(57)【要約】【課題】フィンを金属ベースに設けた溝に挿入し、溝をプレス刃により拡幅して、かしめにより一体化する従来のカシメ工法では、金属ベース溝を拡幅する際、押圧力が各溝に均等にかからず荷重のばらつきによる溝の拡幅差が発生して、不均一なフィン嵌合となり、十分なフィン性能（冷却性能）を発揮できなかった。【解決手段】金属ベース２に形成されたフィン溝２ｂの一側面を兼ねるベース溝２ａの凹部をプレス刃３で拡幅することで、フィン１をフィン溝２ｂ側面に押圧して嵌合する方法において、プレス刃３の先端部にローラー４を具備した。また、ローラー４の固定に、一定の遊び寸法（＝クリアランス）を設けて、ローラーの動きに自由度を与えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ベースの一方面にパワー素子などの発熱体が設置されるヒートシンクの前記金属ベースとフィンを、フィン間に挿入したプレス刃にて嵌合するものにおいて、先端に一定の遊び寸法を設けてローラーを具備したプレス刃により前記金属ベースに設けたベース溝を拡幅することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【請求項２】
前記ローラーを凹凸形状に形成したことを特徴とする請求項１記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項３】
パワー素子などの発熱体をモールド樹脂封止後に、前記金属ベースに設けたベース溝を拡幅してフィンと金属ベースをかしめて一体化するようにした請求項１記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項４】
前記金属ベースのベース溝が形成されたかしめ部は外部に露出するようにしてモールド樹脂封止されていることを特徴とする請求項３記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項５】
金属ベースの一方面にパワー素子などの発熱体が設置されるヒートシンクにおいて、前記金属ベースにフィンが挿入されるフィン溝と、このフィン溝より側壁が短くプレス刃により拡幅されるベース溝を設けたことを特徴とするヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パワー素子など発熱を伴う電子部品を放熱して冷却するヒートシンク及びヒートシンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ヒートシンクはダイキャスト成形や押出し成形でフィンとベースを一体化したものと、フィンとベースを個別化して組み合わせたものが使用されている。
フィンと金属ベースを個別化することで、押出成形やダイキャスト成形で必要な金型強度制約などが無く、狭いフィンピッチや長いフィン長を実現でき、半導体装置の設置面積の小型化や発熱するパワー素子の小型化による低コスト化に有効である。
このような、フィンと金属ベースを別体で製作し、その後一体化するには、カシメ工法が挙げられ、その先行例として、特許文献1に示すものがある。以下、この特許文献１に示すものの概略について説明する。
【０００３】
金属ベースには多数の溝が形成され、一つ置きに形成された一方の溝にはフィンが挿入され、他方の溝にはプレス刃が挿入される。フィンとプレス刃は隣あうように配列される。プレス刃は直上からプレス荷重を与えて溝が拡幅することで、１枚のフィンは両端溝の２点と嵌合される。このとき、ベースに形成される溝の深さと配置される位置は各溝とも同じである。そのため、拡幅された溝の先端はほぼ同じ位置でフィンを固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１０２７８６号公報（図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなフィンと金属ベースのカシメ工法では、金属ベース溝を拡幅する際、プレス刃と金属ベース溝の位置当たりが高精度である必要がある。即ち、位置当たりが不均一であると、荷重のばらつきによる溝の拡幅差が発生して、不均一なフィン嵌合となり、十分なフィン性能（冷却性能）を発揮できないことが懸念された。
ここで、一枚のフィンに対して、左右からプレス刃が加圧力を与え、嵌合部を変形させるという作用により、かしめ加工を行っている。ここで、プレス刃が左右のどちらかにずれて配置された状態でかしめ加工を行った時に、片側の加圧力は増すが、他方の加圧力が減ることになる。そのため位置ズレ量が大きくなると、かしめ部の嵌合力のアンバランスが大きく、結果として接触熱抵抗が大きくなってしまうことが懸念された。
【０００６】
また、フィン嵌合はモールド封止後に行うことも可能だが、モールド封止後はモールド樹脂の温度は高温から低温になることで金属ベースとモールド樹脂の線膨張差の発生や、樹脂の硬化収縮することで、モールド樹脂に反りが発生した。その結果、金属ベースは、フィンが挿入される溝の寸法、プレス刃が挿入される溝の寸法でばらつきが発生する。そのため、特に、プレス刃と溝の位置当たりに不整合が生じ、フィンと金属ベース間の嵌合力がばらついて、嵌合力の低い部位では接触熱抵抗が大きくなることが懸念された。
【０００７】
この発明は、従来のような問題点を解決し、フィンと金属ベース間の嵌合性を向上させ、金属ベースとフィンの接触熱抵抗の低減化を実現したヒートシンクを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
金属ベースの一方面にパワー素子などの発熱体が設置されるヒートシンクの前記金属ベースとフィンを、フィン間に挿入したプレス刃にて嵌合するものにおいて、前記プレス刃の先端部にローラーを具備した。また、ローラーの固定に、一定の遊び寸法（＝クリアランス）を設けて、ローラーの動きに自由度を与えた。
【発明の効果】
【０００９】
プレス刃の先端部にローラーを具備し、また、ローラーの動きに自由度を与えた為、プレス刃と溝の位置当たりが均一（不整合なし）となり、フィンと金属ベース間の嵌合性の
向上、更には金属ベースとフィンの接触熱抵抗の低減化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のヒートシンクの断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかるフィンと金属ベースの嵌合状態を示し、（ａ）は嵌合前の断面拡大図、（ｂ）はフィンと金属ベースの嵌合後の断面拡大図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかるプレス刃の構造を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかるプレス刃の構造を示し、（ａ）は一部を拡大で示す正面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】本発明をパワーモジュールに適応した構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図２に示すように、金属ベース２はプレス刃３により荷重を与えるベース溝２ａと、フィン１を挿入するフィン溝２ｂを備えている。ベース溝２ａの側面はフィン溝２ｂの側面を兼ねており、フィン１はこれらの側面間に挿入される。フィン溝２ｂの一側面はベース溝２ａからなり、フィン１に接するベース溝２ａの一側面はフィン溝２ｂの他側面に比べ短く構成される。
【００１２】
図３に示すように、プレス刃３は、その先端部が切り欠き状（凹形状）となっており、
プレス刃切り欠き部５の両端にはキリ穴６が設けられている。一方、ローラー４には両端にローラー軸７が設けられ、プレス刃切り欠き部５にローラー４が収まる構造となっている。そして、ローラー軸７とキリ穴６とは、一定の遊び寸法（＝クリアランス）を設けてローラー４に自由度を持たせている。
図２に示すように、プレス刃３の先端に設けたローラー４が金属ベース２のベース溝２ａに上方から圧力をかけ、ベース溝２ａを図２（ｂ）のように押し潰して、フィン１をベース溝２ａに嵌合してフィン１と金属ベース２とを一体化する。
図１に完成したヒートシンクの断面図を示す。
【００１３】
次に、実施の形態１に示すヒートシンクの製造方法について詳述する。ベース溝２ａの凹部は直上よりの押圧力により、プレス刃３のローラー４により拡幅して、凹部の先端部はフィン１の一側面に押圧する。さらに、フィン１はフィン溝２ｂの側面部に押圧される。よって、ベース溝２ａの凹部の拡幅により、２枚のフィン１をフィン溝２ｂに嵌合する。
【００１４】
この構造のプレス刃３によれば、仮にベース溝２ａの凹部に、歪等による変形（溝間隔バラツキ含む）が存在しても、プレス刃３先端のローラー４の遊び変位によって、ローラー４の表面がベース溝２ａ凹部に容易に沿うことができ、垂直方向の加圧力により、セルフアライメント作用が働き、左右にほぼ同等の加圧力が働くことになる。したがって、フィン１は確実に嵌合されることになる。
このことは、金属ベース２の溝寸法の加工精度の緩和にも寄与し、金属ベース２の低コスト化が可能となる。
【００１５】
なお、キリ穴６径とローラー軸７径を任意に選ぶことで、ローラー４の自由度（遊び変位量）は任意に設定できる。
この例の場合、例えば遊び変位量はモールド樹脂とベースの線膨張係数の差×アフターキュア温度と常温の差×ベースの長さ程度を有することで問題なくセルフアライメント作用が働いた。
更に、ローラー４の長さは、金属ベース溝２ａの長さより長尺である事も言うまでもない。
【００１６】
実施の形態２．
図４に本発明の別の実施形態を示した。図４のローラー４ａはその表面形状がフラットでなく、凹凸状となっている。なお、図４の符号中で図３と同一内容のものは同一符号で示している。
本実施形態の発明によれば、ローラー４ａ表面が凹凸形状に形成されているため、押圧力がローラー４ａの凸部に集中し、ベース溝２ａ凹部が一定の間隔で拡幅される。したがって、図３のローラー４が凹部を平均的に押圧・拡幅するのに比べ、フィン１はフィン溝２ｂの側面部により強く押圧・圧接される。
このため、フィン１と金属ベース２間の嵌合性がより向上し、金属ベース２とフィン１間の接触熱抵抗の低減化が実現できる。また、振動などによる外的力がフィン１に負荷されても、フィン１と金属ベース２間の嵌合の緩みや、これに伴うフィン脱落が防止できる。
【００１７】
なお、本実施形態のローラー４ａの凹凸形状は、矩形形状に限った事でなく、ネジ山形状の三角形状でも同様の効果が得られる。また、凹凸形状を、連続スパイラル状に形成しても、ディスクリートに形成しても良い。
更に、ローラー４ａ径、凹凸の凸寸法、凹寸法、或いは凹凸間隔は任意に選択することで、様々なフィン１板厚さや金属ベース２凹溝寸法に対応可能となる。
【００１８】
この発明は、図５に示す様なモールド式パワーモジュールに対し、より有効性を発揮する。即ち、図５のパワーモジュールでは、金属ベース２には絶縁シート８を介してフレーム９が固着されており、フレーム９にはパワー素子１０がはんだなどで固着されている。また、フレーム９の内部電極とパワー素子１０の電極間をワイヤボンディング１１などで配線している。そして，それら金属ベース２、フレーム絶縁シート８、フレーム９、パワー素子１０、ワイヤボンディング１１などをモールド樹脂１２で内包している。ここで、金属ベース２のかしめ部は外部に露出するように配置されている。そして、フレーム９の一部が外部電極として露出している。
【００１９】
このようにモールド樹脂封止した後に、フィン１をかしめにより固着することで、熱伝導グリース無しにヒートシンク機能を得ることができる。
このようなモールド樹脂封止をした場合、特有の問題点として以下のような点がある。例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂で封止した場合、硬化温度は通常１８０℃とするが、ここから常温に戻る過程で、モールド樹脂に内包される部分の構成材料が複数あるため、線膨張係数のミスマッチにより反りが発生する可能性がある。そのような反りが発生した場合、水平方向の位置精度に対して、従来の固定冶具では位置追従機能がないため、フィンを偏って加圧することになるが、本発明のような追従可能なローラーを用いた場合は、モールド樹脂硬化温度からの温度差により生じる熱歪を吸収してかしめ加工が可能となる。
【符号の説明】
【００２０】
１  フィン、  ２  金属ベース、  ２ａ  ベース溝、  ２ｂ  フィン溝、  ３  プレス刃、  ４、４ａ  ローラー、  ５  プレス刃切り欠き部、  ６  キリ穴、  ７  ローラー軸、  ８  絶縁シート、  ９  フレーム、  １０  パワー素子、  １１  ワイヤボンディング、  １２  モールド樹脂。
【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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