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JP5325821B2 - Heat sink manufacturing method - Google Patents
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JP5325821B2 JP2010062648A JP2010062648A JP5325821B2 JP 5325821 B2 JP5325821 B2 JP 5325821B2 JP 2010062648 A JP2010062648 A JP 2010062648A JP 2010062648 A JP2010062648 A JP 2010062648A JP 5325821 B2 JP5325821 B2 JP 5325821B2
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Description

本発明は、発熱を伴う電気回路部品を冷却するヒートシンクの製造方法およびヒートシンクに関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a heat sink for cooling an electric circuit component that generates heat, and a heat sink.

近年、自動車の電動化が進み電力変換装置が自動車に搭載されるようになり、スペース上の制約から電力変換装置にはコンパクト化と高性能化が求められている。   In recent years, the electrification of automobiles has progressed and power converters have been installed in automobiles, and power converters are required to be compact and have high performance due to space constraints.

従来、車両の電力変換装置内のヒートシンクは、一般にアルミニウムによって形成されていたが、コンパクト化の要請により、アルミニウムよりも熱伝導率が高い銅や銅合金が使用されるようになった。   Conventionally, a heat sink in a vehicle power converter is generally formed of aluminum, but copper and copper alloys having higher thermal conductivity than aluminum have been used due to demands for compactness.

しかし、銅や銅合金は、押出し等の成形において変形抵抗が高く成形性に劣り、従来アルミニウム成形で採用された形状をそのまま適用できないことがあり、敢えて、制限された形状により成形を行う場合、金型に負荷が大となって金型寿命が短くなり、その結果、製造コストが増加する。   However, copper and copper alloys have high deformation resistance and poor formability in molding such as extrusion and may not be able to apply the shape adopted in conventional aluminum molding as it is, when dare to perform molding with a limited shape, The load on the mold is increased and the mold life is shortened, resulting in an increase in manufacturing cost.

本発明は、ベースプレートとフィンを一体成形したヒートシンクの製造方法であって、円管ベースと、円管ベースの外周に放射状に配設された複数の放熱フィンとを備えた第1中間ブランクを成形する工程と、前記第1中間ブランクを切断して円弧状の第2中間ブランクを得る工程と、前記第中間ブランクの前記放熱フィンの間隙底面と前記第中間ブランクの円弧状ベース内周とを局部的に狭圧して第中間ブランクを平面化する工程とを備えることを特徴とする。 The present invention is a method of manufacturing a heat sink in which a base plate and fins are integrally molded, and a first intermediate blank including a circular tube base and a plurality of radiating fins arranged radially on the outer periphery of the circular tube base is formed. step and a step of obtaining an arc-shaped second intermediate blank by cutting the first intermediate blank, and arcuate base inner periphery of the said the gap bottom surface of the heat radiating fin of the second intermediate blank second intermediate blank to And a step of planarizing the second intermediate blank by locally narrowing the pressure.

特開2009−81993JP2009-81993

特許文献1記載の製造方法では、ベースプレートとフィンの間にロウ材が介在するため、熱抵抗が大きく、熱伝導が低下する。
したがって、ベースプレートとフィンを一体化したヒートシンクを安価に製造する製造方法が要請されている。
In the manufacturing method described in Patent Document 1, since the brazing material is interposed between the base plate and the fin, the thermal resistance is large and the heat conduction is reduced.
Therefore, there is a demand for a manufacturing method for manufacturing a heat sink in which a base plate and fins are integrated at low cost.

本発明は、ベースプレートとフィンを一体成形したヒートシンクの製造方法であって、円管ベースと、円管ベースの外周に放射状に配設された複数の放熱フィンとを備えた第1中間ブランクを成形する工程と、前記第1中間ブランクの前記放熱フィンの間隙底面と前記第1中間ブランクの円弧状ベース内周とを局部的に狭圧して第1中間ブランクを平面化する工程とを備えることを特徴とする。
本発明はまた、ベースプレートとフィンを一体成形した銅または銅合金のヒートシンクであって、円管ベースと、円管ベースの外周に放射状に配設された複数の放熱フィンとを備えた第1中間ブランクを成形し、前記第1中間ブランクの前記放熱フィンの間隙底面と前記第1中間ブランクの円弧状ベース内周とを局部的に狭圧して、第1中間ブランクを平面化することによって製造されたヒートシンク素材を用いて製造されたことを特徴とする。
The present invention is a method of manufacturing a heat sink in which a base plate and fins are integrally molded, and a first intermediate blank including a circular tube base and a plurality of radiating fins arranged radially on the outer periphery of the circular tube base is formed. And a step of flattening the first intermediate blank by locally narrowing the gap bottom surface of the radiating fin of the first intermediate blank and the arcuate base inner periphery of the first intermediate blank. Features.
The present invention is also a copper or copper alloy heat sink in which a base plate and fins are integrally formed, and includes a first intermediate body including a circular tube base and a plurality of radiating fins arranged radially on the outer periphery of the circular tube base. It is manufactured by forming a blank, planarizing the first intermediate blank by locally narrowing the gap bottom surface of the radiation fin of the first intermediate blank and the arcuate base inner periphery of the first intermediate blank. It is manufactured using a heat sink material.

本発明によれば、熱伝導率が高い銅、銅合金などの金属材料を用いた一体的なヒートシンクを安価に製造できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the integrated heat sink using metal materials, such as copper and copper alloy with high heat conductivity, can be manufactured at low cost.

本発明による製造方法の第1の実施の形態により製造された素材を用いたヒートシンクを示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the heat sink using the raw material manufactured by 1st Embodiment of the manufacturing method by this invention. 第1の実施の形態による素材成型過程を示す斜視図。The perspective view which shows the raw material formation process by 1st Embodiment. 第1の実施の形態の第1中間ブランク前方押出し工程の加工直前の状態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the state immediately before the process of the 1st intermediate | middle blank forward extrusion process of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の第1中間ブランク前方押出し工程の中間状態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the intermediate state of the 1st intermediate | middle blank forward extrusion process of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の第1中間ブランク前方押出し工程における次の円管ブランク投入状態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the next circular tube blank injection | throwing-in state in the 1st intermediate | middle blank forward extrusion process of 1st Embodiment. 第1の実施の形態の第1中間ブランク前方押出し工程における先の円管ブランクの押出完了状態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the extrusion completion state of the previous circular tube blank in the 1st intermediate | middle blank forward extrusion process of 1st Embodiment. 図3のI−I断面図。II sectional drawing of FIG. 図2におけるヒートシンクのJ−J断面図。JJ sectional drawing of the heat sink in FIG. 図2の第2中間ブランクの平面化の工程における平面成形直前の状態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the state just before plane shaping | molding in the process of planarization of the 2nd intermediate | middle blank of FIG. 図2における第2中間ブランクの平面化の工程における平面成形直後の状態を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the state immediately after planar shaping | molding in the process of planarization of the 2nd intermediate | middle blank in FIG. 図10の平面化後の更なる平面化の工程を示す縦断面図。FIG. 11 is a longitudinal sectional view showing a further planarization step after planarization in FIG. 10. 本発明による製造方法の第2の実施の形態を説明する図であって、第2中間ブランクの平面化の工程における平面成形直前の状態を示す縦断面図。It is a figure explaining 2nd Embodiment of the manufacturing method by this invention, Comprising: The longitudinal cross-sectional view which shows the state just before plane shaping | molding in the process of planarization of a 2nd intermediate | middle blank. 本発明による製造方法の第3の実施の形態を説明する図であって、第2中間ブランクの平面化の工程における平面成形直前の状態を示す縦断面図。It is a figure explaining 3rd Embodiment of the manufacturing method by this invention, Comprising: The longitudinal cross-sectional view which shows the state just before plane shaping | molding in the process of planarization of a 2nd intermediate | middle blank.

以下、本発明による製造方法の実施の形態を図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
[パワーモジュール]
図1は、本発明の製造方法で得られる銅または銅合金のヒートシンクを自動車用電力変換装置のパワーモジュールに使用した場合の断面図である。自動車に搭載される電力変換装置のパワーモジュール10では、IGBTに代表されるパワー半導体素子を実装した半導体チップ101が使用される。パワー半導体素子を許容温度内で使用するため、電力変換装置は、半導体チップ101を冷却する冷却装置を備えている。
Embodiments of a manufacturing method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
[Power module]
FIG. 1 is a cross-sectional view when a copper or copper alloy heat sink obtained by the production method of the present invention is used in a power module of an automotive power converter. In a power module 10 of a power conversion device mounted on an automobile, a semiconductor chip 101 mounted with a power semiconductor element typified by IGBT is used. In order to use the power semiconductor element within an allowable temperature, the power conversion device includes a cooling device that cools the semiconductor chip 101.

図1に示すパワーモジュール10の構成を説明すると、IGBTチップ101は絶縁基板102上に高温半田103にてロウ付けされており、絶縁基板102は低温半田104にてヒートシンク100の表面に固着されている。   The configuration of the power module 10 shown in FIG. 1 will be described. The IGBT chip 101 is brazed on the insulating substrate 102 with the high-temperature solder 103, and the insulating substrate 102 is fixed to the surface of the heat sink 100 with the low-temperature solder 104. Yes.

ヒートシンク100は、表面側のベースプレート100aと、ベースプレート100aの裏面に下方に向かって一体的に突設された複数の放熱フィン100bとを含んで構成され、上述した絶縁基板102は、ベースプレート100aの表面にロウ付けされている。ヒートシンク100は、ネジ107等によって水路形成体105に固定され、放熱フィン100bは、水路形成体105に穿設された水路105a内に挿入されている。これにより、冷却フィン100bを介して、ベースプレート100aが水路105aを循環流動する冷却水106により水冷され、その結果、絶縁基板102が水冷される。   The heat sink 100 is configured to include a base plate 100a on the front surface side and a plurality of heat radiation fins 100b integrally projecting downward on the back surface of the base plate 100a. Is brazed. The heat sink 100 is fixed to the water channel forming body 105 with screws 107 or the like, and the heat radiating fins 100 b are inserted into the water channel 105 a formed in the water channel forming body 105. Thereby, the base plate 100a is cooled by the cooling water 106 circulating and flowing through the water channel 105a through the cooling fins 100b, and as a result, the insulating substrate 102 is cooled by water.

水路形成体105には、水路105aを取り囲むようにOリング収納溝105bが形成され、Oリング収納溝105bにはOリング108が収納されている。Oリング108はベースプレート100aによって圧縮されつつ、ベースプレート100aの裏面およびOリング収納溝105bの内面に密接し、水路105aをシールしている。これによって冷却水の洩れが防止されている。   An O-ring storage groove 105b is formed in the water channel forming body 105 so as to surround the water channel 105a, and an O-ring 108 is stored in the O-ring storage groove 105b. While being compressed by the base plate 100a, the O-ring 108 is in close contact with the back surface of the base plate 100a and the inner surface of the O-ring housing groove 105b, and seals the water channel 105a. This prevents the leakage of cooling water.

ベースプレート100aとフィン100bとを一体化したヒートシンク100は、フィンをロウ付けした従来のヒートシンクに比較して極めて優れた冷却効果を得ることができる。さらに、ヒートシンク100の材質は銅または銅合金であるので、従来のアルミニウム合金よりなるヒートシンクに比較して熱伝導率が高く、高い冷却性能を得ることができる。   The heat sink 100 in which the base plate 100a and the fins 100b are integrated can obtain an extremely excellent cooling effect as compared with a conventional heat sink in which fins are brazed. Further, since the material of the heat sink 100 is copper or a copper alloy, the heat conductivity is higher than that of a conventional heat sink made of an aluminum alloy, and high cooling performance can be obtained.

[製造工程の概要]
図2に示すように、ヒートシンク100は、円管ブランク200を粗材とし、第1中間ブランク210、第2中間ブランク220、ヒートシンク素材230の中間段階を経て成形される。
[Outline of manufacturing process]
As shown in FIG. 2, the heat sink 100 is formed through an intermediate stage of a first intermediate blank 210, a second intermediate blank 220, and a heat sink material 230 using a circular tube blank 200 as a rough material.

製造工程は概ね以下の(1)〜(5)の工程を含む。
(1)円管ブランク作製工程
円管ブランク200を作製する。円管ブランク200は、ヒートシンク100の高さに略対応した厚さの円筒形状である。
(2)第1中間ブランク作製工程
円管ブランク200を前方押出しして第1中間ブランク210を成形する。第1中間ブランク210は、円管ベース212の外周に、放熱フィン100bに対応したフィン形状214が形成されたものである。
(3)第2中間ブランク作製工程
第1中間ブランク210を中心軸に沿って切断して2分割し、第2中間ブランク220を得る。すなわち、第2中間ブランク220は、第1中間ブランク210を半径方向に2分割したものである。
The manufacturing process generally includes the following processes (1) to (5).
(1) Circular tube blank production process The circular tube blank 200 is produced. The circular tube blank 200 has a cylindrical shape with a thickness substantially corresponding to the height of the heat sink 100.
(2) 1st intermediate | middle blank production process The circular tube blank 200 is extruded forward, and the 1st intermediate | middle blank 210 is shape | molded. The first intermediate blank 210 is formed by forming a fin shape 214 corresponding to the heat radiating fin 100 b on the outer periphery of the circular tube base 212.
(3) 2nd intermediate blank production process The 1st intermediate blank 210 is cut | disconnected along a central axis, and it divides | segments into 2 and the 2nd intermediate blank 220 is obtained. That is, the second intermediate blank 220 is obtained by dividing the first intermediate blank 210 into two in the radial direction.

(4)ヒートシンク素材作製工程
第2中間ブランク220を平面化してヒートシンク素材230を得る。ヒートシンク素材230の平面度が不充分な場合には、さらに、平面矯正を行なう。
(4) Heat sink material preparation step The second intermediate blank 220 is planarized to obtain the heat sink material 230. If the flatness of the heat sink material 230 is insufficient, flattening is further performed.

(5)ヒートシンク作製工程
ヒートシンク素材230を熱処理240し、その後に切削加工、メッキ処理を施すことによって、ヒートシンク100を得る。
(5) Heat sink production process The heat sink 100 is obtained by heat-treating the heat sink material 230 and then performing cutting and plating.

[製造工程の詳細]
次に、図2〜図11を参照して製造工程の詳細を上記工程(1)〜(5)ごとに説明する。
(1)円管ブランク作製工程
まず、円管ブランク200を準備する。
円管ブランク200は、パイプ材を所要の長さに切断する方法や、円柱状ブランクを鍛造によりカップ状に押出成形後、カップ底面を穴抜きして成形する方法等により製造する。
[Details of manufacturing process]
Next, details of the manufacturing process will be described for each of the steps (1) to (5) with reference to FIGS.
(1) Circular tube blank production process First, circular tube blank 200 is prepared.
The circular tube blank 200 is manufactured by a method of cutting a pipe material to a required length, a method of extruding a cylindrical blank into a cup shape by forging, and then punching and forming the bottom surface of the cup.

(2)第1中間ブランク作製工程
図3〜図7に示すように上型300と下型400を備える押し出し金型を用いて、円管ブランク200を前方押出工程により成形し、第1中間ブランク210を製造する。
(2) First intermediate blank manufacturing step As shown in FIGS. 3 to 7, a circular tube blank 200 is formed by a forward extrusion step using an extrusion die including an upper die 300 and a lower die 400, and a first intermediate blank is formed. 210 is manufactured.

図3のI―I線断面図である図7にも示すように、押し出し金型は、上型300と下型400とを含んで構成される。
上型300は、円柱状のオピン310と、円筒状のオガタ320とを備えている。下型400は、略円環状のメガタ(押出しダイス)330を備え、メガタ330は、外周に補強リング438が外装されて補強されている。メガタ330は下型400の図示を省略したメガタ装着部に装着される。下型400にセットされた円管ブランク200は上型300により押し出し加工され、第1中間ブランク210が成形される。
As shown in FIG. 7, which is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. 3, the extrusion mold includes an upper mold 300 and a lower mold 400.
The upper mold 300 includes a columnar opine 310 and a cylindrical ogata 320. The lower mold 400 includes a substantially annular megata (extrusion die) 330, and the megata 330 is reinforced with a reinforcement ring 438 on the outer periphery. The megata 330 is mounted on a megata mounting portion of the lower mold 400 (not shown). The circular tube blank 200 set in the lower die 400 is extruded by the upper die 300, and the first intermediate blank 210 is formed.

オピン310には、その前端部に内周成形部311が形成され、後端部にオガタ押部314が形成されている。内周成形部311は、成形すべき第1中間ブランク210の内周面211(図2参照)と略同形状を呈し、円管ブランク210の内周面201より僅かに小径である。オガタ押部314は、内周成形部311と胴体312によって連結されている。   The opin 310 has an inner peripheral molding portion 311 formed at the front end portion thereof, and an oscillating pressing portion 314 formed at the rear end portion thereof. The inner peripheral molding portion 311 has substantially the same shape as the inner peripheral surface 211 (see FIG. 2) of the first intermediate blank 210 to be molded, and has a slightly smaller diameter than the inner peripheral surface 201 of the circular tube blank 210. The rattling pusher 314 is connected to the inner periphery molded part 311 and the body 312.

オガタ320は円筒形状であり、中空部の後端側に、後方に向かって大径となる段差部322が形成され、オガタ押部314が段差部322に係合している。図示しない加圧装置によりオピン310に加えられる前方押し駆動力は、この係合構造によりオガタ320に伝達される。オガタ320の外径は、円管状ブランク200の外周面202(図2参照)の外径と略同形状である。オガタ320の前端面は円管ブランク200の後端面に当接しつつ、円管ブランク200を前方に押す。   Ogata 320 has a cylindrical shape, and a stepped portion 322 having a large diameter toward the rear is formed on the rear end side of the hollow portion, and the rugged push portion 314 is engaged with the stepped portion 322. A forward pushing driving force applied to the opine 310 by a pressurizing device (not shown) is transmitted to the oggart 320 by this engagement structure. The outer diameter of the Ogata 320 is substantially the same as the outer diameter of the outer peripheral surface 202 (see FIG. 2) of the tubular blank 200. While the front end surface of the OG 320 is in contact with the rear end surface of the circular tube blank 200, the circular tube blank 200 is pushed forward.

円環形状のメガタ330には中空部が形成され、中空部の後端側には、オガタ320が嵌合するキャビティ333が形成され、メガタ330と、オガタ320およびオピン310とのが芯合わせを正確に行うことができる。これによって、第1中間ブランク210の内外周の同芯度を確保することができる。
なお、キャビティ333に円管ブランク200が装着されて押し出し加工される。
A hollow portion is formed in the ring-shaped megata 330, and a cavity 333 into which the ogatta 320 is fitted is formed at the rear end side of the hollow portion. Can be done accurately. Thereby, the concentricity of the inner and outer circumferences of the first intermediate blank 210 can be ensured.
The circular tube blank 200 is mounted in the cavity 333 and extruded.

メガタ330の中空部前端側には、第1中間ブランク210の放熱フィン100bに対応したフィン成形部431が形成されている。フィン成形部431には、ヒートシンク100の放熱フィン100bと相補関係を持つ略同形状のフィン(相補フィンと呼ぶ)が放射状に突設されている。   A fin forming portion 431 corresponding to the heat radiation fin 100 b of the first intermediate blank 210 is formed on the front end side of the hollow portion of the megata 330. In the fin forming portion 431, fins having substantially the same shape (referred to as complementary fins) having a complementary relationship with the heat dissipating fins 100b of the heat sink 100 are radially provided.

ここで、フィン成形部431の寸法、形状について、図7および図8を参照して説明する。
図8は、製作後のヒートシンク100(図2参照)のJ−J断面図である。放熱フィン100bは、ピッチ100cで成形されている。放熱フィン100bのベースプレート100aに対する角度は、ヒートシンク100のフィン立ち上がり角度として所定角度に設定されている。フィン100bの間をフィン間隙100dと呼ぶ。
Here, the dimension and shape of the fin forming portion 431 will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
FIG. 8 is a JJ cross-sectional view of the heat sink 100 (see FIG. 2) after fabrication. The radiating fins 100b are formed with a pitch 100c. The angle of the radiating fin 100 b with respect to the base plate 100 a is set to a predetermined angle as the fin rising angle of the heat sink 100. A space between the fins 100b is referred to as a fin gap 100d.

図7には、フィン成形部431の相補フィンピッチとして、フィン内周径上での相補フィンピッチ432Pと、フィン外周径上での相補フィンピッチ433Pとが示されている。フィン内周径上での相補フィンピッチ432Pは、ヒートシンク100のフィンピッチ100cと略等しい値に設定されている。   FIG. 7 shows the complementary fin pitch 432P on the inner diameter of the fin and the complementary fin pitch 433P on the outer diameter of the fin as the complementary fin pitch of the fin forming portion 431. The complementary fin pitch 432P on the fin inner peripheral diameter is set to a value substantially equal to the fin pitch 100c of the heat sink 100.

第1中間ブランク210の成形に際して、図3に示すように、円管ブランク200はメガタ330のキャビティ333に投入され、図4に示すように、押圧力340により上型300を前進(下降)させる。円管ブランク200は、フィン成形部431と内周成形部311とで構成される隙間437に押出され、押残り部205aを有する成形途中品205に変形する。   When the first intermediate blank 210 is formed, the circular tube blank 200 is inserted into the cavity 333 of the megata 330 as shown in FIG. 3, and the upper die 300 is advanced (lowered) by the pressing force 340 as shown in FIG. . The circular tube blank 200 is extruded into a gap 437 formed by the fin forming portion 431 and the inner periphery forming portion 311 and is deformed into a forming intermediate product 205 having a remaining portion 205a.

次に、一旦、上型300を引上げ、図5に示すように、次に加工すべき円管ブランク200’を、成形途中品205に重ねてキャビティ333へ投入する。   Next, the upper die 300 is once pulled up, and as shown in FIG. 5, the circular tube blank 200 ′ to be processed next is put on the intermediate product 205 and put into the cavity 333.

図6に示すように、再押圧力340’により上型300を下降させて、円管ブランク200’とともに成形途中品205を前進させ、オピン14の内周成形部311を、メガタ330の底部334から排出させると、成形途中品205の押残り部205aに放熱フィン100bが形成されて、第1中間ブランク210が形成される。2番目にメガタ400に投入した円管ブランク200’は、成形途中品205”の状態まで成形される。   As shown in FIG. 6, the upper die 300 is lowered by the re-pressing force 340 ′, the intermediate product 205 is moved forward together with the circular tube blank 200 ′, and the inner peripheral molding portion 311 of the opine 14 is moved to the bottom portion 334 of the megata 330. When the sheet is discharged, the heat dissipating fins 100b are formed on the remaining portion 205a of the intermediate product 205 and the first intermediate blank 210 is formed. Secondly, the circular tube blank 200 ′ charged into the megata 400 is molded to a state of a molded product 205 ″.

このように成形された第1中間ブランク210は、図2に示すように、ベースプレート100aに対応した円管ベース212と、円管ベース212の外周に放射状に配設された放熱フィン100bとを備えることになる。   As shown in FIG. 2, the first intermediate blank 210 formed in this way includes a circular tube base 212 corresponding to the base plate 100 a and radiating fins 100 b arranged radially on the outer periphery of the circular tube base 212. It will be.

一方、円管ブランク200’は押残り部205’を有する成形途中品205’となりメガタ330内に留まる。   On the other hand, the circular tube blank 200 ′ becomes an in-mold product 205 ′ having a remaining portion 205 ′ and remains in the megater 330.

以後の第1中間ブランク前方押出工程では、図5、図6の工程の繰返しとなり、メガタ330内には常に成形途中品205aが1個残る。   In the subsequent first intermediate blank forward extrusion step, the steps of FIGS. 5 and 6 are repeated, and one intermediate product 205 a always remains in the megata 330.

(3)第2中間ブランク作製工程
次に、第1中間ブランク210を、中心軸に沿って、軸方向に切断し第2中間ブランク220(図2参照)を製造する。この際、平面化後の所要のベースプレート幅Wになるように切断する必要がある。そのため、円弧状ベース外周221の周長Lを、平面化、矯正後のベースプレート幅Wに設定する。
(3) Second Intermediate Blank Making Step Next, the first intermediate blank 210 is cut in the axial direction along the central axis to manufacture the second intermediate blank 220 (see FIG. 2). At this time, it is necessary to cut so as to have a required base plate width W after planarization. Therefore, the circumferential length L of the arc-shaped base outer periphery 221 is set to the base plate width W after planarization and correction.

周長L設定のための工程設計においては、第1中間ブランク210の円管ベース外周213の周長LLを、平面化後の(ベースプレート幅W+切断代)の倍数に設定し、1個の円管ブランク200から複数のヒートシンク素材230を製造する。これによって、材料歩留は優れたものとなる。   In the process design for setting the peripheral length L, the peripheral length LL of the circular tube base outer periphery 213 of the first intermediate blank 210 is set to a multiple of (base plate width W + cutting allowance) after planarization. A plurality of heat sink materials 230 are manufactured from the tube blank 200. As a result, the material yield is excellent.

なお、コンフォーム押出し等により連続押出したものを、所要の長さ周長に切断することによって第2中間ブランク220を成形してもよい。   In addition, you may shape | mold the 2nd intermediate | middle blank 220 by cut | disconnecting what was continuously extruded by conform extrusion etc. to required length perimeter.

(4)ヒートシンク素材作製工程
次に、第2中間ブランク220を平面化し、矯正して、ヒートシンク素材230を形成する。平面化に際しては、図9、図10に示すように、第2中間ブランク220の内外周を上型600と下型620とによって挟圧する。
(4) Heat Sink Material Production Step Next, the second intermediate blank 220 is planarized and corrected to form the heat sink material 230. In planarization, as shown in FIGS. 9 and 10, the inner and outer circumferences of the second intermediate blank 220 are clamped by the upper mold 600 and the lower mold 620.

下型620には、水平平面状の平座面623と、平座面623の一端で上方に突出する断面略三角形突起状の成形部621と、平座面623に連続する半円弧状の曲座面622とが形成されている。成形部621は、第2中間ブランク220の軸方向に伸び、放熱フィン100bの全長に対応した、円弧状ベース内周224を成形することができる。曲座面622の半円弧は、第2中間ブランク220の円弧状ベース内周224に略対応した半径に設定されている。   The lower die 620 includes a horizontal planar flat seat surface 623, a molded portion 621 having a substantially triangular projection protruding upward at one end of the flat seat surface 623, and a semicircular arc-shaped curve continuous to the flat seat surface 623. A seating surface 622 is formed. The forming part 621 can form an arcuate base inner periphery 224 that extends in the axial direction of the second intermediate blank 220 and corresponds to the entire length of the heat radiation fin 100b. The semicircular arc of the curved seat surface 622 is set to a radius substantially corresponding to the arcuate base inner periphery 224 of the second intermediate blank 220.

上型600は、平座面623の上方に配置され上下揺動可能な本体602と、成形部621の上方の位置で本体602の下面から下方に突出された受圧部601を備える。受圧部601は、成形すべき放熱フィン100bの間隙100d(図8参照)に対応した略台形状の断面を有する。   The upper die 600 includes a main body 602 that is disposed above the flat seat surface 623 and can swing up and down, and a pressure receiving portion 601 that protrudes downward from the lower surface of the main body 602 at a position above the molding portion 621. The pressure receiving portion 601 has a substantially trapezoidal cross section corresponding to the gap 100d (see FIG. 8) of the radiation fin 100b to be molded.

平面化開始時には、曲座面622に第2中間ブランク220を添わせて配置し、その後、第2中間ブランク220を平座面623方向に順次シフトしつつ、上型600に下方への押圧力650(図10)を加え、受圧部601と成形部621とによって、第2中間ブランク220を挟圧する。   At the start of planarization, the second intermediate blank 220 is placed along the curved seating surface 622, and then the second intermediate blank 220 is sequentially shifted in the direction of the flat seating surface 623 while pressing downward on the upper mold 600. 650 (FIG. 10) is added, and the second intermediate blank 220 is clamped by the pressure receiving portion 601 and the molding portion 621.

受圧部601は放熱フィン100bの間隙100dに挿入され、間隙100dの底面223aにおいて、円弧状ベース外周223を押圧する。これによって、放熱フィン100bの円弧状ベース外周223に対する角度を狭めるように、円弧状ベース外周223を成形する。この成形にともない、円弧状ベース内周224は平面に成形されるが、このとき、間隙底面223aに対応した位置の変形が特に大きく、成形部621は、この大きな変形の塑性流動を促す。   The pressure receiving portion 601 is inserted into the gap 100d of the radiating fin 100b, and presses the arcuate base outer periphery 223 at the bottom surface 223a of the gap 100d. Thus, the arc-shaped base outer periphery 223 is formed so as to narrow the angle of the heat radiation fin 100b with respect to the arc-shaped base outer periphery 223. With this molding, the arc-shaped base inner periphery 224 is molded into a flat surface. At this time, the deformation at a position corresponding to the gap bottom surface 223a is particularly large, and the molding portion 621 promotes plastic flow of this large deformation.

平面化は、曲座面622にセットされた第2中間ブランク220の上端から順次行ない、図9、図10では、8番目の放熱フィン100bと9番目の放熱フィン100bとの間の間隙底面223aを平面化している。
平面化によって、放熱フィン100bの円弧状ベース外周223に対する立ち上がり角度が、あらかじめ設定した立ち上がり角度に修正される。すなわち、設定立ち上がり角度からの偏差θを解消し、θ=0度となるような成形を行う。図9の成形直前の状態ではθ>0度であるが、図10の成形完了時には、θ=0度となっている。
Planarization is performed sequentially from the upper end of the second intermediate blank 220 set on the curved seat surface 622. In FIGS. 9 and 10, the bottom surface 223a of the gap between the eighth and ninth radiating fins 100b and 100b is used. Is flattened.
By the planarization, the rising angle of the radiating fin 100b with respect to the arc-shaped base outer periphery 223 is corrected to a predetermined rising angle. That is, molding is performed so that the deviation θ from the set rising angle is eliminated and θ = 0 degrees. In the state immediately before molding in FIG. 9, θ> 0 degrees, but when the molding in FIG. 10 is completed, θ = 0 degrees.

受圧部601は、間隙底面223aのみを押圧し、放熱フィン100b自体には負荷を与えることがなく、また、受圧部601の形状は、成形すべき放熱フィン100bの間隙に対応した略台形状断面であるので、放熱フィン100bの形状や円弧状ベース外周223の形状を変形させない。
これによって、放熱フィン100bの形状崩れやフィンピッチ100cのズレを最小限に抑え精度の優れた平面化を行なうことができる。
The pressure receiving portion 601 presses only the gap bottom surface 223a and does not apply a load to the radiation fin 100b itself, and the shape of the pressure receiving portion 601 is a substantially trapezoidal cross section corresponding to the gap between the radiation fins 100b to be formed. Therefore, the shape of the radiating fin 100b and the shape of the arcuate base outer periphery 223 are not deformed.
As a result, it is possible to minimize the deformation of the heat dissipating fins 100b and the deviation of the fin pitch 100c, and to perform planarization with excellent accuracy.

すなわち、間隙底面223aの近傍では実質的に塑性流動を生じさせず、主に、三角状突起である成形部621が接触する円弧状ベース内周224の近傍において塑性流動630を生じさせる。   That is, substantially no plastic flow is generated in the vicinity of the gap bottom surface 223a, and the plastic flow 630 is generated mainly in the vicinity of the arcuate base inner periphery 224 that contacts the forming portion 621 that is a triangular protrusion.

一般に、負荷が加えられた材料は、特別な拘束が無ければ、規定以上の面圧に達した時に塑性流動が生じるが、成形部621を突起状にすることにより狭圧初期の段階から、円弧状ベース内周224の成形部621近傍において急激に面圧が上昇し、その付近の材料のみ周方向に塑性流動630して、円弧状ベース狭圧部226を、周方向に離間するように(矢印227の方向)に変形させる。   In general, when there is no special constraint, a material subjected to a load causes a plastic flow when a surface pressure exceeding a specified level is reached. The surface pressure suddenly increases in the vicinity of the molding portion 621 of the arc-shaped base inner periphery 224, and only the material in the vicinity thereof plastically flows 630 in the circumferential direction so that the arc-shaped base narrow pressure portion 226 is separated in the circumferential direction ( (Direction of arrow 227).

平面化のための成形は、放熱フィン100bの間隙底面223aの各々に行なう必要があるものの、各々の箇所の加工条件は均一に出来る為、平面化の精度は安定している。   Although the molding for planarization needs to be performed on each of the gap bottom surfaces 223a of the radiating fins 100b, the processing conditions at each location can be made uniform, so that the planarization accuracy is stable.

さらに、曲座面622を平座面623に連続して設けたことにより、成形前に第2中間ブランク220の位置を固定でき、作業性が高まる。   Furthermore, by providing the curved seat surface 622 continuously with the flat seat surface 623, the position of the second intermediate blank 220 can be fixed before molding, and workability is improved.

なお、上型600、下型620によって平面化したヒートシンク素材230の平面度をさらに向上させる矯正を行うためには、例えば、図11に示すように、全箇所の放熱フィン100bと間隙底面223aを金型700、720で拘束しつつ、上下から挟圧し、平面成形で生じた波打や凹凸を平準化する。このとき、凸部の材料は凹部へ流動して、平面が形成される。   In order to further improve the flatness of the heat sink material 230 planarized by the upper mold 600 and the lower mold 620, for example, as shown in FIG. While constraining with the molds 700 and 720, clamping is performed from above and below to level the undulations and irregularities generated by the flat molding. At this time, the material of the convex portion flows into the concave portion to form a flat surface.

(5)ヒートシンク作製工程
平面化によって製造されたヒートシンク素材230は、押出加工や平面化の際に発生した残留応力を除去する為に熱処理240される。
(5) Heat sink production process The heat sink material 230 manufactured by planarization is subjected to heat treatment 240 in order to remove residual stress generated during extrusion or planarization.

(熱処理)
絶縁基板102をベースプレート10aにロウ付けする際の半田の溶解熱や、パワーモジュール10の動作時のIGBTチップ発熱等により、ベースプレート100aの残留応力が解放されてベースプレート100aに反りが発生することがある。これは、半田や基盤における亀裂等の欠陥の原因となる。
上記熱処理によって、このような残留応力があらかじめ解放され、欠陥の発生が防止される。
(Heat treatment)
Residual stress of the base plate 100a may be released due to the melting heat of the solder when the insulating substrate 102 is brazed to the base plate 10a, the heat generated by the IGBT chip during the operation of the power module 10, and the like. . This causes defects such as cracks in the solder and the substrate.
By the heat treatment, such residual stress is released in advance, and generation of defects is prevented.

(切削加工、めっき処理)
熱処理240後は、絶縁基板102をロウ付けする基板ロウ付け面100e(図2参照)、Oリング108にてシーリングするシール面100f(図2参照)、ネジ取付け用の穴100g(図2参照)等を切削加工で仕上げた後、耐食性を考慮してメッキを行いヒートシンク100を得る。切削加工に際しては、外形寸法調整や、不要な放熱フィン100bの除去も行う。
(Cutting and plating)
After the heat treatment 240, a substrate brazing surface 100e (see FIG. 2) for brazing the insulating substrate 102, a seal surface 100f (see FIG. 2) for sealing with the O-ring 108, and a screw mounting hole 100g (see FIG. 2). After finishing the above by cutting, plating is performed in consideration of corrosion resistance to obtain the heat sink 100. At the time of cutting, external dimension adjustment and removal of unnecessary radiating fins 100b are also performed.

以上説明したように、本発明のヒートシンク素材230は、ベースプレート100aと放熱フィン100bの一体成形が図られた銅または銅合金の熱伝導率の優れたヒートシンク素材であり、自動車用電力変換装置のパワーモジュール10の高性能化とコンパクト化が図れる。   As described above, the heat sink material 230 of the present invention is a heat sink material with excellent thermal conductivity of copper or copper alloy in which the base plate 100a and the heat radiating fins 100b are integrally formed. High performance and compactness of the module 10 can be achieved.

また、中間ブランクはプレス機械による押出により成形可能で、コンフォーム成形機等の特別な成形機が無くても生産可能である。   The intermediate blank can be formed by extrusion using a press machine, and can be produced without a special forming machine such as a conform forming machine.

しかも、円管ブランク200から成形することで、押出成形時の金型に異常に高い応力が生じることはなく、応力状態が適正である。このため充分高いアスペクト比の放熱フィンを成形することができる。   Moreover, by molding from the circular tube blank 200, abnormally high stress does not occur in the mold during extrusion molding, and the stress state is appropriate. For this reason, a radiation fin having a sufficiently high aspect ratio can be formed.

さらに次のような作用効果も得られる。
第1中間ブランク210において、放射状にフィン成形部431を形成することにより、フィン内周ピッチ432pよりもフィン外周ピッチ433pの間隔を大きく設定でき、最終的な放熱フィン100bのピッチ100c(図8参照)よりもフィン外周ピッチ433pを大きく設定できる。この結果、押し出される円管ブランク200のフィン間の断面積を、直接、平面的なフィンを押し出し加工する場合に比べて大きく設定できる。そのため、成形時に高応力が生じるフィン成形部431の応力緩和が図られ、充分大きなアスペクト比の放熱フィン100bを成形できる。
また放熱フィン100bを直接押出し成形するよりも、金型を長寿命化することができる。
Furthermore, the following effects can be obtained.
By forming the fin forming portions 431 radially in the first intermediate blank 210, the interval between the fin outer peripheral pitches 433p can be set larger than the fin inner peripheral pitch 432p, and the final pitch 100c of the radiating fins 100b (see FIG. 8). ) Can be set larger than the outer circumferential pitch 433p. As a result, the cross-sectional area between the fins of the extruded circular tube blank 200 can be set larger than in the case of directly extruding planar fins. Therefore, stress relaxation of the fin forming portion 431 in which high stress is generated at the time of molding can be achieved, and the radiation fin 100b having a sufficiently large aspect ratio can be molded.
In addition, the life of the mold can be extended as compared with the case where the heat radiation fin 100b is directly extruded.

第1中間ブランク210は円筒状であるので、フィン成形部431の断面は、メガタ330の中心軸に対して点対称形状であり、ヒートシンク100の形状に直接押出しするよりも、応力状態の均一化が図られ、この点においても、金型を長寿命化することができる。   Since the first intermediate blank 210 is cylindrical, the cross section of the fin forming portion 431 has a point-symmetric shape with respect to the central axis of the megata 330, and the stress state is made uniform rather than being directly extruded into the shape of the heat sink 100. In this respect as well, the life of the mold can be extended.

補強リング437は、焼嵌め434等により、メガタ330に嵌合されているが、フィン成形部431の断面がメガタ330中心軸に対して対称形状なので、補強による応力は、メガタ330に均一かつ効果的に作用する。   The reinforcing ring 437 is fitted to the megata 330 by shrink fitting 434 or the like, but since the cross section of the fin forming portion 431 is symmetrical with respect to the central axis of the megata 330, the stress due to reinforcement is uniform and effective on the megata 330. It works in the same way.

焼嵌め434による圧縮力は、フィン外周径433に圧縮応力435を生じさせ、成形時に発生する引張応力436の全部または一部を相殺する。これによって、フィン成形部431の金型割れ発生を抑え、金型を長寿命化する。   The compressive force generated by shrink fitting 434 generates a compressive stress 435 in the fin outer peripheral diameter 433 and cancels out all or a part of the tensile stress 436 generated during molding. As a result, the occurrence of mold cracking in the fin molding portion 431 is suppressed, and the life of the mold is extended.

なお、ヒートシンク100の形状に直接押出しする場合は、応力状態が不均一となり効果的な補強構造は実現できない。
[第2の実施の形態]
In addition, when extruding directly to the shape of the heat sink 100, the stress state becomes non-uniform and an effective reinforcing structure cannot be realized.
[Second Embodiment]

次に、本発明による製造方法の第2の実施の形態を、図12を参照して説明する。
なお、図中、第1の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
Next, a second embodiment of the manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the figure, the same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第1の実施の形態では、平面化に際して、間隙底面223aと円弧ベース内周224とを狭圧して、円弧状ベース223を平面化したが、図12に示すように、上型600の本体602によって放熱フィン100bの先端100hをさらに押圧してもよい。   In the first embodiment, when flattening, the gap bottom surface 223a and the arc base inner periphery 224 are narrowed to flatten the arc base 223. However, as shown in FIG. 12, the main body 602 of the upper mold 600 is used. The tip 100h of the heat dissipating fin 100b may be further pressed.

要するに、円弧状ベース内周224の材料のみを周方向に塑性流動させることが重要である。
[第3の実施の形態]
In short, it is important to plastically flow only the material of the arc-shaped base inner periphery 224 in the circumferential direction.
[Third Embodiment]

次に、本発明による製造方法の第3の実施の形態を、図13を参照して説明する。
なお、図中、第1の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一符号を付し、説明を省略する。
Next, a third embodiment of the manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIG.
In the figure, the same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

第1の実施の形態では、第2中間ブランク220の円弧ベース内周224は平滑な円弧面としたが、図13に示すように、円弧状ベース内周224に、第2中間ブランク220の軸方向全長に渡って伸びる凸部、凹部を周方向に配列した凹凸100jを、あらかじめ形成してもよい。   In the first embodiment, the arc base inner periphery 224 of the second intermediate blank 220 is a smooth arc surface. However, as shown in FIG. Concavities and convexities 100j in which convex portions and concave portions extending over the entire length in the direction are arranged in the circumferential direction may be formed in advance.

凹凸100jは、例えば、第1中間ブランク前方押出工程において形成される。
平面化に際して、凹凸100jにおける凸部を狭圧することで、狭圧初期の面圧を更に上げることができる。
これによって、平面化の精度を向上させたり、突起状の成形部621の高さを低くして、基盤ロウ付け面100eの切削加工代を低減することも可能である。
The unevenness 100j is formed, for example, in the first intermediate blank forward extrusion step.
During planarization, the surface pressure at the initial stage of narrowing can be further increased by narrowing the convex portion of the unevenness 100j.
As a result, it is possible to improve the flattening accuracy or reduce the height of the projection-shaped forming portion 621 to reduce the machining allowance of the base brazing surface 100e.

なお、以上で説明したヒートシンクならびにその製造方法は一例であり、本発明を逸脱しない限り、種々の形態を採用することができる。
したがって、本発明は、ベースプレートとフィンを一体成形したヒートシンクの製造方法であって、円管ベースと、円管ベースの外周に放射状に配設された複数の放熱フィンとを備えた第1中間ブランクを成形する工程と、第1中間ブランクの放熱フィンの間隙底面と第1中間ブランクの円弧状ベース内周とを局部的に狭圧して第1中間ブランクを平面化する工程とを備えたあらゆるヒートシンクの製造方法に適用できる。
In addition, the heat sink demonstrated above and its manufacturing method are examples, and a various form is employable unless it deviates from this invention.
Accordingly, the present invention is a method of manufacturing a heat sink in which a base plate and fins are integrally formed, and includes a first intermediate blank including a circular tube base and a plurality of radiating fins arranged radially on the outer periphery of the circular tube base. And a step of flattening the first intermediate blank by locally narrowing the gap bottom surface of the radiating fin of the first intermediate blank and the arcuate base inner periphery of the first intermediate blank. It can be applied to the manufacturing method.

100:ヒートシンク
100a:ベースプレート
100b:放熱フィン
100d:間隙
200:円管ブランク
210:第1中間ブランク
223:円弧状ベース外周
223a:間隙底面
224:円弧状ベース内周
230:ヒートシンク素材
300:上型
330:メガタ
601:受圧部
621:成形部
100: heat sink 100a: base plate 100b: radiating fin 100d: gap 200: circular tube blank 210: first intermediate blank 223: arc-shaped base outer periphery 223a: gap bottom surface 224: arc-shaped base inner periphery 230: heat sink material 300: upper mold 330 : Megata 601: Pressure receiving part 621: Molding part

Claims (7)

ベースプレートとフィンを一体成形したヒートシンクの製造方法であって、
円管ベースと、円管ベースの外周に放射状に配設された複数の放熱フィンとを備えた第1中間ブランクを成形する工程と、
前記第1中間ブランクを切断して円弧状の第2中間ブランクを得る工程と、
前記第中間ブランクの前記放熱フィンの間隙底面と前記第中間ブランクの円弧状ベース内周とを局部的に狭圧して第中間ブランクを平面化する工程と、
を備えたことを特徴とするヒートシンクの製造方法。
A heat sink manufacturing method in which a base plate and fins are integrally molded,
Forming a first intermediate blank having a circular tube base and a plurality of heat dissipating fins radially disposed on the outer periphery of the circular tube base;
Cutting the first intermediate blank to obtain an arc-shaped second intermediate blank;
A step of planarizing a locally narrow pressure in the second intermediate blank and gap bottom surface and an arc-shaped base inner periphery of the second intermediate blank of the heat dissipation fins of the second intermediate blank,
A method of manufacturing a heat sink.
請求項1記載の製造方法において、
前記第中間ブランクを平面化する工程に際して、前記円弧状ベース内周に、第中間ブランクの軸方向に延びる突起状の成形部を当接することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
In the manufacturing method of Claim 1,
Wherein during the second step of planarizing the intermediate blank in a circumferential said arcuate base, method for producing a heat sink, characterized in that the protruding shaped portion extending in the axial direction of the second intermediate blank abuts.
請求項1または2に記載の製造方法において、
前記第1中間ブランクを成形する工程は、ブランクを押出成形する工程を含み、
前記第1中間ブランクを成形する工程に先立って前記ブランクを準備する工程をさらに含むことを特徴とするヒートシンクの製造方法。
In the manufacturing method of Claim 1 or 2,
The step of forming the first intermediate blank includes a step of extruding the blank,
The method of manufacturing a heat sink, further comprising the step of preparing the blank prior to the step of forming the first intermediate blank.
請求項3記載の製造方法において、
前記押出成形する工程は、補強リングにより補強された押出しダイスにより行うことを特徴とするヒートシンクの製造方法。
In the manufacturing method of Claim 3,
The method of manufacturing a heat sink, wherein the extrusion molding step is performed by an extrusion die reinforced by a reinforcing ring.
請求項3または4に記載の製造方法において、
前記押出成形に使用する前記ブランクは円管状であることを特徴とするヒートシンクの製造方法。
In the manufacturing method of Claim 3 or 4,
The method of manufacturing a heat sink, wherein the blank used for the extrusion is a circular tube.
請求項1記載の製造方法であって、
第1中間ブランクを成形する工程では、前記第1中間ブランクの円弧状ベース内周に、凹凸を形成する工程を含むことを特徴とするヒートシンクの製造方法。
The manufacturing method according to claim 1,
The step of forming the first intermediate blank includes a step of forming irregularities on the inner periphery of the arcuate base of the first intermediate blank.
請求項6記載の製造方法において、
前記平面化の工程は、前記円弧状ベース内周の前記凹凸の凸部を押圧して平面状に成形する工程を含むことを特徴とするヒートシンクの製造方法。
In the manufacturing method of Claim 6,
The flattening step includes a step of pressing the concave and convex portions on the inner circumference of the arc-shaped base to form a flat shape, wherein the method of manufacturing a heat sink.
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