(57)【特許請求の範囲】
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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（５２）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（５１）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（５２）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、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ものである。
また、本発明は、放熱装置の銅露出部分を、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／Ａｇ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，Ｎｉ，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（１ｂ）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、Ａｌ２Ｃｕ）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（１ｄ）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、Ｎｉ、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、Ａｕ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（２１）、矢印（２５）の方向へ移動する移動金型（２０）、溶湯補給経路（２４）、及び一定量の溶湯（１ｙ）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（５００〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ２）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Ａｇ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Ａｇ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（３５）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（３２）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（１ｘ）に、Ａｇめっきを施す。Ａｇめっきの厚さを５０μｍ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（０．１〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ２）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、ＪＩＳ  Ｚ  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Ａｌ−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（ＫＦとＡｌＦ３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−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、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、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−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。
【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−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−Ｓｉ−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、Ａｇ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−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−Ｓｉ−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×２００ｍｍ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４００〜７００℃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〜０．１２ｍ／ｓｅｃ、鋳造圧力：１０００ｋｇｆ／ｃｍ２（１０ｋｇｆ／ｍｍ２）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×２００ｍｍ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／ｃｍ２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、Ｋ２ＡｌＦ５・Ｈ２Ｏ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Ａ１０７０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Ａｌ−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
▲１▼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：×
▲２▼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】
▲３▼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。（４０）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。
0003571905.tif 000002
【００４２】
▲４▼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】
▲５▼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】
0003571905.tif 000003
【表２】
0003571905.tif 000004
【表３】
0003571905.tif 000005
【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、
▲１▼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、
▲２▼ベースとフィンの接合性が優れ、
▲３▼ヒートシンクの熱抵抗が小さく、
▲４▼ヒートシンクの温度サイクルに対して耐久性が有り
▲５▼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
【図１】
0003571905.tif 000006
【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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