JP6065925B2 - Heat sink manufacturing method and heat sink - Google Patents
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Description
本発明は、ヒートシンクの製造方法及びヒートシンクに関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a heat sink and a heat sink.
例えば、特許文献1には、基板と当該基板に立設された複数のピン状フィンとを摩擦圧接で固相接合するヒートシンクの製造方法が開示されている。特許文献1に係る摩擦圧接工程は、基板の表面とピン状フィンの端面とを突き合わせた後、基板とピン状フィンとを直線状に往復動させて摩擦熱で高温層を形成する摩擦工程と、アップセット圧力を付与させる圧接工程とを行うものである。
For example,
図13の(a)〜(d)は、従来のヒートシンクの製造方法において、基板とピン状フィンとの接合状態を段階的に示す模式側断面図である。図14の(a)〜(d)は、図13の(a)〜(d)に対応する模式平面図である。 (A)-(d) of FIG. 13 is a schematic sectional side view which shows the joining state of a board | substrate and a pin-shaped fin in steps in the manufacturing method of the conventional heat sink. 14A to 14D are schematic plan views corresponding to FIGS. 13A to 13D.
図13の(a)に示すように、従来のヒートシンクの製造方法では、基板110の表面110aと、ピン状フィン120の端面120aとを突き合わせるとともに、基板110に対してピン状フィン120を直線状に往復動させて摩擦工程を行っている。当該摩擦工程では、ピン状フィン120を図面の左右方向(矢印参照)に往復動させている。
As shown in FIG. 13A, in the conventional heat sink manufacturing method, the
図13の(b)〜(d)に示すように、摩擦圧接工程によって、フィレット130が形成される。フィレット130とは、摩擦圧接工程によって、ピン状フィン120の先端側が軟化して母材がはみ出すことによりピン状フィン120の先端の外周に形成される部位である。図13の(a)に示すように、摩擦圧接工程を行う際に、基板110の表面110aには、ピン状フィン120と常に接触する第一領域Xと、往復動に伴ってピン状フィン120と接触又は非接触を繰り返す第二領域Y,Yとが形成される。
As shown in FIGS. 13B to 13D, the
第二領域Y,Yは、摩擦圧接工程においてピン状フィン120と非接触となる際に大気に晒されるため冷却される。そのため、第二領域Y,Yは、第一領域Xに比べて摩擦熱が小さくなる。したがって、図13の(b)〜(d)に示すように、ピン状フィン120の往復動によってフィレット130が形成されたとしても、摩擦熱の低い第二領域Y,Yとフィレット130とが接合しづらくなり、接合強度が小さくなるとともに接合部に接合欠陥Qが発生するおそれがある。
The second regions Y and Y are cooled because they are exposed to the atmosphere when they are not in contact with the pin-
一方、図14の(a)〜(d)の網掛けで示す領域(発熱部Z)は、摩擦工程の進行に伴って摩擦熱が発生する領域を段階的に示している。図14の(a)に示すように、発熱部Zは、初期状態では摩擦熱が低いため、振幅方向に対して直交する方向(以下、「直交方向」と言う。)に細長い略楕円状を呈する。図14の(b)〜(d)に示すように、発熱部Zは、摩擦工程が進行すると、直交方向の長さ寸法は変わらずに、振幅方向の長さ寸法が徐々に大きくなる。フィレット130の形状は、摩擦熱の影響を受けることから、この発熱部Zの形状の変形に伴って略相似状に大きくなる。つまり、フィレット130は、振幅方向の長さ寸法よりも直交方向の長さ寸法の方が大きくなる傾向にある。言い換えると、摩擦圧接工程では、振幅方向(往復動方向)が一方向であるため、フィレット130がバランス良く形成されないという問題がある。
On the other hand, the area (heat generating part Z) indicated by hatching in FIGS. 14A to 14D shows an area where frictional heat is generated step by step as the friction process proceeds. As shown in FIG. 14A, since the heat generating portion Z has low frictional heat in the initial state, the heat generating portion Z has a substantially elliptical shape elongated in a direction orthogonal to the amplitude direction (hereinafter referred to as “orthogonal direction”). Present. As shown in (b) to (d) of FIG. 14, in the heat generating portion Z, when the friction process proceeds, the length dimension in the amplitude direction gradually increases without changing the length dimension in the orthogonal direction. Since the shape of the
このような観点から、本発明は、接合強度を高めるとともに接合欠陥の発生を防ぎ、さらには、ピン状フィンをバランス良く接合することができるヒートシンクの製造方法を提供することを課題とする。また、本発明は、ピン状フィンがバランス良く接合されるヒートシンクを提供することを課題とする。 From such a viewpoint, it is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a heat sink that can increase bonding strength, prevent occurrence of bonding defects, and can bond pin-shaped fins in a balanced manner. Moreover, this invention makes it a subject to provide the heat sink with which a pin-shaped fin is joined with sufficient balance.
このような課題を解決するために本発明は、銅又は銅合金製の基板と前記基板に立設された複数のアルミニウム又はアルミニウム合金製のピン状フィンとを有するヒートシンクの製造方法であって、第一治具に400〜500℃に加熱された前記基板を配置するとともに、第二治具から複数の前記ピン状フィンの先端部が露出するように、前記第二治具の複数の孔部に複数の前記ピン状フィンを配置する準備工程と、加熱された前記基板の表面に複数の前記ピン状フィンの端面を突き合わせるとともに、前記第一治具及び前記第二治具を相対移動させることで前記基板と前記ピン状フィンとを直線状に往復動させて摩擦圧接を行う摩擦圧接工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve such a problem, the present invention is a method of manufacturing a heat sink having a copper or copper alloy substrate and a plurality of aluminum or aluminum alloy pin-like fins erected on the substrate, The plurality of holes of the second jig are arranged so that the substrate heated to 400 to 500 ° C. is disposed on the first jig and the tips of the plurality of pin-shaped fins are exposed from the second jig. A step of arranging a plurality of the pin-shaped fins, abutting the end surfaces of the plurality of pin-shaped fins on the surface of the heated substrate, and relatively moving the first jig and the second jig. And a friction welding process in which the substrate and the pin-shaped fin are reciprocated linearly to perform friction welding.
かかる製造方法によれば、基板とピン状フィンとが非接触となる領域が形成されたとしても、基板を予め加熱しているため当該領域の温度低下を抑制することができる。これにより、基板の表面とフィレットとを確実に接合させることで接合強度を高めることができるとともに、接合欠陥の発生を防ぐことができる。
また、基板が予め加熱されているため摩擦圧接工程の初期状態においてピン状フィンが大きく軟化する。これにより、基板の表面とピン状フィンの端面との間に形成される発熱部は、摩擦圧接の振幅方向と当該振幅方向に直交する直交方向とでバランス良く形成される。これに伴って、フィレットの振幅方向の長さ寸法と直交方向の長さ寸法との差を小さくすることができるため、バランス良く接合することができる。
According to such a manufacturing method, even if a region where the substrate and the pin-shaped fin are not in contact with each other is formed, the substrate is heated in advance, so that the temperature drop in the region can be suppressed. Thereby, it is possible to increase the bonding strength by reliably bonding the surface of the substrate and the fillet, and to prevent the occurrence of bonding defects.
In addition, since the substrate is preheated, the pin-shaped fins are greatly softened in the initial state of the friction welding process. Thereby, the heat generating part formed between the surface of the substrate and the end face of the pin-shaped fin is formed with a good balance between the amplitude direction of the friction welding and the orthogonal direction orthogonal to the amplitude direction. Along with this, the difference between the length dimension of the fillet in the amplitude direction and the length dimension in the orthogonal direction can be reduced, so that the joints can be joined with good balance.
また、前記基板を銅又は銅合金で形成するとともに、前記ピン状フィンをアルミニウム又はアルミニウム合金で形成することで、熱伝導性を高めることができる。また、軽量化や材料コストの低減を図ることができる。 Moreover, while forming the said board | substrate with copper or a copper alloy, thermal conductivity can be improved by forming the said pin-shaped fin with aluminum or an aluminum alloy. Further, the weight can be reduced and the material cost can be reduced.
また、前記摩擦圧接工程では、振幅を1.2〜1.8mmに設定することが好ましい。かかる製造方法によれば、接合強度をより高めることができるとともに、接合欠陥の発生をより防ぐことができる。 In the friction welding process, the amplitude is preferably set to 1.2 to 1.8 mm. According to this manufacturing method, it is possible to further increase the bonding strength and prevent the occurrence of bonding defects.
また、本発明は、銅又は銅合金製の基板と前記基板に立設された複数のアルミニウム又はアルミニウム合金製のピン状フィンとを有するヒートシンクであって、前記基板と複数の前記ピン状フィンとの接合部に形成された前記ピン状フィンと同じ材質のフィレットは、その最大径に対する最小径の比が0.75〜0.99になっているとともに、前記接合部の接合界面に極薄い銅・アルミニウム反応層が存在していることを特徴とする。 Further, the present invention provides a heat sink which have a pin-shaped fins made of a plurality of aluminum or aluminum alloy which is erected a substrate made of copper or copper alloy on the substrate, the substrate and the plurality of pin-like fins The fillet made of the same material as that of the pin-shaped fin formed at the joint portion has a ratio of the minimum diameter to the maximum diameter of 0.75 to 0.99 and is extremely thin at the joint interface of the joint portion. A copper / aluminum reaction layer is present .
かかる構成によれば、フィレットの最大径と最小径との差を小さくすることができるため、ピン状フィンをバランス良く接合することができる。 According to such a configuration, the difference between the maximum diameter and the minimum diameter of the fillet can be reduced, so that the pin-shaped fins can be joined with a good balance.
本発明に係るヒートシンクの製造方法によれば、接合強度を高めるとともに接合欠陥の発生を防ぎ、さらには、ピン状フィンをバランス良く接合することができる。また、本発明に係るヒートシンクによれば、ピン状フィンがバランス良く接合される。 According to the heat sink manufacturing method of the present invention, it is possible to increase the bonding strength, prevent the occurrence of bonding defects, and bond the pin-shaped fins with a good balance. Moreover, according to the heat sink which concerns on this invention, a pin-shaped fin is joined with sufficient balance.
本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。まずは、本実施形態に係るヒートシンク1について説明する。図1の(a)に示すように、ヒートシンク1は、基板2と、ピン状フィン3とで構成されている。ヒートシンク1は、例えば、ICやトランジスタ等の半導体素子の放熱を行う部材である。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the
基板2は、板状を呈する。基板2の材料は、摩擦圧接可能な金属から適宜選択すればよいが、本実施形態では銅又は銅合金を用いている。基板2を銅又は銅合金とすることで熱伝導性を高めることができる。
The
ピン状フィン3は、円柱状を呈する。ピン状フィン3は、基板2の表面2aに等間隔で複数本立設されている。ピン状フィン3の材料は、摩擦圧接可能な金属から適宜選択すればよいが、本実施形態ではアルミニウム又はアルミニウム合金を用いている。ピン状フィン3をアルミニウム又はアルミニウム合金で形成することにより、軽量化や材料コストの低減を図ることができる。ピン状フィン3の平断面は、本実施形態では円形を呈するが、楕円、多角形等他の形状であってもよい。
The pin-shaped
図1の(b)に示すように、基板2とピン状フィン3との接合部には、フィレット4が形成されている。フィレット4とは、摩擦圧接工程によって、ピン状フィン3の先端側が軟化して母材がはみ出すことによりピン状フィン3の先端の外周に形成される部位である。フィレット4の下面全体は基板2の表面2aに接合されている(付着している)。フィレット4は、その最大径に対する最小径の比が0.75〜0.99になっている。
As shown in FIG. 1B, a
次に、本実施形態に係るヒートシンクの製造方法について説明する。ヒートシンクの製造方法では、準備工程と、摩擦圧接工程と、取り出し工程とを行う。 Next, a method for manufacturing a heat sink according to the present embodiment will be described. In the heat sink manufacturing method, a preparation process, a friction welding process, and a removal process are performed.
準備工程は、図2の(a)に示すように、基板2を加熱するとともに、基板2を第一治具10に、ピン状フィン3を第二治具20に配置する工程である。基板2は、例えば、シースヒーターによって加熱する。加熱温度は、本実施形態では360〜500℃、好ましくは400〜500℃に設定する。加熱温度は、接合する基板2及びピン状フィン3の材料に応じて適宜設定される。加熱温度は、接合部に接合欠陥が発生せず、かつ、摩擦圧接を行った後に形成されたフィレット4の最大径に対する最小径の比が0.75〜0.99になるように適宜設定すればよい。
As shown in FIG. 2A, the preparation step is a step of heating the
第一治具10は、基板2を固定することができるとともに、水平方向に往復動可能になっている。第二治具20は、高さ方向に延設された複数の孔部21を備えている。孔部21は、円柱状の中空部になっている。孔部21の内径は、ピン状フィン3の外径と略同等になっている。孔部21にピン状フィン3を挿入すると、ピン状フィン3の先端側が露出するようになっている。準備工程では、第一治具10に加熱された基板2を配置するとともに、第二治具20の孔部21に複数のピン状フィン3を配置する。なお、摩擦圧接工程は、基板2を加熱した後に速やかに行うため、準備工程における基板2の加熱温度と、摩擦圧接工程時における基板2の温度は実質的に同等である。
The
摩擦圧接工程は、加熱された基板2とピン状フィン3とを摩擦圧接で接合する工程である。摩擦圧接工程では、突合せ工程と、摩擦工程と、圧接工程とを行う。突合せ工程では、図2の(b)に示すように、第一治具10及び第二治具20を相対移動させて基板2の表面2aに、ピン状フィン3の端面3aを突き合わせる。
The friction welding process is a process of joining the
図3の(a)に示すように、摩擦工程では、第二治具20に対して第一治具10を往復動させて、突合せ部に摩擦熱を発生させる。摩擦工程では、本実施形態では、図3の(a)の左右方向に直線状に往復動させる。摩擦工程によって、基板2の表面2aとピン状フィン3の端面3aとが擦り合わされて摩擦熱が発生し、軟化した母材が外部に排出される。
As shown in FIG. 3A, in the friction process, the
摩擦工程の条件は、適宜設定すればよいが、例えば、周波数を100〜260Hz、振幅を1.0〜2.0mm(好ましくは1.2〜1.8mm)、摩擦荷重を0.5〜2.0MPaに設定する。また、摩擦工程の時間を1〜3秒程度に設定する。摩擦工程が終了したら、直ちに圧接工程に移行する。 The conditions for the friction process may be set as appropriate. For example, the frequency is 100 to 260 Hz, the amplitude is 1.0 to 2.0 mm (preferably 1.2 to 1.8 mm), and the friction load is 0.5 to 2. Set to 0 MPa. Moreover, the time of a friction process is set to about 1-3 seconds. When the friction process is completed, the process immediately proceeds to the pressure contact process.
圧接工程では、第一治具10及び第二治具20を往復動させずに、互いに近接する方向に押圧する。圧接工程の条件は、適宜設定すればよいが、例えば、アップセット荷重を80〜120MPa、アップセット時間を5〜12秒に設定する。
In the pressure welding process, the
摩擦工程によって接合部(基板2の表面2aとピン状フィン3の端面3aとの突合せ部)に摩擦熱が発生した後、往復動を停止させ、圧接工程によってアップセット荷重を付与すると、基板2とピン状フィン3とが接合される。なお、摩擦工程の際には、基板2とピン状フィン3とが擦り合わされ、軟化した母材が接合部の外側に押し出されることによってフィレット4が形成される。
After frictional heat is generated at the joint (abutting portion between the
取り出し工程は、図3の(b)に示すように、第一治具10を退避させた後、第二治具20からヒートシンク1を取り出す工程である。
The take-out step is a step of taking out the
次に、本実施形態に係る摩擦圧接工程におけるフィレット4の形成過程について説明する。図4の(a)〜(d)は、本実施形態のヒートシンクの製造方法において、基板とピン状フィンとの接合状態を段階的に示す模式側断面図である。図5の(a)〜(d)は、図4の(a)〜(d)に対応する模式平面図である。
Next, the formation process of the
まず、図13に示すように、従来の摩擦圧接工程における第二領域Yは、ピン状フィン120の往復動によってピン状フィン120と接触又は非接触を繰り返すため大気に晒されて冷却される。これに対し、図4の(a)に示すように、本実施形態の摩擦圧接工程では、基板2とピン状フィン3とが非接触となる領域が形成されたとしても、基板2を予め加熱しているため、当該領域の温度低下を抑制することができる。これにより、図4の(b)〜(d)に示すように、フィレット4の下面4aと基板2の表面2aとが確実に接合(付着)されるため、接合強度を高めることができるとともに、接合欠陥の発生を防ぐことができる。
First, as shown in FIG. 13, the second region Y in the conventional friction welding process is cooled by being exposed to the atmosphere in order to repeat contact or non-contact with the pin-shaped
一方、図5の(a)〜(d)の網掛けで示す領域(発熱部Z1)は、摩擦工程の進行に伴って摩擦熱が発生する領域を段階的に示している。図5の(a)に示すように、本実施形態では基板2を予め加熱しているため、基板2とピン状フィン3とが常に接触する領域と、非接触となる領域との摩擦熱の不均衡を小さくすることができる。これにより、摩擦工程の初期段階において、ピン状フィン3の先端が従来よりも大きく軟化するため、発熱部Z1は円形か、若しくは、円形に近い形状を呈する。図5の(b)〜(d)に示すように、発熱部Z1は、摩擦工程が進行すると振幅方向(往復動方向)の長さ寸法と直交方向(振幅方向に直交する方向)の長さ寸法とが略一定の割合で徐々に大きくなる。つまり、発熱部Z1は、摩擦工程が進行すると、図5の(a)の初期状態に対して略相似状に大きくなる。
On the other hand, the area (heat generating part Z1) indicated by hatching in FIGS. 5A to 5D shows an area where frictional heat is generated step by step as the friction process proceeds. As shown in FIG. 5A, since the
フィレット4の形状は、摩擦熱の影響を受けることから、発熱部Z1の形状の変形に伴って略相似状に大きくなる。これにより、フィレット4は、従来よりも、振幅方向の長さ寸法と直交方向の長さ寸法の差を小さくすることができる。よって、本実施形態の摩擦圧接工程によれば、接合部の振幅方向と直交方向との接合強度のばらつきを抑制することができる。つまり、基板2とピン状フィン3とをバランス良く接合することができる。
Since the shape of the
また、基板2を予め加熱することで、摩擦工程の際にピン状フィン3を従来よりも早く軟化させることができるため、摩擦工程の時間を短くすることができる。
In addition, by heating the
<引張試験>
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、図6の(a)に示す第一試験体1A及び第二試験体1Bを、後記する複数の加熱温度に合わせてそれぞれ8体ずつ形成して引張試験を行った。第一試験体1A及び第二試験体1Bは、同形状からなり、いずれも基板2と、複数のピン状フィン3とで構成されている。基板2とピン状フィン3との接合部にはそれぞれフィレット4が形成されている。複数のピン状フィン3は、基板2の対向する片に沿って一列ずつ並設されている。
<Tensile test>
Next, examples of the present invention will be described. In this example, the
基板2は、縦95mm、横95mm、板厚5mmに設定した。ピン状フィン3は、外径2.4mm、長さ60mmに設定した。第一試験体1Aの基板2の材料は銅C1020−1/2H(JIS)を用い、ピン状フィン3の材料はアルミニウム合金A1070(JIS)を用いた。一方、第二試験体1Bの基板2の材料は銅C1020−1/2H(JIS)を用い、ピン状フィン3の材料はアルミニウム合金A4043(JIS)を用いた。実施例の製造方法における接合条件は、図7に示すとおりである。
The
なお、銅C1020−1/2H(JIS)は、Cu;99.96%以上で形成された無酸素銅である。1/2Hとは、引張強さが調質1/4Hと3/4Hの中間となるように加工硬化させたものである。
アルミニウム合金A1070(JIS)は、Si;0.20%以下、Fe;0.25%以下、Cu;0.04%以下、Mn;0.03%以下、Mg;0.03%以下、Zn;0.04%以下、V;0.05%以下、Ti;0.03以下、その他;0.03%以下、Al;99.70%以上で構成されている。
アルミニウム合金A4043(JIS)は、Si;4.5〜6.0%以下、Fe;0.8%以下、Cu;0.30%以下、Mn;0.05%以下、Mg;0.05%以下、Zn;0.10%以下、Ti;0.20以下、その他;0.15%以下、Al;残部で構成されている。
Copper C1020-1 / 2H (JIS) is oxygen-free copper formed of Cu; 99.96% or more. 1 / 2H is work-hardened so that the tensile strength is intermediate between tempered 1 / 4H and 3 / 4H.
Aluminum alloy A1070 (JIS) is Si; 0.20% or less, Fe; 0.25% or less, Cu; 0.04% or less, Mn; 0.03% or less, Mg; 0.03% or less, Zn; 0.04% or less, V; 0.05% or less, Ti; 0.03% or less, others; 0.03% or less, Al; 99.70% or more.
Aluminum alloy A4043 (JIS) is Si: 4.5-6.0% or less, Fe: 0.8% or less, Cu: 0.30% or less, Mn: 0.05% or less, Mg: 0.05% Hereinafter, Zn: 0.10% or less, Ti: 0.20 or less, others: 0.15% or less, Al: the balance.
実施例の製造方法は前記した実施形態と概ね同等であるが、図7に示すように、実施例の摩擦圧接工程では、基板2の加熱温度を25℃,250℃,300℃,350℃,400℃,450℃,475℃,500℃と8段階に設定し、加熱温度ごとに第一試験体1A及び第二試験体1Bを形成した。アルミニウムの融点は、約660℃であるため、加熱温度を500℃より大きく設定するとピン状フィン3が溶融するおそれがある。したがって、基板2の加熱温度の上限は500℃に設定した。なお、実施例の製造方法では、図6の(a)に示すM方向を振幅方向(往復動方向)に設定した。N方向は、M方向に直交する直交方向である。
Although the manufacturing method of the example is almost the same as that of the above-described embodiment, as shown in FIG. 7, in the friction welding process of the example, the heating temperature of the
引張試験においては、図6の(b)に示すように、基板2の一部を切断して、基板2と一本のピン状フィン3とからなる試験片を採取して行った。図6の(c)に示すように、フィレット4の最大径φmaxと最小径φminはノギスで計測した。
In the tensile test, as shown in FIG. 6B, a part of the
図8は、実施例の基板加熱温度と接合強度の関係を示すグラフである。図8に示す結果R1は、第一試験体1Aの接合強度の結果を示している。一方、結果R2は、第二試験体1Bの接合強度の結果を示している。結果R1に示すように、第一試験体1Aでは基板2の加熱温度が400℃以上500℃以下であると、少なくとも50MPa以上の接合強度が得られることがわかった。また、結果R2に示すように、第二試験体1Bでは基板2加熱温度が350℃であると少なくとも30MPaを超える接合強度が得られ、400℃以上500℃以下であると、少なくとも90MPa以上の接合強度が得られることがわかった。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the substrate heating temperature and the bonding strength in the example. A result R1 shown in FIG. 8 indicates the result of the bonding strength of the
また、図8の点線S1はアルミニウム合金A1070からなるピン状フィン3の母材強度(引張強度)を示し、点線S2はアルミニウム合金A4043からなるピン状フィン3の母材強度(引張強度)を示す。結果R1(アルミニウム合金A1070)では、基板2の加熱温度が400℃以上500℃以下であると、接合強度が母材強度の50%以上に達することがわかった。言い換えると、基板2の加熱温度が400℃未満であると、接合強度は母材強度の50%未満になることがわかった。
8 indicates the base material strength (tensile strength) of the pin-shaped
結果R2(アルミニウム合金A4043)では、基板2の加熱温度が400℃以上500℃以下であると、接合強度が母材強度の80%以上に達することがわかった。言い換えると、基板2の加熱温度が400℃未満であると、接合強度は母材強度の80%未満になることがわかった。
In the result R2 (aluminum alloy A4043), it was found that the bonding strength reached 80% or more of the base material strength when the heating temperature of the
図9は、実施例の接合部の断面ミクロ組織図である。図9の左欄に示すように、基板2の加熱温度が350℃であるとフィレット4の幅方向両側が基板2と接合されず、接合欠陥Q,Qが形成されていることがわかった。一方、図9の右欄に示すように、加熱温度が475℃であると基板2の表面2aとフィレット4の下面とが全体的に接合され、接合部に接合欠陥は見られなかった。加熱温度が475℃である場合は、接合界面に1μm程度の極薄い銅・アルミニウム反応層が確認でき、両者が金属的に接合していることがわかった。
FIG. 9 is a cross-sectional microstructure diagram of the joint portion of the example. As shown in the left column of FIG. 9, it was found that when the heating temperature of the
図8及び図9を勘案すると、基板2の加熱温度を400〜500℃に設定すると、接合部に接合欠陥がなく、十分な接合強度が得られることがわかった。
Considering FIGS. 8 and 9, it was found that when the heating temperature of the
図10は、実施例の基板加熱温度とフィレット直径比の関係を示すグラフである。なお、当該グラフでは、ピン状フィン3の材料の別を問わず同じ形状(ひし形)のプロット点で結果を示している。フィレット直径比とは、図6の(c)に示すように、フィレット4の最大径φmaxに対する最小径φminの値である。図10に示すように、フィレット直径比は、基板2の加熱温度の増加に伴って1.0に近づくことがわかった。また、フィレット直径比が0.75以上となる基板2の加熱温度は400℃であることがわかった。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the substrate heating temperature and the fillet diameter ratio in the example. In the graph, the result is shown by plot points having the same shape (diamond) regardless of the material of the pin-shaped
図11は、実施例のフィレット直径比と接合効率の関係を示すグラフである。なお、当該グラフでは、ピン状フィン3の材料の別を問わず同じ形状(ひし形)のプロット点で結果を示している。接合効率とは、引張試験で得られた接合強度(図8参照)を各材料のピン状フィン3の母材強度で除した値である。なお、接合強度および母材強度は、引張試験における破断荷重をピン状フィン3の母材の当初断面積で除したものである。このため、接合効率は100%を超える場合もあり得る。
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the fillet diameter ratio of the example and the joining efficiency. In the graph, the result is shown by plot points having the same shape (diamond) regardless of the material of the pin-shaped
図11に示すように、フィレット直径比が0.75以上となると接合効率が40%以上となることがわかった。つまり、フィレット4の最大径φmaxと最小径φminとの差が小さいと、接合効率も高くなることがわかった。一方、フィレット直径比が0.75未満であると、接合効率も40%未満となり接合効率が低くなることがわかった。図10及び図11の結果を勘案すると、加熱温度が400℃以上であるとフィレット直径比が0.75以上になるとともに、十分な接合強度が得られることがわかった。つまり、加熱温度が400℃以上であると、バランス良く、かつ、強固に接合されていることがわかった。
As shown in FIG. 11, it has been found that when the fillet diameter ratio is 0.75 or more, the joining efficiency is 40% or more. That is, it has been found that when the difference between the maximum diameter φmax and the minimum diameter φmin of the
<ピン状フィン接合率試験>
また、本実施例では、図6の(a)に示す第二試験体1B(アルミニウム合金A4043)を後記する複数の振幅に合わせて5体ずつ形成してピン状フィン接合率試験を行った。ピン状フィン接合率試験では、第二試験体1B(ピン状フィン3が合計40本立設されている)を形成して、脱落、折損せずに基板2に接合されたピン状フィン3の本数割合を算出した。
<Pin-shaped fin joint rate test>
Further, in this example, the
ピン状フィン接合率試験では、摩擦圧接工程の振幅を0.8mm、1.0mm、1.2mm、1.6mm、1.8mmに設定し、それぞれの振幅で試験体を形成した。また、基板2の加熱温度は一律350℃に設定した。図12に示すように、振幅が1.2mm以上であると、ピン状フィン接合率が70%以上となることがわかった。また、振幅が1.2mm未満であると、ピン状フィン接合率が70%未満となることがわかった。したがって、摩擦圧接工程における振幅は、1.2〜1.8mmに設定することが好ましいことがわかった。
In the pin-shaped fin bonding rate test, the amplitude of the friction welding process was set to 0.8 mm, 1.0 mm, 1.2 mm, 1.6 mm, and 1.8 mm, and test specimens were formed with the respective amplitudes. The heating temperature of the
1 ヒートシンク
2 基板
3 ピン状フィン
4 フィレット
1
Claims (3)
第一治具に400〜500℃に加熱された前記基板を配置するとともに、第二治具から複数の前記ピン状フィンの先端部が露出するように、前記第二治具の複数の孔部に複数の前記ピン状フィンを配置する準備工程と、
加熱された前記基板の表面に複数の前記ピン状フィンの端面を突き合わせるとともに、前記第一治具及び前記第二治具を相対移動させることで前記基板と前記ピン状フィンとを直線状に往復動させて摩擦圧接を行う摩擦圧接工程と、を含むことを特徴とするヒートシンクの製造方法。 A method of manufacturing a heat sink comprising a copper or copper alloy substrate and a plurality of aluminum or aluminum alloy pin-like fins erected on the substrate,
The plurality of holes of the second jig are arranged so that the substrate heated to 400 to 500 ° C. is disposed on the first jig and the tips of the plurality of pin-shaped fins are exposed from the second jig. A preparation step of arranging a plurality of the pin-shaped fins in
The end surfaces of the plurality of pin-shaped fins are butted against the surface of the heated substrate, and the substrate and the pin-shaped fins are linearly moved by relatively moving the first jig and the second jig. A method of manufacturing a heat sink, comprising: a friction welding process for reciprocating and performing friction welding.
前記基板と複数の前記ピン状フィンとの接合部に形成された前記ピン状フィンと同じ材質のフィレットは、その最大径に対する最小径の比が0.75〜0.99になっているとともに、前記接合部の接合界面に極薄い銅・アルミニウム反応層が存在していることを特徴とするヒートシンク。 A heat sink have a pin-shaped fins made of a plurality of aluminum or aluminum alloy substrate made of copper or a copper alloy is erected on the substrate,
The fillet of the same material as the pin-shaped fin formed at the joint between the substrate and the plurality of pin-shaped fins has a ratio of the minimum diameter to the maximum diameter of 0.75 to 0.99 , A heat sink, characterized in that an extremely thin copper / aluminum reaction layer exists at the joint interface of the joint .
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