JPH0780045B2 - ヒートシンクの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、アルミニウム製のベースプレートと、このベ
ースプレートに固着された多数のアルミニウム製のフィ
ンとからなるヒートシンクを製造するヒートシンクの製
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、押出成型に
より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
ートシンクを製造できないと同時に、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、ベースプレートとフィンとを別個に製作し、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。

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57-121262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、予備熱融着はんだ層を形成する。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） 真空ろう付けでは、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、ろう付け後すぐ
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肉のものをは
んだ付けする場合と異なり、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時に予備熱融着
はんだ層と積層金属化領域とを突合わせて単に加熱する
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の製造
方法は、アルミニウム製のベースプレートと、このベー
スプレートに固着された多数のアルミニウム製のフィン
とからなるヒートシンクを製造するヒートシンクの製造
方法において、前記ベースプレートの前記フィンとの当
接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、
多数の前記フィンを前記ベースプレートに取付けられる
状態に重ね合わせ、その当接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と前記フ
ィンとのはんだメッキ部分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ものである。

（作用） ベースプレートの上面およびフィンの下面をアルミ用は
んだに浸漬して超音波振動装置により振動させるので、
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
プレートの上面およびフィンの下面に付着し、迅速かつ
良好にはんだメッキの層が得られる。また振動させなが
らはんだメッキを加熱するので、溶融したベースプレー
トのはんだメッキとフィンのはんだメッキとが迅速に一
体化しかつ良好にベースプレートおよびフィンに付着す
る。またアルミ用はんだは融点が低いのではんだメッキ
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、ベースプレートとフィンとの接
合が迅速でかつベースプレートに反りが生じない。

多数のフィンの当接面に一度にはんだメッキを施し、そ
のはんだメッキによりベースプレートに一度に接合する
ので、生産性が非常によくなり、またフィンとベースプ
レートの接合も堅固になる。

（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製造
方法により製造されたヒートシンクの正面図で、１はア
ルミニウム製の板状のベースプレートであり、このベー
スプレート１上には、下端部が直角に折曲されたアルミ
ニウム製の板状の多数のフィン２が固着されている。

第２図〜第５図は本発明の一実施例におけるヒートシン
クの製造方法の説明図で、第１図および第２図はメッキ
工程を示している。アルミ用はんだ３の溶融槽４はヒー
タ５を備えており、アルミ用はんだ３はヒータ５により
400〜420℃程度に加熱されて溶融している。アルミ用は
んだ３は具体的には例えば日本アルミット社製のAM350
で、亜鉛95重量％、アルミニウム５重量％程度の組成で
ある。溶融槽４の近傍には超音波振動装置６が配置され
ており、超音波振動装置６の超音波振動板７は先端側ほ
ぼ半分がアルミ用はんだ３の液面よりも若干下側に位置
している。超音波振動板７の振動周波数は例えば18kHz
程度である。溶融槽４および超音波振動装置６を用いた
メッキ工程により、第４図のようにベースプレート１の
上面とフィン２の下面とにはんだメッキ８の層が形成さ
れる。第５図は接着工程を示しており、加熱バーナ10を
備えた加熱装置11と、その周囲に配置された複数の加熱
バーナ12とにより、ベースプレート１およびフィン２の
はんだメッキ８が加熱溶融される。加熱装置11上には超
音波振動装置（本体部分は図示せず）の振動板13が配置
されており、ベースプレート１およびフィン２を振動さ
せる。

ベースプレート１とフィン２との接合に際しては、まず
第２図のように、溶融槽４内のアルミ用はんだ３を溶融
させておいて、超音波振動装置６を作動させ、ベースプ
レート１の上面を下向きにして超音波振動板７上に載置
する。所定時間経過後、ベースプレート１を超音波振動
板７上から取出すと、ベースプレート１に付着したアル
ミ用はんだ３が固化し、第４図のようにベースプレート
１の上面にはんだメッキ８の層が形成される。次に第３
図のように、溶融槽４内のアルミ用はんだ３を溶融させ
ておいて、超音波振動装置６を作動させ、ベースプレー
ト１上に配置されるだけの数のフィン２を図外の治具等
により一体に保持して、これらフィン２の下面を下向き
にして超音波振動板７上に載置する。所定時間経過後、
フィン２を超音波振動板７上から取出すと、フィン２に
付着したアルミ用はんだ３が固化し、第４図のようにフ
ィン２の下面にはんだメッキ８の層が形成される。次に
第５図のように、加熱装置11上の振動板13の上に、ベー
スプレート１を上面を上向きにして載置し、その上に所
定数のフィン２を前記治具等で一体に保持したまま下面
を下向きにして載置して、はんだメッキ８の層を加熱装
置11および加熱バーナ12により加熱し、溶融させる。所
定時間経過後、ベースプレート１およびフィン２を振動
板13上から取出すと、溶融したはんだメッキ８の層が固
化し、ベースプレート１とフィン２とが完全に接合され
る。

このように、ベースプレート１の上面およびフィン２の
下面をアルミ用はんだ３に浸漬して超音波振動装置６に
より振動させるので、粘度が高くぬれ性の悪いアルミ用
はんだ３が良好にベースプレート１の上面およびフィン
２の下面に付着し、迅速かつ良好にはんだメッキ８の層
が得られる。また振動板13により振動させながらはんだ
メッキ８を加熱するので、酸化被膜の形成を良好に阻止
でき、溶融したベースプレート１のはんだメッキ８とフ
ィン２のはんだメッキ８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２に付着する。またアル
ミ用はんだ３は融点が低いのではんだメッキ８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２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。また本実施
例のように、加熱装置11以外に加熱バーナ12により側面
からも加熱することにより、フィン２のはんだメッキ８
を迅速に溶融させることができる。

（別の実施例） 上記実施例においては、ベースプレート１の上面にはん
だメッキ８の層を形成した後に、フィン２の下面にはん
だメッキ８の層を形成したが、この順は逆でもよい。さ
らには同じあるいは別の溶融槽４により双方同時に行な
ってもよい。

また上記実施例においては、ベースプレート１上に固着
するだけの数のフィン２を一体に保持してはんだメッキ
８を形成したが、同時にはんだメッキ８を形成するフィ
ン２の数は全く任意であり、自由に決定してよい。

また上記実施例においては、接合工程において振動板13
によりベースプレート１およびフィン２を振動させた
が、この振動は必ずしも超音波振動装置を用いる必要は
なく、例えばメカニカルな振動装置を用いてもよい。

また上記実施例においては、接着工程において加熱装置
11および加熱バーナ12によりはんだメッキ８の層を加熱
したが、加熱手段はこのような構成に限られるものでは
なく、他の各種の加熱装置を用いることができる。例え
ばベースプレート１およびフィン２を振動装置と共にコ
ンベヤにより搬送してトンネル炉を通過させることによ
り、はんだメッキ８の層を溶融させることもできる。

また上記実施例においては、メッキ工程において超音波
振動板７上にベースプレート１あるいはフィン２を載置
したが、超音波振動板７とベースプレート１あるいはフ
ィン２とは若干の間隔をあけて相対向させてもよい。

また上記実施例においては、矩形板状のベースプレート
１とほぼ矩形板状のフィン２とを接合したが、これらベ
ースプレート１およびフィン２の形状は矩形板状に限ら
れるものではない。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、ベースプレートの
上面およびフィンの下面をアルミ用はんだに浸漬して超
音波振動装置により振動させるので、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の上面お
よびフィンの下面に付着し、迅速かつ良好にはんだメッ
キの層が得られる。また振動板により振動させながらは
んだメッキを加熱するので、酸化被膜の形成を良好に阻
止でき、溶融したベースプレートのはんだメッキとフィ
ンのはんだメッキとが迅速に一体化しかつ良好にベース
プレートおよびフィンに付着する。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、
ベースプレートとフィンとの接合が迅速でかつベースプ
レートに反りが生じない。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の反りを良好
に防止できる。

多数のフィンに１個ずつはんだメッキを施し、１個ずつ
ベースプレートに接合していたのでは、手間がかかり、
生産性が極度に悪くなるという問題がある。しかも、フ
ィンを接合する際においては、先に接合されているフィ
ンとベースプレートとの接合部のはんだまでも溶融され
てしまい、接合されているフィンの接合強度が弱くなる
という問題がある。これに対し、本発明は、多数のフィ
ンの当接面に一度にはんだメッキを施し、そのはんだメ
ッキによりベースプレートに一度に接合するので、上記
の問題点をすべて解消できる。

【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製造
方法により製造されたヒートシンクの正面図、第２図〜
第５図は本発明の一実施例におけるヒートシンクの製造
方法の説明図である。 １……ベースプレート、２……フィン、３……アルミ用
はんだ、４……溶融槽、８……はんだメッキ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミニウム製のベースプレートと、この
   ベースプレートに固着された多数のアルミニウム製のフ
   ィンとからなるヒートシンクを製造するヒートシンクの
   製造方法において、 前記ベースプレートの前記フィンとの当接面を溶融槽内
   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、 多数の前記フィンを前記ベースプレートに取付けられる
   状態に重ね合わせ、その当接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と前記フィンとのはんだメッキ部分
   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。