JP5325821B2 - ヒートシンクの製造方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
[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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[第2の実施の形態]
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。
[第3の実施の形態]
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。
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。
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。
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
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2中間ブランクの前記放熱フィンの間隙底面と前記第2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2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。 - 請求項1記載の製造方法において、
前記第2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2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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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