JPH11204968A - 放熱装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 銅とアルミニウムの合せ板をベース板とし接
合面の熱抵抗を小さくして放熱効果のよい放熱装置を提
供する。 【解決手段】 ベース部（１）は銅部材（１ａ）にＡｇ
層（１ｄ）を介してアルミニウム若しくはアルミニウム
合金部材（１ｂ）を合わせた部材で、ベース部（１）の
アルミニウム若しくはアルミニウム合金部材（１ｂ）に
アルミニウム及びアルミニウム合金のフィン（２）がは
んだ付けまたはろう付け（３）で金属的接合がなされて
いる放熱装置であり、ベース板の銅とアルミニウム若し
くはアルミニウム合金の接合性が優れ、ベースとフィン
の接合性が優れ、ヒートシンクの熱抵抗が小さく、ヒー
トシンクの温度サイクルに対して耐久性が有り、ヒート
シンクの耐食性が優れているものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は放熱装置及びその製
造方法に係り、特に ＩＧＢＴ 等の電子機器が発熱
する熱を放熱するための放熱装置及びその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、放熱装置として銅をベースに用
い、フィンにアルミニウムを用いたものが知られている
（例えば特開平９−２０３５９５号公報）。この従来例
は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、銅のベース（５
２）にアルミニウムのフィン（５１）を接合したもの
で、その接合は、かしめ、接着剤、ろう付やはんだ付に
より行っている。これはベースに熱伝導性の良い銅を用
い、またフィンに軽くて熱伝導性の良いアルミニウムを
用いているものではあるが、ベース（５２）とフィン
（５１）の接合をかしめ、接着剤で行ったものでは、そ
の接合部の熱抵抗を少なくすることができず充分な放熱
効果が得られない。

【０００３】また図８（ｂ）に接合部を拡大して示すよ
うに、銅のベース（５２）にアルミニウムのフィン（５
１）をろう付やはんだ付（５３）で接合したもので、接
合面の強度が低く、加熱・冷却が繰り返されると銅（５
２）とアルミニウム（５１）の熱膨張の違いから接合面
に大きな応力が発生し、そこで割れや破断が発生する危
険があり信頼性に欠ける。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】放熱効果のよい放熱装
置とするには、熱伝導性の優れた銅をベースに用い、熱
伝導性が多少劣るが軽量なアルミニウムをフィンに用い
ることが必要がある。そこで上記従来技術で述べたよう
に銅のベースとアルミニウムのフィンの接合部の熱抵
抗、接合面の強度、熱膨張の違いによる割れや破断につ
いての問題を改善するために種々検討して、ベース板の
フィンと接合する面をフィンと同じ系統のアルミニウム
若しくはアルミニウム合金にして、はんだ付けやろう付
けの接合性を改善することにした。即ちベース板を銅と
アルミニウムの若しくはアルミニウム合金の合わせ部材
としてベース板のアルミニウムとアルミニウムのフィン
をはんだ付けやろう付けで接合することとした。

【０００５】しかしながら、銅とアルミニウムを合わせ
てベース板とするには、フインの接合部でも述べたよう
に、放熱効果のよい放熱装置とするには接合面の熱抵抗
を小さいものにしなければならない。銅とアルミニウム
は脆い合金層（θ相）を作るので、接合面の熱抵抗が大
きくなり、また割れや接合不良が生ずる。これら問題に
ついて種々検討の結果、銅とアルミニウムの間に脆い層
を形成させることなく銅とアルミニウムの合せ板をベー
ス板とした放熱装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、発熱部からの
熱を伝達するベース部と発熱部からの熱を伝達するフィ
ン部とで構成する放熱装置において、前記ベース部は銅
部材にＡｇ層を介してアルミニウム若しくはアルミニウ
ム合金部材を合わせた部材であり、フィン部はアルミニ
ウム若しくはアルミニウム合金よりなるもので前記合わ
せ部材のアルミニウム若しくはアルミニウム合金部材側
に金属的接合させたものであることを特徴とする放熱装
置である。また、本発明は、放熱装置の全面をＡｌ、Ｃ
ｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、それらの合金のいずれか
の金属めっきを施したものであることを特徴とするもの
である。また、本発明は、放熱装置の銅露出部分を、Ａ
ｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、それらの合金のいずれかの金属めっき
を施したものであることを特徴とするものである。

【０００７】また、本発明は、銅部材にＡｇ層を介して
アルミニウム若しくはアルミニウム合金部材との合わせ
部材を形成する工程、前記合わせ部材のアルミニウム若
しくはアルミニウム合金部材側にアルミニウム若しくは
アルミニウム合金よりなるフィン部をろう付け若しくは
はんだ付けする工程からなることを特徴とする放熱装置
の製造方法である。また、本発明は、銅部材にＡｇ層を
介してアルミニウム若しくはアルミニウム合金部材との
合わせ部材を形成する工程、前記合わせ部材のアルミニ
ウム若しくはアルミニウム合金部材側にアルミニウム若
しくはアルミニウム合金よりなるフィン部をろう付け若
しくははんだ付けする工程、次いで全面にＡｌ、Ｃｕ、
Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、それらの合金のいずれかの金
属のめっきを施す工程からなることを特徴とする放熱装
置の製造方法である。

【０００８】また、本発明は、銅部材にＡｇ層を介して
アルミニウム若しくはアルミニウム合金部材との合わせ
部材を形成する工程、前記合わせ部材のアルミニウム若
しくはアルミニウム合金部材側にアルミニウム若しくは
アルミニウム合金よりなるフィン部をろう付け若しくは
はんだ付けする工程、次いで銅露出部分にＡｌ、Ｎｉ、
Ｃｒ、それらの合金のいずれかの金属のめっきを施す工
程からなることを特徴とする放熱装置の製造方法であ
る。さらに、銅部材にＡｇ層を介してアルミニウム若し
くはアルミニウム合金部材との合わせ部材を形成する工
程が、鋳ぐるみであることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明の放熱装置は、ベース部が銅部材にＡｇ
層を介してアルミニウム若しくはアルミニウム合金部材
を合わせた部材であり、フィン部はアルミニウム若しく
はアルミニウム合金のフィン部を合わせ部材のアルミニ
ウム若しくはアルミニウム合金部材側に金属的接合させ
ているので、接合面の熱抵抗が小さく、また割れや接合
不良が生ずることなく、放熱効果の優れたものである。

【００１０】ベース部は、Ａｇ層を介して銅部材とアル
ミニウム若しくはアルミニウム合金部材を合わせている
ので、まずＣｕとＡｇは固溶域が大きく、脆い合金層を
形成しないもので、またＡｌとＡｇは脆くないＡｌ／Ａ
ｇ合金層を生成する。このように、Ａｇ層を介して銅部
材とアルミニウム若しくはアルミニウム合金部材を合わ
せたベース部は、ＣｕとＡｇ及びＡｌとＡｇの接合面の
熱抵抗が小さく、また割れや接合不良も生ずることがな
い。

【００１１】アルミニウム若しくはアルミニウム合金の
フィン部を、ベース部の合わせ部材のアルミニウム若し
くはアルミニウム合金部材側に接合させるので、この同
種金属の接合は良好な接合面が得られ、接合部の熱抵抗
は小さく、接合面の強度は大きく、熱膨張に違いがない
ので加熱・冷却が繰り返されても接合面に応力が生じな
いので割れや破断が発生することがない。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の放熱装置は、ベース部の
ＩＧＢＴ等の発熱体が発生した熱を、ベースの銅板に伝
わり分散され、またベース部の銅からベース部のアルミ
ニウム及びアルミニウム合金に伝わり、さらにアルミニ
ウム及びアルミニウム合金のフィンから放熱されるもの
である。具体的には、電気自動車用モーター、制御回
路、内燃機関、電力制御機器、モーター、半導体デバイ
ス等の電子機器部材の放熱装置に用いられるものであ
る。

【００１３】本発明において、ベース部の銅としては、
例えばタフピッチ銅、無酸素銅、リン脱酸銅等の純銅の
他、Ｓｎ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｆｅ等が少量添加された銅合金
が用いられる。ベース部には純アルミニウムまたはアル
ミニウム合金が用いられる。ベース部の銅部材とアルミ
ニウム若しくはアルミニウム合金部材の間のＡｇ層は純
Ａｇ、または２％以下のＣｄ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｎ
ｉ，Ｐｄ，Ｚｎを添加したＡｇ合金が用いられる。また
Ａｇ層は箔、電解めっき、無電解めっき、気相めっき、
スパッタリング等である。フィン部のアルミニウム若し
くはアルミニウム合金は、特に限定するものではない。
フィン部の金属的接合としては例えば、はんだ付け、ろ
う付けが挙げられる。またフィン部の形状としては例え
ば、櫛型のもの、格子型のものが挙げられる。

【００１４】図１を参照して本発明の放熱装置を示す
と、ベース部（１）は銅部材（１ａ）にＡｇ層（１ｄ）
を介してアルミニウム若しくはアルミニウム合金部材
（１ｂ）を合わせた部材であり、アルミニウム及びアル
ミニウム合金のフィン（２）が、はんだ付けまたはろう
付け（３）で金属的接合がなされている。

【００１５】また、図２（ａ）（ｂ）（ｃ）を参照して
本発明の放熱装置を示す。図２（ａ）は、放熱装置で、
ベース部（１）は銅部材（１ａ）にＡｇ層（１ｄ）を介
してアルミニウム若しくはアルミニウム合金部材（１
ｂ）を合わせた部材で、アルミニウム及びアルミニウム
合金のフィン（２）がはんだ付けまたはろう付け（３）
で金属的接合がなされている。ＩＧＢＴ等の発熱体
（４）は、はんだまたは熱伝導性グリスの仲介層（５）
を介してベース部（１）の銅部材（１ａ）に設けられて
いる。

【００１６】図２（ｂ）（ｃ）は発熱部からの熱を伝達
の状況の例を示すもので、ＩＧＢＴ等の発熱体（４）で
発生した熱は、はんだまたは熱伝導性グリスの仲介層
（５）を通ってベース部（１）の銅部材（１ａ）に伝わ
り、その熱は熱伝導性の高い銅のベース部（１）によっ
て、矢印（６）（７）（８）（９）等の方向に広がる。
また矢印（１０）（１１）（１２）（１３）（１４）
（１５）（１６）のように銅部材（１ａ）から金属的に
接合されたアルミニウム若しくはアルミニウム合金部材
（１ｂ）を通り、アルミニウム若しくはアルミニウム合
金のフィン（２）に熱が伝わる。この矢印（６）（７）
（８）（９）熱の広がることをスプレッド性と称し、広
がり易いことをスプレッド性がよいと表現する。銅はス
プレッド性が優れているのでベース材としては優れてい
る。

【００１７】しかし、銅単体では、アルミニウム及びア
ルミニウム合金のフィン（２）との金属的接合性（はん
だ付性、ブレージング性）が劣るので、ベース部（１）
のフィン部（２）と接する面は、フィンと同じアルミニ
ウム若しくはアルミニウム合金（１ｂ）であることが必
要であるので、ベース部（１）は、銅とアルミニウム若
しくはアルミニウム合金との合わせ部材（１）とした。
ベース部（１）は、銅とアルミニウム若しくはアルミニ
ウム合金とを、直接接触する状態で、高圧鋳造、低圧鋳
造で鋳ぐるむ方法で接合すると、ＡｌとＣｕの接合面に
は、図３の模式図に示すように、銅（１ａ）とアルミニ
ウム若しくはアルミニウム合金（１ｂ）の接合界面に、
合金層（１ｃ）（θ相、Ａｌ_２Ｃｕ）が生成する。この
合金層（１ｃ）は、融点が５４８．２℃と低く、脆いの
で、割れ易い。

【００１８】そこで、銅部材にＡｇ層を介してアルミニ
ウム若しくはアルミニウム合金部材（１ｂ）を接合する
と、Ａｌ−Ａｇは固溶域が大きく、脆い合金層を形成せ
ず、またＣｕ−Ａｇも固溶域が大きく、脆い合金層を形
成しない。図４は接合部の断面組織の模式図で、銅部材
にＡｇ層としてＡｇめっき層を形成し、アルミニウム若
しくはアルミニウム合金で高圧鋳造、低圧鋳造で鋳込ん
で合わせ部材とした場合、銅部材（１ａ）とＡｇ層（１
ｄ）との間に脆くないＣｕ−Ａｇ合金層（１ｅ）がで
き、アルミニウム若しくはアルミニウム合金板（１ｂ）
とＡｇ層（１ｄ）との間に脆くないＡｌ−Ａｇ合金層
（１ｆ）が生成する。これらの金属及び合金層は熱抵抗
も優れている。このように、Ａｇ層を介してアルミニウ
ム若しくはアルミニウム合金部材と銅部材を金属結合し
たベース部材は接合部の熱伝導性が著しく優れている。

【００１９】本発明の放熱装置の全面をＡｌ、Ｃｕ、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、それらの合金のいずれかの金属
めっきを施すこと、または銅露出部分を、Ａｌ、Ｎｉ、
Ｃｒ、それらの合金のいずれかの金属めっきを施すこと
について説明する。本発明の放熱装置が大気中や腐食環
境で使用される場合の電気腐食を避けるためである。銅
とアルミニウム若しくはアルミニウム合金が接触し、腐
食環境にあるときは、電池を形成し電気腐食が起こるの
で、放熱装置全面を、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ及びそれ
らの合金でめっきする。これらの金属はそれ自体比較的
耐食性が良い、また熱伝導性も優れている。Ｎｉ、Ｃｒ
は熱伝導性には多少劣るが耐食性が優れているので薄く
付けるならば銅埋込みヒートシンクの全面のめっきに適
用できる。これにより放熱装置は耐食性を有することに
なる。

【００２０】また、放熱装置の銅が露出している部分
を、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ及びそれらの合金でめっきして覆
うと、めっき部分とアルミニウム若しくはアルミニウム
合金の放熱装置部で電気腐食が起こり難くくなる。Ａｌ
は、Ａｌ同志であるから電位差が発生せず電気腐食が発
生しないのは当然であり、またＮｉ、Ｃｒはアルミニウ
ム若しくはアルミニウム合金と電位差が生じても、めっ
き表面が不動態であるため電気腐食が発生しにくい。こ
れらの金属のめっき厚さは１００μｍ以下が望ましいな
お、放熱装置の銅が露出している部分をＣｕ、Ａｇ、Ａ
ｕめっきすることは電気腐食が起こるので望ましくな
い。

【００２１】本発明の銅部材にＡｇ層を介してアルミニ
ウム若しくはアルミニウム合金部材との合わせ部材を形
成する工程について説明する。鋳ぐるみを高圧鋳造で行
う場合について、図５を参照して説明する。高圧鋳造装
置は、固定金型（１９）に形成されたキャビティ部（２
１）、矢印（２５）の方向へ移動する移動金型（２
０）、溶湯補給経路（２４）、及び一定量の溶湯（１
ｙ）が注湯される射出スリーブ（２２）、射出スリーブ
内を摺動し溶湯をキャビティ内に充填、加圧するプラン
ジャーチップ（２３）とから成る。

【００２２】この高圧鋳造において、予め銅板（１ｘ）
に、Ａｇめっきを、電解めっき、無電解めっき、気相め
っき、スパッタリング等で施す。Ａｇは熱伝導性が優
れ、熱伝導度は４２５Ｗ／ｍ・℃である。Ａｇの融点は
アルミニウムより高く、９６０．８℃である。このＡｇ
めっきした銅板を、高圧鋳造でアルミニウム若しくはア
ルミニウム合金で鋳ぐるむものである。高圧鋳造は溶湯
（約７５０℃）を鋳型に注入してから高圧（５００〜１
０００ｋｇｆ／ｃｍ^２）で加圧し、速い冷却速度（１０
〜１００℃／ｓｅｃ）で冷やすため、得られたものは結
晶粒が細かく、内部欠陥が少なく、延性に富んだものと
なる。

【００２３】この高圧鋳造において、銅板（１ｘ）のＡ
ｇめっきの厚さは２０μｍ以上が好ましい。Ａｇめっき
の厚さを２０μｍ未満では、鋳造中に溶湯の温度と圧力
及びエロージョンでＡｇめっきが全部無くなってしま
い、銅板とアルミニウム若しくはアルミニウム合金と脆
い合金相を形成し、割れたり、欠陥が生じたり、健全な
結合ができない。又、高圧鋳造やフィンとのはんだ付け
を行った後でも、Ａｇめっき部が１μｍ以上残存してい
ないと、その後の経時変化でＡｌとＣｕが拡散、合金化
して脆い合金相を形成する。故に、ベース部材に施すＡ
ｇ層、例えばＡｇめっきの厚さは２０μｍ以上が必要で
あり、はんだ付後の残存Ａｇめっき厚さは１μｍ以上が
必要である。なお、ＡｇめっきはＡｇ合金（例えば２％
以下のＣｄ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ｉｎ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｚｎを添
加したもの）のめっきでも同様な効果が得られるもので
ある。

【００２４】鋳ぐるみを低圧鋳造で行う場合について、
図６を参照して説明する。低圧鋳造装置は、矢印（３
５）の方向へ移動する移動金型（２６）に形成されたキ
ャビティ部（２８）、固定金型（２７）と溶湯補給経路
になるストーク（３３）、溶湯（３１）を一定量保持す
る坩堝（３０）と、坩堝内の溶湯の湯面にエアー（３
２）で加圧し、ストーク（３３）を通って溶湯（３４）
がキャビティ（２８）に充填できるようにそれらを密封
する炉壁（２９）から成る。

【００２５】この低圧鋳造においても、予め銅板（１
ｘ）に、Ａｇめっきを施す。Ａｇめっきの厚さを５０μ
ｍ以上が好ましい。それは低圧鋳造の場合は、溶湯（約
７５０℃）を鋳型に注入してから低圧（０．１〜０．５
ｋｇｆ／ｃｍ^２）で加圧し、比較的遅い冷却速度（１〜
２０℃／ｓｅｃ）で冷やすため、５０μｍ未満では、鋳
造中に、Ａｇめっきが溶湯と合金化及び拡散して全部無
くなってしまうからである。

【００２６】本発明の合わせ部材のアルミニウム若しく
はアルミニウム合金部材側にアルミニウム若しくはアル
ミニウム合金よりなるフィン部をろう付け、またはんだ
付けする工程について説明する。はんだ付けは、金属的
にベース板とフィンと接合するため、比較的熱抵抗を低
くできる。しかし、現在のはんだ、例えば、ＪＩＳＺ
３２８１「アルミニウム用はんだ」は全てアルミニウム
若しくはアルミニウム合金より熱抵抗値が高いので、で
きるだけ薄いはんだ層（２００μｍ以下）で接合するこ
とが望ましい。はんだ付けは、ベース板とフィンの接合
面を予めはんだめっき（はんだを、摩擦はんだ付け、超
音波はんだ付け等で付けておくこと）を施しておき、ジ
グで組み上げておいてリフロー炉ではんだ付けしたり、
摩擦はんだ付け、超音波はんだ付け等で一体化するもの
である。

【００２７】またろう付けは、ろう材としては例えばＡ
ｌ−Ｓｉ系ろう材、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系のろう材が挙げ
られ、また非腐食性フラックスを用いて窒素雰囲気の炉
でブレージングするもの、真空ブレージングを行うもの
である。具体的に例示すれば、非腐食性フラックス（Ｋ
ＦとＡｌＦ_３の共晶組成）、Ａｌ−Ｓｉ系ろう（例え
ば、Ａ４０４５、Ａ４０４７等）を用いて、窒素ガス雰
囲気でブレージングして組み立てるものである。ブレー
ジング条件は、例えば温度：６００±５℃で行うもので
ある。

【００２８】づきに本発明の放熱装置の具体的な態様を
例示する。ベース板として予め銅板にＡｇめっきを厚さ
２０μｍ以上施した後、高圧鋳造で、純アルミニウム、
Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓ
ｉ系合金のいずれかで鋳ぐるんだ後、機械加工で、一方
の面に銅が露出し、逆側の面に純アルミニウム若しくは
アルミニウム合金が露出する様に切削して作製し、前記
フィン材として純アルミニウム、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａ
ｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のいずれかを
用い、ベース板の純アルミニウム若しくはアルミニウム
合金側に、フィンをはんだで接合して、Ａｇめっき部の
厚さが１μｍ以上残存する状態に組み立てたるものであ
る。その後必要により放熱器の全面をＡｌ、Ｃｕ、Ｎ
ｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕのいずれかの金属でめっきする
か、若しくは放熱器の銅露出部分を、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ
のいずれかの金属でめっきするものである。

【００２９】また、ベース板として予め銅板にＡｇめっ
きを厚さ２０μｍ以上施した後、高圧鋳造で、純アルミ
ニウム、Ａｌ−Ｍｎ系合金のいずれかで鋳ぐるんだ後、
機械加工で、一方の面に銅が露出し、逆側の面に純アル
ミニウム若しくはアルミニウム合金が露出する様に切削
して作製し、フィン材として純アルミニウム、Ａｌ−Ｍ
ｎ系合金のいずれかを用い、前記ベース板の純アルミニ
ウム若しくはアルミニウム合金側に、前記フィンをＡｌ
−Ｓｉ系ろう材と非腐食性フラックスを用いて窒素雰囲
気の炉でブレージングで結合させて、Ａｇめっき部の厚
さが１μｍ以上残存する状態に組み立てたるものであ
る。

【００３０】また、ベース板として予め銅板にＡｇめっ
きを厚さ２０μｍ以上施した後、高圧鋳造で、Ａｌ−Ｍ
ｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のいずれかで鋳ぐる
んだ後、機械加工で、一方の面に銅が露出し、逆側の面
にＡｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のいずれ
かが露出する様に切削して作製し、前記フィン材として
Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のいずれか
を用い、前記ベース板のＡｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ
−Ｓｉ系合金のいずれかの側に、前記フィンをＡｌ−Ｓ
ｉ−Ｍｇ系のろう材を用いて真空ブレージングで結合さ
せて、Ａｇめっき部が１μｍ以上残存する状態に組み立
てるものである。

【００３１】また、ベース板として予め銅板にＡｇめっ
きを厚さ５０μｍ以上施した後、低圧鋳造で、純アルミ
ニウム、Ａｌ−Ｍｎ系合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−
Ｍｇ−Ｓｉ系合金のいずれかで鋳ぐるんだ後、機械加工
で、一方の面に銅が露出し、逆側の面に純アルミニウム
若しくはアルミニウム合金が露出する様に切削して作製
し、前記フィン材として純アルミニウム、Ａｌ−Ｍｎ系
合金、Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のい
ずれかを用い、前記ベース板の純アルミニウム若しくは
アルミニウム合金側に、フィンをはんだで接合して、Ａ
ｇめっき部の厚さが１μｍ以上残存する状態に組み立て
るものである。

【００３２】また、ベース板として予め銅板にＡｇめっ
きを厚さ５０μｍ以上施した後、低圧鋳造で、純アルミ
ニウム、Ａｌ−Ｍｎ系合金のいずれかで鋳ぐるんだ後、
機械加工で、一方の面に銅が露出し、逆側の面に純アル
ミニウム若しくはアルミニウム合金が露出する様に切削
して作製し、前記フィン材として純アルミニウム、Ａｌ
−Ｍｎ系合金のいずれかを用い、前記ベース板の純アル
ミニウム若しくはアルミニウム合金側に、前記フィンを
Ａｌ−Ｓｉ系ろう材と非腐食性フラックスを用いて窒素
雰囲気の炉でブレージングで結合させて、Ａｇめっき部
の厚さが１μｍ以上残存する状態に組み立てたるもので
ある。

【００３３】また、ベース板として予め銅板にＡｇめっ
きを厚さ５０μｍ以上施した後、低圧鋳造で、Ａｌ−Ｍ
ｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のいずれかで鋳ぐる
んだ後、機械加工で、一方の面に銅が露出し、逆側の面
にＡｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のいずれ
かが露出する様に切削して作製し、前記フィン材として
Ａｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金のいずれか
を用い、前記ベース板のＡｌ−Ｍｇ系合金、Ａｌ−Ｍｇ
−Ｓｉ系合金のいずれかの側に、前記フィンをＡｌ−Ｓ
ｉ−Ｍｇ系のろう材を用いて真空ブレージングで結合さ
せて、Ａｇめっき部が１μｍ以上残存する状態に組み立
てるものである。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例を表１〜表３を参照し
て説明する。 ○ベース板の作製 銅板を鋳ぐるむ方法として、高圧鋳造と、低圧鋳造を行
った。銅板は６ｍｍ（厚さ）×８６ｍｍ×１０７ｍｍの
機械加工したものを用いた。銅板へのＡｇめっきは電解
めっき、無電解めっきで行った。（比較材として、銅板
にＺｎめっきを電解めっきで行ったものも作製した。）
所定のめっきの厚さは、めっき条件をコントロールして
得た。高圧鋳造は、図５の高圧鋳造装置を用いて行い、
高圧鋳造は、２０ｍｍ（厚さ）×１５０ｍｍ×２００ｍ
ｍのキャビティ内容積の鋳型に図５のごとく、所定の厚
さのＡｇめっきした銅板（１ｘ）をセットし、銅板を４
００〜７００℃に予熱して（Ｚｎめっき材は予熱せず）
溶湯温度：７５０℃、射出速度：０．０８ｍ〜０．１２
ｍ／ｓｅｃ、鋳造圧力：１０００ｋｇｆ／ｃｍ^２（１０
ｋｇｆ／ｍｍ^２）で行った。

【００３５】低圧鋳造は図６の低圧鋳造装置を用いて行
い、低圧鋳造は、２０ｍｍ（厚さ）×１５０ｍｍ×２０
０ｍｍのキャビティ内容積の鋳型に図６のごとく、所定
の厚さのＡｇめっきした銅板（１ｘ）をセットし、銅板
を４００〜７００℃に予熱して、溶湯温度：７５０℃、
鋳造圧力：０．５ｋｇｆ／ｃｍ^２で行った。（比較材と
して、銅板にＺｎめっきを電解めっきで行ったものも作
製し、予熱せず、低圧鋳造で鋳込んだ。）鋳造上がりの
銅埋込み材を、機械加工で、銅が表面に出る側を、銅が
表面に表れてから１ｍｍ削り込んだ後、アルミニウム側
の表面を切削し、上がり厚さを７ｍｍとした。ベース板
の横幅は１１４ｍｍ、長さは１５０ｍｍとし、銅板が中
央にくるように加工した。

【００３６】○ベース板とフィンの接合方法 ・はんだ付け：はんだは、Ｚｎ−１０％Ａｌ、及びＳｎ
−１０％Ｚｎはんだを用いた。銅とアルミニウム若しく
はアルミニウム合金の合板の、アルミニウム若しくはア
ルミニウム合金側の面、及び押出形材でできたフィンを
ジグで組み立てて、はんだ接合面を、予め、摩擦はんだ
付け、若しくは超音波はんだ付けではんだめっきした。
はんだめっきしたベース板とフィンを合わせて、摩擦は
んだ付けで接合した。接合温度は、Ｚｎ−１０％Ａｌは
んだの場合は４５０℃、Ｓｎ−１０％Ｚｎはんだの場合
は３００℃とした。

【００３７】窒素雰囲気ブレージングは、０．２ｍｍ厚
さのＡ４０４７ろう材シートをベースと同じサイズに切
断し、Ｋ_２ＡｌＦ_５・Ｈ_２Ｏを主成分とする非腐食性フ
ラックスを全面に塗布し、乾燥させた後、ベース板のア
ルミニウム若しくはアルミニウム合金面とフィンの接合
面の間に挟んで、ジグで固定し、密封タイプの炉で、乾
燥した窒素ガスを導入して、露点−４０℃以下、酸素分
圧１０００ｐｐｍ以下に管理し、ろう付温度６００±５
℃で２時間加熱して接合した。従来方法として、ベース
板をＡ３００３の単一板を用い、フィンとしてＡ１０７
０を用いたものを、前記のろう材、及び非腐食性フラッ
クスを用いて窒素雰囲気ブレージングを行った。

【００３８】真空ブレージングは、０．５ｍｍ厚さのＡ
ｌ−１２％Ｓｉ−２％Ｍｇのろう材シートをベースと同
じサイズに切断し、ベース板のアルミニウム若しくはア
ルミニウム合金面とフィンの接合面の間に挟んで、ジグ
で固定し、真空炉で、真空度：５×１０^−４〜５×１０
^−５Ｔｏｒｒに管理し、５９５±５℃で２時間加熱して
接合した。また従来方法として、かしめ及び接着も行っ
た。

【００３９】○放熱装置の性能評価方法 ベース板の銅とアルミニウム若しくはアルミニウム合
金の接合性：接合界面に割れ、未溶着等の内部欠陥が発
生していないか。超音波探傷試験で欠陥の有無を調査す
る。 良好 ：○ 欠陥発生：× ベースとフィンの接合性：ベースとフィンが、割れ、
未溶着等の欠陥が無く接合されているか目視で接合の良
否を判別する。 良好 ：○ 欠陥発生：×

【００４０】放熱装置の熱抵抗：図７は、放熱装置の
熱抵抗測定装置の概要である。（３６）は放熱装置、
（３７）は発熱体、（３８）は直流電源、（３９）は直
流電源を制御するスライダックトランスである。（４
０）は空気の温度を測定する熱電対、（４１）は発熱体
の温度を測定する熱電対、（４２）はデータ収集システ
ム、（４３）はデータを取り込むパーソナルコンピュー
ターである。（４４）は発熱体の温度を保護する断熱材
である。（４５）は風洞、（４６）は風速を測定するセ
ンサーであり、（４７）は風速計である。（４８）は送
風ファン、（４９）は送風ファンの回転数を変えるスラ
イダックトランスである。風は（５０）方向から入って
（５１）方向に出るようにした。このようにすると短い
距離で層流が得られるためである。

【００４１】０．３ｍｍφの熱電対を発熱体、及び放熱
装置のベースに貼りつけ、発熱体は導電グリスで放熱装
置に取り付けた。発熱体の入熱はスライダックトランス
のダイヤルを回して１００Ｗにコントロールし、風速は
スライダックトランスを回して、風速が３ｍ／ｍｉｎに
なるようにコントロールした。発熱体の温度及び空気温
度は、熱電対で測定され、データはデータ収集システム
でパーソナルコンピュータに記録された。１００Ｗの入
熱における発熱体と、空気の温度は温度が一定になった
ところの温度の平均値とした。そして、次式により熱抵
抗を求めた。 熱抵抗＝（発熱体の温度−空気温度）／入熱 ＝（発熱体の温度−空気温度）／１００Ｗ 単位：℃／Ｗ 熱抵抗の良否判別 良好 ：○ ：０．４０ ℃／Ｗ以下 不良 ：× ：０．４０ ℃／Ｗを越すもの

【００４２】放熱装置の温度サイクル試験 放熱装置を−４０℃で１時間保持→昇温→１２５℃で１
時間保持→降温→−４０℃で１時間保持の温度サイクル
試験を行い、５００サイクルで熱抵抗が上昇しないかど
うか測定する。 良好 ：○ ：熱抵抗０．０２℃／Ｗ以下変化 不良 ：× ：熱抵抗０．０２℃／Ｗを超える上昇

【００４３】腐食試験 ヒートシンクを５％ＮａＣｌ水溶液に１０００時間浸漬
し、腐食の程度を目視で観察する。 良好 ：○ ：腐食無し 不良 ：× ：腐食発生

【００４４】○本発明放熱装置、比較放熱装置、従来の
放熱装置の各種試験結果 Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１６は本発明放熱装置であり、Ｎｏ．
１７〜Ｎｏ．３６は比較放熱装置であり、Ｎｏ．３７〜
Ｎｏ．４１は従来の放熱装置である。表１〜３は、各種
放熱装置の各種試験結果である。本発明放熱装置は、ベ
ース材の健全性、ベースとフィンの接合性、熱抵抗、ヒ
ートサイクル試験、耐食性の全てにおいて○であり、総
合評価も全て○であった。。それに対し、比較放熱装置
及び従来の放熱装置は、×の評価が１個以上有り、総合
評価は全て×であった。なお、表１〜３のベースとフィ
ンの接合方法の欄中、ＳＯ：はんだ付け、ＮＢ：窒素雰
囲気ブレージング、ＶＢ：真空ブレージング，ＡＤ：接
着、ＣＬ：かしめ、である。

【表１】

【表２】

【表３】

【００４５】

【発明の効果】以上に述べた様に、本発明の放熱装置
は、発熱部から熱を伝達し、広範囲に前記熱を分散する
ベース部と、前記熱を空気に伝達するフィン部とで構成
する放熱装置において、銅板にＡｇ層を介してアルミニ
ウム若しくはアルミニウム合金板を鋳ぐるみで合板を造
り、それをベース板とし、フィン部に純アルミニウム若
しくはアルミニウム合金を用い、前記ベース板の純アル
ミニウム若しくはアルミニウム合金側に、前記フィンを
金属的に結合させる。また放熱器の全面をＡｌ、Ｃｕ、
Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕのいずれかの金属でめっきする
か、若しくは放熱器の銅露出部分を、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ
のいずれかの金属でめっきすることを特徴とした放熱装
置であるため、 ベース板の銅とアルミニウム若しくはアルミニウム合
金の接合性が優れ、 ベースとフィンの接合性が優れ、 ヒートシンクの熱抵抗が小さく、 ヒートシンクの温度サイクルに対して耐久性が有り ヒートシンクの耐食性が優れている。 よって、本発明のヒートシンクは、電気自動車用モータ
ー、制御回路、内燃機関、電力制御機器、モーター、半
導体デバイス等の電子機器部材の冷却に用いて顕著な効
果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の放熱装置を示す図

【図２】本発明の実施例の放熱装置を示す図

【図３】本発明の接合部の断面組織を説明する模式図

【図４】本発明の接合部の断面組織を説明する模式図

【図５】本発明の合わせ部材の成形工程の高圧鋳造を説
明する図

【図６】本発明の合わせ部材の成形工程の低圧鋳造を説
明する図

【図７】本発明の実施例の放熱装置の熱抵抗測定装置の
概要図

【図８】従来例を説明する図

【符号の説明】

１：ベース部材 １ａ：銅部材 １ｂ：アルミニウム若しくはアルミニウム合金部材 ２：フィン ３：ベースとフィンの金属接合層 ４：ＩＧＢＴ（発熱体） １ｃ：脆い合金相 １ｄ：Ａｇ層 １ｅ：Ｃｕ−Ａｇの脆くない合金層 １ｆ：Ａｇ−Ａｌの脆くない合金層 １ｘ：Ａｇめっきした銅板 １ｙ：アルミニウム若しくはアルミニウム合金溶湯の流
れ １９：固定金型 ２０：移動金型 ２１：キャビティ ２２：射出スリーブ ２３：プランジャーチップ ２４：溶湯補給経路 ２５：移動金型の移動方向 ２６：移動金型 ２７：固定金型 ２８：キャビティ ２９：炉壁 ３０：坩堝 ３１：溶湯 ３２：エアー ３３：ストーク ３４：溶湯の流れ ３５：移動金型の移動方向 ３６：放熱装置 ３７：発熱体 ３８：直流電源 ３９：直流電源を制御するスライダックトランス ４０：空気の温度を測定する熱電対 ４１：発熱体の温度を測定する熱電対 ４２：データー収集システム ４３：データーを取り込むパーソナルコンピューター ４４：発熱体の温度を保護する断熱材 ４５：風洞 ４６：風速を測定するセンサー ４７：風速計 ４８：送風ファン ４９：送風ファンの回転数を変えるスライダックとタン
ス ５０：風の入る方向 ５１：風の出る方向

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱部からの熱を伝達するベース部と発
   熱部からの熱を伝達するフィン部とで構成する放熱装置
   において、前記ベース部は銅部材にＡｇ層を介してアル
   ミニウム若しくはアルミニウム合金部材を合わせた部材
   であり、フィン部はアルミニウム若しくはアルミニウム
   合金よりなるもので前記合わせ部材のアルミニウム若し
   くはアルミニウム合金部材側に金属的接合させたもので
   あることを特徴とする放熱装置。
2. 【請求項２】 全面をＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、
   Ａｕ、それらの合金のいずれかの金属めっきを施したも
   のであることを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
3. 【請求項３】 銅露出部分を、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、それ
   らの合金のいずれかの金属めっきを施したものであるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の放熱装置。
4. 【請求項４】 銅部材にＡｇ層を介してアルミニウム若
   しくはアルミニウム合金部材との合わせ部材を形成する
   工程、前記合わせ部材のアルミニウム若しくはアルミニ
   ウム合金部材側にアルミニウム若しくはアルミニウム合
   金よりなるフィン部をろう付け若しくははんだ付けする
   工程からなることを特徴とする請求項１記載の放熱装置
   の製造方法。
5. 【請求項５】 銅部材にＡｇ層を介してアルミニウム若
   しくはアルミニウム合金部材との合わせ部材を形成する
   工程、前記合わせ部材のアルミニウム若しくはアルミニ
   ウム合金部材側にアルミニウム若しくはアルミニウム合
   金よりなるフィン部をろう付け若しくははんだ付けする
   工程、次いで銅露出部分又は全面にＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、
   Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、それらの合金のいずれかの金属のめ
   っきを施す工程からなることを特徴とする請求項２また
   は３記載の放熱装置の製造方法。
6. 【請求項６】 銅部材にＡｇ層を介してアルミニウム若
   しくはアルミニウム合金部材との合わせ部材を形成する
   工程が、鋳ぐるみであることを特徴とする請求項４また
   は５に記載の放熱装置の製造方法。