(57)【要約】【課題】薄肉の放熱フィンを狭ピッチで配列し、ベース部材にろう付によって接合し得るヒートシンクの製造方法及びヒートシンクを提供する。【解決手段】加熱コイル１の内側に、予め整列させた平板状の放熱フィン３をベース部材２の表面上に配設し、さらにそのベース部材２の表面上の少なくとも一点に線状のろう材４を配設した状態で、前記加熱コイル１に高周波電流を通流して誘導加熱することにより、前記ろう材４を溶融させて前記放熱フィン３と前記ベース部材２とを接合することを特徴とするもので、薄肉でピッチの狭いフィン配列と、放熱フィンとベース板との低熱抵抗の接合を同時に実現した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め整列させた複数の平板状の放熱フィンとろう材を表面上に配設したベース部材を加熱コイルによる誘導加熱により加熱し、前記ろう材を溶融させることで、前記放熱フィンと前記ベース部材とを接合することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【請求項２】
前記ベース部材として、磁性材層に対してその磁性材層よりも融点の低い非磁性材層が一体的に接合されたクラッド材を使用することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項３】
前記ベース部材が非磁性材層からなり、前記ベース部材の側面および底面を包囲する形状である磁性材料からなる金型の内部に配設した状態で加熱することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項４】
前記金型の内壁面に、溶融した金属との潤滑性を向上させる機能を有する離型剤を塗布した後に前記ベース部材を配設することを特徴とする請求項３に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項５】
前記加熱コイルとして、前記ベース部材を内部に配設する１巻以上のトンネル型加熱コイルを用い、前記加熱コイルの横断面方向に対して、平板状の前記放熱フィンを長手面方向が直交するように前記ベース部材の表面に配置し、かつ、線状のろう材を長さ方向が直交するように前記ベース部材の表面に配置することを特徴とする請求項２から請求項４までの何れかに記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項６】
前記ろう材の長さが各放熱フィンの長手面に対して短く、前記放熱フィンの長手方向の中央部の前記ベース部材の表面上のみに配設されることを特徴とする請求項５に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項７】
前記加熱コイルとして、前記ベース部材を内部に配設する１巻以上のトンネル型加熱コイルを用い、前記加熱コイルの縦断面方向に対して、平板状の前記放熱フィンを長手面方向が直交するように前記ベース部材の表面に配置し、かつ、線状のろう材を長さ方向が直交するように前記ベース部材の表面に配置することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項８】
前記ろう材の長さが各放熱フィンの長手面に対して短く、前記放熱フィンの長手方向の端部の前記ベース部材の表面上のみに配設されることを特徴とする請求項７に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項９】
前記非磁性材層または前記放熱フィンとして、純アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることを特徴とする請求項２から請求項４までの何れかに記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項１０】
前記ろう材がアルミニウムに珪素を含有した材料で構成され、かつ、アルミニウムに形成させる酸化膜を除去する作用を有するフラックスを内包することを特徴とすることを請求項９に記載のヒートシンク製造方法。
【請求項１１】
前記フラックスの活性化開始温度と、前記ベース部材の非磁性材層の材料の融点との温度差が１５０℃以下であることを特徴とする請求項１０に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項１２】
前記ベース部材の表面に、予め整列させた複数の前記放熱フィンの下端部を個々に挿入するための溝部を、予め形成することを特徴とする請求項１から請求項１１までの何れかに記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項１３】
前記溝部が前記加熱コイルの横断面方向に対して、直交するように形成され、前記溝部の内部に前記ろう材と放熱フィンの下端部が配設された状態で加熱することを特徴とする請求項１２に記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項１４】
磁性材層に対してその磁性材層よりも融点の低い非磁性材層が一体的に接合されたベース部材と、前記非磁性材層における前記磁性材層とは反対側の表面部に対して接合された複数の放熱フィンとを備え、前記放熱フィンと前記非磁性材層との間に前記ベース部材からの加熱によるろう材の溶融痕があることを特徴とするヒートシンク。
【請求項１５】
非磁性材層からなるベース部材と、前記非磁性材層の表面部に対して接合された複数の放熱フィンとを備え、前記放熱フィンと前記ベース部材との間に前記ベース部材からの加熱によるろう材の溶融痕があることを特徴とするヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発熱量の大きい素子などの温度上昇抑制のために用いるヒートシンクの製造方法及びヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
ベース板と放熱フィンにより構成されるヒートシンクは、冷却対象の電子部品とベース板とを密着させて、電子部品で発生する熱をベース板を介して放熱フィンまで移動させ、放熱フィンと外部環境の対流熱伝達により外部環境に放熱することで、電子部品の温度上昇を抑制している。ヒートシンクには、冷却対象に取り付けることが可能なスペース、及び、重量が限られているために、必要な放熱性能を小型で軽量な寸法・重量で実現することが求められる。そのため、熱伝導率が高い材料の使用、放熱フィンの薄肉化、またはフィンピッチの減縮等により、放熱面積を拡大することが要求されている。しかしながら、ヒートシンクの代表的な製造方法である、押出成形やダイキャスト成形では、その製法上、フィンの肉厚、及び、隣接するフィンの間隔を一定以上に確保する必要があり、放熱性能を向上させるためにはヒートシンクが大型化してしまうといった問題があった。
そこで、このような問題を解決したヒートシンクとして、放熱フィンとベース板を一体成形せずに、ダイキャストによりベース板を成形する際に、予め配列した複数の放熱フィンの端部を鋳ぐるむことで一体化して、薄肉で狭ピッチなフィン配列を実現したものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、ベース板に溝を形成した後に板状の放熱フィンを挿入し、フィンの両端のベース板表面を垂直方向から加圧することで、フィンをかしめ固定したものがある（例えば、特許文献２参照）。
また、板状の放熱フィンの下端部にろう材と皮材から成る間隔部材を配設し、両端から圧縮荷重を加えて固定した状態で加熱することでろう材を溶融させ、一体化したヒートシンクを得るものがある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−３１６３７８号公報（図１）
【特許文献２】特開平０６−１９８３８３号公報（図１）
【特許文献３】特開２００３−１２４４０９号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ヒートシンクの材料としては、軽量、かつ、熱伝導率が高いアルミニウムが一般的に用いられ、中でも、展伸材として用いられる１０００番系の純アルミニウムや５０００番系のＡｌ−Ｍｇ合金が高い熱伝導率を有することが知られている。しかし、特許文献１のようなベース板と放熱フィンとがダイキャストにより一体成形されたヒートシンクでは、ベース板を鋳造により成形する必要があるために、ベース板の材料として、成形時の流動性を向上させた鋳造用またはダイキャスト用のアルミニウム合金を使用する必要がある。鋳造材及びダイキャスト材は純アルミニウムと比較して熱伝導率が３０％程度低く、純アルミニウムから成るヒートシンクに対して放熱性能の低下が避けられない。また、特許文献２のようなベース板と放熱フィンとをかしめることで接合されたヒートシンクでは、その製法上、ベース板と放熱フィンとの間に空隙が必ず存在してしまうため、ベース板と放熱フィンとの間の熱抵抗が増大し、ヒートシンクの放熱性能が低下する。特許文献３のような製造方法では、放熱フィン間に配設される間隔部材としてろう材を溶融させることでベース板を形成するために、ベース板の大部分が溶融後に固化したろう材で形成される。前記ダイキャスト用のアルミニウム材と同様に、ろう材もまた流動性を向上させるための添加物が多量に含まれているために、純アルミニウムと比較して熱伝導率が３０％以上低いものとなっている。このため、ベース板の熱伝導率が低下し、ヒートシンク全体としての放熱性能も低下するという課題があった。
【０００５】
本発明は前記のような課題を解決するためになされたものであり、薄肉の放熱フィンを狭ピッチで配列することが可能で、小型化、軽量化し得るヒートシンクの製造方法、及びヒートシンクを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るヒートシンクの製造方法は、予め整列させた複数の平板状の放熱フィンとろう材を表面上に配設したベース部材を加熱コイルによる誘導加熱により加熱し、前記ろう材を溶融させることで、前記放熱フィンと前記ベース部材とを接合することを特徴とするものである。
また、本発明に係るヒートシンクは、磁性材層に対してその磁性材層よりも融点の低い非磁性材層が一体的に接合されたベース部材と、前記非磁性材層における前記磁性材層とは反対側の表面部に対して接合された複数の放熱フィンとを備え、前記放熱フィンと前記非磁性材層との間に前記ベース部材からの加熱によるろう材の溶融痕があることを特徴とするものである。
さらに、本発明に係るヒートシンクは、非磁性材層からなるベース部材と、前記非磁性材層の表面部に対して接合された複数の放熱フィンとを備え、前記放熱フィンと前記ベース部材との間に前記ベース部材からの加熱によるろう材の溶融痕があることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係るヒートシンクの製造方法においては、複数の放熱フィンを予め整列させ、ろう材と共にベース部材の上面部に配置するようにしたので、放熱フィンの肉厚、及びピッチを自由に決定でき、小型化、軽量化が可能で放熱性能が良好なヒートシンクを容易に製造することができる。
また、本発明に係るヒートシンクによれば、薄肉の放熱フィンを狭ピッチで配列することが可能で、小型化、軽量化し得るという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るヒートシンクの製造方法を概念的に説明する斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態１の動作を説明するための図１のＡ−Ａ線における断面構成を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るヒートシンクの製造方法の要部を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態２の動作を説明するための図３のＢ−Ｂ線におけるベース部材の断面を模式的に示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２における放熱フィンとろう材の配置例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２における放熱フィンとろう材の他の配置例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るヒートシンクの製造方法を概念的に説明する斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態３に用いる金型に保持されたベース部材を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態３の動作を説明するための図７のＤ−Ｄ線における断面構成を概念的に示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に係るヒートシンクの製造方法を概念的に説明する斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態４の動作を説明するための図１０のＥ−Ｅ線における断面構成を概念的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るヒートシンクの製造方法を概念的に説明する斜視図、図２は実施の形態１の動作を説明するための図１のＡ−Ａ線における断面構成を模式的に示す図である。図において、実施の形態１の製造方法におけるヒートシンクは、材料として、磁性材からなる磁性材層２ａと非磁性材からなる非磁性材層２ｂの２層のクラッド材から成り、非磁性材層２ｂを上方に向けて配設されたベース部材２と、平板状の所定数の放熱フィン３を整列部材７によって予め整列させ、ベース部材２の上面部に載置された放熱フィン３と、各放熱フィン３の下端部の側面部及びベース部材２の上面部の双方に接触する如き状態で配置した線状のろう材４とを用い、加工装置として誘導加熱コイルであるトンネル型の加熱コイル１を用い、後述するようにろう材４を加熱して溶融させ、放熱フィン３の下端とベース部材２の上表面とをろう接するようにしたものである。なお、線状のろう材４は、図１の例では放熱フィン３の延在方向の中央部に、放熱フィン３とベース部材２の非磁性材層２ｂとの当接部に沿って配置される。
【００１０】
本実施の形態１は、枠状に巻回された加熱コイル１の内部空間内に設置された耐熱板５上に、放熱フィン３、及びろう材４を予めその非磁性材層２ｂ側の上面部に配設したベース部材２を載置し、ベース部材２を誘導加熱することにより、昇温したベース部材２からの伝導熱によりろう材４を昇温させ、溶融させるものである。本実施の形態１に係るヒートシンクの製造方法では、加熱コイル１に接続した高周波電源から加熱コイル１に高周波電流８（便宜上、図２において流れる方向を矢印で表記するのみとした）を流すことで、ベース部材２に誘導電流が発生し、ジュール熱によって加熱される。なお、ベース部材２、放熱フィン３もしくはろう材４の温度を検出する例えば非接触式の温度センサ、前述の加熱コイル１を駆動する高周波電源、その制御回路、ろう付の進行状態や完了時点を検知するためのイメージセンサ、または全体の制御装置などは例えば一般的な公知の技術を適宜選択して用いることができる部分であるので、図示及び説明を省略する。
【００１１】
ここで、一般的な誘導加熱方式の特性について説明する。誘導加熱方式では、被加熱部材への入熱量が被加熱部材の材質に大きく依存する。例えば、被加熱部材が鉄などの磁性を有する金属である場合は、加熱効率が高いために急速に加熱することが可能である。一方、被加熱部材が銅やアルミニウムなどの磁性を持たない金属である場合は、材料の透磁率が鉄などの磁性材料と比較して極めて小さいために、加熱コイルを流れる電流条件が同じであっても、磁性材料と比較して誘導電流の発生量が小さく、発熱量が小さい。また、被加熱部材が樹脂やセラミックなどの非金属材料の場合は、誘導電流が発生しないために加熱することができない。
【００１２】
また、誘導加熱方式では、被加熱部材内の発熱量分布が加熱コイルに高周波電流を流した場合に発生する被加熱部材内の磁束密度分布に依存する。
ここで、図１の両端矢印にて示すように、説明の便宜上、図１の姿勢におけるベース部材２について、その奥行方向をベース部材奥行方向Ｄｂ、左右方向をベース部材幅方向Ｗｂとし、加熱コイル１について、その奥行方向（縦断面方向）を加熱コイル奥行方向Ｄｃ、左右方向（横断面方向）を加熱コイル幅方向Ｗｃとする。なお、図１の例では、板状の放熱フィン３は、その板面の延在方向がベース部材２のベース部材幅方向Ｗｂに対して直交する向きでベース部材２の上面部に載置され、ベース部材２は、ベース部材奥行方向Ｄｂが加熱コイル奥行方向Ｄｃと平行になるように加熱コイル１内に挿入される。
【００１３】
一定厚さのベース部材２をトンネル型の加熱コイル１の内部に入れて加熱する場合、ベース部材奥行方向Ｄｂの両端部で磁束密度が最小、中央部で磁束密度が最大となるため、ベース部材奥行方向Ｄｂの中央部ほど大きな誘導電流が流れることにより、ベース部材２の中央部が端部と比較して急速に昇温する。
実施の形態１に係るヒートシンクの製造方法では、製造に用いるベース部材２が磁性材層２ａと非磁性材層２ｂの２層のクラッド材で構成されること、また、放熱フィン３が非磁性材料で構成されることを特徴とする。さらに、ろう材４が、磁性材層２ａの材料及び非磁性材層２ｂの材料の両方よりも低い融点を持つ材料で構成されることを特徴とする。また、予め整列させた平板状の放熱フィン３をその長手面方向（板面の延在面方向）が加熱コイル１の加熱コイル奥行方向Ｄｃと平行な向きとなるようにベース部材２の非磁性材層２ｂ側の表面上に配置し、その放熱フィン３の下端部における長手面方向の中央部に線状のろう材４を配置した状態で加熱することを特徴とする。
【００１４】
次に、本実施の形態１に係るヒートシンクの加熱特性について図２を用いて説明する。本実施の形態１に係るヒートシンクの製造方法では、ベース部材２が磁性材層２ａを有するために、加熱コイル１に高周波電流８を流すことで磁性材層２ａに磁束が集中し、ベース部材２の表面上に、実線矢印で示す高密度のベース部材誘導電流６ａが流れ、ベース部材２が表面側から急速に昇温する。このとき、ろう材４はその融点が磁性材層２ａ及び非磁性材層２ｂを構成する材料よりも低いため、非磁性材層２ｂ及び磁性材層２ａが溶融する前に、非磁性材層２ｂからの伝導熱により溶融し、放熱フィン３の下端部とベース部材２の上面部とがろう付される。なお、放熱フィン３においてもフィン部誘導電流６ｂが破線矢印で示すように流れるが、磁力線（図示せず）の向きと放熱フィン３の長手面の向きが平行であるため、放熱フィン３を貫く磁力線の数が小さく、放熱フィン３の昇温速度は十分に遅いため、影響を無視できる。
【００１５】
ろう材４が溶融してろう付が行われた後に、加熱を停止し、加熱コイル１の外にベース部材２を引き出すことで、ろう材４のみが溶融し、放熱フィン３とベース部材２とが一体化したヒートシンクが得られる。放熱フィン３は整列部材７により予め整列されているため、放熱フィン３の肉厚やピッチの制約を受けることなく、放熱フィン３をベース部材２上に溶融接合することが可能となる。これにより、放熱フィン３を配置できるスペースや領域、または放熱フィン３の許容重量が限られている場合であっても、放熱フィン３を薄肉化し、しかも放熱フィン３のピッチを狭くすることができることにより、放熱面積を大きくし、小型軽量で、放熱特性の優れたヒートシンクを得ることが可能となる。例えば、放熱フィン３の板厚を０．５ｍｍ程度以下とし、フィンピッチを２ｍｍ程度以下にした強制対流用のヒートシンクを得ることなども容易である。
【００１６】
整列部材７による放熱フィン３の整列手法は特に限定されるものではないが、図１の例の場合、丸棒状の２本の整列部材７と、隣り合う放熱フィン３の相互の間隔を規定する所定の厚みを有する平座金状の複数のスペーサ（図示省略）を用意すると共に、放熱フィン３としては、整列部材７を挿通させるための抜き穴付きのものを用意し、整列部材７を放熱フィン３の抜き穴に挿通させるときにスペーサと放熱フィン３を交互に挿通させることで一定間隔に整列されたフィン配列を実現できる。なお、整列部材７の挿通箇所の両端部は適宜の固定手段で放熱フィン３を整列部材７に固定すればよい。また、誘導加熱によって、放熱フィン３を非磁性材層２ｂの表面部にろう接した後は、丸棒状の整列部材７を引き抜くことでスペーサも取り除くことができる。なお、整列部材７及びスペーサの材質は特に限定されないが、電気絶縁性を有する例えば耐熱樹脂またはセラミックス製のもの等が望ましい。
【００１７】
なお、放熱フィン３の整列に棒状の整列部材７を用いる他の例として、フィンプレスの際に、前述の抜き穴に対応する位置に、突出寸法が所定のフィン間隔となるようにしたフィンカラーを成形した薄板状の放熱フィン３を用いることができる。その場合、前述のスペーサを不要にすることができ、しかも放熱フィン３をベース部材２の非磁性材層２ｂに溶接接合した後、丸棒状の整列部材７を抜くだけで良いので、スペーサの装着作業や取外し作業も不要にできるので、製造工程を簡素にできる。なお、放熱フィン３にはフィンカラーが残るが、ヒートシンクとしての質量や性能への影響は無視できる。
【００１８】
ベース部材２を構成する磁性材層２ａに用いられる材料としては、誘導加熱による発熱量が大きいほど好適である。つまり、透磁率が高く、電気抵抗が高い金属が好適である。このような材料の具体例として、一般的に知られている、鉄、ニッケルなどの純金属に加えて、炭素鋼やフェライト系ステンレスなどの合金を用いることができる。ベース部材２における磁性材層２ａの材料として前記のような材料を用いることで、本発明に係るヒートシンクの製造方法を効果的に実施することができる。
【００１９】
また、ベース部材２を構成する非磁性材層２ｂに用いられる材料としては、熱伝導率が高いほど、また、比重が小さいほど好適である。このような材料の具体例として、アルミニウムが代表的であるが、中でも１０００番系の純アルミニウムや５０００番系のＡｌ−Ｍｇ合金などの展伸材は熱伝導率が優れており、特に１０００番系の純アルミニウムはろう付け性に優れることでも知られているために、このようなアルミニウム系素材の展伸材は好適に本発明に用いることができる。
【００２０】
ろう材４に用いられる材料としては、放熱フィン３及びベース部材２の非磁性材層２ｂの材料よりも融点が低いものほど好適である。また、前記ろう材４の溶融時には、放熱フィン３の下端部とベース部材２の表面との界面に濡れ広がることが要求されるために、浸透性の高いものが好適である。また、放熱フィン３またはベース部材２における非磁性材層２ｂの材料が酸化膜で覆われている場合、ろう材のなじみや流れがその酸化膜により阻害されるため、非磁性材層２ｂの酸化膜を除去するためのフラックスを内包しているろう材４は好適に用いることができる。
【００２１】
例えば、放熱フィン３とベース部材２を構成する非磁性材層２ｂの材料が１０００番系の純アルミニウムである場合、ろう材４の具体例としては、ケイ素を５％程度から十数％程度含有した市販のアルミニウム合金などが低融点かつ浸透性の点で優れている。また、アルミニウムの酸化被膜を除去するためのフラックスとしては、例えば、塩化リチウム、フッ化カリウム、塩化ナトリウムなどを適当な割合で混合させたものが一般的である。その成分によってフラックスが活性化する温度が異なり、活性化開始後は徐々に活性を失って濡れ性が低下する。そのため、活性化開始温度と、ベース部材２の非磁性材層２ｂの融点との温度差が１５０℃以下であるフラックスを使用することで良好な接合部が得られる。
【００２２】
本実施の形態１では、各放熱フィン３とベース部材２の非磁性材層２ｂの間に線状のろう材４が配設される。そのため、ろう材４の線径が細いほどフィンピッチを狭めることが可能であるため、フィンピッチの狭いヒートシンクを得る場合には、ろう材４の線径は例えば２ｍｍ程度以下であることが好ましい。また、前述の誘導加熱の特性により、ベース部材２におけるベース部材奥行方向Ｄｂの中央部に磁束密度が集中するために、ベース部材奥行方向Ｄｂの中央部ほど昇温速度が速くなる。ここで、ベース部材２の表面上の昇温速度が低い領域、つまりベース部材奥行方向Ｄｂの端部にのみろう材４を配設した場合、ベース部材２からの伝導熱でろう材４が融点に到達するよりも早く、中央部でベース部材２もしくは放熱フィン３の下端部が先に溶融してしまう可能性がある。
【００２３】
その場合、放熱フィン３とベース部材２との接合性が悪くなることに加え、放熱フィン３が変形してヒートシンクとしての放熱性能が低下する恐れがある。そのため、図１に破線で示すように、過加熱領域であるベース部材奥行方向Ｄｂの中央部にのみ、放熱フィン３の全長に亘ってろう接するために必要な質量に調整されたろう材４を配設することで、ろう材４を優先的に溶融させ、全長に亘って良好な接合状態を実現することができる。なお、ヒートシンクの寸法形状等のパラメータによっては、ろう材４の長さを放熱フィン３の長さと同等にして放熱フィン３の全長に亘って設置するようにしても差支えない。
【００２４】
ここで、前述した磁性材層２ａに好適な材料は、非磁性材層２ｂに好適な材料と比較して、熱伝導率が低く、比重が大きい。つまり、磁性材層２ａをそのままヒートシンクのベース部材２として使用する場合、ベース部材２における磁性材層２ａの占める割合が大きいほど、ヒートシンク全体としての熱抵抗が増大し、また、ヒートシンクが重量化するため、ベース部材２における磁性材層２ａの割合が小さいほど好適である。磁性材層２ａの占める割合が小さいほど、同一条件の高周波電流を加熱コイル１に流した場合におけるベース部材２の発熱量が低下するが、その場合には、加熱コイル１に流れる高周波電流８を増大させることで、発熱量を増大させることが可能である。
【００２５】
なお、磁性材層２ａによる熱抵抗の上昇と重量化の影響を避けたい場合には、放熱フィン３とベース部材２を接合した後に、磁性材層２ａを切削により除去することで、非磁性材層２ｂと放熱フィン３のみで構成されたヒートシンクを得ることができる。なお、磁性材層２ａの除去に関わらず非磁性材層２ｂと放熱フィン３との間にはろう材４の溶融による接合痕が残るので、磁性材層２ａが除去されたものであっても、非磁性材層２ｂに溶融した形跡を有する場合、本発明の製造方法により製造されたものであることは明確に判別できる。
【００２６】
なお、加熱コイル１として、断面が矩形であるトンネル型コイルを使用する例を用いて説明したが、断面が円形であるソレノイドコイルなど、巻回数が１巻（１ターン）以上で被加熱部材を囲む形状の加熱コイルであれば、同様の効果を得ることができるため、加熱コイル１の断面形状、巻回数などは特に限定されるものではない。なお、複数の放熱フィン３の整列のために、棒状の整列部材７を用いる例を示したが、整列部材７の形状や整列手法なども特に限定されるものではない。
【００２７】
上記のように、実施の形態１によれば、複数の放熱フィン３を予め整列させ、ろう材４と共にベース部材２の上面部に配置するようにしたので、放熱フィン３の肉厚、及びピッチを自由に決定でき、また、放熱フィン３の下端部とベース部材２の上面部のみをろう材により接合するために、材料自体の流動性等を考慮することなく放熱フィン３及びベース部材２の材料を自由に決定できる。これにより、薄肉で狭ピッチのフィン配列とすることが可能となり、かつ、熱伝導率の高い金属で放熱フィン及びベース部材を形成することが可能となるため、小型化、軽量化し得る放熱性能が良好なヒートシンクを容易に製造することができる。
また、本発明に係るヒートシンクは、非磁性材を用いた板状のベース部材２と、前記非磁性材の表面部に対してろう付によって立設された板状の複数の放熱フィン３とを備え、前記放熱フィン３と前記ベース部材２との間にろう材の溶融痕があることを特徴とするものであり、薄肉の放熱フィンを狭ピッチで配列することが可能で、小型化、軽量化し得るものである。
【００２８】
実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２に係るヒートシンクの製造方法の要部を示す斜視図、図４は本発明の実施の形態２の動作を説明するための図３のＢ−Ｂ線におけるベース部材の断面を模式的に示す図、図５は本発明の実施の形態２における放熱フィンとろう材の配置例を示す図、図６は本発明の実施の形態２における放熱フィンとろう材の他の配置例を示す図である。なお、本実施の形態２は、ベース部材２を構成する非磁性材層２ｂの上面部に、整列部材７によって整列させた放熱フィン３の形状に合わせた互いに平行な複数の溝部９を設けると共に、溝部９の中に、ろう材４と放熱フィン３の下端部を配設した状態で誘導加熱することにより、ろう材４を溶融させ、放熱フィン３の下端部とベース部材２とをろう付により接合するようにしたものである。なお、溝部９、放熱フィン３、及びろう材４の長さは略同一に設定されており、また、製造過程で用いる加熱コイルなど、その他の構成は、実施の形態１と同様であるので図示及び説明を省略する。
【００２９】
本実施の形態２の主な特徴部分は、磁性材層２ａと非磁性材層２ｂの２層のクラッド材から成るベース部材２として、非磁性材層２ｂ側の上面部に、放熱フィン３の形状に合わせた溝部９が形成されたものを用いること、及びその溝部９が加熱コイル１の加熱コイル奥行方向Ｄｃと平行な向きとなるように加熱コイル１内に配置することにある。
本実施の形態２においては、実施の形態１で示した誘導電流が表面を集中して流れる特性により、図４に実線の矢印で示すように、ベース部材２の表面にベース部材誘導電流６ａが発生する。このとき、ベース部材２の非磁性材層２ｂに溝部９を有するため、ベース部材誘導電流６ａが溝部９の形状に沿って流れることにより、単位体積あたりの誘導電流の通過領域が増大する。このため、表面が平滑面である場合と比較して非磁性材層２ｂの表面部の発熱量が増大し、溝部９が他の領域よりも急速に昇温する。
【００３０】
このとき、溝部９の内部に、ろう材４と放熱フィン３の下端部とが配設された状態で誘導加熱されることで、ベース部材誘導電流６ａにより昇温したベース部材２からの伝導熱により溝部９の内部が優先的に昇温されて、配設されたろう材４が溶融することで、ベース部材２の溝部９と放熱フィン３の下端部とがろう付接合され、放熱フィン３とベース部材２とが一体化したヒートシンクを得ることができる。
また、本実施の形態２では、加熱前にろう材４と放熱フィン３の下端部の両方が溝部９の内部に配設されるため、ろう材４と放熱フィン３の位置合わせが容易となり、ろう材４と放熱フィン３の良好な位置関係のもとで溶融したろう材４が溝部９の内部を濡れ広がることにより、接合面積が大きい安定した接合が可能となるという更なる効果も得られる。
【００３１】
本実施の形態２に係る放熱フィン３とろう材４の設置状態としては、例えば図５に示すような、溝部９の底部に配置した線状のろう材４の直上に放熱フィン３を載置した状態、または、図６に示すような、溝部９の底の幅方向にろう材４と放熱フィン３とを並べて設置した状態により、本実施の形態を実施することができるが、ろう材４と、放熱フィン３の下端部とが溝部９の内部に配設されているならば、その設置状態に関わらず同様の効果を得ることができるため、その設置状態は特に限定されるものではない。なお、図５に示すように、ろう材４の上に放熱フィン３を載せた場合、ろう付が行われた時に、ろう材４が溶融することで放熱フィン３が溝部９の底に沈下するので、その沈下を検知することでろう付の完了時点を検知することもできる。
【００３２】
上記のように、実施の形態２によれば、ベース部材２の上面部に、予め整列された複数の放熱フィン３の下端部を個々に挿入し得ると共に、当該下端部をろう付するためのろう材４を個々に挿入し得る複数の溝部９を形成したので、ろう材４と放熱フィン３の下端部の両方が溝部９の内部に配設されるため、ろう材４と放熱フィン３の位置合わせが容易となり、ろう材４と放熱フィン３の良好な位置関係のもとで溶融したろう材４が溝部９の内部を濡れ広がることにより、接合面積が大きい安定した接合が可能になるという効果が得られる。
【００３３】
また、溝部９を有することで単位体積あたりの誘導電流の通過領域が増大するため、非磁性材層２ｂの表面部の発熱量が平滑面の場合よりも増大し、溝部９が他の領域よりも急速に昇温するのでろう付の所要時間を短縮できる。また、実施の形態１にて、ベース部材２の磁性材層２ａの割合が小さいほど好適であることを述べたが、本実施の形態２では、実施の形態１のような表面が平滑なベース部材２を用いる場合と比較して、非磁性材層２ｂの表面の発熱量が前述のとおりに増大する。従って、同一の電源出力を用いる場合には、実施の形態１と比較して磁性材層２ａの板厚を薄くすることが可能になるという効果も得られる。
【００３４】
実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３に係るヒートシンクの製造方法を概念的に説明する斜視図、図８は本発明の実施の形態３に用いる金型に保持されたベース部材を示す斜視図、図９は本実施の形態の動作を説明するための図７のＤ−Ｄ線における断面構成を概念的に示す図である。本実施の形態３に係るヒートシンクの製造方法の特徴は、実施の形態１の製造方法における磁性材層２ａと非磁性材層２ｂの２層のクラッド材から成るベース部材２の代わりに、非磁性材のみからなるベース部材２Ｂを用い、そのベース部材２Ｂを磁性材料からなる金型１０の内部に配設し、誘導加熱による金型１０の発熱をろう付接合に利用するようにした点にある。また、図８、図９に示すように、金型１０はベース部材２Ｂの底面及び側面周囲を包囲する浅い箱形状であること、さらに金型１０が、ろう材４及びベース部材２Ｂの材料よりも融点が高い材料で構成されることを特徴としている。なお、製造過程で用いる加熱コイル１、ベース部材奥行方向Ｄｂの中央部のみにろう材４を配設する点など、その他の構成は実施の形態１と同様であるので、図示及び説明を省略する。
【００３５】
次に、実施の形態３に係るヒートシンクの製造方法を図９を用いて説明する。実施の形態３では、加熱コイル１に高周波電流８を流した場合に、磁束が、磁性材料である金型１０に集中する。実施の形態１に示したベース部材２が磁性材層２ａと非磁性材層２ｂから成るクラッド材である場合と異なり、金型１０とベース部材２Ｂは一体化しておらず両者間の電気抵抗が大きいために、誘導電流は実線の矢印で示す金型部誘導電流６ｃのように金型１０のみを流れ、金型１０が集中的に加熱される。このとき、放熱フィン３においても破線の矢印で示すフィン部誘導電流６ｂが流れるが、磁力線（図示せず）の向きと放熱フィン３の長手面の向きが平行であるため、放熱フィン３を貫く磁力線の数が小さく、放熱フィン３の昇温速度は金型１０と比較して十分に遅いため、影響を無視できる。
【００３６】
本実施の形態３に係るヒートシンクの製造方法では、ベース部材２Ｂが直接誘導加熱されず、金型１０の内壁面、特に金型奥行方向Ｄｍの壁面よりも金型幅方向Ｗｍの壁面からの伝導熱により昇温するため、ベース部材２Ｂの側面部、特に、磁束が集中するベース部材幅方向Ｗｂの両側面部及び底面部から中央部にかけて昇温する。図９のように、ベース部材２Ｂの上表面にろう材４が配設されている場合、ベース部材２Ｂの表面からの伝導熱により、ろう材４が加熱され融点に到達することで溶融し、ベース部材２Ｂの上面部に放熱フィン３がろう付される。
【００３７】
ろう付が行われた後に、加熱を停止し、加熱コイル１の外に金型１０を取り出し、金型１０からベース部材２Ｂを離型させることで、磁性材層２ａを含まないベース部材２Ｂと放熱フィン３とが一体化したヒートシンクが得られる。実施の形態１で、ベース部材２の磁性材層２ａの割合が小さいほど好適であることを述べた。本実施の形態３に係るヒートシンクの製造方法では、上記の方法により磁性材層２ａを含まないヒートシンクを得られるため、さらに好適に本発明に係るヒートシンクの製造方法を実施することが可能となる。
【００３８】
なお、金型１０の材料としては、誘導加熱による発熱量が大きいほど好適である。つまり、透磁率が高く、電気抵抗が高い金属が好適である。このような材料の具体例として、一般的に知られている、鉄、ニッケルなどの純金属に加えて、炭素鋼やフェライト系ステンレスなどの合金を用いることができる。金型１０の材料として前記のような材料を用いることで、本発明を効果的に実施することができる。
【００３９】
また、金型１０の形状としては、ベース部材２Ｂと金型１０の内壁面との空隙が小さいほど好適である。本実施の形態３では、誘導加熱により昇温した金型１０からの伝導熱によってベース部材２Ｂを昇温させるため、前述の空隙が小さいほど、金型１０とベース部材２Ｂとの昇温速度差を低減できる。具体的には、金型１０の底面及び四方の内壁面とベース部材との隙間を約０．５ｍｍ以下とした場合に、両者の昇温速度差を良好に低減でき、より短い加熱時間でろう材４を溶融させることができる。
【００４０】
なお、本実施の形態３では、実施の形態１の場合と異なり、ベース部材２Ｂを、その表面からでは無く、側面部及び底面部から昇温する。このため、ベース部材２Ｂとろう材４の融点の温度差が小さい場合、ベース部材２Ｂの上表面に配設したろう材４が融点に到達するより先に、ベース部材２Ｂの底面及び側面部が先に溶融し、溶融したベース部材２Ｂと金型１０の内壁とが接合された場合には、ベース部材２Ｂを金型１０から取り出すことが困難になる可能性がある。そのような事象の発生を防ぐために、予め金型１０の内表面に潤滑性に優れる離型剤を塗布しておくことが有効である。
【００４１】
なお、離型剤としては例えば当業界で一般的に使用されているアルミ用ダイキャストの離型剤などを適宜選択して利用することができる。それにより、ベース部材２Ｂとろう材４との融点の温度差が小さく、ベース部材２Ｂが先に溶融する恐れがある場合であっても、金型１０とベース部材２Ｂとが接合されず、放熱フィン３が接合されたベース部材２Ｂを金型１０から容易に取り出すことが可能となる。また、金型１０は繰り返し使えることは言うまでもない。
【００４２】
上記のように、実施の形態３によれば、実施の形態１の効果に加えて、ベース部材として磁性材層２ａを含まないアルミニウムなどの非磁性材のみからなるベース部材２Ｂを用いることができるので、クラッド材を用いる場合に比べて、材料費の低減が可能で、磁性材層２ａが不要な場合に、その磁性材層２ａを後から切削によって取り除く必要もなく、小型で放熱性に優れたヒートシンクを安価に提供できるという効果が得られる。
【００４３】
実施の形態４．
図１０は本発明の実施の形態４に係るヒートシンクの製造方法を概念的に説明する斜視図、図１１は本発明の実施の形態４の動作を説明するための図１０のＥ−Ｅ線における断面構成を概念的に示す図である。なお、本実施の形態４における主な特徴部分は、放熱フィン３、及び、ろう材４の長手方向を加熱コイル幅方向Ｗｃと平行となる向きに配設する点にあり、図７に示す、実施の形態３に係る放熱フィン３が上面部に載置され、金型１０に保持されたベース部材２Ｂを９０度回転させたものに相当する。なお、後述するように、そのときの加熱動作時の特性から、ろう材４は、放熱フィン３の板面の延在方向における一端部側と他端部側に離間させて配設される。その他の構成については、実施の形態３と同様であるので重複する部分の説明を省略する。
【００４４】
次に、本実施の形態４における製造方法の特徴部分について図１０を用いて説明する。本実施の形態４においては、実施の形態３と同様、金型１０に磁束が集中することで、金型１０が集中的に加熱される。ベース部材２Ｂは昇温した金型１０の側面部、特に磁束が集中するベース部材幅方向Ｗｂの両側面部及び底面部からの伝導熱により昇温するため、ベース部材２Ｂはベース部材幅方向Ｗｂの各端部及び底面部から徐々に昇温する。
【００４５】
放熱フィン３、及び、ろう材４は加熱コイル幅方向Ｗｃと平行となる向きに配設されており、ろう材４はベース部材２Ｂの表面からの伝導熱により加熱されるため、ろう材４もまたベース部材幅方向Ｗｂの端部ほど昇温が速くなる。この結果、幅方向の両端部に配設されたろう材４が優先的に溶融し、幅方向中央部に濡れ広がることにより、放熱フィン３の下端部とベース部材２Ｂの表面が接合される。
ろう材４の溶融によるろう付が完了した後に、加熱を停止し、加熱コイル１の外に金型１０を取り出し、金型１０からベース部材２Ｂを離型させることで、磁性材層２ａを含まないベース部材２Ｂと放熱フィン３とが一体化したヒートシンクが得られる。
【００４６】
ベース部材２として磁性材層２ａと非磁性材層２ｂからなるクラッド材を用いた前記実施の形態１では、加熱コイル１の内部で誘導加熱する際に、ベース部材奥行方向Ｄｂの中央部から奥行方向（即ち前後方向）に向かって昇温するため、放熱フィン３及びろう材４を加熱コイル幅方向Ｗｃと平行な向きに設置した場合には、複数のベース部材２の内、ベース部材奥行方向Ｄｂの中央部のものと端部のものとで温度差が発生するために、中央部の放熱フィン３の過加熱による変形、または、奥行方向の前部側と後部側に配設された放熱フィン３に対応するろう材４の溶融不足による接合不良が生じる可能性があった。しかし、本実施の形態４においては、ベース部材２Ｂの図示の姿勢における幅方向の端部が奥行方向に亘って過加熱領域となるので、加熱コイル１に対して加熱コイル幅方向Ｗｃと平行となる向きに放熱フィン３及びろう材４を配設した場合であっても、前述のように、幅方向の両端部に配設されたろう材４によってろう付を行なわせることができる。
【００４７】
前述のとおり、実施の形態４では、放熱フィン３の幅方向端部からろう材４を溶融させるものであるために、ベース部材２Ｂの幅方向の端部の昇温速度を速くするほど好適である。つまり、金型１０の幅方向内壁部の板厚が薄いほど、ベース部材２Ｂの幅方向の端部を急速に昇温させることができるため、奥行方向の側壁部の板厚に対して幅方向の側壁部の板厚を薄くした方が良い。また、ベース部材２Ｂの幅方向の端部からろう材４が溶融するので、ベース部材２Ｂの幅方向の全体にわたってろう材４を配置すると、中央部でろう材４が溶け残り、ヒートシンクの放熱性能を悪化させる可能性がある。このため、昇温が速い領域であるベース部材２Ｂの幅方向の各端部にろう材４を離間させて配置することで溶け残りを抑えた接合が可能となる。
【００４８】
上記のように、実施の形態４によれば、実施の形態１の効果に加えて、ベース部材として磁性材層２ａを含まないアルミニウムなどの非磁性材のみからなるベース部材２Ｂを用いることができるので、クラッド材を用いる場合に比べて、材料費の低減が可能で、磁性材層２ａが不要な場合に、その磁性材層２ａを後から切削によって取り除く必要もなく、小型で放熱性に優れたヒートシンクを安価に提供できるという実施の形態３と同様の効果が得られる。
【００４９】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組合せたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、ベース部材２の平面視形状は四角形に限定されず、他の多角形や曲線を含む形状であっても差し支えない。また、放熱フィン３は平面で長方形状のものを例示したが、曲面を含むものなどでもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１  加熱コイル、Ｄｃ  加熱コイル奥行方向、Ｗｃ  加熱コイル幅方向、
２  ベース部材、２ａ  磁性材層、２ｂ  非磁性材層、２Ｂ  ベース部材、
Ｄｂ  ベース部材奥行方向、Ｗｂ  ベース部材幅方向、
３  放熱フィン、４  ろう材、５  耐熱板、
６ａ  ベース部材誘導電流、６ｂ  フィン部誘導電流、６ｃ  金型部誘導電流、
７  整列部材、８  高周波電流、９  溝部、
１０  金型、Ｄｍ  金型奥行方向、Ｗｍ  金型幅方向。
【図１】
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【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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