特許 7408145 ヒートシンク及び該ヒートシンクの製造方法並びに該ヒートシンクを用いた電子部品パッケージ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-22

(45)【発行日】2024-01-05

(54)【発明の名称】ヒートシンク及び該ヒートシンクの製造方法並びに該ヒートシンクを用いた電子部品パッケージ

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20231225BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20231225BHJP

   B21D 39/03 20060101ALI20231225BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 Z

H05K7/20 B

B21D39/03 A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020067515

(22)【出願日】2020-04-03

(65)【公開番号】P2021163940

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-02-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000123608

【氏名又は名称】かがつう株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000626

【氏名又は名称】弁理士法人英知国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】松浦 宗佑

(72)【発明者】

【氏名】田中 優治

(72)【発明者】

【氏名】中村 洋輔

【審査官】河合 俊英

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５９－５５２８３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－９２２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－１１１４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２３６１８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｂ２１Ｄ ３９／０３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方の面を電子部品に接触させるための電子部品接触面にするとともに他方の面に筒状突部を突設した板状のベース部材と、前記筒状突部に挿入された内側部材と、前記筒状突部に環状に嵌り合う止着孔を有する外側部材とを備え、
前記筒状突部の内側面が前記内側部材の外側面に圧接され、
前記筒状突部の突端側が前記外側部材に圧接され、
前記内側部材と前記外側部材のうちの少なくとも一方が、放熱フィンを構成していることを特徴とするヒートシンク。

【請求項2】

前記筒状突部内が、前記ベース部材を貫通する貫通孔状に形成され、
前記電子部品接触面と前記内側部材の端面とが、略面一であることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。

【請求項3】

前記外側部材は、前記他方の面に接するとともに前記筒状突部の突出量よりも厚みの小さい板状の底片部を有し、この底片部に前記止着孔を形成しており、
前記筒状突部は、前記止着孔に貫通状に挿通されて、その突端側が変形して前記底片部の外面に圧接されていることを特徴とする請求項１又は２記載のヒートシンク。

【請求項4】

前記外側部材は、前記底片部から前記筒状突部の突出方向へ突出する突片部を具備して前記放熱フィンを構成していることを特徴とする請求項３記載のヒートシンク。

【請求項5】

前記外側部材は、前記底片部から前記筒状突部の突出方向へ突出した支柱部と、前記支柱部の突端側で前記突出方向に対する交差方向へ延設された板状部とを具備して、前記放熱フィンを構成していることを特徴とする請求項３記載のヒートシンク。

【請求項6】

前記内側部材の外側面に凹部が設けられ、この凹部に前記筒状突部の内側面が嵌り合っていることを特徴とする請求項１～５何れか１項記載のヒートシンク。

【請求項7】

前記筒状突部内に前記内側部材を挿入する内側挿入工程と、前記筒状突部を前記止着孔に挿通するようにして前記外側部材を前記ベース部材に装着する外側装着工程と、これらの工程の後に、前記筒状突部をその突出方向側から押圧して径方向の内側へ塑性変形させて前記内側部材に圧接するとともに、同筒状突部の突端側を径方向外側へ塑性変形させて前記外側部材に圧接するカシメ工程とを含むことを特徴とする請求項１～６何れか１項記載のヒートシンクの製造方法。

【請求項8】

前記カシメ工程の前に、前記ベース部材に貫通させた前記内側部材の端部と前記電子部品接触面とを、平坦面状の台に当接する工程を含むことを特徴とする請求項７記載のヒートシンクの製造方法。

【請求項9】

前記電子部品接触面に接触するように、電子部品を具備したことを特徴とする請求項１～６何れか１項記載のヒートシンクを用いた電子部品パッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子部品等の熱を放熱するようにしたヒートシンク及び該ヒートシンクの製造方法並びに該ヒートシンクを用いた電子部品パッケージに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の発明には、例えば特許文献１に示すように、基板部に放熱フィンとして機能する多数の凸部を設けたヒートシンクがある。
このようなヒートシンクでは、前記凸部を大きくしたり、前記凸部の形状を複雑にしたりして、その表面積を拡大することにより、放熱性能を向上することが求められる。
そこで、前記凸部を前記基板部とは独立した別体の部品として、比較的大きな形状や複雑な形状等に加工した後、この凸部を前記基板部に接続することが提案される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許６１０９２７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記したように別体の凸部を基板部に接続するようにした場合、その接続箇所の強度や、生産性等が問題になる場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するために、以下の構成を具備するものである。
一方の面を電子部品に接触させるための電子部品接触面にするとともに他方の面に筒状突部を突設した板状のベース部材と、前記筒状突部に挿入された内側部材と、前記筒状突部に環状に嵌り合う止着孔を有する外側部材とを備え、前記筒状突部の内側面が前記内側部材の外側面に圧接され、前記筒状突部の突端側が前記外側部材に圧接され、前記内側部材と前記外側部材のうちの少なくとも一方が、放熱フィンを構成していることを特徴とするヒートシンク。

【発明の効果】

【0006】

本発明は、以上説明したように構成されているので、放熱フィンの接続箇所の強度を十分に確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明に係るヒートシンク一例を示す斜視図である。

【図2】同ヒートシンクを側方から視た図であり、（ａ）は組立前、（ｂ）は組立後を示す。

【図3】同ヒートシンクの製造方法を（ａ）～（ｄ）に順次に示す要部切断端面図である。

【図4】同ヒートシンクの製造方法を（ｅ）～（ｇ）に順次に示す要部切断端面図である。

【図5】本発明に係るヒートシンク他例を示す斜視図である。

【図6】同ヒートシンクを側方から視た半断面図であり、（ａ）は組立前、（ｂ）は組立後を示す。

【図7】内側部材の一例を（ａ）と（ｂ）にそれぞれ示す縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本実施の形態では、以下の特徴を開示している。
第１の特徴は、一方の面を電子部品に接触させるための電子部品接触面にするとともに他方の面に筒状突部を突設した板状のベース部材と、前記筒状突部に挿入された内側部材と、前記筒状突部に環状に嵌り合う止着孔を有する外側部材とを備え、前記筒状突部の内側面が前記内側部材の外側面に圧接され、前記筒状突部の突端側が前記外側部材に圧接され、前記内側部材と前記外側部材のうちの少なくとも一方が、放熱フィンを構成している（図１～図６参照）。

【0009】

第２の特徴として、前記筒状突部内が、前記ベース部材を貫通する貫通孔状に形成され、前記電子部品接触面と前記内側部材の端面とが、略面一である（図３参照）。

【0010】

第３の特徴として、前記外側部材は、前記他方の面に接するとともに前記筒状突部の突出量よりも厚みの小さい板状の底片部を有し、この底片部に前記止着孔を形成しており、前記筒状突部は、前記止着孔に貫通状に挿通されて、その突端側が変形して前記底片部の外面に圧接されている（図１～図６参照）。

【0011】

第４の特徴として、前記外側部材は、前記底片部から前記筒状突部の突出方向へ突出する突片部を具備して前記放熱フィンを構成していることを特徴とする請求項３記載のヒートシンク（図１及び図２参照）。

【0012】

第５の特徴として、前記外側部材は、前記底片部から前記筒状突部の突出方向へ突出した支柱部と、前記支柱部の突端側で前記突出方向に対する交差方向へ延設された板状部とを具備して、前記放熱フィンを構成していることを特徴とする請求項３記載のヒートシンク（図５及び図６参照）。

【0013】

第６の特徴として、前記内側部材の外側面に凹部が設けられ、この凹部に前記筒状突部の内側面が嵌り合っている（図７（ｂ）参照）。

【0014】

第７の特徴は、上記ヒートシンクの製造方法であって、前記筒状突部内に前記内側部材を挿入する内側挿入工程と、前記筒状突部を前記止着孔に挿通するようにして前記外側部材を前記ベース部材に装着する外側装着工程と、これらの工程の後に、前記筒状突部をその突出方向側から押圧して径方向の内側へ塑性変形させて前記内側部材に圧接するとともに、同筒状突部の突端側を径方向外側へ塑性変形させて前記外側部材に圧接するカシメ工程とを含む（図３参照）。

【0015】

第８の特徴は、前記カシメ工程の前に、前記ベース部材に貫通させた前記内側部材の端部と前記電子部品接触面とを、平坦面状の台に当接する工程を含む（図３参照）。

【0016】

第９の特徴は、上記ヒートシンクを用いた電子部品パッケージであって、前記電子部品接触面に接触するように、電子部品を具備した。

【0017】

なお、後述する実施態様では、以下の構成要件のみを必須とした発明も開示している。
すなわち、この発明の一つは、ヒートシンクであって、一方の面を電子部品に接触させるための電子部品接触面にするとともに他方の面に筒状突部を突設した板状のベース部材と、前記筒状突部に挿入された内側部材とを備え、前記筒状突部の内側面が前記内側部材の外側面に圧接され、前記内側部材が、前記筒状突部よりも突出して放熱フィンを構成している。
この発明によれば、内側部材と筒状突部とを互いに圧接して、これら二つの部材の接続強度を向上することができる。
さらに他の発明は、上記ヒートシンクの製造方法であって、前記筒状突部内に前記内側部材を挿入する内側挿入工程と、この工程の後に、前記筒状突部をその突出方向側から押圧して径方向の内側へ塑性変形させて前記内側部材に圧接するカシメ工程とを含む。

【0018】

＜第一の実施態様＞
次に、上記特徴を有する具体的な実施態様について、図面に基づいて詳細に説明する。

【0019】

図１～図２に示すヒートシンク１は、筒状突部１３を有する板状のベース部材１０と、筒状突部１３に挿入された内側部材２０と、筒状突部１３に環状に嵌り合う止着孔３１ａを有する外側部材３０とを備え、外側部材３０を放熱フィンとして構成している。

【0020】

ベース部材１０は、塑性変形性の良好な金属材料から矩形平板状に形成され、その厚み方向の一方側（図示の下側）の面を、平坦状に形成して電子部品Ｘに接触させるための電子部品接触面１１とし、逆側の面を外側部材３０を装着するための外側部材装着面１２としている。

【0021】

電子部品接触面１１は、凹凸のない平坦状の面である。
外側部材装着面１２は、平坦状の面に、外側部材３０側へ突出する複数の筒状突部１３を有する。

【0022】

筒状突部１３は、外側部材装着面１２が連続する方向に所定の間隔を置いて複数設けられる。
より詳細に説明すれば、この筒状突部１３は、外側部材３０の各々に対応するようにして、外側部材３０毎に複数（図示例によれば二つ）設けられる。

【0023】

各筒状突部１３は、その中心軸を、ベース部材１０面に直交させて外側部材３０側へ突出した円筒状に形成される。
この筒状突部１３の内部は、ベース部材１０を厚さ方向へ貫通する貫通孔状に形成される。

【0024】

各筒状突部１３は、外側部材３０の止着孔３１ａに貫通状に挿通される。
そして、各筒状突部１３の内側面（内周面）は、内側部材２０の外側面（外周面）に圧接され、各筒状突部１３の突端側は、止着孔３１ａの外部側で、径方向外側へカシメられ変形して底片部３１の上面に圧接される（図４（ｆ）参照）。この筒状突部１３の加工方法については、後に詳述する。

【0025】

内側部材２０は、図７（ａ）に示すように、外観視円柱状の中実部材であり、金属材料から形成される。
この内側部材２０は、一端側（図示例によれば上端側）を筒状突部１３外へ露出した状態で、他端側を筒状突部１３に内在している。そして、内側部材２０の前記他端側の端部は、ベース部材１０の電子部品接触面１１と、略面一にある。この構成によれば、凹凸のない電子部品接触面１１を電子部品Ｘに接触させて、電子部品Ｘの熱を当該ヒートシンク１に効率良く伝達することができる。

【0026】

外側部材３０は、止着孔３１ａを有する底片部３１と、底片部３１から筒状突部１３の突出方向へ突出する複数（図示例によれば二枚）の突片部３２とを具備して放熱フィンを構成している。

【0027】

底片部３１は、ベース部材１０の外側部材装着面１２に接触するように、平板状に形成される。図示例の底片部３１は、ベース部材１０の電子部品接触面１１に沿う平面視長方形状に形成される。
この底片部３１には、ベース部材１０の一辺に沿って直線上に並ぶ複数の筒状突部１３に対応するように、複数の貫通状の止着孔３１ａ（図２参照）が設けられる。各止着孔３１ａには、筒状突部１３が貫通状に挿通されている。

【0028】

また、突片部３２は、底片部３１の長手方向に直交する方向の両端部からそれぞれ突出するようにして、二枚設けられる。これら二枚の突片部３２は、一定の間隔を置いて略平行している。
各突片部３２は、矩形平板状に形成され、底片部３１に対し略直交している。

【0029】

上記構成のベース部材１０、内側部材２０及び外側部材３０の原材料は、単一の金属元素からなる純金属や、複数の金属元素あるいは金属元素と非金属元素から成る合金等とすることが可能である。前記金属元素の具体例としては、アルミニウム、銅、ステンレス、ニッケル又はマグネシウム等が挙げられる。
また、ベース部材１０、内側部材２０及び外側部材３０の各々は、単一材料から形成してもよいし、二つ以上の異なる材料を一体的に組み合わせた複合材料から形成してもよい。

【0030】

次に、上記構成のヒートシンク１の製造方法について詳細に説明する。
この製造方法では、平板状原材に筒状突部１３を加工してベース部材１０とする工程（図３（ａ）（ｂ）参照）と、筒状突部１３の内側に内側部材２０を挿入して、ベース部材１０に貫通させた内側部材２０の端部と電子部品接触面１１とを平坦面状の台Ｔに当接する内側挿入工程（図３（ｃ）参照）と、筒状突部１３を止着孔３１ａに挿通するようにして外側部材３０をベース部材１０に装着する外側装着工程（図３（ｄ）参照）と、これらの工程の後に、筒状突部１３をその突出方向側から押圧して径方向の内側へ塑性変形させて内側部材２０に圧接するとともに、同筒状突部１３の突端側を径方向外側へ塑性変形させて外側部材３０に圧接するカシメ工程（図４（ｅ）（ｆ））とを含む。

【0031】

詳細に説明すれば、先ず、図３（ａ）に示す工程では、ベース部材１０を構成するための平板状原材に対し、下方側から金型を突き当てるようにして、上方へ突出するとともに内部が凹状の凸部を形成する。
そして、図３（ｂ）に示すように、前記凸部の突端壁をプレス加工等により打ち抜くことで、筒状突部１３を形成する。これらの加工工程の少なくとも一部には、例えば特許文献１に記載される加工方法を適用することが可能である。

【0032】

次の内側挿入工程及び外側装着工程では、図３（ｃ）（ｄ）に示すように、ベース部材１０の電子部品接触面１１を、台Ｔの上面に接触させて位置決めし、筒状突部１３内に内側部材２０を挿入し、さらに筒状突部１３の外周部に、外側部材３０における底片部３１の止着孔３１ａを嵌め合わせる。
台Ｔは、例えば、金属材料等の硬質材料から直方体状に形成される。この台Ｔの上面は、平坦状であり、ベース部材１０の電子部品接触面１１に接触する。

【0033】

なお、内側部材２０と外側部材３０を嵌め合わせる順序は、逆にすることが可能である。すなわち、図示とは逆に、外側部材３０を先に嵌め合わせてから、内側部材２０を嵌め合わせるようにしてもよい。

【0034】

次に、カシメ工程では、図４（ｅ）（ｆ）に示すように、筒状（図示例によれば円筒状）の治具Ｊの下端を筒状突部１３の上端に押し当て、筒状突部１３を塑性変形させる。
この際、筒状突部１３は、止着孔３１ａ内にて圧縮変形して、その内周面を、内側部材２０の外周面に圧接する。
さらに、この筒状突部１３は、その突端側であって止着孔３１ａよりも外側の部分を、径方向の外側へ塑性変形して、止着孔３１ａの周囲側にて外側部材３０の底片部３１の外面に圧接する。

【0035】

そして、上記構成のヒートシンク１は、電子部品接触面１１を電子部品Ｘに接触させて電子部品パッケージＡを構成する（図１参照）。電子部品Ｘは、例えば、ＣＰＵや、トランジスタ、サイリスタ、その他の半導体や電子部品等である。

【0036】

次に、図４（ｇ）に示すように、治具Ｊと台Ｔが、それぞれ上方と下方へ引き離され、ヒートシンク１が完成する。

【0037】

よって、上記構成のヒートシンク１及び該ヒートシンク１の製造方法によれば、内側部材２０と筒状突部１３が互いに圧接され、筒状突部１３と外側部材３０も互いに圧接されるため、これらの接続箇所の強度を十分に確保することができる。
しかも、前記二か所の圧接を略同時に行うようにしているため、生産性が良好である。

【0038】

また、電子部品パッケージＡによれば、表面積の比較的大きい形状の放熱フィン（外側部材３０）がベース部材１０に一体化されているため、電子部品Ｘによる発熱を、効果的に放熱することができる。

【0039】

＜第二の実施態様＞
次に、本発明に係るヒートシンクにおける他の実施態様について説明する。
以下に示す実施態様は、上記ヒートシンク１の一部を変更したものであるため、主のその変更部分について詳述し、同様の部分にはヒートシンク１と同一の符号を付け、重複する詳細説明を省略する。

【0040】

図５及び図６に示すヒートシンク２は、上記ヒートシンク１に対し、ベース部材１０をベース部材１０’に置換し、外側部材３０を、外側部材４０に置換したものである。

【0041】

ベース部材１０’は、上記ベース部材１０と同様に、電子部品接触面１１、外側部材装着面１２及び筒状突部１３等を一体に備え、筒状突部１３の数及び配置が上記ベース部材１０とは異なる。
このベース部材１０’の筒状突部１３は、外側部材４０の止着孔４１ａに対応するように、その数及び配置が設定される。

【0042】

外側部材４０は、止着孔４１ａを有する底片部４１と、底片部４１から筒状突部１３の突出方向へ突出した支柱部４２と、支柱部４２の突端側で前記突出方向に対する直交方向へ延設された板状部４３とを具備して、放熱フィンを構成している。

【0043】

図示例によれば、底片部４１及び支柱部４２は、外側部材装着面１２の延設方向に所定の間隔を置いて複数設けられる。

【0044】

各底片部４１は、ベース部材１０’の外側部材装着面１２に接触するように、長尺平板状に形成され、図示例によれば平面視長孔形状を呈する。この底片部４１には、複数（図示例によれば三つ）の筒状突部１３にそれぞれ対応するように、複数の貫通状の止着孔４１ａ（図６参照）が設けられる。
各止着孔４１ａには、筒状突部１３が貫通状に挿通される。

【0045】

また、各支柱部４２は、底片部４１の周縁側から、反ベース部材側（図示の上方）へ略筒状に突出している。この支柱部４２の突端側には、板状部４３が一体的に設けられる。支柱部４２内の空間は、底片部４１側が止着孔４１ａを介して外部に連通し、電子部品接触面１１側も貫通孔状に外部に連通している。

【0046】

板状部４３は、ベース部材１０’との間に所定の間隔を置いて、ベース部材１０’に対し略平行に設けられる。

【0047】

上記構成の底片部４１、支柱部４２及び板状部４３は、例えば、金属製の平板状原材に、特許文献１に示す加工方法を適用することで、容易に加工することができる。

【0048】

ヒートシンク２の製造手順は、ベース部材１０’の筒状突部１３に内側部材２０を挿入し、同筒状突部１３に、底片部４１の止着孔４１ａを環状に装着し、これらベース部材１０’、内側部材２０、外側部材４０をカシメ加工により一体化する。これらの工程は、ヒートシンク１の製造工程（図３及び図４参照）と略同様である。

【0049】

よって、図５及び図６に示すヒートシンク２及び該ヒートシンク２の製造方法によれば、内側部材２０と筒状突部１３が互いに圧接され、筒状突部１３と外側部材４０も互いに圧接されるため、これらの接続箇所の強度を十分に確保することができる。

【0050】

そして、上記構成のヒートシンク２は、電子部品接触面１１を電子部品Ｘに接触させて電子部品パッケージＢを構成する（図１参照）。
この電子部品パッケージＢによれば、表面積の比較的大きい形状の放熱フィン（外側部材４０）がベース部材１０’に一体化されているため、電子部品Ｘによる発熱を、効果的に放熱することができる。

【0051】

＜内側部材の他例＞
上記構成において、内側部材２０は、図７（ｂ）に示す内側部材２０’に置換することが可能である。
内側部材２０’は、上記内側部材２０に対し、その外周面に凹部２１’を設けたものである。
凹部２１’は、筒状突部１３内に位置するように、ベース部材１０の厚み方向（図示の上下方向）の寸法が設定されている。
この凹部２１’は、図示例によれば、内側部材２０’の全周にわたる環状の溝状に形成される。

【0052】

よって、上記構成のヒートシンク１，２において、内側部材２０を内側部材２０’に置換すれば、上記カシメ工程にて、塑性変形した筒状突部１３の内面が、凹部２１’に入り込んで嵌り合うため、ベース部材１０に対する内側部材２０’の接続強度をより増大することができる。

【0053】

＜他の変形例＞
上記実施の形態によれば、特に好ましい態様として、筒状突部１３内の孔を貫通孔状に形成したが、他例としては、筒状突部１３内の孔を、電子部品接触面１１側を底部とした有底孔状に形成することも可能である。

【0054】

また、図７（ｂ）に示す内側部材２０’では、凹部２１’を単数としたが、他例としては、凹部２１’を、ベース部材１０の厚み方向（図示例によれば上下方向）に間隔を置いて複数設けた態様とすることも可能である。

【0055】

また、図７（ｂ）に示す内側部材２０’では、凹部２１’を環状の溝としたが、他例としては、この凹部２１’を、周方向において部分的な単数又は複数の凹部に置換することも可能である。

【0056】

また、上記実施の態様では、外側部材３０（又は４０）を放熱フィンとして構成したが、他例としては、内側部材２０（又は２０’）を、筒状突部１３の突出方向側へ延設して、放熱フィンとして構成することも可能である。
さらに他例としては、外側部材３０（又は４０）と内側部材２０（又は２０’）との双方を、放熱フィンとして構成することも可能である。

【0057】

また、上記実施の態様では、筒状突部１３を円筒状に形成するとともに内側部材２０（又は２０’）を略円柱状に形成したが、他例としては、筒状突部を、円筒以外の形状の筒状（例えば角筒状や楕円筒状等）に形成し、この筒状突部の内側面に嵌り合うように、前記内側部材を形成することも可能である。

【0058】

また。本発明は上述した実施態様に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0059】

１，２：ヒートシンク
１０：ベース部材
１１：電子部品接触面
１２：外側部材装着面
１３：筒状突部
２０，２０’：内側部材
３０：外側部材（放熱フィン）
３１：底片部
３１ａ：止着孔
３２：突片部
４０：外側部材（放熱フィン）
４１：底片部
４１ａ：止着孔
４２：支柱部
４３：板状部
Ｊ：治具
Ｔ：台
Ｘ：電子部品

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】