(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に並列に設けられるフィン固定用溝に、コルゲートフィンの各固定部を固着させて製造されるコルゲートフィン型ヒートシンクの製造方法において、
前記基板の溝を、その底部が平坦で、かつ開口側より広がっていくテーパ状に形成させ、さらに底部隅部にアールを付ける一方、コルゲートフィン固定部の底部を突出させつつ、その幅を、前記溝の開口側の最狭口幅以下に形成させ、
前記基板の溝に、コルゲートフィンの前記固定部を、下端が平坦な圧入刃で押圧させて、コルゲートフィンを固着させることを特徴とするコルゲートフィン型ヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子を冷却するためのコルゲートフィン型ヒートシンクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子を冷却するヒートシンクには種々の形態があるが、その一つとして、基板に多数の板状フィンが列設して固着される形態のものがある。
【０００３】
この形態の基本的製造方法は、基板に対して、板状フィンを１枚毎にろう付で固着するというものであるが、複数の板状フィンを１枚毎に固着するのではその手間が煩雑となることから、その問題を解決するために、例えば図６に示すように、長尺状の板部材を適宜曲折・押圧加工して得られる、複数のフィン部501と固定部502とからなるコルゲート（ひだ状）型のフィン500を、基板400上に固着する形態が用いられてきている。
【０００４】
しかし、コルゲート型フィン500を用いた場合でも、フィン500の固着手段としてろう付を行うと、ステンレス製の押さえ治具を必要とし、その押さえ治具が熱エネルギを吸収して熱効率を低下させたり、その押圧力でフィン部を変形させたりする問題があり、このため、ろう付を要さずに、コルゲートフィンを基板に固着する技術が特開平１０−７５０７８号において提案されている。なお、説明の便宜のため、特開平１０−７５０７８号に開示される技術を、以下単に、押圧型ヒートシンクという。
【０００５】
図７ないし図１０において、その押圧型ヒートシンクの技術を示す。この技術は、基本的に図７に示すように、基板4にフィン固定用の溝を形成し、その溝に、コルゲートフィンの固定部50を押圧して固着するというもので、その固着を確実にするために、まず図８に示すように、基板4の溝を底部40側が開口42より広がっていくテーパ状に形成するとともに、溝底部40の中央部が最深41となるような浅い断面Ｖ字形状に形成し、さらにその溝の脇に溝側壁の変形を許容する可撓溝43を形成し、一方図９に示すように、コルゲートフィン5の固定部50の幅A1を前記溝開口部42の幅A2と同寸法に形成するとともに、固定部50自体の形状をその底部51中央が凸となる断面逆Ｖ字状に形成するものとし、基板4及びコルゲートフィン5をそれら形状に形成したことを前提に、図７に示すように、コルゲートフィン固定部50の内側からその固定部50を、圧入刃6により、基板4の溝に押し込んでいくことで、フィン5の固着がなされるものである。フィン固定部50は、圧入刃6による押圧により、溝内においてその凸の頂部が下方に押動され、その底部51が溝底部40の形状に沿ったＶ字状に拡開するとともに、フィン固定部50の基端側が溝側壁の形状に沿った断面ハ字状に拡開することになる。このとき、溝側壁も押圧されて拡開方向に変形されるが、この変形は可撓溝43の変形により許容されることになる。このように、コルゲートフィン固定部50が溝内において、溝形状に沿った、すなわち開口側より底部側が広くなった拡開テーパ形状で圧接されることになるので、フィン5の抜けが有効に防止できる固着が達成されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような押圧型ヒートシンクでは、コルゲートフィン5の固定部50をその底部51中央部が凸となる断面逆Ｖ字状に形成することを要すため、図１０に示すように、フィン5の前駆体である板状部材53をコルゲート状に曲折加工する工程（図中、54が曲げ部分となる切り込み線）以外に固定部形成工程（図中、55が固定部形成箇所）が必要となり、工程が煩雑となる。
【０００７】
また、固定部50の形成工程において、コルゲートフィン固定部55(50)の両端角部が鋭角となるように、固定部55(50)を押圧していくので、両端角部に大きな荷重がかかり、クラックが入るおそれが大きい。クラックが入ったままのヒートシンクでは、熱抵抗が大きくなり、放熱特性が低下してしまうことになるとともに、機械的強度も弱くなる。
【０００８】
また、図７に示すように、固定部50を押圧していく際、固定部底部51が、断面逆Ｖ字状（同図(a)）から正Ｖ字状（同図(b)）と逆形状に拡開されることになるので、頂部及び両角部に大きなストレスがかかり、この際もクラックが生じるおそれが大きい。しかも、固定部形成工程でクラックが生じていると、拡開時のストレスでフィン5が破損することも起こりうる。
【０００９】
また、図８に示すように、基板4の溝底部40の中央部が最深となるような浅い断面Ｖ字形状に形成しているので、中央の最深部41分だけ基板4が厚くならざるを得ず、しかも、溝の脇に溝側壁の変形を許容する可撓溝43を形成する構造なので、フィンピッチ（図９に示すP）を可能な限り狭くすることができず、結局これらのことから、ヒートシンクの質量及び大きさが増加してしまうことになって、材料コストが増大するととともに、場合によっては、固着する半導体素子の脚に負担がかかることにもなる。
【００１０】
この発明は、以上のような問題に鑑み創案されたもので、ろう付を要することなくコルゲートフィンを固着することができるという、従来の押圧型ヒートシンクの利点を維持したまま、それが有する問題点を解決することのできる技術を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決しようとする手段】
【００１２】
このため、この発明に係るコルゲートフィン型ヒートシンクの製造方法は、基板に並列に設けられるフィン固定用溝に、コルゲートフィンの各固定部を固着させて製造されるコルゲートフィン型ヒートシンクの製造方法において、
前記基板の溝を、その底部が平坦で、かつ開口側より広がっていくテーパ状に形成させ、さらに底部隅部にアールを付ける一方、コルゲートフィン固定部の底部を突出させつつ、その幅を、前記溝の開口側の最狭口幅以下に形成させ、
前記基板の溝に、コルゲートフィンの前記固定部を、下端が平坦な圧入刃で押圧させて、コルゲートフィンを固着させることを特徴とする。
【００１３】
ここで、フィン固定部の突出形態は、曲線状でも直線状でも、また曲線状と直線状との混合形態（例えば曲線状に尖っていき先端が平坦となるような形状）のいずれでも良い。
【００１４】
【００１５】
本発明の製造方法においては、前記基板の溝を、その底部が平坦でかつ開口側より広がっていくテーパ状に形成させる一方、コルゲートフィン固定部の底部を突出させつつ、その幅を、前記溝の開口側の最狭口幅以下に形成させている。このため、この発明では、フィン固定部が、下端が平坦な圧入刃により押圧されて、前記溝に圧入されるとき、固定部突出が溝底部に到達するまでは変形なしに進んでいく。ここで、固定部底部は突出しているので、その突出分、内部に配置される圧入刃の先端には空隙が形成される。溝底部まで到達した状態で、さらに押圧力が付与されると、圧入刃は先端の空隙側に進んでいくが、空隙が押されるとその分フィン固定部は先端の突出が潰れていくと同時に、側部が横に広がっていき、最後は、固定部外面が溝形状に沿った拡開テーパ状になるので、フィン固定部が溝内に圧接されて固着される。
【００１６】
また、前記溝の底部隅部にアールを付けているので、フィン固定部が溝形状に沿った形状に変形するとき、より密着して変形するものとなり、溝に対する密着性が向上するものとなる。
【００１７】
次に、本発明の作用を、従来の押圧型ヒートシンクと比較しながら、図１ないし図３に基づき、より具体的に説明する。各図は、本発明及び押圧型ヒートシンクの形状を示す模式図である。
【００１８】
本発明においては、図１(a)に示すように、基板1の溝底部10が平坦となっており、同図(b)に示す押圧型ヒートシンクのように底部40の中央41が最深となるような浅い断面逆Ｖ字形状ではないので、最深部がない形状分、溝の深さを浅くでき（図中、Ｆ＞Ｇ）、基板1を薄く形成することができる。また、押圧型ヒートシンクのように、溝の脇に可撓溝（図８における43参照）を形成するといった構造でもなく、このため、押圧型ヒートシンクとくらべてヒートシンクの質量及び大きさを低減することが可能となる。ここで、溝底部10の隅にアールを付けているので、フィン固定部が固着される際、フィンと溝の密着面積が増加することは上述のとおりであり、本発明では、その構成により製造されたヒートシンクの放熱特性が向上する。
【００１９】
また、本発明のコルゲートフィン固定部の底部は、単に突出させるものなので、長尺状の板部材からコルゲートフィンを形成する際、押圧型ヒートシンクと異なり、後述する形態例のように、曲折工程のみで足りるものとなる。また、図２に示すように、押圧型ヒートシンクではフィン5の固定部50の両角部Aを鋭角に形成するのに対し、本発明では、底部が突出するので両角部が鈍角以上となり、このため、その形成工程において無理な負荷がかかることない。もちろん、フィン固定部を溝内において押圧していく際にも、押圧型ヒートシンクでは、図３(b)に示すように、フィン5の固定部底部51が、断面逆Ｖ字状から正Ｖ字状と逆形状に拡開されるのに対し（二点鎖線から実線）、本発明では、同図(a)に示すように、そのようなことがなく、フィン3の固定部底部31には何らストレスが生じない。
【００２０】
そして、これらヒートシンクにあっては、基板の溝形状と、コルゲートフィンの固定部の形状を上記のように形成したうえ、上述のように、溝に対する固着を確実に行わせており、それゆえ抜けの防止も十分図られている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の具体的実施形態例を図面に基づき説明する。以下に示すコルゲートフィン及び基板は、素材としてアルミニウムを想定しているが、形態例に示す程度の変形自在な素材で、かつヒートシンクとして放熱特性に優れる素材であれば、銅やマグネシウム等の金属でも、さらに他の素材でも良い。なお、以下の形態例はあくまで一例であり、本発明が以下の形態例に限定されるものでないことは当然である。すなわち、以下の形態例における各手段と均等ないし置換可能な手段は、当然に本発明の構成に含まれるものである。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
図４及び図５はコルゲートフィン型ヒートシンクの本形態例を示している。この形態例の基板110は、並列にフィン固定用溝が形成され、該溝はその底部111が平坦となっているとともに、開口112側から底部111に向かって広がっていくテーパ状に形成され、また、溝開口112周縁と溝底部111の隅部とにアールを付けて形成される。
【００２７】
一方、コルゲートフィン210は、長尺状の板部材を、押し型の押圧による曲折工程のみで形成される。ただ本形態例では、押し型の固定部成形部となる端部先端にアールが付けられており、これにより、形成されるフィン固定部211の底部212先端に、突出したアールが付けられることになる。また、固定部211の幅H2が、前記溝開口側の最狭口幅I2以下に形成される（本形態例ではH2がI2より数mm小さい）。なお、成形工程からすると、固定部先端を平坦にするより、アールを付ける本形態例のほうが容易に行い得るものである。
【００２８】
図５に示すように、このようなコルゲートフィン210の固定部211に、下端が平坦な圧入刃610を挿入し、基板110の溝に向かって押圧していくと（同図(a)）、本形態例では、フィン固定部211の幅が溝開口112側の最狭口幅以下なので（ここでは上述のように少し小さい）、フィン固定部211はすんなり溝に挿入していき、溝底部111まで到達することになるが（同図(b)）、フィン固定部211内の圧入刃610先端側には固定部211の突出したアール形状分空隙Ｓがあり、このためフィン固定部211の底部111への到達後も、圧入刃610のみフィン固定部211の空隙Ｓ側へ進んでいく（同図(c)）。このとき、フィン固定部211は、圧入刃610進行による押圧によって先端の突出が潰れていくとともに、側部が横に広がる変形が生じ、最終的には、溝形状に沿った拡開テーパ状に変形していく。これにより、固定部212外面が溝内形状に圧接固着される（同図(d)）。
【００２９】
このように、本形態例においては、開口112側から底部111に向かうに従って拡開する溝に、フィン固定部211がその形状に沿って圧接固着することになるので、確実にフィン210が固定され、抜けの防止も有効に図れるものとなっている。しかも、溝の隅部にアールが付けられているので、その密着性が増加し、フィン固定の確実性が向上するとともに、密着面積が増加し、ヒートシンクの放熱効果が向上する。
【００３０】
また本形態例は、上述のように、コルゲート形状の形成工程が容易であることのほか、次のような利点がある。まず、フィン固定部211の挿入時、基板110の溝開口112周縁及び側面に接触するおそれがきわめて少ない。これにより、押圧加重がより小さくて済むことになり、フィン加圧用設備を小さくすることができ、コスト低減が図れる。また、フィン固定部211外面と溝表面とが擦れることがないので、擦れ合う時に発生するおそれのある金属粉等の影響を考慮しなくても良い。また、フィン固定部211に角があるとすると、フィン形成時及びフィン挿入時に、加圧加重が角の部分に集中しがちになるが、本形態例では、固定部211先端がアールのついた突出形状なので角のような部分がなく、加重ストレスが一部にかかるようなことがない。さらに、一般に、フィン固定部の幅と、溝底部の幅とが一致するとき密着性が最適となるが、これらを完全に一致させるのは加工公差から容易ではない。しかし、本形態例の場合は、図５(d)に示すように、フィン固定部211の挿入時に、横に広がった部分が上方向に押し出されていくことになるので、加工寸法を厳密に一致させなくとも密着しやすいものとなる。
【００３１】
加えて、本形態例では、基板110の溝底部111が平坦となっており、基板101を薄く形成することができる。また、溝の脇に可撓溝（図８に示す43参照）を形成するまでもなく、上述のように、各コルゲートフィン210はその溝に密着するものとなっており、このため、ヒートシンクの質量及び大きさを低減できるものとなっている。
【００３２】
また、コルゲートフィン固定部211の底部212は、アールを付けて突出させるだけなので、長尺状の板部材からコルゲートフィン210の形成を上述のように曲折工程のみで完了させることができ、製造労力及びコストの低減が図れるものとなっている。もちろん、その形成工程において、フィン固定部211にクラックが生じることもないし、フィン固定部211を溝内において押圧していく際にも、フィン固定部211は変形するのみなので、クラックが生じるようなストレスは発生しないものとなっている。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るヒートシンクの製造方法によれば、コルゲートフィン固定部の底部は、単に突出させるものなので、長尺状の板部材からコルゲートフィンを得る形成工程は、１工程で足り、このため従来の押圧型ヒートシンクと比較して、コルゲートフィンの形成工程が簡易で、コストも低廉化するものとなっている。
【００３４】
また、従来の押圧型ヒートシンクではフィン固定部の両角部を鋭角に形成するのに対し、本発明においては、フィン固定部にそのような鋭角部がなく、フィン形成工程において無理な負荷がかかることがない。もちろん、フィン固定部を溝内において押圧していく際にも、押圧型ヒートシンクでは、フィンの固定部底部が、断面逆Ｖ字状から正Ｖ字状と逆形状に拡開されるのに対し、本発明では、そのようなことが一切なく、フィンの固定部底部には何らストレスが生じない。このため、押圧型ヒートシンクと比較して、放熱特性の低下及び機械的強度の防止を図るうえでより有利な構造となっている。
【００３５】
また、本発明においては、基板の溝底部が平坦であり、押圧型ヒートシンクのように基板の溝底部中央が最深となるような浅い断面逆Ｖ字形状ではないので、その最深部がない分、溝の深さを浅くでき、基板を薄く形成することができる。また、従来の押圧型ヒートシンクのように、溝の脇に可撓溝を形成するといった構造でもなく、押圧型ヒートシンクとくらべてヒートシンクの質量及び大きさを低減することができる。このため、押圧型ヒートシンクと比較して、材料コストを低廉に抑えることができるとともに、半導体素子にかかる重量負担を軽減させることができるものとなっている。
【００３６】
そして、本発明においては、基板の溝形状と、コルゲートフィンの固定部の形状を上記のように形成しているので、フィン固定部の溝への固着は確実に行われ、また抜けの防止も十分図られるものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の作用を説明するための図であり、(a)は本発明に用いられる基板に形成される溝の端面形状を、(b)は押圧型ヒートシンクにおける溝の端面形状を、それぞれ模式的に表している。
【図２】押圧型ヒートシンクにおけるフィン固定部の端面形状を模式的に表した説明図である。
【図３】本発明の作用を説明するための図であり、(a)は本発明に係るフィン固定部が基板の溝に挿入される際の端面形状を、(b)は押圧型ヒートシンクにおけるフィン固定部底部が変形する際の端面形状を、それぞれ模式的に表している。
【図４】本発明に係る実施形態例を示し、フィン固定部と、基板の溝との形状の説明図である。
【図５】図４に示す形態例において、フィン固定部が、基板の溝に挿入される際の状態を示す説明図であり、(a)はフィン固定部が溝に挿入される直前の状態、(b)はフィン固定部が溝底部に到達した直後の状態、(c)は(b)の状態で圧入刃をさらに押圧した状態、(d)は固着状態を各示す。
【図６】従来のコルゲートフィン型ヒートシンクを示す説明図である。
【図７】特開平１０−７５０７８号に開示されるコルゲートフィン型ヒートシンク（押圧型ヒートシンク）の製造工程を示す説明であり、(a)は固着前、(b)は固着後の状態を示す。
【図８】図７に示す基板の溝形状を示す説明図である。
【図９】図７に示すコルゲートフィンの形状を示す説明図である。
【図１０】図９に示すコルゲートフィンの前駆体（完成前の形態）を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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【図９】
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【図１０】
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