(57)【要約】【課題】簡便な構成で、中実部材のスプレッダと多孔性部材の複数のフィンとを確実に接合したヒートシンクを提供する。【解決手段】中実部材であるスプレッダ１０と、多孔質部２１ａ、２２ａ及び多孔質部２１ａ、２２ａが封孔処理された封孔処理部２１ｂ、２２ｂを有し、封孔処理部２１ｂ、２２ｂでスプレッダ１０と接合した複数のフィン２０と、封孔処理部２１ｂ、２２ｂを構成する材料が摩擦撹拌接合ツール３０で押圧されながら撹拌されることにより形成されたスプレッダ１０と封孔処理部２１ｂ、２２ｂとの接合領域Ｗと、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中実部材であるスプレッダと、
多孔質部及び前記多孔質部が封孔処理された封孔処理部を有し、前記封孔処理部で前記スプレッダと接合した複数のフィンと、
前記封孔処理部を構成する材料が摩擦撹拌接合ツールで押圧されながら撹拌されることにより形成された前記スプレッダと前記封孔処理部との接合領域と、
を備えたヒートシンク。
【請求項２】
更に、前記複数のフィンを構成する材料が前記摩擦撹拌接合ツールで押圧されながら撹拌されてその外方に突出する変形をすることにより、前記接合領域において形成された前記複数のフィンの各々の係止部を備えた請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記複数のフィンの各々は、それらの配列方向に延在する複数の貫通孔を有する請求項１又は２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記スプレッダは、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製であり、前記複数のフィンは、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製である請求項１から３のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の前記ヒートシンクを製造する製造方法であって、前記複数のフィンの各々の一端部を、前記スプレッダに挿入した状態で、前記摩擦撹拌接合ツールの先端側のピンで押圧しながら、前記スプレッダと前記複数のフィンとを摩擦撹拌接合するヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンク及びその製造方法に関し、特に、スプレッダと複数のフィンとが摩擦撹拌接合により接合されたヒートシンク及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高密度化により、その動作時の発熱量が増大してデバイス自体の温度がより高温になる傾向が強まっている。
【０００３】
かかる半導体デバイスには、その動作時に生じる熱を効果的に放熱するヒートシンクが装着されることが一般的である。ヒートシンクには、その放熱部として複数のフィンが設けられているが、複数のフィンを含めて放熱表面積を増大して、放熱特性を向上しようとする試みがなされるようになってきている。また、ヒートシンクにおいて、複数のフィンは、スプレッダに固設されるが、その固設の構造を簡便化する試みもなされるようになってきている。
【０００４】
かかる状況下で、特許文献１は、ヒートシンクに関し、発熱体と熱的に接続される第１の面４ａを有するベース４と、ベース４の第２の面４ｂに支持され所定の方向に沿って並んだ複数のフィン６ａから６ｄであって、それぞれ複数の貫通孔８を有するものとを備えるヒートシンク２であって、ベース４と複数のフィン６ａから６ｄとは、多孔質材料で一体的に形成してなるヒートシンク２を開示する。
【０００５】
また、特許文献２は、突起付き構造体の製造方法に関し、裏面側に放熱フィン９２を向けてヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂの側端面を突合せ、かつ、その突合せ部分９Ｄの裏面側にＴ字状のヒートシンク用部品７の板状部７１を重ねて配置する準備工程と、ヒートシンク用部品７を裏当て部材としてヒートシンク用部品９Ａ、９Ｂを摩擦攪拌接合と、により接合すると共に、ヒートシンク用部品７も一体に接合する構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２２８９４８号公報
【特許文献２】特開２００６−７５８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１の構成では、ベース４と複数のフィン６ａから６ｄとは、多孔質材料で一体的に形成されるものであるため、複数のフィン６ａから６ｄを切削により削り出さねばならず、その構成がかなり煩雑である。
【０００８】
そこで、本発明者の更なる検討によれば、特許文献１の構成で、ベース４を中実部材として、複数のフィン６ａから６ｄのみを多孔質材料で構成することも考えられ、この際、特許文献２の開示する接合方法で、かかるベース４と複数のフィン６ａから６ｄとを接合することも考えられる。
【０００９】
ところが、本発明者の更なる検討によれば、このように特許文献１の構成で、ベース４を中実部材として、複数のフィン６ａから６ｄのみを多孔質材料で構成したものに、特許文献２の開示する接合方法で、かかるベース４と複数のフィン６ａから６ｄとを接合しようとすると、それらの間に接合欠陥が生じてしまい、接合不良状態となる結果が得られて
、改良の余地があることが判明した。
【００１０】
つまり、現状では、簡便な構成で、中実部材のスプレッダと多孔性部材の複数のフィンとを確実に接合したヒートシンクの実現が待望された状況にある。
【００１１】
本発明は、以上の検討を経てなされたもので、簡便な構成で、中実部材のスプレッダと多孔性部材の複数のフィンとを確実に接合したヒートシンクを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上の目的を達成すべく、本発明の第１の局面におけるヒートシンクは、中実部材であるスプレッダと、多孔質部及び前記多孔質部が封孔処理された封孔処理部を有し、前記封孔処理部で前記スプレッダと接合した複数のフィンと、前記封孔処理部を構成する材料が摩擦撹拌接合ツールで押圧されながら撹拌されることにより形成された前記スプレッダと前記封孔処理部との接合領域と、を備える。
【００１３】
また、本発明は、かかる第１の局面に加え、更に、前記複数のフィンを構成する材料が摩擦撹拌接合ツールで押圧されながら撹拌されてその外方に突出する変形をすることにより、前記接合領域において形成された前記複数のフィンの各々の係止部を備えたことを第２の局面とする。
【００１４】
また、本発明は、かかる第１又は第２の局面に加え、前記複数のフィンの各々は、それらの配列方向に延在する複数の貫通孔を有することを第３の局面とする。
【００１５】
また、本発明は、かかる第１から第３の局面のいずれかに加え、前記スプレッダは、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製であり、前記複数のフィンは、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製であることを第４の局面とする。
【００１６】
また、本発明は、別の局面において、第１から第４の局面のいずれかに記載の前記ヒートシンクを製造する製造方法であって、前記複数のフィンの各々の一端部を、前記スプレッダに挿入した状態で、前記摩擦撹拌接合ツールの先端側のピンで押圧しながら、前記スプレッダと前記複数のフィンとを摩擦撹拌接合するヒートシンクの製造方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の第１の局面における構成によれば、中実部材であるスプレッダと、多孔質部及び多孔質部が封孔処理された封孔処理部を有し、封孔処理部でスプレッダと接合した複数のフィンと、封孔処理部を構成する材料が摩擦撹拌接合ツールで押圧されながら撹拌されることにより形成されたスプレッダと封孔処理部との接合領域と、を備えることにより、簡便な構成で、中実部材のスプレッダと多孔性部材の複数のフィンとを確実に接合したヒートシンクを実現することができる。
【００１８】
また、本発明の第２の局面における構成によれば、更に、複数のフィンを構成する材料が摩擦撹拌接合ツールで押圧されながら撹拌されてその外方に突出する変形をすることによって、接合領域において形成された複数のフィンの各々の係止部を備えることにより、簡便な構成で、中実部材のスプレッダと多孔性部材の複数のフィンとをより確実に接合したヒートシンクを実現することができる。
【００１９】
また、本発明の第３の局面における構成によれば、複数のフィンの各々が、それらの配列方向に延在する複数の貫通孔を有することにより、放熱面積を増大して放熱特性を向上したヒートシンクを実現することができる。
【００２０】
また、本発明の第４の局面における構成によれば、スプレッダが、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製であり、複数のフィンが、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製であることにより、放熱面積をより増大して放熱特性をより向上したヒートシンクを実現することができる。
【００２１】
また、本発明の別の局面における構成によれば、複数のフィンの各々の一端部を、スプレッダに挿入した状態で、摩擦撹拌接合ツールの先端側のピンで押圧しながら、スプレッダと複数のフィンとを摩擦撹拌接合することにより、簡便な構成で、中実部材のスプレッダと多孔性部材の複数のフィンとを確実に接合したヒートシンクを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態におけるヒートシンクの斜視図を示す。
【図２】図１のＡ−Ａ拡大断面図である。
【図３】本実施形態におけるヒートシンクを製造するための製造方法の各工程を示すもので、図３（ａ）は、接合ツールを、フィンを装着したスプレッダに対向させた状態を示す断面図であり、図３（ｂ）は、接合ツールを、フィンを装着したスプレッダに侵入させて摩擦撹拌接合している状態を示す断面図である。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、断面の位置として図２に相当する。
【図４】本実施形態におけるヒートシンクのフィンを構成するフィンエレメントが６個設けられた場合のツール挿入領域を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態におけるヒートシンク及びその製造方法につき詳細に説明する。なお、図中、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、３軸直交座標系を成し、ｚ軸の正方向を上方向とする。
【００２４】
まず、図１及び図２を参照して、本実施形態におけるヒートシンクの構成につき、詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態におけるヒートシンクの斜視図を示し、図２は、図１のＡ−Ａ拡大断面図である。
【００２６】
図１及び図２に示すように、ヒートシンク１は、典型的にはアルミニウム製又は銅製で矩形平板状のスプレッダ１０と、典型的にはアルミニウム製又は銅製でスプレッダ１０に装着されたフィン２０と、を備える。なお、ここでスプレッダ１０及びフィン２０に用いるアルミニウム及び銅は、各々、それらの合金であってもよい。
【００２７】
スプレッダ１０は、典型的には中実部材であり、そのｚ軸の正方向側の面である上面にフィン２０を突設させる一方で、それと対向するｚ軸の負方向側の面である下面に、図示を省略する半導体モジュール等の熱源を装着自在である。
【００２８】
フィン２０は、典型的には各々が矩形平板状で多孔性である複数のフィンから成り、図中では、一例として２個のフィン、つまり、共に矩形平板状で多孔性の第１のフィンエレメント２１及び第２のフィンエレメント２２を示す。
【００２９】
第１のフィンエレメント２１は、多孔質部２１ａと、多孔質部２１ａを封孔処理した封孔処理部２１ｂと、を有し、第２のフィンエレメント２２は、多孔質部２２ａと、多孔質部２２ａを封孔処理した封孔処理部２２ｂと、を有する。
【００３０】
第１のフィンエレメント２１の多孔質部２１ａは、そのｙ−ｚ平面に平行な主平面同士をｘ軸方向に貫通する複数の気孔２１ｈを有し、第２のフィンエレメント２２の多孔質部２２ａは、そのｙ−ｚ平面に平行な主平面同士をｘ軸方向に貫通する複数の気孔２２ｈを有する。このように貫通する気孔２１ｈ及び気孔２２ｈは、ｘ軸方向に対して傾斜して延在していてもよく、また途中で分岐していてもよい。第１のフィンエレメント２１及び第２のフィンエレメント２２は、ｘ軸方向に列を成して配列される。フィン２０を構成するフィンエレメントの個数が多い場合には、各フィンエレメントは、複数の列を併置してもよい。
【００３１】
かかる第１のフィンエレメント２１の多孔質部２１ａ及び第２のフィンエレメント２２の多孔質部２２ａは、各々、それらの材料、つまり、典型的には銅を溶融した溶融材料を用いて、これを溶湯とした一方向凝固を行うことにより多孔質化して作製されるものである。このような一方向凝固は、かかる溶湯に対して、水素ガス雰囲気下又は窒素ガス雰囲気下でかかるガスを混入しながら、このようにガスが混入された溶湯を鋳型に一方向に流下させて順次凝固させる連続鋳造を行うことにより、好適に実施できる。
【００３２】
また、かかる第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂは、各々、第１のフィンエレメント２１の多孔質部２１ａ及び第２のフィンエレメント２２の多孔質部２２ａを作製した後で、それらを封孔処理することにより得られる。
【００３３】
第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂを得るには、第１のフィンエレメント２１の多孔質部２１ａの一端部に銀ローによる含浸処理を行うか、又は、第１のフィンエレメント２１の多孔質部２１ａの一端部に銅粉末を充填して焼結処理を行うことが好適である。なお、第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂは、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂと同様に作製すればよい。
【００３４】
銀ローによる含浸処理は、第１のフィンエレメント２１の多孔質部２１ａの一端部に銀ローのシートを載置して真空環境下で加熱し、多孔質部２１ａの気孔２１ｈを溶融した銀ローで埋める処理である。かかる銀ロー処理における実験条件の一例を挙げると、厚さ２ｍｍの銀ローシートを用い、第１のフィンエレメント２１の多孔質部２１ａの一端部にそれを載置して、真空環境下で８００℃に２時間維持して、多孔質部２１ａの気孔２１ｈを溶融した銀ローで埋めた。
【００３５】
また、銅粉末を充填しての焼結処理は、第１のフィンエレメント２１の多孔質部２１ａの一端部の気孔２１ｈに銅粉末を充填して焼結処理を行い、気孔２１ｈを銅材で埋める処理である。かかる銅粉末を充填しての焼結処理における実験条件の一例を挙げると、ガスアトマイズにより得られた平均粒径１０μｍの銅粉末を、多孔質部２１ａの一端部の気孔２１ｈに充填させ、９５０℃の水素雰囲気中で加熱し、気孔２１ｈに充填された銅粉末を焼結させ気孔２１ｈを銅で埋めた。
【００３６】
ここで、スプレッダ１０と、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂと、は、スプレッダ１０の一部と、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂの一部及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの一部と、にわたって形成された接合領域Ｗにおいて、互いに接合される。
【００３７】
具体的には、接合領域Ｗは、詳細は後述する摩擦撹拌接合により固相接合領域として形成されるもので、スプレッダ１０の材料が摩擦撹拌接合時に塑性流動を起こした後に固化されたスプレッダ領域１０ｗと、接合領域Ｗ内に位置する第１のフィンエレメント２１の
封孔処理部２１ｂの一部が摩擦撹拌接合の際に塑性変形及び塑性流動を起こした後に固化された第１の係止部２１ｅ並びに接合領域Ｗ内に位置する第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂの残部である連結部２１ｍと、接合領域Ｗ内に位置する第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの一部が摩擦撹拌接合の際に塑性変形及び塑性流動を起こした後に固化された第２の係止部２２ｅ並びに接合領域Ｗ内に位置する第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの残部である連結部２２ｍと、から成る。
【００３８】
より詳しくは、第１のフィンエレメント２１の第１の係止部２１ｅは、その下部はｘ軸に対して傾斜しているが、スプレッダ領域１０ｗに食い込むように連結部２１ｍから下方に突出しており、この状態で、第１の係止部２１ｅとスプレッダ領域１０ｗとは接合されている。よって、第１の係止部２１ｅとスプレッダ領域１０ｗとは、つまり、第１のフィンエレメント２１とスプレッダ１０とは、互いに係止状態にある。
【００３９】
同様に、第２のフィンエレメント２２の第２の係止部２２ｅは、その下部はｘ軸に対して傾斜しているが、スプレッダ領域１０ｗに食い込むように連結部２２ｍから下方に突出しており、この状態で、第２の係止部２２ｅとスプレッダ領域１０ｗとは接合されている。よって、第２の係止部２２ｅとスプレッダ領域１０ｗとは、つまり、第２のフィンエレメント２２とスプレッダ１０とは、互いに係止状態にある。
【００４０】
次に、以上の構成を有する本実施形態におけるヒートシンク１を製造するための製造方法につき、更に図３をも参照しながら、詳細に説明する。
【００４１】
図３は、本実施形態におけるヒートシンクを製造するための製造方法の各工程を示すもので、図３（ａ）は、接合ツールを、フィンを装着したスプレッダに対向させた状態を示す断面図であり、図３（ｂ）は、接合ツールを、フィンを装着したスプレッダに侵入させて摩擦撹拌接合している状態を示す断面図である。なお、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、断面の位置として図２に相当する。
【００４２】
ヒートシンク１を製造するには、図３（ａ）に示すように、まず、予め、中実のスプレッダ１０、複数の気孔２１ｈを有する多孔質部２１ａ及びそれが封じられた封孔処理部２１ｂを備えた第１のフィンエレメント２１及び複数の気孔２２ｈを有する多孔質部２２ａ及びそれが封じられた封孔処理部２２ｂを備えた第２のフィンエレメント２２を各々用意し、スプレッダ１０の上面（図中では下面）に第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂの一端部を当接し、かつ、スプレッダ１０の上面に第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの一端部を当接した状態で、典型的には金属製のテーブル４０上に載置して、スプレッダ１０の下面側（図中では上側）に摩擦撹拌接合用の接合ツール３０を対向させる。なお、この際、接合ツール３０は、第１のフィンエレメント２１及び第２のフィンエレメント２２に対して、ｙ軸の負方向側の端部に対向して位置させるものとする。
【００４３】
ここで、接合ツール３０のプローブ本体３２には、典型的には鉄鋼製のピン３４が装着されている。かかるピン３４は、その先端向かって先細りとなるテーパ状、つまり円錐形状を有する。但し、本実施形態の場合、その先端形状は接合機能に実質寄与しないので、ピン３４は、その先端部を取り除いた切頭円錐形状を有している。
【００４４】
また、テーブル４０には、貫通孔４２が設けられ、スプレッダ１０の上面側（図中では下側）から突出した第１のフィンエレメント２１及び第２のフィンエレメント２２の部分は、貫通孔４２を介してスプレッダ１０の外方に延在する。かかる状態の第１のフィンエレメント２１及び第２のフィンエレメント２２の間からそれらの図中の下端部には、典型的には金属製の支持具６０が配設され、第１のフィンエレメント２１及び第２のフィンエレメント２２は、貫通孔４２の内周部及び支持具６０の外面部で、ｘ軸方向、ｙ軸方向及
びｚ軸の正方向に移動しないように固定される。また、テーブル４０上に載置されたスプレッダ１０の下面側（図中では上側）の縁部は、典型的には金属製の保持具５０で保持される。このような構成により、結果として、スプレッダ１０、第１のフィンエレメント２１及び第２のフィンエレメント２２は、互いに相対移動しないように保持される。この際、支持具６０と接合ツール３０のピン３４との間には、間隙部が存在することが必要である。というのは、接合時に、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの各々が塑性変形するため、かかる変形部２１ｆ及び２２ｆの逃げを、間隙部として設ける必要があるためである。
【００４５】
次に、図３（ｂ）に示すように、図示を省略する移動機構を動作させて、図３（ａ）の状態から、プローブ本体３２及びピン３４を回転させながらスプレッダ１０に向けて接近させていき、ピン３４の先端部が、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの間に侵入してそれらの上部を押圧して塑性変形させる程度まで、プローブ本体３２及びピン３４をスプレッダ１０内に侵入させる。
【００４６】
この際、スプレッダ１０内に各々位置する第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの各一端部をピン３４の先端部で押圧するため、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの各一端部は、塑性変形しながらスプレッダ１０の内部及び外部で突出する。具体的には、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂの一端部が、ピン３４の先端部で押圧されて塑性変形することにより、かかる一端部には、スプレッダ１０の内部及び外部に向かって２方向で突出する変形部２１ｆが形成される。また、第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの一端部が、ピン３４の先端部で押圧されて塑性変形することにより、かかる一端部には、スプレッダ１０の内部及び外部に向かって２方向で突出する変形部２２ｆが形成される。
【００４７】
ここで、このように変形部２１ｆ及び変形部２２ｆを各々第１のフィンエレメント２１及び第２のフィンエレメント２２に対応して形成するには、第１のフィンエレメント２１及び第２のフィンエレメント２２を押圧するピン３４の部分が、気孔２１ｈ及び気孔２２ｈが第１のフィンエレメント２１及び第２のフィンエレメント２２を対応して貫通し各々延在する延在方向に対して交差するような傾斜面を有することが好ましい。というのは、気孔２１ｈ及び気孔２２ｈの各々の延在方向と平行な押圧面で第１のフィンエレメント２１及び第２のフィンエレメント２２を押圧しても、それらの気孔２１ｈ及び気孔２２ｈが潰れるばかりで、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂが潰れず変形しないため、かかる封孔処理部２１ｂ及び２２ｂを効果的に潰して変形させることを考慮したものである。また、プローブ本体３２及びピン３４は、ｚ軸方向を中心軸として回転するものであるため、かかる傾斜面は、ピン３４全体で見ればｚ軸方向を中心軸とする円錐面であるということになる。
【００４８】
そして、このようにピン３４の先端部を第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの間に侵入させたならば、プローブ本体３２及びピン３４の回転を所望の回転数を維持しながら、図示を省略する移動機構を動作させ、接合ツール３０をｙ軸方向に移動させて走査させる。
【００４９】
その結果、ピン３４により撹拌されたスプレッダ１０、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの各材料は、塑性流動を起こして互いに混合されていくが、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂには、変形部２１ｆ及び変形部２２ｆが対応して形成されていくため、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及
び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの各々の材料は、かかる変形部２１ｆ及び変形部２２ｆを形成しながら塑性流動をすることになる。
【００５０】
この際、かかる変形部２１ｆ及び変形部２２ｆにおいては、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの各々の材料の塑性流動により、それらの形状は変化するが、変形部２１ｆ及び変形部２２ｆとして残存されていく。併せて、ピン３４が通過した後のスプレッダ１０、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの各材料は、それらの温度が塑性流動を起こす温度よりも低下していき、最終的には固化していくことになる。
【００５１】
そして、接合ツール３０が、第１のフィンエレメント２１及び第２のフィンエレメント２２に対して、ｙ軸の正方向側の端部に到達したならば、プローブ本体３２及びピン３４をスプレッダ１０内から退避させ、それらの回転を停止する。なお、プローブ本体３２及びピン３４をスプレッダ１０内に侵入させる際、及びそれらをスプレッダ１０内から退避させる際の回転数は、スプレッダ１０、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの各材料に塑性流動を起こさせる際の回転数よりも小さく設定してもよい。
【００５２】
このように接合ツール３０を退避させた後では、スプレッダ１０、第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂ及び第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの各材料は、それらの温度がより低下して完全に固化しており、図１及び図２に示す構成のヒートシンク１が得られることになる。なお、接合領域Ｗには、スプレッダ１０の上面側では塑性流動に起因する若干の盛り上がりが見られ、かかる盛り上がり部に、第１のフィンエレメント２１における第１の係止部２１ｅ及び連結部２１ｍの一部が位置することになり、第２のフィンエレメント２２における第２の係止部２２ｅ及び連結部２２ｍの一部が位置することになる。また、接合領域Ｗには、スプレッダ１０の下面側ではｙ軸方向に延在する直線上の塑性流動痕が見られた。また、第１のフィンエレメント２１の第１の係止部２１ｅ及び第２のフィンエレメント２２の第２の係止部２２ｅは、変形部２１ｆ及び２２ｆが対応して固化したものである。
【００５３】
かかる本実施形態における実験条件の一例を挙げると、スプレッダ１０には、板厚５ｍｍの純アルミ板を用いた。これに、長さ２ｍｍの封孔処理部が形成された２０ｍｍｘ６０ｍｍの厚み２ｍｍの多孔性銅板を、第１のフィンエレメント２１及び第２のフィンエレメント２２として当接させ、スプレッダ１０の下面側から摩擦撹拌接合を行った。この際の接合条件は、接合ツール３０の回転数が１２００ｒｐｍ、接合ツール３０の送り速度（走査速度）が３００ｍｍ／ｍｉｎ、及びピン３４の挿入量が４．８ｍｍであった。そして、接合行程が完了した後、図２のように切断したヒートシンク１の断面について、走査型電子顕微鏡を用いて詳細に観察したが、接合欠陥や拡散接合で見られるようなアルミニウム−銅系金属間化合物は認められず、良好な固相接合物が得られた。
【００５４】
なお、以上の構成では、接合ツール３０のプローブ本体３２に装着されたピン３４は、その先端向かって先細りとなるテーパ状、つまり円錐形状を有するものとして説明したが、本実施形態においては、その原理上、円錐形状のピン３４の代わりに円柱形状のピン３４’を用いることも可能であり、かかる場合、接合領域Ｗは、スプレッダ１０の材料が摩擦撹拌接合時に塑性流動を起こした後に固化されたスプレッダ領域１０ｗと、接合領域Ｗ内に位置する第１のフィンエレメント２１の封孔処理部２１ｂの一部が摩擦撹拌接合の際に塑性流動を起こした後に固化された連結部２１ｍと、接合領域Ｗ内に位置する第２のフィンエレメント２２の封孔処理部２２ｂの一部が摩擦撹拌接合の際に塑性変形及び塑性流動を起こした後に固化された連結部２２ｍと、から成る。つまり、かかる場合には、第１
の係止部２１ｅ及び第２の係止部２２ｅは、形成されないことになる。
【００５５】
最後に、本実施形態におけるヒートシンクのフィンを構成するフィンエレメントの配列方向の個数が増えた場合の一例を、更に図４をも参照しながら、詳細に説明する。
【００５６】
図４は、本実施形態におけるヒートシンクのフィンを構成するフィンエレメントが６個設けられた場合のツール挿入領域を示す断面図であり、断面の位置としては図２に相当する。
【００５７】
図４に示すように、接合前のヒートシンク１００のフィン２０を構成するフィンエレメントが６個設けられる場合には、スプレッダ１１０に、複数の気孔１２１ｈを有する第１のフィンエレメント１２１から複数の気孔１２６ｈを有する第６のフィンエレメント１２６を対応して当接することになる。
【００５８】
ここで、第１のフィンエレメント１２１と第２のフィンエレメント１２２との間のツール挿入領域Ｓ１、第３のフィンエレメント１２３と第４のフィンエレメント１２４との間のツール挿入領域Ｓ２、及び第５のフィンエレメント１２５と第６のフィンエレメント１２６との間のツール挿入領域Ｓ３に、接合ツール３０のプローブ本体３２及びピン３４を挿入させれば、フィンエレメントの個数の半分の３箇所のツール挿入領域を設けるだけで足りるため効率的である。
【００５９】
つまり、フィンエレメントの個数が偶数である場合には、スプレッダの一方の端部側から２個ずつのフィンエレメントの対を作り、各対の間にツール挿入領域を設ければ、接合領域の総数が抑制できてフィンエレメントとスプレッダとの摩擦撹拌接合を効率的に行うことができる。なお、フィンエレメントの個数が奇数である場合には、フィンエレメントの個数が偶数である場合と同様にフィンエレメントの対を作ればよいが、最後の１個のフィンエレメントでは対を作ることはできないものとなるため、フィンエレメントの個数は、偶数に設定した方がより効率的である。
【００６０】
以上の本実施形態の構成によれば、中実部材であるスプレッダ１０と、多孔質部２１ａ、２２ａ及び多孔質部２１ａ、２２ａが封孔処理された封孔処理部２１ｂ、２２ｂを有し、封孔処理部２１ｂ、２２ｂでスプレッダ１０と接合した複数のフィン２０と、封孔処理部２１ｂ、２２ｂを構成する材料が摩擦撹拌接合ツール３０で押圧されながら撹拌されることにより形成されたスプレッダ１０と封孔処理部２１ｂ、２２ｂとの接合領域Ｗと、を備えることにより、簡便な構成で、中実部材のスプレッダ１０と多孔性部材の複数のフィン２０とを確実に接合したヒートシンク１を実現することができる。
【００６１】
また、本実施形態の構成によれば、更に、複数のフィン２０を構成する材料が摩擦撹拌接合ツール３０で押圧されながら撹拌されてその外方に突出する変形をすることによって、接合領域Ｗにおいて形成された複数のフィン２０の各々の係止部２１ｅ、２２ｅを備えることにより、簡便な構成で、中実部材のスプレッダ１０と多孔性部材の複数のフィン２０とをより確実に接合したヒートシンク１を実現することができる。
【００６２】
また、本実施形態の構成によれば、複数のフィン２０の各々が、それらの配列方向に延在する複数の貫通孔２１ｈ、２２ｈを有することにより、放熱面積を増大して放熱特性を向上したヒートシンク１を実現することができる。
【００６３】
また、本実施形態の構成によれば、スプレッダ１０が、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製であり、複数のフィン２０が、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金製であることにより、放熱面積をより増大して放熱特性をより向上したヒ
ートシンク１を実現することができる。
【００６４】
また、本実施形態の構成によれば、複数のフィン２０の各々の一端部を、スプレッダ１０に挿入した状態で、摩擦撹拌接合ツール３０の先端側のピン３４で押圧しながら、スプレッダ１０と複数のフィン２０とを摩擦撹拌接合することにより、簡便な構成で、中実部材のスプレッダ１０と多孔性部材の複数のフィン２０とを確実に接合したヒートシンク１を製造することができる。
【００６５】
なお、本発明は、構成要素の形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明においては、簡便な構成で、中実部材のスプレッダと多孔性部材の複数のフィンとを確実に接合したヒートシンクを提供することができるものであるため、その汎用普遍的な性格から広範に電子デバイス等のヒートシンクの分野に適用され得るものと期待される。
【符号の説明】
【００６７】
１…ヒートシンク
１０…スプレッダ
１０ｗ…スプレッダ領域
２０…フィン
２１…第１のフィンエレメント
２１ａ…多孔質部
２１ｂ…封孔処理部
２１ｈ…気孔
２１ｅ…係止部
２１ｍ…連結部
２１ｆ…変形部
２２…第２のフィンエレメント
２２ａ…多孔質部
２２ｂ…封孔処理部
２２ｈ…気孔
２２ｅ…係止部
２２ｍ…連結部
２２ｆ…変形部
３０…接合ツール
３２…プローブ本体
３４…ピン
４０…テーブル
４２…貫通孔
５０…保持具
６０…支持具
１００…ヒートシンク（接合前）
１１０…スプレッダ
１２１…第１のフィンエレメント
１２１ｈ…気孔
１２２…第２のフィンエレメント
１２２ｈ…気孔
１２３…第３のフィンエレメント
１２３ｈ…気孔
１２４…第４のフィンエレメント
１２４ｈ…気孔
１２５…第５のフィンエレメント
１２５ｈ…気孔
１２６…第６のフィンエレメント
１２６ｈ…気孔
Ｗ…接合領域
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…ツール挿入領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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