JP2004356135A

JP2004356135A - ヒートシンクおよびその製造方法

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Publication number: JP2004356135A
Application number: JP2003148649A
Authority: JP
Inventors: Tomotoshi Otsuka; 智敏大塚
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】一定形状の複数のフィンを一体形成可能なヒートシンクおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】複数枚のセラミックシート１３を積層したベース部上に離型層を形成し、そのベース部上にさらに複数枚のセラミックシート１５を積層して積層体１０を構成する。離型層として機能するフィルム１１以外には、どのシートにも、ヒートシンクのフィン形成のための開口部を設けない構造とすることで、積層体１０全体をフィン形成の前段階で均一に加圧でき、積層圧着の際に層間においてシートの積み重ねの“ずれ”が生じない。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、複数のフィンが一体的に形成されたヒートシンクおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年における半導体素子の高集積化に伴い、その素子から発せられる熱を効率的に逃して、半導体素子を電気的に安定して動作させる必要性が増している。このような半導体素子等の電子部品における放熱性を高めるための一方法として、従来よりヒートシンクが使用されている。
【０００３】
ヒートシンクとして、例えば、基板上に多数のフィンが配置されたものが知られている。これらのフィンの形成方法には、例えば、セラミック基板を切削して形成する方法、フィンと基板を別々に作製した後、それらを接着させる方法、金型を用いて成形する方法等がある。
【０００４】
これらの方法のうち、セラミック基板を切削してフィンを形成する方法は、切削のための切削機で使用する水や切削油の処理が必要となったり、回転刃のメンテナンスが必要となるため、製造コストがかさむという問題がある。また、フィンを基板に接着する方法の問題点として、その接着部分における熱伝導効率の悪化のみならず、機械的な強度も低下することが挙げられる。金型を用いる方法には、その金型製作のためのコストを無視できず、金型設計上の制約からフィン形状の設計の自由度も確保できない、という問題がある。
【０００５】
一方、これら以外の方法として、例えば、特許文献１には、縞状の角穴を打ち抜いた複数枚のグリーンシートを積層して接着し、それらの下部に、穿孔していないグリーンシートをベースとして配したものを所定の大きさに切断、分離してなるセラミック製の放熱フィンが形成された集積回路（ＩＣ）用パッケージが開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平３−３６７５４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されたＩＣパッケージは、半導体チップを搭載する基板とフィンを一体成形できるとしても、打ち抜き部分を有する複数枚のグリーンシートを積層する際に位置精度が必要となる。しかも、その位置精度が製造後のフィン形状に影響するため、フィンの形状が安定しないと放熱性も一定にならない。
【０００８】
すなわち、上記のＩＣパッケージでは、グリーンシートの積層、加圧、分割、焼成という一般的な工程のうち、積層体の加圧工程においてフィンに歪みが生じ易く、その結果、放熱性が一定化しないという問題がある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、製造時に積層体に対して均一な加圧が可能なヒートシンクおよびその製造方法を提供することである。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、一定した形状の複数のフィンを一体形成可能なヒートシンクおよびその製造方法を提供することである。
【００１１】
かかる目的を達成し、上述した課題を解決する一手段として、本発明は、例えば、以下の構成を備える。すなわち、複数のフィンが一体形成されたヒートシンクの製造方法であって、複数枚のセラミックシートを積層して形成したベース部上に上記複数のフィンの平面形状に合わせた部分を除いて離型層を形成し、上記離型層が形成された上記ベース部上にさらに複数枚のセラミックシートを積層してなる積層体全体を加圧した後、上記積層体のうち上記離型層上に形成された積層体を除去することで上記複数のフィンを上記ベース部と一体的に形成することを特徴とする。
【００１２】
また、上述した課題を解決する他の手段として、本発明は、例えば、以下の構成を備える。すなわち、複数のフィンが一体形成されたヒートシンクの製造方法であって、複数枚のセラミックシートを積層して第１の積層部を形成するステップと、上記第１の積層部の上に開口部を有する離型層を形成するステップと、上記離型層の上に複数枚のセラミックシートを積層して第２の積層部を形成するステップと、上記第１の積層部と上記離型層と上記第２の積層部とで構成される積層体に加圧するステップと、上記加圧後の上記第２の積層部に、上記開口部に対応した切れ込みを入れるステップと、上記離型層のうち上記開口部を除く部分の上にある上記第２の積層部を上記切れ込みに従って除去するステップとを備え、上記開口部の形状に対応した平面形状を有する上記複数のフィンを上記第１の積層部と一体的に形成することを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明は、上述した課題を解決する他の手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、複数のフィンと側壁とが一体形成されたヒートシンクの製造方法であって、複数枚のセラミックシートを積層して形成したベース部の上面に上記複数のフィンの平面形状に合わせた部分を除いて離型層を形成するとともに、上記ベース部の下面に上記側壁の平面形状に合わせた部分を除いて離型剤を塗布し、上記離型層が形成された側の上記ベース部上、および上記離型剤が塗布された側の上記ベース部上各々にさらに複数枚のセラミックシートを積層してなる積層体全体を加圧した後、上記積層体のうち上記離型層および上記離型剤を塗布した領域上に形成された積層体を除去することで、上記複数のフィンと側壁を上記ベース部の上下面に一体的に形成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上述した課題を解決する他の手段として、例えば、以下の構成を備える。すなわち、複数のフィンと側壁とが一体形成されたヒートシンクの製造方法であって、複数枚のセラミックシートを積層して第１の積層部を形成するステップと、上記第１の積層部の上に離型剤を塗布するステップと、上記離型剤が塗布された上記第１の積層部の上に複数枚のセラミックシートを積層して第２の積層部を形成するステップと、上記第２の積層部の上に開口部を有する離型層を形成するステップと、上記離型層の上に複数枚のセラミックシートを積層して第３の積層部を形成するステップと、上記第１の積層部と上記離型層と上記第２の積層部と上記第３の積層部とで構成される積層体に加圧するステップと、上記加圧後の上記第１の積層部に、上記側壁に対応した第１の切れ込みを入れるステップと、上記加圧後の上記第３の積層部に、上記開口部に対応した第２の切れ込みを入れるステップと、上記離型剤を塗布した領域のうち上記側壁に対応した部分を除く領域の上にある上記第１の積層部を上記第１の切れ込みに従って除去するステップと、上記離型層のうち上記開口部を除く部分の上にある上記第３の積層部を上記第２の切れ込みに従って除去するステップとを備え、上記開口部の形状に対応した平面形状を有する上記複数のフィンと、上記離型剤を塗布した領域以外の領域に対応した平面形状を有する上記側壁とを、上記第２の積層部と一体的に形成することを特徴とする。
【００１５】
例えば、上記離型層は、離型剤が塗布されたフィルムであることを特徴とする。また、上記切れ込みを形成するステップを経た後、上記積層体の温度が低下してから上記開口部の周囲の上記第２の積層部を除去することを特徴とする。
【００１６】
例えば、上記第１および第２の切れ込みを形成するステップを経た後、上記積層体の温度が低下してから、上記側壁に対応した領域以外の領域にある上記第１の積層部と上記開口部の周囲の上記第３の積層部とを除去することを特徴とする。
【００１７】
また、上述した課題を解決する他の手段として、本発明は、例えば、以下の構成を備える。すなわち、ヒートシンクであって、上記いずれかに記載のヒートシンクの製造方法によって製造したことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る実施の形態例、およびその変形例について詳細に説明する。
【００１９】
［第１の実施の形態例］
最初に、本発明についての第１の実施の形態例に係るセラミック製ヒートシンクの製造工程を詳細に説明する。図１は、第１の実施の形態例に係るセラミック製ヒートシンク（以下、単にヒートシンクという）の製造に使用する積層体の積層構造を示す分解図であり、図２は、積層後における積層体の平面図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態例に係るヒートシンクの製造に使用する積層体において、最初に複数枚のセラミックグリーンシート（セラミックシート、あるいはグリーンシートともいう）１３を積層して基板部（ベース部、あるいは第１の積層部ともいう）を形成し、この基板部を構成するグリーンシートの最上部に、後述するフィルム１１を積層する（これを、離型層を形成するともいう）。
【００２１】
次に、上記のように積層されたグリーンシート１３とフィルム１１の上に、さらに複数枚のグリーンシート１５を積層して第２の積層部を形成し、最終的にヒートシンクを製造するための積層体１０を作製する。
【００２２】
ここで使用するグリーンシートは、例えば、厚さ１００μｍであり、その積層枚数は、製造するヒートシンクの基板部の厚さや、ヒートシンクのフィンの高さに応じて適宜、調整して所望の厚さにする。また、グリーンシート等の積層作業には、専用のシート積層冶具（不図示）を使用する。
【００２３】
上述したグリーンシート等の積層体に対しては、例えば、静水圧プレス法を使用して、シート面全体へ外力を付加し、積層したグリーンシートの全面を圧着する。具体的には、積層体を積層冶具とともにプラスチック製の袋に入れて真空パックし、それを静水圧プレス装置に入れ、約３５０Ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力でプレスする。なお、積層体形成のためのプレス圧の付加方法は、静水圧プレス法に限定されるものではなく、他の方法、例えば、一軸プレス法等を使用してもよい。
【００２４】
このようにグリーンシート１３，１５とフィルム１１を積層し、それらを圧着して作製された積層体１０は、それを平面方向より見た場合、図２に示すように、使用したグリーンシートの形状に従った形、および大きさを有する、立方体状の積層体となる。
【００２５】
図３は、上述した積層体の離型層となるフィルム１１の外観形状を示している。図３に示すように、フィルム１１は、例えば、厚さが５０μｍのペットフィルムであり、その表面には離型剤がコーティングされている。そして、フィルム１１のほぼ全面に、幅１ｍｍの細長いスリット（開口部、あるいは打ち抜き部ともいう）３１が複数本、一定間隔を置いて形成されている（図３の白抜き部分）。これらのスリット３１の幅は、後述するヒートシンクのフィン（例えば、図７のフィン９５参照）の幅に合わせて形成されている。
【００２６】
フィルム１１の厚さは、積層体１０の形成に使用するグリーンシート１３，１５よりも薄く、後述する圧着工程で加えられる熱によって変形や破損を生じない材料として、例えば、ペットフィルムからなる。このように、フィルム１１として厚さの薄い材料を使用するのは、フィルム１１がグリーンシート１３，１５よりも厚いと、ヒートシンクのフィンとなる突出部分の頂部の平坦性が損なわれるからである。
【００２７】
図４は、図２に示す積層体１０において丸印１で囲んだ部分の詳細構造を示しており、積層体１０の表面には、その縦横方向に、後述する分割溝４１，４３が配され、縦方向にヒートシンクのフィン形成用の溝４５が複数本、規則的に設けられている。
【００２８】
次に、上述した積層体より、本実施の形態例に係るヒートシンクを製造する工程を詳細に説明する。図５は、本実施の形態例に係るヒートシンクの製造工程を示す工程図であり、図５の（ａ）は、上述した方法で積層して製造された積層体１０の断面構造を示している。すなわち、積層体１０は、グリーンシート１３を積層してなる第１の積層部５３と、グリーンシート１５を積層してなる第２の積層部５５と、これらの積層部５３，５５によって上下方向から挟まれたフィルム１１（離型層）とが相互に密着した構造を有する。
【００２９】
グリーンシート１５については、それらを合計した厚さが、基板部である第１の積層部５３上に形成しようとする、ヒートシンクのフィンの高さとほぼ等しくなる枚数が積層される。例えば、厚さ１００μｍのグリーンシートを使用するのであれば、それらを１０枚積層することで、高さが１ｍｍのフィンを形成できる。なお、グリーンシートは、後述する焼成により、多少収縮する。
【００３０】
分割溝とヒートシンク形成用の溝は、積層体１０よりヒートシンクのフィンを形成し、また、ヒートシンクを分離、切断するために設ける溝である。そのため、グリーンシート１５のうち、最上層のシートの表面において、これらの溝に対応した位置（図５（ａ）において矢印で示す）に、不図示の目印表示（切断用マーク）を設ける。この目印表示の表示方法は、例えば、印刷や型押し等、表示部分を明瞭に識別できる方法であれば特に限定しない。
【００３１】
なお、図５（ａ）に示すように、本実施の形態例に係るヒートシンクの積層体１０において、フィルム１１を除いて、積層体を構成するどのグリーンシート１３，１５にも、ヒートシンクのフィン形成のための開口部は設けられていない。そのため、積層圧着の際、層間におけるシートの積み重ねの“ずれ”が生じないので、シートの積層状態が良好な積層体を得ることができる。
【００３２】
積層したグリーンシートへ、上述したプレス圧を付加した後、積層冶具から積層体１０を取り外し、その積層体１０に対して、上述した目印表示に従って、不図示の刃によって積層体１０に切れ込み（図４に示す分割溝４１，４３、ヒートシンクのフィン形成用の溝４５）を入れる。静水圧プレス装置から取り出された直後の積層体１０は、積層体自体の温度が上がった状態にあるため柔らかく、このような切れ込みを入れることは容易である。
【００３３】
図５の（ｂ）は、積層体１０に切れ込みを入れたときの様子を示す断面図である。図５（ｂ）に示すように、ヒートシンク形成用の溝６２〜６５は、フィルム１１の層に達する深さまで刃を入れ、分割溝７１〜７３は、フィルム１１の層よりも深く、かつ、積層体１０の底部まで達しない程度に形成する。上述した目印表示に刃を当てて、ヒートシンク形成用溝、および分割溝の切れ込みを形成するときに刃を入れる深さは、グリーンシートの積層数で予測できる。
【００３４】
なお、グリーンシート１３，１５は熱可塑性を有するため、切れ込みを入れる工程において積層体１０を加熱しておくことで、積層体１０に対する刃の入れ込みをさらに容易にすることができる。
【００３５】
積層体１０への切れ込みの形成が終了すると、図３に示すフィルム１１のスリット３１に対応した切れ込みが、ヒートシンクのフィンの平面形状に沿って、フィルム１１に達する深さまで入ることになる。そして、これらの切れ込み（溝６２〜６５，７１〜７３）の入った積層体１０を、常温（具体的には、室温（３０℃）以下が好ましい）になるまで放置する。
【００３６】
次に、積層体１０より、フィルム１１上に位置する積層部分（例えば、図５（ｂ）において符号８１〜８５を付した部分）を除去する。図５の（ｃ）は、積層体１０から、フィルム１１上の積層部分８１〜８５等を除去したときの積層体の断面構造を示している。また、図６は、積層部分８１〜８５等を除去したときの積層体１０の部分的な平面図である。
【００３７】
上述したように、フィルム１１の表面には離型剤がコーティングされているため、積層体１０から、フィルム上の積層部分８１〜８５等を容易に除去できる。その結果、図５（ｃ）、および図６に示すように、ベース部である第１の積層部５３上には、ヒートシンクのフィンとなる積層部分９１ａ，９１ｂだけが残されることになる。
【００３８】
切れ込みを入れた後、積層体１０を常温になるまで放置するのは、フィンとなる積層体の突出部分（凸部）である積層部分９１ａ，９１ｂ等の形状が変形するのを防ぐためである。すなわち、積層体１０が柔らかい状態のときに積層部分８１〜８５等を除去すると、積層部分９１ａ，９１ｂ等に歪みが生じるおそれがあるからである。従って、積層体１０の温度が下がり、ある程度、硬化した状態となってから積層部分８１〜８５等を除去する。こうすることで、常温（例えば、３０℃以下）では、積層体１０が、ある程度硬化するため、積層部分９１ａ，９１ｂ等が歪むのを抑止できる。
【００３９】
本実施の形態例では、積層部分８１〜８５等を除去した後、脱脂工程を経て、積層部分９１ａ，９１ｂ等が形成された積層体１０全体を焼成する。具体的には、５００℃で５時間の脱脂を行った後、８６０℃で１０分間、焼成する。
【００４０】
図５の（ｄ）は、上記の脱脂工程を経た後、焼成した積層体を、分割溝（例えば、図４の分割溝４１，４３、図５（ｂ）の分割溝７１〜７３）に沿って分割して製造されたヒートシンクの断面構造を示している。また、図７は、製造されたヒートシンクの外観斜視図である。これら図５（ｄ）、および図７に示すように、製造されたヒートシンクは、そのベース部９７上に、それと一体的に形成されたフィン９５を有する構造を持っている。
【００４１】
図８は、本実施の形態例に係るヒートシンクの製造手順を示すフローチャートである。最初のステップＳ１１において、ヒートシンクのベース部（図５（ａ）、図７等を参照）の厚さに合わせて、複数枚のグリーンシートを積層し、ヒートシンクのベース部を形成する。そして、ステップＳ１２では、ステップＳ１１で積層したグリーンシートの最上部のシート上に、ヒートシンクのフィンの形状に対応して複数本のスリットが形成されたペットフィルムを重ねる。
【００４２】
ステップＳ１３において、上記の工程で積層したグリーンシートとフィルムの上に、さらに所定枚数のグリーンシートを積層する。積層するグリーンシートは、ヒートシンクのフィン形成用のシートであり、ここでは、上述したように、フィンの高さと等しくなる枚数のシートが積層される。
【００４３】
続くステップＳ１５において、グリーンシート等の積層体に対して、例えば、静水圧プレス法によって外力を付加し、グリーンシート全体を圧着する（図２、図５（ａ）参照）。そして、プレス圧を付加した後、ステップＳ１６で、高温状態にある積層体に対して、例えば、グリーンシートの最上面に設けた目印表示に従って、ヒートシンクのフィンを形成するための溝をフィルム１１に達する深さまで入れる。また、分割溝として、フィルム１１の層よりも深く、かつ、積層体１０の底部にまで達しない程度に切れ込みを入れる（図５（ｂ）の分割溝７１〜７３を参照）。
【００４４】
次に、切れ込みの入った積層体を、常温になるまで放置する。すなわち、ステップＳ２１で、上記の工程で切れ込みを入れた積層体をそのまま放置し、続くステップＳ２２で、その積層体が常温になったか否かを判断する。そして、積層体が常温になったならば、ステップＳ２５において、積層体のフィルム１１上にある積層部分のみを除去する。
【００４５】
ステップＳ２７では、上述のように積層部分が除去されて、ヒートシンクのベース部となる第１の積層部５３と一体的に形成された突出部分（積層部分９１ａ，９１ｂ）からなる積層体を脱脂し、焼成する（図５（ｃ）参照）。焼成後の積層体を、分割溝に沿って分割することで、個々のヒートシンクが得られる。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態例によれば、ヒートシンクを製造するための積層体において、複数枚のグリーンシート間に挟まれて配された、離型層として機能するフィルム以外には、どのグリーンシートにも、ヒートシンクのフィン形成のための開口部を設けない構造の積層体とし、その積層体全体を、フィン形成の前段階で加圧するので、均一に加圧することができる。そのため、積層圧着の際に層間においてシートの積み重ねの“ずれ”が生じることなく、良好な積層状態を有する積層体が得られ、結果的に放熱性の高いヒートシンクを製造することができる。
【００４７】
次に、上述した第１の実施の形態例に係るヒートシンクの変形例について説明する。なお、以下の変形例に係るヒートシンクを製造するための積層体の作製方法は、上述した第１の実施の形態例に係る積層体と同様であるため、ここでは、その図示、および説明を省略する。
【００４８】
［変形例１］
図９は、第１の実施の形態例の変形例１に係るヒートシンクの製造工程を示す工程図であり、ヒートシンクを製造する個々の過程における積層体２０の断面構造を示している。なお、図９において、図５に示す第１の実施の形態例に係るヒートシンクの製造工程の構成要素と同一構成要素には同一符号を付してある。
【００４９】
本変形例１では、積層体２０よりヒートシンクのフィンを形成する工程において、フィン形成用の溝と、ヒートシンクを分離し、切断するための分割溝を、積層体２０の上下両面に個別に設ける。すなわち、ヒートシンク形成用の溝を設けるため、図９（ａ）において下向きの矢印で示すように、第２の積層部５５の最外部に位置するグリーンシート上に不図示の目印表示に従って、型押しのための刃を当てる。一方、図９（ａ）において上向き矢印で示すように、第１の積層部５３の最外部のグリーンシート上に、分割溝を設けるために刃を当てる。
【００５０】
図９の（ｂ）は、積層体２０に切れ込みを入れたときの様子を示す断面図である。図９（ｂ）に示すように、ヒートシンクのフィン形成用の溝６２〜６５は、上述した第１の実施の形態例と同様、フィルム１１の層に達する深さまで刃を入れるが、分割溝７５〜７７については、フィルム１１の層に達しない程度に形成する。本変形例においても、上述した目印表示に刃を当てて、ヒートシンクのフィン形成用の溝、および分割溝の切れ込みを形成するときに刃を入れる深さは、グリーンシートの積層数で予測できる。
【００５１】
図９の（ｃ）は、積層体２０より、フィルム１１上の積層部分８１〜８５等を除去したときの積層体の断面構造であり、図９の（ｄ）は、上述した第１の実施の形態例と同様、脱脂工程を経た後に焼成した積層体を、分割溝７５〜７７に沿って分割して製造したヒートシンクの断面構造を示している。また、図１０は、製造されたヒートシンクの外観斜視図である。本変形例に係るヒートシンクも、ベース部９７上に、それと一体的にフィン９５が形成された構造を有する。
【００５２】
なお、本変形例１では、図９（ｂ）、図１０等に示すように、分離される各々のヒートシンク間に分割溝７５〜７７を２個所設けて、ベース部に積層部分が残らないようにしているが、これに限定されず、ヒートシンク間の分割溝は１本でもよい。その場合、製造されるヒートシンクの外観形状は、図７に示すものと同様となる。
【００５３】
［変形例２］
上述した第１の実施の形態例では、図７に示す外観形状、およびフィン形状を有するヒートシンクを製造するために、積層体の離型層となるフィルムとして、図３に示すように、そのほぼ全面に細長いスリットを複数本、一定間隔で形成したペットフィルムを用いている。
【００５４】
本変形例２では、ヒートシンクのフィンの断面が、離型層としてのフィルムに設けた開口部の形状と同一形状を有することになる、という点に着目して、例えば、図１１に示すように、そのほぼ全面に規則的に矩形の開口部（角穴）１２０を配したフィルム１１０を使用する。そして、このフィルム１１０の上下に、複数枚のグリーンシートを積層した積層体を作製する。
【００５５】
次に、上述した第１の実施の形態例と同様、ヒートシンクの製造工程において、開口部に沿って積層体に切れ込みを入れて焼成等する。そして、離型層の上に位置する積層部分を除去した後、それを分割等することにより、図１２に示す外観形状を有するヒートシンクを製造することができる。すなわち、本変形例２に係るヒートシンクは、ベース部１２７上に起立し、それと一体的に形成された複数本の角柱状のフィン１２５を有するため、全体的な表面積が大きくなり、ヒートシンクとしての放熱性を向上することができる。
【００５６】
なお、フィンの断面形状が、離型層としてのフィルムに設けた開口部の形状に依存することから、例えば、フィルムに設けた開口部の形状を三角形にすれば、ベース部上に三角柱状のフィンが形成され、開口部の形状を円形にすれば、ベース部に円柱状のフィンが形成される。よって、フィルムを変えることで、ベース部上に任意の断面形状のフィンを作製することができる。
【００５７】
［第２の実施の形態例］
次に、本発明に係る第２の実施の形態例を詳細に説明する。第２の実施の形態例に係るヒートシンクには、そのベース部の一方の側に放熱フィンが形成され、他方の側に、四方向を囲む側壁を有するキャビティが形成される。側壁は、キャビティ内に電子部品を搭載したときの耐湿性、絶縁性等の要求から設けられるもので、さらに、キャビティの上面に蓋を被せて密閉することで、より耐湿性を向上させることができる。以下、本実施の形態例に係るヒートシンクの製造工程を詳細に説明する。
【００５８】
図１５は、本実施の形態例に係るヒートシンクの製造工程の一部を示す工程図であり、図１５の（ａ）は、ヒートシンクを製造するための積層体１５０の断面構造を示している。図１５（ａ）に示すように、本実施の形態例に係るヒートシンクの積層体は、複数枚のセラミックグリーンシート（セラミックシート、あるいはグリーンシート）を積層してなるベース部１５３を中心として、その上下の面各々に、フィン形成用の第１の積層部１５１と、キャビティの側壁形成用の第２の積層部１５５とを積層した構造を有する。
【００５９】
第１の積層部１５１と第２の積層部１５５は、各々が複数枚のセラミックシートを積層してなるものであり、使用するグリーンシートは、例えば、厚さ１００μｍである。なお、積層枚数は、製造するヒートシンクの基板部の厚さ、フィンや側壁の高さに応じて適宜、調整して、所望の厚さにする。また、グリーンシート等の積層作業には、専用のシート積層冶具（不図示）を使用する。
【００６０】
ベース部１５３と第１の積層部１５１との間には、さらに、後述するフィルム１３０が積層されており、また、ベース部１５３と第２の積層部１５５との間には、後述するパターン形状を有する、離型剤を塗布してなる離型層１４０が設けられている。
【００６１】
これら第１の積層部１５１、フィルム１３０、ベース部１５３、離型層１４０、そして、第２の積層部１５５からなる積層体に対して、例えば、静水圧プレス法を使用して、シート面全体へ外力を付加し、グリーンシート等の全面を圧着する。より具体的には、積層体１５０を積層冶具とともにプラスチック製の袋に入れて真空パックし、それを静水圧プレス装置に入れ、約３５０Ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力でプレスする。積層体形成のためのプレス圧の付加方法は、静水圧プレス法に限定されるものではなく、他の方法、例えば、一軸プレス法等を使用してもよい。
【００６２】
図１３は、第２の実施の形態例に係るヒートシンクの積層体において、フィン形成のための離型層として使用するフィルム１３０の形状を部分的に示す外観図である。また、図１４は、キャビティの側壁を形成するため、離型層１４０において塗布する離型剤の塗布パターンを示している。
【００６３】
図１３に示すフィルム１３０は、その表面に離型剤がコーティングされた、例えば、厚さが５０μｍのペットフィルムである。フィルム１３０の複数箇所において、それぞれが一定間隔を置いて形成された所定幅の細長いスリット１３１からなる開口部（図１３の白抜き部分）が配されている。なお、スリット１３１の幅は、製造するヒートシンクのフィンの幅に合わせて形成されている。
【００６４】
一方、離型層１４０は、図１４に示す塗布パターンで離型剤を塗布することで、矩形領域１４１（ここでは、同一層に一定間隔で複数の矩形領域が配されている）を設けた形状を有する。個々の矩形領域１４１は、キャビティの側壁と同一の形状、および大きさを有するとともに、その中心位置が、上記のフィルム１３０に配されたスリット１３１の中心位置に合うように配されている。
【００６５】
なお、キャビティの側壁を、上記のフィンの場合と同様にフィルムで形成しようとした場合、図１４に示すように、矩形領域１４１の中心部分に孤立した領域１４３が生じる。そして、その部分は、他の部分より分離することになるため、フィルムでは側壁を形成できない。従って、本実施の形態例では、キャビティ側壁の形成には、離型剤の塗布方式を採用する。
【００６６】
積層体１５０より、ヒートシンクのフィンと側壁を形成し、また、ヒートシンクの分離、切断を行うため、分割溝と、ヒートシンクおよび側壁形成用の溝とを設ける。ここでは、図１５（ａ）において、下向きの矢印で示すように、積層体１５０の第１の積層部１５１の最外部に位置するグリーンシートに対して、不図示の目印表示に従って、フィン形成用の溝とヒートシンクの分割溝を設けるために刃を当てる。また、図１５（ａ）において、上向きの矢印で示すように、積層体１５０の第２の積層部１５５の最外部に位置するグリーンシートに対して、側壁形成用の溝を設けるために刃を当てる。
【００６７】
図１５の（ｂ）は、積層体１５０に切れ込みを入れたときの様子を示す断面図である。図１５（ｂ）に示すように、フィン形成用の溝１６２，１６２については、フィルム１３０の層に達する深さまで刃を入れ、同様に、側壁形成用の溝１７１〜１７４についても、離型層１４０に達する深さまで刃を入れる。一方、分割溝１６５，１６７については、フィルム１３０の層を超える位置まで刃を入れる。
【００６８】
本実施の形態例においても、不図示の目印表示に刃を当て、フィン形成用溝、分割溝、および側壁形成用の溝の切れ込みを形成するときに刃を入れる深さは、グリーンシートの積層数で予測できる。ここでも、目印表示の表示方法は、例えば、印刷や型押し等、表示部分を明瞭に識別できる方法であれば特に限定しない。
【００６９】
上記の溝形成が終了したならば、図１５に示す積層体１５０を常温（例えば、室温（３０℃）以下が好ましい）になるまで放置した後、フィルム１３０、および離型層１４０の上にある積層部分を除去する。そして、上述した第１の実施の形態例と同様、脱脂工程（例えば、５００℃で５時間）を経て、積層体１５０全体を、例えば、８６０℃で１０分間、焼成し、焼成後の積層体を、分割溝１６５，１６７等に沿って分割する。
【００７０】
図１６、および図１７は、本実施の形態例において、上述した工程を経て製造されたヒートシンクの外観斜視図である。図１６は、フィンを上側に向けたときの様子を示しており、図１７は、側壁が形成された面を上側に向けたときの様子である。これらの図から分かるように、製造されたヒートシンクは、ベース部１５３を中心として、その上下に、ベース部１５３と一体的に形成されたフィン１８１とキャビティの側壁１７５を有する構造を持っている。
【００７１】
図１８は、本実施の形態例に係るヒートシンクの製造手順を示すフローチャートである。図１８のステップＳ５１において、ヒートシンクに形成する側壁の高さに合わせて、側壁形成用のシートを複数枚、積層する（図１５参照）。そして、ステップＳ５２で、そのシートの最上部に、例えば、図１４に示すパターンで離型剤を塗布する。
【００７２】
続くステップＳ５３では、ヒートシンクのベース部（図１５参照）の厚さに合わせて、複数枚のグリーンシートを積層し、ヒートシンクのベース部１５３を形成する。そして、ステップＳ５４で、上記のステップＳ５３で積層したグリーンシートの最上部のシート上に、ヒートシンクのフィン形状に対応させて、複数本のスリットが配されたフィルム（例えば、図１３のペットフィルム）を重ねる。
【００７３】
ステップＳ５５において、上記の各工程で積層したグリーンシートとフィルムの上に、ヒートシンクのフィン形成用のシートとして、さらに所定枚数（例えば、フィンの高さに等しい枚数）のグリーンシートを積層する（図１５参照）。
【００７４】
続くステップＳ６１において、上記のグリーンシート等からなる積層体に対して、例えば、静水圧プレス法によって外力を付加し、グリーンシート全体を圧着する。そして、プレス圧を付加した後、ステップＳ６２で、高温状態にあって柔らかい積層体に対して、例えば、その積層体の最上面のグリーンシート上、および最下面のグリーンシート上に設けた目印表示に従って、ヒートシンクのフィンを形成するための溝、および側壁を形成するための溝を、それぞれフィルム、および離型層に達する深さまで入れる。また、フィルム層よりも深く、かつ、離型層にまで達しない程度に分割溝の切れ込みを入れる（図１５参照）。
【００７５】
次に、ステップＳ６３において、上記の工程で切れ込みを入れた積層体を、常温（例えば、３０℃）になるまで、そのまま放置し、続くステップＳ６４で、その積層体が常温になったか否かを判断する。積層体が常温になったならば、ステップＳ６５において、積層体より、フィルムおよび離型層の上にある積層部分のみを除去する。
【００７６】
ステップＳ６６では、上述した積層部分が除去され、ヒートシンクのベース部と一体的に形成されたフィンと、同じく、そのベース部と一体的に形成された側壁を有する積層体を脱脂し、焼成することで、図１６等に示す外観構造を持つヒートシンクを得る。
【００７７】
以上説明したように、本実施の形態例によれば、複数枚のグリーンシート間に、ヒートシンクのフィン形成のための離型層として機能するフィルムと、側壁形成のための離型層として機能する離型剤を配して積層し、他のどのグリーンシートにも、ヒートシンクのフィン形成等のための開口部を設けない構造として、その積層体全体をフィン等の形成の前段階で加圧することで、加圧を均一にすることができる。よって、シートの積み重ねの“ずれ”のない、良好な積層状態の積層体が得られ、フィンと側壁とがベース部に一体的、かつ安定した状態で形成されたヒートシンクを製造できる。
【００７８】
また、ヒートシンクの基板であるベース部の一方の面に、そのベース部と一体的にフィンを形成し、他方の面にベース部と一体的に側壁を形成することで、ヒートシンクとしての熱伝導性が向上し、同時に機械的な強度にも優れた効果を発揮するヒートシンクを製造できる。
【００７９】
本発明は、上述した実施の形態例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。例えば、積層するグリーンシートの枚数や、フィルム等における開口部の形状、配置等を適宜変更することによって、フィンや側壁の高さや形状、ベース部上におけるフィンの配置、配列等を任意に設定するようにしてもよい。
【００８０】
また、フィン形成に際して、離型層としてのフィルムを用いる方法と、グリーンシートに直接、離型層を塗布し、形成する方法を併用してもよい。さらに、複数の離型層を用いて、より複雑な形状のフィンや側壁を形成するようにしてもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、製造時において、複数のグリーンシートを積層してなる積層体に対して均一な加圧が可能となる。
【００８２】
また、本発明によれば、一定形状の複数のフィンや側壁をベース部と一体形成可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態例に係るセラミック製ヒートシンクの製造に使用する積層体の積層構造を示す分解図である。
【図２】第１の実施の形態例に係る積層後における積層体の平面図である。
【図３】第１の実施の形態例に係る積層体の離型層となるフィルムの外観形状を示す図である。
【図４】第１の実施の形態例に係る積層体の一部の詳細構造を示す図である。
【図５】第１の実施の形態例に係るヒートシンクの製造工程を示す図である。
【図６】第１の実施の形態例に係る積層体より積層部分を除去したときの様子を部分的に示す平面図である。
【図７】第１の実施の形態例に係るヒートシンクの外観斜視図である。
【図８】第１の実施の形態例に係るヒートシンクの製造手順を示すフローチャートである。
【図９】第１の実施の形態例の変形例１に係るヒートシンクの製造工程を示す図である。
【図１０】変形例１に係るヒートシンクの外観斜視図である。
【図１１】第１の実施の形態例の変形例２に係るフィルムの外観形状を示す図である。
【図１２】変形例２に係るヒートシンクの外観斜視図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態例に係るヒートシンクにおいて離型層として使用するフィルムの形状を部分的に示す外観図である。
【図１４】第２の実施の形態例に係るヒートシンクの側壁を形成するために塗布する離型剤の塗布パターンを示す図である。
【図１５】第２の実施の形態例に係るヒートシンクの製造工程の一部を示す図である。
【図１６】第２の実施の形態例に係るヒートシンクの外観斜視図である。
【図１７】第２の実施の形態例に係るヒートシンクの外観斜視図である。
【図１８】第２の実施の形態例に係るヒートシンクの製造手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０，２０，１５０積層体
１１，１１０，１３０フィルム
１３，１５グリーンシート
３１，１３１スリット
４１，４３，７１〜７３，７５〜７７，１６５，１６７分割溝
４５，６２〜６５フィン形成用溝
５３，１５１第１の積層部
５５，１５５第２の積層部
５７側壁
８１〜８５，９１ａ，９１ｂ積層部分
９７，１２７，１５３ベース部
９５，１２５，１８１フィン
１２０開口部（角穴）
１４０離型層
１７５側壁

Claims

複数のフィンが一体形成されたヒートシンクの製造方法であって、
複数枚のセラミックシートを積層して形成したベース部上に前記複数のフィンの平面形状に合わせた部分を除いて離型層を形成し、前記離型層が形成された前記ベース部上にさらに複数枚のセラミックシートを積層してなる積層体全体を加圧した後、前記積層体のうち前記離型層上に形成された積層体を除去することで前記複数のフィンを前記ベース部と一体的に形成することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
複数のフィンが一体形成されたヒートシンクの製造方法であって、
複数枚のセラミックシートを積層して第１の積層部を形成するステップと、
前記第１の積層部の上に開口部を有する離型層を形成するステップと、
前記離型層の上に複数枚のセラミックシートを積層して第２の積層部を形成するステップと、
前記第１の積層部と前記離型層と前記第２の積層部とで構成される積層体に加圧するステップと、
前記加圧後の前記第２の積層部に、前記開口部に対応した切れ込みを入れるステップと、
前記離型層のうち前記開口部を除く部分の上にある前記第２の積層部を前記切れ込みに従って除去するステップとを備え、
前記開口部の形状に対応した平面形状を有する前記複数のフィンを前記第１の積層部と一体的に形成することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
複数のフィンと側壁とが一体形成されたヒートシンクの製造方法であって、
複数枚のセラミックシートを積層して形成したベース部の上面に前記複数のフィンの平面形状に合わせた部分を除いて離型層を形成するとともに、前記ベース部の下面に前記側壁の平面形状に合わせた部分を除いて離型剤を塗布し、前記離型層が形成された側の前記ベース部上、および前記離型剤が塗布された側の前記ベース部上各々にさらに複数枚のセラミックシートを積層してなる積層体全体を加圧した後、前記積層体のうち前記離型層および前記離型剤を塗布した領域上に形成された積層体を除去することで、前記複数のフィンと側壁を前記ベース部の上下面に一体的に形成することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
複数のフィンと側壁とが一体形成されたヒートシンクの製造方法であって、
複数枚のセラミックシートを積層して第１の積層部を形成するステップと、
前記第１の積層部の上に離型剤を塗布するステップと、
前記離型剤が塗布された前記第１の積層部の上に複数枚のセラミックシートを積層して第２の積層部を形成するステップと、
前記第２の積層部の上に開口部を有する離型層を形成するステップと、
前記離型層の上に複数枚のセラミックシートを積層して第３の積層部を形成するステップと、
前記第１の積層部と前記離型層と前記第２の積層部と前記第３の積層部とで構成される積層体に加圧するステップと、
前記加圧後の前記第１の積層部に、前記側壁に対応した第１の切れ込みを入れるステップと、
前記加圧後の前記第３の積層部に、前記開口部に対応した第２の切れ込みを入れるステップと、
前記離型剤を塗布した領域のうち前記側壁に対応した部分を除く領域の上にある前記第１の積層部を前記第１の切れ込みに従って除去するステップと、
前記離型層のうち前記開口部を除く部分の上にある前記第３の積層部を前記第２の切れ込みに従って除去するステップとを備え、
前記開口部の形状に対応した平面形状を有する前記複数のフィンと、前記離型剤を塗布した領域以外の領域に対応した平面形状を有する前記側壁とを、前記第２の積層部と一体的に形成することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
前記離型層は、離型剤が塗布されたフィルムであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のヒートシンクの製造方法。
前記切れ込みを形成するステップを経た後、前記積層体の温度が低下してから前記開口部の周囲の前記第２の積層部を除去することを特徴とする請求項２記載のヒートシンクの製造方法。
前記第１および第２の切れ込みを形成するステップを経た後、前記積層体の温度が低下してから、前記側壁に対応した領域以外の領域にある前記第１の積層部と前記開口部の周囲の前記第３の積層部とを除去することを特徴とする請求項４記載のヒートシンクの製造方法。
請求項１乃至７のいずれかに記載のヒートシンクの製造方法によって製造したことを特徴とするヒートシンク。