JP2006341304A - 異種金属接合法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 金属を平面接合すると、接合界面は酸化膜の存在によるろうの濡れ不足から起因するろうの溶分れや空気の巻き込みが発生し、欠陥無しに健全な接合を得ることは難しい事が知られている。本発明はこれらの点に鑑み、銅板とアルミニウム板との異種金属平面接合を良好に行うことにある。
【解決手段】 銅製部材とアルミニウム製部材とが接合された異種金属接合品の接合法において、銅板の表裏両面にZn−Al系ろう材が被覆された三層構造ろう材を配設した状態で加熱してろう付けすることを特徴とする異種金属接合品の接合方法である。
【選択図】 図1
【解決手段】 銅製部材とアルミニウム製部材とが接合された異種金属接合品の接合法において、銅板の表裏両面にZn−Al系ろう材が被覆された三層構造ろう材を配設した状態で加熱してろう付けすることを特徴とする異種金属接合品の接合方法である。
【選択図】 図1
Description
本発明は、銅製部材とアルミニウム製部材とが接合された異種金属接合品の接合方法に関するもので、CPUやインバータ等の発熱する電子部品を冷却するヒートシンクに適用する。
電子部品を冷却するヒートシンクとして、従来はアルミニウム製のものが多く採用されていた。その構造は、電子部品の発熱部に接触する伝熱プレート部、及び伝熱プレート部に設けられた冷却フィンからなるもので、伝熱プレートと冷却フィンとは、押出し加工もしくは鍛造加工、又はろう付け接合等の手段にて一体化されている。
近年、電子部品の動作速度の向上と共に、電子部品からの発熱量が増大しているため、従来のアルミニウム製ヒートシンクでは十分に電子部品を冷却することが難しくなってきた。
これに対して、アルミニウムより熱伝導率が大きい銅にてヒートシンクを構成する方法が考えられるが、銅はアルミニウムより密度が大きいので、ヒートシンク全てを銅製とすると、ヒートシンクが非常に重くなり装着が難しくなってくる。そこで、従来型のアルミニウムヒートシンクの性能向上を図るには、電子部品の発熱部に接触する伝熱プレート部の一部又は全面に熱伝導性が良好な銅を平面で金属接合した、銅複合型ヒートシンクが望まれていた。
銅板とアルミニウムフィンとを異種金属接合する方法として、特開2002−361408ではAl−Si系のろう材を使用した両面ALブレージングシートを挟み、炉内でろう付けする方法を示し、特開2001−138038では、ろう材としてZn−Al合金系又はAl−Si−Zn合金系を使用し、対象部材の形状に応じて、ろう形状は薄板状、棒状、ワイヤ状又はリング状ろう材を使用し、大気中でのトーチ法、高周波法もしくはアルゴン又は窒素ガス雰囲気での加熱炉法によりろう付けするとしている。しかしながら、いずれの発明においても、上記銅複合型ヒートシンクで望まれているような広い平面での金属平面接合に適応したものではない。
金属を平面接合すると、接合界面は酸化膜の存在によるろうの濡れ不足から起因するろうの溶分れや空気の巻き込みが発生し、欠陥無しに健全な接合を得ることは難しい事が知られている。発明者等は、図2で示すようなアルミニウム製ヒートシンク1と銅伝熱プレート2との平面金属接合をろう付けにより試作検討した。試作品においては、図3で示すようなZn−Al合金系ろう材3を、アルミニウム製ヒートシンク1と銅伝熱プレート2との間に挟みこみ、上部から一定荷重を加えながら不活性雰囲気の加熱炉中でろう付けを行った。その結果、ろう付け内部欠陥が全ての試作品について発生し、面接合率が実用上望ましい90%以上の接合が得られなかった。図4はアルミニウム製ヒートシンク1と銅伝熱プレート2との接合界面部を拡大して模式的に示しているが、Zn−Al合金系ろう材3はところどころに内部欠陥4が発生した。この原因は、ろう付け温度でZn−Al合金系ろう材が溶融しても、アルミニウムと銅プレート面に十分な濡れを引き起こさず、溶融ろうの表面張力が作用して溶分れ欠陥を発生させたからである。
本発明はこれらの点に鑑み、銅板とアルミニウム板との異種金属平面接合を良好に行うことにある。
本発明の目的を達成するために、第1の発明では、銅製部材とアルミニウム製部材とが接合された異種金属接合品の接合法において、銅板の表裏両面にZn−Al系ろう材が被覆された三層構造ろう材を配設した状態で加熱してろう付けすることを特徴とする異種金属接合品の接合方法である。
第2の発明では、上記銅製部材の接合面側にニッケルメッキ層を設け、上記記載の三層構造ろう材を配設した状態で加熱してろう付けすることを特徴とする異種金属接合品の接合方法である。
第3の発明では、上記の異種金属接合を、窒素雰囲気下で加熱してろう付けすることを特徴とする異種金属接合品の接合方法である。
上記記載の異種金属接合法において、ロウ材の表面にCsF系フラックスを塗布することを特徴とする異種金属接合品の接合方法からなっている。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。
は本発明による請求項1の概念を示している。図において、アルミニウム製ヒートシンク1と銅プレート2との間に、銅板5bの表裏両面にZn−Al系ろう層5aが被覆された三層構造ろう材5を配設した状態で加熱してろう付けした接合界面部を模式的に示している。
三層構造ろう材5は、各層間が金属的に一体接合されていることが必要であるため、銅板及びZn−Al系ろう板を爆着又は圧延圧接により接合した後、圧延にて0.1mm〜0.5mmtの薄板ろう材に成形する。三層構造における表裏のろう材厚は片面0.03mm〜0.1mmが望ましい。
本三層構造材のろう付けに対する特徴は、前記単板ろう材の内部欠陥発生の機構に比較して以下のような利点を有する事である。即ち、表裏両面に金属的に一体接合されたろう層5aは溶融して夫々アルミニウムヒートシンク1と銅プレート2とを接合する。その際、心材の銅板5bに最初から金属的に固着している溶融ろう側は銅板5bから剥離する事がないため、図3で示したような溶分れ欠陥を発生することがないのである。
は請求項2の概念を示している。図において、銅製部材2の接合面側にニッケルメッキ層6を設け、その他は請求項1と同様の三層構造ろう材を配設した状態で加熱ろう付けしている。銅側接合面にニッケルメッキ層6を設ける第一の理由は、銅部材の取扱い及びろう付け加熱時における酸化膜生成を阻止して欠陥の少ないろう付けを行う事である。さらに第二の理由は、溶融ろうと銅部材との反応で形成される熱伝導性の劣る合金層を阻止し、同時に溶融ろうの消耗を防止することが目的である。
上記、図1及び図5で示したろう付けを行う場合、まず三層構造ろう材の表面にCsF系フラックスであるCsAlF4を少量塗布した後で、アルミニウムと銅部材の間にろう材を設置する。両部材の接合面が密着するように10〜25gr/cm2の荷重を負荷した状態に圧着しながら、全体を所定の温度に加熱する。加熱は窒素ガスの不活性雰囲気で、炉の露点は−30℃以下が好ましい。
以上の発明からわかるように、本発明によれば、銅製部材とアルミニウム製部材とを良好にろう付けすることが出来、その接合体はCPUやインバータ等の発熱する電子部品を冷却するヒートシンクに広く使用することができる。
1 アルミニウム製ヒートシンク
2 銅伝熱プレート
3 Zn−Al合金系ろう材
4 ろう付け内部欠陥
5 三層構造ろう材
5a Zn−Al系ろう層
5b 銅板
6 ニッケルメッキ層
2 銅伝熱プレート
3 Zn−Al合金系ろう材
4 ろう付け内部欠陥
5 三層構造ろう材
5a Zn−Al系ろう層
5b 銅板
6 ニッケルメッキ層
Claims (4)
- 銅製部材とアルミニウム製部材とが接合された異種金属接合品の接合法において、
銅板の表裏両面にZn−Al系ろう材が被覆された三層構造ろう材を配設した状態で加熱してろう付けすることを特徴とする異種金属接合品の接合方法。 - 請求項1記載の銅製部材の接合面側にニッケルメッキ層を設け、請求項1記載の三層構造ろう材を配設した状態で加熱してろう付けすることを特徴とする異種金属接合品の接合方法。
- 請求項1又は請求項2記載の異種金属接合を、窒素雰囲気下で加熱してろう付けすることを特徴とする異種金属接合品の接合方法。
- 請求項1又は請求項2記載の異種金属接合法において、ロウ材の表面にCsF系フラックスを塗布することを特徴とする異種金属接合品の接合方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005199380A JP2006341304A (ja) | 2005-06-10 | 2005-06-10 | 異種金属接合法 |
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JP2005199380A JP2006341304A (ja) | 2005-06-10 | 2005-06-10 | 異種金属接合法 |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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DE102012223252A1 (de) | 2011-12-16 | 2013-08-29 | Denso Corporation | Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers und ein durch ein derartiges Herstellungsverfahren hergestellter Wärmetauscher |
JP2015027697A (ja) * | 2013-07-04 | 2015-02-12 | 住友金属鉱山株式会社 | PbフリーZn−Al系合金はんだとCu系母材のクラッド材およびその製造方法 |
US9238275B2 (en) | 2011-01-20 | 2016-01-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brazing method and brazed structure |
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2005
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US9238275B2 (en) | 2011-01-20 | 2016-01-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Brazing method and brazed structure |
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