(57)【要約】【課題】製造工程数および製造コストを低減し、銅板３とアルミニウム体４との間の高密着性を実現できる銅板３とアルミニウム体４とを備えた複合体１およびその製造方法を提供する。【解決手段】複合体１は、銅板３と、銅板３に接合されたアルミニウム体４とを備え、銅板３は、アルミニウム体４が接合される面である銅板３の銅板表面８に、溝５、貫通孔６および非貫通孔７のうち少なくとも１つを有し、アルミニウム体４は、溝５、貫通孔６または非貫通孔７に嵌合する嵌合突出部９を有する構成とし、アルミニウム体４に銅板３を鋳ぐるむことにより銅板３とアルミニウム体４とを接合して複合体１を製造する構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅板と、
前記銅板に接合されたアルミニウム体とを備え、
前記銅板は、前記アルミニウム体が接合される面である銅板表面に、溝、貫通孔および非貫通孔のうち少なくとも１つを有し、
前記アルミニウム体は、前記溝、前記貫通孔または前記非貫通孔に嵌合する嵌合突出部を有する複合体。
【請求項２】
前記溝は前記銅板表面に向かって幅が狭くなる逆テーパ形状を有し、前記貫通孔および前記非貫通孔は前記銅板表面に向かって前記銅板表面に平行な断面の断面積が小さくなる逆テーパ形状を有する請求項１に記載の複合体。
【請求項３】
前記銅板と前記アルミニウム体との間に、前記銅板の銅と前記アルミニウム体を構成する金属との反応層を有する請求項１または２に記載の複合体。
【請求項４】
前記アルミニウム体が、複数の波形形状のフィンを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合体。
【請求項５】
前記複合体がヒートシンクである請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合体。
【請求項６】
溝、貫通孔および非貫通孔のうち少なくとも１つを有する銅板を金型に挿入するステップと、
前記銅板と接合するアルミニウム体の原材料である金属を溶融した溶湯を前記金型の内部に充填し、前記アルミニウム体に前記銅板を鋳ぐるむステップとを有する前記銅板と前記アルミニウム体との複合体の製造方法。
【請求項７】
前記溝は前記アルミニウム体と接合する面である前記銅板の銅板表面に向かって幅が狭くなる逆テーパ形状を有し、前記貫通孔および前記非貫通孔は前記アルミニウム体と接合する面である前記銅板の銅板表面に向かって前記銅板表面に平行な断面の断面積が小さくなる逆テーパ形状を有する請求項６に記載の複合体の製造方法。
【請求項８】
前記銅板の前記アルミニウム体と接合する面である銅板表面にめっき層が形成されている請求項６または７に記載の複合体の製造方法。
【請求項９】
前記めっき層が無電解ニッケルめっき層である請求項９に記載の複合体の製造方法。
【請求項１０】
前記金型が、前記アルミニウム体に複数の波形形状のフィンを成形するように構成される請求項６〜９のいずれか１項に記載の複合体の製造方法。
【請求項１１】
前記複合体がヒートシンクである請求項６〜１０のいずれか１項に記載の複合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳ぐるみを利用した鋳造法により製造する複合体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、純アルミニウムおよびアルミニウム合金を含むアルミニウム製のヒートシンクに、アルミニウムの約２倍の熱伝導率を有する銅を用いた銅板を組み合わせたヒートシンクが提案されている。例えば特許文献１および２では、アルミニウム製のヒートシンクのベースプレートや、アルミニウム製のフィンに、銅板がはんだ付けにより面接合されている。また、特許文献３では、銅板とアルミニウム板との界面を金属接合した複合板を形成し、複合板のアルミニウム板表面にアルミニウムからなる放熱フィンが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３７５５７号公報
【特許文献２】特開２００２−３２４８８０号公報
【特許文献３】特開平９−２９８２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１および２のヒートシンクでは、非冷却物である例えば半導体チップ等で発せられた熱は、熱伝導率の高い銅板の平面内を伝わるので、放熱性を高めることができる。しかしながら、銅板とアルミニウム製のベースプレートまたはフィンとの間をはんだ付けにより接合する必要があるため、製造工程数が増加して製造コストも増加する。また、はんだの存在により熱抵抗が増大し、非冷却物の熱を銅板からアルミニウムに効率よく伝達できずに、有効に外部に放熱することができない問題があった。
【０００５】
特許文献３のヒートシンクでも、アルミニウム板と銅板とを接合した後に、ヒートシンクのフィンを成形しなければならず、製造工程数の増加やそれに伴う製造コストの増加を解決できない問題があった。
【０００６】
従来、銅材料をアルミニウムで鋳ぐるむ技術は提案されているが、鋳造の際に熱応力によりアルミニウムが銅材料から剥離してしまう問題等により、銅材料とアルミニウムとの間で高密着性を有するヒートシンクを鋳造で製造することは実現が難しかった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、溝、貫通孔および非貫通孔のうち少なくとも１つを形成した銅板をアルミニウム体の原材料である鋳造用金属で鋳ぐるむことで、製造工程数および製造コストを低減し、銅板とアルミニウム体との間の高密着性を実現できる複合体およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はかかる課題を解決するため、銅板と、前記銅板に接合されたアルミニウム体とを備え、前記銅板は、前記アルミニウム体が接合される面である銅板表面に、溝、貫通孔および非貫通孔のうち少なくとも１つを有し、前記アルミニウム体は、前記溝、前記貫通孔または前記非貫通孔に嵌合する嵌合突出部を有する複合体を提供する。
【０００９】
前記複合体では、前記溝は前記銅板表面に向かって幅が狭くなる逆テーパ形状を有し、前記貫通孔および前記非貫通孔は前記銅板表面に向かって前記銅板表面に平行な断面の断面積が小さくなる逆テーパ形状を有する場合がある。
【００１０】
前記複合体では、前記銅板と前記アルミニウム体との間に、前記銅板の銅と前記アルミニウム体を構成する金属との反応層を有する場合がある。
【００１１】
前記複合体では、前記アルミニウム体が、複数の波形形状のフィンを有する場合がある。
【００１２】
前記複合体では、前記複合体がヒートシンクである場合がある。
【００１３】
本発明は、溝、貫通孔および非貫通孔のうち少なくとも１つを有する銅板を金型に挿入するステップと、前記銅板と接合するアルミニウム体の原材料である金属を溶融した溶湯を前記金型の内部に充填し、前記アルミニウム体に前記銅板を鋳ぐるむステップとを有する前記銅板と前記アルミニウム体との複合体の製造方法を提供する。
【００１４】
前記複合体の製造方法では、前記溝は前記アルミニウム体と接合する面である前記銅板の銅板表面に向かって幅が狭くなる逆テーパ形状を有し、前記貫通孔および前記非貫通孔は前記アルミニウム体と接合する面である前記銅板の銅板表面に向かって前記銅板表面に平行な断面の断面積が小さくなる逆テーパ形状を有する場合がある。
【００１５】
前記複合体の製造方法では、前記銅板の前記アルミニウム体と接合する面である銅板表面にめっき層が形成されている場合がある。
【００１６】
前記複合体の製造方法では、前記めっき層が無電解ニッケルめっき層である場合がある。
【００１７】
前記複合体の製造方法では、前記金型が、前記アルミニウム体に複数の波形形状のフィンを成形するように構成される場合がある。
【００１８】
前記複合体の製造方法では、前記複合体がヒートシンクである場合がある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の複合体およびその製造方法によれば、製造工程数および製造コストを低減し、銅板とアルミニウム体との間の密着性を高め、例えば高放熱性のヒートシンクに応用可能な複合体を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る複合体の側断面の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る複合体（ヒートシンク）を底面側（銅板側）から見た斜視写真図である。
【図３】本発明の実施形態に係る複合体（ヒートシンク）を上方（アルミニウム体側）から見た斜視写真図である。
【図４】本発明の実施形態に係る銅板の表面に形成する格子状の溝の一例を示す上面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る銅板の表面に形成する十字状の溝の一例を示す上面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る銅板の表面に形成する逆テーパ形状の溝を示す図４および図５のＥ−Ｅ断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る銅板の溝にアルミニウム体（アルミニウム合金製）の嵌合突出部が嵌合した様子を拡大して示す側断面の写真図である。
【図８】本発明の実施形態に係る銅板の表面に形成する貫通孔および非貫通孔の一例を示す上面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る銅板の表面に形成する逆テーパ形状の貫通孔の一例を示す図８のＡ−Ａ断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る銅板の表面に貫通孔を形成し、鋳造用金属（アルミニウム合金）で銅板を鋳ぐるんで作製した複合体（ヒートシンク）の側断面の写真図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る銅板の貫通孔にアルミニウム体（アルミニウム合金製）の嵌合突出部が嵌合した様子を拡大して示す側断面の写真図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る銅板の表面に形成する逆テーパ形状の非貫通孔の一例を示す図８のＡ−Ａ断面図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る銅板とアルミニウム体（アルミニウム合金製）との接合面の側断面を拡大して示す写真図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る銅板の表面に溝を形成して作製した複合体を銅板側から見た底面写真図である。
【図１５】本発明の実施形態に係るめっき層を有する複合体の側断面の概略図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る複合体を作製するための金型を示す側断面図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る金型を型開状態とし、可動型に銅板を挿入する様子を示す側断面図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る金型の型締動作の様子を示す側断面図である。
【図１９】本発明の実施形態に係る金型を型締状態とした様子を示す側断面図である。
【図２０】本発明の実施形態に係る金型に鋳造用金属を鋳れ込む様子を示す側断面図である。
【図２１】本発明の実施形態に係る溶湯を冷却後に金型を型開状態とした様子を示す側断面図である。
【図２２】本発明の実施形態に係る金型から製品を押し出す様子を示す側断面図である。
【図２３】本発明の実施形態に係る金型から押し出して鋳造方案を切り離したダイカスト品を示す側断面図である。
【図２４】本発明の実施形態に係る銅板の可動型への挿入から製品の押出しまでの手順の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明に係る複合体およびその製造方法の好ましい実施形態について説明する。
【００２２】
図１に複合体１の側断面図、図２に本実施形態の複合体１の写真図を示す。複合体１は、銅板３と、銅板３に接合されたアルミニウム体４とを備える。
【００２３】
銅板３の原材料は、例えば純銅または銅合金である。銅板３はこれらの原材料で作製された、例えば平板状の板である。アルミニウム体４の原材料は、例えば純アルミニウムまたはアルミニウム合金である。アルミニウム体４は、これらの材料を使用し、鋳造により成形して作製された金属体である。アルミニウム体４の形状は、特に限定されないが、例えば平板状としたり、またフィンを有するヒートシンクの形状とすることもできる。アルミニウム合金は、例えばアルミニウム-ケイ素系合金や、アルミニウム-銅-ケイ素系合金、アルミニウム-マグネシウム系合金等、純アルミニウムに例えばケイ素（Ｓｉ）や、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）等の金属元素を添加した鋳造用アルミニウム合金である。尚、アルミニウム体４の原材料として高熱伝導材料のアルミニウム合金を使用することで、ロウ付けによりヒートシンク２を非冷却物（図示せず）に貼り付けることができる。本実施形態の複合体１は、アルミニウム体４に銅板３を鋳ぐるむことにより、銅板３とアルミニウム体４とを接合して作製することができる。
【００２４】
本実施形態では、複合体１をヒートシンク２とした応用例を示す。図２で、ヒートシンク２を構成するアルミニウム体４は、アルミニウム体４から垂直方向に高さを有する複数のフィン11を有しているが、図１に示すようにフィン11のない平板状とすることもできる。フィン11は図３に示すように波形形状としてもよいし、矩形状としてもよい。フィン11を波形形状とすると、矩形形状の場合に比べ、フィン11の間を通る流体の平均流速を向上し、冷却効率を高めることができる。
【００２５】
銅板３はアルミニウム体４が接合される面である銅板表面８に、溝５、貫通孔６および非貫通孔７のうち少なくとも１つを有する。図４および図５に溝５の形成例を示す。図４では、銅板３の銅板表面８に、溝５が格子状に掘られている。図５では、銅板３の銅板表面８に、十字状の溝５が掘られ、さらに銅板３の対角線に溝が掘られている。溝５は機械加工により掘ることができる。図１で示すように、溝５には、アルミニウム体４の嵌合突出部９が嵌合される。これにより、アルミニウム体４が銅板３に機械的に結合され、銅板３とアルミニウム体４との間の高結合力および高密着性を実現できる。図９に示す貫通孔６および図１２に示す非貫通孔７の場合も同様である。
【００２６】
溝５の側断面図（図４および図５のＥ−Ｅ断面図）の例を図６に示す。溝５は銅板３の厚さ方向に対して、所定の深さを有する。溝５の深さは特に限定されるものではなく、例えば銅板表面８から銅板３の厚さの１／４までと比較的浅くしたり、３／４までと比較的深くしたりすることができる。例えば図６では、溝５は銅板３の厚さ方向に対して半分の深さを有している。溝５の幅は、銅板３の厚さ方向に対して一定とすることができる。これに対し、図６に示すように、溝３はアルミニウム体４との銅板表面８に向かって（同図の上方向）幅が狭くなる逆テーパ形状を有してもよい。このように溝５が逆テーパ形状を有することで、図１に示すように当該溝５に嵌合されたアルミニウム体４の嵌合突出部９が溝５から抜けるのを防ぎ、銅板３とアルミニウム体４との間のさらなる高結合力および高密着性の維持を実現できる。当該逆テーパの角度は、例えば、銅板３に対する垂線Ｐに対して、テーパ側面16が角度αを有するように、適宜設定することができる。角度αは特に限定されるものではないが、好ましくは１°〜１０°、より好ましくは３°〜８°、さらに好ましくは４°〜６°である。
【００２７】
図７は、実際に作製したヒートシンク２の溝５付近を示す切断面を拡大した断面写真図である。同図では、厚さ２ｍｍの銅板３に対し、１ｍｍの深さの溝５が掘られ、溝５の幅は最も大きい箇所で３ｍｍとした。逆テーパの角度αは５°とした。銅板３に形成された溝５に、アルミニウム体４であるアルミニウム板の嵌合突出部９が隙間なく嵌合され、銅板３とアルミニウム体４との接合面10にも隙間や剥がれはなく、密着性が高いことを確認できる。
【００２８】
図８では、銅板３の銅板表面８に、銅板３の厚さ方向に貫通した貫通孔６が形成されている。貫通孔６は機械加工により形成することができる。同図では、縦方向に３列、横方向に４列に規則的に並んだ合計１２個の貫通孔６が形成されているが、貫通孔６の配置の規則性の有無、貫通孔６の数および隣り合う貫通孔６の間の距離は限定されない。例えば、銅板３の四隅付近のみに貫通孔６を形成してもよいし、さらに銅板３の中央に貫通孔６を形成してもよい。貫通孔６の銅板表面８に平行な断面の断面積は、銅板３の厚さ方向に一定とすることができる。これに対し、図９の側断面図（図８のＡ−Ａ断面図）に示すように、貫通孔６はアルミニウム体４と接合する面である銅板３の銅板表面８に向かって（図９の上方向）断面積が小さくなる逆テーパ形状を有してもよい。このように貫通孔６が逆テーパ形状を有することで、当該貫通孔６に嵌合されたアルミニウム体４の嵌合突出部９が貫通孔６から抜けるのを防ぎ、銅板３とアルミニウム体４との間のさらなる高結合力および高密着性の維持を実現できる。当該逆テーパの角度βは特に限定されるものではないが、好ましくは２°〜２０°、より好ましくは６°〜１６°、さらに好ましくは８°〜１２°である。尚、貫通孔６の形状は円形に限られず、例えば多角形としてもよい。
【００２９】
図１０は、実際に作製したヒートシンク２を切断した写真図である。同図では、厚さ２ｍｍの銅板３に対し、貫通孔６の最大径を３ｍｍとし、逆テーパの角度βを１０°とした。銅板４に形成された貫通孔６にアルミニウム体４の嵌合突出部９が嵌合している。図１１は、貫通孔６付近を示す切断面を拡大した断面写真図である。銅板４に形成された貫通孔６に、アルミニウム体４の嵌合突出部９が隙間なく嵌合され、銅板３とアルミニウム体４との間にも隙間や剥がれはなく、密着性が高いことを確認できる。
【００３０】
図１２の側断面図（図８のＡ−Ａ断面図）に示すように、銅板４に非貫通孔７を形成することもできる。非貫通孔７は機械加工により掘ることができる。非貫通孔７の一例を示す上面図は図８と同様である。非貫通孔７は銅板３の厚さ方向に対して、所定の深さを有する。上記の溝５の場合と同様に非貫通孔７の深さも適宜設定することができる。貫通孔６と同様に、非貫通孔７の断面積は、銅板３の厚さ方向に一定としてもよいし、アルミニウム体４と接合する面である銅板３の銅板表面８に向かって（図１２の上方向）断面積が小さくなる逆テーパ形状を有してもよい。逆テーパの角度γは特に限定されるものではないが、好ましくは２°〜２０°、より好ましくは６°〜１６°、さらに好ましくは８°〜１２°である。非貫通孔７の配置や数、形状も貫通孔６と同様に適宜設定可能である。
【００３１】
図１３は、銅板３とアルミニウム体４との間の接合面10を示す切断面を拡大した断面写真図である。13は、銅と、アルミニウム体４を構成するアルミニウム合金との反応層であり、銅板３とアルミニウム体４との間に、銅板３の銅とアルミニウム体４を構成する金属20との反応層13が形成されている。この反応層13が形成されることで、銅板３とアルミニウム体４との間の接合面10は、高い接合性および密着性を有する。さらに、同図から、当該接合面10に隙間や剥離した部分がないことを確認できる。
【００３２】
銅板３に溝５を形成した場合、図１４に示すように、銅板３の非冷却物（図示せず）と接する面15を容易に平らな面とすることができるため、銅板３の平面内に熱が効率よく広がり、好ましい。非貫通孔７の場合も同様である。一方、貫通孔６の場合は、図１に示すように銅板３の表面18にアルミニウム体４の嵌合突出部９の表面19が露出するが、金型に金属20を充填する際の速度や圧力等の条件の調整、および／または、金型の形状の工夫等により、銅板３の表面18と嵌合突出部９の表面19とを面一にすることができる。
【００３３】
アルミニウム体４に銅板３を鋳ぐるむ前に、銅板３とアルミニウム体４との間に、めっき層14を形成してもよい。めっき層14を形成することで、銅板３とアルミニウム体４との間の密着性をさらに向上することができる。めっき層14は、銅板３のアルミニウム体４と接合される面である銅板表面８のみに形成してもよいし、銅板３の全面に形成してもよい。めっき層14は、溝５、貫通孔６および非貫通孔７を形成する前に形成してもよいし、溝５、貫通孔６および非貫通孔７を形成後に形成してもよい。めっき層14を形成しても、めっき層14の厚さは薄いため、前述のように、銅板３の銅とアルミニウム体４を構成する金属20との反応層13が形成される場合がある。当該反応層13に、めっき層14のめっきが含まれる場合もある。
【００３４】
めっき層14は、アルミニウム体４に銅板３を鋳ぐるむ前に、銅板３および／またはアルミニウム体４の表面に、あらかじめ形成されていればよく、銅板３とアルミニウム体４との接合後にめっき層14が残っている必要はない。尚、図１５に示すように、めっき層14が、接合された銅板３とアルミニウム体４との間に残る場合もある。銅板３とアルミニウム体４との接合とは、当該めっき層14が残り、銅板３とアルミニウム体４との間にめっき層14が存在する場合も含むものとする。めっき層14は例えば無電解ニッケルめっき層とすることができる。
【００３５】
本実施形態の複合体１およびヒートシンク２を製造するための製造方法は、アルミニウム体４に、溝５、貫通孔６および非貫通孔７のうち少なくとも１つを有する銅板３を鋳ぐるむことができる方法であれば、特に限定されない。以下では、高圧ダイカストによる製造方法を一例に挙げて説明する。
【００３６】
図１６に本実施形態の複合体１およびヒートシンク２を製造するための金型21を示す。金型21は、鋳造時に互いに組み合わされる固定型23および可動型24を備える。固定型23および可動型24は、例えばSKD61等を材料として製造することができる。金型21内の製品部34に連通するように、円筒形の射出スリーブ26が接続される。
【００３７】
図１６を参照しながら説明すると、金型21は、固定型23と、鋳造時に固定型23に組み合わされる可動型24と、可動型24が固定型23に組み合わされる際に固定型23に対向する可動型24の表面に、銅板３の形状に合わせるように所定形状に掘られて形成される銅板挿入部51と、ビスケット部31から延びるように可動型24に掘られて形成されるランナー部32と、ゲート部33とを備える。尚、銅板挿入部51は、固定型23に形成してもよい。
【００３８】
図１７〜図２３は銅板３の可動型24への挿入から製品44の押出しまでの様子を示す側断面図である。
【００３９】
図１７〜１９の側断面図に示すように、可動型24は、固定型23に組み合わされる型締め位置と、固定型23から離間した型開き位置との間で進退自由である。可動型24は、固定型23に対して離間するように図中の左方向に移動可能であり、接近するように右方向に移動可能である。尚、図１７〜図２３の銅板３には、便宜上、溝５および貫通孔６の２つを表示している。
【００４０】
図２０〜図２２に示すように、鋳造方案40は、製品44に連結されたビスケット41、ランナー42、ゲート43およびオーバーフロー45を含む。ここで、ビスケット41、ランナー42、ゲート43、製品44およびオーバーフロー45はそれぞれ、図１６に示す金型21に形成されたビスケット部31、ランナー部32、ゲート部33、製品部34およびオーバーフロー部35において凝固した溶湯39を指すものとする。鋳造方案40は、鋳造時のみに必要なもので、最終製品には不要な部品である。したがって、製品44から鋳造方案40を切り離して図２３に示すダイカスト品46の完成となる。本実施形態では、鋳造方案40に連結されたものを製品44とし、鋳造方案40を切り離したものをダイカスト品46としている。本実施形態では、ダイカスト品46がヒートシンク２等の複合体１となる。
【００４１】
固定型23には、射出スリーブ26と、射出スリーブ26内を摺動可能なプランジャチップ（図示せず）とが設けられ、射出スリーブ26内には開口部（図示せず）から溶湯39が注入可能なように構成される。
【００４２】
製品部34は、製品44が鋳造される内部空間であり、例えば波形形状のフィン11を有するヒートシンク２等の所望する製品形状に対応した掘り込み面（図示せず）を有する。
【００４３】
固定型23は、可動型24と組合わせて溶湯39を射出する際に、溶湯39が充填される空間である製品部34としての内部空間（キャビティ）52を形成する製品形成面56を有する。固定型23の製品形成面56と可動型24とが互いに接近することにより、金型21の内部の製品部34が形成される。可動型24には、銅板挿入部51に銅板３が挿入される。金型21の型締め時に、可動型24が固定型23に対して接近移動すると、上記製品形成面56と銅板挿入部51に挿入された銅板３とが接近することとなり、製品部34が形成される。
【００４４】
ビスケット部31は、高温の溶湯39が凝固収縮したり鋳巣が発生するのを防ぐために設けられる部分である。
【００４５】
図１９および図２０を参照すると、ランナー部32は、ビスケット部31に注入された溶湯39を、製品部34へ向けて誘導する部分であり、ランナー部32に注入された溶湯39が凝固してランナー42が形成される。
【００４６】
オーバーフロー部35は、溶湯39によって押し出される金型内の空気を製品部34から排気して、溶湯39の充填抵抗を下げるとともに、流動先端の劣化した溶湯39を製品部34の外に押し出すための部分である。
【００４７】
金型21には、アルミニウム体４の原材料である純アルミニウムやアルミニウム合金を溶湯39として圧入することができる。
【００４８】
以上のような構成の本実施形態の複合体１およびヒートシンク２の具体的な製造方法の一例について、高圧ダイカストによる製造方法を例に挙げて、図１７〜２３と、図２４に示すフローチャートとに基づいて説明する。
【００４９】
まず、可動型24の銅板挿入部51に銅板３を挿入する（ステップＳ１、図１７）。銅板３は、アルミニウム体４と接合される銅板３の銅板表面８である銅板３の溝５、貫通孔６および非貫通孔７の形成面を、可動型24と固定型23とが組み合わせられる型分割面25側に向けて挿入される。可動型24を固定型23に接近させて、固定型23と組み合わせて金型を型締めする（ステップＳ２、図１８および図１９）。アルミニウム体４の原材料となる鋳造用金属20を溶融して溶湯39とする（ステップＳ３）。射出スリーブ26の開口部（図示せず）から溶湯39を注入し、プランジャチップ（図示せず）を前進させることで、製品部34の内部へ溶湯39を高速かつ高圧で射出する（ステップＳ４）。当該ステップにより、銅板３の溝５や貫通孔６、非貫通孔７にも溶湯39が注入され、鋳造用金属20により銅板３を鋳ぐるむことができる。その後、冷却して溶湯39を凝固させる（ステップＳ５、図２０）。溶湯39が凝固した後、可動型24を固定型23から離間させる。この際、可動型24を固体型23から離間させると同時に、固体型23の固定押出し27により製品44を押出すとともに金型を開く（ステップＳ６、図２１）。可動型24の押出しピン28により可動型24から製品44を押し出す（ステップ７、図２２）。製品44から鋳造方案40を除去加工し、所望の形状を有するダイカスト品46が得られる（図２３）。
【００５０】
高圧ダイカスト以外の製造方法として、例えば金型グラビティ鋳造や金型低圧鋳造等の鋳造法を用いることができる。金型グラビティ鋳造や金型低圧鋳造等では、例えば上金型および下金型で構成される金型21内に銅板３を挿入する銅板挿入部51を形成し、銅板挿入部51に銅板３を挿入した後、アルミニウム体４の原材料である鋳造用金属20を溶融した溶湯39を金型内に充填する。金型グラビティ鋳造では、外部から圧力をかけずに溶湯39の自重で製品44を成形し、金型低圧鋳造では、溶湯39を低圧かつ低速で金型に充填し製品44を成形することで、アルミニウム体４に銅板３を鋳ぐるんで、銅板３とアルミニウム体４との複合体１を作製することができる。
【００５１】
以上のように、本実施形態の複合体１は、銅板３と、銅板３に接合されたアルミニウム体４とを備え、銅板３は、アルミニウム体４が接合される面である銅板表面８に、溝５、貫通孔６および非貫通孔７のうち少なくとも１つを有し、アルミニウム体４は、溝５、貫通孔６または非貫通孔７に嵌合する嵌合突出部９を有する。
【００５２】
銅板３に形成された溝５、貫通孔６および非貫通孔７にアルミニウム体４の嵌合突出部９が嵌合して機械的に結合されるので、製造工程数および製造コストを低減し、銅板３とアルミニウム体４との間で密着性の高い接合を実現することができる。
【００５３】
本実施形態の複合体１では、溝５は銅板表面８に向かって幅が狭くなる逆テーパ形状を有し、貫通孔６および非貫通孔７は銅板表面８に向かって銅板表面８に平行な断面の断面積が小さくなる逆テーパ形状を有することができる。
【００５４】
この場合、貫通孔６が逆テーパ形状を有することで、当該貫通孔６に嵌合されたアルミニウム体４の嵌合突出部９が抜けるのを防ぎ、銅板３とアルミニウム体４との間のさらなる高結合力および高密着性の維持を実現できる。
【００５５】
本実施形態の複合体１では、銅板３とアルミニウム体４との間に、銅板３の銅とアルミニウム体４を構成する金属20との反応層13を有することができる。
【００５６】
この場合、反応層13が形成されることで、銅板３とアルミニウム体４との間で熱応力による剥離を防ぎ、両者の密着性を高めることができる。
【００５７】
本実施形態の複合体１では、アルミニウム体４が、複数の波形形状のフィン11を有することができる。
【００５８】
この場合、フィン11を波形形状とすることで、従来のフィン形状の場合に比べ、フィン11の間を通る流体の平均流速を向上することができる。
【００５９】
本実施形態の複合体１では、複合体１をヒートシンク２とすることができる。
【００６０】
この場合、非冷却物（図示せず）で発生した熱が、熱伝導率の高い銅板３の平面内を伝わり、さらに高密着性の銅板３とアルミニウム体４との接合面10からアルミニウム体４に効率よく伝わることで、高効率で放熱できる高放熱性のヒートシンク２を実現できる。
【００６１】
本実施形態では、複合体１の製造方法が、溝５、貫通孔６および非貫通孔７のうち少なくとも１つを有する銅板３を金型21に挿入するステップと、銅板３と接合するアルミニウム体４の原材料である金属20を溶融した溶湯39を金型21の内部に充填し、アルミニウム体４に銅板３を鋳ぐるむステップとを有する。
【００６２】
この場合、銅板３に形成された溝５、貫通孔６および非貫通孔７にアルミニウム体４の嵌合突出部９が嵌合して機械的に結合される構造を、アルミニウム体４を構成する金属20に銅板３を鋳ぐるむことで実現できるので、製造工程数および製造コストを低減して、銅板３とアルミニウム体４との間で密着性の高い接合を実現することができる。
【００６３】
本実施形態の複合体１の製造方法では、溝５はアルミニウム体４と接合する面である銅板３の銅板表面８に向かって幅が狭くなる逆テーパ形状を有し、貫通孔６および非貫通孔７はアルミニウム体４と接合する面である銅板３の銅板表面８に向かって銅板表面８に平行な断面の断面積が小さくなる逆テーパ形状を有することができる。
【００６４】
この場合、貫通孔６が逆テーパ形状を有することで、当該貫通孔６に嵌合されたアルミニウム体４の嵌合突出部９が抜けるのを防ぎ、銅板３とアルミニウム体４との間のさらなる高結合力および高密着性の維持を実現できる。
【００６５】
本実施形態の複合体１の製造方法では、銅板３のアルミニウム体４と接合する面である銅板表面８にめっき層14が形成されてもよい。
【００６６】
この場合、めっき層14により銅板３とアルミニウム体４との間の密着性を高めることができる。
【００６７】
本実施形態の複合体１の製造方法では、めっき層14を無電解ニッケルめっき層とすることができる。
【００６８】
この場合、銅板３とアルミニウム体４との間の熱抵抗の上昇を抑えながら、銅板３とアルミニウム体４との間の密着性を高めることができる。
【００６９】
本実施形態の複合体１の製造方法では、金型21が、アルミニウム体４に複数の波形形状のフィン11を成形するように構成されることができる。
【００７０】
この場合、波形形状のフィン11を形成することで、従来のフィン形状の場合に比べ、フィン11の間を通る流体の平均流速を向上することができる。
【００７１】
本実施形態の複合体１の製造方法では、複合体１をヒートシンク２とすることができる。
【００７２】
この場合、非冷却物（図示せず）で発生した熱が、熱伝導率の高い銅板３の平面内を伝わり、さらに高密着性の銅板３とアルミニウム体４との接合面10からアルミニウム体４に伝わって高効率で放熱できる高放熱性のヒートシンク２を、製造工程数および製造コストを低減して、製造することができる。
【００７３】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は種々の変形実施をすることができる。例えば、本発明は、本実施形態で例示した四角形の銅板３およびアルミニウム体４だけでなく、銅板３およびアルミニウム体４の形状を種々変更可能である。銅板３の形状を変更した場合には、銅板挿入部51の形状を変更した銅板３の形状に合わせるようにすればよい。アルミニウム体４は、金型21の形状を変更することで、鋳造により製造可能な形状であれば任意の形状にすることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  複合体
２  ヒートシンク
３  銅板
４  アルミニウム体
５  溝
６  貫通孔
７  非貫通孔
８  銅板表面
９  嵌合突出部
10  接合面
11  フィン
13  反応層
14  めっき層
15  銅板の非冷却物と接する面
16  テーパ側面
18  銅板の表面
19  嵌合突出部の表面
20  金属（鋳造用金属）
21  金型
23  固定型
24  可動型
34  製品部
39  溶湯
44  製品
46  ダイカスト品
51  銅板挿入部
【図１】
2020011278.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年7月23日(2018.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳ぐるみを利用した鋳造法により製造する複合体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、純アルミニウムおよびアルミニウム合金を含むアルミニウム製のヒートシンクに、アルミニウムの約２倍の熱伝導率を有する銅を用いた銅板を組み合わせたヒートシンクが提案されている。例えば特許文献１および２では、アルミニウム製のヒートシンクのベースプレートや、アルミニウム製のフィンに、銅板がはんだ付けにより面接合されている。また、特許文献３では、銅板とアルミニウム板との界面を金属接合した複合板を形成し、複合板のアルミニウム板表面にアルミニウムからなる放熱フィンが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３７５５７号公報
【特許文献２】特開２００２−３２４８８０号公報
【特許文献３】特開平９−２９８２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１および２のヒートシンクでは、被冷却物である例えば半導体チップ等で発せられた熱は、熱伝導率の高い銅板の平面内を伝わるので、放熱性を高めることができる。しかしながら、銅板とアルミニウム製のベースプレートまたはフィンとの間をはんだ付けにより接合する必要があるため、製造工程数が増加して製造コストも増加する。また、はんだの存在により熱抵抗が増大し、被冷却物の熱を銅板からアルミニウムに効率よく伝達できずに、有効に外部に放熱することができない問題があった。
【０００５】
特許文献３のヒートシンクでも、アルミニウム板と銅板とを接合した後に、ヒートシンクのフィンを成形しなければならず、製造工程数の増加やそれに伴う製造コストの増加を解決できない問題があった。
【０００６】
従来、銅材料をアルミニウムで鋳ぐるむ技術は提案されているが、鋳造の際に熱応力によりアルミニウムが銅材料から剥離してしまう問題等により、銅材料とアルミニウムとの間で高密着性を有するヒートシンクを鋳造で製造することは実現が難しかった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、溝、貫通孔および非貫通孔のうち少なくとも１つを形成した銅板をアルミニウム体の原材料である鋳造用金属で鋳ぐるむことで、製造工程数および製造コストを低減し、銅板とアルミニウム体との間の高密着性を実現できる複合体およびその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はかかる課題を解決するため、銅板と、前記銅板に接合されたアルミニウム体とを備え、前記銅板は、前記アルミニウム体が接合される面である銅板表面に、溝、貫通孔および非貫通孔のうち少なくとも１つを有し、前記アルミニウム体は、前記溝、前記貫通孔または前記非貫通孔に嵌合する嵌合突出部を有する複合体を提供する。
【０００９】
前記複合体では、前記溝は前記銅板表面に向かって幅が狭くなる逆テーパ形状を有し、前記貫通孔および前記非貫通孔は前記銅板表面に向かって前記銅板表面に平行な断面の断面積が小さくなる逆テーパ形状を有する場合がある。
【００１０】
前記複合体では、前記銅板と前記アルミニウム体との間に、前記銅板の銅と前記アルミニウム体を構成する金属との反応層を有する場合がある。
【００１１】
前記複合体では、前記アルミニウム体が、複数の波形形状のフィンを有する場合がある。
【００１２】
前記複合体では、前記複合体がヒートシンクである場合がある。
【００１３】
本発明は、溝、貫通孔および非貫通孔のうち少なくとも１つを有する銅板を金型に挿入するステップと、前記銅板と接合するアルミニウム体の原材料である金属を溶融した溶湯を前記金型の内部に充填し、前記アルミニウム体に前記銅板を鋳ぐるむステップとを有する前記銅板と前記アルミニウム体との複合体の製造方法を提供する。
【００１４】
前記複合体の製造方法では、前記溝は前記アルミニウム体と接合する面である前記銅板の銅板表面に向かって幅が狭くなる逆テーパ形状を有し、前記貫通孔および前記非貫通孔は前記アルミニウム体と接合する面である前記銅板の銅板表面に向かって前記銅板表面に平行な断面の断面積が小さくなる逆テーパ形状を有する場合がある。
【００１５】
前記複合体の製造方法では、前記銅板の前記アルミニウム体と接合する面である銅板表面にめっき層が形成されている場合がある。
【００１６】
前記複合体の製造方法では、前記めっき層が無電解ニッケルめっき層である場合がある。
【００１７】
前記複合体の製造方法では、前記金型が、前記アルミニウム体に複数の波形形状のフィンを成形するように構成される場合がある。
【００１８】
前記複合体の製造方法では、前記複合体がヒートシンクである場合がある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の複合体およびその製造方法によれば、製造工程数および製造コストを低減し、銅板とアルミニウム体との間の密着性を高め、例えば高放熱性のヒートシンクに応用可能な複合体を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る複合体の側断面の概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る複合体（ヒートシンク）を底面側（銅板側）から見た斜視写真図である。
【図３】本発明の実施形態に係る複合体（ヒートシンク）を上方（アルミニウム体側）から見た斜視写真図である。
【図４】本発明の実施形態に係る銅板の表面に形成する格子状の溝の一例を示す上面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る銅板の表面に形成する十字状の溝の一例を示す上面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る銅板の表面に形成する逆テーパ形状の溝を示す図４および図５のＥ−Ｅ断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る銅板の溝にアルミニウム体（アルミニウム合金製）の嵌合突出部が嵌合した様子を拡大して示す側断面の写真図である。
【図８】本発明の実施形態に係る銅板の表面に形成する貫通孔および非貫通孔の一例を示す上面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る銅板の表面に形成する逆テーパ形状の貫通孔の一例を示す図８のＡ−Ａ断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る銅板の表面に貫通孔を形成し、鋳造用金属（アルミニウム合金）で銅板を鋳ぐるんで作製した複合体（ヒートシンク）の側断面の写真図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る銅板の貫通孔にアルミニウム体（アルミニウム合金製）の嵌合突出部が嵌合した様子を拡大して示す側断面の写真図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る銅板の表面に形成する逆テーパ形状の非貫通孔の一例を示す図８のＡ−Ａ断面図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る銅板とアルミニウム体（アルミニウム合金製）との接合面の側断面を拡大して示す写真図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る銅板の表面に溝を形成して作製した複合体を銅板側から見た底面写真図である。
【図１５】本発明の実施形態に係るめっき層を有する複合体の側断面の概略図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る複合体を作製するための金型を示す側断面図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る金型を型開状態とし、可動型に銅板を挿入する様子を示す側断面図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る金型の型締動作の様子を示す側断面図である。
【図１９】本発明の実施形態に係る金型を型締状態とした様子を示す側断面図である。
【図２０】本発明の実施形態に係る金型に鋳造用金属を鋳れ込む様子を示す側断面図である。
【図２１】本発明の実施形態に係る溶湯を冷却後に金型を型開状態とした様子を示す側断面図である。
【図２２】本発明の実施形態に係る金型から製品を押し出す様子を示す側断面図である。
【図２３】本発明の実施形態に係る金型から押し出して鋳造方案を切り離したダイカスト品を示す側断面図である。
【図２４】本発明の実施形態に係る銅板の可動型への挿入から製品の押出しまでの手順の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明に係る複合体およびその製造方法の好ましい実施形態について説明する。
【００２２】
図１に複合体１の側断面図、図２に本実施形態の複合体１の写真図を示す。複合体１は、銅板３と、銅板３に接合されたアルミニウム体４とを備える。
【００２３】
銅板３の原材料は、例えば純銅または銅合金である。銅板３はこれらの原材料で作製された、例えば平板状の板である。アルミニウム体４の原材料は、例えば純アルミニウムまたはアルミニウム合金である。アルミニウム体４は、これらの材料を使用し、鋳造により成形して作製された金属体である。アルミニウム体４の形状は、特に限定されないが、例えば平板状としたり、またフィンを有するヒートシンクの形状とすることもできる。アルミニウム合金は、例えばアルミニウム-ケイ素系合金や、アルミニウム-銅-ケイ素系合金、アルミニウム-マグネシウム系合金等、純アルミニウムに例えばケイ素（Ｓｉ）や、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）等の金属元素を添加した鋳造用アルミニウム合金である。尚、アルミニウム体４の原材料として高熱伝導材料のアルミニウム合金を使用することで、ロウ付けによりヒートシンク２を被冷却物（図示せず）に貼り付けることができる。本実施形態の複合体１は、アルミニウム体４に銅板３を鋳ぐるむことにより、銅板３とアルミニウム体４とを接合して作製することができる。
【００２４】
本実施形態では、複合体１をヒートシンク２とした応用例を示す。図２で、ヒートシンク２を構成するアルミニウム体４は、アルミニウム体４から垂直方向に高さを有する複数のフィン11を有しているが、図１に示すようにフィン11のない平板状とすることもできる。フィン11は図３に示すように波形形状としてもよいし、矩形状としてもよい。フィン11を波形形状とすると、矩形形状の場合に比べ、フィン11の間を通る流体の平均流速を向上し、冷却効率を高めることができる。
【００２５】
銅板３はアルミニウム体４が接合される面である銅板表面８に、溝５、貫通孔６および非貫通孔７のうち少なくとも１つを有する。図４および図５に溝５の形成例を示す。図４では、銅板３の銅板表面８に、溝５が格子状に掘られている。図５では、銅板３の銅板表面８に、十字状の溝５が掘られ、さらに銅板３の対角線に溝が掘られている。溝５は機械加工により掘ることができる。図１で示すように、溝５には、アルミニウム体４の嵌合突出部９が嵌合される。これにより、アルミニウム体４が銅板３に機械的に結合され、銅板３とアルミニウム体４との間の高結合力および高密着性を実現できる。図９に示す貫通孔６および図１２に示す非貫通孔７の場合も同様である。
【００２６】
溝５の側断面図（図４および図５のＥ−Ｅ断面図）の例を図６に示す。溝５は銅板３の厚さ方向に対して、所定の深さを有する。溝５の深さは特に限定されるものではなく、例えば銅板表面８から銅板３の厚さの１／４までと比較的浅くしたり、３／４までと比較的深くしたりすることができる。例えば図６では、溝５は銅板３の厚さ方向に対して半分の深さを有している。溝５の幅は、銅板３の厚さ方向に対して一定とすることができる。これに対し、図６に示すように、溝３はアルミニウム体４との銅板表面８に向かって（同図の上方向）幅が狭くなる逆テーパ形状を有してもよい。このように溝５が逆テーパ形状を有することで、図１に示すように当該溝５に嵌合されたアルミニウム体４の嵌合突出部９が溝５から抜けるのを防ぎ、銅板３とアルミニウム体４との間のさらなる高結合力および高密着性の維持を実現できる。当該逆テーパの角度は、例えば、銅板３に対する垂線Ｐに対して、テーパ側面16が角度αを有するように、適宜設定することができる。角度αは特に限定されるものではないが、好ましくは１°〜１０°、より好ましくは３°〜８°、さらに好ましくは４°〜６°である。
【００２７】
図７は、実際に作製したヒートシンク２の溝５付近を示す切断面を拡大した断面写真図である。同図では、厚さ２ｍｍの銅板３に対し、１ｍｍの深さの溝５が掘られ、溝５の幅は最も大きい箇所で３ｍｍとした。逆テーパの角度αは５°とした。銅板３に形成された溝５に、アルミニウム体４であるアルミニウム板の嵌合突出部９が隙間なく嵌合され、銅板３とアルミニウム体４との接合面10にも隙間や剥がれはなく、密着性が高いことを確認できる。
【００２８】
図８では、銅板３の銅板表面８に、銅板３の厚さ方向に貫通した貫通孔６が形成されている。貫通孔６は機械加工により形成することができる。同図では、縦方向に３列、横方向に４列に規則的に並んだ合計１２個の貫通孔６が形成されているが、貫通孔６の配置の規則性の有無、貫通孔６の数および隣り合う貫通孔６の間の距離は限定されない。例えば、銅板３の四隅付近のみに貫通孔６を形成してもよいし、さらに銅板３の中央に貫通孔６を形成してもよい。貫通孔６の銅板表面８に平行な断面の断面積は、銅板３の厚さ方向に一定とすることができる。これに対し、図９の側断面図（図８のＡ−Ａ断面図）に示すように、貫通孔６はアルミニウム体４と接合する面である銅板３の銅板表面８に向かって（図９の上方向）断面積が小さくなる逆テーパ形状を有してもよい。このように貫通孔６が逆テーパ形状を有することで、当該貫通孔６に嵌合されたアルミニウム体４の嵌合突出部９が貫通孔６から抜けるのを防ぎ、銅板３とアルミニウム体４との間のさらなる高結合力および高密着性の維持を実現できる。当該逆テーパの角度βは特に限定されるものではないが、好ましくは２°〜２０°、より好ましくは６°〜１６°、さらに好ましくは８°〜１２°である。尚、貫通孔６の形状は円形に限られず、例えば多角形としてもよい。
【００２９】
図１０は、実際に作製したヒートシンク２を切断した写真図である。同図では、厚さ２ｍｍの銅板３に対し、貫通孔６の最大径を３ｍｍとし、逆テーパの角度βを１０°とした。銅板３に形成された貫通孔６にアルミニウム体４の嵌合突出部９が嵌合している。図１１は、貫通孔６付近を示す切断面を拡大した断面写真図である。銅板３に形成された貫通孔６に、アルミニウム体４の嵌合突出部９が隙間なく嵌合され、銅板３とアルミニウム体４との間にも隙間や剥がれはなく、密着性が高いことを確認できる。
【００３０】
図１２の側断面図（図８のＡ−Ａ断面図）に示すように、銅板３に非貫通孔７を形成することもできる。非貫通孔７は機械加工により掘ることができる。非貫通孔７の一例を示す上面図は図８と同様である。非貫通孔７は銅板３の厚さ方向に対して、所定の深さを有する。上記の溝５の場合と同様に非貫通孔７の深さも適宜設定することができる。貫通孔６と同様に、非貫通孔７の断面積は、銅板３の厚さ方向に一定としてもよいし、アルミニウム体４と接合する面である銅板３の銅板表面８に向かって（図１２の上方向）断面積が小さくなる逆テーパ形状を有してもよい。逆テーパの角度γは特に限定されるものではないが、好ましくは２°〜２０°、より好ましくは６°〜１６°、さらに好ましくは８°〜１２°である。非貫通孔７の配置や数、形状も貫通孔６と同様に適宜設定可能である。
【００３１】
図１３は、銅板３とアルミニウム体４との間の接合面10を示す切断面を拡大した断面写真図である。13は、銅と、アルミニウム体４を構成するアルミニウム合金との反応層であり、銅板３とアルミニウム体４との間に、銅板３の銅とアルミニウム体４を構成する金属20との反応層13が形成されている。この反応層13が形成されることで、銅板３とアルミニウム体４との間の接合面10は、高い接合性および密着性を有する。さらに、同図から、当該接合面10に隙間や剥離した部分がないことを確認できる。
【００３２】
銅板３に溝５を形成した場合、図１４に示すように、銅板３の被冷却物（図示せず）と接する面15を容易に平らな面とすることができるため、銅板３の平面内に熱が効率よく広がり、好ましい。非貫通孔７の場合も同様である。一方、貫通孔６の場合は、図１に示すように銅板３の表面18にアルミニウム体４の嵌合突出部９の表面19が露出するが、金型に金属20を充填する際の速度や圧力等の条件の調整、および／または、金型の形状の工夫等により、銅板３の表面18と嵌合突出部９の表面19とを面一にすることができる。
【００３３】
アルミニウム体４に銅板３を鋳ぐるむ前に、銅板３とアルミニウム体４との間に、めっき層14を形成してもよい。めっき層14を形成することで、銅板３とアルミニウム体４との間の密着性をさらに向上することができる。めっき層14は、銅板３のアルミニウム体４と接合される面である銅板表面８のみに形成してもよいし、銅板３の全面に形成してもよい。めっき層14は、溝５、貫通孔６および非貫通孔７を形成する前に形成してもよいし、溝５、貫通孔６および非貫通孔７を形成後に形成してもよい。めっき層14を形成しても、めっき層14の厚さは薄いため、前述のように、銅板３の銅とアルミニウム体４を構成する金属20との反応層13が形成される場合がある。当該反応層13に、めっき層14のめっきが含まれる場合もある。
【００３４】
めっき層14は、アルミニウム体４に銅板３を鋳ぐるむ前に、銅板３および／またはアルミニウム体４の表面に、あらかじめ形成されていればよく、銅板３とアルミニウム体４との接合後にめっき層14が残っている必要はない。尚、図１５に示すように、めっき層14が、接合された銅板３とアルミニウム体４との間に残る場合もある。銅板３とアルミニウム体４との接合とは、当該めっき層14が残り、銅板３とアルミニウム体４との間にめっき層14が存在する場合も含むものとする。めっき層14は例えば無電解ニッケルめっき層とすることができる。
【００３５】
本実施形態の複合体１およびヒートシンク２を製造するための製造方法は、アルミニウム体４に、溝５、貫通孔６および非貫通孔７のうち少なくとも１つを有する銅板３を鋳ぐるむことができる方法であれば、特に限定されない。以下では、高圧ダイカストによる製造方法を一例に挙げて説明する。
【００３６】
図１６に本実施形態の複合体１およびヒートシンク２を製造するための金型21を示す。金型21は、鋳造時に互いに組み合わされる固定型23および可動型24を備える。固定型23および可動型24は、例えばSKD61等を材料として製造することができる。金型21内の製品部34に連通するように、円筒形の射出スリーブ26が接続される。
【００３７】
図１６を参照しながら説明すると、金型21は、固定型23と、鋳造時に固定型23に組み合わされる可動型24と、可動型24が固定型23に組み合わされる際に固定型23に対向する可動型24の表面に、銅板３の形状に合わせるように所定形状に掘られて形成される銅板挿入部51と、ビスケット部31から延びるように可動型24に掘られて形成されるランナー部32と、ゲート部33とを備える。尚、銅板挿入部51は、固定型23に形成してもよい。
【００３８】
図１７〜図２３は銅板３の可動型24への挿入から製品44の押出しまでの様子を示す側断面図である。
【００３９】
図１７〜１９の側断面図に示すように、可動型24は、固定型23に組み合わされる型締め位置と、固定型23から離間した型開き位置との間で進退自由である。可動型24は、固定型23に対して離間するように図中の左方向に移動可能であり、接近するように右方向に移動可能である。尚、図１７〜図２３の銅板３には、便宜上、溝５および貫通孔６の２つを表示している。
【００４０】
図２０〜図２２に示すように、鋳造方案40は、製品44に連結されたビスケット41、ランナー42、ゲート43およびオーバーフロー45を含む。ここで、ビスケット41、ランナー42、ゲート43、製品44およびオーバーフロー45はそれぞれ、図１６に示す金型21に形成されたビスケット部31、ランナー部32、ゲート部33、製品部34およびオーバーフロー部35において凝固した溶湯39を指すものとする。鋳造方案40は、鋳造時のみに必要なもので、最終製品には不要な部品である。したがって、製品44から鋳造方案40を切り離して図２３に示すダイカスト品46の完成となる。本実施形態では、鋳造方案40に連結されたものを製品44とし、鋳造方案40を切り離したものをダイカスト品46としている。本実施形態では、ダイカスト品46がヒートシンク２等の複合体１となる。
【００４１】
固定型23には、射出スリーブ26と、射出スリーブ26内を摺動可能なプランジャチップ（図示せず）とが設けられ、射出スリーブ26内には開口部（図示せず）から溶湯39が注入可能なように構成される。
【００４２】
製品部34は、製品44が鋳造される内部空間であり、例えば波形形状のフィン11を有するヒートシンク２等の所望する製品形状に対応した掘り込み面（図示せず）を有する。
【００４３】
固定型23は、可動型24と組合わせて溶湯39を射出する際に、溶湯39が充填される空間である製品部34としての内部空間（キャビティ）52を形成する製品形成面56を有する。固定型23の製品形成面56と可動型24とが互いに接近することにより、金型21の内部の製品部34が形成される。可動型24には、銅板挿入部51に銅板３が挿入される。金型21の型締め時に、可動型24が固定型23に対して接近移動すると、上記製品形成面56と銅板挿入部51に挿入された銅板３とが接近することとなり、製品部34が形成される。
【００４４】
ビスケット部31は、高温の溶湯39が凝固収縮したり鋳巣が発生するのを防ぐために設けられる部分である。
【００４５】
図１９および図２０を参照すると、ランナー部32は、ビスケット部31に注入された溶湯39を、製品部34へ向けて誘導する部分であり、ランナー部32に注入された溶湯39が凝固してランナー42が形成される。
【００４６】
オーバーフロー部35は、溶湯39によって押し出される金型内の空気を製品部34から排気して、溶湯39の充填抵抗を下げるとともに、流動先端の劣化した溶湯39を製品部34の外に押し出すための部分である。
【００４７】
金型21には、アルミニウム体４の原材料である純アルミニウムやアルミニウム合金を溶湯39として圧入することができる。
【００４８】
以上のような構成の本実施形態の複合体１およびヒートシンク２の具体的な製造方法の一例について、高圧ダイカストによる製造方法を例に挙げて、図１７〜２３と、図２４に示すフローチャートとに基づいて説明する。
【００４９】
まず、可動型24の銅板挿入部51に銅板３を挿入する（ステップＳ１、図１７）。銅板３は、アルミニウム体４と接合される銅板３の銅板表面８である銅板３の溝５、貫通孔６および非貫通孔７の形成面を、可動型24と固定型23とが組み合わせられる型分割面25側に向けて挿入される。可動型24を固定型23に接近させて、固定型23と組み合わせて金型を型締めする（ステップＳ２、図１８および図１９）。アルミニウム体４の原材料となる鋳造用金属20を溶融して溶湯39とする（ステップＳ３）。射出スリーブ26の開口部（図示せず）から溶湯39を注入し、プランジャチップ（図示せず）を前進させることで、製品部34の内部へ溶湯39を高速かつ高圧で射出する（ステップＳ４）。当該ステップにより、銅板３の溝５や貫通孔６、非貫通孔７にも溶湯39が注入され、鋳造用金属20により銅板３を鋳ぐるむことができる。その後、冷却して溶湯39を凝固させる（ステップＳ５、図２０）。溶湯39が凝固した後、可動型24を固定型23から離間させる。この際、可動型24を固体型23から離間させると同時に、固体型23の固定押出し27により製品44を押出すとともに金型を開く（ステップＳ６、図２１）。可動型24の押出しピン28により可動型24から製品44を押し出す（ステップ７、図２２）。製品44から鋳造方案40を除去加工し、所望の形状を有するダイカスト品46が得られる（図２３）。
【００５０】
高圧ダイカスト以外の製造方法として、例えば金型グラビティ鋳造や金型低圧鋳造等の鋳造法を用いることができる。金型グラビティ鋳造や金型低圧鋳造等では、例えば上金型および下金型で構成される金型21内に銅板３を挿入する銅板挿入部51を形成し、銅板挿入部51に銅板３を挿入した後、アルミニウム体４の原材料である鋳造用金属20を溶融した溶湯39を金型内に充填する。金型グラビティ鋳造では、外部から圧力をかけずに溶湯39の自重で製品44を成形し、金型低圧鋳造では、溶湯39を低圧かつ低速で金型に充填し製品44を成形することで、アルミニウム体４に銅板３を鋳ぐるんで、銅板３とアルミニウム体４との複合体１を作製することができる。
【００５１】
以上のように、本実施形態の複合体１は、銅板３と、銅板３に接合されたアルミニウム体４とを備え、銅板３は、アルミニウム体４が接合される面である銅板表面８に、溝５、貫通孔６および非貫通孔７のうち少なくとも１つを有し、アルミニウム体４は、溝５、貫通孔６または非貫通孔７に嵌合する嵌合突出部９を有する。
【００５２】
銅板３に形成された溝５、貫通孔６および非貫通孔７にアルミニウム体４の嵌合突出部９が嵌合して機械的に結合されるので、製造工程数および製造コストを低減し、銅板３とアルミニウム体４との間で密着性の高い接合を実現することができる。
【００５３】
本実施形態の複合体１では、溝５は銅板表面８に向かって幅が狭くなる逆テーパ形状を有し、貫通孔６および非貫通孔７は銅板表面８に向かって銅板表面８に平行な断面の断面積が小さくなる逆テーパ形状を有することができる。
【００５４】
この場合、貫通孔６が逆テーパ形状を有することで、当該貫通孔６に嵌合されたアルミニウム体４の嵌合突出部９が抜けるのを防ぎ、銅板３とアルミニウム体４との間のさらなる高結合力および高密着性の維持を実現できる。
【００５５】
本実施形態の複合体１では、銅板３とアルミニウム体４との間に、銅板３の銅とアルミニウム体４を構成する金属20との反応層13を有することができる。
【００５６】
この場合、反応層13が形成されることで、銅板３とアルミニウム体４との間で熱応力による剥離を防ぎ、両者の密着性を高めることができる。
【００５７】
本実施形態の複合体１では、アルミニウム体４が、複数の波形形状のフィン11を有することができる。
【００５８】
この場合、フィン11を波形形状とすることで、従来のフィン形状の場合に比べ、フィン11の間を通る流体の平均流速を向上することができる。
【００５９】
本実施形態の複合体１では、複合体１をヒートシンク２とすることができる。
【００６０】
この場合、被冷却物（図示せず）で発生した熱が、熱伝導率の高い銅板３の平面内を伝わり、さらに高密着性の銅板３とアルミニウム体４との接合面10からアルミニウム体４に効率よく伝わることで、高効率で放熱できる高放熱性のヒートシンク２を実現できる。
【００６１】
本実施形態では、複合体１の製造方法が、溝５、貫通孔６および非貫通孔７のうち少なくとも１つを有する銅板３を金型21に挿入するステップと、銅板３と接合するアルミニウム体４の原材料である金属20を溶融した溶湯39を金型21の内部に充填し、アルミニウム体４に銅板３を鋳ぐるむステップとを有する。
【００６２】
この場合、銅板３に形成された溝５、貫通孔６および非貫通孔７にアルミニウム体４の嵌合突出部９が嵌合して機械的に結合される構造を、アルミニウム体４を構成する金属20に銅板３を鋳ぐるむことで実現できるので、製造工程数および製造コストを低減して、銅板３とアルミニウム体４との間で密着性の高い接合を実現することができる。
【００６３】
本実施形態の複合体１の製造方法では、溝５はアルミニウム体４と接合する面である銅板３の銅板表面８に向かって幅が狭くなる逆テーパ形状を有し、貫通孔６および非貫通孔７はアルミニウム体４と接合する面である銅板３の銅板表面８に向かって銅板表面８に平行な断面の断面積が小さくなる逆テーパ形状を有することができる。
【００６４】
この場合、貫通孔６が逆テーパ形状を有することで、当該貫通孔６に嵌合されたアルミニウム体４の嵌合突出部９が抜けるのを防ぎ、銅板３とアルミニウム体４との間のさらなる高結合力および高密着性の維持を実現できる。
【００６５】
本実施形態の複合体１の製造方法では、銅板３のアルミニウム体４と接合する面である銅板表面８にめっき層14が形成されてもよい。
【００６６】
この場合、めっき層14により銅板３とアルミニウム体４との間の密着性を高めることができる。
【００６７】
本実施形態の複合体１の製造方法では、めっき層14を無電解ニッケルめっき層とすることができる。
【００６８】
この場合、銅板３とアルミニウム体４との間の熱抵抗の上昇を抑えながら、銅板３とアルミニウム体４との間の密着性を高めることができる。
【００６９】
本実施形態の複合体１の製造方法では、金型21が、アルミニウム体４に複数の波形形状のフィン11を成形するように構成されることができる。
【００７０】
この場合、波形形状のフィン11を形成することで、従来のフィン形状の場合に比べ、フィン11の間を通る流体の平均流速を向上することができる。
【００７１】
本実施形態の複合体１の製造方法では、複合体１をヒートシンク２とすることができる。
【００７２】
この場合、被冷却物（図示せず）で発生した熱が、熱伝導率の高い銅板３の平面内を伝わり、さらに高密着性の銅板３とアルミニウム体４との接合面10からアルミニウム体４に伝わって高効率で放熱できる高放熱性のヒートシンク２を、製造工程数および製造コストを低減して、製造することができる。
【００７３】
以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は種々の変形実施をすることができる。例えば、本発明は、本実施形態で例示した四角形の銅板３およびアルミニウム体４だけでなく、銅板３およびアルミニウム体４の形状を種々変更可能である。銅板３の形状を変更した場合には、銅板挿入部51の形状を変更した銅板３の形状に合わせるようにすればよい。アルミニウム体４は、金型21の形状を変更することで、鋳造により製造可能な形状であれば任意の形状にすることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１  複合体
２  ヒートシンク
３  銅板
４  アルミニウム体
５  溝
６  貫通孔
７  非貫通孔
８  銅板表面
９  嵌合突出部
10  接合面
11  フィン
13  反応層
14  めっき層
15  銅板の被冷却物と接する面
16  テーパ側面
18  銅板の表面
19  嵌合突出部の表面
20  金属（鋳造用金属）
21  金型
23  固定型
24  可動型
34  製品部
39  溶湯
44  製品
46  ダイカスト品
51  銅板挿入部