JP2013116473A - ヒートシンクの製造方法およびヒートシンク - Google Patents

ヒートシンクの製造方法およびヒートシンク Download PDF

Info

Publication number
JP2013116473A
JP2013116473A JP2011263881A JP2011263881A JP2013116473A JP 2013116473 A JP2013116473 A JP 2013116473A JP 2011263881 A JP2011263881 A JP 2011263881A JP 2011263881 A JP2011263881 A JP 2011263881A JP 2013116473 A JP2013116473 A JP 2013116473A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mass
base plate
less
aluminum alloy
heat sink
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2011263881A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshiya Eda
義弥 枝
Takashi Murase
崇 村瀬
Tomohito KUROSAKI
友仁 黒崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Sky Aluminum Corp
Original Assignee
Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Sky Aluminum Corp filed Critical Furukawa Sky Aluminum Corp
Priority to JP2011263881A priority Critical patent/JP2013116473A/ja
Publication of JP2013116473A publication Critical patent/JP2013116473A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

【課題】製造容易性を有し、かつ、ベースプレートおよび放熱フィンが高い強度を持ち、かつ高い熱交換性能を有するヒートシンクおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】ヒートシンク１の製造方法は、ベースプレート２上に複数枚の放熱フィン３を立設する組立工程と、ベースプレート２と複数枚の放熱フィン３とを加熱して、ベースプレート２と複数枚の放熱フィン３とを接合する接合工程と、を含み、ベースプレート２および複数枚の放熱フィン３がアルミニウム合金から形成され、アルミニウム合金のＭｇ含有率が０．２質量％以上０．６質量％以下であり、アルミニウム合金のＳｉ含有率が１．５質量％以上３．５質量％以下であり、接合工程において、ベースプレート２と複数枚の放熱フィン３とを接合する温度を、ベースプレート２内部の液相率が５％以上３５％以下となる温度とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＰＵ、集積回路、半導体素子等の各種電子部品、電子機器、そのほか各種電気機器などの放熱のために使用されるヒートシンクに関するものであり、特に放熱フィンの変形強度や取り付け時に必要なねじ強度等に優れた、高強度で高性能なヒートシンクの製造方法およびヒートシンクに関するものである。
ＣＰＵ、集積回路、半導体素子などの電子部品、電子機器および各種電気機器においては、放熱、冷却のためにヒートシンクが設けられる。これらの放熱冷却に用いられるヒートシンクとしては、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属などからなるフィンを複数配列させた構造のものが広く採用されている。
これらのヒートシンクの製造方法として、以下の方法等が知られている。
（１）複数の溝が形成された押し出し枠材を用い、この溝を案内として圧延フィン材を挿入し、ロウ付け等でこの圧延フィン材と押し出し枠体とを固着させる方法。
（２）放熱フィンとその基部同士を連結させるための短冊状の板材を複数枚交互に組み合わせ、短冊状の板材の皮材に含有されているロウ材によって接合させる方法（特許文献１）。
（３）台座の面上に一体に複数のフィンを突設した部材を押し出しによって成形する押し出し成形方法（特許文献２）。
（４）枠体などのベースプレート部材に形成されている溝の上に挿入・嵌合したフィン材をカシメ固定する方法（特許文献３および特許文献４）。
特開２００３−１２４４０９号公報 特開平０６−２４４３２７号公報 特開平０６−３１５７３１号公報 特開平０６−１９８３８３号公報
しかしながら、上記（１）および（２）の方法を用いて、ベースプレートと放熱フィンとをロウ付け等の加熱処理で接合させる場合、加熱時の温度でベースプレートや放熱フィンが軟化してしまうことがあった。そのため、ベースプレートに発熱素子等をねじ止め固定する際のねじ強度が小さくなって、ねじ穴が変形することがあったため、ヘリサート等の別の部品を挿入する必要があった。
また、放熱フィンの強度が低く、取り扱い時に変形してしまうことがあったため、放熱フィンの変形を抑制するために、放熱フィンを取り扱う際に特別な注意をすることが必要なことがあった。また、ヒートシンクの外側の２枚の放熱フィンの板厚を厚くする等の対策が必要なことがあった。
ヒートシンクに要求される性能の一つにヒートシンクの放熱性能があるが、この性能を向上させるためには、ベースプレート上に立設する放熱フィンの間隔を狭く配置させ、放熱面積を増大させる必要がある。しかしながら、ロウ付けによって接合する場合、放熱フィンの間隔が狭くなると、毛細管現象でロウ材が放熱フィンの間に詰まってしまうことがあった。このため、特許文献１記載の方法のように、ロウ材を十分に溶融させずに接合する方法などがあるが、ベースプレートや放熱フィンを加熱するため、材料が軟化してしまうことがあり、ねじ強度やフィンの変形強度が低下してしまうことがあった。
また、上記（３）の押し出し成形方法（特許文献２）においては、ベースプレートや放熱フィンの強度がロウ付け等で軟化することはないものの、高いトング比（Ｈ／Ｐ：ここで、Ｈはフィン高さ、Ｐはフィン間隔）のヒートシンクを押し出そうとすると、設計した押出ダイスのフィン高さ先端までアルミが充填されないため、低いトング比のヒートシンク、つまり、フィン間隔が広いヒートシンクや、フィン高さが低いヒートシンクしか押し出しができないことがあった。
また、カシメ接合（特許文献３および特許文献４）においても、ベースプレートや放熱フィンの強度がロウ付け等で低下することはないものの、放熱フィンをベースプレートでカシメ固定させるための治具を入れる空間が必要であることから、フィン間隔を狭くして配置することは困難であった。さらに、ベースプレートと放熱フィンとが機械的にカシメられているだけで金属組織的に一体でないため、ベースプレートの熱が放熱フィンに十分に伝わらず、十分な放熱性能を得られないことがあった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、製造容易性を有し、かつ、ベースプレートおよび放熱フィンが高い強度を持ち、かつ高い熱交換性能を有するヒートシンクおよびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかるヒートシンクの製造方法は、
ベースプレート上に複数枚の放熱フィンを立設する組立工程と、
前記ベースプレートと前記複数枚の放熱フィンとを加熱して、前記ベースプレートと前記複数枚の放熱フィンとを接合する接合工程と、
を含み、
前記ベースプレートおよび前記複数枚の放熱フィンがアルミニウム合金から形成され、
前記アルミニウム合金のＭｇ含有率が０．２質量％以上０．６質量％以下であり、
前記アルミニウム合金のＳｉ含有率が１．５質量％以上３．５質量％以下であり、
前記接合工程において、前記ベースプレートと前記複数枚の放熱フィンとを接合する温度を、前記ベースプレート内部の液相率が５％以上３５％以下となる温度とする、
ことを特徴とする。
前記アルミニウム合金が、さらに、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒからなる群から選択された１または２以上の元素を含有し、
Ｃｕの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、
Ｍｎの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、
Ｃｒの含有率は０．０２質量％以上０．２質量％以下であり、
Ｎｉの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、
Ｔｉの含有率は０．０２質量％以上０．３質量％以下であり、
Ｚｒの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であってもよい。
前記接合工程において、前記アルミニウム合金内部における長径３μｍ以上の球状共晶組織の面密度が１０個／ｍｍ２以上３０００個／ｍｍ２以下となるように前記ベースプレートと前記複数枚の放熱フィンとを接合してもよい。
前記接合工程において、前記アルミニウム合金の温度範囲を、前記アルミニウム合金の液相率が５％以上３５％以下である温度範囲とする時間を３０秒間以上３６００秒間以下としてもよい。
前記接合工程の後、
前記ベースプレートおよび前記複数枚の放熱フィンに対して、１２０℃以上２００℃以下の温度で、４時間以上１６時間以下の人工時効処理を行う工程をさらに含んでもよい。
本発明の第２の観点にかかるヒートシンクは、
ベースプレートと、
前記ベースプレート上に立設された複数枚の放熱フィンと、
を備え、
前記ベースプレートおよび前記複数枚の放熱フィンがアルミニウム合金から形成され、
前記アルミニウム合金のＭｇ含有率が０．２質量％以上０．６質量％以下であり、
前記アルミニウム合金のＳｉ含有率が１．５質量％以上３．５質量％以下であり、
前記ベースプレートと前記複数枚の放熱フィンとが、前記ベースプレート内部の液相率が５％以上３５％以下となる温度で接合された、
ことを特徴とする。
前記アルミニウム合金が、さらに、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒからなる群から選択された１または２以上の元素を含有し、
Ｃｕの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、
Ｍｎの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、
Ｃｒの含有率は０．０２質量％以上０．２質量％以下であり、
Ｎｉの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、
Ｔｉの含有率は０．０２質量％以上０．３質量％以下であり、
Ｚｒの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であってもよい。
前記アルミニウム合金の内部において、長径３μｍ以上の球状共晶組織の面密度が１０個／ｍｍ２以上３０００個／ｍｍ２以下であってもよい。
前記ベースプレートと前記複数枚の放熱フィンとの接合領域の金属組織が、前記ベースプレートの金属組織および前記放熱フィンの金属組織と略同一であってもよい。
前記放熱フィンのトング比が１０以上５０以下であってもよい。
本発明によれば、製造容易性を有し、かつ、ベースプレートおよび放熱フィンが高い強度を持ち、かつ高い熱交換性能を有するヒートシンクおよびその製造方法を提供することができる。
本発明の実施形態に係るヒートシンクの構成を模式的に示す図である。 Ａｌ−Ｓｉ合金の２元系状態図を模式的に示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図２のＡｌ−Ｓｉ合金における液相の生成過程を模式的に説明する図である。 本発明の実施形態に係る接合後の球状共晶組織を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は実施例および比較例に係る試験片を模式的に説明するための図である。（ｃ）は実施例および比較例に係る試験片の接合率の算出方法を説明するために用いられる模式的な試験片の図である。（ｄ）は実施例および比較例に係る試験片の寸法変化率の算出方法を説明するために用いられる模式的な試験片の図である。 （ａ）および（ｂ）は、比較例に係る短冊状の板材と放熱フィンとを複数枚交互に組み合わせて接合させるヒートシンクの構成を模式的に示す図である。 比較例に係るカシメ接合によるヒートシンクの構成を模式的に示す図である。 実施例および比較例に係るヒートシンクにおける、放熱フィンの前面からの風速と温度上昇値との関係を示すグラフ図である。
以下、本発明の実施形態に係るヒートシンクおよびその製造方法について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るヒートシンク１の構成を示す図である。図１に示すように、ヒートシンク１は、ベースプレート２上に放熱フィン３が複数枚立設された構成を備える。ベースプレート２上に立設された複数枚の放熱フィン３は、後述する熱処理を伴う接合工程によって接合されている。
さらに、ベースプレート２および放熱フィン３の強度を向上させるため、熱処理を伴う工程の後、ヒートシンク１に対して、たとえば、１２０℃以上２００℃以下の温度で、４時間以上１６時間以下の人工時効処理が施される。
ベースプレート２と放熱フィン３の材料としては、Ｍｇを０．２質量％以上０．６質量％以下含有し、Ｓｉを１．５質量％以上３．５質量％以下含有し、残部Ａｌ（アルミニウム）および不可避不純物を含むＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミニウム合金が用いられる。
以下、ベースプレート２と放熱フィン３との接合について説明する。まず、ベースプレート２上に複数枚の放熱フィン３が立設されることで、組み立てられる。次に、ベースプレート２上に複数枚の放熱フィン３が立設されたものに対し、たとえば、真空中で６００℃程度の温度で熱処理を行うと、アルミニウム合金板からなるベースプレート２および放熱フィン３の内部の一部に液相が生成し、その液相がベースプレート２および放熱フィン３の材料表面に染み出してきて、ベースプレート２と放熱フィン３との間の接合をなす。ここで、アルミニウム合金板内部に含まれるＭｇが蒸発し、蒸気となったＭｇがアルミニウム合金表面の酸化皮膜と反応して酸化皮膜を還元するゲッター作用によって、液相が相手材（放熱フィン３）の表面を濡らすことが可能となり、ベースプレート２と放熱フィン３との間の接合が可能となる。
ここで、放熱フィン３の寸法は、放熱フィン３のトング比は、１０以上５０以下となる範囲で選択されることがより好ましい。本明細書において、トング比は以下の式で表される。
トング比＝Ｈ／Ｐ（Ｈは放熱フィンの高さ、Ｐは放熱フィンの間隔）
ベースプレート２の内部における液相の生成メカニズムについて、Ａｌ−Ｓｉ合金を例にして、以下に詳細に説明する。
図２にＡｌ−Ｓｉ合金の２元系状態図を模式的に示す。図３（ａ）〜（ｄ）は、図２の液相の生成過程を模式的に説明する図である。Ｓｉの濃度がｃ１である一方のアルミニウム合金材と他方の被接合部材（アルミニウム合金材）とを組み合せて加熱すると、共晶温度（固相線温度）Ｔｅを超えた付近の温度Ｔ１において液相の生成が始まる。共晶温度Ｔｅ以下では、図３（ａ）に示すように、結晶粒界で区分されるマトリクス中にＳｉの晶析出物が分布している。ここで液相の生成が始まると、図３（ｂ）に示すように、Ｓｉの晶析出物の分布の偏析の多い結晶粒界が溶融して液相となる。次いで、図３（ｃ）に示すように、アルミニウム合金のマトリクス中に分散する主添加元素成分であるＳｉの晶析出物粒子の周辺が球状に溶融して液相となる。更に、図３（ｄ）に示すように、マトリクス中に生成したこの球状の液相は、界面エネルギーにより、小さなものからマトリクスに再固溶し、固相内拡散によって結晶粒界や表面に移動する。したがって、時間の経過や温度上昇と共に球状液相の数は少なくなっていき、また残った球状液相のサイズは大きいものとなる。次いで、図２に示すように、温度がＴ２に上昇すると、状態図に示すように、液相量は増加する。このようなメカニズムによって、Ａｌ−Ｓｉ合金におけるＳｉの液相が生成され、ベースプレート２と放熱フィン３との間の接合のために機能する。
アルミニウム合金板からなるベースプレート２内部のＳｉの含有量が１．５質量％未満の場合、充分な液相の染み出しが無く、ベースプレート２と放熱フィン３との間の接合が不完全となる場合がある。一方、Ｓｉの含有量が３．５質量％を越えると、アルミニウム合金板からなるベースプレート２内部のＳｉ粒子が多くなり、液相の生成量が多くなりすぎるため、加熱中の材料強度が極端に低下してしまい、ベースプレート２と放熱フィン３とからなる構造体の形状を加熱中に維持することが困難となる場合がある。したがって、本実施形態においては、アルミニウム合金板からなるベースプレート２中のＳｉの含有量を、１．５質量％以上３．５質量％以下の範囲とすることが好ましい。さらに、Ｓｉの含有量は、２．０質量％以上３．０質量％以下の範囲であればこの効果が顕著であり、より好ましい。なお、染み出す液相の量は板厚が厚く、加熱温度が高いほど多くなるが、加熱時に必要とする液相の量は構造体の形状に依存するので、必要に応じて、本実施形態の効果を奏する範囲で、Ｓｉの含有量や接合条件（加熱温度、加熱時間等）を適宜調整することが望ましい。また、Ｓｉは、Ｍｇと共に、人工時効熱処理により、きわめて微細な金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉを形成し、ベースプレート２および放熱フィン３の強度を向上する効果も有する。
アルミニウム合金板からなるベースプレート２中のＭｇは、上述のように、ゲッター作用により、アルミニウム合金の酸化皮膜を破壊、還元することで、ベースプレート２の表面に染み出した液相が他方の被接合部材（放熱フィン３）の表面を濡らし、ベースプレート２と放熱フィン３との間を接合する。アルミニウム合金板からなるベースプレート２中のＭｇの含有量が０．２質量％未満であるとアルミニウム合金の酸化皮膜が十分に破壊されず、ベースプレート２と放熱フィン３との間の接合が不完全となる場合がある。一方、アルミニウム合金板からなるベースプレート２中のＭｇの含有量が０．６質量％を超えると、ベースプレート２と放熱フィン３とを接合するための加熱の過程において、ベースプレート２の表層にＭｇＯが多く形成されてしまい、ベースプレート２と放熱フィン３との間の接合が困難になる。したがって、本実施形態において、アルミニウム合金板２中のＭｇの含有量を、０．２質量％以上０．６質量％以下の範囲とすることが好ましい。さらに、Ｍｇの含有量は、０．３質量％以上０．５質量％以下の範囲であればこの効果が顕著であり、より好ましい。また、Ｍｇはアルミニウムマトリックス中に固溶して、アルミニウム合金の強度を向上すると同時に、Ｓｉと共に人工時効熱処理により微細な金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉを析出して、ベースプレート２および放熱フィン３の強度をさらに向上させる効果を有する。
また、ヒートシンク１の性能向上のため、アルミニウム合金板からなるベースプレート２に、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒの元素を１種または２種以上添加することが、より好ましい。
Ｃｕは、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系の化合物が形成されることにより、人工時効熱処理時に強度に寄与する析出物が主にＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系の化合物上に析出し、アルミニウム合金板からなるベースプレート２および放熱フィン３の強度をより高めることができる。Ｃｕを０．０２質量％以上添加することによって、人工時効熱処理時に、ベースプレート２および放熱フィン３の強度に寄与する析出物をより多く得ることができ、強度をより大きくする効果を得られる。また、Ｃｕの含有率を０．５質量％以下とすることによって、アルミニウム合金の熱伝導率がより高くなり、ヒートシンクとしての冷却性能をより高めることができる。そのため、Ｃｕの含有率を、０．０２質量％以上０．５質量％以下とすることが、より好ましい。
Ｍｎはアルミニウムマトリックス中にＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系の化合物を形成し、ベースプレート２と放熱フィン３とが接合された後のアルミニウム母材の結晶粒を微細化する効果を有する。このように、結晶粒が微細化することにより、接合後のアルミニウム合金板からなるベースプレート２および放熱フィン３の強度を、より高めることができる。また、上述のＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系の化合物が形成されることにより、人工時効熱処理時に、ベースプレート２および放熱フィン３の強度に寄与する析出物が、主にＡｌ−Ｃｕ−Ｍｎ系の化合物上に析出し、接合後のアルミニウム合金板からなるベースプレート２および放熱フィン３の強度を、より高めることができる。Ｍｎを０．０２質量％以上添加することによって、人工時効熱処理時に強度に寄与する析出物をより多く得ることができ、強度をより大きくする効果を得ることができる。また、Ｍｎの含有率を、０．５質量％以下とすることによって、アルミニウム合金の熱伝導率がより大きくなり、ヒートシンク１の冷却性能をより高めることができる。そのため、Ｍｎの含有率を、０．０２質量％以上０．５質量％以下とすることが、より好ましい。
Ｃｒはアルミニウムマトリックス中にＣｕ−Ｃｒ−Ａｌ系の化合物を形成し、アルミニウム合金の再結晶粒の成長を妨げ、ベースプレート２と放熱フィン３とが接合された後のアルミニウム母材の結晶粒を微細化する効果を有する。Ｃｒを０．０２質量％以上添加することによって、微細化された結晶粒の存在により、アルミニウム合金板からなるベースプレート２および放熱フィン３の強度をより大きくする効果を得ることができる。また、Ｃｒの含有率を、０．２質量％以下とすることによって、アルミニウム合金の熱伝導率がより大きくなり、ヒートシンク１の冷却性能をより高めることができる。そのため、Ｃｒの含有率を、０．０２質量％以上０．２質量％以下とすることが、より好ましい。
Ｎｉはアルミニウムマトリックス中にＡｌ３Ｎｉを形成し、人工時効熱処理時のアルミニウム合金板の強度を高める。また、Ｎｉを添加することによって、高温での優れた強度を得ることができ、ベースプレート２と放熱フィン３とが接合される時に、粒界に液相がしみ出している状態でのアルミニウム合金板からなるベースプレート２および放熱フィン３の変形を抑制することができる。Ｎｉを０．０２質量％以上添加することによって、高温での優れた強度を得ることができるため、アルミニウム合金からなるベースプレート２および放熱フィン３の強度をより大きくする効果を得ることができる。また、Ｎｉの含有率を、０．５質量％以下とすることによって、アルミニウム合金の熱伝導率がより高くなり、ヒートシンク１の冷却性能をより高めることができる。そのため、Ｎｉの含有率を、０．０２質量％以上０．５質量％以下とすることが、より好ましい。
Ｔｉはアルミニウムマトリックス中にＡｌ３Ｔｉを形成し、アルミニウム合金の再結晶粒の成長を妨げ、アルミニウム母材の結晶粒を微細化する効果を有する。Ｔｉを、０．０２質量％以上添加することによって、上述の効果をより大きく得ることができる。また、Ｔｉの含有率を０．３質量％以下とすることによって、鋳塊製造時に巨大な晶出物が形成されることを、より抑制することができる。そのため、Ｔｉの含有率を、０．０２質量％以上０．３質量％以下とすることが、より好ましい。
Ｚｒはアルミニウムマトリックス中にＡｌ３Ｚｒを形成し、アルミニウム合金の再結晶粒の成長を妨げ、アルミニウム母材の結晶粒を微細化する効果がある。Ｚｒを０．０２質量％以上添加することによって、上述の効果をより大きく得ることができる。また、Ｚｒの含有率を０．５質量％以下とすることによって、鋳塊製造時に巨大な晶出物が形成されることを、より抑制することができる。そのため、Ｚｒの含有率を、０．０２質量％以上０．５質量％以下とすることが、より好ましい。
なお、ベースプレート２と放熱フィン３とを接合するための加熱をしている間のヒートシンク１の強度は、未溶融のアルミニウムマトリクスと液相に寄与しない金属間化合物とによって保たれる。これは、加熱時、ベースプレートと放熱フィンのほとんどが、加熱によって生じる液相以外の未溶融のアルミニウムマトリクスと液相に寄与しない金属間化合物であるため、本実施形態に係るヒートシンク１は、接合の前後で形状の変化がほとんどない。
また、このように構成されたヒートシンク１は、ベースプレート２と放熱フィン３との接合部分（接合領域）が金属組織的に一体の同一組織となり、その接合部分に接合痕が形成されない。このため、ベースプレート２に伝熱された、たとえば半導体素子等からの熱が、より高い効率で放熱フィン３へと伝わり、ヒートシンク１がより大きな冷却性能を有することができる。
以下、ヒートシンク１の製造方法を説明する。本実施形態に係るヒートシンク１の製造方法は、平面状のベースプレート２の平面上に放熱フィン３を複数枚立設する組立工程と、ベースプレート２と放熱フィン３とを加熱して接合する接合工程と、を含む。
はじめに、組立工程において、アルミニウム合金板からなるベースプレート２と複数枚の所定枚数の放熱フィン３とを用意し、図１に示すように、ベースプレート２の平面上に複数枚の放熱フィン３を立設する。
アルミニウム合金板は、前述のように、Ｍｇを０．２質量％以上０．６質量％以下含有し、Ｓｉを１．５質量％以上３．５質量％以下含有し、残部Ａｌ（アルミニウム）および不可避不純物を含むＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金からなる。アルミニウム合金板は、たとえば、一般的な製造方法である、ＤＣ鋳造、均質化処理、熱間加工によって製造されたものを用いる。また、アルミニウム合金板は、ＤＣ鋳造ではなく双ロール連続鋳造圧延またはベルトキャスターにより鋳造したものを用いてもよい。この場合、アルミニウム合金板中にＳｉ粒子が微細で密に分布するため、液相が染み出しやすく、より良好な接合性を得られる。
次に、接合工程において、ベースプレート２と、ベースプレート２の平面上に立設されたアルミニウム合金板からなる放熱フィン３とを加熱して、ベースプレート２と放熱フィン３とを接合する。たとえば、ベースプレート２と放熱フィン３（アルミニウム合金板）を加熱炉に入れて、たとえば０．６６５Ｐａ（５×１０−３Ｔｏｒｒ）以下の真空炉中で加熱処理を施して、ベースプレート２と放熱フィン３とを接合する。加熱温度は、アルミニウム合金板内部に液相が生成する固相線温度以上であり、かつ、アルミニウム合金板内部に生成する液相量が多くなり、かつ、アルミニウム合金板の強度が低下して、その形状を維持できなくなる温度以下の範囲で適宜選択される。
なお、面接合や閉塞空間の接合においては、窒素やアルゴンなどの非酸化性ガス中、さらには大気中であってもＭｇのゲッター作用が働き、ベースプレート２と放熱フィン３とを接合することができる。閉塞空間においては、閉塞空間の外部からの酸素の流入がほとんど無いため、ベースプレート２および放熱フィン３の、ごく周囲の雰囲気によって酸化被膜が成長したとしても、酸化被膜の厚さがＭｇのゲッター作用によって十分破壊しうる厚さにしかならないためである。閉塞空間で接合工程を行う場合、炉中ガスの露点をたとえばマイナス３５℃以下に管理することがより一層好ましい。
また、接合温度は、接合工程におけるアルミニウム合金板の最高温度であり、被接合部材であるアルミニウム合金板（ベースプレート２）の全質量に対するアルミニウム合金板（ベースプレート２）内に生成する液相の質量の比（以下、液相率という。）が、５％以上３５％以下となる範囲の温度とする。本明細書において、液相率は以下の式で表される。
液相率（％）＝（（放熱フィン内に生成する液相の質量）／（放熱フィンの全質量））×１００
接合工程において、液相率が３５％を超えると、生成する液相の量が多くなり過ぎるため（すなわち、固相の量が少なくなり過ぎるため）、ベースプレート２と放熱フィン３とを接合して加熱する時にアルミニウム合金板（ベースプレート２）が大きく変形してしまい、形状を保てなくなる。また、液相率が５％未満では、ベースプレート２の表面への液相の供給量が少ないため、ベースプレート２と放熱フィン３との間の十分な接合がなされない。また、液相率が１０％以上３０％以下となるような範囲の温度を選択することがより好ましい。
しかしながら、接合工程において、加熱中における実際の液相率を測定することは非常に困難である。そのため、本実施形態においては、液相率を、アルミニウム合金の状態図を利用して、アルミニウム合金の組成と接合温度を用いた平衡計算によって求めるものとする。たとえば、Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＢ社製）等の平衡計算ソフトウェアを用いた平衡計算によって、アルミニウム合金の組成と、接合温度である加熱時の最高到達温度とから液相率が計算される。
接合工程における加熱中に、アルミニウム合金板のマトリクス中に生成した球状の液相は、接合後、図４に示すような特徴的な球状共晶組織となる。液相の供給が進むにつれて球状の液相の数は減少するため、接合工程において適切な加熱がなされたかどうかを、たとえば、球状共晶組織の数をカウントすることで判断することができる。本発明者は、より良好な接合性と、接合時の材料強度とのバランスがよりよく取れた場合、接合後における長径３μｍ以上の球状共晶組織のアルミニウム合金板（ベースプレート２および／または放熱フィン３）の断面内の密度（面密度）が、１０個／ｍｍ２以上３０００個／ｍｍ２以下であることを見出した。
長径３μｍ以上の球状共晶組織の面密度が１０個／ｍｍ２以上である場合、ベースプレート２と放熱フィン３との間の接合に用いられるのに十分な液相が供給されつつ、接合工程における加熱中のアルミニウム合金板の強度を維持するのに十分な固相を有している。また、長径３μｍ以上の球状共晶組織の面密度が３０００個／ｍｍ２以下である場合、接合工程における加熱中のアルミニウム合金板の強度を維持するだけの固相を有しつつ、ベースプレート２と放熱フィン３との間の接合に用いられるのに十分な液相が供給されており、ベースプレート２と放熱フィン３との間のよりよい接合性が十分に維持されている。
本実施形態に係るヒートシンク１の製造方法においては、被接合部材（ベースプレート２）の内部に液相が生成するが、被接合部材自体（ベースプレート２）の流動はほとんど起こらない。
たとえば、ブレージング法においては、ロウ材が溶融し、接合部に流動し、被接合材の隙間を充填することで接合を行う。その際に、多量に流動したロウ材が微細な流路などを埋めてしまうことがある。また、接合部以外ではロウ材の厚さに応じた板厚減少が起き、構造体の寸法変化が生じることもある。また、溶接においては溶接部がビードなどの溶接痕となり、局所的な凹凸が生じることもある。
これに対し、本実施形態に係るヒートシンク１の接合方法においては、わずかな液相がベースプレート２の表面にしみ出し、被接合部材間の隙間を埋めるため、ベースプレート２と放熱フィン３との接合部付近の形状変化や、ベースプレート２と放熱フィン３とからなる構造体全体の寸法や形状の変化はほとんど起こらない。特に、液相率が１０％以上３０％以下となる範囲の接合温度で本実施形態に係るヒートシンク１の接合方法を実施すると、ベースプレート２と放熱フィン３とを接合する前の寸法に対する、ベースプレート２と放熱フィン３とを接合した後の寸法の変化率は５％以内となる。これは前述のメカニズムによって、ベースプレート２と放熱フィン３との間の接合に寄与する液相が被接合部材であるアルミニウム合金板（ベースプレート２）の内部に生成するものの、マトリクスや液相の生成に寄与しない金属間化合物によって、加熱中に被接合部材（ベースプレート２）の形状が維持されるためである。
また、たとえば、ブレージングシート（ロウ材クラッド率が片面で５％）を用いてドロンカップタイプの積層型ヒートシンクを組み立てた場合、ロウ付け加熱後には、溶融したロウ材が接合部に集中するため、積層したヒートシンクの高さが５〜１０％減少することがある。そのため、ブレージングシートを用いて組み立てる場合のヒートシンクの製品設計においては、その高さの減少分を考慮する必要がある。一方、本実施形態に係るヒートシンク１の製造方法においては、接合前後の寸法変化がたとえば５％以下となるため、高さの減少分を考慮することなく、高精度の製品設計が可能となる。
アルミニウム合金は、高温下および低応力下では、結晶粒自体の塑性変形に優先して結晶粒界でずれる粒界すべりによって変形することがある。特に、本実施形態における接合工程のような固液共存域においては、粒界が優先して溶融しており、結晶粒径が小さいと、単位体積中の粒界が多くなり、粒界すべりによる変形が発生することがある。
さらに、本実施形態に係るヒートシンク１の製造方法においては、接合工程における加熱の際、ベースプレート２と放熱フィン３との間の接合をより確実に行うために、アルミニウム合金板（ベースプレート２）の温度が液相率５％以上３５％以下となる温度域に３０秒間以上３６００秒間以下であることが、より好ましい。ベースプレート２内の液相率が５％以上になると、ベースプレート２の表面への液相のしみ出しが、より効果的に起こり始める。液相率が５％以上３５％以下となる時間が３０秒以上３６００秒間以下であることによって、しみ出しが起こるのに、より十分な時間が得られる。たとえば、Ａｌ−２．０質量％Ｓｉにおいては、５８１℃の接合温度において、液相率が５％に達する。したがって、Ａｌ−２．０質量％Ｓｉの部材を、本実施形態に係るヒートシンク１の製造方法を用いて接合する場合、Ａｌ−２．０質量％Ｓｉの部材を昇温して、接合温度に至り、冷却するまでの過程において、Ａｌ−２．０質量％Ｓｉを用いた部材が５８１℃を超えている時間が３０秒間以上３６００秒間以下であることがより好ましい。なお、ベースプレート２と放熱フィン３との間の接合をより一層確実にするために、ベースプレート２と放熱フィン３とからなる構造部材の温度が、液相率５％以上３５％以下となる温度域に６０秒間以上２０００秒間以下維持されることがより一層好ましい。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。たとえば、本実施形態においては、ベースプレート２および放熱フィン３を構成するアルミニウム合金が、さらに、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｚｒからなる群から選択された１または２以上の元素を含有し、Ｃｕの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、Ｍｎの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、Ｃｒの含有率は０．０２質量％以上０．２質量％以下であり、Ｎｉの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、Ｔｉの含有率は０．０２質量％以上０．３質量％以下であり、Ｚｒの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下である形態について説明したが、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、またはＺｒの含有率の範囲は上記範囲に限定されるものではなく、上述した効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、たとえば、Ｃｕの含有率が０．０１質量％であってもよいし、Ｍｎの含有率が０．６質量％であってもよい。
また、本実施形態においては、接合工程において、アルミニウム合金内部における長径３μｍ以上の球状共晶組織の面密度が１０個／ｍｍ２以上３０００個／ｍｍ２以下となるようにベースプレート２と複数枚の放熱フィン３とを接合する形態について説明したが、球状共晶組織の面密度は上記範囲に限定されるものではなく、上述した効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、たとえば、面密度が８個／ｍｍ２であってもよいし、４０００個／ｍｍ２であってもよい。
また、本実施形態においては、接合工程において、前記アルミニウム合金の温度が、アルミニウム合金の液相率が５％以上３５％以下である温度範囲にある時間を３０秒間以上３６００秒間以下とする形態について説明したが、アルミニウム合金の液相率が５％以上３５％以下となる温度範囲にある時間は上記範囲に限定されるものではなく、上述した効果を奏する範囲で適宜選択され、以下に限定されるものではないが、たとえば、８秒間であってもよいし、２５００秒間であってもよい。
さらに、ベースプレート２および放熱フィン３の強度を向上させるため、熱処理を伴う工程の後、ヒートシンク１に対して、たとえば、１００℃以上２００℃以下の温度で、６時間以上１６時間以下の人工時効処理が施されてもよい。人工時効処理を行うことにより、きわめて微細な金属間化合物Ｍｇ２Ｓｉが形成され、ベースプレート２および放熱フィン３の強度を向上することができる。また、接合工程の後、人工時効処理を行う工程をさらに含む形態について説明したが、人工時効処理を行う工程が行われず、接合工程までの工程が行われたヒートシンク１を使用してもよい。また、上述の効果を奏する範囲で、上記温度範囲（１２０℃以上２００℃以下）以外または上記時間範囲（４時間以上１６時間以下）の人工時効処理を行ってもよい。
また、本実施形態においては、ベースプレート２と複数枚の放熱フィン３との接合領域の金属組織が、ベースプレート２の金属組織および放熱フィン３の金属組織と略同一である形態について説明したが、上述した効果を奏する範囲であれば、ベースプレート２と放熱フィンとの接合領域において、ベースプレート２または放熱フィン３と金属組織的に異なる領域があってもよい。
また、放熱フィン３のトング比を１０以上５０以下である形態について説明したが、放熱フィン３のトング比は上記範囲に限定されるものではなく、ヒートシンク１が十分な冷却性能を有する範囲で適宜選択される。たとえば、トング比が９であってもよいし、５５であってもよい。
以下に実施例を示し、本発明をさらに詳しく説明する。なお、以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本発明を何ら限定するものではない。
（実施例１〜４４及び比較例１〜９）
以下の実施例１〜４４及び比較例１〜９において、本発明の効果を確認するため、表１に示す合金成分のそれぞれのアルミニウム合金を用いて、図５（ｂ）に示すような試験片を作成し、表１に示すそれぞれの接合条件で接合した場合について、接合率および変形率の観点から、試験片の接合状態の確認を行った。
表１に、アルミニウム合金板の成分、および、接合条件としての接合温度、雰囲気、フラックスの有無、接合温度での保持時間等を示す。表１において、「−」は、その成分が含まれていなかったか、または含有率がごく微量であったことを表す。また、接合温度に対応する平衡液相率を合わせて示す。なお、平衡液相率は、Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ（Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＢ社製）を用いて、各合金の組成と各接合温度を基にして求めた。
以下、各試験片の作成方法を説明する。表１に示す成分の合金鋳塊をそれぞれ作製した後、熱間圧延および冷間圧延により、厚さ１ｍｍの圧延板を得た。この板を切り出し、長さ３０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの板を１枚製作し、長さ１０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの板を２枚製作した。また、Ａ３００３アルミニウム合金を切り出し、長さ３０ｍｍ×幅１０ｍｍ×厚さ１ｍｍの板を１枚製作した。これらの板材の端面をフライスにより平滑にしたものを組み合わせて図５（ａ）に示す試験片を作成した。試験片の上下には、長さ３０ｍｍ×幅１０ｍｍ×板厚１ｍｍのステンレス板をそれぞれ配し、その上からステンレス線によって試験片を縛って固定した（図５（ｂ））。なお、比較例６においては、アルミニウム合金の接合面にフッ化物系フラックスを塗布した。
試験片の接合のための加熱は、表１に示すように、真空雰囲気（実施例１〜１６、比較例１〜５、比較例７〜９）あるいは窒素雰囲気（実施例１７〜４４、比較例６）の炉内で、表１に示すそれぞれの所定の温度までそれぞれのサンプルを昇温した後、５分間保持した後、冷却した。なお、昇温速度は、５２０℃以上において１０℃／分とした。また、所定の接合温度に保持している間の温度を接合温度±１℃以内に維持するように制御した。また、表１に、それぞれのアルミニウム合金板が液相率５％以上３５％以下の温度にあった時間を示す。比較例７〜９については、接合温度での保持中に、それぞれ表１に示す圧力で、試験片およびステンレス板に対して加圧を行った。
加熱による接合が終了した後、それぞれの試験片について、図５（ａ）の点線で示した面の断面観察を実施し、接合率、変形率、および長径３μｍ以上の球状共晶組織の数をそれぞれ測定した。本実施例においては、図５（ｃ）中、実線で囲まれた４箇所における「接合部の長さ」の合計と、実線で囲まれた４箇所における「接合されるべき長さ」の合計とを用いて、接合率を以下のように定義する。
接合率（％）＝（４箇所における接合部の長さの合計）／（４箇所における接合されるべき長さの合計）×１００
また、本実施例においては、図５（ｄ）に示す、ａ、ａ´１、ａ´２を用いて、変形率を以下のように定義する。
変形率（％）＝｛（（ａ´１）＋（ａ´２）／２ａ）−１｝×１００
ａ：試験片の天井部の接合前の長さ
ａ´１：試験片の天井部の上側の加熱による接合後の長さ
ａ´２：試験片の天井部の下側の加熱による接合後の長さ
球状共晶組織の数の測定を、図５（ａ）の点線の断面において行った。それぞれのアルミニウム合金の試験片について、金属顕微鏡で２５０μｍ×１００μｍの視野を２０箇所観察し、目視で球状共晶組織球の数を測定した合計数の２倍の値を１ｍｍ２あたりの球状共晶組織の数とした。
各試験片の測定結果より、接合率が９５％以上を◎、９０％以上９５％未満を○、９０％未満を×と判定した。また、変形率が３％以内を◎、１０％以内を○、１０％を超えるものを×と判定した。
以上の結果より、各評価の判定に対して◎を５点、○を３点、△を０点、×を−５点と点数をつけ、合計点が８点以上を◎、６点以上７点以下を○、１点以上５点以下を△、０点以下を×と判定した。併せて、それぞれの試験片における球状共晶組織の１ｍｍ2あたりの個数を示した。結果を表１に示す。
表１に示すように、実施例１〜４４では、接合加熱時のアルミニウム合金中の成分、液相率、および、接合条件が適切であったため、試験片が適切に接合されていることが確認された。また、これらの実施例においては、長径３μｍ以上の球状共晶組織の個数が１ｍｍ2あたり１０個以上３０００個以下の範囲であった。
一方、比較例１はＭｇの含有量が少ないためゲッター作用が十分に働かず、酸化皮膜が十分に破壊されずに、接合率が不十分であった。
比較例２はＭｇの含有量が多く、接合が不十分であった。
比較例３および比較例５は、Ｓｉの含有量が少なく、液相が十分に生成せず、接合が不十分であった。
比較例４は、Ｓｉの含有量が多く、試験片に大きな変形が発生してしまった。
比較例６はフッ化物系フラックスとアルミニウム合金中のＭｇとが反応し、フッ化物系フラックスの酸化皮膜破壊作用とＭｇのゲッター作用のいずれも十分に働かず、接合が不十分であった。
比較例７および比較例８は固相拡散接合法によって接合された試験片であった。比較例７および８においては、平衡液相率が０％であり、接合率が不十分であった。また、材料の変形も大きかった。
比較例９は平衡液相率が十分であったが、固層拡散接合のため加圧力が大きく、試験片が変形してしまった。
（実施例４５〜４９、比較例１０〜１２）
実施例４５〜４９においては、表２に示す成分の合金および接合条件を用いて、ベースプレート上に放熱フィンを立設させて、ベースプレートと放熱フィンとを加熱して、ベースプレートと放熱フィンとを接合した。表２において、「−」は、その成分が含まれていなかったか、または含有率がごく微量であったことを表す。以下、実施例４５〜４９に係るヒートシンクの詳細な製造方法を示す。
板厚１０ｍｍ×幅１００ｍｍ×長さ１５０ｍｍのベースプレート上に、板厚１ｍｍ×幅３０ｍｍ×長さ１４５ｍｍの放熱フィンを、ステンレス製の治具を使用して、間隔１ｍｍで４８枚の放熱フィンを立設した。実施例４５〜４９のそれぞれのベースプレートおよび放熱フィンを構成するアルミニウム合金の成分を表２に示す。次に、放熱フィンが立設されたベースプレートを、実施例４５〜４９のそれぞれの接合条件で接合した。接合の結果、放熱フィンの幅３０ｍｍをヒートシンクのフィン高さとし、トング比３０のヒートシンクを得た。さらに、接合されたヒートシンクを空気炉に入れて加熱し、温度１６０℃で８時間の人工時効処理を行った。
実施例４５〜４９においては、表２に示すように、接合加熱時のアルミニウム合金中の成分、液相率、フィン間隔寸法、および、接合条件が適切であった。そのため、組み立て時と遜色ない形状でフィン間隔が形成され、ベースプレートと放熱フィンとが適切に接合されていることが確認された。
比較例１０においては、一般的なロウ付け方法を採用し、厚１０ｍｍ×幅１００ｍｍ×長さ１５０ｍｍのＡ１０５０材（アルミニウム合金）のベースプレート上に、Ａ１０５０材の板厚１ｍｍ×幅３０ｍｍ×長さ１４５ｍｍのＡ１０５０材の放熱フィンを、ステンレス製の治具を使用して、１ｍｍ間隔で４８枚の放熱フィンを立設した。しかし、放熱フィンと放熱フィンとの間隔が狭すぎたため、加熱時に溶融したロウ材が毛細管現象で放熱フィンと放熱フィンとの間に溜まり、フィン間隔を適切に形成する事ができなかった。
比較例１１においては、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、特許文献１に記載された方法を用いて、放熱フィン１０とその基部１４とを連結させるための短冊状の板材（間隔部材１５）を複数枚交互に組み合わせ、短冊状の板材の皮材に含有されているロウ材によって、放熱フィン１０と基部１４とを接合した。両面にＭｇが２質量％添加された皮材がクラッドされ、心材がＡ１０５０である、板厚１ｍｍ×幅１０ｍｍ×長さ１５０ｍｍのベースプレートになる基材と、板厚１ｍｍ×幅４０ｍｍ×長さ１５０ｍｍのＡ１０５０の放熱フィンとを交互に組み合わせ、大気中で、フラックスが無い状態で加熱し、放熱フィン１０と基部１４とを接合してヒートシンク９を得た。
比較例１２においては、特許文献３記載のカシメ法を用いて、ヒートシンクを得た。すなわち、図７に示すように、ベースプレート４に形成されている嵌合凹部７の溝５（溝幅１．２ｍｍ）に放熱フィン６（板厚１．０ｍｍ）を装入・嵌合し、さらにベースプレート４の前記溝５の開口部近傍を、工具で、かしめて固定することで、ヒートシンクを得た。押圧変形部８は工具によるカシメによって変形した部分である。
実施例４５〜４９および比較例１０〜１２で得られたヒートシンクの性能を評価するため、ベースプレートのねじ破壊強度、放熱フィンの変形強度、およびヒートシンクの冷却性能を測定した。測定結果を表２に示す。
（ねじ破壊強度測定）
ベースプレ−トの取り付けねじの破壊強度を測定するため、ベースプレート部分に、Ｍ３（直径３ｍｍ）、および、ねじ深さ６ｍｍのねじを用いて、ねじ加工を施した。
実施例４５〜４９に係るヒートシンクのベースプレートにおいては、ねじ破壊強度が０．４８〜０．５１ｋＮ・ｃｍの範囲であったが、比較例１０に係るヒートシンクのベースプレートにおいては、ねじ破壊強度は０．１９ｋＮ・ｃｍであり、比較例１１に係るヒートシンクのベースプレートにおいては、ねじ破壊強度は０．２１ｋＮ・ｃｍであった。また、比較例１２に係るヒートシンクのベースプレートにおいては、ねじ破壊強度は、０．３８ｋＮ・ｃｍであった。以上の測定結果より、実施例４５〜４９に係るヒートシンクのベースプレートは、比較例１０〜１２に係るヒートシンクのベースプレートと比較して、高いねじ破壊強度を有することがわかった。
（変形強度測定）
放熱フィンの変形強度を測定するため、ベースプレート部分を固定し、放熱フィンの端部にφ１０（直径１０ｍｍ）の治具をプッシュゲージで押し当て、荷重をかけることで、放熱フィンの変形状態を確認した。
実施例４５〜４９に係るヒートシンクにおいては、３０〜３２Ｎで放熱フィンが変形したが、比較例１０〜１２に係るヒートシンクにおいては、それより低い１８〜２５Ｎ程度で放熱フィンが変形した。すなわち、比較例１０に係るヒートシンクの放熱フィンは１８Ｎで変形し、比較例１１に係るヒートシンクの放熱フィンは２１Ｎで変形し、比較例１２に係るヒートシンクの放熱フィンは２５Ｎで変形した。以上の測定結果より、実施例４５〜４９に係るヒートシンクの放熱フィンは、比較例１０〜１２に係るヒートシンクの放熱フィンと比較して、大きな変形強度を有することがわかった。
（冷却性能測定）
ヒートシンクの冷却性能を測定するため、実施例４５〜４９および比較例１０〜１２の放熱フィンの周りをそれぞれ風洞で覆った。放熱フィンの前面から、風速２ｍ／ｓ、３ｍ／ｓ、４ｍ／ｓの冷却風を流し、ベースプレート部分に加熱用の電熱ヒーターを取り付けた。次に、２００Ｗの電力を用いて、電熱ヒーターからベースプレートに熱を加え、ヒーターが接触する部分のベースプレートの温度を測定した。
測定結果を図８に示す。図８に示すように、実施例４６〜４８に係るヒートシンクにおいては、放熱フィン前面からの風速が増加するに伴って、ベースプレートの温度上昇値が低くなった。比較例１０〜１２に係るヒートシンクにおいても、実施例４６〜４８と同様に、放熱フィン前面からの風速が増加するに伴って温度上昇値が低くなる傾向はあるが、実施例に係るヒートシンクの方が比較例に係るヒートシンクよりも温度上昇値が低かった。以上の測定結果より、実施例４６〜４８に係るヒートシンクは、比較例１０〜１２に係るヒートシンクと比較して、冷却性能に優れていることがわかった。
本発明は、ＣＰＵ、集積回路、半導体素子等の各種電子部品、電子機器、そのほか各種電気機器などの放熱のために使用されるヒートシンクの製造方法およびヒートシンクに有用である。
１ ヒートシンク
２ ベースプレート
３ 放熱フィン
４ ベースプレート
５ 溝
６ 放熱フィン
７ 嵌合凹部
８ 押圧変形部
９ ヒートシンク
１０ 放熱フィン
１４ 基部
１５ 間隔部材

Claims (10)

  1. ベースプレート上に複数枚の放熱フィンを立設する組立工程と、
    前記ベースプレートと前記複数枚の放熱フィンとを加熱して、前記ベースプレートと前記複数枚の放熱フィンとを接合する接合工程と、
    を含み、
    前記ベースプレートおよび前記複数枚の放熱フィンがアルミニウム合金から形成され、
    前記アルミニウム合金のＭｇ含有率が０．２質量％以上０．６質量％以下であり、
    前記アルミニウム合金のＳｉ含有率が１．５質量％以上３．５質量％以下であり、
    前記接合工程において、前記ベースプレートと前記複数枚の放熱フィンとを接合する温度を、前記ベースプレート内部の液相率が５％以上３５％以下となる温度とする、
    ことを特徴とするヒートシンクの製造方法。
  2. 前記アルミニウム合金が、さらに、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、およびＺｒからなる群から選択された１または２以上の元素を含有し、
    Ｃｕの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、
    Ｍｎの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、
    Ｃｒの含有率は０．０２質量％以上０．２質量％以下であり、
    Ｎｉの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、
    Ｔｉの含有率は０．０２質量％以上０．３質量％以下であり、
    Ｚｒの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下である、
    ことを特徴とする請求項１に記載のヒートシンクの製造方法。
  3. 前記接合工程において、前記アルミニウム合金内部における長径３μｍ以上の球状共晶組織の面密度が１０個／ｍｍ２以上３０００個／ｍｍ２以下となるように前記ベースプレートと前記複数枚の放熱フィンとを接合する、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートシンクの製造方法。
  4. 前記接合工程において、前記アルミニウム合金の温度範囲を、前記アルミニウム合金の液相率が５％以上３５％以下である温度範囲とする時間を３０秒間以上３６００秒間以下とする、
    ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートシンクの製造方法。
  5. 前記接合工程の後、
    前記ベースプレートおよび前記複数枚の放熱フィンに対して、１２０℃以上２００℃以下の温度で、４時間以上１６時間以下の人工時効処理を行う工程をさらに含む、
    ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートシンクの製造方法。
  6. ベースプレートと、
    前記ベースプレート上に立設された複数枚の放熱フィンと、
    を備え、
    前記ベースプレートおよび前記複数枚の放熱フィンがアルミニウム合金から形成され、
    前記アルミニウム合金のＭｇ含有率が０．２質量％以上０．６質量％以下であり、
    前記アルミニウム合金のＳｉ含有率が１．５質量％以上３．５質量％以下であり、
    前記ベースプレートと前記複数枚の放熱フィンとが、前記ベースプレート内部の液相率が５％以上３５％以下となる温度で接合された、
    ことを特徴とするヒートシンク。
  7. 前記アルミニウム合金が、さらに、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、およびＺｒからなる群から選択された１または２以上の元素を含有し、
    Ｃｕの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、
    Ｍｎの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、
    Ｃｒの含有率は０．０２質量％以上０．２質量％以下であり、
    Ｎｉの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、
    Ｔｉの含有率は０．０２質量％以上０．３質量％以下であり、
    Ｚｒの含有率は０．０２質量％以上０．５質量％以下である、
    ことを特徴とする請求項６に記載のヒートシンク。
  8. 前記アルミニウム合金の内部において、長径３μｍ以上の球状共晶組織の面密度が１０個／ｍｍ２以上３０００個／ｍｍ２以下である、
    ことを特徴とする請求項６または７に記載のヒートシンク。
  9. 前記ベースプレートと前記複数枚の放熱フィンとの接合領域の金属組織が、前記ベースプレートの金属組織および前記放熱フィンの金属組織と略同一である、
    ことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載のヒートシンク。
  10. 前記放熱フィンのトング比が１０以上５０以下である、
    ことを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のヒートシンク。
JP2011263881A 2011-12-01 2011-12-01 ヒートシンクの製造方法およびヒートシンク Pending JP2013116473A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011263881A JP2013116473A (ja) 2011-12-01 2011-12-01 ヒートシンクの製造方法およびヒートシンク

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011263881A JP2013116473A (ja) 2011-12-01 2011-12-01 ヒートシンクの製造方法およびヒートシンク

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2013116473A true JP2013116473A (ja) 2013-06-13

Family

ID=48711394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011263881A Pending JP2013116473A (ja) 2011-12-01 2011-12-01 ヒートシンクの製造方法およびヒートシンク

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2013116473A (ja)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014187163A (ja) * 2013-03-22 2014-10-02 Mitsubishi Materials Corp アルミニウム製熱交換器、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、及び、アルミニウム製熱交換器の製造方法
WO2016031754A1 (ja) * 2014-08-26 2016-03-03 三菱マテリアル株式会社 接合体、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク、接合体の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、及び、ヒートシンクの製造方法
WO2016031371A1 (ja) * 2014-08-26 2016-03-03 岩崎電気株式会社 ランプ
JP2016046190A (ja) * 2014-08-26 2016-04-04 岩崎電気株式会社 ランプ
EP3196933A1 (en) 2016-01-21 2017-07-26 UACJ Corporation Heat-exchanger heat sink and heat exchanger provided with the heat sink
CN108811441A (zh) * 2018-06-20 2018-11-13 江苏英杰电子器件有限公司 一种分体焊接式散热器

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014187163A (ja) * 2013-03-22 2014-10-02 Mitsubishi Materials Corp アルミニウム製熱交換器、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、及び、アルミニウム製熱交換器の製造方法
TWI661516B (zh) * 2014-08-26 2019-06-01 日商三菱綜合材料股份有限公司 接合體，附散熱器電源模組用基板，散熱器，接合體的製造方法，附散熱器電源模組用基板的製造方法及散熱器的製造方法
WO2016031754A1 (ja) * 2014-08-26 2016-03-03 三菱マテリアル株式会社 接合体、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク、接合体の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、及び、ヒートシンクの製造方法
WO2016031371A1 (ja) * 2014-08-26 2016-03-03 岩崎電気株式会社 ランプ
JP2016046190A (ja) * 2014-08-26 2016-04-04 岩崎電気株式会社 ランプ
JP2016048781A (ja) * 2014-08-26 2016-04-07 三菱マテリアル株式会社 接合体、ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク、接合体の製造方法、ヒートシンク付パワーモジュール用基板の製造方法、及び、ヒートシンクの製造方法
CN106489197A (zh) * 2014-08-26 2017-03-08 三菱综合材料株式会社 接合体、自带散热器的功率模块用基板、散热器、接合体的制造方法、自带散热器的功率模块用基板的制造方法及散热器的制造方法
US10600719B2 (en) 2014-08-26 2020-03-24 Mitsubishi Materials Corporation Bonded body, power module substrate with heat sink, heat sink, method of manufacturing bonded body, method of manufacturing power module substrate with heat sink, and method of manufacturing heat sink
EP3196933A1 (en) 2016-01-21 2017-07-26 UACJ Corporation Heat-exchanger heat sink and heat exchanger provided with the heat sink
US10058010B2 (en) 2016-01-21 2018-08-21 Uacj Corporation Heat-exchanger heat sink and heat exchanger provided with the heat sink
KR20170087820A (ko) 2016-01-21 2017-07-31 가부시키가이샤 유에이씨제이 열 교환기용 히트 싱크 및 상기 히트 싱크를 구비한 열 교환기
CN108811441A (zh) * 2018-06-20 2018-11-13 江苏英杰电子器件有限公司 一种分体焊接式散热器
CN108811441B (zh) * 2018-06-20 2024-02-09 江苏英杰电子器件有限公司 一种分体焊接式散热器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2013116473A (ja) ヒートシンクの製造方法およびヒートシンク
JP6216964B2 (ja) 冷却器用クラッド材および発熱素子用冷却器
JP5982102B2 (ja) 冷却器用クラッド材および発熱素子用冷却器
JP5021097B2 (ja) アルミニウム合金材の接合方法
JP5619538B2 (ja) 細流路インナーフィンを有する熱交換器のフラックスレスろう付け方法およびそれに用いるアルミニウムクラッド材
CN103906852A (zh) 热交换器翅用铝合金材料及其制造方法、以及使用该铝合金材料的热交换器
JP2012051028A (ja) アルミニウム合金材を用いた構造体とその接合方法
JPWO2013080611A1 (ja) 熱交換器およびその製造方法
JP2012224923A (ja) 熱交換器用プレートフィン材およびその製造方法ならびに該プレートフィン材を用いた熱交換器およびその製造方法
US9789564B2 (en) Manufacturing method of heat exchanger, and heat exchanger manufactured by such manufacturing method
JP5713451B2 (ja) アルミニウム合金ブレージングシートとその製造方法、およびアルミニウム製熱交換器のろう付け方法
JP5629130B2 (ja) 金属材料の接合方法
JP2012040607A (ja) アルミニウム合金板を用いた構造体とその接合方法
JP2010177414A (ja) 発熱部品冷却装置用アルミニウム・クラッド材
JP2012040608A (ja) アルミニウム合金材を用いた構造体とその接合方法
JP6426883B2 (ja) 耐食性に優れた接合体の製造方法
JP5713452B2 (ja) アルミニウム合金ブレージングシートとその製造方法、およびアルミニウム製熱交換器のろう付け方法
JP6764777B2 (ja) 空冷モジュール
JP5773628B2 (ja) 熱交換器及びその製造方法
JP2013146756A (ja) アルミニウム合金ブレージングシートとその製造方法、およびアルミニウム製熱交換器のろう付け方法
JP6033542B2 (ja) 接合体及びその製造方法
JP6218903B2 (ja) 接合体及びその製造方法
JPH11256259A (ja) 耐エロージョン性に優れた高強度および高熱伝導度を有する熱交換器用Ａｌ合金フィン材
JP6023078B2 (ja) アルミニウム合金材の接合方法
JP2012040610A (ja) アルミニウム合金材を用いた構造体とその接合方法