(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標放熱板よりも肉厚のブランクを鍛造成形で減肉して形成された主面部と、減肉により生じるメタルフローで主面部から盛り上げられた単数又は複数の隆起部と、同じくメタルフローで背面側に押し出された複数のフィンと、同じくメタルフローで側方に張り出された張出し部と、該張出し部に形成されたガイド溝及び爪部を備え、蓋体との間でサブボードを挟んでモジュールを組み立てたとき主面部及び隆起部に発熱源となる電子部品が面接触することを特徴とする集積回路モジュール用放熱板。
【請求項２】
純アルミニウム系の圧延材をブランクとして使用する請求項１記載の集積回路モジュール用放熱板。
【請求項３】
張出し部が主面部より薄肉又は主面部と同じ肉厚である請求項１記載の集積回路モジュール用放熱板。
【請求項４】
隆起部の高さが相互に異なる請求項１〜３の何れか１項に記載の集積回路モジュール用放熱板。
【請求項５】
目標放熱板よりも厚いブランクを鍛造成形し、ブランクの減肉により主面部を成形し、減肉により生じるメタルフローで単数又は複数の隆起部を主面部から盛り上げ、同じくメタルフローでブランクの側方に爪部用厚肉部を除き薄肉の張出し部を成形し、同じくメタルフローでブランクの背面側に複数のフィンを押し出し、爪部用厚肉部を部分的に突き抜き加工又は切削加工して爪部を形成し、張出し部を所定幅で切断してガイド溝を形成することを特徴とする集積回路モジュール用放熱板の製造方法。
【請求項６】
目標放熱板よりも厚いブランクを鍛造成形し、ブランクの減肉により主面部を成形し、減肉により生じるメタルフローで単数又は複数の隆起部を主面部から盛り上げ、同じくメタルフローでブランクの側方に薄肉の張出し部を成形し、同じくメタルフローでブランクの背面側に複数のフィンを押し出し、一部を除いて張出し部を所定幅で切断してガイド溝とし、前記一部を折り曲げることにより爪部を形成することを特徴とする集積回路モジュール用放熱板の製造方法。
【請求項７】
目標放熱板よりも厚いブランクを鍛造成形し、ブランクの減肉により主面部を成形し、減肉により生じるメタルフローで単数又は複数の隆起部を主面部から盛り上げ、同じくメタルフローでブランクの側方に主面部と同じ肉厚の張出し部を成形し、同じくメタルフローでブランクの背面側に複数のフィンを押し出し、張出し部を切削加工してガイド溝及び爪部を形成することを特徴とする集積回路モジュール用放熱板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、発熱量の大きな複数の電子部品を搭載した集積回路モジュールに適した放熱板及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の高性能化，多機能化に伴ってプリント基板上での設計も複雑になってきている。半導体デバイス，ＩＣ等のチップも多種多様で高密度に搭載され、各チップ間の配線も複雑化してきている。多様のチップを搭載し配線するためには、表面積が限られたプリント基板では対応できない。そこで、マザーボードにサブボードを直立させることにより、基板面積を大きくする手段が採用されている。
最近では、各種チップを搭載させたサブボードをモジュール化し、これをマザーボードに装着する方式が採用されている。発熱量の大きな集積回路を搭載したモジュール（以下、集積回路モジュールという）では、稼動時の集積回路が定格温度を超えないように冷却する必要があり、集積回路をヒートシンクに接触させている。また、他の機器との接触による破損を避けるため、箱型のカセットに集積回路モジュールを収容している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の集積回路モジュールでは、発熱量の大きな集積回路が通常１個搭載されているだけである。そのため、発熱源となる集積回路に面接触して熱を放散させる放熱板も、フラットなアルミニウム板が，場合によっては背面側に放熱フィンを設けたヒートシンクが使用されている。たとえば、特開昭５９−２２５５９１号公報では、部分的な鍛造成形で放熱フィンを一体成形することが開示されている。
しかし、電子機器の高性能化，多機能化に伴ってモジュールのサブボードに搭載されるチップも、発熱量が大きく、複数個搭載されることもある。この点、従来のヒートシンクでは、平面度が十分でないためサブボードとの間に十分な間隙を取ることが要求される。
たとえば、プレス等の板金加工によって板材を所定形状に成形したヒートシンクでは成形時の応力が残留し易く、ヒートシンクに歪みを発生させる残留応力となる。また、素材を部分的に鍛造成形するとき、一層大きな応力が残留し易い。そのため、残留応力に起因する変形量を予め見込んで、ヒートシンクの変形部がサブボード上の配線に接触しないようにサブボードからヒートシンクを離しており、実装密度を高める上でのネックになっている。
【０００４】
残留応力に起因する悪影響を抑制するためには、所定形状に押出したアルミニウム合金押出形材を切削加工してヒートシンクとする方法を採用せざるを得ない。しかし、この場合、切削量が多くなり、また歪みを抑制するため切削速度に上限が設定され、本来生産性の悪い切削加工の生産性を一層低下させることになる。
そこで、本発明者等は、発熱部品と接触する隆起部及び主面部を含めて鍛造加工で一度に成形し平面度を向上させることにより、モジュールに搭載している複数の発熱部品を効率よく冷却できる放熱板を特願平９−２７２３１０号で提案した。
本発明は、先願で提案した方法を更に改良すべく検討を重ねた結果、鍛造成形時に放熱板の背面側に放熱用フィンを複数押し出すことにより、放熱用フィンと放熱板との間の板と一体になった主面部と同じ肉厚の張出し部を成形し、発熱部に接触する主面及び隆起部の平面度が高く、発熱部品を効率よく冷却する集積回路モジュール用放熱板を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の集積回路モジュール用放熱板は、その目的を達成するため、目標放熱板よりも肉厚のブランクを鍛造成形で減肉して形成された主面部と、減肉により生じるメタルフローで主面部から盛り上げられた単数又は複数の隆起部と、同じくメタルフローで背面側に押し出された複数のフィンと、同じくメタルフローで側方に張り出された張出し部と、該張出し部に形成されたガイド溝及び爪部を備え、蓋体との間でサブボードを挟んでモジュールを組み立てたとき主面部及び隆起部に発熱源となる電子部品が面接触することを特徴とする。
ブランクとしては、純アルミニウム系の圧延材が好ましい。複数の隆起部を設ける場合、同じ高さ又は異なる高さの隆起部を成形できる。張出し部は、主面部と同じ厚みに又は主面部より薄く減肉されたもの何れであっても良い。
【０００６】
薄肉の張出し部にガイド溝を形成する方法では、目標放熱板よりも厚いブランクを鍛造成形し、ブランクの減肉により主面部を成形し、減肉により生じるメタルフローで単数又は複数の隆起部を主面部から盛り上げ、同じくメタルフローでブランクの側方に爪部用厚肉部を除き薄肉の張出し部を成形し、同じくメタルフローでブランクの背面側に複数のフィンを押し出し、爪部用厚肉部を部分的に突き抜き加工又は切削加工して爪部を形成し、張出し部を所定幅で切断してガイド溝を形成する。
薄肉の張出し部に爪部及びガイド溝を形成する方法では、目標放熱板よりも厚いブランクを鍛造成形し、ブランクの減肉により主面部を成形し、減肉により生じるメタルフローで単数又は複数の隆起部を主面部から盛り上げ、同じくメタルフローでブランクの側方に薄肉の張出し部を成形し、同じくメタルフローでブランクの背面側に複数のフィンを押し出し、一部を除いて張出し部を所定幅で切断してガイド溝とし、前記一部を折り曲げることにより爪部を形成する。
主面部と同じ厚みに減肉された張出し部から爪部及びガイド溝を形成する方法では、目標放熱板よりも厚いブランクを鍛造成形し、ブランクの減肉により主面部を成形し、減肉により生じるメタルフローで単数又は複数の隆起部を主面部から盛り上げ、同じくメタルフローでブランクの側方に主面部と同じ肉厚の張出し部を成形し、同じくメタルフローでブランクの背面側に複数のフィンを押し出し、張出し部を切削加工又は打抜きによる切除加工を施してガイド溝及び爪部を形成する。
【０００７】
【実施の形態】
本発明に従った集積回路モジュールは、たとえば図１に示すように電子部品１１〜１３が搭載されたサブボード１０を放熱板２０に固着し、放熱板２０と蓋体３０とで構成されるケーシングにサブボード１０を収容している。
サブボード１０の表裏両面には電子部品１１〜１３の端子に接続された配線が形成されており、各配線は複数の端子１４を介してマザーボードに接続される。サブボード１０四隅の角部近傍に穿設された孔部１５，１５・・には、放熱板２０に立設した固着ピン２１，２１・・が挿通される。また、サブボード１０の中央部両側には、放熱板２０に立設したピン２２，２２・・が挿通されるピン孔１６，１６・・が形成されている。
ピン孔１６，１６・・にピン２２，２２・・を差し通し、サブボード１０から突出するピン２２，２２・・の先端に押圧バネ１７，１７を掛けるとき、押圧バネ１７，１７の弾撥力で電子部品１１〜１３が放熱板２０に押し付けられ、放熱板２０にサブボード１０が一体化される。次いで、サブボート１０から突出する固着ピン２１，２１・・の先端を蓋体３０の内面側に設けたピン孔３１，３１・・に嵌め込むと、放熱板１０と蓋体３０とが一体化され、サブボード１０を内蔵したケーシングとなる。
【０００８】
放熱板２０の側部背面側には、爪部２３を備えたガイド溝２４が形成されている。他方、蓋体３０の内面両側にはロックアーム３２，３２を装着する係止部３３，３３が設けられている。マザーボードに立設されたレールに沿ってガイド溝２４が摺動することにより、集積回路モジュールがマザーボードに装着され、ロックアーム３２，３２がレール側の係合部に噛み合うことにより固着される。固着自体は、常法に従ったものであるため本件明細書では説明を省略する。
更に、放熱板２０の背面側には、複数の放熱フィン２０ａ，２０ａ・・・が設けられている。放熱フィン２０ａ，２０ａ・・・は、鍛造加工時にブランクが減肉されるときのメタルフローで背面側からピン状に押し出されたものであり、主面部２８と一体になっている。
サブボード１０は、電子部品１１〜１３の外の電子部品としてＣＰＵ１８を備えている。ＣＰＵ１８は、発熱量が特に大きく、非常に多数の端子が引き出されることから、図２に示すように内部配線したセラミック基板１９に搭載され、セラミック基板１９とサブボード１０との間を配線している。そのため、他の発熱源である電子部品１２，１３との間に高低差が生じる。
【０００９】
このように高低差のある電子部品１２，１３，ＣＰＵ１８を冷却するため、隆起部２５，２６を形成した放熱板２０をサブボード１０の裏面側に配置する。ＣＰＵ１８は放熱板２０の主面２７に面接触し、電子部品１２，１３が隆起部２５，２６の頂面に面接触する。隆起部２５，２６は、図２では同じ高さに設定しているが、ＣＰＵ１８と電子部品１２，１３との高低差に応じ種々変更でき、隆起部２５と２６との間で高さを異ならせても良い。
本発明では、比較的厚肉のブランクを鍛造して放熱板２０に成形することにより、放熱フィン２０ａ，２０ａ・・・及び隆起部２５，２６が一体になった放熱板２０を得ている。
すなわち、図３に示すように、放熱板２０の主面部２８の肉厚ｔ1 よりも厚い肉厚ｔ0 をもつブランク４０を鍛造して、主面部２８を減肉Δｔ（＝ｔ0 −ｔ1 ）し、減肉分のメタルフローで主面２７から盛り上がった隆起部２５，２６及び背面から押し出された放熱フィン２０ａ，２０ａ・・・を備えた中間材４１を一体成形する。中間材４１の側部には、鍛造時のメタルフローで側方に張出した部分４２が形成される。
【００１０】
張出し部４２は、主面部２８より薄く減肉されたもの或いは主面部２８と同じ厚みに減肉されたものの何れであっても良い。また、張出し部４２の一部に爪部形成用の厚肉部４３を残すようにブランク２０を鍛造成形することもできる。放熱フィン２０ａを成形するためには、形成しようとする放熱フィン２０ａの個数及びピッチに対応して多数のフィン形成部が形成された金型が使用される。
爪部形成用厚肉部４３をもつ中間材４１から放熱板２０を作製する場合、図４に示すように主面部２８と同じ高さの爪部用厚肉部４３を残し、主面部２８の外側に張出し部４２を成形した中間材４１を用意する。そして、厚肉部４３の斜線で示した部分４４を矢印方向から突き抜くことにより爪部２３が形成される。除去部４３は、切削加工によっても除去できる。爪部２３を形成した後、張出し部４２を点線に沿って切断すると、ガイド溝２４が形成される。
【００１１】
薄肉の張出し部４２をもつ中間材４１から放熱板２０を作製する場合、図５に示すように、鍛造成形でブランク４０の縁部に生じた薄肉の張出し部４２を切断する際に、ガイド溝２４となる部分４５を一定幅で切断すると共に、爪部２３になる部分４６との間に切込み４７を入れる。切込み４７は、張出し部４２を切断した後で爪部用部分４６を起こす際に、爪部用部分４６の変形がガイド溝用部分４５の形状に影響を及ぼすことを防止する。
主面部２８と同じ肉厚の張出し部４２をもつ中間材４１から放熱板２０を作製する場合、鍛造成形で全体が同じ肉厚に薄肉化された立方体形状の中間材４１を用意する。中間材４１に形成された張出し部４２を図６に破線で示すように切削又は切削と打抜き加工等の切除加工を施し、爪部２３及びガイド溝２４を形成する。張出し部４２は、鍛造成形時に最も大きな加工を受けた部分であり、主面部２８に比べて比較的硬質であるため切削加工し易い。そのため、切削又は打抜き等の切除加工で形成された爪部２３及びガイド溝２４は、図５，図６で形成された爪部２３及びガイド溝２４に比較して良好な形状精度をもつ。
【００１２】
何れの場合も、放熱板２０の背面側に形成された放熱フィン２０ａは、主面部２８と一体になっている。そのため、放熱板２０とは別個にヒートシンクを使用する場合にみられるような放熱板２０とヒートシンクとの間の接触不良が問題にならず、放熱フィン２０内部を伝播した熱が放熱フィン２０ａ，２０ａ・・で放出される。すなわち、電子部品１１〜１３，１８で発生した熱は、電子部品１１〜１３，１８と面接触している放熱板２０の主面２７及び隆起部２５，２６に伝達され、放熱フィン２０ａ，２０ａ・・から効率よく放出される。したがって、発熱量の大きなＣＰＵ１８であっても定格温度を超えた動作がなくなり、故障や誤動作が防止される。
【００１３】
ブランク４０としては、たとえば１０００系−Ｏ材，Ａ１０５０，Ａ１０６０，Ａ１０７０，Ａ１０８０，Ａ１０８５，Ａ１１００，Ａ１２００，Ａ１Ｎ００，Ａ１Ｎ３０のように、アルミニウム合金の中でも比較的軟質で熱伝導性の高い材料が好ましい。このような材料をブランク４０に用い鍛造成形すると、鍛造時の応力がほとんどブランク４０の変形として解放され、放熱板２０を変形させる原因となる残留応力が極めて少なくなる。
ブランク４０は、主面２７の平面度を高め、且つ必要な隆起部２５，２６を成形する上から、１０〜７０％の加工率［（ｔ0 −ｔ1 ）／ｔ0 ×１００（％）］で中間材２０に鍛造されることが好ましい。このような加工率で鍛造加工すると、主面２７の隆起部２５，２６の間に位置する部分及び隆起部２５，２６の頂面の平面度は、後述の実施例で示す通り高い精度が得られ、ＣＰＵ１８，電子部品１２，１３に対して良好な面接触状態が得られる。なかでも、隆起部２５と２６とのほぼ中間に位置する部分の主面２７は、十分な鍛造効果を受けて平面化されることから、発熱量の大きなＣＰＵ１８と面接触して放熱を促進させるのに好適な表面状態になる。隆起部２５，２６の周辺に位置する主面２７も十分に平面化されるため、サブボード１０の背面側に設けられる配線や各種電子部品との間の距離も適正に確保される。
加工率が１０％未満では、ブランク４０の十分な塑性変形が起こらず、隆起部２５，２６の高さが不足し、加工時に加えられた応力が主面２７の平面度を低下させる残留応力となり易い。逆に、７０％を超える加工率では、ブランク４０に材料破断や亀裂を生じさせることにもなる。
【００１４】
鍛造成形で得られた放熱板２０は、主面２７や隆起部２５，２６の頂面が高い平面度をもっている。そのため、図２で示すようにサブボード１０と放熱板２０とを組み合わせたとき、高さが異なるＣＰＵ１８，電子部品１２，１３の何れに対しても主面２７，隆起部２５，２６が高精度に面接触する。したがって、ＣＰＵ１８，電子部品１２，１３等で発生した熱が効率よく放熱板２０に伝達され、放熱フィン２０ａ，２０ａ・・に熱伝導されるため、ＣＰＵ１８，電子部品１２，１３等が定格温度を超えて加熱されることがない。また、サブボード１０，セラミック基板１９と放熱板２０との間の距離が精度良く設定されるため、サブボード１０やセラミック基板１９に設けられている配線が放熱板２０に接触することもない。その結果、高密度実装が可能になり、しかも電子回路モジュールは、発熱量の大きな電子部品を搭載したものであっても、故障や誤動作を起こすことなく正常に作動する。
【００１５】
【実施例】
表１に示す各種アルミニウム合金から、５０ｍｍ×１１５ｍｍで厚み７ｍｍのブランク４０を用意した。６００トンの冷間鍛造プレスを用い、ブランク４０から隆起部２５，２６，張出し部４２のある放熱板素材を鍛造成形した。放熱板素材の主面部２８は、高さ５０ｍｍ，幅１００ｍｍ，厚み３．５ｍｍに設定した。隆起部２５，２６は１５ｍｍ×１５ｍｍで主面２７からの高さ１．５ｍｍ，隆起部２５，２６のセンター間距離を８５ｍｍに設定した。放熱フィン２０ａ，２０ａ・・は、径２ｍｍ，高さ２０ｍｍ，ピッチ３ｍｍで背面側に２５０本設けた。張出し部４２は、２．５ｍｍまで減肉するもの（図４，５）及び主面部２８と同じ厚み３．５ｍｍで幅６．５ｍｍをもつもの（図６）の３通りに成形した。
各張出し部４２から５ｍｍ×２．５ｍｍ，高さ１ｍｍの爪部２３及び幅６．５ｍｍ，深さ１ｍｍのガイド溝２４を形成した。作製された放熱板２０について、主面２７，隆起部２５，２６の歪みを調査した。歪み量δとしては、図７に示すように一方の隆起部２５を平盤に載置し、他方の隆起部２６の中心部の平盤面からの高さδを測定し、高さの実測値を採用した。
何れの放熱板２０も、歪み量δが０．１０ｍｍ以下の極めて小さな値を示し、平面度に優れていることが判る。また、主面２７も同様な平滑表面になっていた。
【００１６】
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【００１７】
各放熱板２０を集積回路モジュールに組み込み、稼動時の昇温特性を室温２０℃で集積回路モジュールに通常用いられている送風機により冷却して比較調査した。なお、発熱源としては、出力３０ＷのＣＰＵ１８を１個，出力６ＷのＩＣ１１〜１３を３個搭載させた。集積回路モジュールを１０時間連続して稼動させても、放熱板２０の最高到達温度が６０℃に止まっており、ＣＰＵ１８やＩＣ１１〜１３が十分に冷却されていることが判った。これに対し、プレス成形で得られた従来の放熱板を同様に組み込んだ集積回路モジュールでは、ＣＰＵ１８の定格温度を超える９０℃まで放熱板が加熱される状態が検出された。この対比から明らかなように、本発明に従って得られた放熱板２０は、何れも十分な冷却能をもち、ＣＰＵ１８やＩＣ１１〜１３の正常動作を保証していることが判る。
【００１８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の集積回路モジュール用放熱板は、主面部，隆起部，放熱フィン及び張出し部が鍛造成形によって一体成形されている。主面部は鍛造時の減肉によって形成されているため、局部的な加工圧力を加える従来のプレス加工等による板金加工に比較して、ウネリや反り等がなく平面度に優れた放熱板となる。また、鍛造加工時のメタルフローで放熱フィンが押出し成形されているので、主面部から放熱フィンへの熱伝導が促進される。したがって、主面部及び隆起部が高精度で発熱部品と面接触することと相俟つて、電子部品の熱が効率よく放散され、故障や誤作動の原因となる高温に電子部品が加熱されることもない。しかも、形状精度も良好なため、サブボードを対向配置してモジュールを組み立てた場合、サブボード上の配線が放熱板に接触する虞れが皆無となる。このように、本発明の放熱板は、大容量の電子部品が高密度実装される電子機器に適した放熱板として使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従った放熱板が組み込まれる集積回路モジュールの分解斜視図
【図２】  集積回路モジュールの内部を示す断面図
【図３】  ブランクを鍛造して放熱板を製造する工程図
【図４】  爪部形成用厚肉部をもつ中間材から爪部及びガイド溝を形成する工程図
【図５】  張出し部を薄肉にした中間材から爪部及びガイド溝を形成する工程図
【図６】  主面部と同じ厚みの張出し部を成形した中間材から爪部及びガイド溝を形成する工程図
【図７】  作製された放熱板の歪み量を測定する説明図
【符号の説明】
１０：サブボード    １１〜１３：電子部品    １４：端子    １５：孔部
１６：ピン孔    １７：押圧バネ    １８：ＣＰＵ    １９：セラミック基板
２０：放熱板    ２１：固着ピン    ２２：ピン    ２３：爪部    ２４：ガイド溝    ２５，２６：隆起部    ２５ａ，２６ｂ：凹部    ２７：主面
２８：主面部    ２９：ピン孔    ２０ａ：放熱フィン
３０：蓋体    ３１：ピン孔    ３２：ロックアーム    ３３：係止部
４０：ブランク    ４１：中間材    ４２：張出し部    ４３：爪部用厚肉部
４４：除去部    ４５：ガイド溝用部分    ４６：爪部用部分    ４７：切込み
ｔ0 ：ブランクの肉厚    ｔ1 ：主面部の肉厚        δ：歪み量
【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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