(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレート上に多数の直立したピンフィンと軸流ファン取付用の複数の台座とを備えたハイパワーヒートシンクであって、
複数個のくし状板体が厚み方向に重ね合わされると共に、くし状板体の欠落部でできた空間に台座となるブロック体がくし状板体に重ね合わされるように設けられており、くし状板体同士及びくし状板体とブロック体とがはんだにより接合されて構成されており、
くし状板体は、一列に並んだ多数のピンフィンとこれらピンフィンの一端を連結する縁部とからなり、縁部は板厚と同程度だけ同方向に突出しており、くし状板体は、縁部を揃えて重ね合わされており、
ブロック体は、一側面に突出片を有しており、該突出片がくし状板体の縁部に挟まれてくし状板体に重ね合わされており、
はんだは、隣り合うくし状板体の縁部と縁部との間に構成された隙間に、及びくし状板体の縁部とそれに隣接するブロック体の突出片との間に構成された隙間に、密に充填されており、はんだで接合された縁部とブロック体の突出片とによりベースプレートが構成されていることを特徴とするハイパワーヒートシンク。
【請求項２】
ベースプレート上に多数の直立したピンフィンと軸流ファン取付用の複数の台座とを備えたハイパワーヒートシンクを製造する方法において、
多数のスリット孔が平行に並んで打抜き形成されたアルミニウム又はその合金からなる板体であって、スリット孔に直交する両縁部が板厚と同程度だけ同方向に突出している板体を、作製するとともに、両側面に突出片を有するブロック体を作製する第１工程と、
板体を、上記縁部を揃えて重ね合わせると同時に、ブロック体を、板体を重ね合わせる途中の所定位置にて、突出片が板体の上記縁部により挟まれるように板体に重ね合わせて、複数のブロック体と多数の板体とからなる重合体を作製する第２工程と、
重合体を重ね合わせ方向に押圧した状態で、相互に当接した板体の上記縁部同士の間に形成されている隙間及び相互に当接した板体の縁部とブロック体の突出片との間に形成されている隙間に、超音波浸漬法によってはんだを侵入させることにより、複数のブロック体と多数の板体とが一体に接合された接合体を作製する第３工程と、
接合体を、スリット孔を横断するよう切断することにより２分割して、ハイパワーヒートシンクとなる分割体を得る第４工程とを備え、
第１工程は、一部が切欠かれた板体及び寸法が異なる板体を別に作製する工程を有しており、一部が切欠かれた板体の切欠き部は、第２工程の重合体を作製する際にブロック体が収納される空間を構成するように形成されており、寸法が異なる板体は、第２工程の重合体を作製する際にブロック体の突出片と同列に並ぶ大きさに設定されており、
第２工程は、ブロック体の突出片を板体の縁部で挟むとともに、ブロック体の突出片以外の部分を一部が切欠かれた板体の上記切欠き部で構成される空間に収納させるものであり、
第４工程は、板体と共にブロック体も２分割するものであることを特徴とするハイパワー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】
本発明は、軸流ファンが取付けられる台座を備えたハイパワーヒートシンク及びそれを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術及びその課題】
従来、軸流ファンが取付けられる台座を備えたハイパワーヒートシンクは、次のようにして製造されていた。即ち、まず、長寸法と短寸法の板体３を多数作製する。板体３は、多数のスリット孔３ａが平行に並んで打抜き形成され、スリット孔３ａに直交する両縁部３ｂが板厚と同程度だけ同方向に突出しているものである。１２はピンフィンである。そして、板体３を図１２に示すように揃えて重ね合わせるとともに、短寸法の板体３を並べた箇所に構成される空間に、台座となる直方体状のブロック体８を配置して、直方体状の重合体４を構成し、この重合体４の上下両面４ａ，４ｂを構成している板体３及びブロック体８の各部分を超音波浸漬法によって相互に接合して、重合体４がはんだにより一体となった接合体を構成し、この接合体をＡ−Ａ面にて２分割して、ハイパワーヒートシンクとなる２つの分割体を得る。
【０００３】
ところで、重合体４を超音波浸漬法によって接合する際には、重合体４がばらけてしまうのを回避するために、治具を用いて重合体４を重ね合わせ方向（図１２中の矢印Ｓ方向）に押圧した状態に維持している。しかし、ブロック体８及び板体３の寸法精度を余程厳密にしない限り、単にＳ方向に押圧しただけでは、特に中程に位置するブロック体８が重合体４から外れ落ちてしまう恐れがある。そこで、従来は、例えばまず重合体４の下面４ｂをはんだで接合する場合には、上面４ａのブロック体８の部分を隣の板体３の部分に溶接又は粘着テープにより仮留めしていた。
【０００４】
しかし、溶接した場合には、溶接作業が面倒であるために作業性が悪く、しかも、上面４ａを有する分割体がヒートシンクとして利用できなくなるために生産性が著しく低いという問題があった。また、粘着テープを用いる場合には、テープを剥がせば上面４ａを有する分割体もヒートシンクとして利用できるが、テープの貼り付け作業だけでなく、剥がし作業や貼り付け箇所の洗浄作業も必要であるために、作業性が悪いという問題があった。
【０００５】
本発明は、軸流ファンが取付けられる台座を備えたハイパワーヒートシンクを提供すること、及びそのようなハイパワーヒートシンクを製造する方法であって、はんだによる接合作業、ひいてはヒートシンクの製造作業を、作業性良く行うことができ、更に生産性を向上できる方法を提供すること、を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ベースプレート上に多数の直立したピンフィンと軸流ファン取付用の複数の台座とを備えたハイパワーヒートシンクであって、複数個のくし状板体が厚み方向に重ね合わされると共に、くし状板体の欠落部でできた空間に台座となるブロック体がくし状板体に重ね合わされるように設けられており、くし状板体同士及びくし状板体とブロック体とがはんだにより接合されて構成されており、くし状板体は、一列に並んだ多数のピンフィンとこれらピンフィンの一端を連結する縁部とからなり、縁部は板厚と同程度だけ同方向に突出しており、くし状板体は、縁部を揃えて重ね合わされており、ブロック体は、一側面に突出片を有しており、該突出片がくし状板体の縁部に挟まれてくし状板体に重ね合わされており、はんだは、隣り合うくし状板体の縁部と縁部との間に構成された隙間に、及びくし状板体の縁部とそれに隣接するブロック体の突出片との間に構成された隙間に、密に充填されており、はんだで接合された縁部とブロック体の突出片とによりベースプレートが構成されていることを特徴とするハイパワーヒートシンクである。
【０００７】
請求項２記載の発明は、ベースプレート上に多数の直立したピンフィンと軸流ファン取付用の複数の台座とを備えたハイパワーヒートシンクを製造する方法において、多数のスリット孔が平行に並んで打抜き形成されたアルミニウム又はその合金からなる板体であって、スリット孔に直交する両縁部が板厚と同程度だけ同方向に突出している板体を、作製するとともに、両側面に突出片を有するブロック体を作製する第１工程と、板体を、上記縁部を揃えて重ね合わせると同時に、ブロック体を、板体を重ね合わせる途中の所定位置にて、突出片が板体の上記縁部により挟まれるように板体に重ね合わせて、複数のブロック体と多数の板体とからなる重合体を作製する第２工程と、重合体を重ね合わせ方向に押圧した状態で、相互に当接した板体の上記縁部同士の間に形成されている隙間及び相互に当接した板体の縁部とブロック体の突出片との間に形成されている隙間に、超音波浸漬法によってはんだを侵入させることにより、複数のブロック体と多数の板体とが一体に接合された接合体を作製する第３工程と、接合体を、スリット孔を横断するよう切断することにより２分割して、ハイパワーヒートシンクとなる分割体を得る第４工程とを備え、第１工程は、一部が切欠かれた板体及び寸法が異なる板体を別に作製する工程を有しており、一部が切欠かれた板体の切欠き部は、第２工程の重合体を作製する際にブロック体が収納される空間を構成するように形成されており、寸法が異なる板体は、第２工程の重合体を作製する際にブロック体の突出片と同列に並ぶ大きさに設定されており、第２工程は、ブロック体の突出片を板体の縁部で挟むとともに、ブロック体の突出片以外の部分を一部が切欠かれた板体の上記切欠き部で構成される空間に収納させるものであり、第４工程は、板体と共にブロック体も２分割するものであることを特徴とするハイパワーヒートシンクの製造方法である。
【０００８】
請求項２記載の発明においては、重合体を重ね合わせ方向に押圧した状態ではんだ付けする際において、ブロック体の突出片以外の部分が板体の切欠き部で構成された内空間に収容されているので、重合体を押圧しているだけであっても、ブロック体が重合体から外れ落ちることは絶対に無い。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のハイパワーヒートシンクを示す斜視図である。このヒートシンク１は、ベースプレート１１上に多数の直立したピンフィン１２と複数の台座（ブロック体）８０，８１，８２，８３とを備えている。
【００１０】
図１の構成のヒートシンク１は、図２に示す重合体４０を経由して製造する。重合体４０は、図３ないし図５に示すようにして製造する。なお、図３は図２の重合体４０のＸ部分の分解斜視図、図４は同じくＹ部分の分解斜視図、図５は同じくＺ部分の分解斜視図である。
以下、製造方法について、工程順に説明する。
【００１１】
（１）まず、４種類の板体３０，３１，３２，３３及び４種類のブロック体８０，８１，８２，８３を作製する。
【００１２】
板体３０は図６に示す構成の板状の形材である。板体３０は、アルミニウム又はその合金でできており、多数のスリット孔３０１が平行に並んで打抜き形成されており、スリット孔３０１に直行する両縁部３０２，３０２が板厚Ｐ１と同程度だけ同方向に突出している。３０３は突出部である。ピンフィン１２は、スリット孔３０１を形成することにより板体３０に形成されている。突出部３０３には、拡大して示すように、その先端面に切欠き３０３ａが形成されている。切欠き３０３ａは外側に切欠かれている。
【００１３】
板体３１，３２，３３は板体３０の変形に過ぎない。板体３１は板体３０の一部のピンフィン１２が切欠かれた形状のものである。具体的には、板体３０の両端の幅Ｐ２の部分及び中央の幅Ｐ３の部分に存在するピンフィン１２が切欠かれている。板体３２は板体３０の幅Ｐ４の部分と同じ寸法及び形状のものである。板体３３は板体３１から突出部３０３を無くした形状のものである。
【００１４】
ブロック体８０は図７に示す形状のものである。即ち、直方体の本体８０１の上下両面に突出片８０２を有している。突出片８０２の突出高さＢ１は板体３０の縁部３０２の厚さＰ５と同じである。本体８０１の高さＢ２は板体３０の両縁部３０２を除いた高さＰ６と同じである。本体８０１の幅Ｂ３は板体３０の幅Ｐ３と同じである。突出片８０２の横寸法Ｂ４は板体３０の縁部３０２の厚さＰ７と同じである。本体８０１の横寸法Ｂ５は板体３０の縁部３０２の厚さＰ７と同じであり、横寸法Ｂ６は板体３０の板厚Ｐ１と厚さＰ７との和と同じである。突出片８０２のＢ６側の面には板体３０の切欠き３０３ａと同様の切欠き８０２ａが形成されている。切欠き８０２ａは外側に切欠かれている。
【００１５】
ブロック体８１，８２，８３はブロック体８０の寸法を変えたものに過ぎない。ブロック体８１はブロック体８０の幅Ｂ３が板体３０の幅Ｐ２と同じに設定されたものであり、他はブロック体８０と同じである。ブロック体８２はブロック体８０の横寸法Ｂ６が板体３０の板厚Ｐ１と同じに設定されたものであり、他はブロック体８０と同じである。ブロック体８３はブロック体８２の幅Ｂ３が板体３０の幅Ｐ２と同じに設定されたものであり、他はブロック体８２と同じである。
【００１６】
（２）次に、図３に示すようにして、重合体４０のＸ部分を組み立てる。即ち、まず、１個の板体３１に１個のブロック体８２と２個のブロック体８３とを組み付ける。その際、各ブロック体の突出片８０２は板体３１の縁部３０２に当接させ、ブロック体８２のＢ５側の本体８０１は板体３１の中央の切欠き部３０４に入り込ませ、ブロック体８３のＢ５側の本体８０１は両端の切欠き部３０５に入り込ませる。
【００１７】
次に、板体３１に組み付けられた３個のブロック体の突出片８０２の間に、突出片８０２と一列に並ぶように２個の板体３２を入り込ませる。その際、板体３２の縁部３０２は板体３１の縁部３０２に当接させる。両板体３１，３２は重なった状態となる。
【００１８】
次に、別の板体３１を板体３２に相互に縁部３０２を当接させて重ね合わせる。その際、ブロック８２のＢ６側の本体８０１は板体３１の切欠き部３０４に入り込ませ、ブロック体８３のＢ６側の本体８０１は両端の切欠き部３０５に入り込ませる。
【００１９】
そして、板体３１に３個の板体３０を相互に縁部３０２を当接させて重ね合わせる。こうして、重合体４０のＸ部分が組み立てられる。
【００２０】
（３）次に、Ｘ部分に連続して、図４に示すようにして、Ｙ部分を組み立てる。即ち、まず、板体３１をＸ部分の板体３０に相互に縁部３０２を当接させて重ね合わせる。次に、１個のブロック体８０、２個のブロック体８１、更に２個の板体３２を、Ｘ部分におけるブロック体８２，８３及び板体３２と同様にして、板体３１に組み付けるとともに重ね合わせる。
【００２１】
次に、板体３３を板体３２に相互に縁部３０２を当接させて重ね合わせる。その際、ブロック８０のＢ６側の本体８０１は板体３３の中央の切欠き部３０６に入り込ませ、ブロック体８１のＢ６側の本体８０１は両端の切欠き部３０７に入り込ませる。
【００２２】
そして、板体３１を、今まで重ね合わせてきた板体とは表裏逆の状態で、板体３３に、相互に縁部３０２を当接させて重ね合わせる。その際、ブロック８０のＢ６側の本体８０１は板体３１の中央の切欠き部３０４に入り込ませ、ブロック体８１のＢ６側の本体８０１は両端の切欠き部３０５に入り込ませる。こうして、重合体４０のＹ部分がＸ部分に連続して組み立てられる。
【００２３】
（４）次に、Ｘ部分及びＹ部分に連続して、図５に示すようにして、Ｚ部分を組み立てる。Ｚ部分は、Ｘ部分と同じ部材を用い、Ｘ部分とは表裏逆の状態で且つ逆の順序で、Ｘ部分と同様に組み立てる。
こうして、図２に示す重合体４０が製造される。
【００２４】
（５）次に、重合体４０を、治具を用いて重ね合わせ方向（図２中の矢印Ｓ方向）に押圧した状態で、上下両面４１，４２を超音波浸漬法によりはんだ付けして接合し、多数の板体３０等と複数のブロック体８０等とが一体となった接合体を製造する。即ち、重合体４０において、上下両面４１，４２には、板体の縁部３０２相互の間及び板体とブロック体の突出片８０２との間に、図２の断面拡大部分図である図８に示すように、切欠き３０３ａ，８０２ａからなる隙間４０１ができている。そこで、図９に示すように、重合体４０の上下両面４１，４２をアルミニウム部材用の溶融はんだ５１に浸漬し、重合体４０又ははんだ槽５２に超音波振動を加えて、図１０に示すように、隙間４０１にはんだ５１を侵入させ、これによって接合体を得る。
【００２５】
（６）そして、得られた接合体を図２に示すＡ−Ａ面にて２分割する。得られた分割体はそれぞれヒートシンク１となる。なお、各ブロックの分割面には軸流ファン取付用の穴８００を形成する。
以上により、図１に示すヒートシンク１が得られる。
【００２６】
ヒートシンク１は、次のような構成となっている。即ち、複数個のくし状板体と複数個のブロック体８０等とで構成されている。なお、くし状板体は、板体３０，３１，３２，３３を図２のＡ−Ａ面にて分割して得られた分割体である。くし状板体は縁部３０２を揃えて厚み方向に重ね合わされている。ブロック体８０等は、板体３１，３２，３３で構成される空間に設けられており、その際、突出片８０２は板体３１，３３の縁部３０２に挟まれている。板体の縁部３０２相互の間及び板体とブロック体の突出片８０２との間に構成された、切欠き３０３ａ，８０２ａ（図６，図７）からなる隙間４０１（図８，図９）には、はんだ５１が密に充填されており（図１０）、これにより、板体とブロック体とが一体に接合されている。
【００２７】
上記製造方法によれば、重合体４０をＳ方向（図２）に押圧した状態ではんだ付けする際において、ブロック体の本体８０１が板体３１，３３の切欠き部３０４，３０５，３０６，３０７で構成された内空間に収容されているので、重合体４０を押圧しているだけであっても、ブロック体が重合体４０から外れ落ちることは絶対に無い。それ故、上面４１又は下面４２に、ブロック体の外れ落ちを防止するための仮留め等を施す必要が無い。従って、図１２の従来法に比して製造作業が簡単となるので、作業性が向上し、しかも、１個の接合体から得られた２個の分割体は両方ともヒートシンクとして使用できるので、生産性も向上する。
【００２８】
なお、板体の切欠き３０３ａは、突出部３０３に形成する代わりに、図１１に示すように、縁部３０２の突出部３０３の先端面とは反対側の面に形成してもよい。
【００２９】
また、板体３３は必ずしも用いなくてよい。なお、その際には、ブロック体８０，８１の本体８０１の横寸法Ｂ６は板体３０の縁部３０２の厚さＰ７と同じに設定する。
【００３０】
また、上記構成のヒートシンク１は、次のような作用効果を有している。
(i)従来に比して、多数のピンフィン１２が極度に密集している。しかも、ベースプレート１１からピンフィン１２への熱伝導は、はんだである接合層を介することなく起こるので、熱抵抗が殆ど無い。更に、ベースプレート１１における熱伝導も、一枚板に比して大きな遜色は無い。このため、冷却性能に非常に優れており、大きさの割りには発熱量が大きなＳＣＲ、ＦＥＴ、サイリスタ等の高出力パワーデバイスの冷却に有効に使用できる。
具体的には、表１に示すような冷却性能を有している。なお、表１のデータは、軸流ファンからの風が衝突流であり且つ吹き付けである場合におけるものである。
【００３１】
【表１】
0003869900.tif 000002
【００３２】
(ii)破断強度も満足できるものであった。即ち、上記構成のヒートシンク１を、熱冷サイクル、即ち、−２０℃に２時間晒し、８０℃に２時間晒し、これを繰り返すというサイクルに供し、サイクルに供する前と、サイクルに供した後３ケ月経過後と、６ケ月経過後とにおいて、破断強度を測定したところ、いずれも１５０Ｎ／ｍｍ2であり、高い値を示した。また、曲げ強度も満足できるものであった。即ち、９０°曲げても、１８０°曲げても、破断しなかった。
【００３３】
(iii)軸流ファンは固有の流量−静圧特性を有しているので、組み合わせるヒートシンクの性能によっては、必ずしも軸流ファンの上記特性を最大限に発揮できない場合がある。しかし、上記構成のヒートシンク１では、ピンフィン１２の高さや密度を変えるのが容易であり、そうすることによってヒートシンク１の性能を軸流ファンの上記特性に適したものとすることができる。従って、上記構成のヒートシンク１によれば、軸流ファンの流量−静圧特性を最大限発揮させることができ、この点からも、冷却性能を向上できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、冷却性能が優れており、高出力パワーデバイスの冷却に有効に使用できる。また、破断強度及び曲げ強度も優れており、耐久性が良好である。更に、軸流ファンの流量−静圧特性を最大限発揮させることができ、この点からも、冷却性能を向上できる。
【００３５】
請求項２記載の発明によれば、重合体から接合体を製造する工程において重合体を重ね合わせ方向に押圧しているだけでブロック体が重合体から外れ落ちるのを防止できるので、ブロック体の外れ落ちを防止するための仮留め等を不要にできる。従って、作業性を向上でき、しかも、１個の接合体から得られた２個の分割体を両方ともヒートシンクとして使用できるので生産性も向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のハイパワーヒートシンクを示す斜視図である。
【図２】  本発明の製造方法の一工程における重合体を示す斜視図である。
【図３】  図２の重合体のＸ部分の分解斜視図である。
【図４】  図２の重合体のＹ部分の分解斜視図である。
【図５】  図２の重合体のＺ部分の分解斜視図である。
【図６】  本発明の製造方法で用いる板体を示す斜視図である。
【図７】  本発明の製造方法で用いるブロック体を示す斜視図である。
【図８】  図２のVIII−VIII断面拡大部分図である。
【図９】  図２に続く工程を示す断面拡大部分図である。
【図１０】  図９の工程を経て得られた接合体の断面拡大部分図である。
【図１１】  板体の別の実施形態を示す斜視部分図である。
【図１２】  従来の製造方法の一工程における重合体を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１  ベースプレート
１２  ピンフィン
３０，３１，３２，３３  板体
３０１  スリット孔
３０２  縁部
３０４，３０５，３０６，３０７  切欠き部
４０  重合体
４０１  隙間
５１  はんだ
８０，８１，８２，８３  ブロック体（台座）
８０２  突出片
【図１】
0003869900.tif 000003
【図２】
0003869900.tif 000004
【図３】
0003869900.tif 000005
【図４】
0003869900.tif 000006
【図５】
0003869900.tif 000007
【図６】
0003869900.tif 000008
【図７】
0003869900.tif 000009
【図８】
0003869900.tif 000010
【図９】
0003869900.tif 000011
【図１０】
0003869900.tif 000012
【図１１】
0003869900.tif 000013
【図１２】
0003869900.tif 000014