JP3843873B2

JP3843873B2 - ヒートシンク及びヒートシンク製造方法

Info

Publication number: JP3843873B2
Application number: JP2002087850A
Authority: JP
Inventors: 幸造増田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2006-11-08
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: JP2003282802A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パーソナルコンピュータ、その他の電子機器等の放熱に使用されるヒートシンク及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パーソナルコンピュータ等の電子機器は、機器内部にＣＰＵを代表とする多くの発熱部品を有しており、これら発熱部品の放熱のために、様々な形態のヒートシンクが用いられてきた。
【０００３】
これらのヒートシンクは、ダイキャスト、押し出し成型、冷間鍛造等の成型工法及びベースプレートに放熱フィンを半田付け、あるいは加締めるという組み立て工法で製造されている。
【０００４】
図８から図１０は従来のヒートシンクを示す断面図で、図８はアルミダイキャスト、図９は加締め、図１０は半田付けによる工法で製造されたものである。図８において、８１はアルミダイキャストで成型されたヒートシンクで、ベース部８１ａに多数の放熱フィン部８１ｂが一体に成型されている。そして、ベース部８１ａを図示しない発熱部品に密着させて取り付けることにより、発熱部品の熱をベース部８１ａに伝熱させ、放熱フィン部８１ｂの表面から放熱することができる。図９において、９１はアルミ押し出し成型によるベースプレートで、複数の溝９１ａが形成されている。９２はアルミまたは銅などの薄板で形成された放熱フィンで、ベースプレート９１の溝９１ａに加締められている。図８の従来例と同様、ベースプレート９１を図示しない発熱部品に密着させて取り付けることにより、発熱部品の熱をベースプレート９１に伝熱させ、放熱フィン９２の表面から放熱することができる。図１０において、１０１はアルミ厚板のベースプレート、１０２はアルミまたは銅などの薄板を波形状に形成した放熱フィンで、ベースプレート１０１に半田付けにより取り付けている。図８の従来例と同様、ベースプレート１０１を図示しない発熱部品に密着させて取り付けることにより、発熱部品の熱をベースプレート１０１に伝熱させ、放熱フィン１０２の表面から放熱することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、パーソナルコンピュータ等の電子機器においては、ＣＰＵ等の発熱量の増大に対応し、放熱効率を高めるために、表面積を拡大し、通風抵抗も減少させることができるように、放熱するためのフィンを多数配することができるヒートシンクが求められている。しかしながら、従来のヒートシンクでは、製造工法上の制約により、放熱フィンを狭ピッチで多数配することが困難であった。
【０００６】
図８の、アルミダイキャスト製ヒートシンクの場合、鋳造時の湯流れの関係から放熱フィン部８１ｂの厚さＴｈ＝０．８ｍｍ、ピッチＰ＝２．０ｍｍ程度が最小限であり、また、放熱表面積を広げるため放熱フィンの高さＨを高くしようとすると、金型の抜き勾配の影響で放熱フィン部の根元が太くなりピッチＰを大きく取らざるを得なくなる。
【０００７】
図９の、放熱フィン９２をベースプレート９１の溝９１ａに加締めるヒートシンクの場合、放熱フィン９２の厚さＴｈ＝０．４ｍｍ、Ｐ＝１．９ｍｍ程度が最小となり、放熱フィンはかなり薄く出来るが、加締める治具を挿入する必要があるためピッチＰは小さく出来ない。また、ベースプレート９１に放熱フィン９２を挿入するための溝９１ａを形成するため、ベースプレート９の厚さＴｂ＝２．５ｍｍ程度必要となる。
【０００８】
図１０の、波板状の放熱フィン１０２をベースプレート１０１に半田付けするヒートシンクの場合、Ｔｈ＝０．３ｍｍ、Ｐ＝１．５ｍｍ程度が最小となる。半田付けで接合するため、ベースプレート１０１の厚さは制約を受けない。但し、半田が付く必要があるためアルミを採用する場合には、メッキを施す必要がある。また、狭ピッチになる程半田付けの工数がかかるため、コストがＵＰする。
【０００９】
本発明は、放熱のためのフィンを狭ピッチで多数配することができ、放熱面積が増やせることによって冷却能力を高めることが出来るヒートシンク及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するために、本発明は、波板状に加工した、アルミ、銅等の熱伝導性のフレームに、放熱フィンとなるアルミ、銅等の薄板を挟み込んで加締めるという方法でヒートシンクを構成したものである。
【００１１】
これにより、従来例よりも放熱フィンを狭ピッチで多数配することが容易に可能になり、冷却能力の高いヒートシンクを低コストで供することが出来る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、熱伝導性の薄板を波板状にプレス成型した波板状フレームと、複数の薄板状の放熱フィンとを備え、前記波板状フレームの波形状部に形成された複数の各凹部に前記複数の放熱フィン各一枚の一端を挟んで加締めて構成したことを特徴とするヒートシンクであり、薄板の放熱フィンを狭ピッチで取り付けることができ、従って多数配することによって放熱面積を増やせるという作用を有する。
【００１３】
請求項２記載の発明は、前記複数の放熱フィンの両端に前記波板状フレームを配し、前記波板状フレームの波形状部に形成された複数の各凹部に前記各放熱フィンの一端を挟んで加締めて構成したことを特徴とする請求項１記載のヒートシンクであり、放熱フィンの両端がフレームに固定されるため、放熱フィン及びフレームを薄い板材で作製しても強度を維持できるため、ヒートシンクをコンパクトにすることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項２記載のヒートシンクの製造方法であって、前記波板状フレームは１枚の平板の平面部を残して両側に波形状部を形成し、前記両波形状部をそれぞれ前記平板部より起立させるように折り曲げ、前記両波形状部の間に前記複数の放熱フィンを配置し、前記両波形状部の内側各凹部に前記各放熱フィン両端を挿入し、プレスにより前記波板状フレームの前記両波形状部を圧屈し、前記放熱フィンと前記波板状フレームとを加締めて密着させたことを特徴とするヒートシンク製造方法であり、フレームが１枚の板から形成されるため、ヒートシンクをより強固にするとともに、伝熱性が向上するという作用を有する。また、従来の製造工法では実現することの出来なかった狭ピッチで、薄肉の放熱フィンを有するヒートシンクを極めて容易な工法で製作することが可能となり、放熱性能の高いヒートシンクを安価に提供することが可能となる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、１枚の前記波板状フレームにおける波形状部の両側に形成された複数の各凹部にそれぞれ放熱フィンの一端を挟んで加締めて構成したことを特徴とする請求項１記載のヒートシンクであり、フレームを中心に両側に放熱フィンが配されるため、フレームの加締め部を発熱体直上に配置させることができ、伝熱性をさらに向上させられるという作用を有する。
【００１６】
請求項５記載の発明は、前記複数の放熱フィンにエンボス加工を施すとともに、エンボス加工の凸部同士が重ならないように前記凸部と他の放熱フィンの凸部以外の面とを密着させた状態で加締めて構成したことを特徴とする請求項１記載のヒートシンクであり、放熱フィン同士を接触させることにより、伝熱性を向上させられるという作用を有する。
【００１７】
請求項６記載の発明は、発熱体からの受熱部となるベースプレートに柱部を設け、前記柱部を放熱フィンに設けられた孔に嵌め込むことを特徴とする請求項１記載のヒートシンクであり、ベースプレートの柱部から直接各放熱フィンに伝熱するため、さらに伝熱性が向上する。
【００１８】
請求項７記載の発明は、前記放熱フィンに設けられた孔はバーリングであることを特徴とする請求項６記載のヒートシンクであり、ベースプレートの柱部とバーリングの壁面とを接触させることにより、薄板状の放熱フィンに広い面積でしかも確実にベースプレートから直接各放熱フィンに伝熱するため、さらに伝熱性が向上する。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は本発明のヒートシンク及びヒートシンク製造方法における第１の実施の形態のヒートシンクの断面図、図２は製造工程図を示す。図において、１は発熱体からの受熱部となるベースプレート、２は薄板が波板状に成型されたフレーム、３は薄板状の放熱フィンであり、いずれもアルミ、銅等の熱伝導率の良い材料で作られている。また、Ｔｈは放熱フィン３の板厚、Ｔｂはべースプレート１の厚さ、Ｔｆはフレームの厚さ、Ｐは放熱フィン３のピッチをそれぞれ示す。
【００２１】
以上のように構成された本発明の第１の実施形態におけるヒートシンクについて、その製造方法を説明する。図２はヒートシンクの製造工程を示す。先ず、図２(ａ)のように、フレーム２は薄板を平面部２ａを残し両側部分を波板状にプレス成型し波形状部２ｂを形成する。次に図２(ｂ)のように両側の波形状部２ｂを起立させるように折り曲げる。そして、図２(ｃ)のようにフレーム２両側の波形状部２ｂの内側凹部に放熱フィン３の両端を挿入し、その後、プレスでフレーム２を圧屈し放熱フィン３とフレーム２を加締めて密着させる。さらに、ベースプレート１にビス締め等で組み付ける。
【００２２】
上述の様な構成にすることにより、放熱フィン３のピッチＰ＝Ｔｆ×２＋Ｔｈとなり、Ｔｆ＝０．３ｍｍ、Ｔｈ＝０．３ｍｍとした場合Ｐ＝０．９ｍｍとなり、従来例より狭ピッチを実現することができ、Ｔｆ、Ｔｈを薄くすればさらに狭ピッチにすることも容易に可能である。従って放熱フィン３を多数取り付けることができ、限られたスペースで放熱面積を増やすことができる。
【００２３】
また、発熱体の発熱量に応じて、フレーム、放熱フィンの材質、板厚の組み合わせが自在にでき、最適なヒートシンクを提供することができる。
【００２４】
さらに、放熱フィンを間引いて加締める、放熱フィンの厚さの異なるものを組み合わせる等、自由度が高いため、様々な発熱量に柔軟に対応していくことが可能である。
【００２５】
また、放熱フィン３の両端がフレーム２に固定されるため、放熱フィン及びフレームを薄い板材で作製しても強度を維持でき、ヒートシンクをコンパクトにすることができる。
【００２６】
図３は、本実施の形態のヒートシンクを電子機器内の発熱部品の放熱に使用した例を示すもので、図３(ａ)は平面図、図３(ｂ)は断面図である。図において、１０はヒートシンク、１１は発熱部品である半導体パッケージ、１２はプリント基板、１３は冷却ファン、１４は電子機器の筐体、１４ａは筐体１４の側面に設けられた開口部である。
【００２７】
プリント基板１２上に実装された半導体パッケージ１１が発した熱は、ヒートシンク１０のベースプレート１で受熱され、両側のフレーム２を介して、各放熱フィン３に伝熱し拡散される。そして、冷却ファン１３によって筐体１４の開口部１４ａから放熱される。この場合、ヒートシンク１０の上面が閉ざされているため上面のダクトが不要となるという利点もある。
【００２８】
（実施の形態２）
図４は本発明のヒートシンク及びヒートシンク製造方法における第２の実施の形態を示す断面図、図５は本実施の形態のヒートシンクを電子機器内の発熱部品の放熱に使用した例を示す断面図である。図において、ヒートシンク２０は、薄板が波板状に成型されたフレーム２１の両側の波形状の凹部にそれぞれ放熱フィン２２の一端を挟んで加締められている。フレーム２１及び放熱フィン２２はいずれもアルミ、銅等の熱伝導率の良い材料で作られている。
【００２９】
本実施の形態では、１枚のフレーム２１の両側の凹部に放熱フィン２２を加締めることを特徴としており、図５に示すように、フレーム２１の加締め部を半導体パッケージ１１の発熱部の直上に配置することで、各放熱フィン２２への熱伝達効率を高めることが出来る。また、放熱フィン２２の寸法の自由度が高いため、放熱構造の設計自由度も向上する。
【００３０】
（実施の形態３）
図６は本発明のヒートシンク及びヒートシンク製造方法における第３の実施の形態のヒートシンクを電子機器内の発熱部品の放熱に使用した例を示すもので、図６(ａ)は正面方向断面図、図６(ｂ)は側面方向断面図である。図において、ヒートシンク３０は、薄板が波板状に成型されたフレーム３１の波形状の凹部にそれぞれ放熱フィン３２の両端を挟んで加締められている。フレーム３１及び放熱フィン３２はいずれもアルミ、銅等の熱伝導率の良い材料で作られている。各放熱フィン３２はエンボス(凹凸)加工が施され、エンボスの凸部３２ａがそれぞれの隣接する他の放熱フィンに密着して接することで、各放熱フィン３２間の熱伝達を図り、伝熱効率を向上させることができる。このとき、エンボス加工の凸部３２ａ同士が重ならないように凸部３２ａと他の放熱フィンの凸部以外の面とを密着させる必要がある。このため、凸部３２ａの高さはフレーム３１の板厚の２倍にする。
【００３１】
（実施の形態４）
図７は本発明のヒートシンク及びヒートシンク製造方法における第４の実施の形態のヒートシンクを電子機器内の発熱部品の放熱に使用した例を示すもので、図７(ａ)は正面方向断面図、図７(ｂ)は側面方向断面図である。図において、ヒートシンク４０は、ベースプレート４１に柱部４１ａが設けられ、各放熱フィン４２に設けられたバーリング孔４２ａに嵌め込まれる。
【００３２】
このように構成することにより、柱部４１ａとバーリング孔４２ａの壁面とが接触し、薄板状の放熱フィンに広い面積でしかも確実にベースプレート４１から直接各放熱フィン４２に伝熱するため、さらに伝熱性が向上する。
【００３３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、従来の製造工法では実現することの出来なかった狭ピッチで、薄肉の放熱フィンを有するヒートシンクを極めて容易な工法で製作することが可能となり、放熱性能の高いヒートシンクを安価に提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のヒートシンク及びヒートシンク製造方法における第１の実施の形態のヒートシンクの断面図
【図２】本発明の第１の実施の形態のヒートシンクの製造工程図
【図３】本発明の第１の実施の形態のヒートシンクを電子機器内の発熱部品の放熱に使用した例を示す平面図、及び断面図
【図４】本発明のヒートシンク及びヒートシンク製造方法における第２の実施の形態を示す断面図
【図５】本発明の第２の実施の形態のヒートシンクを電子機器内の発熱部品の放熱に使用した例を示す断面図
【図６】本発明のヒートシンク及びヒートシンク製造方法における第３の実施の形態のヒートシンクを電子機器内の発熱部品の放熱に使用した例を示す断面図
【図７】本発明のヒートシンク及びヒートシンク製造方法における第４の実施の形態のヒートシンクを電子機器内の発熱部品の放熱に使用した例を示す断面図
【図８】従来のヒートシンクを示す断面図
【図９】従来のヒートシンクを示す断面図
【図１０】従来のヒートシンクを示す断面図
【符号の説明】
１、４１ベースプレート
２、２１、３１フレーム
３、２２、３２、４２放熱フィン
１０、２０、３０、４０ヒートシンク
１１、２３半導体パッケージ
１２プリント基板
１３冷却ファン
１４筐体
４１ａ柱部
４２ａバーリング孔

Claims

熱伝導性の薄板を波板状にプレス成型した波板状フレームと、
複数の薄板状の放熱フィンと
を備え、
前記波板状フレームの波形状部に形成された複数の各凹部に前記複数の放熱フィン各一枚の一端を挟んで加締めて構成したことを特徴とするヒートシンク。
前記複数の放熱フィンの両端に前記波板状フレームを配し、
前記波板状フレームの波形状部に形成された複数の各凹部に前記各放熱フィンの一端を挟んで加締めて構成したことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
請求項２記載のヒートシンクの製造方法であって、
前記波板状フレームは１枚の平板の平面部を残して両側に波形状部を形成し、
前記両波形状部をそれぞれ前記平板部より起立させるように折り曲げ、
前記両波形状部の間に前記複数の放熱フィンを配置し、
前記両波形状部の内側各凹部に前記各放熱フィン両端を挿入し、
プレスにより前記波板状フレームの前記両波形状部を圧屈し、前記放熱フィンと前記波板状フレームとを加締めて密着させたことを特徴とするヒートシンク製造方法。
１枚の前記波板状フレームにおける波形状部の両側に形成された複数の各凹部にそれぞれ放熱フィンの一端を挟んで加締めて構成したことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
前記複数の放熱フィンにエンボス加工を施すとともに、エンボス加工の凸部同士が重ならないように前記凸部と他の放熱フィンの凸部以外の面とを密着させた状態で加締めて構成したことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
発熱体からの受熱部となるベースプレートに柱部を設け、
前記柱部を放熱フィンに設けられた孔に嵌め込むことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
前記放熱フィンに設けられた孔はバーリングであることを特徴とする請求項６記載のヒートシンク。