JPH0340460A - ヒートシンクの製造方法 - 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） 本発明はアルミニウム製のヒートシンクおよびその製造
方法に関するものである。

（従来の技術） 一般的にアルミニウム製のヒートシンクは、全体を押出
成型により一体的に製造することが多かった。しかし押
出成型では、成型可能なヒートシンクの大きさに限りが
あり、大きなヒートシンクを’ＩＪＪできないと同時に
、フィンピッチの小さなヒートシンクを製造することも
できなかった。

そこで、ベースプレートと多数のフィンとを別個に製造
し、これらを互いに真空ろう付けにより接合することが
試みられている。この場合も、各フィンは押出成型によ
り製造されていた。

一方、半導体装置の製造に際して、アルミニウム放熱体
とセラミックス基板とをはんだ付けする技術が知られて
いる（例えば特開昭５７−１２１２８２号公報参照）。

これは、まずアルミニウム放熱体上に鉛−錫系のはんだ
シートを載置し、このはんだシートに加熱した超音波振
動子を押付けて、予備熱融着はんだ鳩を形成する。そし
て半導体素子を取付けたセラミックス基板にタングステ
ン−ニッケル等の積層金属化領域を形成し、この積層金
属化領域と予備熱融着はんだ層とを突合わせて加熱する
ことにより、アルミニウム放熱体とセラミックス基板と
をはんだ付けするものである。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来のヒートシンクでは、ヒートシンク全体あるい
は各フィンが押出成型により製造されていたので、フィ
ンの厚みを充分に薄くすることができず、したがってフ
ィンピッチも充分に小さくできないことから、充分な軽
量化および小形化を図れなかった。また製造時にフィン
ピッチを一定に保つために複雑な形状の治具を必要とし
、しかも製造後にフィンに衝撃等が加わった場合、フィ
ンが変形して容易にフィンピッチが狂ってしまう。

この問題はフィンの厚みが薄いほど顕著である。

また従来のアルミニウム放熱体とセラミックス基板とを
はんだ付けする方法においては、真空ろう付けを行なう
ので、本質的に接合時間が長く、またろうの溶融温度が
６００℃程度と高いために真空容器内を相当高温に加熱
してろう付けを行なうので、ろう付は後すぐに真空容器
からヒートシンクを取出すと、温度の急変によりヒート
シンクの変形や酸化等が生じる。このため真空容器内で
ヒートシンクを一定温度まで冷却する必要があるが、自
然冷却では余りにも多くの時間を要し、生産能率が非常
に悪い。また不活性ガス等により強制冷却した場合、費
用がかかると同時に、フィンの熱放散率が高いためベー
スプレートの両面間に温度差を生じて反りが発生し、矯
正が困難である。このようにベースプレートとフィンと
は共に面積のわりに厚さが薄いので、エンジンのインテ
ークマニホールド等のように厚内のものをはんだ付けす
る場合と具なり、種々の問題を生じる。

また上記従来の半導体装置の製造方法は、アルミニウム
放熱体とセラミックス基板とを接合するものであるため
、これをそのままアルミニウム製ヒートシンクを製造す
るのに用いると、種々の不都合が生じる。すなわち、は
んだシートとして鉛−錫系のものを用いるので、アルミ
ニウム同士を接合した場合、接合が不充分である。また
加熱した超音波振動子を押付けてはんだシートを溶融さ
せるので、大量生産には不向きである。またアルミニウ
ム放熱体とセラミックス基板との接合目に予備熱融着は
んだ層と積層金属化領域とを突合わせてｌｊに加熱する
だけであるので、接合が不充分である。

（課題を解決するための手段） 上記課題を解決するため、本発明のヒートシンクは、ア
ルミニウム製のベースプレートと、打ち抜きにより形成
されたアルミニウム製の薄板からなり前記ベースプレー
トの一方の面に超音波振動によるはんだメッキにより固
着され“た相互に平行な多数のフィンとを設け、前記フ
ィンに各々複数の切り起こしを形威し、これら切り起こ
しの先端を隣接フィンに当接させてフィン間の間隔を所
定値に保つ構成としたものである。

また本発明のヒートシンクの製造方法は、ロール状に巻
回された帯状のアルミニウム製の薄板を一定方向に送り
出し、この薄板を連続的に予熱し、さらに薄板を鉛直姿
勢で溶融槽内のアルミニウム用はんだに浸漬して超音波
振動を加えることにより薄板の幅方向一端面に連続的に
はんだメッキを施し、この薄板を長手方向所定寸法に接
断すると共に複数の切り起こしを形成して連続的にフィ
ンを得る工程と、ベースプレートを予熱し、その−方の
面を溶融槽内のアルミニウム用はんだに浸漬して超音波
振動を加えることによりはんだメッキを施す工程と、前
記ベースプレートの一方の面と多数の前記フィンの幅方
向一端面とを互いに当接させて振動を加えつつ加熱する
ことによりはんだメッキを溶融させて接合する工程とを
含むものである。

（作用） フィンの切り起こしの先端が隣接するフィンに当接し、
フィンの平行度およびピッチが自然に規定通りに定まる
。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図に基づいて説
明する。

第１図は本発明の一実施例におけるヒートシンクの外観
斜視図で、アルミニウム製のベースプレート１は平板状
であり、ベースプレート１の一方の面には超音波振動に
よるはんだメッキ２が施されている。ベースプレート１
の一方の面には打ち抜きにより形成されたアルミニウム
製の薄板からなる多数のフィン３が相互に平行に配置さ
れており、フィン３のベースプレート１との当接面すな
わち幅方向一端面およびその近傍には超音波振動による
はんだメッキ４が施されている。ベースプレート１とフ
ィン３とははんだメッキ２とはんだメッキ４とを溶融さ
せて一体化することにより互いに固着されている。各フ
ィン３にはフィン３の一方の面側に突出する相互に突出
長の等しい多数の切り起こし５が２列に形成されており
、切り起こし５の先端は隣接するフィン３に当接してい
る。

第２図は上記ヒートシンクを得るための製造方法の一部
を構成するフィン３の製造工程の説明図で、ロール状に
巻回されたアルミニウム製ノ惜状の薄板８は図外の支持
装置にまり軸芯回りに回動自在に支持されており、図外
の引取装置により第２図の右方向に水平姿勢で送り出さ
れる。この薄板８は１対のローラ９により案内され、１
対のローラ１０により鉛直姿勢に姿勢変換されて、加熱
炉１１に送り込まれ、４５０〜５００℃程度の温度で予
熱される。そしてメッキ装置１２を通過する間に溶融槽
１３内の４５０〜５００℃程度の温度で溶融したアルミ
用はんだにより下端部すなわち幅方向一端面およびその
近傍にはんだメッキ４が施される。アルミ用はんだは具
体的には例えば日本アルミツト社製のＡＭ３５０で、亜
鉛９５重量％、アルミニウム５重量％程度の組成である
。なお図示していないが、溶融槽１３の近傍には超音波
振動装置が配置されており、超音波振動装置の超音波振
動板が溶融槽１３内のアルミ用はんだの液面よりも若干
下側に位置していて、超音波振動を加えながらはんだメ
ッキ４が施される。超音波振動板の振動周波数は例えば
１８ＫＩＺ程度である。メッキ装置１２を通過した薄板
８は、１対のローラ１４により案内され、１対のローラ
１５により水平姿勢に姿勢変換されて、複数のローラ１
６により案内されてプレス装置１７に送り込まれる。そ
して薄板８はプレス装置１７により長手方向所定寸法に
横断されると同時に、多数の切り起こし５が形成される
。このようにして、第３図のようなフィン３が連続的に
製造される。

第４図は上記ヒートシンクを得るための製造方法の一部
を構成するベースプレート１のメッキ工程の説明図で、
床面上所定高さの載置に水平に設置されたレール２０に
案内されて自走する複数の搬送装置２１によりベースプ
レート１が各々１個ずつ搬送され、まず加熱炉２２内に
搬入される。

ベースプレート１は加熱炉２２内で４５０〜５００℃程
度の温度で予熱され、搬送装置２１により溶融槽２３内
の４５０〜５００℃程度の温度で溶融したアルミ用はん
だに浸漬されて、一方の面にはんだメッキ２が施される
。このとき、超音波振動装置２４の超音波振動板２５に
より超音波振動か加えられる。アルミ用はんだは具体的
には例えば日本アルミツト社製のＡＭ３５０で、亜鉛９
５重量％、アルミニウム５重工％程度の組成である。超
音波振動板２５の振動周波数は例えば１８ＫＩｌｚ程度
である。

メッキ完了後、ベースプレート１は搬送装置２１により
所定の場所に搬出される。このようにして一方の面には
んだメッキ２が施されたベースプレート１が完成する。

第５図は上記ヒートシンクを得るための製造方法の一部
を構成するベースプレート１とフィン３との接合工程の
説明図で、まず架台２８上にベースプレート１を一方の
面を上向きにして載置し、ベースプレート１上に所定数
のフィン３を幅方向一端面を下向きにして載置する。こ
のとき治具２９により多数のフィン３を一体的に結合さ
せておく。各フィン３には多数の切り起こし５が形成さ
れているので、切り起こし５の先端が隣接するフィン３
に当接することにより、フィン３の平行度およびピッチ
は自然に規定通りに定まる。次にこれをコンベヤ装置３
０上に載置すると、加熱炉３１内に搬入され、所定温度
に加熱された後、振動装置３２により’１ａｔｆＪをか
けられた状態で振動を加えられる。これによりはんだメ
ッキ２．４の表面に形成された酸化被膜が良好に破壊さ
れ、しかも新たな酸化被膜の形成を確実に阻止されて、
はんだメッキ２とはんだメッキ４とが良好に溶融一体化
する。この後位置修正装置３３によりベースプレート１
とフィン３との相対的な位置ずれを修正されて、加熱炉
３１から搬出される。これにより溶融一体化したはんだ
メッキ２．４が固化し、ベースプレート１とフィン３と
が強固に接合され、架台３４上に第１図のようなヒート
シンクが得られる。

（発明の効果） 以上説明したように本発明のヒートシンクによれば、フ
ィン３が打ち抜きにより形成された薄板からなるので、
押出成型したフィンと比較してフィン３の厚みおよびピ
ッチを充分に小さくでき、軽量化を実現できると同時に
、必要に応じて小形化も可能になる。またフィン３に複
数の切り起こし５が形成されており、切り起こし５の先
端が隣接するフィン３に当接しているので、フィン３の
平行度およびピッチが自然に規定通りに定まり、製造四
においてベースプレート１とフィン３との接合作業を容
易に行なえると同特に、完成後においてもフィン３が変
形して平行度やピッチが狂うことがない。

また本発明のヒートシンクの製造方法によれば、多数必
要とするフィン３を連続的に製造できるので、生産能率
を飛躍的に向上させることができる。

またはんだメッキ２．４の形成時に超音波振動を与える
ので、粘度が高くぬれ性の悪いアルミ用はんだが良好に
ベースプレート１の一方の面および薄板８の幅方向一端
面に付着し、迅速かつ良好にはんだメッキ２，４の層が
得られる。またベースプレート１とフィン３との接合時
に振動させながらはんだメッキ２．４を加熱するので、
酸化被膜を良好に破壊できると同時に新たな酸化被膜の
形成を確実に阻止でき、溶融したはんだメッキ２とはん
だメッキ４とが迅速に一体化しかつ良好にベースプレー
ト１およびフィン３に付着する。またアルミ用はんだは
融点が低いのではんだメッキ２゜４を溶融させるための
加熱温度は低くてよく、しかも真空容器を用いずに大気
中で加熱するので例えば大気中に放置するとかファンに
より強制空冷するとか加熱後の冷却を自由にコントロー
ルでき、ベースプレート１とフィン３との接合が迅速で
かつベースプレート１に反りが生じない。以上の結果、
全体の大きさやフィンのピッチ等にかかわらず、強固な
ヒートシンクを能率良く製造でき、しかもベースプレー
ト１の反りを良好に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるヒートシンクの外観
斜視図、第２図は本発明の一実施例におけるヒートシン
クの製造方法の一部を構成するフィンの製造工程の説明
図、第３図はフィンの外観斜視図、第４図は本発明の一
実施例におけるヒートシンクの製造方法の一部を構成す
るベースプレートのメッキ工程の説明図、第５図は同ヒ
ートシンクの製造方法の一部を構成するベースプレート
とフィンとの接合工程の説明図である。 １・・・ベースプレート、２．４・・・はんだメッキ、
３・・・フィン、５・・・切り起こし、８・・・薄板、
１３゜２３・・・溶融檜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．アルミニウム製のベースプレートと、打ち抜きによ
   り形成されたアルミニウム製の薄板からなり前記ベース
   プレートの一方の面に超音波振動によるはんだメッキに
   より固着された相互に平行な多数のフィンとを設け、前
   記フィンに各々複数の切り起こしを形成し、これら切り
   起こしの先端を隣接フィンに当接させてフイン間の間隔
   を所定値に保つ構成としたことを特徴とするヒートシン
   ク。
2. ２．ロール状に巻回された帯状のアルミニウム製の薄板
   を一定方向に送り出し、この薄仮を連続的に予熱し、さ
   らに薄板を鉛直姿勢で溶融槽内のアルミニウム用はんだ
   に浸漬して超音波振動を加えることにより薄板の幅方向
   一端面に連続的にはんだメッキを施し、この薄板を長手
   方向所定寸法に接断すると共に複数の切り起こしを形成
   して連続的にフィンを得る工程と、ベースプレートを予
   熱し、その一方の面を溶融槽内のアルミニウム用はんだ
   に浸漬して超音波振動を加えることによりはんだメッキ
   を施す工程と、前記ベースプレートの一方の面と多数の
   前記フィンの幅方向一端面とを互いに当接させて振動を
   加えつつ加熱することによりはんだメッキを溶融させて
   接合する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。