JPH0323061A - ヒートシンクの接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ヒートシンクの接合方法に関し、さらに詳
しくいうと、コンピュータなどの高速演算処理素子や大
電力用半導体素子などのモールド面に接触させて熱を奪
うヒートシンクの、フレームとフィンとを接合するため
のヒートシンクの接合方法に関するものである。

［従来の技術］ 第３図（ａ）〜（ｄ）は、従来のヒートシンクのフィン
材とフレーム材との接合方法（ここでは半田付け）を順
次に示す外観図であり、第ｌのフレーム（１）は半田だ
め溝（２）が加工されており、銅などの高伝熱材からな
っている。フィン（３）は半田付け温度では溶融しない
材料のスベーサ（４）を挟み、等ピッチで並べられて半
田だめ溝（２）に差し込まれている。フィン（３）はフ
レーム（１）と同一材料からなっている。フレーム（１
）の下面には、同図（ａ）に示すように、半田が溶融す
る温度以上に昇温可能なヒータ（５）が置かれている。

この状態で、全体を半田の溶融温度以上に」二げ、同図
（ｂ）に示すように、次に半田（６）をフレーム（１）
に接触させ溶かして流し込み、半田だめ溝（２）の中を
溶融した半田で満たす。そして、ヒータ（５）から部品
全体をはずし、冷却し、半田を固める。同様にして、同
図（Ｃ）に示すように、残りの第２のフレーム（７）を
半田付けする。その後、同図（ｄ）に示すように、フレ
ーム（１）とフレーム（７）に結合される、これらフレ
ームと同一材料でなる底板（８）を半田付けする。

以上のヒートシンクは、半導体素子などに接触して配置
し、フィン（３）間に熱交換流体を流して素子を冷却す
る。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のような従来のヒートシンクの接合方法は、産業工
程が３つに分かれており、また、溶融した半田などの接
合材が、うまくフィンの間に流れてゆかず、さらにフィ
ンのピッチが狭くなると、第４図に示すように、フィン
の間を半田が上がって行き、熱交換流路をつめたり（Ａ
部）、所望の部位に接合材が流れていかない接合材不足
を起こし足り（Ｂ部）する。そして、大気中で作業して
いるため、熱交換面が酸化し、酸洗いを半田付け後に行
わねばならなかった。

また、炉中ろう付けでは熱交換面を酸化させることはな
くなるが、前記のろう材の流れ過ぎによる熱交換流路を
つめたり、所望の部位にろう材が流れないろう材不足を
起こしたりする。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、ｌ工程で接合作業を完了させ、かつ、酸洗い
などの後処理を必要としないヒートシンクの接合方法を
得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るヒートシンクの接合方法は、粉状、ペー
スト状のろう状または半田材接合材と総称するに、高熱
伝導性の金属粉末を混入させ、加熱時に消失するバイン
ダーで混ぜ合わせ、接合材を適当な粘度を持つ半液状に
し、接合温度においてろう材の流れ性を悪くし、かつ粉
状、ベースト状の接合材の熱伝導性の悪さを接合材中に
混入する粉末の特性により補って、両フレームと底板を
同時に接合する。

し作　用１ この発明においては、接合材に金属粉末を混入したので
、接合部の熱伝導性不足を補い、作業時間を短縮する。

し実施例］ 以下、この発明の一実施例について（ここでは、ろう付
けについて）第１図を参照して説明する。

第１図において、第１のフレーム（１）は、ろうだめ溝
（２）が切られ、Ｃｕのような高熱伝導材からなってい
る。第２のフレーム（７）は、同じくろうだめ溝（２）
が切られ、第ｌのフレーム（１）と同一材料からなって
いる。底板（８）はフレーム（１），　（７）にろう付
けされ、フレーム（１），　（７）と同一材料でなり、
炉中ろう付け時に底面になる。

フィン（３）は、スベーサ（４）により位置決めされて
等ピッチで並べられ、ろうだめ溝（２）に差し込まれて
おり、Ｃｕのような高熱伝導材からなっている。ろう材
（ｌ６）は、粉状のＮｉろうのようなろう材にＣｕのよ
うな高熱伝導性の金属粉を重量比で６対４混入したもの
である。位置決め治具（９）は、炉中ろう付け時にフレ
ーム（１），　（７）がフィン（３）に対してずれたり
、傾いたりするのを防止するためのものである。

接合手順は、まず、粉状のＮｉのろう材（１６）に、Ｃ
ｕでなる高熱伝導性の金属粉を重・量比で６対４混入さ
せ、ろう付け時に蒸発するバインダーでとぎ、半液状の
ろう材を作る。このとき、ろう材と金属粉の重量比は、
６対４が理想的であるか、３対７まで許容できる。ろう
材が、多すぎるとフィン（３）の狭い部分の隙間をろう
材（ｌ６）が上がって行き、フイン（３）の流路をつめ
てしまい、一部にろう材が多く引き込まれてろうが不足
している部位が発生する（第４図参照）。また、逆にろ
う材（ｌ６）が少なすぎると、フィン（３）に接した金
属粉の所に割れが発生し、接合強度がほとんどなくなり
、使用時の熱サイクルに耐えられなくなる。

粉状のろう材は、熱伝導性が一般に悪く、半田に比較し
熱交換器フィンの接合においては不利である。しかし、
この実施例では、高熱伝導性の金属粉をろう材中に混入
させたことにより、ろう材自身の熱伝導不足を補ってい
る。

次に、ヒートシンクの新しい製造プロセスについて述べ
る。半液状のろう材（ｌ６）を、第ｌ，第２のフレーム
（１），　（７）のろうだめ溝（２）に流し込み、フィ
ン（３）をスペサー（４）により等ピッチを保ちながら
片方づつ差し込む。このとき、ろうだめ溝（２）に流し
込んだろう材（ｌ６）を崩さないように差し込むことが
肝心である。つぎに、底板（８）の上に組み立てた上記
のフレーム（１）．　（７）とフイン（３）をのせ、粉
状のろう付け温度とほぼ同等かそれより低い普通のろう
材を塗り、位置決め治具（９）で固定する。このように
して、組み立てたヒートシンクを炉の中に入れ、粉状の
ろう材（ｌ６）のろう付け温度でろう付けを行う。冷却
後、位置決め治具をはずしヒートシンクが完了する。

なお、上記実施例では粉状のろう材にＸｉろうを使用し
たが、Ｎｉろうよりろう付け温度が低いＭｎＺｎろうな
どでもよく、かつ、粉状だけでなくペースト状のもので
もよい。さらに、粉状に加工した半［１３　材やペース
ト状の半田材でもよく、接合材の種類を細かく規定する
ものではない。

また、金属粉の方も同様で、接合温度で溶融せず、熱伝
導性のよいものであればなんでもよい。

また、上記実施例では、ヒートシンクについて書いたが
、薄板のフィンを端仮に接合し、かつ、熱的に抵抗が少
なく結合する必要のあるような熱交換器であれば、この
接合方法を転用できる。

さらに、フレームに形成したろうため用溝の形状も、上
記実施例のものだけに限るものではなく、第２図に示す
ような形状や、ろう材、半田材のような接合材をある程
度ためることができればどんな形状でもよい。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、粉状、ベスト状の接
合材に、高熱伝導性の金属粉末を混入させた半液状の接
合材で接合するようにしたので、金属粉末が接合材の熱
伝導不足を補い、１工程で接合作業を完戊させ、作業時
間を短縮することができるとともに、接合の信頼性を向
上させ、接合部の熱伝導不足も問題なくなる。そして、
酸洗いなどの後処理を必要としないなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を説明するための斜視図、
第２図は同じくろうだめ用溝の変形の斜視図、第３図（
ａ）〜（ｄ）は従来のヒートシンクの接合方法を説明す
るための斜視図、第４図は同じく作用説明のための一部
断面図である。 （１）　　・・第１のフレーム、（２）・・ろう（半田
）だめ溝（接合用溝）、（３）・・フィン、（４）　　
・・スベーサ、（７）・・第２のフレーム、（８）・・
底板、（９）・・治具、（１６）・・金属粉を混入した
ろう材（接合材）。 なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。 １，７　　フＬ−４ ２　待８唱真 ３．フィン ４．スペー７ ８．広梧 ９　　；台　弊 １６．待合材

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　高熱伝導材の厚板でなり互いに対向する１対のフレー
   ムと、高熱伝導材でなり前記１対のフレームの一端部間
   に結合されている底板と、前記フレームと垂直方向にか
   つ前記底板と平行に前記フレーム間に互いに間隙をおい
   て支持されている高熱伝導材でなる複数個のフインとを
   備え、前記フインの間に熱交換流体を流すようにしてな
   るヒートシンクの接合方法において、 前記フレームと前記フインとを接合材により接合するに
   際し、前記フレームに接合用溝を形成し、粉末状の前記
   接合材に高熱伝導材でなる金属粉を混入して半液状とし
   、前記接合用溝に前記半液状の接合材を塗り、前記フイ
   ンを前記接合用溝に差込んで前記１対のフレーム間に治
   具により挟持して前記フインの両側辺を同時に前記フレ
   ームに接合することを特徴とするヒートシンクの接合方
   法。