JP7273369B2 - アルミニウムのろう付け方法及びろう付け装置 - Google Patents

Description

本発明は、アルミニウムのろう付け方法及びろう付け装置に関する。

なお、本明細書及び特許請求の範囲では、文中に特に明示する場合を除き、「アルミニウム」の語は純アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む意味で用いられる。

半導体チップなどの発熱性素子を冷却する冷却器は、複数の冷却器構成部材を仮組して形成した仮組体についてそのろう付け予定部をろう付けすることにより製造される場合がある。冷却器構成部材としては、冷却器の冷却性能を高めるとともに冷却器の軽量化を図るため、一般にアルミニウム部材が用いられる。また、仮組体のろう付け予定部にはろう材が設けられている。

特開２０１０－２１９０９５号公報（特許文献１）は、冷却器構成部材としてアルミニウム部材を用いた仮組体についてそのろう付け予定部をろう付けすることにより冷却器を製造する方法を開示している。

この製造方法では、仮組体を所定の保持治具により保持するとともに、仮組体のろう付け予定部を保持治具に搭載されたバネの弾性力により常時加圧した状態で仮組体を加熱することにより、ろう付け予定部をろう付けしている。

特開２０１０－２１９０９５号公報

上述した製造方法のように、仮組体等のワークのろう付け予定部をろう付けするため、ろう付け予定部を常時加圧した状態でワークを加熱した場合、次のような難点があった。

すなわち、ワークのろう付け予定部を加圧すると、ワークを構成する複数の部材同士が密着するとともにワークと保持治具も互いに密着した状態になる。そのため、ろう付け予定部を常時加圧した状態でワークを加熱した場合、ワーク（ろう付け予定部）及び保持治具に付着している不純物（例：水、油）がワークの予熱時に十分に蒸発除去されず、その結果、得られるろう付け品（冷却器）の品質に悪影響を及ぼすことがあった。

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、高品質なろう付け品を得ることができるアルミニウムのろう付け方法及びろう付け装置を提供することにある。

本発明は以下の手段を提供する。

１） ろう材が設けられたろう付け予定部を有するアルミニウムワークを加熱するとともに前記ワークの前記ろう付け予定部を加圧手段により加圧することにより、前記ろう付け予定部をろう付けする、アルミニウムのろう付け方法であって、
前記ワークの温度の上昇時において前記ワークの温度が２００℃を超え５２０℃以下の範囲である時間帯をワークの予熱時間帯とするとき、
前記ワークの予熱時間帯の少なくとも一部で、前記加圧手段による前記ろう付け予定部の加圧が行われていない状態にし、
前記ろう材が溶融状態である時間帯の少なくとも一部で、前記加圧手段により前記ろう付け予定部を加圧した状態にする、アルミニウムのろう付け方法。

２） ワークの温度が５２０℃を超えた時であって前記ろう材の溶融開始時よりも前から前記加圧手段により前記ろう付け予定部を加圧した状態にする前項１記載のアルミニウムのろう付け方法。

３） 前記加圧手段は、ろう付け炉内に配置された受けダイ及び押圧ダイを備えており、
前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイは加熱されており、
前記ろう付け炉内において、前記受けダイで受けられた前記ワークを前記受けダイと前記押圧ダイとの間で挟圧することにより、前記ろう付け予定部を加圧し、
前記ろう付け炉内において、前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイの熱を前記ワークに伝導伝熱により伝えることにより、前記ワークを加熱する前項１又は２記載のアルミニウムのろう付け方法。

４） 前記ろう付け炉内の雰囲気が不活性ガス雰囲気であり、
前記ろう付け予定部をフラックスを使用しないでろう付けする前項３記載のアルミニウムのろう付け方法。

５） 前記ワークは、冷却器を構成する複数のアルミニウム部材が仮組みされて形成された仮組体からなる前項１～４のいずれかに記載のアルミニウムのろう付け方法。

６） ろう材が設けられたろう付け予定部を有するワークを加熱するとともに前記ワークの前記ろう付け予定部を加圧することにより、前記ろう付け予定部をろう付けするろう付け装置であって、
内部にワークが配置されるろう付け炉と、
前記ろう付け炉内に配置されたワークのろう付け予定部を加圧する加圧手段とを具備し、
前記加圧手段は、前記ろう付け炉内に配置された受けダイ及び押圧ダイを備えるとともに、前記受けダイで受けられたワークを前記受けダイと前記押圧ダイとの間で挟圧することにより、ワークのろう付け予定部を加圧するものであり、
前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイは加熱されるとともに、前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイの熱がワークに伝導伝熱により伝わることによりワークを加熱するものである、ろう付け装置。

７） アルミニウムからなるワークのろう付け予定部をろう付けするものであり、
前記ろう付け炉は予熱室と加熱室を備え、
前記予熱室には、前記加圧手段の前記受けダイ及び前記押圧ダイとして第１受けダイ及び第１押圧ダイが配置されており、
前記加熱室には、前記加圧手段の前記受けダイ及び前記押圧ダイとして第２受けダイ及び第２押圧ダイが配置されており、
前記予熱室では、ワークの温度が２００℃を超え５２０℃以下の範囲になるようにワークが予熱され、
前記加熱室では、前記予熱室で予熱されたワークがその温度がワークのろう材の融点以上になるように加熱される前項６記載のろう付け装置。

８） ワークの温度が２００℃を超え５２０℃以下の範囲である時間帯をワークの予熱時間帯とするとき、
前記第１受けダイ及び前記第１受けダイは、ワークの予熱時間帯の少なくとも一部でワークを挟圧しないように構成されるとともに、
前記第２受けダイ及び前記第２受けダイは、ワークのろう材が溶融状態である時間帯の少なくとも一部でワークを挟圧するように構成されている前項７記載のろう付け装置。

本発明は以下の効果を奏する。

前項１では、ワークの予熱時間帯の少なくとも一部で加圧手段によるろう付け予定部の加圧が行われていない状態にすることにより、ワークや保持治具に付着している不純物を確実に蒸発除去することができる。そして、ろう材が溶融状態である時間帯の少なくとも一部で加圧手段によりろう付け予定部を加圧した状態にすることにより、高品質なろう付け品を得ることができる。

前項２では、ワークの温度が５２０℃を超えた時であってろう材の溶融開始時よりも前から加圧手段によりろう付け予定部を加圧した状態にすることにより、高品質なろう付け品を確実に得ることができる。

前項３では、ろう付け炉内に配置された受けダイと押圧ダイとの間でワークを挟圧することによりろう付け予定部を加圧するので、ワークを保持する保持治具にバネ等の加圧手段を必ずしも搭載することを要せず、保持治具の構造を簡素化できる。これにより、保持治具のコストを削減できるし、しかも保持治具の熱容量を少なくすることができて、加熱効率が向上し加熱コストも削減できる。さらに、加熱効率が向上することでろう付け炉内における保持治具の滞留時間を短くできるので、複数のワークのろう付けを行う場合でも準備しておかなければならない保持治具の数も少なくすることができ、保持治具の準備及び管理にかかるコストも低減する。

さらに、受けダイ及び押圧ダイのうち少なくとも受けダイの熱をワークに伝導伝熱により伝えることによりワークを加熱するので、ワークを加熱するために熱を放射伝導（輻射伝導）によりワークに伝える場合に比べて加熱効率が高く、これによりろう付けに要する時間を短縮できる。

前項４では、前項３のろう付け方法によってろう付けに要する時間を短縮できるので、ワークのろう付け予定部の酸化の進行が抑制される。そのため、ろう付け雰囲気を必ずしも高真空にすることを要せず、ろう付け雰囲気が不活性ガス雰囲気である場合でもフラックスを使用せずにろう付け予定部をろう付けすることができる。

前項５では、高品質なろう付け品として冷却器を得ることができる。

前記６～８では、上述したろう付け方法に好適に用いることができるろう付け装置を提供できる。

図１は、本発明の一実施形態に係るアルミニウムのろう付け方法によりろう付けされるアルミニウムワークとしての仮組体の概略正面図である。 図２は、同仮組体と受けダイと押圧ダイとを、仮組体を受けダイと押圧ダイとの間で挟圧する途中の状態で示す概略正面図である。 図３は第１の加圧パターンを示すグラフである。 図４は第２の加圧パターンを示すグラフである。 図５は第３の加圧パターンを示すグラフである。 図６は第４の加圧パターンを示すグラフである。 図７は本発明の一実施形態に係るろう付け装置の概略図である。

次に、本発明の一実施形態について図面を参照して以下に説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るアルミニウムのろう付け方法は、半導体チップ等の発熱性素子（図示せず）を冷却するアルミニウム製冷却器６を製造する際に用いられるものである。

冷却器６は、冷却器６を構成する複数のアルミニウム部材として、アルミニウム製ベース板４とアルミニウム製放熱フィン５とを備えている。放熱フィン５は、波頂部と波底部が交互に連続するコルゲート状に形成されている。そして、ベース板４と放熱フィン５が本実施形態のろう付け方法によりろう付け一体化されることにより、冷却器６が得られる。

ベース板４と放熱フィン５がろう付け一体化される前の状態において、ベース板４はアルミニウムブレージングシートからなるものであり、したがってベース板４の片面に層状のろう材３がクラッドされている。そして、放熱フィン５の複数の波頂部上にベース板４がそのろう材３が複数の波頂部側（即ち下側）に向くように載置されており、これにより、ベース板４と放熱フィン５が仮組みされて仮組体１が形成されている。仮組体１におけるベース板４と放熱フィン５の複数の波頂部との接触部２がろう付けされることにより、冷却器６が得られる。

本実施形態では、アルミニウムワークは上述の仮組体１からなる。仮組体１におけるベース板４と放熱フィン５の複数の波頂部との接触部２が仮組体（ワーク）１のろう付け予定部２である。

仮組体１において、ベース板４の層状ろう材３の表面には微細な凹凸が形成されており、放熱フィン５の各波頂部の表面にも微細な凹凸が形成されており、そのため、仮組体１のろう付け予定部２にはこれらの凹凸に起因する隙間（図示せず）が形成されている。

ろう材３の材料は限定されるものではなく、ろう材としてアルミニウム合金系ろう材（例：Ａｌ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系ろう材）等が用いられる。

次に、仮組体１のろう付け予定部２をろう付けする方法について以下に説明する。

仮組体１のろう付け予定部２をろう付けする場合、図２に示すように、仮組体１は保持治具１０により保持され、そして、ろう付け炉の内部３１ａにおいて所定のろう付け雰囲気中にて仮組体１が加熱されるとともに仮組体１のろう付け予定部２が加圧手段に２０より加圧されることにより、ろう付け予定部２がろう付けされる。

保持治具１０は、耐熱性を有する材料（例：ステンレス鋼、カーボン）製のものであり、仮組体１が載置される底板１１と、底板１１に立設された複数の支柱１２と、底板１１上に載置された仮組体１上に載置される押圧板１３とを備えている。

支柱１２の外周面にはネジ山が形成されている。押圧板１３には各支柱１２が挿通される上下方向（即ち押圧板１３の厚さ方向）に貫通した複数の貫通孔１３ａが穿設されている。押圧板１３は上下方向に移動可能にその各貫通孔１３ａに支柱１２が挿通されるとともに、底板１１上に載置された仮組体１（詳述すると仮組体１のベース板４）上に載置されており、更に、各支柱１２の上端部にナット１４が螺合している。押圧板１３はこのナット１４によって仮組体１上に載置された状態に維持されている。これにより、仮組体１は保持治具１０の底板１１と押圧板１３との間で仮組状態に保持されている。

上述した加圧手段２０は、ろう付け炉の内部３１ａに上下方向に対向状に配置された一対の受けダイ２１及び押圧ダイ２３を備えている。

受けダイ２１は、保持治具１０により保持された仮組体１を保持治具１０ごとその下側から受けるものである。

さらに、受けダイ２１はその内部に設けられた電気ヒータ等からなる熱源２５（これを説明の便宜上「下熱源２６」という）を備えており、この下熱源２６により受けダイ２１が加熱されている。

仮組体１が受けダイ２１で受けられた状態では、受けダイ２１は保持治具１０（詳述すると保持治具１０の底板１１）に略面接触状態に接触している。そのため、受けダイ２１の熱が受けダイ２１から保持治具１０（詳述すると保持治具１０の底板１１）と仮組体１とに順次、伝導伝熱により伝わり、これにより、仮組体１が加熱されて仮組体１の温度が上昇する。

なお本発明では、仮組体１が受けダイ２１で受けられた状態において、受けダイ２１が保持治具１０ではなく仮組体１に接触していてもよい。この場合、受けダイ２１の熱が受けダイ２１から仮組体１に伝導伝熱により伝わり、これにより、仮組体１が加熱されて仮組体１の温度が上昇する。

押圧ダイ２３は、受けダイ２１の上側において受けダイ２１に対して対向状に配置されている。受けダイ２１と押圧ダイ２３は、押圧ダイ２３が受けダイ２１に対して相対的に接離方向に移動しうるように構成されている。押圧ダイ２３が受けダイ２１に対して接近する方向２４に相対的に移動することにより、押圧ダイ２３が保持治具１０の押圧板１３を介して仮組体１に押し付けられ、これにより、仮組体１が受けダイ２１と押圧ダイ２３との間で挟圧されて仮組体１のろう付け予定部２がベース板４と放熱フィン５の波頂部とが密着する方向に加圧される。

さらに、押圧ダイ２３はその内部に設けられた電気ヒータ等からなる熱源２５（これを説明の便宜上「上熱源２７」という）を備えており、この上熱源２７により押圧ダイ２３が加熱されている。

受けダイ２１と押圧ダイ２３との間で仮組体１が挟圧された状態では、押圧ダイ２３は保持治具１０（詳述すると保持治具１０の押圧板１３）に略面接触状態に接触している。そのため、押圧ダイ２３の熱が押圧ダイ２３から保持治具１０（詳述すると保持治具１０の押圧板１３）と仮組体１とに順次、伝導伝熱により伝わり、これにより、仮組体１が更に加熱される。

なお本発明では、受けダイ２１と押圧ダイ２３との間で仮組体１が挟圧された状態において、押圧ダイ２３が保持治具１０ではなく仮組体１に接触してもよい。この場合、押圧ダイ２３の熱が押圧ダイ２３から仮組体１に伝導伝熱により伝わり、これにより、仮組体１が更に加熱される。

上述したろう付け雰囲気は限定されるものではなく、不活性ガス（例：窒素ガス、アルゴンガス）雰囲気、真空（例：高真空、低真空）などであり、本実施形態では不活性ガス雰囲気である。

仮組体１のろう付け予定部２をろう付けする場合、受けダイ２１で受けられた仮組体１は受けダイ２１及び押圧ダイ２３のうち少なくとも受けダイ２１の熱が上述したように仮組体１に伝導伝熱により伝わることにより加熱されるとともに、仮組体１のろう付け予定部２は加圧手段２０（受けダイ２１、押圧ダイ２３）により所定の加圧パターンに従って加圧される。なお、仮組体１が加熱される前の仮組体１の温度は通常、略室温である。

図３～６は、加圧手段２０による好ましい幾つかの具体的な加圧パターンを示している。

各図において、下のグラフは仮組体１の昇温パターン（即ち仮組体１の温度の時間変化）を示しており、上のグラフは仮組体１の当該昇温パターンにおける加圧手段２０による加圧パターンを示している。また、下のグラフにおいて、横軸は仮組体１の昇温時間ｔであり、縦軸は仮組体１の温度Ｔ（その単位：℃）である。上のグラフにおいて、横軸は下のグラフと同じく仮組体１の昇温時間ｔであり、縦軸は加圧手段２０による仮組体１の加圧力Ｐである。なお、これらの図に示した仮組体１の昇温パターンは同じである。

また、各図の下のグラフにおいて、「Ｔｍ」は仮組体１のろう材３の融点であり、５２０℃よりも高い温度である。具体的にはろう材３が例えばＡｌ－Ｓｉ系ろう材である場合、Ｔｍは約５８０℃～約６００℃である。仮組体１のベース板４及び放熱フィン５の融点はＴｍよりも高い。

「Ａ」は、仮組体１の温度Ｔの上昇時における２００℃を超え５２０℃以下の温度範囲を示しており、この範囲Ａを「仮組体１の予熱温度範囲Ａ」という。また、この予熱温度範囲Ａの時間帯（即ち、仮組体１の温度Ｔが２００℃を超え５２０℃以下の範囲である時間帯）を「仮組体の予熱時間帯Ｂ」という。

ｔ１及びｔ２はそれぞれ仮組体１の温度Ｔが２００℃及び５２０℃のときの時刻である。したがって、仮組体１の予熱時間帯Ｂの開始時刻はｔ１よりも後であり、仮組体１の予熱時間帯Ｂの終了時刻はｔ２である。

ｔ３はろう材３の溶融開始時刻であり、ｔ４は溶融したろう材３の凝固開始時刻である。

「Ｃ」は、ろう材３が溶融状態である時間帯であり、この時間帯Ｃを以下では「ろう材３の溶融時間帯Ｃ」ともいう。この溶融時間帯Ｃはｔ３～ｔ４である。

各図の上のグラフにおいて、「Ｐ０」は加圧手段２０により仮組体１のろう付け予定部２を加圧した時にろう付け予定部３に加わる加圧力である。Ｐ０は限定されるものではないが、０．０２～０．４ＭＰａであることが特に好ましい。

本実施形態では、仮組体１のろう付け予定部２をろう付けする場合、図３～６に示した第１～第４の加圧パターンのように、仮組体１の予熱時間帯Ｂの少なくとも一部で加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が行われていない状態にし、ろう材３の溶融時間帯Ｃの少なくとも一部で加圧手段２０によりろう付け予定部２を加圧した状態にする必要がある。各加圧パターンについて以下に説明する。

＜第１の加圧パターン（図３）＞
図３に示した第１の加圧パターンでは、仮組体１のろう材３の溶融時間帯Ｃの一部でのみ、加圧手段２０により仮組体１のろう付け予定部２を加圧した状態になっている。したがって、仮組体１の予熱時間帯Ｂ及び当該時間帯Ｂよりも前では、加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧は行われていない。

詳述すると、仮組体１の温度Ｔが略室温からろう材３の融点Ｔｍよりも低い温度である時間帯（即ちｔ＜ｔ３の時）では、加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧は行われていない。仮組体１の昇温時間ｔがろう材３の溶融開始時刻ｔ３よりも後で（即ちｔ３＜ｔの時）加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が開始され、仮組体１の昇温時間ｔが溶融したろう材３の凝固開始時刻ｔ４よりも前に（即ちｔ＞ｔ４の時）加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が除去されている。このとき、ろう付け予定部２は、加圧が開始された時から加圧が除去される時までの間、加圧された状態に維持されている。

＜第２の加圧パターン（図４）＞
図４に示した第２の加圧パターンでは、仮組体１の予熱時間帯Ｂ及び当該時間帯Ｂよりも前では、加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧は行われていない。仮組体１の温度Ｔが５２０℃を超えた時（ｔ２＜ｔの時）であってろう材３の溶融開始時刻ｔ３よりも前から（即ちｔ＞ｔ３の時）加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が開始され、溶融したろう材３の凝固開始時刻ｔ４よりも前に（即ちｔ＞ｔ４の時）加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が除去されている。このとき、ろう付け予定部２は、加圧が開始された時から加圧が除去される時までの間、加圧された状態に維持されている。

＜第３の加圧パターン（図５）＞
図５に示した第３の加圧パターンでは、仮組体１の予熱時間帯Ｂよりも前から（即ちｔ＞ｔ１の時）加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が開始され、仮組体１の予熱時間帯Ｂの途中で（即ちｔ１～ｔ２の間で）加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が除去され、この除去状態が予熱時間帯Ｂの終了時刻（即ち仮組体１の温度Ｔが５２０℃のときの時刻ｔ２）まで維持されている。したがって、仮組体１の予熱時間帯Ｂの一部では、加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧は行われていない。このとき、ろう付け予定部２は、加圧が開始された時から加圧が除去される時までの間、加圧された状態に維持されている。この加圧を、説明の便宜上、仮組体１の予熱時間帯Ｂの加圧といい、そのときの加圧力を仮組体１の予熱時間帯Ｂの加圧力という。

そして、仮組体１の温度Ｔが５２０℃を超えろう材３の融点Ｔｍよりも低い温度である時間帯（即ちｔ２＜ｔ＜ｔ３の時）では、加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧は行われていない。

ろう材３の溶融開始時刻ｔ３よりも後で（即ちｔ３＜ｔの時）加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が開始され、溶融したろう材３の凝固開始時刻ｔ４よりも前に（即ちｔ＞ｔ４の時）加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が除去されている。このとき、ろう付け予定部２は、加圧が開始された時から加圧が除去される時までの間、加圧された状態に維持されている。この加圧を、説明の便宜上、ろう材３の溶融時間帯Ｃの加圧といい、その加圧力をろう材３の溶融時間帯Ｃの加圧力という。

仮組体１の予熱時間帯Ｂの加圧力とろう材３の溶融時間帯Ｃの加圧力はともにＰ０であり等しい。ただし本発明では、両方の加圧力は等しいことに限定されるものではなく相異していてもよい。

＜第４の加圧パターン（図６）＞
図６に示した第４の加圧パターンでは、上述した第３の加圧パターンと同じく、仮組体１の予熱時間帯Ｂよりも前から（即ちｔ＞ｔ１の時）加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が開始され、仮組体１の予熱時間帯Ｂの途中で（即ちｔ１～ｔ２の間で）加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が除去され、この除去状態が予熱時間帯Ｂの終了時刻（即ち仮組体１の温度Ｔが５２０℃のときの時刻ｔ２）まで維持されている。したがって、仮組体１の予熱時間帯Ｂの一部では、加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧は行われていない。このとき、ろう付け予定部２は、加圧が開始された時から加圧が除去される時までの間、加圧された状態に維持されている。

そして、仮組体１の温度Ｔが５２０℃を超えた時（即ちｔ２＜ｔの時）であってろう材３の溶融開始時刻ｔ３よりも前から（即ちｔ＞ｔ３の時）加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が開始され、溶融したろう材３の凝固開始時刻ｔ４よりも前に（即ちｔ＞ｔ４の時）加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が除去されている。このとき、ろう付け予定部２は、加圧が開始された時から加圧が除去される時までの間、加圧された状態に維持されている。

仮組体１の予熱時間帯Ｂの加圧力とろう材３の溶融時間帯Ｃの加圧力はともにＰ０であり等しい。ただし本発明では、両方の加圧力は等しいことに限定されるものではなく相異していてもよい。

本実施形態のろう付け方法によれば、仮組体１の予熱時間帯Ｂの少なくとも一部で加圧手段２０によるろう付け予定部２の加圧が行われていない状態にすることにより、仮組体１や保持治具１０に付着している不純物（例：水、油）を確実に蒸発除去することができる。そして、ろう材３の溶融時間帯Ｃの少なくとも一部で加圧手段２０によりろう付け予定部２を加圧した状態にすることにより、ろう付け予定部２の隙間が小さくなり、これにより、溶融したろう材３が毛管作用によって当該隙間にて濡れ広がって当該隙間に充填される。そのため、ろう付け予定部２を良好にろう付けすることができて、高品質な冷却器６を得ることができる。

さらに、図４及び６に示した第２及び第４の加圧パターンのように、仮組体１の温度が５２０℃を超えた時であってろう材３の溶融開始時刻ｔ３よりも前から加圧手段２０によりろう付け予定部２を加圧した状態にすることにより、溶融したろう材３がろう付け予定部２の隙間にて均一に濡れ広がる。そのため、ろう付け予定部２を確実に良好にろう付けすることができて、高品質な冷却器６を確実に得ることができる。

これに対して、仮組体１の温度Ｔが２００℃以下である時間帯でろう付け予定部２の加圧を行わない状態にしても、仮組体１や保持治具１０に付着している不純物が殆ど蒸発せず、不純物の除去効果が殆ど得られない。仮組体１の温度Ｔが５２０℃を超えた時間帯では不純物及びその蒸発ガスによる仮組体１の酸化が進行するので、これを抑制するため、仮組体１の温度が５２０℃以下のときに不純物を除去しておく必要がある。仮組体１の予熱温度範囲Ａの特に好ましい範囲は４００℃を超え５００℃以下である。

さらに、本実施形態のろう付け方法によれば、ろう付け炉の内部３１ａに配置された加圧手段２０の受けダイ２１と押圧ダイ２３との間で仮組体１を挟圧することによりろう付け予定部２を加圧するので、次の利点がある。

すなわち、上述した従来のろう付け方法では、仮組体を保持する保持治具は、仮組体のろう付け予定部を常時加圧するためのバネを搭載している。したがって、保持治具はバネの反力に耐えうる構造を有しており、そのため保持治具の熱容量が大きい。

一方、本実施形態のろう付け方法では、保持治具１０にバネ等の加圧手段が搭載されておらず、保持治具１０の構造が簡素である。そのため、保持治具１０のコストを削減できるし、しかも保持治具１０の熱容量を少なくすることができて、加熱効率が向上し加熱コストも削減できる。さらに、加熱効率が向上することでろう付け炉の内部３１ａにおける保持治具１０の滞留時間を短くできるので、複数の仮組体のろう付けを行う場合でも準備しておかなければならない保持治具１０の数も少なくすることができ、その結果、保持治具１０の準備及び管理にかかるコストも低減する。

さらに、受けダイ２１及び押圧ダイ２３のうち少なくとも受けダイ２１の熱を仮組体１に伝導伝熱により伝えることにより仮組体１を加熱するので、仮組体１を加熱するために熱を放射伝導（輻射伝導）により仮組体１に伝える場合に比べて加熱効率が高く、これによりろう付けに要する時間を短縮できる。

しかも、上述したようにろう付けに要する時間を短縮できるので、仮組体１のろう付け予定部２の酸化の進行が抑制される。そのため、ろう付け雰囲気を高真空にする必要がなく、ろう付け雰囲気が不活性ガス雰囲気である場合でもフラックスを使用せずにろう付け予定部２をろう付けすることができる。

上記実施形態のろう付け方法は、図７に示したろう付け装置３０によって好適に行うことができる。

ろう付け装置３０は、仮組体１を加熱するとともに仮組体１のろう付け予定部２を加圧ることにより、ろう付け予定部２をろう付けするものである。

具体的には、ろう付け装置３０は、内部３１ａに仮組体１が配置されるろう付け炉３１を具備しており、更に、ろう付け炉３１の内部３１ａに配置された仮組体１のろう付け予定部２を加圧する二つの第１加圧手段２０Ａ及び第２加圧手段２０Ｂを上述した加圧手段２０として具備している。

ろう付け炉３１は、準備室３２と予熱室３３と加熱室３４と冷却室３５を備えており、この記載の順にこれらが一列に並んで設置されている。互いに隣接する室間には隔壁３９が設けられている。

第１加圧手段２０Ａは、予熱室３３に上下方向に対向状に配置された一対の第１受けダイ２１Ａ及び第１押圧ダイ２３Ａを備えている。第１受けダイ２１Ａ及び第１押圧ダイ２３Ａは、上述した加圧手段２０の受けダイ２１及び押圧ダイ２３と同じ構成を有している。したがって、第１受けダイ２１Ａはその内部に設けられた第１下熱源２６Ａにより加熱されており、第１押圧ダイ２３Ａはその内部に設けられた第１上熱源２７Ａにより加熱されている。

第２加圧手段２０Ｂは、加熱室３４に上下方向に対向状に配置された一対の第２受けダイ２１Ｂ及び第２押圧ダイ２３Ｂを備えている。第２受けダイ２１Ｂ及び第２押圧ダイ２３Ｂは、上述した加圧手段２０の受けダイ２１及び押圧ダイ２３と同じ構成を有している。したがって、第２受けダイ２１Ｂはその内部に設けられた第２下熱源２６Ｂにより加熱されており、第２押圧ダイ２３Ｂはその内部に設けられた第２上熱源２７Ｂにより加熱されている。

さらに、ろう付け装置３０は、第１加圧手段２０Ａ及び第２加圧手段２０Ｂの動作を制御する制御器４０を備えている。

詳述すると、制御器４０は、予熱室３３に配置された仮組体１について仮組体１の予熱時間帯Ｂの少なくとも一部で第１加圧手段２０Ａによるろう付け予定部２の加圧を行わないように第１加圧手段２０Ａの動作を制御するとともに、加熱室３４に配置された仮組体１についてそのろう材３の溶融時間帯Ｃの少なくとも一部で第２加圧手段２０Ｂによりろう付け予定部２を加圧するように第２加圧手段２０Ｂの動作を制御するものである。

次に、本実施形態のろう付け装置３０を用いて仮組体１のろう付け予定部２をろう付けする方法について以下に説明する。

まず、仮組体１を保持治具（１０、図２参照）により保持した状態でろう付け炉３１の外側の入口部３６に配置されたテーブル４５上に載置する。そして、仮組体１は保持治具ごと入口部３６からろう付け炉３１の準備室３２、予熱室３３、加熱室３４及び冷却室３５に順次、所定の搬送手段により搬送され、その後、冷却室３５からろう付け炉３１の外側の出口部３７に搬送される。

ろう付け炉３１の各隔壁３９には、仮組体１が通過する貫通孔（図示せず）が設けられており、仮組体１がろう付け炉３１における互いに隣接する一方の室から他方の室に搬送される時、仮組体１はこの貫通孔を通過する。

ろう付け炉３１の入口部３６に配置された仮組体１が入口部３６からろう付け炉３１の準備室３２に搬送されると、ろう付け炉３１の各室内に不活性ガス（例：窒素ガス、アルゴンガス）が供給バルブ４２を介して供給されるとともに各室の空気が排出バルブ４３を介して排出され、これにより、各室内の雰囲気が空気雰囲気から不活性ガス雰囲気に置換される。そして、仮組体１が準備室３２から予熱室３３、加熱室３４及び冷却室３５に順次搬送される。

ここで本発明では、各室の雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換するため、各室の空気を真空ポンプ（図示せず）により排出バルブ４３を介して排出して各室を一時的に真空状態にし、その後、各室に不活性ガスを供給バルブ４２を介して供給することにより、各室の雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換してもよい。この場合、各室を一時的に真空状態にしたときの真空度は高真空である必要はなく０．５～１０Ｐａ程度でよい。

予熱室３３では、仮組体１は保持治具により保持された状態でその下側から第１受けダイ２１Ａで受けられる。すると、第１受けダイ２１Ａの熱が第１受けダイ２１Ａから保持治具（詳述すると保持治具の底板）を介して仮組体１に伝導伝熱により伝わり、これにより仮組体１が加熱されて仮組体１の温度が略室温から上昇する。

予熱室３３では、仮組体１はその温度が略室温から５２０℃に到達するまで加熱される。この温度範囲は仮組体１の予熱温度範囲Ａを含んでいる。仮組体１のろう付け予定部２は予熱室３３において第１加圧手段２０Ａにより加圧されるか又は加圧されない。ろう付け予定部２が加圧される場合は、仮組体１の予熱時間帯Ｂの少なくとも一部で、第１加圧手段２０Ａによるろう付け予定部２の加圧が行われていない状態にされ、すなわち第１受けダイ２１Ａと第１押圧ダイ２３Ａとの間で仮組体１が挟圧されていない状態にされる。

予熱室３３において仮組体１の温度が５２０℃を超えた時、仮組体１が予熱室３３から加熱室３４に搬送される。

加熱室３４では、仮組体１は保持治具により保持された状態でその下側から第２受けダイ２１Ｂで受けられる。すると、第２受けダイ２１Ｂの熱が第２受けダイ２１Ｂから保持治具（詳述すると保持治具の底板）を介して仮組体１に伝導伝熱により伝わり、これにより仮組体１が加熱されて仮組体１の温度が更に上昇する。

加熱室３４では、仮組体１はその温度が仮組体１のろう材３の融点Ｔｍ以上になるように加熱され、そして所定の時間経過後に仮組体１の加熱が停止される。

加熱室３４では、ろう材３の溶融時間帯Ｃの少なくとも一部で、第２加圧手段２０Ｂによりろう付け予定部２が加圧された状態にされ、すなわち第２受けダイ２１Ｂと第２押圧ダイ２３Ｂとの間で仮組体１が挟圧された状態にされる。

そして、加熱室３４において仮組体１の温度がろう材３の融点Ｔｍ未満に低下した時、溶融したろう材３が凝固し、これによりろう付け予定部２がろう付けされる。その後、仮組体１が加熱室３４から冷却室３５に搬送される。

冷却室３５では、仮組体１はテーブル４６上に載置されて冷却される。そして、仮組体１の温度が十分に低下した時、具体的には例えば３００℃以下になった時、仮組体１が冷却室３５からろう付け炉３１の外側の出口部３７に搬送される。

ここで本発明では、予熱室３３には、仮組体１を加熱する熱源として、第１受けダイ２１Ａの下熱源２６Ａ及び第１押圧ダイ２３Ａの上熱源２７Ａとは別の熱源が設けていてもよい。また同じく、加熱室３４には、仮組体１を加熱する熱源として、第２受けダイ２１Ｂの下熱源２６Ｂ及び第２押圧ダイ２３Ｂの上熱源２７Ｂとは別の熱源が設けていてもよい。

さらに本発明では、仮組体１及び保持治具１０に付着していた不純物が予熱室３３にて蒸発して発生した不純物の蒸発ガスを予熱室３３から排出するため、予熱室３３に不活性ガスを供給することで蒸発ガスを排出してもよいし、真空ポンプにより蒸発ガスを排出してしてもよい。

以上で本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。

本発明は、アルミニウムのろう付け方法及びろう付け装置に利用可能である。

１：仮組体（ワーク） ２：ろう付け予定部
３：ろう材 ６：冷却器
１０：保持治具 ２０：加圧手段
２０Ａ：第１加圧手段 ２０Ｂ：第２加圧手段
２１：受けダイ ２１Ａ：第１受けダイ
２１Ｂ：第２受けダイ ２３：押圧ダイ
２３Ａ：第１押圧ダイ ２３Ｂ：第２押圧ダイ
２５：熱源 ３０：ろう付け装置
３１：ろう付け炉 ３２：準備室
３３：予熱室 ３４：加熱室
３５：冷却室

Claims (8)

1. ろう材が設けられたろう付け予定部を有するアルミニウムワークを加熱するとともに前記ワークの前記ろう付け予定部を加圧手段により加圧することにより、前記ろう付け予定部をろう付けする、アルミニウムのろう付け方法であって、
   前記ワークの温度の上昇時において前記ワークの温度が２００℃を超え５２０℃以下の範囲である時間帯をワークの予熱時間帯とするとき、
   前記ワークの予熱時間帯の少なくとも一部で、前記加圧手段による前記ろう付け予定部の加圧が行われていない状態にし、
   前記ろう材が溶融状態である時間帯の少なくとも一部で、前記加圧手段により前記ろう付け予定部を加圧した状態にする、アルミニウムのろう付け方法。
2. ワークの温度が５２０℃を超えた時であって前記ろう材の溶融開始時よりも前から前記加圧手段により前記ろう付け予定部を加圧した状態にする請求項１記載のアルミニウムのろう付け方法。
3. 前記加圧手段は、ろう付け炉内に配置された受けダイ及び押圧ダイを備えており、
   前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイは加熱されており、
   前記ろう付け炉内において、前記受けダイで受けられた前記ワークを前記受けダイと前記押圧ダイとの間で挟圧することにより、前記ろう付け予定部を加圧し、
   前記ろう付け炉内において、前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイの熱を前記ワークに伝導伝熱により伝えることにより、前記ワークを加熱する請求項１又は２記載のアルミニウムのろう付け方法。
4. 前記ろう付け炉内の雰囲気が不活性ガス雰囲気であり、
   前記ろう付け予定部をフラックスを使用しないでろう付けする請求項３記載のアルミニウムのろう付け方法。
5. 前記ワークは、冷却器を構成する複数のアルミニウム部材が仮組みされて形成された仮組体からなる請求項１～４のいずれかに記載のアルミニウムのろう付け方法。
6. ろう材が設けられたろう付け予定部を有するワークを加熱するとともに前記ワークの前記ろう付け予定部を加圧することにより、前記ろう付け予定部をろう付けするろう付け装置であって、
   内部にワークが配置されるろう付け炉と、
   前記ろう付け炉内に配置されたワークのろう付け予定部を加圧する加圧手段とを具備し、
   前記加圧手段は、前記ろう付け炉内に配置された受けダイ及び押圧ダイを備えるとともに、前記受けダイで受けられたワークを前記受けダイと前記押圧ダイとの間で挟圧することにより、ワークのろう付け予定部を加圧するものであり、
   前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイは加熱されるとともに、前記受けダイ及び前記押圧ダイのうち少なくとも前記受けダイの熱がワークに伝導伝熱により伝わることによりワークを加熱するものである、ろう付け装置。
7. アルミニウムからなるワークのろう付け予定部をろう付けするものであり、
   前記ろう付け炉は予熱室と加熱室を備え、
   前記予熱室には、前記加圧手段の前記受けダイ及び前記押圧ダイとして第１受けダイ及び第１押圧ダイが配置されており、
   前記加熱室には、前記加圧手段の前記受けダイ及び前記押圧ダイとして第２受けダイ及び第２押圧ダイが配置されており、
   前記予熱室では、ワークの温度が２００℃を超え５２０℃以下の範囲になるようにワークが予熱され、
   前記加熱室では、前記予熱室で予熱されたワークがその温度がワークのろう材の融点以上になるように加熱される請求項６記載のろう付け装置。
8. ワークの温度が２００℃を超え５２０℃以下の範囲である時間帯をワークの予熱時間帯とするとき、
   前記第１受けダイ及び前記第１受けダイがワークの予熱時間帯の少なくとも一部でワークを挟圧しないように構成されるとともに、
   前記第２受けダイ及び前記第２受けダイがワークのろう材が溶融状態である時間帯の少なくとも一部でワークを挟圧するように構成されている請求項７記載のろう付け装置。

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