドリブ４２と第２のガイドリブ４３との隙間Ｗ２はヒートシンク２０のフィン２２の厚さＴｆと略同等か若干広くなっている。そして、第１のガイドリブ４２と第２のガイドリブ４３のベース４１からの突出高さＨ１はヒートシンク２０のフィン２２の高さＨｆよりも高くなるよう構成されている。第１のガイドリブ４２に形成された加工突起４４は直方体形状で、ベース４１と一体に成形されている。加工突起４４の第２のガイドリブ４３に向かう方向の突出量Ｄはヒートシンク２０のフィン２２の厚さＴｆの略１／２である。また、切り欠き４５の高さＨ２は、Ｌを切り欠き４５と加工突起４４の第１のガイドリブ４２の長さ方向の長さとして、加工突起４４が押しのけるフィン２２の体積＝Ｄ×（Ｈｆ−Ｈ２）×Ｌ、と切り欠き４５の体積＝Ｈ２×Ｗｆ×Ｌとが同一の体積となるように、Ｄ×（Ｈｆ−Ｈ２）＝Ｈ２×Ｗｆの関係を満たす高さとなっている。本実施形態ではプレス型４０は強度の高い鋼材によって構成されていることとして説明したが、アルミニウムのプレス加工ができれば金属に限らず例えばセラミックスなどによって形成してもよい。
【００２５】
以上のように構成されたヒートシンク加工装置１００によってヒートシンク２０のフィン２２を加工する工程について説明する。図３に示すように、ヒートシンク２０の基板２１をステージ３１に固定する。そして、プレス型４０の第１のガイドリブ４２と各第２のガイドリブ４３とがそれぞれヒートシンク２０のフィンの間の溝２５に合うように位置合わせを行う。
【００２６】
位置合わせが終了したら、図視しない加圧装置によってプレス型４０をヒートシンク２０に押し付けていく。図５に示すように、プレス型４０がヒートシンク２０に押し付けられると、最初にプレス型４０の加工突起４４の下面がフィン２２の先端に当たる。そして、プレス型４０を押し下げると硬質の加工突起４４はアルミニウムのフィン２２の先端からフィン２２に食い込んで、フィン２２を構成するアルミニウムを変形させてフィン２２の根元側に移動させていく。そして、更にプレス型４０を押し下げると、加工突起４４の下面は、フィン２２の根元側に移動させられたアルミニウムを押し下げるので、アルミニウムは第１のガイドリブ４２に設けられた切り欠き４５の中に入り込んでいく。そして、更にプレス型４０を押し下げると、切り欠き４５に入り込んだアルミニウムは切り欠き４５に沿った四角形状で、フィン２２の間の溝２５に直交する方向に延びる突起２３に成形される。そして、更にプレス型４０を押し下げると第１、第２のガイドリブ４２，４３の先端がフィン２２の間の溝２５の底、すなわち基板２１のフィン２２側の表面に当たり、アルミニウムの圧縮は停止する。
【００２７】
図６に示すように、プレス型４０を上昇させると、ヒートシンク２０には、フィン２２のアルミニウムをプレスによって変形させて成形した台座状の突起２３と、プレス型４０の加工突起４４によって押し潰されてフィン２２の厚み方向にくぼんだ窪み２４が形成されている。図７に示すように、突起２３及び窪み２４はいずれも冷媒の流路となる溝２５の延びる方向に直角に形成されているので、冷媒の流れを乱しヒートシンク２０の放熱効率を向上させる効果を奏する。窪み２４はプレス型４０の加工突起４４の押し下げによって形成されるので、加工突起４４の形に凹んだ形状である。本実施形態では加工突起４４は直方体形状であることから、窪み２４は四角溝型形状となっている。また、突起２３の形状はプレス型４０の切り欠き４５の形状に沿った形状となる。本実施形態では切り欠き４５は四角溝型形状であることから突起の形状は直方体形状となっている。切り欠き４５の形状を変更することによって突起２３の形状を変更することもできる。例えば、切り欠き４５を三角溝型形状とすると、三角柱形状の突起２３が形成される。
【００２８】
図８に示すように、以上の手順を繰り返し行うか、或いは、複数の加工突起４４が設けられているプレス型４０を用いてフィン２２の先端側から基板２１の方向に向かってフィン２２をプレスし、ヒートシンク２０の溝２５に複数の突起２３を形成することができる。複数の突起２３は図８に示すように、各溝２５に千鳥配置となるように形成してもよいし、いくつかの流路のみに設けるようにしてもよい。
【００２９】
以上説明した本実施形態のヒートシンク２０の加工装置はヒートシンク２０のフィン２２の先端側から基板２１のほうに向かってフィン２２を潰すことによって突起２３を形成することから、ヒートシンク２０の基板２１のフィン２２と反対側の平面度を損なうことなく、任意の位置に突起２３を設けることができ、ヒートシンク２０の放熱効果を高めることができるという効果を奏する。
【００３０】
本実施形態ではプレス型４０は第１のガイドリブ４２の両側面に加工突起４４を設けることとして説明したが、両側に設けず、一方の側面のみに設けるようにしてもよい。この場合、第２のガイドリブ４３は第１のガイドリブ４２の加工突起４４の設けられている側にのみ設けるようにしてコンパクトなプレス型４０としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】半導体素子の冷却器を示す断面図である。
【図２】ヒートシンクを示す平面図と断面図である。
【図３】本発明のヒートシンクの加工装置を示す説明図である。
【図４】本発明のヒートシンクの加工装置におけるプレス型を示す斜視図である。
【図５】本発明のヒートシンクの加工装置におけるフィンの加工工程を示す説明図である。
【図６】本発明のヒートシンクの加工装置によって加工したフィンと突起とを示す平面図と断面図である。
【図７】本発明のヒートシンクの加工装置によって加工したフィンと突起とを示す斜視図である。
【図８】本発明のヒートシンクの加工装置によって加工したヒートシンクを示す平面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  冷却器、１１  底板、１２  端板、１３  天板、１４  セラミック基板、１５  半導体素子、２０  ヒートシンク、２１  基板、２２  フィン、２３  突起、２４  窪み、２５  溝、３１  ステージ、４０  プレス型、４１  ベース、４２  第１のガイドリブ、４３  第２のガイドリブ、４４  加工突起、４５  切り欠き、１００  ヒートシンク加工装置。
【図１】
2010129584.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010129584.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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