JPH10128531A

JPH10128531A - ヒートパイプ式ヒートシンクの製造方法

Info

Publication number: JPH10128531A
Application number: JP29010896A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kuzuu; 茂葛生
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Showa Aluminum Can Corp
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-19

Abstract

(57)【要約】【課題】製造工程を簡素化すると共に、溶接箇所を少
なくすることによって、生産性を向上させることができ
るパネル型ヒートパイプ式ヒートシンクの製造方法を提
供すること。【解決手段】アルミニウム製パネル型ヒートパイプ２
の上下両面に、両面アルミニウムブレージングシート１
２を介してアルミニウム製放熱用フィン８を配置する。
前記ヒートパイプ２の作動流体注入口７に作動流体注入
用ノズル１１を非接合状態に接続すると共に、この接続
部にノズル接合用ろう材１３を配置する。前記ヒートパ
イプ２と前記フィン８をろう付けする際に、同時に前記
ノズル接合用ろう材１３を加熱溶融して前記注入口７に
前記ノズル１１を接合一体化する。次いで、作動流体を
注入したのち、前記注入口７を封止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体素子など
の各種発熱体を冷却する、ヒートパイプ式ヒートシンク
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のヒートシンクとして、パネル型
ヒートパイプの少なくとも片面に放熱用フィンがろう付
けにより接合一体化されたものが知られている。このヒ
ートパイプは、その一端部に設けられた発熱体取付け用
張出部と前記フィンとの間を迅速に熱移動させるため、
内部に作動流体が封入されている。

【０００３】図５はこの種の従来のヒートパイプ式ヒー
トシンクの製造工程例を示すものであって、同図のヒー
トパイプ（５２）は、ロールボンド法により製造された
アルミニウム製のものからなり、その上下両面に放熱用
フィン（５８）（５８）をろう付けにより接合一体化す
るものである。

【０００４】従来、こうした構成のヒートシンクは、次
のような手順で製造されていた。

【０００５】まず、ロールボンド法によりアルミニウム
製パネル型ヒートパイプ（５２）を製造し、このヒート
パイプ（５２）の少なくとも片面に両面アルミニウムブ
レージングシート（６２）（６２）を介して放熱用フィ
ン（５８）（５８）を配置すると共に、ヒートパイプ
（５２）の作動流体注入口に作動流体注入用ノズル（６
１）をアルゴンアーク溶接で接合一体化する。同図中
（Ａ）は、前記注入口と前記ノズル（６１）とを接合一
体化した溶接部である。そして、炉中ろう付けにより両
面アルミニウムブレージングシート（６２）（６２）の
ろう材層を加熱溶融してヒートパイプ（５２）に前記フ
ィン（５８）（５８）を接合一体化する。その後、作動
流体を前記ノズル（６１）からヒートパイプ（５２）の
中空管部（５６）に注入し、次いでピンチ（図示せず）
などで前記注入口を、同図の一点鎖線で示す注入口封止
線（６４）に沿う態様に圧接すると共に余分な部分を切
断し、更にこの注入口の切断部分をアルゴンアーク溶接
で作動流体が漏洩しないように強固に封止する。

【０００６】以上の手順で製造されたヒートシンクは、
ヒートパイプ（５２）の両面に前記フィン（５８）（５
８）がろう付けにより接合一体化されると共に、ヒート
パイプ（５２）に作動流体が封入されたものとなり、ヒ
ートパイプ（５２）の発熱体取付け用張出部（５４）に
発熱体取付け用プレート（図示せず）を介してあるいは
介することなく直接に発熱体（図示せず）を取り付ける
ことで、発熱体の熱を迅速に放熱用フィン（５８）（５
８）側へ移動させうるものとなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た構成のヒートシンクは、上記従来方法から分かるよう
に、その製造過程においてヒートパイプ（５２）の所定
位置に、前記ノズル（６１）及び前記フィン（５８）
（５８）をそれぞれ接合一体化しなければならないが、
この従来方法にあっては、前記ノズル（６１）の接合
と、前記フィン（５８）（５８）の接合とは別々の工程
で行われているため、生産性が悪く、ひいてはコストア
ップを招来してしまうという欠点があった。しかも、工
場では溶接技術者の不足やその高齢化が進んでいるた
め、前記ノズル（６１）を溶接により接合一体化する上
記従来方法は、生産性を一段と悪くしていた。

【０００８】この発明は、上述の難点に鑑みてなされた
ものであり、その主な目的は、製造工程を簡素化すると
共に、溶接箇所を少なくすることによって、生産性を向
上させることができるヒートパイプ式ヒートシンクの製
造方法を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】しかして、この発明の第
１のものは、パネル型ヒートパイプの少なくとも片面に
放熱用フィンがろう付けにより接合一体化されると共
に、前記ヒートパイプに作動流体注入用ノズルから注入
された作動流体が封入されたヒートパイプ式ヒートシン
クの製造方法であって、前記ヒートパイプの作動流体注
入口に前記ノズルを非接合状態に接続すると共に、この
接続部にノズル接合用ろう材を配置したのち、前記ヒー
トパイプと前記フィンをろう付けする際に、同時に前記
ノズル接合用ろう材を加熱溶融して前記注入口に前記ノ
ズルを接合一体化することを特徴とするものである。

【００１０】この方法によれば、パネル型ヒートパイプ
の作動流体注入口に作動流体注入用ノズルがろう付けに
よって接合一体化されるので、前記注入口と前記ノズル
とを溶接により接合一体化する必要がなくなり、近時、
溶接技術者の不足やその高齢化が進んでいる工場にあっ
ては、生産性が向上しうるものとなる。また、ヒートパ
イプと前記フィンをろう付けする際に、同時にノズル接
合用ろう材が加熱溶融されて前記注入口に前記ノズルが
接合一体化されるので、ヒートパイプの所定位置に前記
フィン及び前記ノズルが一括してろう付けされるものと
なり、これらフィンのろう付けとノズルのろう付けとを
別々の工程で行う必要がなくなり、製造工程が簡素化さ
れて生産性がより一層向上しうるものとなる。

【００１１】また、この発明の第２のものは、上記第１
の発明において、前記ノズル接合用ろう材としてフラッ
クス含有ろう材を用いるものである。

【００１２】これによれば、作動流体注入口を封止する
際の溶接が良好に行われ、作動流体の漏洩を高度に阻止
しうるものとなる。すなわち、作動流体注入口の封止
は、前記注入口をピンチなどの工具で圧接すると共に余
分な部分を切断し、更にこの注入口の切断部分をアルゴ
ンアーク溶接などで溶接することにより行われるのが通
常であるが、溶接の際に溶接部分にノズル接合用ろう材
のフラックスが残存している場合には、溶接不良が発生
し、作動流体が漏洩してしまうことがある。しかして、
一般にハケ塗り等でろう材に供されるフラックスは、必
要量より過剰に塗布してしまう危険性を有しており、溶
接部にフラックスが残存してしまう可能性が高い。そこ
で、この第２発明では、ノズル接合用ろう材として、ろ
う材に対して常に一定の範囲量のフラックスを含有して
いる、フラックス含有ろう材を用いることにより、こう
した危惧が排除され、溶接不良がなくなり、作動流体の
漏洩を確実に阻止しうるものとなる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、この発明に係るヒートパイ
プ式ヒートシンクの製造方法を図面を参照して説明す
る。なお、この明細書において、アルミニウムの語は、
その合金を含む意味において用いられる。

【００１４】図４は、この発明に係る製造方法により得
られたヒートパイプ式ヒートシンク（１）の一実施形態
を示すもので、アルミニウム製のパネル型ヒートパイプ
（２）の上下両面に、同じくアルミニウム製の放熱用フ
ィン（８）（８）がろう付けにより接合一体化されてな
るものである。そして、このヒートパイプ（２）には作
動流体が封入されている。

【００１５】前記ヒートパイプ（２）は、図１に示すよ
うに、放熱用フィン（８）（８）を取り付ける方形の本
体部（３）と、その一端部に設けられた発熱体取付け用
の張出部（４）とからなり、更にこの張出部（４）の一
端部に、作動流体注入口（７）を備えたヒートパイプ密
封用の張出部（５）を有している。そして、図４では、
この密封用張出部（５）の作動流体注入口（７）がピン
チなどで圧接されると共に余分な部分が切断され、更に
この注入口（７）の切断部分にアルゴンアーク溶接等の
溶接が行われることにより、ヒートパイプ（２）が密封
されている。このヒートパイプ（２）は、通常のロール
ボンド法により製造された中空管板からなり、その製造
方法の一例を簡単に説明すると、所定形状に成形された
２枚のアルミニウム板に、表面清浄化のための前処理を
施し、これら２枚のアルミニウム板のうちいずれかの重
ね合わせ面に、圧着防止剤を所定パターンに印刷したの
ち、両者を重ね合わせ、圧延圧着、焼鈍、膨管等の各工
程を順次実施することにより製造される。中空管部
（６）は、図１に示すように、ヒートパイプ（２）の略
全面にわたって形成されてあって、該中空管部（６）に
フロンや水などの作動流体が封入されている。

【００１６】前記放熱用フィン（８）（８）は、アルミ
ニウム押出形材からなり、前記ヒートパイプ（２）に対
して垂直状に配された大小多数枚のフィンプレート部
（９）（９）…と、これらフィンプレート（９）（９）
…の底部を一体に連結した底プレート部（１０）とから
構成されている。

【００１７】かかる構成のヒートパイプ式ヒートシンク
（１）は、図４に示すように、ヒートパイプ（２）の発
熱体取付け用張出部（４）に、通常、発熱体取付け用プ
レート（２１）を介して、トランジスタ等の発熱体（２
０）を取り付けることで、発熱体（２０）の熱を放熱用
フィン（８）（８）側へ移動させうるものとなる。

【００１８】次に、このヒートパイプ式ヒートシンク
（１）の製造方法について説明する。

【００１９】図１乃至図３は、上記ヒートパイプ式ヒー
トシンク（１）の製造方法の手順を示したものである。
図１において、パネル型ヒートパイプ（２）の作動流体
注入口（７）の開口部形状は、ロールボンド法の膨管工
程によって略円状に成形されている。（１１）は、前記
注入口（７）の開口部形状に対応するように成形された
アルミニウム製パイプからなる作動流体注入用ノズルで
あり、その先端部の外径は、前記注入口（７）の内径よ
り若干小寸に形成され、前記注入口（７）に差し込みう
るものとなされている。

【００２０】まず、このヒートパイプ（２）の本体部
（３）上下両面に、アルミニウム心材の両面にろう材層
をクラッドした両面アルミニウムブレージングシート
（１２）（１２）を介して放熱用フィン（８）（８）を
配置する。

【００２１】放熱用フィン（８）（８）を配置したヒー
トパイプ（２）は、図２（イ）に示すように、発熱体取
付け用張出部（４）とヒートパイプ密封用張出部（５）
が露出した状態になされる。

【００２２】一方、この作業と並行して、作動流体注入
口（７）に作動流体注入用ノズル（１１）を非接合状態
に接続する。かかる接続は、同図（ロ）に示すように、
通常、前記注入口（７）に前記ノズル（１１）の先端部
を差し込むことにより行われる。この場合、前記ノズル
（１１）の先端部は後記注入口封止線（１４）に到達す
る手前まで差し込むのが好ましい。なぜならば、前記ノ
ズル（１１）の先端部が注入口封止線（１４）より越え
て差し込まれている場合には、前記注入口（７）の圧接
及び切断が困難になる上、切断部分の溶接の際にフラッ
クスの残存による溶接不良が生じて作動流体が漏洩して
しまうことがあるからである。

【００２３】次いで、図３（イ）及び（ロ）に示すよう
に、前記注入口（７）と前記ノズル（１１）との接合部
にノズル接合用のろう材（１３）を配置する。図示した
ろう材（１３）は、前記注入口（７）の周端面から前記
ノズル（１１）外周面にかけて配置されたリング状乃至
は略Ｃ字状の置きろう材である。このろう材（１３）
は、フラックス含有ろう材が好適に用いられ、例えば、
Ｓｉ、Ａｌを含むろう材金属粉末とフッ化物系フラック
ス粉末との加圧成形体からなる固形のフラックス含有ろ
う材が好ましく、このうち特に、フッ化物系フラックス
を除く元素の合計含有量に対してＳｉ含有量が３〜１５
wt％であり、かつフラックスを除く元素の合計とフッ化
物系フラックスとが重量比で９９．９：０．１〜７０：
３０の割合で配合され、かつ密度が理論値の９０％以上
であるものが最適である。前記フッ化物系フラックスと
しては、その種類に制約を受けず各種のものが用いら
れ、例えばフッ化カリウム（ＫＦ）とフッ化アルミニウ
ム（ＡｌＦ₃）とを４５．８：５４．２の共晶組成ない
しはそれに近い組成範囲に含んで実質的に錯体化された
錯体混合物、ＫＡｌＦ₄、Ｋ₂ＡｌＦ₅、Ｋ₃ＡｌＦ₆
等の錯体化物が用いられる。かかるフラックス含有ろう
材の好ましい製造方法を簡単に述べると次のとおりであ
る。まず出発材料としてろう材金属粉末であるＡｌ粉
末、Ｓｉ粉末、或いはさらにＣｕ粉末を用意する一方、
フラックス粉末も用意する。これら粉末は、その均一混
合を図るべくＡｌ粉末は平均粒径４４μｍ以下に、Ｓｉ
粉末は平均粒径５μｍ以下に、フラックス粉末は平均粒
径３０μｍ以下にそれぞれ微粉砕しておくのが好まし
い。なお、出発材料としてのろう材金属粉末は必ずしも
ＡｌとＳｉ等を単体で用いなければならないものではな
く、Ａｌ−Ｓｉ系合金の粉末を用いても良い。次に上記
各粉末を、前述した所定の配合比率になるように混合し
た後、Ａｌ缶等の容器に充填したのち、容器内を１ｍｍ
Ｈｇ以下に脱ガスし、次いで熱間プレス等により加圧圧
粉する。次に、得られた熱圧成形体の外側の缶体を切削
除去した後、成形体に押出等の二次加工を施して加圧し
所期するろう材を得る。

【００２４】こうしたフラックス含有ろう材を用いるこ
とにより、前述したように前記注入口（７）を封止する
際の溶接が良好に行われ、作動流体の漏洩を高度に阻止
しうるものとなる。一方、このろう材（１３）がフラッ
クス含有ろう材ではない場合には、ろう材（１３）に、
別途、フラックスをハケ塗りなどで付着させる。

【００２５】以上のようにヒートパイプ（２）の両面に
前記フィン（８）（８）を配置すると共に、前記注入口
（７）と前記ノズル（１１）との接合部にノズル接合用
ろう材（１３）を配置したのち、ヒートパイプ（２）と
前記フィン（８）（８）とをろう付けすると同時に、前
記ノズル接合用ろう材（１３）を加熱溶融して前記注入
口（７）に前記ノズル（１１）を接合一体化させる。こ
のろう付けは、通常の炉中ろう付けにより行われ、例え
ば、これらヒートパイプ（２）、前記フィン（８）
（８）及び前記ノズル（１１）を炉（図示せず）に入れ
て両面アルミニウムブレージングシート（１２）（１
２）のろう材層及びノズル接合用ろう材（１３）を同時
に加熱溶融することにより行われる。同図（ハ）におい
て、（１２´）（１２´）は両面アルミニウムブレージ
ングシート（１２）（１２）によるろう付け接合部、
（１３´）はノズル接合用ろう材（１３）によるろう付
接合部である。このようにヒートパイプ（２）と前記フ
ィン（８）（８）とをろう付けする際に、ノズル接合用
ろう材（１３）を加熱溶融して前記注入口（７）と前記
ノズル（１１）を接合一体化させることにより、前述し
たように前記注入口（７）と前記ノズル（１１）とをア
ルゴンアーク溶接により事前に接合一体化する必要がな
くなる上、前記フィン（８）（８）のろう付けと前記ノ
ズル（１１）のろう付けとを別々の工程で行う必要がな
くなり、もって製造工程が簡素化されて生産性がより一
層向上しうるものとなされる。

【００２６】このようにしてヒートパイプ（２）に放熱
用フィン（８）（８）及び作動流体注入用ノズル（１
１）を一括してろう付けしたのち、常法に従って前記ノ
ズル（１１）からヒートパイプ（２）の中空管部（６）
に作動流体を注入し、更にヒートパイプ（２）を密封す
る。その方法の一例を簡単に説明すると、所定量の作動
流体を前記ノズル（１１）からヒートパイプ（２）の中
空管部（６）に注入する。そして、ヒートパイプ（２）
を加熱して発生する蒸気を前記ノズル（１１）から外部
に放出させながらヒートパイプ密封用張出部（５）の張
出方向略中間部を、同図（ハ）の一点鎖線で示す注入口
封止線（１４）に沿う態様に、ピンチ（１６）などで押
しつぶして圧接すると共に切断したのちに、切断部をア
ルゴンアーク溶接等で溶接して強固に封止することによ
り同図（ハ）に示すようにヒートパイプ（２）を密封す
る。なお、同図中（１５）はその溶接部である。これに
より、ヒートパイプ（２）の冷却後は、中空管部（６）
は自然に減圧状態になる。そして、必要に応じ、注入口
（７）封止部にエンドキャップ（図示せず）を装着す
る。

【００２７】以上の工程により製造されたヒートパイプ
式ヒートシンク（１）は、従来と同様に、性能チェック
などの最終検査が行われる。

【００２８】なお、上記実施形態は、ロールボンド法に
より製造されたアルミニウム製パネル型ヒートパイプ
（２）について適用したものであるが、この発明に係る
製造方法はこれに限定されるものではなく、各種のパネ
ル型ヒートパイプについて適用しうるものであることは
言うまでもない。

【００２９】

【発明の効果】上述の次第で、この発明の第１のものに
係るヒートパイプ式ヒートシンクの製造方法は、パネル
型ヒートパイプの作動流体注入口に作動流体注入用ノズ
ルを非接合状態に接続すると共に、この接続部にノズル
接合用ろう材を配置したのち、前記ヒートパイプと放熱
用フィンをろう付けする際に、同時に前記ノズル接合用
ろう材を加熱溶融して前記注入口に前記ノズルを接合一
体化するものなので、前記注入口と前記ノズルとの溶接
が不要になり、溶接技術者の不足やその高齢化が進んで
いる近年の工場にあっては、生産性を向上させることが
できる。加えて、ヒートパイプと放熱用フィンをろう付
けする際に、同時にノズル接合用ろう材が加熱溶融され
て前記注入口に前記ノズルが接合一体化されるので、こ
れらフィンのろう付けとノズルのろう付けとが同一の工
程で行われ、製造工程が簡素化されて生産性を格段に向
上させることができる。

【００３０】また、この発明の第２のものに係る製造方
法にあっては、前記ノズル接合用ろう材はフラックス含
有ろう材からなるものなので、フラックスをろう材に塗
布する工程がなくなることはもとより、フラックスを過
剰に塗布したりフラックスが不足したりする危険性が排
除され、作動流体注入口を封止する際の溶接を良好に行
いうるものとなり、作動流体の漏洩を確実に防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る製造方法における製造途中のヒ
ートパイプ式ヒートシンクを分解して示す斜視図であ
る。

【図２】同ヒートシンクの製造途中の状態を示す斜視図
であって、（イ）はヒートパイプの両面に放熱用フィン
を配置した状態、（ロ）は作動流体注入口に作動流体注
入用ノズルを接続する途中の状態を示す。

【図３】同ヒートシンクの製造途中の状態を示す図であ
って、（イ）は作動流体注入口に作動流体注入用ノズル
を接続し、この接続部にノズル接合用ろう材を配置した
状態を示す斜視図、（ロ）はその側面図、（ハ）は作動
流体注入口を封止した状態を示す側面図である。

【図４】同ヒートシンクの使用状態を示す斜視図であ
る。

【図５】従来の製造方法における製造途中のヒートパイ
プ式ヒートシンクを分解して示す、図１に略対応した斜
視図である。

【符号の説明】

１…ヒートパイプ式ヒートシンク２…パネル型ヒートパイプ７…作動流体注入口８…放熱用フィン１１…作動流体注入用ノズル１２…ブレージングシート１３…ノズル接合用ろう材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パネル型ヒートパイプ（２）の少なくと
も片面に放熱用フィン（８）がろう付けにより接合一体
化されると共に、前記ヒートパイプ（２）に作動流体注
入用ノズル（１１）から注入された作動流体が封入され
たヒートパイプ式ヒートシンク（１）の製造方法であっ
て、前記ヒートパイプ（２）の作動流体注入口（７）に前記
ノズル（１１）を非接合状態に接続すると共に、この接
続部にノズル接合用ろう材（１３）を配置したのち、前
記ヒートパイプ（２）と前記フィン（８）をろう付けす
る際に、同時に前記ノズル接合用ろう材（１３）を加熱
溶融して前記注入口（７）に前記ノズル（１１）を接合
一体化することを特徴とするヒートパイプ式ヒートシン
クの製造方法。
【請求項２】前記ノズル接合用ろう材（１３）は、フ
ラックス含有ろう材からなる請求項１記載のヒートパイ
プ式ヒートシンクの製造方法。