JP2015056526A - Heat sink and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒートシンク及びその製造方法に関し、特に、スプレッダと複数のフィンとを原子間力接合するヒートシンク及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a heat sink and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a heat sink for atomic force bonding a spreader and a plurality of fins and a method for manufacturing the same.
近年、半導体デバイスの高密度化により、その動作時の発熱量が増大してデバイス自体の温度がより高温になる傾向が強まっている。 In recent years, as the density of semiconductor devices increases, the amount of heat generated during operation increases and the temperature of the devices themselves tends to become higher.
かかる半導体デバイスには、その動作時に生じる熱を効果的に放熱するヒートシンクが装着されることが一般的である。ヒートシンクには、その放熱部として複数のフィンが設けられている。また、ヒートシンクにおいて、複数のフィンは、スプレッダに固設されるが、その固設の構造を簡便化する試みもなされるようになってきている。 Such a semiconductor device is generally equipped with a heat sink that effectively dissipates heat generated during its operation. The heat sink is provided with a plurality of fins as its heat radiating portion. Further, in the heat sink, a plurality of fins are fixed to the spreader, and attempts have been made to simplify the fixed structure.
かかる状況下で、特許文献1は、ヒートシンクの製造方法に関し、コア部3及び受熱部4を有するヒートシンクに関し、超音波振動器11に配置された台座部にコア部3を載せ、超音波振動器11により台座部を振動させると共に、台座部上のコア部3を受熱部4に対して相対的に繰り返し移動させることにより、受熱部4に形成されたアルミニウム酸化被膜10を摩擦によって剥離又は破断させ、コア部3と受熱部4とを接合させる構成を開示している。
Under such circumstances,
また、特許文献2は、ヒートシンクの超音波接合装置に関し、フィン6との接合面同士が対向するように配置された基板5aと基板5bとの間にフィン6を接合する構成を開示している。具体的には、特許文献2は、固定ツール37a、38aがフィン6の接合部6aの下面に接触して接合部6aを基板5aに押し付けた状態で、フィン6の接合部6aと接合部6bとの間に超音波振動を加えることにより、接合部6aと基板5aとを接合する構成、及び固定ツール37b、38bがフィン6の接合部6bの上面に接触して接合部6bを基板5bに押し付けた状態で、フィン6の接合部6aと接合部6bとの間に超音波振動を加えることにより、接合部6bと基板5bとを接合する構成を開示している。 Patent document 2 relates to an ultrasonic bonding apparatus for a heat sink, and discloses a configuration in which the fin 6 is bonded between a substrate 5a and a substrate 5b arranged so that bonding surfaces with the fin 6 face each other. . Specifically, in Patent Document 2, the fixing tools 37a and 38a are in contact with the lower surface of the bonding portion 6a of the fin 6 and press the bonding portion 6a against the substrate 5a. By applying ultrasonic vibration between the fixing member 37a and the substrate 5a, and the fixing tools 37b and 38b come into contact with the upper surface of the bonding portion 6b of the fin 6 so that the bonding portion 6b is attached to the substrate 5b. The structure which joins the junction part 6b and the board | substrate 5b by applying an ultrasonic vibration between the junction part 6a and the junction part 6b of the fin 6 in the pressed state is disclosed.
特許文献1及び特許文献2のヒートシンクにおける接合方法によれば、フィンに熱を加えることなく超音波を加えて接合物と被接合物とを接合するので、接合部において脆弱な金属間化合物が生成されることなく、良好な接合強度を得ることができる。
According to the joining method in the heat sinks of
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献1の構成では、超音波振動器11に配置された台座部にコア部3を載せ、超音波振動器11により台座部を振動させると共に、台座部上のコア部3を受熱部4に対して相対的に繰り返し移動させることが必要であり、その構成が煩雑である。
However, according to the study of the present inventor, in the configuration of
また、特許文献2の構成では、固定ツール37a、38aがフィン6の接合部6aの下面に接触して接合部6aを基板5aに押し付けた状態で、フィン6の接合部6aと接合部
6bとの間に超音波振動を加えることにより、接合部6aと基板5aとを接合する構成、及び固定ツール37b、38bがフィン6の接合部6bの上面に接触して接合部6bを基板5bに押し付けた状態で、フィン6の接合部6aと接合部6bとの間に超音波振動を加えることにより、接合部6bと基板5bとを接合する構成を有するものであるため、その構成が煩雑であることに加え、フィン6がフランジ状の接合部6a、6bを備える必要があり、フィン6の加工が煩雑であると共にそのコストや重量も嵩んでしまう。
Moreover, in the structure of patent document 2, in the state which fixed tool 37a, 38a contacted the lower surface of the junction part 6a of the fin 6, and pressed the junction part 6a against the board | substrate 5a, the junction part 6a and the junction part 6b of the fin 6 By applying ultrasonic vibration between the joint 6a and the substrate 5a, the fixing tools 37b and 38b come into contact with the upper surface of the joint 6b of the fin 6 and press the joint 6b against the substrate 5b. In this state, since the ultrasonic vibration is applied between the joint 6a and the joint 6b of the fin 6 to join the joint 6b and the substrate 5b, the configuration is complicated. In addition, it is necessary for the fin 6 to be provided with the flange-like joint portions 6a and 6b, which makes the processing of the fin 6 complicated and increases its cost and weight.
ここで、本発明者の検討によれば、フィン及びスプレッダの材質としては、フィン及びスプレッダの両方が銅製である場合と、フィンが銅製及びスプレッダがアルミニウム製の場合とがある。複数のフィンをスプレッダに熱を加えて接合する際において、前者の場合には、同一金属であるため熱を加えても脆弱な金属間化合物は形成されないが、後者の場合には、熱を加えると接合部に脆弱な金属間化合物(CuAl2、Cu3Al2)が生成し、良好な接合強度を得ることが困難な傾向がある。そこで、熱を加えずに複数のフィンをスプレッダに接合することができる新たな接合手法により、確実に複数のフィンをスプレッダに接合することが求められることになる。 Here, according to the study of the present inventor, the fins and the spreaders are made of copper and the fins are made of copper and the spreaders are made of copper and the spreader is made of aluminum. When joining a plurality of fins by applying heat to the spreader, in the former case, a brittle intermetallic compound is not formed even if heat is applied because it is the same metal, but in the latter case, heat is applied. In addition, brittle intermetallic compounds (CuAl 2 , Cu 3 Al 2 ) are generated at the joint, and it tends to be difficult to obtain good joint strength. Therefore, it is required to reliably join the plurality of fins to the spreader by a new joining method that can join the plurality of fins to the spreader without applying heat.
つまり、現状では、簡便な構成で、中実部材のスプレッダと複数のフィンとが確実に接合したヒートシンクの実現が待望された状況にある。 That is, at present, there is a long-awaited realization of a heat sink in which a solid member spreader and a plurality of fins are reliably bonded with a simple configuration.
本発明は、以上の検討を経てなされたもので、簡便な構成で、中実部材のスプレッダと複数のフィンとが確実に接合したヒートシンクを提供することを目的とする。 The present invention has been made through the above-described studies, and an object of the present invention is to provide a heat sink in which a spreader of a solid member and a plurality of fins are reliably bonded with a simple configuration.
以上の目的を達成すべく、本発明の第1の局面におけるヒートシンクは、中実部材であるスプレッダと、前記スプレッダに形成された複数の挿入溝と、前記スプレッダから突設する複数のフィンと、イオンビームスパッタリング処理された前記複数のフィンの一端部が、イオンビームスパッタリング処理された前記複数の挿入溝に対応して挿入されて、前記複数のフィンの前記一端部の当接平面と、前記複数の挿入溝の当接底平面とが、互いに対応して当接された状態で、前記スプレッダと前記複数のフィンとの各々を原子間力接合する原子間力接合部と、を備える。 In order to achieve the above object, the heat sink according to the first aspect of the present invention includes a spreader that is a solid member, a plurality of insertion grooves formed in the spreader, and a plurality of fins protruding from the spreader. One end portions of the plurality of fins subjected to the ion beam sputtering treatment are inserted in correspondence with the plurality of insertion grooves subjected to the ion beam sputtering treatment, and the abutting planes of the one end portions of the plurality of fins; And an atomic force bonding portion that bonds the spreader and the plurality of fins to each other by an atomic force bonding in a state where the contact bottom planes of the insertion grooves are in contact with each other.
また、本発明は、かかる第1の局面に加え、前記イオンビームスパッタリング処理で用いるイオンビームは、不活性ガスのイオンから得られることを第2の局面とする。 Moreover, in addition to this 1st aspect, this invention makes it the 2nd aspect that the ion beam used by the said ion beam sputtering process is obtained from the ion of an inert gas.
また、本発明は、かかる第1又は第2の局面に加え、前記スプレッダは、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製であり、前記複数のフィンは、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製であることを第3の局面とする。 In addition to the first or second aspect of the present invention, the spreader is made of copper, copper alloy, aluminum, or aluminum alloy, and the plurality of fins are copper, copper alloy, aluminum, or aluminum. The third aspect is to be made of an alloy.
また、本発明は、別の局面において、第1から第3の局面のいずれかに記載の前記ヒートシンクを製造する製造方法であって、前記複数の挿入溝及び前記複数のフィンの一端部を各々イオンビームスパッタリング処理した後で、前記複数のフィンの一端部を前記複数の挿入溝に対応して挿入し、前記複数のフィンの前記一端部の当接平面と、前記複数の挿入溝の当接底平面とを、互いに対応して当接することにより、前記スプレッダと前記複数のフィンとの各々を原子間力接合部で原子間力接合するヒートシンクの製造方法である。 Moreover, this invention is a manufacturing method which manufactures the said heat sink in any one of the 1st to 3rd aspect in another situation, Comprising: One end part of these insertion grooves and these fins respectively After the ion beam sputtering process, one end portions of the plurality of fins are inserted corresponding to the plurality of insertion grooves, and the contact planes of the one end portions of the plurality of fins are in contact with the plurality of insertion grooves. This is a method of manufacturing a heat sink in which the spreader and each of the plurality of fins are atomically bonded to each other by an atomic force bonding portion by bringing the bottom plane into contact with each other.
本発明の第1の局面における構成によれば、中実部材であるスプレッダと、スプレッダに形成された複数の挿入溝と、スプレッダから突設する複数のフィンと、イオンビームスパッタリング処理された複数のフィンの一端部が、イオンビームスパッタリング処理された複数の挿入溝に対応して挿入されて、複数のフィンの一端部の当接平面と、複数の挿入
溝の当接底平面とが、互いに対応して当接された状態で、スプレッダと複数のフィンとの各々を原子間力接合する原子間力接合部と、を備えることにより、簡便な構成で、中実部材のスプレッダと複数のフィンとが確実に接合したヒートシンクを実現することができる。
According to the configuration of the first aspect of the present invention, a spreader that is a solid member, a plurality of insertion grooves formed in the spreader, a plurality of fins protruding from the spreader, and a plurality of ions subjected to ion beam sputtering treatment One end of the fin is inserted corresponding to the plurality of insertion grooves subjected to the ion beam sputtering process, and the contact plane of the one end of the plurality of fins corresponds to the contact bottom plane of the plurality of insertion grooves In the state where the spreader and the plurality of fins are in contact with each other, an atomic force bonding unit that bonds each of the spreader and the plurality of fins to each other by an atomic force bonding is provided. However, it is possible to realize a heat sink that is securely bonded.
また、本発明の第2の局面における構成によれば、イオンビームスパッタリング処理で用いるイオンビームは、不活性ガスのイオンから得られることにより、イオンビームスパッタリング処理の間にイオンビームが、ターゲットであるスプレッダ及び複数のフィンと不要に反応することを阻止することができる。 Also, according to the configuration of the second aspect of the present invention, the ion beam used in the ion beam sputtering process is obtained from ions of an inert gas, so that the ion beam is the target during the ion beam sputtering process. Unnecessary reaction with the spreader and the plurality of fins can be prevented.
また、本発明の第3の局面における構成によれば、スプレッダが、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製であり、複数のフィンが、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製であることにより、熱伝導率を向上させて放熱特性をより向上したヒートシンクを実現することができる。また、特に、スプレッダが、アルミニウム製であり、複数のフィンが、銅製であっても、超音波接合部に金属間化合物を生成することを阻止することができる。 Further, according to the configuration in the third aspect of the present invention, the spreader is made of copper, copper alloy, aluminum, or aluminum alloy, and the plurality of fins are made of copper, copper alloy, aluminum, or aluminum alloy. Thus, it is possible to realize a heat sink with improved thermal conductivity and further improved heat dissipation characteristics. In particular, even when the spreader is made of aluminum and the plurality of fins are made of copper, it is possible to prevent the formation of an intermetallic compound in the ultrasonic bonding portion.
また、本発明の別の局面における方法によれば、複数の挿入溝及び複数のフィンの一端部を各々イオンビームスパッタリング処理した後で、複数のフィンの一端部を複数の挿入溝に対応して挿入し、複数のフィンの一端部の当接平面と、複数の挿入溝の当接底平面とを、互いに対応して当接することにより、スプレッダと複数のフィンとの各々を原子間力接合部で原子間力接合することにより、簡便な構成で、中実部材のスプレッダと複数のフィンとが確実に接合したヒートシンクを製造することができる。 In addition, according to the method of another aspect of the present invention, after one end of each of the plurality of insertion grooves and the plurality of fins is subjected to ion beam sputtering treatment, the one end of the plurality of fins corresponds to the plurality of insertion grooves. By inserting and abutting the abutting plane of one end of the plurality of fins and the abutting bottom plane of the plurality of insertion grooves in correspondence with each other, each of the spreader and the plurality of fins is connected to the atomic force bonding portion. With the atomic force bonding, it is possible to manufacture a heat sink in which a solid member spreader and a plurality of fins are reliably bonded with a simple configuration.
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態におけるヒートシンク及びその製造方法につき詳細に説明する。なお、図中、x軸、y軸及びz軸は、3軸直交座標系を成し、z
軸の正方向を上方向とし、z軸の負方向を下方向とする。
Hereinafter, a heat sink and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the figure, the x-axis, y-axis, and z-axis form a three-axis orthogonal coordinate system, and z
The positive direction of the axis is the upward direction, and the negative direction of the z-axis is the downward direction.
図1及び図2を参照して、本実施形態におけるヒートシンクの構成につき、詳細に説明する。 With reference to FIG.1 and FIG.2, it demonstrates in detail about the structure of the heat sink in this embodiment.
図1は、本実施形態におけるヒートシンクの斜視図であり、図2は、図1のA−A拡大断面図である。 FIG. 1 is a perspective view of a heat sink in the present embodiment, and FIG. 2 is an AA enlarged sectional view of FIG.
図1及び図2に示すように、ヒートシンク1は、金属製のスプレッダ10、典型的にはアルミニウム製で矩形平板状のスプレッダ10と、金属製のフィン20、典型的には銅製でスプレッダ10に装着された複数のフィン20と、を備える。なお、スプレッダ10は、銅製であってもよく、複数のフィン20は、アルミニウム製であってもよい。また、スプレッダ10及びフィン20に用いるアルミニウム及び銅は、各々、それらの合金であってもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
スプレッダ10は、典型的には中実部材であり、そのz軸の正方向側の面である上面から各々内方に陥設されy軸の方向に延在する典型的には矩形凹部である第1の挿入溝11及び第2の挿入溝12にフィン20を挿入して上方に突設させる一方で、それと対向するz軸の負方向側の面である下面に、図示を省略する半導体モジュール等の熱源を装着自在である。
The
フィン20は、典型的には各々が矩形平板状で多孔質である複数のフィンから成り、図中では、一例として2個のフィン、つまり、共に矩形平板状で多孔質の第1のフィンエレメント21及び第2のフィンエレメント22を示す。第1のフィンエレメント21及び第2のフィンエレメント22は、それらのy−z平面に平行な主平面同士を並置させながらx軸方向に列を成して配列される。フィン20を構成するフィンエレメントの個数が多い場合には、各フィンエレメントは、複数の列を並置してもよい。このような第1のフィンエレメント21及び第2のフィンエレメント22は、一般的な鋳造法等の製造方法により得ることができるものである。
The
一方で、第1のフィンエレメント21及び第2のフィンエレメント22のサイズが元々大きく取れてこれらの放熱表面積を大きく確保できるときには、これらは、多孔質部材ではなく、強度も高く確保することができる中実部材であってもよい。
On the other hand, when the size of the
ここで、スプレッダ10と、第1のフィンエレメント21及び第2のフィンエレメント22と、は、原子間力接合部21e及び22eにより互いに対応して接合されている。
Here, the
具体的には、スプレッダ10における第1のフィンエレメント21及び第2のフィンエレメント22に対する第1の挿入溝11の底平面である当接面11a及び第2の挿入溝12の底平面である当接面12aは、第1のフィンエレメント21及び第2のフィンエレメント22と接合される前に、10−6torr以上の真空度の超高真空の環境においてイオンビームスパッタリング法によりスパッタリングされる。また、第1のフィンエレメント21及び第2のフィンエレメント22における平面端部であってスプレッダ10の当接面11a、12aに対して当接する当接面21m及び22mは、スプレッダ10と接合される前に、10−6torr以上の真空度の超高真空の環境においてイオンビームスパッタリング法によりスパッタリングされる。これにより、第1の挿入溝11の当接面11a及び第2の挿入溝12の当接面12a、並びに第1のフィンエレメント21の当接面21m及び第2のフィンエレメント22の当接面22mでは、それらの表面の酸化被膜等の被膜が除去されて金属原子の結合子が現れる。そして、かかる状態において、10−6torr以上の真空度の超高真空の環境を維持して、挿入溝11の当接面11aと第1のフィ
ンエレメント21の当接面21mとを当接することにより、原子間力接合部21eが形成されてスプレッダ10と第1のフィンエレメント21とが 原子間力接合されると共に、挿入溝12の当接面12aと第2のフィンエレメント22の当接面22mとを当接することにより、原子間力接合部22eが形成されてスプレッダ10と第2のフィンエレメント22とが 原子間力接合される。
Specifically, the
また、第1のフィンエレメント21の側面及び第1の挿入溝11の側面、並びに第2のフィンエレメント22の側面及び第2の挿入溝12の側面も、各々がイオンビームスパッタリングされているため、対応して原子間力接合されることも可能である。
In addition, since the side surface of the
次に、以上の構成を有する本実施形態におけるヒートシンク1を製造するための製造方法につき、更に図3及び図4をも参照しながら、詳細に説明する。なお、スプレッダ10と複数のフィン20の各々との接合方法は全て同一であるので、主としてスプレッダ10と第1のフィンエレメント21との接合方法に着目しながら、以下説明する。
Next, a manufacturing method for manufacturing the
図3は、スプレッダ10と複数のフィン20とを原子間力接合により接合する本実施形態におけるヒートシンク1の製造方法を示す模式図である。ここで、図3(a)は、スプレッダ10の第1の挿入溝11の当接面11aをイオンビームスパッタリングする工程の模式図であり、図3(b)は、第1のフィンエレメント21の当接面21m(第2のフィンエレメント22の当接面22m)をイオンビームスパッタリングする工程の模式図であり、また、図3(c)は、イオンビームスパッタリングした当接面21mを有する第1のフィンエレメント21及びイオンビームスパッタリングした当接面22mを有する第2のフィンエレメント22を、イオンビームスパッタリングした当接面11a及び12aを有するスプレッダ10の第1の挿入溝11及び第2の挿入溝12に対応して装着して原子間力接合する工程の模式図である。また、図4は、本実施形態におけるヒートシンクを製造する際に用いるイオンビームスパッタリング装置50の構成を示す模式的断面図である。ここで、図4(a)は、スプレッダ10の第1の挿入溝11の当接面11aをイオンビームスパッタリングするイオンビームスパッタリング装置50を示し、図4(b)は、第1のフィンエレメント21の当接面21m(第2のフィンエレメント22の当接面22m)をイオンビームスパッタリングするイオンビームスパッタリング装置50を示す。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a method of manufacturing the
ヒートシンク1を製造するには、まず、図3(a)に示すように、スプレッダ10に形成された第1の挿入溝11のx−y平面に平行な底平面である当接面11aを、図4に示すイオンビームスパッタリング装置50を用いて、イオンビームスパッタリング法によりスパッタリングする。
In order to manufacture the
具体的には、スプレッダ10には、アルミニウム合金(JIS規格でA6062)製で板厚4mmのものを用い、スプレッダ10に機械加工で形成された第1の挿入溝11については、x軸方向の幅を2mmに設定すると共に、上下方向の長さである深さを2mmに設定し、x軸方向において隣接する第2の挿入溝12との間隔は、2mmに設定した。
Specifically, the
ここで、イオンビームスパッタリング装置50は、図4に示すように、チャンバ51と、チャンバ51の内部を10−6torr以上の真空度の超高真空の環境にする真空ポンプ52と、典型的には不活性ガスのイオンからそのイオンビームBを生成して発射するイオンビーム源53と、イオンビーム源53より発射されたイオンビームBを衝突させるターゲットを保持するホルダ54と、ホルダ54を回転自在に支持する支持部55と、支持部55に対するホルダ54の回転軸である軸部56と、から構成されている。真空ポンプ52としては、例えば、油拡散ポンプやターボ分子ポンプを用いることができる。また、イオンビームのイオンを不活性ガスのイオンとするのは、ターゲットであるスプレッダ10や複数のフィン20に対する反応性が実質ないためであり、かかる不活性ガスとしては
、例えば、アルゴンガス又はヘリウムガスを用いることができる。
Here, as shown in FIG. 4, the ion
つまり、このような構成のイオンビームスパッタリング装置50を用いて、図4(a)に示すように、ターゲットとなるスプレッダ10を、ホルダ54により保持する。
That is, using the ion
次に、ホルダ54に保持されたスプレッダ10の第1の挿入溝11の当接面11aに対して、イオンビーム源53より発射されたイオンビームBが衝突するように、支持部55に対して軸部56を回転軸としてホルダ54を回転させることにより、ホルダ54の向きを調整する。
Next, with respect to the
次に、イオンビーム源53よりイオンビームBを発射し、発射されたイオンビームBは、図3(a)及び図4(a)に示すように、スプレッダ10の第1の挿入溝11の当接面11aに衝突して、それをイオンビームスパッタリングする。このようにイオンビームスパッタリングされた当接面11aは、その表面の酸化被膜等の被膜が除去され、その被膜により覆われていた金属原子の結合子が現れて活性化されることになる。
Next, the ion beam B is emitted from the
一方で、イオンビームスパッタリング装置50を用いて、図3(b)に示すように、第1のフィンエレメント21の先端のx−y平面に平行な平面である当接面21mを、イオンビームスパッタリング法によりスパッタリングする。
On the other hand, using the ion
具体的には、第1のフィンエレメント21は、銅製であって、x軸方向の長さである厚さを2mm、y軸方向の長さを60mm、及び上下方向の長さである高さを20mmに設定した。
Specifically, the
つまり、イオンビームスパッタリング装置50を用いて、図4(b)に示すように、ターゲットとなる第1のフィンエレメント21を、ホルダ54により保持する。
That is, using the ion
次に、ホルダ54に保持された第1のフィンエレメント21の当接面21mに対して、イオンビーム源53より発射されたイオンビームBが衝突するように、支持部55に対して軸部56を回転軸としてホルダ54を回転させることにより、ホルダ54の向きを調整する。
Next, the
次に、イオンビーム源53よりイオンビームBを発射し、発射されたイオンビームBは、図3(b)及び図4(b)に示すように、第1のフィンエレメント21の当接面21mに衝突して、それをイオンビームスパッタリングする。このようにイオンビームスパッタリングされた当接面21mは、その表面の酸化被膜等の被膜が除去され、その被膜により覆われていた金属原子の結合子が現れて活性化されることになる。
Next, the ion beam B is emitted from the
最後に、10−6torr以上の真空度の超高真空の環境を維持した状態で、第1のフィンエレメント21を、その当接面21mの側からスプレッダ10の第1の挿入溝11に挿入して、イオンビームスパッタリングされた第1のフィンエレメント21の当接面21mと、イオンビームスパッタリングされたスプレッダ10の第1の挿入溝11の当接面11aと、を当接させる。これにより、これらの当接面11aと当接面21mとは、原子間力接合部21eを形成しながら互いに原子間力接合される。この際、これらの当接面11aと当接面21mとには、押圧力を印加する必要はない。
Finally, the
また、引き続き、スプレッダ10の第2の挿入溝12の当接面12a及び第2のフィンエレメント22の当接面22mをイオンビームスパッタリングした後に、これらの当接面12aと当接面22mとを、原子間力接合部22eを形成しながら互いに原子間力接合させることになる。この際、これらの当接面12aと当接面22mとには、押圧力を印加す
る必要はない。
Further, after the ion beam sputtering is performed on the
但し、以上の構成において、イオンビームスパッタリング装置50に図示を省略するイオンビームBの偏向装置を設けて、イオンビーム源53から発射されるイオンビームBの向きを切り替えながら変更できるように設定しておけば、チャンバ51に対して、スプレッダ10、第1のフィンエレメント21及び第2のフィンエレメント22を装脱したり、チャンバ51内でこれらの向きを調整する必要がなくなる。つまり、かかる場合には、これらを揃ってチャンバ51内に設置して、超高真空の環境を維持したチャンバ51を開放することなく、スプレッダ10における第1の挿入溝11の当接面11a及び第2の挿入溝12の当接面12a、第1のフィンエレメント21の当接面21m、並びに第2のフィンエレメント22の当接面22mをイオンビームスパッタリングした後に、第1のフィンエレメント21の当接面21mと、イオンビームスパッタリングされたスプレッダ10の第1の挿入溝11の当接面11aと、を当接させ、かつ第2のフィンエレメント22の当接面22mと、スプレッダ10の第2の挿入溝12の当接面12aと、を当接させ、これらを対応して原子間力接合部21e及び22eを形成しながら互いに原子間力接合することが可能となる。
However, in the above configuration, an ion beam B deflecting device (not shown) is provided in the ion
最後に、スプレッダ10の当接面及び複数のフィン20の当接面の状態の変遷につき、更に図5をも参照しながら、詳細に説明する。なお、スプレッダ10の当接面の状態及び複数のフィン20の当接面の状態は全てのフィンエレメントについて同一であるので、スプレッダ10と、第1のフィンエレメント21及び第2のフィンエレメント22と、の関係につき代表的に、以下説明する。
Finally, the transition of the state of the contact surface of the
図5は、本実施形態におけるヒートシンク1のスプレッダ10の当接面及び複数のフィン20の当接面の状態の変遷を示す模式的断面図である。ここで、図5(a)は、イオンビームスパッタリング前のスプレッダ10の当接面11a、12a及び複数のフィン20の当接面21m、22mを示す模式図であり、図5(b)は、イオンビームスパッタリングの最中のスプレッダ10の当接面11a、12a及び複数のフィン20の当接面21m、22mを示す模式図であり、図5(c)は、イオンビームスパッタリング後のスプレッダ10の当接面11a、12a及び複数のフィン20の当接面21m、22mを示す模式図であり、また図5(d)は、スプレッダ10の当接面11a、12aと複数のフィン20の当接面21m、22mとが原子間力接合した状態を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the transition of the state of the contact surface of the
まず、図5(a)に示す場合では、当接面11a、11b、21m及び22mの各々の表面では、スパッタリング前において、金属原子g1、g2が酸化被膜hにより覆われている。通常、金属の表面は、酸素原子が強固に固着することにより酸化されており、このような金属の表面を、酸洗、又は酸化層を切削加工して除去しても、酸洗、又は酸化層を除去した瞬間に直ちに酸化してしまう。従って、通常、このような被膜を有する金属同士を接合することはできない。 First, in the case shown in FIG. 5A, the metal atoms g1 and g2 are covered with the oxide film h on the surfaces of the contact surfaces 11a, 11b, 21m, and 22m before sputtering. Usually, the surface of a metal is oxidized by oxygen atoms firmly adhering, and even if the surface of such a metal is removed by pickling or cutting an oxide layer, pickling or oxidation is performed. Oxidizes immediately upon removal of the layer. Therefore, normally, metals having such a coating cannot be joined together.
次に、図5(b)に示すように、当接面11a、11b、21m及び22mの各々の表面では、イオンビームスパッタリングの最中において、不活性ガスから得たイオンビームが衝突した箇所の酸化被膜hが除去されて金属原子g1、g2が外部に露出している。 Next, as shown in FIG. 5 (b), on the surfaces of the contact surfaces 11a, 11b, 21m and 22m, the portions where the ion beam obtained from the inert gas collides during the ion beam sputtering. The oxide film h is removed and the metal atoms g1 and g2 are exposed to the outside.
次に、図5(c)に示すように、当接面11a、11b、21m及び22mの各々の表面では、イオンビームスパッタリング後において、酸化被膜hが除去されて金属原子g1、g2が露出すると共に、金属原子g1、g2と、酸化被膜hを構成する金属酸化物と、の結合が切れて金属原子g1、g2の結合子が現れ、当接面11a、11b、21m及び22mの各々の表面が活性化される。 Next, as shown in FIG. 5C, on the respective surfaces of the contact surfaces 11a, 11b, 21m and 22m, after ion beam sputtering, the oxide film h is removed and the metal atoms g1 and g2 are exposed. At the same time, the bond between the metal atoms g1 and g2 and the metal oxide constituting the oxide film h is broken, and the bonds of the metal atoms g1 and g2 appear, and the respective surfaces of the contact surfaces 11a, 11b, 21m and 22m Is activated.
最後に、図5(d)に示すように、第1のフィンエレメント21を、その当接面21mの側からスプレッダ10の第1の挿入溝11に挿入して、イオンビームスパッタリングされた第1のフィンエレメント21の当接面21mと、イオンビームスパッタリングされたスプレッダ10の第1の挿入溝11の当接面11aと、を当接させると共に、第2のフィンエレメント22を、その当接面22mの側からスプレッダ10の第2の挿入溝12に挿入して、イオンビームスパッタリングされた第2のフィンエレメント22の当接面22mと、イオンビームスパッタリングされたスプレッダ10の第2の挿入溝12の当接面12aと、を当接させる。この際、当接面11a、11b、21m及び22mは、当接面11a、11bの活性化された金属原子g1と、当接面21m、22mの活性化された金属原子g2とが、互いの間の原子間力で結合することにより接合する。この際、スプレッダ10及びフィン20に対しては、当接面11a、11bと当接面21m、22mとが当接する方向に押圧力を加える必要はない。
Finally, as shown in FIG. 5 (d), the
以上の本実施形態の構成によれば、中実部材であるスプレッダ10と、スプレッダ10に形成された複数の挿入溝11、12と、スプレッダ10から突設する複数のフィン20と、イオンビームスパッタリング処理された複数のフィン20の一端部が、イオンビームスパッタリング処理された複数の挿入溝11、12に対応して挿入されて、複数のフィンの20一端部の当接平面21m、22mと、複数の挿入溝11、12の当接底平面11a、12aとが、互いに対応して当接された状態で、スプレッダ10と複数のフィン20との各々を原子間力接合する原子間力接合部21e、22eと、を備えることにより、簡便な構成で、中実部材のスプレッダ10と複数のフィン20とが確実に接合したヒートシンク1を実現することができる。
According to the configuration of the present embodiment, the
また、本実施形態の構成によれば、イオンビームスパッタリング処理で用いるイオンビームは、不活性ガスのイオンから得られることにより、イオンビームスパッタリング処理の間にイオンビームが、ターゲットであるスプレッダ10及び複数のフィン20と不要に反応することを阻止することができる。
In addition, according to the configuration of the present embodiment, the ion beam used in the ion beam sputtering process is obtained from ions of an inert gas, so that during the ion beam sputtering process, the ion beam is a
また、本実施形態の構成によれば、スプレッダ10が、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製であり、複数のフィン20が、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製であることにより、熱伝導率を向上させて放熱特性をより向上したヒートシンクを実現することができる。また、特に、スプレッダ10が、アルミニウム製であり、複数のフィン20が、銅製であっても、原子間力接合部21e、22eに金属間化合物(CuAl2、Cu3Al2)を生成することを阻止することができる。
Further, according to the configuration of the present embodiment, the
また、本実施形態の方法によれば、複数の挿入溝11、12及び複数のフィン20の一端部を各々イオンビームスパッタリング処理した後で、複数のフィン20の一端部を複数の挿入溝11、12に対応して挿入し、複数のフィン20の一端部の当接平面21m、22mと、複数の挿入溝10の当接底平面11a、12aとを、互いに対応して当接することにより、スプレッダ10と複数のフィン20との各々を原子間力接合部21e、22eで原子間力接合することにより、簡便な構成で、中実部材のスプレッダ10と複数のフィン20とが確実に接合したヒートシンク1を製造することができる。
Further, according to the method of the present embodiment, after one end of each of the plurality of
なお、本発明は、構成要素の形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。 The present invention is not limited to the above-described embodiments in terms of the shape, arrangement, number, etc. of the constituent elements, and departs from the gist of the invention, such as appropriately replacing the constituent elements with those having the same operational effects. Of course, it can be appropriately changed within the range not to be.
以上のように、本発明においては、簡便な構成で、中実部材のスプレッダと複数のフィンとが確実に接合したヒートシンクを提供することができるものであるため、その汎用普
遍的な性格から広範に電子デバイス等のヒートシンクの分野に適用され得るものと期待される。
As described above, the present invention can provide a heat sink in which a solid member spreader and a plurality of fins are reliably bonded with a simple configuration. In addition, it is expected to be applicable to the field of heat sinks such as electronic devices.
1…ヒートシンク
10…スプレッダ
11…第1の挿入溝
11a…当接面
12…第2の挿入溝
12a…当接面
20…フィン
21…第1のフィンエレメント
21m…当接面
21e…原子間力接合部
22…第2のフィンエレメント
22m…当接面
22e…原子間力接合部
50…イオンビームスパッタリング装置
51…チャンバ
52…真空ポンプ
53…イオンビーム源
54…ホルダ
55…支持部
56…軸部
g1…アルミニウム原子
g2…銅原子
h…酸化被膜
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記スプレッダに形成された複数の挿入溝と、
前記スプレッダから突設する複数のフィンと、
イオンビームスパッタリング処理された前記複数のフィンの一端部が、イオンビームスパッタリング処理された前記複数の挿入溝に対応して挿入されて、前記複数のフィンの前記一端部の当接平面と、前記複数の挿入溝の当接底平面とが、互いに対応して当接された状態で、前記スプレッダと前記複数のフィンとの各々を原子間力接合する原子間力接合部と、
を備えたヒートシンク。 A spreader that is a solid member;
A plurality of insertion grooves formed in the spreader;
A plurality of fins protruding from the spreader;
One end portions of the plurality of fins subjected to the ion beam sputtering treatment are inserted in correspondence with the plurality of insertion grooves subjected to the ion beam sputtering treatment, and the abutting planes of the one end portions of the plurality of fins; An atomic force bonding portion for bonding the spreader and the plurality of fins to each other by an atomic force bonding in a state where the contact bottom planes of the insertion grooves are in contact with each other.
Heat sink with.
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CN108650851A (en) * | 2018-05-21 | 2018-10-12 | 苏州春兴精工股份有限公司 | A kind of process of enhancing microwave product heat dissipation |
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2013
- 2013-09-12 JP JP2013189350A patent/JP2015056526A/en active Pending
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