JP4986527B2 - ヒートシンク、金属部品およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、高精度かつ信頼性の高いヒートシンクおよびその製造方法に関し、特にブレージングによって２つの部材を接合する際に、位置が正確に位置決めされ、強固に接合されるヒートシンク、金属部品およびその製造方法に関する。

ＣＰＵ、素子等の発熱量、発熱密度の増大によって、放熱効率に優れた高性能のヒートシンクが求められている。従来、ベースプレートと放熱フィンとを別々に製造し、ベースプレートの一方の面に放熱フィンをブレージングによって接合してヒートシンクを製造していた。

従来のヒートシンクの製造方法によると、板状のベースプレートおよび複数の薄板状の放熱フィンを別々に製造し、ベースプレートの一方の面に複数の薄板状の放熱フィンを並列に配置して、ブレージングによって、ベースプレートおよび薄板状放熱フィンを接合していた。この製造方法によると、薄板状の放熱フィンがベースプレートの所定の位置に対してずれることがあった。

また、薄板状放熱フィンの長手方向に沿って一方の端部がベースプレートの一方の面に接合されるだけであるので、強固な接合力を期待することができなかった。
特開平６−２９３９７５号公報 特開２００１−１１５２４６号公報

上述したように、従来のヒートシンクの製造方法によると、薄板状の放熱フィンがベースプレートの所定の位置に対してずれることがあった。薄板状放熱フィンの長手方向に沿って一方の端部がベースプレートの一方の面に接合されるだけであるので、強固な接合力を期待することができなかった。

従って、この発明の目的は、部品の位置が正確に位置決めされ、強固に接合されるヒートシンクおよびその製造方法を提供することにある。

発明者は上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、例えばアルミニウム材のベースプレートと、アルミニウム材のフィンとを、表面をアルミニウムで被覆した鉄製のネジで固定し、ブレージングすると、先ずネジで固定するので、所定の位置に位置決めが容易であり、次にベースプレートおよびフィンの熱膨張率が鉄のネジの熱膨張率より大きいので、温度上昇により、各部材の引き付け力が増加して部材間の強固な接合力を維持できることが判明した。

更に、ネジの表面にアルミニウムが被覆されているので、ネジの周りにもろう材が溶解してとりまき、ネジもろう付けされる。従って、使用時に振動でネジが緩むことがないことが判明した。この発明は、上述した研究成果に基づいてなされたものである。

本発明の第１の態様に係るコルゲートフィンの側端部の密封処理方法は、山部および谷部を交互に連続して備えた波型形状のコルゲートフィンを作製し、前記コルゲートフィンの少なくとも一方の側端部の前記山部または前記谷部を形成する部分を押圧加工して前記部分を前記山部または前記谷部の内側の隙間が無くなるように潰し、
断面コの字状の固定金具であって、前記コの字状の内面側部がブレージング時に溶融する合金または金属によって形成され、前記コの字状の外面側部がブレージング時に溶融しない合金または金属によって形成された前記固定金具を用いて、前記固定金具の前記コの字状の内側を前記コルゲートフィンの前記側端部の押圧加工された前記部分のそれぞれにかぶせるように、前記固定金具を前記コルゲートフィンの前記側端部に取り付け、
前記固定金具の前記コの字状の前記内面側部と前記コルゲートフィンの前記側端部の押圧加工された前記部分とを、当該固定金具と当該コルゲートフィンとの熱膨張率差を利用して、加熱時に前記固定金具と前記コルゲートフィンの前記側端部の押圧加工された前記部分とが密着するようにしてブレージングによって一体化して、前記コルゲートフィンの側端部の隙間を無くした前記山部または前記谷部の内側の空間を、当該コルゲートフィンで隔てられた前記山部または前記谷部の外側の空間に対して密封することを特徴とする。

この発明によると、アルミニウム材のベースプレートと、アルミニウム材のフィンとを、表面をアルミニウムで被覆した鉄製のネジで固定し、ブレージングするので、フィンがネジで所定の位置に固定され、位置決めが容易であり、ベースプレートおよびフィンの熱膨張率が鉄のネジの熱膨張率より大きいので、温度上昇により、各部材の引き付け力が増加して部材間の強固な接合力を維持できる。更に、ネジの表面にアルミニウムが被覆されているので、ネジの周りにも、ろう材が溶解してとりまき、ネジもろう付けされ、使用時に振動でネジが緩むことがない。

この発明のヒートシンク、金属部品およびその製造方法を、図面を参照しながら説明する。
この発明の金属部品は、相互に接合される同一材料からなる第１部材および第２部材の２つの部材と、前記第１部材と第２部材を固定する、ブレージング時に溶融する合金または金属で少なくとも表面を被覆された固定部材とを備え、前記２つの部材と前記固定部材の熱膨張率差を利用して、ブレージングによって一体化された金属部品である。２つの部材の熱膨張率が固定部材の熱膨張率より大きい。

即ち、同一材料から形成された第１部材および第２部材の２つの金属部材を接合する際に、第１部材および第２部材と材料の異なる固定部材を使用して、第１部材および第２部材の何れかを貫通し、残りの部材に挿入して第１部材および第２部材を固定する。なお、ブレージング時には、２つの金属部材の間にブレージングシートが用いられる。このように固定部材によって固定された２つの金属部材をブレージングして、第１部材および第２部材の２つの金属部材と固定部材とを一体化する。第１部材および第２部材の２つの金属部材と固定部材とは熱膨張率において異なっている。即ち、２つの金属部材の熱膨張率が固定部材の熱膨張率より大きいので、加熱されたときに、２つの金属部材が固定部材を締め付ける方向に力がかかる。従って、固定部材によって固定された２つの金属部材をブレージングすると、２つの金属部材および固定部材が強固に接合される。

金属部材は、接合される第１部材および第２部材は同一材料が好ましい。金属部材、固定部材はブレージングに適した金属材料であれば如何なる材料であっても良い。その際、固定部材の少なくとも表面部分をブレージング時に溶融する合金または金属（即ち、低融点のアルミニウム合金等）で被覆されていることが好ましい。特に、金属材料の熱膨張率が固定部材の熱膨張率よりも大きいときに、加熱された場合に、固定部材の表面に被覆された部材と金属部材が固定部材を締め付ける方向に力が加わる。

金属部材が板状のベースプレートと板状フィンからなっており、固定部材がネジからなっている場合を説明する。
この発明のヒートシンクの１つの態様は、板状ベースプレートと、前記板状ベースプレートの一方の面に長手方向に沿って並列配置して接合される複数の板状フィンと、前記ベースプレートと前記フィンとを固定する少なくとも１つのネジとを備え、ブレージングによって前記ベースプレート、前記フィンおよび前記ネジが一体化されたヒートシンクである。

例えば、１つの態様において、ネジがベースプレートの少なくとも四隅においてそれぞれベースプレートを貫通し、フィン内にねじ込まれて、フィンをベースプレートに固定している。ベースプレートおよびフィンの熱膨張率が、ネジの熱膨張率よりも大きい。

図１は、この発明のヒートシンクを説明する概略斜視図である。図１に示すように、この発明のヒートシンク１は、（図示しない）発熱部品が裏面に熱的に接続されたベースプレート２と、ベースプレートの表面の長手方向に沿って所定の間隔で並列に配置された複数の板状フィン３と、ベースプレートにフィンを固定する４ネジとを備えている。ブレージングによって、ベースプレートと、板状フィンと、ネジとが一体化されている。

ネジはベースプレートの四隅においてフィンをベースプレートに固定してもよく、それぞれのフィンの両端部においてフィンをベースプレートに固定しても良い。ベースプレート、フィンのそれぞれの大きさによって、ネジの位置を適宜決めればよい。例えば、ベースプレート上の両端部に配置されるフィンはその両端部においてネジによってベースプレートに固定し、その他のフィンはそれぞれ中間部においてネジによってベースプレートに固定しても良い。

板状ベースプレートおよび板状フィンは、例えば、アルミニウムから形成され、ネジは鉄、銅またはモリブデン製で表面部をブレージング時に溶融するアルミニウム合金によって被覆したものであってもよい。具体的には、ベースプレートは３０００系アルミニウム、フィンは１０００系アルミニウムであってもよい。

図２は、この発明のヒートシンクのネジを通る断面図である。図２に示すように、アルミニウム製のベースプレート２の一方の面上にアルミニウム製板状フィン３が所定間隔で長手方向に平行に配置されている。ベースプレートの板状フィンが配置された表面と反対側の表面には図示しない発熱部品が熱的に接続される。ベースプレートの四隅において、鉄製のネジによって、予め板状フィンがベースプレートに固定される。

即ち、発熱素子が熱的に接続される面の側からネジがベースプレートを貫通し、板状フィン中にねじ込まれている。図に示すように、鉄製のネジの表面部にはブレージング時に溶融するアルミニウム合金が被覆されている。このように、ベースプレートの一方の面上に板状フィンがネジによって固定された状態で、ブレージングされて、ネジも含んで接合され一体化する。

図には板状フィンのうち両側に位置する板状フィンだけがネジで固定されているが、残りの板状フィンもネジで固定されてもよい。または、両側に位置する板状フィンの両端部をネジで固定しその中間に位置する板状フィンは適宜例えば１箇所をネジで固定してもよい。なお、ネジは鉄で形成され表面部をブレージング時に溶融するアルミニウム合金で被覆されているので、ネジ締め時に比較的小さな力でスムーズかつ強固に固着することができる。

板状ベースプレートおよび板状フィンがアルミニウムで作製され、ネジが鉄で作製されその表面をアルミニウムで被覆しているので、アルミニウムの熱膨張率が鉄の熱膨張率よりも大きいので、上述したように組み合わせてブレージングすると、各部材の温度上昇に伴い各部材の引き付け力が増加して部材間の強固な接合力を維持することができる。なお、ブレージングに際して、ネジの周りにもろう材が溶解してとりまき、板状ベースプレート、板状フィンおよびネジが一体化する。

この発明の金属部品は、上述したように、接合される２つの金属部材、固定部材は、ブレージングに適した金属材料であれば如何なる材料であっても良い。その際、固定部材の少なくとも表面部分をブレージング時に溶融する合金または金属で被覆されていることが好ましい。金属部品が水冷コールドプレートである場合について説明する。

この発明の水冷コールドプレートの１つの態様は、組み合わされて接合面の近傍に冷却液が循環する流路を形成する第１ブロックと第２ブロックからなる２つの金属ブロックと、前記２つの金属ブロックの少なくとも四隅を固定する、少なくとも表面がブレージンング時に溶融する合金または金属で被覆されたネジ部とを備え、
ブレージングによって前記第１ブロックと第２ブロックと、前記ネジ部が一体化されて形成された水冷コールドプレートである。

図３はこの発明の水冷コールドプレートを説明する図である。図３に示すように、水冷コールドプレートは、組み合わされて接合面の近傍に冷却液が循環する流路１４を形成する第１ブロック１２と第２ブロック１３からなる２つの金属ブロックと、２つの金属ブロックの少なくとも四隅を固定する、少なくとも表面がブレージング時に溶融する合金または金属で被覆されたネジ部１５とを備えている。水冷コールドプレートは、上述したようにネジ部によって固定された２つの金属ブロックを、ブレージングによって、第１ブロックと第２ブロックと、ネジ部とが一体化されて形成されている。

冷却液が循環する流路１４は、第１ブロックまたは第２ブロックの何れか一方に形成して、２つのブロックを接合することによって閉じられた流路として形成されてもよい。更に、冷却液が循環する流路１４は、第１ブロックおよび第２ブロックの両方に形成して、２つのブロックを接合することによって１つの閉じられた流路として形成されてもよい。

金属ブロックの第１ブロックおよび第２ブロックは、アルミニウムで作製され、固定部材としてのネジは鉄で作製されその表面は、アルミニウムで被覆されている。

冷却液が循環する流路が形成された第１ブロックおよび第１ブロックと組み合わせて冷却液が循環する流路を形成する第２ブロックがアルミニウムで作製され、ネジが鉄で作製されその表面をアルミニウムで被覆しているので、アルミニウムの熱膨張率が鉄の熱膨張率よりも大きく、上述したように組み合わせてブレージングすると、温度上昇に伴い各部材の引き付け力が増加して部材間の強固な接合力を維持することができる。なお、ブレージングに際して、ネジの周りにも、ろう材が溶解してとりまき、第１ブロック、第２ブロックおよびネジが一体化する。

次に、図４を参照して、金属部品がアルミニウム製筐体である場合について説明する。図４はアルミニウム筐体を説明する図である。この発明のアルミニウム筐体２１は、相互に接合される同一材料からなる第１部材２２および第２部材２３の２つの部材と、ブレージング時に溶融するアルミニウム合金で少なくとも表面を被覆された、第１部材と第２部材を固定する固定部材２４とを備えている。

前記２つの部材と前記固定部材の熱膨張率差を利用して、ブレージングによって一体化された金属部品である。２つの部材の熱膨張率が固定部材の熱膨張率より大きい。アルミニウム筐体は、上述したように固定部材によって固定された第１部材および第２部材を、ブレージングによって接合し、第１部材と第２部材と、固定部材とが一体化されて形成されている。即ち、固定部材としてのネジは鉄で作製されその表面は、ブレージング時に溶融するアルミニウム合金で被覆されている。

第１部材および第１部材がアルミニウムで作製され、ネジが鉄で作製されその表面をアルミニウムで被覆しているので、アルミニウムの熱膨張率が鉄の熱膨張率よりも大きく、上述したように組み合わせてブレージングすると、温度上昇に伴い各部材の引き付け力が増加して部材間の強固な接合力を維持することができる。なお、ブレージングに際して、ネジの周りにも、ろう材が溶解してとりまき、第１部材、第２部材およびネジが一体化する。

次に、この発明の金属部品の製造方法について説明する。この発明の金属部品の製造方法の１つの態様は、接合する同一材料から形成された第１部材および第２部材の２つの部材を調製し、２つの部材を固定する固定部材を調製し、固定部材の少なくとも表面をブレージング時に溶融する合金または金属で被覆し、固定部材を第１部材および第２部材にねじ込んで、２つの部材を固定し、このように固定された２つの部材をブレージングして、第１部材および第２部材と固定部材の被覆された表面が一体化して金属部品を製造する金属部品の製造方法である。

この発明の金属部品の製造方法において、２つの部材がアルミニウム材からなっており、固定部材が鉄、銅、モリブデン材の何れか１つから形成されたネジからなっており、ネジの表面がアルミニウム材で被覆されている。
ヒートシンク、水冷コールドプレート、アルミニウム筐体について説明したが、接合される２つの金属部材、固定部材は、ブレージングに適した金属材料であれば如何なる材料であっても良い。その際、固定部材の少なくとも表面部分を金属部材と同一材料で被覆されていることが好ましい。従って、各種金属部品の製造に適用することができる。

従来最大で１ｍｍ程度の位置決め誤差が生じていたが、ネジを使用するため位置決め誤差が０．２ｍｍ以下に収まった。
更に、上述したように、この発明によると、アルミニウム材のベースプレートと、アルミニウム材のフィンとを、表面をアルミニウムで被覆した鉄製のネジで固定し、ブレージングするので、フィンがネジで所定の位置に固定され、位置決めが容易であり、ベースプレートおよびフィンの熱膨張率が鉄のネジの熱膨張率より大きいので、温度上昇により、各部材の引き付け力が増加して部材間の強固な接合力を維持できる。更に、ネジの表面にアルミニウムが被覆されているので、ネジの周りにも、ろう材が溶解してとりまき、ネジもろう付けされ、使用時に振動でネジが緩むことがない。

更に、この発明はコルゲートフィンの端部を密封する金具にも応用することができる。図５はコルゲートフィンの端部の密封処理方法を説明する図である。図５（ｅ）は固定金具の断面図である。固定金具は断面概ねコの字状からなっている。図５（ｅ）に示すように、固定金具の内側部はブレージング時に溶融する合金または金属からなっており、固定金具の外側部はブレージング時に溶融しない合金または金属からなっている。

コルゲートフィンの端部の密封処理方法を説明する
図５（ａ）に示すように山部３１ａおよび谷部３１ｂが交互に連続して形成されたコルゲートフィン３１を作製する。次いで、図５（ｂ）に示すように、このように作製したコルゲートフィンの少なくとも１方の側端部の山部または谷部を形成する部分３５を押圧加工して上述した部分３５を潰す。次いで、図５（ｃ）に示すように、このように加工された側端部の部分３５のそれぞれに、内面側部がブレージング時に溶融する合金または金属によって形成され、外面側部がブレージング時に溶融しない合金または金属によって形成された固定金具３２を取り付ける。次いで、固定金具３２が取り付けられたコルゲートフィンをブレージングして一体化する。

即ち、コルゲートフィンの端部の潰された部分３５に取り付けられた固定金具３２の内面側が、ブレージング時に溶融して潰された部分３５と一体化する。
なお、図５（ｄ）は図５（ｃ）に示す固定金具が取り付けられたコルゲートフィンの垂直方向の中央部における断面図である。図５（ｃ）に示すように、コルゲートフィンの端部の潰された部分３５が断面コの字状の固定金具の内面側部に配置される。コルゲートフィンの加工された端部以外の部分は概ね元の形状を保っている。
上述したように、この発明はコルゲートフィンの端部を密封する金具にも応用することができる。

図１は、この発明のヒートシンクを説明する概略斜視図である。 図２は、この発明のヒートシンクのネジを通る断面図である。 図３はこの発明の水冷コールドプレートを説明する図である。 図４はアルミニウム筐体を説明する図である。 図５はコルゲートフィンの端部を密封する金具を説明する図である。

符号の説明

１ この発明のヒートシンク
２ ベースプレート
３ 板状フィン
４ 固定部材（ネジ）
５ ネジの主部（鉄）
６ ネジの表面部（アルミニウム）
１１ この発明の水冷コールドプレート
１２ 第１ブロック
１３ 第２ブロック
１４ 冷却液が循環する流路
２１ この発明のアルミニウム筐体
２２ 第１部材
２３ 第２部材
２４ 固定部材
３１ コルゲートフィン
３２ 固定金具
３３ ブレージング時に溶融しない合金または金属で形成された外面側部
３４ ブレージング時に溶融する合金または金属によって形成された内面側部

Claims (1)

1. 山部および谷部を交互に連続して備えた波型形状のコルゲートフィンを作製し、
   前記コルゲートフィンの少なくとも一方の側端部の前記山部または前記谷部を形成する部分を押圧加工して前記部分を前記山部または前記谷部の内側の隙間が無くなるように潰し、
   断面コの字状の固定金具であって、前記コの字状の内面側部がブレージング時に溶融する合金または金属によって形成され、前記コの字状の外面側部がブレージング時に溶融しない合金または金属によって形成された前記固定金具を用いて、前記固定金具の前記コの字状の内側を前記コルゲートフィンの前記側端部の押圧加工された前記部分のそれぞれにかぶせるように、前記固定金具を前記コルゲートフィンの前記側端部に取り付け、
   前記固定金具の前記コの字状の前記内面側部と前記コルゲートフィンの前記側端部の押圧加工された前記部分とを、当該固定金具と当該コルゲートフィンとの熱膨張率差を利用して、加熱時に前記固定金具と前記コルゲートフィンの前記側端部の押圧加工された前記部分とが密着するようにしてブレージングによって一体化して、前記コルゲートフィンの側端部の隙間を無くした前記山部または前記谷部の内側の空間を、当該コルゲートフィンで隔てられた前記山部または前記谷部の外側の空間に対して密封する、コルゲートフィンの側端部の密封処理方法。

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