JP2011119600A - Method of manufacturing heat sink and heat sink - Google Patents

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雅宏 清藤
Kazumi Ohata
一実 大圃
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a heat sink capable of manufacturing a thick heat sink having high thermal conductivity to the thickness direction and a low thermal expansion coefficient, and to provide the heat sink. <P>SOLUTION: The manufacturing method of the heat sink includes a step of forming a laminated body 12 by laminating a dimple plate 1 having dimples 2 on the surface and a heat conductive plate 14, a step of forming a molded body 13 by molding the laminated body 12 into a roll shape, a step of forming a billet 16 by inserting the molded body 13 into a tube 15, and a step of filling a part of the heat conductive plate 14 into the dimples 2 by extruding the billet 16. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体素子を実装する半導体回路部材、特に、大電流を印加し高温になる半導体素子を実装する際の熱放散を目的とした基板、ヒートスプレッダ、ヒートシンク部材などの半導体回路部材として好適な放熱板の製造方法及び放熱板に関するものである。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable as a semiconductor circuit member for mounting a semiconductor element, particularly as a semiconductor circuit member such as a substrate, a heat spreader, and a heat sink member for the purpose of heat dissipation when mounting a semiconductor element that is heated by applying a large current. The present invention relates to a heat sink manufacturing method and a heat sink.

半導体素子は、SiやSiCなどの低熱膨張材であり、例えば、Siの熱膨張係数(線膨張係数)は約4×10-6(1/K)である。一方、ヒートシンクやヒートスプレッダなどの半導体回路部材の材料として一般に用いられる純Cuや純Alの熱膨張係数(線膨張係数)は、約20×10-6(1/K)である。よって、ヒートシンクやヒートスプレッダなどの半導体回路部材に純Cuや純Alを使用した場合、当該半導体回路部材に半導体素子(チップ材)を搭載すると、半導体素子と半導体回路部材間の線膨張差に基づく熱応力の発生により、半導体素子と半導体回路部材間のハンダやろう材による接合部分で剥離が発生することがある。 The semiconductor element is a low thermal expansion material such as Si or SiC. For example, the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of Si is about 4 × 10 −6 (1 / K). On the other hand, the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) of pure Cu or pure Al generally used as a material for semiconductor circuit members such as heat sinks and heat spreaders is about 20 × 10 −6 (1 / K). Therefore, when pure Cu or pure Al is used for a semiconductor circuit member such as a heat sink or a heat spreader, when a semiconductor element (chip material) is mounted on the semiconductor circuit member, heat based on a difference in linear expansion between the semiconductor element and the semiconductor circuit member. Due to the occurrence of stress, peeling may occur at the joint between the semiconductor element and the semiconductor circuit member by solder or brazing material.

そこで、従来、これらの半導体回路部材に用いる放熱板には、熱膨張係数(線膨張係数)を整合させる目的で、焼結金属(Mo、W、Cu−Mo、Cu−Wなど)、非特許文献1にて開示されるようなクラッド材(Cu−Invar合金−Cu(以下、CIC材という)など)、セラミックス(AlN、Al23、Si34など)が用いられてきた。ここに、Invar合金とはFe−36mass%Ni合金である。 Therefore, conventionally, heat sinks used for these semiconductor circuit members are made of sintered metal (Mo, W, Cu-Mo, Cu-W, etc.), non-patented for the purpose of matching the thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient). clad material as disclosed in the literature 1 (Cu-Invar alloy -Cu (hereinafter, such as CIC material)), ceramics (AlN, etc. Al 2 O 3, Si 3 N 4) has been used. Here, the Invar alloy is a Fe-36 mass% Ni alloy.

最近では、半導体回路部材に用いる放熱板には、熱膨張係数(線膨張係数)の整合だけでなく、熱放散性を高める目的で優れた熱伝導性、そして軽量かつ低価格であることが求められている。   Recently, heat sinks used for semiconductor circuit members are required not only to have a matching thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient), but also to have excellent thermal conductivity, light weight, and low price for the purpose of improving heat dissipation. It has been.

しかしながら、上述の低膨張の焼結金属では、熱伝導性、重量及び価格の問題があり、CIC材などのクラッド材では、Invar合金部分の断熱作用及び重量の問題、AlN、Al23、Si34などのセラミックスでは、機械的靭性、熱伝導性及び価格の問題がそれぞれある。 However, in the above-mentioned low expansion sintered metal, there are problems of thermal conductivity, weight and price, and in a clad material such as a CIC material, heat insulation and weight problems of the Invar alloy part, AlN, Al 2 O 3 , Ceramics such as Si 3 N 4 have problems of mechanical toughness, thermal conductivity and price, respectively.

このような問題点を改善したものとして、含浸材(Al−SiC、Al−C)や、焼結材(Cu−Cu2O(特許文献1)、Al−Invar合金(特許文献2)、Al−Al23(特許文献3))などの金属基複合材料を用いた放熱板が提案されている。しかしながら、これら金属基複合材料は、一般に高価で加工性が悪いため、低コストで加工性のよい放熱板用材料が望まれる。 As an improvement of such problems, impregnating materials (Al—SiC, Al—C), sintered materials (Cu—Cu 2 O (patent document 1), Al—Invar alloy (patent document 2), Al -al 2 O 3 (Patent Document 3)) radiating plate using a metal matrix composite material such as has been proposed. However, since these metal matrix composite materials are generally expensive and have poor workability, a heat sink material having low workability and good workability is desired.

特許文献4には、銅、銅−タングステン又は銅−モリブデンで作られた金属板と、モリブデン又はタングステンの金属細線を編んだ金属網とを重ね合わせて一体化してなる放熱板が提案されている。しかし、この放熱板では、編んだ金属細線への銅の回り込みが悪く、良好な伝熱特性(熱伝導率)は得られないし、価格的にも高価な材料を使っているためコスト面でも問題がある。   Patent Document 4 proposes a heat radiating plate in which a metal plate made of copper, copper-tungsten or copper-molybdenum and a metal net made of molybdenum or tungsten fine metal wires are overlapped and integrated. . However, with this heat sink, copper does not wrap around the fine metal wire, and good heat transfer characteristics (heat conductivity) cannot be obtained. There is.

他方、低コストなCIC材などのクラッド材を活用するため、その欠点である、厚さ方向の熱伝導性を改善した放熱板の提案が数多くなされている。   On the other hand, in order to utilize a low-cost CIC material such as a CIC material, many proposals have been made for a heat dissipation plate having improved heat conductivity in the thickness direction, which is a drawback thereof.

その一つとして、特許文献5では、穿孔したInvar合金などの低熱膨張材を使用し、その上下を高熱伝導材などでHOTプレス接合することが提案されている。しかし、特許文献5では低熱膨張材を穿孔することから、材料歩留面で十分とは言えないし、また、HOTプレスでは作業能率が悪く、高価なものとなってしまう問題がある。   As one of them, Patent Document 5 proposes that a low thermal expansion material such as a drilled Invar alloy is used, and that the upper and lower sides thereof are subjected to HOT press bonding with a high thermal conductive material or the like. However, in Patent Document 5, since the low thermal expansion material is perforated, it cannot be said that the material yield is sufficient, and the HOT press has a problem that the work efficiency is low and the cost becomes high.

また、特許文献6では、CIC材をクラッド圧延する際の加工条件を調整することでInvar合金の層を破り、断続的に上下のCuを接合することが提案されている。しかし、特許文献6では、Cu/Cu貫通率を上げ、厚さ方向の一定仕様の伝導率を改善確保することは難しい。   In Patent Document 6, it is proposed to break the Invar alloy layer and adjust the upper and lower Cu intermittently by adjusting the processing conditions when the CIC material is clad rolled. However, in Patent Document 6, it is difficult to increase the Cu / Cu penetration rate and to ensure improvement in the conductivity of a constant specification in the thickness direction.

特許文献7では、Invar合金からなるエキスパンドメタルを使用し、エキスパンドメタルを圧延で平滑に形成しておき、その上下に、Cu(あるいはAl)を張り合わせ、エキスパンドメタルの孔部で、Cu(あるいはAl)同士を接合し、厚さ方向の熱伝導性を改善した放熱板が提案されている。   In Patent Document 7, an expanded metal made of an Invar alloy is used, and the expanded metal is formed smoothly by rolling, and Cu (or Al) is laminated on the upper and lower sides of the expanded metal to form Cu (or Al ) Heat sinks have been proposed in which they are joined together to improve the thermal conductivity in the thickness direction.

しかし、エキスパンドメタル(JIS−G3351 「エキスパンドメタル Expanded Metals」参照)は、一般には、板厚に対し、孔サイズが10〜100倍と大きい網状の多孔板であり、エキスパンドメタルを放熱板に用いる場合、その開口率が問題となる。つまり、一般的なエキスパンドメタルの製造方法では、孔サイズが板厚の10〜100倍と大きい網状の多孔板であれば製造は可能であるが、板厚に対して孔サイズが小さい多孔板は製造するのが難しい。さらに、エキスパンドメタルの上下にCu(あるいはAl)を張り合わせてクラッド圧延する際に、エキスパンドメタルの孔サイズは2倍以上に大きくなることから、放熱板の特性上のばらつきが生じ問題が残る。   However, expanded metal (see JIS-G3351 “Expanded Metals”) is generally a net-like porous plate whose hole size is 10 to 100 times larger than the plate thickness, and when expanded metal is used as a heat sink. The aperture ratio becomes a problem. In other words, in a general expanded metal manufacturing method, a porous perforated plate having a pore size 10 to 100 times larger than the plate thickness can be manufactured. Difficult to manufacture. Further, when Cu (or Al) is laminated on the upper and lower sides of the expanded metal and clad rolling, the expanded metal has a hole size that is twice or more larger, resulting in a variation in the characteristics of the heat sink and the problem remains.

特開2003−179191号公報JP 2003-179191 A 特開2000−183234号公報JP 2000-183234 A 特開2002−208660号公報JP 2002-208660 A 特開平6−77365号公報JP-A-6-77365 特開2004−152970号公報JP 2004-152970 A 特開平5−386号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-386 特許第4062994号公報Japanese Patent No. 4062994 特公平7−026174号公報Japanese Patent Publication No. 7-026174

「半導体基板用クラッド材(熱対策用途):Hitachi Cable 日立電線」、[online]、日立電線株式会社、[平成21年11月30日検索]、インターネット<URL:http://www.hitachi-cable.co.jp/products/copper/clad/semi/index.html>“Clad material for semiconductor substrates (heat countermeasure application): Hitachi Cable Hitachi Cable”, [online], Hitachi Cable, Ltd., [searched on November 30, 2009], Internet <URL: http: //www.hitachi- cable.co.jp/products/copper/clad/semi/index.html >

以上に記した通り、熱放散を目的とした半導体回路部材としての放熱板については、非常に多くの提案がなされているが、これら従来の放熱板は、結果的に高価なものであり、また、安価にしたCIC材などについては熱伝導率に異方性があり、さらに改善が要求され、工業的に使うには、もう一工夫必要である。   As described above, a great number of proposals have been made for a heat sink as a semiconductor circuit member for the purpose of heat dissipation, but these conventional heat sinks are expensive as a result. The CIC material made cheaper has anisotropy in thermal conductivity, and further improvement is required, and another device is necessary for industrial use.

また、エキスパンドメタルを用い、クラッド圧延法によりCIC材の特性を改善する特許文献7においては、熱伝導率の異方性を改善すべく微細な孔サイズのInvar合金からなるエキスパンドメタル(微細多孔板)を製造しようとすると、エキスパンドメタルの板厚を薄くせざるを得ず、結果的に、薄い放熱板(0.2〜0.5mm厚)しか製造できない。なお、放熱板をヒートシンク材として用いる場合、実用的には、2〜4mm程度の厚さが望まれる。   In Patent Document 7, which uses expanded metal and improves the characteristics of the CIC material by clad rolling, the expanded metal (microporous plate) made of an Invar alloy having a fine pore size is used to improve the thermal conductivity anisotropy. ) Must be made thin, and as a result, only a thin heat sink (0.2 to 0.5 mm thick) can be produced. In addition, when using a heat sink as a heat sink material, the thickness of about 2-4 mm is desired practically.

また、製造方法の側面においては、エキスパンドメタルを使用した多層クラッド材を製造するとしても、個々のロールから板材を送り出し、これらを積層して冷間圧延により連続的に製造する装置を使用することになるものと想定されるが、この場合にも製造できる板材の積層数には限界があった。   In addition, in the aspect of the manufacturing method, even if a multilayer clad material using expanded metal is manufactured, a plate material is sent out from individual rolls, and these are laminated and continuously manufactured by cold rolling. In this case, however, there is a limit to the number of laminated plate materials that can be manufactured.

よって、熱放散を目的とした半導体回路部材としての放熱板においては、熱膨張率が低いことはもちろん、熱伝導性に異方性がなく(すなわち厚さ方向の熱伝導率が高く)、かつ、ヒートシンク材などとして十分使用可能な厚さを有し、さらには安価な放熱板が望まれている。   Therefore, in a heat sink as a semiconductor circuit member for the purpose of heat dissipation, the thermal expansion coefficient is low, as well as there is no anisotropy in thermal conductivity (that is, the thermal conductivity in the thickness direction is high), and In addition, a heat sink having a thickness that can be sufficiently used as a heat sink material or the like, and an inexpensive heat sink is desired.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、厚さ方向の熱伝導性が高く、熱膨張係数が低く、なおかつ、厚手な放熱板を製造することが可能な放熱板の製造方法及び放熱板を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a heat dissipation plate manufacturing method and heat dissipation capable of manufacturing a heat sink having a high thermal conductivity in the thickness direction, a low coefficient of thermal expansion, and a thick heat sink. To provide a board.

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、表面にディンプルを有するディンプル板と伝熱板とを積層して積層体を形成する工程と、前記積層体をロール巻き状に成形して成形体を形成する工程と、前記成形体を管内に挿入してビレットを形成すると共に、該ビレットを押出成型することにより、前記ディンプルの中に伝熱板の一部を充填する工程と、を備えた放熱板の製造方法である。   The present invention was devised to achieve the above object, and includes a step of laminating a dimple plate having a dimple on the surface and a heat transfer plate to form a laminate, and forming the laminate into a roll shape. Forming a molded body, and forming the billet by inserting the molded body into a tube and filling the dimple with a part of the heat transfer plate by extrusion molding the billet; The manufacturing method of the heat sink provided with these.

前記ビレットは、前記成形体を前記管内に挿入した後、該管の前後端を閉じて形成されてもよい。   The billet may be formed by inserting the molded body into the tube and then closing front and rear ends of the tube.

また、本発明は、表面にディンプルを有するディンプル板と伝熱板とを積層して積層体を形成する工程と、前記積層体を筐体内に収容してインゴットを形成し、該インゴットを圧延加工することにより、前記ディンプルの中に伝熱板の一部を充填する工程と、を備えた放熱板の製造方法である。   The present invention also includes a step of laminating a dimple plate having a dimple on the surface and a heat transfer plate to form a laminated body, and housing the laminated body in a housing to form an ingot, and rolling the ingot And a step of filling a part of the heat transfer plate into the dimples.

前記ディンプル板は、裏面にディンプルをさらに有するとよい。   The dimple plate may further include dimples on the back surface.

前記積層体は、複数の前記ディンプル板と複数の前記伝熱板とを交互に積層して形成されるとよい。   The laminated body may be formed by alternately laminating a plurality of the dimple plates and a plurality of the heat transfer plates.

前記ディンプルの少なくとも一部に、前記ディンプル板を貫通する空孔を形成し、該空孔を挟む上下の前記伝熱板を前記空孔を介して接合するようにしてもよい。   A hole penetrating the dimple plate may be formed in at least a part of the dimple, and the upper and lower heat transfer plates sandwiching the hole may be joined via the hole.

前記ディンプル板は、前記伝熱板より小さい熱膨張係数を有する材料からなり、前記伝熱板は、前記ディンプル板より高い熱伝導率を有する材料からなるとよい。   The dimple plate may be made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the heat transfer plate, and the heat transfer plate may be made of a material having a higher thermal conductivity than the dimple plate.

前記管は、前記ディンプル板より高い熱伝導率を有する材料からなるとよい。   The tube may be made of a material having a higher thermal conductivity than the dimple plate.

前記筐体は、前記ディンプル板より高い熱伝導率を有する材料からなるとよい。   The casing may be made of a material having higher thermal conductivity than the dimple plate.

さらに、本発明は、表面にディンプルを有するディンプル板と、前記表面に接合し、前記ディンプル内を充填する伝熱板とを備えた放熱板であって、厚さが1mm以上、厚さ方向の熱伝導率が150(W/℃・m)以上であり、かつ、板面方向の熱膨張係数が12×10-6(1/K)以下である放熱板である。 Furthermore, the present invention is a heat radiating plate comprising a dimple plate having dimples on the surface and a heat transfer plate that is bonded to the surface and fills the dimples, and has a thickness of 1 mm or more in the thickness direction. The heat dissipation plate has a thermal conductivity of 150 (W / ° C. · m) or more and a thermal expansion coefficient in the plate surface direction of 12 × 10 −6 (1 / K) or less.

本発明の放熱板の製造方法によれば、冷間による多層クラッド材の圧延方法に比べて、製造できる板材の積層数を多くすることができるため、結果として比較的肉厚であり、厚さ方向の熱伝導性が高く、板面方向の熱膨張係数が低い放熱板を製造することができる。   According to the heat sink manufacturing method of the present invention, the number of stacks of plate materials that can be manufactured can be increased compared with the cold rolling method of the multilayer clad material. A heat radiating plate having a high thermal conductivity in the direction and a low thermal expansion coefficient in the plate surface direction can be manufactured.

本発明の放熱板によれば、所望の板面方向の熱膨張特性及び厚さ方向の熱伝導性を両立することができることから、大電流を印加する用途に使用される半導体素子を実装したとしても、良好な放熱特性および熱膨張特性を発揮することができる。   According to the heat sink of the present invention, since it is possible to achieve both the desired thermal expansion characteristics in the plate surface direction and the thermal conductivity in the thickness direction, it is assumed that a semiconductor element used for the application of a large current is mounted. Also, good heat dissipation characteristics and thermal expansion characteristics can be exhibited.

本発明の一実施の形態に係る放熱板に用いるディンプル板の斜視図である。It is a perspective view of the dimple board used for the heat sink which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る放熱板に用いるディンプル板の断面図であり、(a)は片面ディンプル板、(b)は両面ディンプル板、(c)は片面ディンプル孔付ディンプル板、(d)は両面ディンプル孔付ディンプル板の断面図である。It is sectional drawing of the dimple board used for the heat sink which concerns on one embodiment of this invention, (a) is a single-sided dimple board, (b) is a double-sided dimple board, (c) is a dimple board with a single-sided dimple hole, (d ) Is a cross-sectional view of a dimple plate with double-sided dimple holes. 図2(d)のディンプル板の外観を示す写真である。It is a photograph which shows the external appearance of the dimple board of FIG.2 (d). (a)〜(d)は、本発明において、ディンプル板1の製造方法を説明する図である。(A)-(d) is a figure explaining the manufacturing method of the dimple board 1 in this invention. 本発明において、ビレットを製造する際の斜視図である。In this invention, it is a perspective view at the time of manufacturing a billet. 本発明において、ビレットを押出し加工する際の断面図である。In this invention, it is sectional drawing at the time of extruding a billet. (a),(b)は、本発明において、放熱板の押出し後の断面形状を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the cross-sectional shape after extrusion of a heat sink in this invention. 本発明において、熱伝導率λと熱膨張係数ρの関係を示す図である。In this invention, it is a figure which shows the relationship between thermal conductivity (lambda) and thermal expansion coefficient (rho). 本発明の一実施の形態に係る放熱板に用いるインゴットを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the ingot used for the heat sink which concerns on one embodiment of this invention. 図9のインゴットを圧延加工する際の断面図である。It is sectional drawing at the time of rolling the ingot of FIG. 図9のインゴットの圧延加工後の断面図である。It is sectional drawing after the rolling process of the ingot of FIG. 本発明の実施例、比較例における熱膨張係数と熱伝導率を比較したグラフ図である。It is the graph which compared the thermal expansion coefficient and thermal conductivity in the Example of this invention, and a comparative example. 図8の熱伝導率λと熱膨張係数ρの関係図内における実施例と比較例の位置を示す図である。It is a figure which shows the position of the Example and comparative example in the relationship figure of thermal conductivity (lambda) of FIG. 8, and thermal expansion coefficient (rho).

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。   Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

まず、本実施の形態に係る放熱板に用いるディンプル板について図1〜3を用いて説明する。   First, the dimple plate used for the heat sink according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図1に示すように、ディンプル板1は、凹状の複数のディンプル(凹み)2を有して形成される。   As shown in FIG. 1, the dimple plate 1 is formed having a plurality of concave dimples (dents) 2.

ディンプル板1は、後述する伝熱板を構成する材料の熱膨張係数より小さい熱膨張係数(線膨張係数)を有する材料、すなわち低熱膨張材から形成される。具体的には、ディンプル板1は、Invar合金(インバー合金)から形成され、Fe−36mass%Ni、Fe−36.5mass%Ni、Fe−32mass%Ni−5mass%Coからなるスーパーインバー(Super Invar)材、Fe−54mass%Co−9.5mass%Cr等を用いることができる。   The dimple plate 1 is formed of a material having a thermal expansion coefficient (linear expansion coefficient) smaller than that of the material constituting the heat transfer plate described later, that is, a low thermal expansion material. Specifically, the dimple plate 1 is made of an Invar alloy (Invar alloy) and is composed of a super invar (Super Invar) made of Fe-36 mass% Ni, Fe-36.5 mass% Ni, Fe-32 mass% Ni-5 mass% Co. ) Material, Fe-54 mass% Co-9.5 mass% Cr, or the like.

ディンプル2は当該ディンプル2が形成されているディンプル板1の板厚よりも、薄い肉厚を有して形成される。ディンプル板1では、ディンプル2が形成されている部分が薄肉な薄肉部となっている。なお、ディンプル板1としては、ディンプル板1の板厚よりも薄い厚さの複数の薄肉部を有すると共に、薄肉部のピッチが所定のピッチ以下であればよく、ディンプル2の形状は、凹状(すなわち、ディンプル板1を貫通する孔を有さない状態)、孔状(すなわち、ディンプル板1を貫通する孔を有する形態)等に限られない。   The dimple 2 is formed with a thickness that is thinner than the thickness of the dimple plate 1 on which the dimple 2 is formed. In the dimple plate 1, the portion where the dimple 2 is formed is a thin portion. The dimple plate 1 has a plurality of thin portions having a thickness smaller than the thickness of the dimple plate 1 and the pitch of the thin portions may be equal to or less than a predetermined pitch. The shape of the dimple 2 is concave ( That is, the present invention is not limited to a state in which there is no hole penetrating the dimple plate 1), a hole shape (that is, a form having a hole penetrating the dimple plate 1), and the like.

ディンプル板1の形態には、以下のような形態を挙げることができる。   Examples of the form of the dimple plate 1 include the following forms.

図2(a)に示すディンプル板1aは、表面Sに複数のディンプル2を有しており、裏面Rは略平面である。すなわち、ディンプル板1aは、一方の面にのみ凹状の複数のディンプル2を有する(以下、図2(a)のようなディンプル板1aを「片面ディンプル板1a」ということがある)。   The dimple plate 1a shown in FIG. 2A has a plurality of dimples 2 on the front surface S, and the back surface R is substantially flat. That is, the dimple plate 1a has a plurality of concave dimples 2 only on one surface (hereinafter, the dimple plate 1a as shown in FIG. 2A may be referred to as a “single-sided dimple plate 1a”).

図2(b)に示すディンプル板1bは、表面Sに複数のディンプル2を有すると共に、裏面Rにも複数のディンプル2を有する。ただし、表面Sに形成されるディンプル2aと裏面Rに形成されるディンプル2bとはディンプル板1bを構成する材料により隔離されている。すなわち、ディンプル板1bにおいてディンプル2aとディンプル2bとは、各々隔たれた状態に保たれる(以下、図2(b)のようなディンプル板1bを「両面ディンプル板1b」ということがある)。なお、図1では、この両面ディンプル板1bを示している。   A dimple plate 1b shown in FIG. 2B has a plurality of dimples 2 on the front surface S and also has a plurality of dimples 2 on the back surface R. However, the dimple 2a formed on the front surface S and the dimple 2b formed on the back surface R are isolated by the material constituting the dimple plate 1b. That is, in the dimple plate 1b, the dimple 2a and the dimple 2b are kept separated from each other (hereinafter, the dimple plate 1b as shown in FIG. 2B may be referred to as “double-sided dimple plate 1b”). In FIG. 1, the double-sided dimple plate 1b is shown.

また、図2(c)に示すディンプル板1cは、表面Sに複数のディンプル2を有すると共に、各ディンプル2の底部に空孔3を有する。すなわち、ディンプル板1cにおいて各ディンプル2は、ディンプル板1cの断面を観察した場合に、表面Sから裏面Rに向けて徐々に開口の幅が狭まるように形成され、表面Sにおける開口幅より狭い幅の開口が裏面Rに形成される(以下、図2(c)のようなディンプル板1cを「片面ディンプル孔付ディンプル板1c」ということがある)。   A dimple plate 1 c shown in FIG. 2C has a plurality of dimples 2 on the surface S and a hole 3 at the bottom of each dimple 2. That is, in the dimple plate 1c, each dimple 2 is formed such that the width of the opening gradually decreases from the front surface S toward the back surface R when the cross section of the dimple plate 1c is observed. Are formed in the rear surface R (hereinafter, the dimple plate 1c as shown in FIG. 2C may be referred to as “dimple plate 1c with dimple holes on one side”).

さらに、図2(d)に示すディンプル板1dは、表面Sに複数のディンプル2を有すると共に、裏面Rにも複数のディンプル2を有する。さらに、ディンプル板1dにおいては、表面Sに設けられるディンプル2aと裏面Rに設けられるディンプル2bとが、それぞれの底部近傍において空孔3を介して接続されている。すなわち、ディンプル2aとディンプル2bとは、ディンプル板1dを貫通する空孔3を介して接続されている(以下、図2(d)のようなディンプル板1dを「両面ディンプル孔付ディンプル板1d」ということがある)。なお、ディンプル板1のディンプル2に空孔3を設ける場合、当該空孔3は、平面視にて、ディンプル2がディンプル板1の表面に占める面積の半分以下の面積を占めることが好ましい。   Further, the dimple plate 1 d shown in FIG. 2D has a plurality of dimples 2 on the front surface S and also has a plurality of dimples 2 on the back surface R. Further, in the dimple plate 1d, the dimple 2a provided on the front surface S and the dimple 2b provided on the back surface R are connected to each other through a hole 3 in the vicinity of the bottom. That is, the dimple 2a and the dimple 2b are connected via the air hole 3 penetrating the dimple plate 1d (hereinafter, the dimple plate 1d as shown in FIG. 2D is referred to as “dimple plate 1d with double-sided dimple holes”). Sometimes). When holes 3 are provided in the dimple 2 of the dimple plate 1, it is preferable that the holes 3 occupy an area that is less than half of the area that the dimple 2 occupies on the surface of the dimple plate 1 in plan view.

図3は、ディンプル板1(両面ディンプル孔付ディンプル板1d)の外観を示す写真である。図3に示すように、ディンプル板1のディンプル2の平面視における形状(以下、単に「ディンプル板面形状」という)は、略三角形状である。ディンプル板面形状としては、三角形状に限られず、円形、楕円形等の円弧を有する形状、四角形、六角形、八角形などの多角形状等の形状にすることもできる。なお、ディンプル板面形状は、製造の容易さの観点からは三角形状にすることが好ましい。   FIG. 3 is a photograph showing the appearance of the dimple plate 1 (dimple plate with dimple holes on both sides 1d). As shown in FIG. 3, the shape of the dimple 2 in the dimple plate 1 in plan view (hereinafter simply referred to as “dimple plate surface shape”) is a substantially triangular shape. The dimple plate surface shape is not limited to a triangular shape, but may be a shape having an arc such as a circle or an ellipse, or a shape such as a polygon such as a quadrangle, a hexagon, or an octagon. The dimple plate surface shape is preferably triangular from the viewpoint of ease of manufacture.

また、例えば、上述した片面ディンプル板1aにおいては、複数のディンプル2の全てが、ディンプル板1aの表面から所定の深さを有する凹状に形成されるが、複数のディンプル2のうち一部のディンプル2に片面ディンプル板1aを貫通する開口(空孔3)を形成することもできる。両面ディンプル板1bにおいても同様である。   Further, for example, in the single-sided dimple plate 1a described above, all of the plurality of dimples 2 are formed in a concave shape having a predetermined depth from the surface of the dimple plate 1a. An opening (hole 3) penetrating the single-sided dimple plate 1a can also be formed in 2. The same applies to the double-sided dimple plate 1b.

また、ディンプル板1では、放熱板の放熱特性を確保することを目的として、ディンプル板1の表面におけるディンプル2の占める割合、すなわちディンプル板1の表面積に対してディンプル2が形成されている領域の面積の割合(以下、「ディンプル占有率」ということがある)は、例えば、20%以上80%以下の範囲内、もしくは30%以下にすることが好ましい。   Further, in the dimple plate 1, for the purpose of ensuring the heat dissipation characteristics of the heat radiating plate, the ratio of the dimple 2 to the surface of the dimple plate 1, that is, the region where the dimple 2 is formed with respect to the surface area of the dimple plate 1. The area ratio (hereinafter sometimes referred to as “dimple occupancy ratio”) is, for example, preferably in the range of 20% to 80%, or 30% or less.

ところで、例えば、放熱板に大きさが数mm程度の半導体素子を搭載する場合に、ディンプル2(あるいは空孔3)のピッチが所定値以上の場合を想定すると、半導体素子の放熱板への搭載場所によっては、半導体素子で発生した熱を適切に放熱することができない場合がある。つまり、ディンプル2(あるいは空孔3)のピッチはある程度微細でないと、放熱板の厚さ方向の熱伝導率が悪化してしまう。したがって、本実施の形態においては、放熱板の厚さ方向における伝熱特性を放熱板の部分によらず略同一に維持することを目的として、複数のディンプル2(あるいは空孔3)はそれぞれ、長手方向及び幅方向において、例えば、1mm以下のピッチ、好ましくは0.7mm以下、より好ましくは0.5mm以下のピッチであって、ピッチが略均一となるように形成される。特に、放熱板におけるInvar合金の比率を高めるためにも、ディンプル2(あるいは空孔3)の幅方向のピッチは0.5mm以下に形成されることが望ましい。   By the way, for example, when a semiconductor element having a size of several millimeters is mounted on the heat sink, assuming that the pitch of the dimples 2 (or holes 3) is a predetermined value or more, the semiconductor element is mounted on the heat sink. Depending on the location, the heat generated in the semiconductor element may not be radiated appropriately. That is, unless the pitch of the dimples 2 (or the holes 3) is not fine to some extent, the thermal conductivity in the thickness direction of the heat sink is deteriorated. Therefore, in the present embodiment, each of the plurality of dimples 2 (or holes 3) is provided for the purpose of maintaining the heat transfer characteristics in the thickness direction of the heat sink substantially the same regardless of the portion of the heat sink. In the longitudinal direction and the width direction, for example, the pitch is 1 mm or less, preferably 0.7 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, and the pitch is substantially uniform. In particular, in order to increase the ratio of the Invar alloy in the heat sink, it is desirable that the pitch in the width direction of the dimples 2 (or holes 3) be 0.5 mm or less.

ここで、ディンプル板1の製造方法について図4を用いて説明する。ここでは、一例として、両面ディンプル孔付ディンプル板1d(図2(d)参照)を製造する場合を説明する。   Here, the manufacturing method of the dimple plate 1 will be described with reference to FIG. Here, as an example, a case where a dimple plate 1d with double-sided dimple holes (see FIG. 2D) is manufactured will be described.

ディンプル板1を製造する際には、複数層の網目を一度に成形可能な多段打ちによる成形法を用いることが望ましい。   When the dimple plate 1 is manufactured, it is desirable to use a multistage forming method that can form a mesh of a plurality of layers at once.

この成形法では、まず、図4(a)に示すように、図示しない素材送りローラーにより素材となる平板5を切断装置4の上下の積層刃6,7間に送り込む。積層刃6,7は、波目形状(凹凸波形状)の刃を有する複数(図4では5枚)の薄肉波刃6a〜6e,7a〜7eを、その波目形状が所定ピッチ(1/5〜1/2ピッチ)ずつずれるように平板5の送込み方向に積層したものである。各薄肉波刃6a〜6e,7a〜7eは、それぞれ個別に上下動できるようにされている。   In this molding method, first, as shown in FIG. 4A, a flat plate 5 as a raw material is fed between upper and lower laminated blades 6 and 7 of a cutting device 4 by a raw material feed roller (not shown). The laminated blades 6 and 7 have a plurality of (five in FIG. 4) thin wave blades 6a to 6e and 7a to 7e each having a wave shape (uneven wave shape), and the wave shape has a predetermined pitch (1 / The flat plate 5 is laminated in the feeding direction so as to be shifted by 5 to 1/2 pitch). Each of the thin wave blades 6a to 6e and 7a to 7e can move up and down individually.

その後、図4(b)に示すように、切断装置4を動作させ、テーパパンチ8を傾斜面方向(平板5が多段ガイドパンチ9に押し付けられる方向)に移動する。すると、テーパパンチ8に押されて、積層刃6全体及び平板5が下方に移動する。対向する下方の積層刃7も下方に移動するが、第1段目の薄肉波刃7aのみが、下方の多段ガイドパンチ9で支持されているために、移動できず、薄肉波刃7aの波目形状の凸部が平板5に押込まれ、ディンプル2と空孔3とが形成される。   After that, as shown in FIG. 4B, the cutting device 4 is operated to move the taper punch 8 in the inclined surface direction (direction in which the flat plate 5 is pressed against the multistage guide punch 9). Then, it is pushed by the taper punch 8, and the whole laminated blade 6 and the flat plate 5 move downward. The opposing lower laminated blade 7 also moves downward, but only the first thin-walled wave blade 7a is supported by the lower multi-stage guide punch 9, and therefore cannot move, and the wave of the thin-walled wave blade 7a. The eye-shaped convex portions are pushed into the flat plate 5 to form the dimples 2 and the holes 3.

より具体的には、第1段目の薄肉波刃7aを押込むと、第1段目の薄肉波刃7aと対向する上方の第1段目の薄肉波刃6a間で平板5は曲げ変形を受け、波目状に成形されてディンプル2が形成される。また、第1段目の薄肉波刃7aと第2段目の薄肉波刃6bとは刃幅方向(紙面方向)に所定ピッチずれて配置されているため、第1段目の薄肉波刃7aと第2段目の薄肉波刃6b間では、刃幅方向1ピッチ毎の突起エッジ部(波目形状の凸部)にてせん断切込みがなされて空孔3が形成される。   More specifically, when the first-stage thin wave blade 7a is pushed in, the flat plate 5 is bent and deformed between the upper first-stage thin wave blade 6a facing the first-stage thin wave blade 7a. In response, the dimple 2 is formed in a wave pattern. Further, since the first-stage thin wave blade 7a and the second-stage thin wave blade 6b are arranged with a predetermined pitch shift in the blade width direction (paper surface direction), the first-stage thin wave blade 7a. Between the thin-walled wave blades 6b of the second stage, shear holes are made at the protruding edge portions (wave-shaped convex portions) for each pitch in the blade width direction, and holes 3 are formed.

さらに、テーパパンチ8が傾斜面を移動し、第2段目負荷になると、図4(c)に示すように、上方の第1段目の薄肉波刃6aのみは、テーパパンチ8の水平部から外れ、その他の薄肉波刃6b〜6eは、テーパパンチ8の水平部に接触して、下方に移動し、平板5も下方に移動する。一方、下方の第1段目の薄肉波刃7a及び第2段目の薄肉波刃7bは、多段ガイドパンチ9に支持され、平板5に押込まれる。このとき、平板5は、テーパパンチ8と多段ガイドパンチ9間の加圧で、第2段目の薄肉波刃6b、7b間で、曲げ変形を受け波目状に成形されてディンプル2が形成され、第2段目の薄肉波刃7bと第3段目の薄肉波刃6c間で、刃幅方向1ピッチ毎の突起エッジ部(波目形状の凸部)にてせん断切込みがなされて空孔3が形成される。   Further, when the taper punch 8 moves on the inclined surface and becomes the second stage load, only the upper first stage thin wave blade 6a is detached from the horizontal portion of the taper punch 8 as shown in FIG. The other thin-walled wave blades 6b to 6e come into contact with the horizontal portion of the taper punch 8 and move downward, and the flat plate 5 also moves downward. On the other hand, the first-stage thin wave blade 7 a and the second-stage thin wave blade 7 b below are supported by the multistage guide punch 9 and pushed into the flat plate 5. At this time, the flat plate 5 is subjected to bending deformation between the second stage thin wave blades 6b and 7b by pressurization between the taper punch 8 and the multistage guide punch 9, and the dimple 2 is formed. Between the second-stage thin wave blade 7b and the third-stage thin wave blade 6c, a shear cut is made at the projecting edge portion (wave-shaped convex portion) for each pitch in the blade width direction. 3 is formed.

さらに、テーパパンチ8が傾斜面を移動すると、図4(d)に示すように、上述の第2段目と同様に第3〜5段目の成形がなされ、1ストローク分の成形加工が終了する。図4(d)の状態では、テーパパンチ8の傾斜部の傾きに合わせて薄肉波刃6a〜6eの段差が生じており、また、下方の薄肉波刃7a〜7eの段差は多段ガイドパンチ9の形状により、テーパパンチ8と同じ傾きに決められる。なお、下方に配置された薄肉波刃7a〜7eは、側面にスプリング支持がなされており、一定負荷で、積層刃7の各薄肉波刃7a〜7eで平板5を押さえつつ、平板5の成形が行われる。これにより、上下の薄肉波刃6a〜6e,7a〜7eに合わせた複数層(ここでは5層)のディンプル2と空孔3が形成されたディンプル板1が得られる。   Further, when the taper punch 8 moves on the inclined surface, as shown in FIG. 4D, the third to fifth steps are formed in the same manner as the second step described above, and the forming process for one stroke is completed. . In the state of FIG. 4 (d), the steps of the thin-walled wave blades 6 a to 6 e are generated in accordance with the inclination of the inclined portion of the taper punch 8, and the steps of the thin-walled wave blades 7 a to 7 e are those of the multistage guide punch 9. The inclination is the same as the taper punch 8 depending on the shape. In addition, the thin wave blades 7a to 7e arranged below are spring-supported on the side surfaces, and the flat plate 5 is formed while pressing the flat plate 5 with the thin wave blades 7a to 7e of the laminated blade 7 at a constant load. Is done. As a result, a dimple plate 1 in which a plurality of layers (here, five layers) of dimples 2 and holes 3 corresponding to the upper and lower thin wave blades 6a to 6e and 7a to 7e are formed is obtained.

第1ストロークの成形が終了した後、除荷・開放を行い、平板5を1ストローク分送込んだ後、同様にして第2ストロークの成形を行う。これを繰返すことで、無限長さのディンプル板1が得られる。   After completion of the first stroke molding, unloading and releasing are performed, and after feeding the flat plate 5 for one stroke, the second stroke molding is performed in the same manner. By repeating this, an infinite length dimple plate 1 is obtained.

なお、空孔3を形成しない両面ディンプル板1b(図2(b)参照)を成形する際には、平板5がせん断されてしまわない程度に、積層刃6,7の薄肉波刃6a〜6e,7a〜7eにギャップ(間隔)を設けるようにすればよい。また、片面ディンプル板1a(図2(a)参照)、片面ディンプル孔付ディンプル板1c(図2(c)参照)のような一方の面のみにディンプル2を形成する場合は、積層刃6、7のうち一方を波刃でなく平刃で形成するとよい。   When forming the double-sided dimple plate 1b (see FIG. 2 (b)) that does not form the holes 3, the thin-walled wave blades 6a to 6e of the laminated blades 6 and 7 are made so that the flat plate 5 is not sheared. , 7a to 7e may be provided with gaps (intervals). When the dimple 2 is formed only on one surface such as the single-sided dimple plate 1a (see FIG. 2 (a)) and the single-sided dimple plate 1c (see FIG. 2 (c)), One of 7 may be formed with a flat blade instead of a wave blade.

次に、本実施の形態に係る放熱板の製造方法について図5,6を用いて説明する。   Next, the manufacturing method of the heat sink which concerns on this Embodiment is demonstrated using FIG.

本実施の形態に係る放熱板の製造方法は、ディンプル板1と伝熱板とを積層して積層体を形成する工程と、積層体をロール巻き状に成形して成形体を形成する工程と、成形体を管内に挿入してビレット(複合ビレット)を形成すると共に、該ビレットを押出成型することにより、ディンプル2の中に伝熱板の一部を充填する工程とを備えている。   The heat sink manufacturing method according to the present embodiment includes a step of laminating the dimple plate 1 and the heat transfer plate to form a laminate, and a step of forming the laminate into a roll shape to form a compact. And forming the billet (composite billet) by inserting the molded body into the tube, and filling the dimple 2 with a part of the heat transfer plate by extrusion molding the billet.

以下、各工程について詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、ディンプル板1として両面ディンプル孔付ディンプル板1d(図2(d)参照)を用いる場合を説明する。   Hereinafter, each step will be described in detail. In the present embodiment, a case where a dimple plate 1d with double-sided dimple holes (see FIG. 2D) is used as the dimple plate 1 will be described.

本実施の形態に係る放熱板の製造方法では、まず、複数のディンプル板1(両面ディンプル孔付ディンプル板1d)と、ディンプル板1の表面S及び裏面Rに接合させる伝熱板とを準備する。具体的には、ディンプル2が形成された長尺状のディンプル板1を巻いたディンプル板コイルを複数用意し、長尺状の伝熱板を巻いた伝熱板コイルを複数用意する。   In the heat sink manufacturing method according to the present embodiment, first, a plurality of dimple plates 1 (dimple plates with double-sided dimple holes 1d) and a heat transfer plate to be bonded to the front surface S and back surface R of the dimple plate 1 are prepared. . Specifically, a plurality of dimple plate coils wound with a long dimple plate 1 on which dimples 2 are formed are prepared, and a plurality of heat transfer plate coils wound with a long heat transfer plate are prepared.

伝熱板は、ディンプル板1を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料からなる。伝熱板としては、例えば、銅もしくは銅合金、または、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなるものを用いることができる。また、後述する高熱伝導コアおよび管についても伝熱板と同様の材料を使用することができる。本実施の形態では、伝熱板、高熱伝導コア、および管を、銅で形成する場合を説明する。   The heat transfer plate is made of a material having a higher thermal conductivity than the material constituting the dimple plate 1. As the heat transfer plate, for example, copper or copper alloy, or aluminum or aluminum alloy can be used. Moreover, the material similar to a heat-transfer board can be used also about the high heat conductive core and pipe | tube mentioned later. In the present embodiment, the case where the heat transfer plate, the high thermal conductive core, and the tube are formed of copper will be described.

その後、複数のディンプル板コイルから引き出される複数のディンプル板1が、複数の伝熱板コイルから引き出される複数の伝熱板の間に位置するように、すなわち、複数のディンプル板1と複数の伝熱板とが交互に積層するようにディンプル板コイルと伝熱板コイルとを配置し、各コイルからディンプル板1と伝熱板とを引き出す。これにより、ディンプル板1と伝熱板とを積層した積層体が形成される。   Thereafter, the plurality of dimple plates 1 drawn from the plurality of dimple plate coils are positioned between the plurality of heat transfer plates drawn from the plurality of heat transfer plate coils, that is, the plurality of dimple plates 1 and the plurality of heat transfer plates. The dimple plate coil and the heat transfer plate coil are arranged so as to be alternately stacked, and the dimple plate 1 and the heat transfer plate are drawn from each coil. Thereby, the laminated body which laminated | stacked the dimple board 1 and the heat exchanger plate is formed.

積層体を形成した後、図5に示すように、高熱伝導コア11を中心として積層体12を巻回してロール巻き状の成形体13を形成する。なお、図5において、14は伝熱板である。   After forming the laminated body, as shown in FIG. 5, the laminated body 12 is wound around the high thermal conductive core 11 to form a roll-shaped molded body 13. In FIG. 5, reference numeral 14 denotes a heat transfer plate.

その後、ロール巻き状の成形体13を円筒状の管(円管)15に挿入充填し、管15の開口部である前後端を図示しない封止材(銅プラグなど)により封止する。なお、ディンプル板1と伝熱板14の接合界面は、十分に清浄化しておくことが好ましい。これにより、押出し用のビレット(複合ビレット)16が形成される。   Thereafter, the roll-shaped molded body 13 is inserted and filled into a cylindrical tube (circular tube) 15, and the front and rear ends that are openings of the tube 15 are sealed with a sealing material (such as a copper plug) not shown. In addition, it is preferable that the bonding interface between the dimple plate 1 and the heat transfer plate 14 is sufficiently cleaned. Thereby, the billet (composite billet) 16 for extrusion is formed.

ビレット16を形成した後、図6に示すように、ビレット16を静水圧押出しによりダイス21から押出すと、放熱板100が得られる。放熱板100では、押出し加工により、ディンプル板1の表裏面に伝熱板14が接合され、さらに、伝熱板14を構成する材料がディンプル2内に流入してディンプル2内の表面に接合されている。また、放熱板100では、表面S側のディンプル2aに流入した伝熱板14を構成する材料と、裏面R側のディンプル2bに流入した伝熱板14を構成する材料とが空孔3を介して互いに接合され、伝熱板14同士が、空孔3を介して互いに接合されている。このように、ディンプル板1として両面ディンプル孔付ディンプル板1d(図2(d)参照)を用いることで、表面S側のディンプル2a、裏面R側のディンプル2bいずれにも、伝熱板14を構成する材料が充填されることになるため、ディンプル2と伝熱板14との接合面積を増加させ接合強度を強くすることができる。なお、ディンプル板1として両面ディンプル板1b(図2(b)参照)を用いても同様の効果が得られる。   After forming the billet 16, as shown in FIG. 6, when the billet 16 is extruded from the die 21 by hydrostatic extrusion, the heat radiating plate 100 is obtained. In the heat radiating plate 100, the heat transfer plate 14 is joined to the front and back surfaces of the dimple plate 1 by extrusion processing, and the material constituting the heat transfer plate 14 flows into the dimple 2 and is joined to the surface in the dimple 2. ing. Further, in the heat radiating plate 100, the material constituting the heat transfer plate 14 flowing into the dimple 2 a on the front surface S side and the material constituting the heat transfer plate 14 flowing into the dimple 2 b on the back surface R side through the holes 3. The heat transfer plates 14 are joined to each other through the air holes 3. In this way, by using the dimple plate 1d with double-sided dimple holes (see FIG. 2D) as the dimple plate 1, the heat transfer plate 14 is provided on both the front surface S side dimple 2a and the rear surface R side dimple 2b. Since the constituent material is filled, the bonding area between the dimple 2 and the heat transfer plate 14 can be increased and the bonding strength can be increased. The same effect can be obtained by using a double-sided dimple plate 1b (see FIG. 2B) as the dimple plate 1.

静水圧押出しによる押出成型は、500〜700℃の温間あるいは熱間状態で行うとよく、これにより、複合界面(ディンプル板1と伝熱板14の接合界面)の接合状態は最適となり、良好な熱伝導、熱膨張特性を示すこととなる。なお、押出し方法は、静水圧押出しに限らず、潤滑押出しとしてもよい。   Extrusion molding by isostatic pressing is preferably performed in a warm or hot state of 500 to 700 ° C., and thereby, the bonding state of the composite interface (the bonding interface between the dimple plate 1 and the heat transfer plate 14) is optimized and good. It exhibits excellent heat conduction and thermal expansion characteristics. The extrusion method is not limited to isostatic extrusion, and may be lubrication extrusion.

以上により放熱板100が得られる。放熱板100の押出し後の断面形状は特に限定されないが、例えば、図7(a)に示すような平板状(断面矩形状)、あるいは、図7(b)に示すように、平板101からフィン102が突出したフィン付形状とすることができる。押出成形された放熱板100は、厚さ1mm以上の肉厚を有しており、例えば、放冷特性の良好な低熱膨張高熱伝導のヒートシンク材として用いることができる。なお、図7(a),(b)では、図の簡略化のため、ディンプル板1、高熱伝導コア11、伝熱板14、管15を省略し断面形状のみを示している。   The heat sink 100 is obtained by the above. The cross-sectional shape of the heat sink 100 after extrusion is not particularly limited. For example, a flat plate shape (rectangular cross section) as shown in FIG. 7A or a flat plate 101 to a fin as shown in FIG. It can be set as the shape with a fin which 102 protruded. The extruded heat radiating plate 100 has a thickness of 1 mm or more, and can be used as, for example, a heat sink material with low thermal expansion and high thermal conductivity having good cooling characteristics. 7A and 7B, only the cross-sectional shape is shown by omitting the dimple plate 1, the high heat conductive core 11, the heat transfer plate 14, and the tube 15 for simplification of the drawing.

以上説明したように、本実施の形態に係る放熱板の製造方法では、表面にディンプル2を有するディンプル板1と伝熱板14とを積層して積層体12を形成する工程と、積層体12をロール巻き状に成形して成形体13を形成する工程と、成形体13を管15内に挿入してビレット16を形成すると共に、該ビレット16を押出成型することにより、ディンプル2の中に伝熱板14の一部を充填する工程とを備えている。   As described above, in the manufacturing method of the heat sink according to the present embodiment, the step of forming the laminate 12 by laminating the dimple plate 1 having the dimple 2 on the surface and the heat transfer plate 14, and the laminate 12 And forming the billet 16 by inserting the billet 16 into the tube 15 and extruding the billet 16 into the dimple 2. And a step of filling a part of the heat transfer plate 14.

つまり、本実施の形態に係る放熱板の製造方法では、低熱膨張のディンプル板1と高熱伝導の伝熱板14とを多積層状に配置し、強加工(ここでは押出し加工)を施し接合して多複合構造の放熱板100を形成している。   That is, in the manufacturing method of the heat sink according to the present embodiment, the low thermal expansion dimple plate 1 and the high heat conduction heat transfer plate 14 are arranged in a multi-layered form, and subjected to strong processing (here, extrusion processing) and joined. Thus, the heat sink 100 having a multi-composite structure is formed.

従来のCIC材といったInvar複合材構成の放熱板を製造する際に問題となるのは、半導体素子が数mm程度の小さなものであるため、放熱板としても微小な均一性が要求され、Invar複合材構成も、サブミリオーダーの微細化(微細多孔化または微細凹凸化)が要求され、それを安価に製造する必要があるという点である。   The problem in manufacturing a heat sink with an Invar composite material structure, such as a conventional CIC material, is that the semiconductor element is a small one of about several millimeters. The material structure is also required to be submillimeter-order refinement (fine porosity or fine unevenness), and it is necessary to manufacture it at low cost.

しかしながら、従来のエキスパンドメタルを使用したCIC材からなる放熱板では、上述のように、サブミリオーダーの微細化を図ると、エキスパンドメタルの板厚を薄くしなければならず、例えば、大電流を印加し使用時に高温になる半導体素子を実装する際の熱放散性を目的とした放熱板として好適な1mm以上の厚さの放熱板を製造する事ができない。   However, in the conventional heat sink made of CIC material using expanded metal, as described above, when sub-millimeter order miniaturization is attempted, the thickness of the expanded metal must be reduced. For example, a large current is applied. However, it is impossible to manufacture a heat sink having a thickness of 1 mm or more, which is suitable as a heat sink for the purpose of heat dissipation when mounting a semiconductor element that becomes high in use.

本発明では、ディンプル板1と伝熱板14とを多層化して多複合構造の放熱板100を形成しているため、放熱板100におけるディンプル板1(Invar合金)の比率を維持して、放熱板100全体での熱膨張係数を低く保つことが可能になる。また、本発明では、ディンプル板1と伝熱板14とを多層化するため、ヒートシンク材などとして十分使用可能な1mm以上の厚さを有する放熱板100を容易に実現できる。   In the present invention, the dimple plate 1 and the heat transfer plate 14 are multi-layered to form the multi-composite heat dissipation plate 100. Therefore, the ratio of the dimple plate 1 (Invar alloy) in the heat dissipation plate 100 is maintained, and heat dissipation is achieved. The coefficient of thermal expansion of the entire plate 100 can be kept low. In the present invention, since the dimple plate 1 and the heat transfer plate 14 are multilayered, it is possible to easily realize the heat radiating plate 100 having a thickness of 1 mm or more that can be sufficiently used as a heat sink material or the like.

さらには、本発明では、図4で説明した多段打ちによる成形法によりディンプル板1を成形しているため、ディンプル板1の板厚を薄くすることなく微細多孔化または微細凹凸化が可能となり、このディンプル板1を用いて放熱板100を製造することで、熱伝導性に異方性がない(厚さ方向の熱伝導率が高い)放熱板100を低コストに実現できる。   Furthermore, in the present invention, since the dimple plate 1 is formed by the multi-stage forming method described with reference to FIG. 4, it is possible to make the dimple plate 1 finely porous or finely uneven without reducing the thickness of the dimple plate 1. By manufacturing the heat radiating plate 100 using the dimple plate 1, the heat radiating plate 100 having no anisotropy in thermal conductivity (high thermal conductivity in the thickness direction) can be realized at low cost.

つまり、本発明によれば、ヒートシンク材などとして十分使用可能な程度に厚肉で、かつ、熱膨張、熱伝導、機械的特性の点で均質な放熱板100が製造可能となり、その結果、1mm以上の板厚において、厚さ方向の熱伝導率が150(W/℃・m)以上であり、かつ、熱膨張係数が12×10-6(1/K)以下である、これまでにない放熱板100を実現することが可能となる。 That is, according to the present invention, it is possible to manufacture a heat sink 100 that is thick enough to be used as a heat sink material and the like and that is homogeneous in terms of thermal expansion, heat conduction, and mechanical characteristics. In the above plate thickness, the thermal conductivity in the thickness direction is 150 (W / ° C. · m) or more and the coefficient of thermal expansion is 12 × 10 −6 (1 / K) or less. The heat sink 100 can be realized.

本発明の放熱板100によれば、所望の熱膨張特性および厚さ方向の熱伝導性を両立できることから、大電流を印加し使用時に高温になる小型な半導体素子を実装したとしても、熱放散性に優れると同時に、半導体素子との間の線膨張差に基づく熱応力を緩和することができるという効果を発揮することができる。   According to the heat sink 100 of the present invention, it is possible to achieve both desired thermal expansion characteristics and thermal conductivity in the thickness direction. Therefore, even if a small semiconductor element that is heated to a high temperature by applying a large current is mounted, heat dissipation is achieved. It is possible to exhibit an effect that thermal stress based on a difference in linear expansion between the semiconductor element and the semiconductor element can be relaxed.

なお、本実施の形態では、図4で説明した多段打ちによる成形法により、板厚を薄くすることなく微細多孔化または微細凹凸化したディンプル板1を用いているが、ディンプル板1の成形法はこれに限らず、微細多孔化または微細凹凸化が可能であり、かつ、ある程度の板厚が確保できる成形法であればどのような成型法を用いてもよい。当該成型法において、もし、ディンプル板1の板厚が小さく薄肉になってしまう場合であっても、その薄肉なディンプル板1と、薄肉に形成した伝熱板とを交互に、例えば、数十層と多数積層することによって、放熱板100におけるディンプル板1(Invar合金)の比率を維持し熱膨張係数を低く保ちつつ、厚肉な放熱板100を得ることが可能である。ただし、ディンプル板1として市販のエキスパンドメタルを用いることはできない。これは、エキスパンドメタルは、本質的に、板厚に対し孔ピッチが大きく、開孔率の大きいものであるため、多層化しても結果的にInvar比率が小さくなってしまい、放熱板全体での熱膨張係数も大きくなってしまうためである。   In the present embodiment, the dimple plate 1 that has been made microporous or finely uneven without reducing the plate thickness by the multistage forming method described with reference to FIG. 4 is used. However, the present invention is not limited to this, and any molding method may be used as long as it can be microporous or finely uneven and can secure a certain thickness. In the molding method, even if the thickness of the dimple plate 1 is small and thin, the thin dimple plate 1 and the thin heat transfer plate are alternately formed, for example, several tens of times. By laminating a large number of layers, it is possible to obtain a thick heat sink 100 while maintaining the ratio of the dimple plate 1 (Invar alloy) in the heat sink 100 and keeping the coefficient of thermal expansion low. However, a commercially available expanded metal cannot be used as the dimple plate 1. This is because expanded metal essentially has a large hole pitch with respect to the plate thickness and a large hole area ratio, so that the Invar ratio becomes small as a result even when the number of layers is increased. This is because the thermal expansion coefficient is also increased.

ここで、本発明の放熱板100における熱伝導率と熱膨張係数について検討する。   Here, the thermal conductivity and the thermal expansion coefficient in the heat sink 100 of the present invention will be examined.

一般に、CIC材などのInvar複合材の熱伝導率と熱膨張係数は、構成材の特性値から計算することが可能である。   In general, the thermal conductivity and thermal expansion coefficient of an Invar composite material such as a CIC material can be calculated from the characteristic values of the constituent materials.

まず、コア(Invar合金の層)が多孔質でない単層のCIC材の場合、板面方向の熱伝導率λは下式(1)、板厚方向の熱伝導率λmは下式(2)で表される。
λ=λ1・f1+λ2・f2 ・・・(1)
λm=(λ1・λ2・(Л1+Л2))/(λ1・Л2+λ2・Л1) ・・・(2)
但し、λ1:Invar合金の熱伝導率
λ2:Cuの熱伝導率
1:Invar合金の断面比率
2:Cuの断面比率
Л1:Invar多孔板部の厚さ
Л2/2:表面Cu層厚さ
First, in the case of a single-layer CIC material whose core (Invar alloy layer) is not porous, the thermal conductivity λ in the plate surface direction is expressed by the following equation (1), and the thermal conductivity λ m in the plate thickness direction is expressed by the following equation (2 ).
λ = λ 1 · f 1 + λ 2 · f 2 (1)
λ m = (λ 1・ λ 2・ (Л 1 + Л 2 )) / (λ 1・ Л 2 + λ 2・ Л 1 ) (2)
Where λ 1 : thermal conductivity of Invar alloy
λ 2 : thermal conductivity of Cu
f 1 : Section ratio of Invar alloy
f 2 : Cu cross-sectional ratio
Л 1 : Invar perforated plate thickness
Л 2/2: surface Cu layer thickness

本発明の放熱板100では、ディンプル板1として両面ディンプル孔付ディンプル板1dを用いており、Invar合金からなるディンプル板1が層状に配置されると共に、Cuからなる伝熱板14がディンプル板1の空孔3を介して接合されていることから、Invar合金とCuとが均質に分散された構造となっている。そのため、放熱板100の熱伝導率は、板面方向および板厚方向ともに、(1)式で表されることになる。   In the heat sink 100 of the present invention, the dimple plate 1d having double-sided dimple holes is used as the dimple plate 1. The dimple plate 1 made of Invar alloy is arranged in layers, and the heat transfer plate 14 made of Cu is the dimple plate 1. Therefore, the Invar alloy and Cu are homogeneously dispersed. Therefore, the thermal conductivity of the heat sink 100 is expressed by the formula (1) in both the plate surface direction and the plate thickness direction.

熱膨張係数(熱膨張率)については、板面方向が問題となるが、ヤング率はInvar合金が142GPa、Cuが136GPaと近いことから加重平均値に近付き、CIC材(単層クラッド)、ディンプル板1と伝熱板14を多層に配置した放熱板100ともに、下式(3)で表される。
ρ=ρ1・f1+ρ2・f2 ・・・(3)
但し、ρ1:Invar合金の熱膨張係数
ρ2:Cuの熱膨張係数
Regarding the thermal expansion coefficient (coefficient of thermal expansion), the direction of the plate surface is a problem, but the Young's modulus is close to the weighted average value because Invar alloy is close to 142 GPa and Cu is 136 GPa, and CIC material (single layer clad), dimple Both the heat sink 100 which has arrange | positioned the board 1 and the heat exchanger plate 14 in the multilayer are represented by the following Formula (3).
ρ = ρ 1 · f 1 + ρ 2 · f 2 (3)
Where ρ 1 : thermal expansion coefficient of Invar alloy
ρ 2 : Coefficient of thermal expansion of Cu

以上の関係式(1)〜(3)に基づき、放熱板100およびCIC材の熱伝導率λと、熱膨張係数ρとの関係式を計算した結果を、図8に示す。   Based on the above relational expressions (1) to (3), the result of calculating the relational expression between the thermal conductivity λ of the heat sink 100 and the CIC material and the thermal expansion coefficient ρ is shown in FIG.

図8に示すように、横軸の熱膨張係数ρは、ほぼ、Invar合金の断面構成比率と対応しており、縦軸の熱伝導率λが、Invar合金の断面構成比率により、大きく変化していることがわかる。CIC材の場合、板面方向の熱伝導率λは、(1)式で表され、図8に実線で示すようにInvar合金の断面構成比率に対応した直線変化であるが、板厚方向の熱伝導率λmは、図8に破線で示すように、Invar合金の断面構成比率によらず、Invar合金の熱伝導率λ1に近い低い値になってしまう。これが、CIC材の問題点である。 As shown in FIG. 8, the thermal expansion coefficient ρ on the horizontal axis substantially corresponds to the cross-sectional composition ratio of the Invar alloy, and the thermal conductivity λ on the vertical axis varies greatly depending on the cross-sectional composition ratio of the Invar alloy. You can see that In the case of the CIC material, the thermal conductivity λ in the plate surface direction is expressed by the equation (1) and is a linear change corresponding to the cross-sectional composition ratio of the Invar alloy as shown by the solid line in FIG. The thermal conductivity λ m becomes a low value close to the thermal conductivity λ 1 of the Invar alloy regardless of the cross-sectional configuration ratio of the Invar alloy, as indicated by a broken line in FIG. This is a problem of the CIC material.

本発明の放熱板100の場合、板面方向の熱伝導率および板厚方向の熱伝導率とも(1)式が成り立ち、図8に実線で示すようにInvar合金の断面構成比率に対応した直線変化となるため、CIC材と比較して、板厚方向の熱伝導率が大幅に改善することが分かる。具体的には、放熱板100によれば、板厚方向の熱伝導率は、CIC材と比較して1桁程度改善される。CIC材の欠点はこの点に集中していることから、CIC材の欠点を改善した放熱板100が応用できる範囲は、格段と増加するものと考えられる。   In the case of the heat radiating plate 100 of the present invention, both the thermal conductivity in the plate surface direction and the thermal conductivity in the plate thickness direction are established by equation (1), and a straight line corresponding to the cross-sectional composition ratio of the Invar alloy as shown by the solid line in FIG. Since it becomes a change, it can be seen that the thermal conductivity in the thickness direction is greatly improved as compared with the CIC material. Specifically, according to the heat sink 100, the thermal conductivity in the plate thickness direction is improved by an order of magnitude compared to the CIC material. Since the shortcomings of the CIC material is concentrated in this respect, the range of the heat radiating plate 100 which has improved the disadvantage of the CIC material could be applied is believed to be increased remarkably.

また、本発明の放熱板100は、Invar合金と銅(あるいはアルミニウム)から形成されているため、従来用いられているCu−Mo、Cu−W等と比較すると安価であり、経済性のメリットが大きい。   Moreover, since the heat sink 100 of the present invention is formed from Invar alloy and copper (or aluminum), it is less expensive than conventionally used Cu—Mo, Cu—W, etc., and has an economic advantage. large.

放熱板100の用途については、従来のパワーモジュール等の応用に使えると共に、さらに、低膨張、放熱性を要求する安価な用途への提供が期待できる。また、サイズ的に大きな放熱板100を製造可能であることから、特に、ハイパワーな用途に適用することができる。   As for the use of the heat sink 100, it can be used for the application of a conventional power module and the like, and further, it can be expected to provide an inexpensive use requiring low expansion and heat dissipation. Moreover, since the heat sink 100 with a large size can be manufactured, it can be applied particularly to high power applications.

本発明の他の実施の形態を説明する。   Another embodiment of the present invention will be described.

上記実施の形態では、放熱板100の多積層化の際の強加工を施す方法として、押出し加工を用いる場合を説明したが、これに限らず、強加工を施す方法として、圧延加工を用いるようにしてもよい。   In the said embodiment, although the case where an extrusion process was used was demonstrated as a method of performing the strong process in the case of multi-layering of the heat sink 100, it is not restricted to this but a rolling process is used as a method of performing a strong process. It may be.

圧延加工を用いる場合、押出し加工におけるビレット16の代わりに、図9に示すように、まず、ディンプル板1と伝熱板14とを積層して積層体12を形成し、形成した積層体12を筐体(ケース)22内に収容してインゴット(複合インゴット)23を形成する。   When using the rolling process, instead of the billet 16 in the extrusion process, as shown in FIG. 9, first, the dimple plate 1 and the heat transfer plate 14 are laminated to form the laminated body 12, and the formed laminated body 12 is An ingot (composite ingot) 23 is formed in a housing (case) 22.

筐体22としては、伝熱板14と同様に、銅もしくは銅合金、または、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる高熱伝導材を用いるとよい。筐体22の形状については特に限定されないが、インゴット23を圧延加工しやすいように、矩形管状のものを用い、その前後端を図示しない封止材(Cuキャップなど)で封止するようにすればよい。   As the case 22, similarly to the heat transfer plate 14, a high thermal conductive material made of copper or copper alloy, or aluminum or aluminum alloy may be used. The shape of the housing 22 is not particularly limited, but a rectangular tube is used so that the ingot 23 can be easily rolled, and the front and rear ends thereof are sealed with a sealing material (such as a Cu cap) not shown. That's fine.

その後、図10に示すように、所定間隔で配置された2つの圧延ロール24間にインゴット23を送り込み、両圧延ロール24でインゴット23を温熱間圧延加工することにより、ディンプル2の中に伝熱板14の一部を充填する。圧延加工を行う際は、400〜700℃の温熱間の温度領域とすればよい。以上により、図11に示すように、断面矩形状に成形された多複合構造の放熱板100が得られる。   Thereafter, as shown in FIG. 10, the ingot 23 is fed between two rolling rolls 24 arranged at a predetermined interval, and the ingot 23 is hot-rolled with both rolling rolls 24, thereby transferring heat into the dimple 2. A part of the plate 14 is filled. What is necessary is just to set it as the temperature range between 400-700 degreeC when performing a rolling process. As described above, as shown in FIG. 11, a heat sink 100 having a multi-composite structure formed into a rectangular cross section is obtained.

なお、押出し加工及び圧延加工ともに、材料の均質性を上げるためには、ディンプル板1のディンプル2(あるいは空孔3)を微細に形成する必要があるが、厚さ方向の熱伝導特性を向上させる目的では、幅方向の微細化のみを達成すればよく、ディンプル2(あるいは空孔3)の幅方向ピッチを0.5mm以下とすればよい。本発明の押出し法および圧延法では、CIC材(単層クラッド)と比較すると、製品である放熱板100が完成するまでのトータル加工度は大きくなる可能性が大きく、長手方向のディンプル2(あるいは空孔3)のピッチは大きくなる傾向にあるが、上述のように、この点は問題となることではなく、変わりない厚さ方向の熱伝導特性が約束される。   In order to improve the homogeneity of the material for both extrusion and rolling, it is necessary to form the dimple 2 (or hole 3) of the dimple plate 1 finely, but the heat conduction characteristics in the thickness direction are improved. For this purpose, it is only necessary to achieve miniaturization in the width direction, and the width direction pitch of the dimples 2 (or holes 3) may be set to 0.5 mm or less. In the extrusion method and rolling method of the present invention, compared to the CIC material (single-layer clad), the total degree of processing until the heat sink 100 as a product is completed is large, and the dimple 2 in the longitudinal direction (or Although the pitch of the holes 3) tends to increase, as described above, this point does not become a problem, and a constant heat conduction characteristic in the thickness direction is promised.

上記実施の形態では、伝熱板14、高熱伝導コア11、管15を同じ材料(銅)で構成したが、互いに異なるようにしてもよい。例えば、上記実施の形態では、管15を銅で形成したが、管15をアルミニウムで形成することで、ハイフィン付の矩形断面の放熱板100を製造することができ、この放熱板100は、空冷向けの高熱伝導放冷材として好適に用いることができる。また、管15を銅で形成すると共に、伝熱板14と高熱伝導コア11とをアルミニウムで形成することで、安価で、特に、高Invar比の低熱膨張な放熱板100を製造可能となる。これは、押出し法、圧延法の両者に適用可能である。   In the said embodiment, although the heat-transfer plate 14, the high heat conductive core 11, and the pipe | tube 15 were comprised with the same material (copper), you may make it mutually differ. For example, in the above embodiment, the tube 15 is made of copper, but by forming the tube 15 from aluminum, a heat sink 100 having a rectangular cross section with high fins can be manufactured. It can be suitably used as a high heat conduction cooling material. Further, by forming the tube 15 with copper and forming the heat transfer plate 14 and the high thermal conductive core 11 with aluminum, it is possible to manufacture a heat dissipation plate 100 that is inexpensive and in particular has a low thermal expansion with a high Invar ratio. This is applicable to both the extrusion method and the rolling method.

(実施例1)
本発明の実施にあたっては、Invar合金としてFe−36mass%Niを用い、図1のディンプル板1(両面ディンプル板1b)とした。
Example 1
In carrying out the present invention, Fe-36 mass% Ni was used as the Invar alloy, and the dimple plate 1 (double-sided dimple plate 1b) of FIG. 1 was used.

具体的には、ディンプル板1としては、板厚0.22mm、幅50mmのものを用い、45度方向のディンプル2のピッチを0.5mmとし、幅方向のピッチを0.35mmとした。ディンプル板1は、上下面からくぼみ(ディンプル2)を入れた凹凸板で、底肉厚が薄いことを特徴としており、そこに10%程度の貫通孔を有するものもある。   Specifically, the dimple plate 1 has a thickness of 0.22 mm and a width of 50 mm, the pitch of the dimples 2 in the 45 degree direction is 0.5 mm, and the pitch in the width direction is 0.35 mm. The dimple plate 1 is a concavo-convex plate in which a depression (dimple 2) is inserted from the upper and lower surfaces, and is characterized in that the bottom wall thickness is thin, and there are some having a through hole of about 10%.

ディンプル板1と0.2mmあるいは0.15mm厚のCu板からなる伝熱板14とを重ね、巻き込み、図5に示すように、外径φ60.5mmのロール巻き状の成形体13を形成し、それをφ65mm/φ61mmの銅からなる管15に挿入し、前後端を封止材(銅プラグ)でシールして押出し用のビレット16を製作した。   The dimple plate 1 and a heat transfer plate 14 made of a Cu plate having a thickness of 0.2 mm or 0.15 mm are overlapped and wound to form a roll-shaped molded body 13 having an outer diameter of 60.5 mm as shown in FIG. Then, it was inserted into a pipe 15 made of copper of φ65 mm / φ61 mm and the front and rear ends were sealed with a sealing material (copper plug) to produce a billet 16 for extrusion.

素材に用いたInvar合金からなるディンプル板1およびCu板からなる伝熱板14は、洗浄及び光輝焼鈍し、清浄な表面状態とした。   The dimple plate 1 made of an Invar alloy and the heat transfer plate 14 made of a Cu plate used for the raw material were cleaned and brightly annealed to obtain a clean surface state.

かかるビレット16を、図6に示すように、静水圧押出装置により、600℃の温度で押出し成形した。静水圧押出しにより、長手方向に変化のない均一な放熱板100が得られる。押出し形状としては、図7(a)に示す矩形断面材(50mm×3mm)として、所要寸法の多層積層の放熱板100とした。この押出しでの高温、高リダクションの加工により、Invar合金(ディンプル板1)/Cu(伝熱板14)の界面は良好に接合すると共に、空孔3を通しあるいはディンプル2の薄肉部を介して、上下の伝熱板14は接合され、放熱板100の板厚方向の熱伝導性も良好となる。また、幅方向には、若干縮小(65mmから50mm)することから、幅方向の凹凸孔ピッチも、初期の0.35mmよりさらに減少し、熱伝導及び熱膨張係数特性の均一性は改善する。   As shown in FIG. 6, the billet 16 was extrusion molded at a temperature of 600 ° C. by a hydrostatic extrusion apparatus. The uniform heat sink 100 which does not change in the longitudinal direction is obtained by the hydrostatic extrusion. As the extrusion shape, a multilayer laminated heat sink 100 having a required size was used as a rectangular cross-section material (50 mm × 3 mm) shown in FIG. By this high-temperature and high-reduction processing in the extrusion, the interface of Invar alloy (dimple plate 1) / Cu (heat transfer plate 14) is satisfactorily bonded, and through the holes 3 or through the thin portion of the dimple 2. The upper and lower heat transfer plates 14 are joined, and the heat conductivity in the thickness direction of the heat radiating plate 100 is also improved. Further, in the width direction, since the slightly reduced (50mm from 65 mm), uneven hole pitch in the width direction, further reduced than the initial 0.35 mm, the uniformity of the thermal conductivity and thermal expansion coefficient characteristic improves.

(実施例2)
放熱板100の製造方法としては、押出し法に限らず、圧延による製造法もある。
(Example 2)
The manufacturing method of the heat sink 100 is not limited to the extrusion method, and there is a manufacturing method by rolling.

図9に、圧延用の多孔ディンプルInvar/Cuの多層複合のインゴット23を示す。0.4mm厚の高熱伝導Cuケースからなる筐体22を準備し、幅50mm長さ100mm厚さ0.22mmのディンプル板1(両面ディンプル板1b)、及び同サイズのCu板からなる伝熱板14を交互に10層重ね、Cuキャップを重ねて周囲をシールし、圧延用のインゴット23を形成した。   FIG. 9 shows a multi-layer composite ingot 23 of porous dimples Invar / Cu for rolling. A housing 22 made of a 0.4 mm thick highly heat conductive Cu case was prepared, a dimple plate 1 (double-sided dimple plate 1b) having a width of 50 mm, a length of 100 mm and a thickness of 0.22 mm, and a heat transfer plate made of the same size Cu plate. Ten layers of 14 were alternately stacked, and a Cu cap was stacked to seal the periphery, thereby forming an ingot 23 for rolling.

素材に用いたディンプル板1および伝熱板14の凹凸孔形状、前処理は、実施例1と同様にした。   The uneven hole shape and pretreatment of the dimple plate 1 and the heat transfer plate 14 used for the material were the same as in Example 1.

その後、図10に示すように、インゴット23の圧延加工を行った。温度は400℃で、40%のリダクションで接合圧延を行い、その後冷間圧延により、3mm厚の断面矩形状の放熱板100を形成した。   Then, as shown in FIG. 10, the ingot 23 was rolled. The temperature was 400 ° C., joint rolling was performed with 40% reduction, and then a heat sink 100 having a rectangular cross section with a thickness of 3 mm was formed by cold rolling.

実施例2の圧延法の場合も、高温・高圧化で、Invar合金(ディンプル板1)/Cu(伝熱板14)の界面は、良好に接合すると共に、空孔3を通しあるいはディンプル2の薄肉部を介して、上下の伝熱板14は接合され、放熱板100の板厚方向の熱伝導性も良好となる。また、圧延法では、幅方向には寸法は変化せず、幅方向のディンプル2(空孔3)のピッチも、初期の0.35mmのままであった。ディンプル2(空孔3)のピッチは、長手方向には大きく伸びることになるが、多層化していることで、熱伝導及び熱膨張係数特性の均一性は、良好となる。   Also in the case of the rolling method of Example 2, the interface of Invar alloy (dimple plate 1) / Cu (heat transfer plate 14) is satisfactorily bonded at high temperature and high pressure, and through the holes 3 or the dimple 2 The upper and lower heat transfer plates 14 are joined via the thin portion, and the heat conductivity in the thickness direction of the heat radiating plate 100 is also improved. Further, in the rolling method, the dimension is not changed in the width direction but also a pitch in the width direction of the dimple 2 (the holes 3) remained the initial 0.35 mm. Pitch of the dimples 2 (hole 3) is made to extend largely in the longitudinal direction, that is multilayered, the uniformity of the thermal conductivity and thermal expansion coefficient characteristic becomes good.

厚めの3mm板材を作ることを目的に、上述のようにして製作した本発明の押出し法(実施例1−1、1−2)および圧延法(実施例2)による放熱板100の構成寸法および性能の測定結果を他製造例(比較例1〜3)と比較し、表1に示す。なお、図12には、表1の伝熱特性(熱伝導率)、熱膨張係数を比較して示す。さらに、図13には、図8の熱伝導率λと熱膨張係数ρの関係図内における実施例と比較例の位置を示す。   For the purpose of producing a thick 3 mm plate, the structural dimensions of the heat sink 100 produced by the extrusion method (Examples 1-1 and 1-2) and the rolling method (Example 2) of the present invention manufactured as described above, and The performance measurement results are compared with other production examples (Comparative Examples 1 to 3), and are shown in Table 1. In addition, in FIG. 12, the heat-transfer characteristic (thermal conductivity) of Table 1 and a thermal expansion coefficient are compared and shown. Further, FIG. 13 shows positions of the example and the comparative example in the relationship diagram between the thermal conductivity λ and the thermal expansion coefficient ρ of FIG.

Figure 2011119600
Figure 2011119600

実施例1−1、1−2は、Cu層厚(伝熱板14の厚さ)を変えた押出し法による微細多孔ディンプルInvar/Cuの多層複合材からなる放熱板100のデータであり、熱膨張係数ρもCu材の1.7×10-5(1/K)より大きく下がり、厚さ方向の熱伝導率λもInvar材の9.4(W/℃・m)より大幅に高い特性が得られている。実施例2は、圧延法による放熱板100の例であるが、ディンプル2形状が同じ押出法の実施例1−2とほぼ同じ特性となっている。 Examples 1-1 and 1-2 are data of the heat dissipation plate 100 made of a multilayer composite material of fine porous dimples Invar / Cu by an extrusion method in which the Cu layer thickness (thickness of the heat transfer plate 14) is changed. The coefficient of expansion ρ is also significantly lower than 1.7 × 10 -5 (1 / K) of the Cu material, and the thermal conductivity λ in the thickness direction is also significantly higher than the 9.4 (W / ° C. · m) of the Invar material. Is obtained. Example 2 is an example of the heat sink 100 by the rolling method, but the dimple 2 shape has substantially the same characteristics as Example 1-2 of the same extrusion method.

また、比較例2,3の従来のCIC材(Cu/Invar合金/Cu)は、直に3mm厚材を作ることが可能であるが、それでは、板面方向の熱膨張係数は、0.91×10-5(1/K)、1.2×10-5(1/K)と十分小さく低熱膨張を示すが、厚さ方向の熱伝導率が、24(W/℃・m)、31(W/℃・m)と、板面方向の熱伝導率200(W/℃・m)、260(W/℃・m)と比較し、1桁小さい。これが、CIC材の問題点である。 Further, the conventional CIC material (Cu / Invar alloy / Cu) of Comparative Examples 2 and 3 can directly produce a 3 mm thick material, but the coefficient of thermal expansion in the plate surface direction is 0.91. × 10 −5 (1 / K) and 1.2 × 10 −5 (1 / K) are sufficiently small and exhibit low thermal expansion, but the thermal conductivity in the thickness direction is 24 (W / ° C. · m), 31 Compared with (W / ° C. · m) and thermal conductivity 200 (W / ° C. · m) and 260 (W / ° C. · m) in the plate surface direction, it is one digit smaller. This is a problem of the CIC material.

また、比較例1には、市販のInvar合金からなる微細エキスパンドメタルを用い、押出法により多層複合材からなる放熱板を作った事例を示すが、エキスパンドメタルは、本質的に、板厚に対し孔ピッチが大きく、開孔率の大きいものしかできず、多層化しても結果的にInvar比率が小さくなっており、厚さ方向の熱伝導率が大きいことはよいが、熱膨張係数も大きくなってしまい、低熱膨張材を作るには適していないことがわかる。   Moreover, although the comparative example 1 shows the example which made the heat sink which consists of a multilayer composite material by the extrusion method using the fine expanded metal which consists of a commercially available Invar alloy, an expanded metal is essentially with respect to plate | board thickness. large hole pitch can only intended porosity greater, have become even result in Invar ratios multilayered small, the thickness direction of the thermal conductivity is large but good, even larger thermal expansion coefficient It turns out that it is not suitable for making a low thermal expansion material.

このように、本発明によれば、厚さが1mm以上という比較的肉厚の用途であっても、厚さ方向の熱伝導率が150(W/℃・m)以上であり、かつ、板面方向の熱膨張係数が1.2×10-5(1/K)以下である放熱板100を実現でき、この放熱板100を、使用時に高温になる半導体素子を実装する半導体回路部材として用いることにより、良好な放熱特性および熱膨張特性を有するヒートシンク材を実現することができるという効果が得られる。 Thus, according to the present invention, the thermal conductivity in the thickness direction is 150 (W / ° C. · m) or more even in a relatively thick application having a thickness of 1 mm or more, and the plate A heat sink 100 having a thermal expansion coefficient in the plane direction of 1.2 × 10 −5 (1 / K) or less can be realized, and the heat sink 100 is used as a semiconductor circuit member for mounting a semiconductor element that becomes high in use. As a result, an effect of realizing a heat sink material having good heat dissipation characteristics and thermal expansion characteristics can be obtained.

1 ディンプル板
2 ディンプル
3 空孔
12 積層体
13 成形体
14 伝熱板
15 管
16 ビレット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dimple board 2 Dimple 3 Hole 12 Laminate body 13 Molded body 14 Heat transfer plate 15 Tube 16 Billet

Claims (10)

表面にディンプルを有するディンプル板と伝熱板とを積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体をロール巻き状に成形して成形体を形成する工程と、
前記成形体を管内に挿入してビレットを形成すると共に、該ビレットを押出成型することにより、前記ディンプルの中に伝熱板の一部を充填する工程と、
を備えたことを特徴とする放熱板の製造方法。
A step of laminating a dimple plate having a dimple on the surface and a heat transfer plate to form a laminate;
Forming the molded body by forming the laminate into a roll, and
Inserting the molded body into a tube to form a billet, and extruding the billet to fill a part of the heat transfer plate into the dimple; and
The manufacturing method of the heat sink characterized by the above-mentioned.
前記ビレットは、前記成形体を前記管内に挿入した後、該管の前後端を閉じて形成される請求項1記載の放熱板の製造方法。   The said billet is a manufacturing method of the heat sink of Claim 1 which closes the front-and-rear end of this pipe | tube after inserting the said molded object in the said pipe | tube. 表面にディンプルを有するディンプル板と伝熱板とを積層して積層体を形成する工程と、
前記積層体を筐体内に収容してインゴットを形成し、該インゴットを圧延加工することにより、前記ディンプルの中に伝熱板の一部を充填する工程と、
を備えたことを特徴とする放熱板の製造方法。
A step of laminating a dimple plate having a dimple on the surface and a heat transfer plate to form a laminate;
Forming the ingot by housing the laminate in a housing, and rolling the ingot to fill a part of the heat transfer plate in the dimple; and
The manufacturing method of the heat sink characterized by the above-mentioned.
前記ディンプル板は、裏面にディンプルをさらに有する請求項1〜3いずれかに記載の放熱板の製造方法。   The said dimple board is a manufacturing method of the heat sink in any one of Claims 1-3 which further have a dimple on a back surface. 前記積層体は、複数の前記ディンプル板と複数の前記伝熱板とを交互に積層して形成される請求項1〜4いずれかに記載の放熱板の製造方法。   The said laminated body is a manufacturing method of the heat sink in any one of Claims 1-4 formed by laminating | stacking several said dimple boards and several said heat-transfer board alternately. 前記ディンプルの少なくとも一部に、前記ディンプル板を貫通する空孔を形成し、該空孔を挟む上下の前記伝熱板を前記空孔を介して接合するようにした請求項1〜5いずれかに記載の放熱板の製造方法。   At least a portion of the dimples, the dimples plate to form pores extending through the or one of claims 1 to 5 as the heat transfer plates of the upper and lower sandwiching the spatial hole joined through the holes The manufacturing method of the heat sink of description. 前記ディンプル板は、前記伝熱板より小さい熱膨張係数を有する材料からなり、
前記伝熱板は、前記ディンプル板より高い熱伝導率を有する材料からなる請求項1〜6いずれかに記載の放熱板の製造方法。
The dimple plate is made of a material having a smaller thermal expansion coefficient than the heat transfer plate,
The said heat exchanger plate is a manufacturing method of the heat sink in any one of Claims 1-6 which consist of material which has a higher heat conductivity than the said dimple plate.
前記管は、前記ディンプル板より高い熱伝導率を有する材料からなる請求項1記載の放熱板の製造方法。   The said pipe | tube is a manufacturing method of the heat sink of Claim 1 which consists of material which has higher thermal conductivity than the said dimple board. 前記筐体は、前記ディンプル板より高い熱伝導率を有する材料からなる請求項3記載の放熱板の製造方法。   The method of manufacturing a heat sink according to claim 3, wherein the casing is made of a material having a higher thermal conductivity than the dimple plate. 表面にディンプルを有するディンプル板と、
前記表面に接合し、前記ディンプル内を充填する伝熱板とを備えた放熱板であって、
厚さが1mm以上、厚さ方向の熱伝導率が150(W/℃・m)以上であり、かつ、板面方向の熱膨張係数が12×10-6(1/K)以下であることを特徴とする放熱板。
A dimple plate having dimples on the surface;
A heat radiating plate comprising a heat transfer plate joined to the surface and filling the dimples;
The thickness is 1 mm or more, the thermal conductivity in the thickness direction is 150 (W / ° C. · m) or more, and the thermal expansion coefficient in the plate surface direction is 12 × 10 −6 (1 / K) or less. A heat sink characterized by.
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