(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と熱的に接合された銅製の伝熱プレート（１１０）と、前記伝熱プレート（１１０）と熱的に接合されたアルミニウム製の冷却フィン（１３０）とが接合されたものであり、前記冷却フィン（１３０）の厚み（ｔｆ）が前記伝熱プレート（１１０）の厚み（ｔｐ）より薄い異種金属接合品の接合方法であって、
前記伝熱プレート（１１０）のうち前記冷却フィン（１３０）との接合面（１１２）側にニッケル層（１１３）を設けるとともに、前記伝熱プレート（１１０）と前記冷却フィン（１３０）との間に表裏両面にろう材が被覆されたアルミニウム製の接合部材（１１４）を配設した状態で加熱してろう付けすることを特徴とする異種金属接合品の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅製の第１部材とアルミニウム製の第２部材とが接合された異種金属接合品の接合方法に関するもので、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）やインバータ等の発熱する電子部品を冷却する発熱体冷却装置に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
電子部品を冷却する冷却器（ヒートシンク）として、従来はアルミニウム製のものを採用してた。なお、ヒートシンクの一般的な構造は、電子部品のコア（半導体が集積された部位）に接触する伝熱プレート部、及び伝熱プレート部に設けられた冷却フィン等からなるもので、通常、伝熱プレートと冷却フィンとは、押し出し加工もしくは引き抜き加工、又はろう付け（半田付け）接合等の手段にて一体化されている。
【０００３】
ところで、近年、電子部品の動作速度の向上とともに、電子部品からの発熱量が増大しているため、従来のアルミニウム製のヒートシンクでは、十分に電子部品を冷却することが難しくなってきた。
【０００４】
これに対して、アルミニウムより熱伝導率が大きい銅にてヒートシンクを構成する方法が考えられが、銅はアルミニウムより密度が大きいので、ヒートシンク全てを銅製とすると、ヒートシンクが非常に重くなり、ヒートシンクを（マザーボード）に装着することが難しい。
【０００５】
そこで、発明者等は、電子部品に接触する伝熱プレートを銅製とし、冷却フィンをアルミニウム製とするとともに、伝熱プレートと冷却フィンとをろう付け接合したヒートシンクを試作検討したが、この試作品においては、以下のような問題が発生した。
【０００６】
すなわち、ヒートシンクの冷却能力を高めるためには放熱面積を拡大する必要があるが、単純に放熱面積を拡大すると、ヒートシンク全体が大きくなってしまうため、冷却フィンの板厚を薄くすることにより、冷却フィンの表面積を増大させつつ冷却フィンの外形寸法（ヒートシンクの外径寸法）が大きくなることを抑制する必要がある。
【０００７】
一方、伝熱プレートは電子部品に接触して電子部品が発する熱を冷却フィンに伝導する必要があるので、伝熱プレートの板厚（熱が伝導する部位の断面積）は、十分な熱量を冷却フィン側に伝導することができ得る寸法とする必要があり、伝熱プレートの板厚と冷却フィンの板厚とが（上記試作品では、１／７０以下と）大きく相違してしまう。
【０００８】
そして、アルミニウムと銅とをろう付けするに当たっては、銅側にニッケルメッキを施した状態でアルミニウム（ＡＬ）−シリコン（Ｓｉ）系のろう材にてろう付けする手法が一般的であるが、ろう付け時に、ろう材（ＡＬ−Ｓｉ）とニッケルとが反応してアルミニウムの融点が低下してしまうので、ろう付け時に、板厚が薄く熱容量の小さい冷却フィンが溶けてしまうという問題が発生した。
【０００９】
本発明は、上記点に鑑み、板厚が大きく相違する銅製の部材とアルミニウム製の部材とを良好にろう付けすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、発熱体と熱的に接合された銅製の伝熱プレート（１１０）と、伝熱プレート（１１０）と熱的に接合されたアルミニウム製の冷却フィン（１３０）とが接合されたものであり、冷却フィン（１３０）の厚み（ｔｆ）が伝熱プレート（１１０）の厚み（ｔｐ）より薄い異種金属接合品の接合方法であって、伝熱プレート（１１０）のうち冷却フィン（１３０）との接合面（１１２）側にニッケル層（１１３）を設けるとともに、伝熱プレート（１１０）と冷却フィン（１３０）との間に表裏両面にろう材が被覆されたアルミニウム製の接合部材（１１４）を配設した状態で加熱してろう付けすることを特徴とする。
【００１１】
これにより、ろう付け時に、ろう材とニッケルとが反応してアルミニウム製の接合部材（１１４）が、第２部材（１３０）に代わって犠牲材となって溶けながら第１部材（１１０）に接合されるので、ろう付け時に、第２部材（１３０）が溶けてしまうことを未然に防止できる。
【００１２】
一方、第２部材（１３０）はニッケルの影響を受けないので、自らは溶けることなく接合部材（１１４）にろう付けされるので、第２部材（１３０）は、接合部材（１１４）を介して第１部材（１１０）に接合される。
【００１３】
このように、本発明によれば、第２部材（１３０）の厚みが第１部材（１１０）の厚みｔｐに比べて非常に薄くても、第２部材（１３０）と第１部材（１１０）とを良好にろう付けすることができる。
【００１８】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）を発熱体として、このＭＰＵを冷却する発熱体冷却装置（以下、ヒートシンクと呼ぶ。）に本発明を適用したものであって、図１は冷却装置１００の斜視図である。
【００２０】
図１中、１１０は略正方形に形成された銅（本実施形態では、Ｃ１１００）製の伝熱プレート（第１部材）であり、ＭＰＵ（図示せず。）は、後述する冷却フィンと反対側にて伝熱プレート１１０（以下、プレート１１０と略す。）の略中央に熱的に接合される。
【００２１】
１２０は、プレート１１０の板面１１１に対して略直交する方向からプレート１１０に向けて冷却空気を吹き出す軸流型のボックスファン（送風手段）であり、このボックスファン１２０（以下、ファン１２０と略す。）は、図２に示すように、直方体状のボックス１２１内に、軸流ファン１２２及びこの軸流ファン１２２を駆動する小型電動モータ１２３を収納した周知のものである。
【００２２】
そして、ファン１２０とプレート１１０（板面１１１）との間には、アルミニウム薄板材を波状にローラ成形してプレート１１０からの放熱を促進するアルミニウム（本実施形態では、Ａ７１７２）製の冷却フィン（第２部材）１３０が配設されており、この冷却フィン１３０（以下、フィン１３０と略す。）には、図１に示すように、空気流れを所定方向に転向させる周知のルーバ１３１が多数個形成されてプレート１１０とろう付けされている。
【００２３】
また、１４０はフィン１３０とファン１２０との間に配設されてファン１２０を支持するとともに、ファン１２０から吹き出す空気の通路を形成するアルミニウム製の支持ケーシングであり、この支持ケーシング１４０は、図２に示すように、ファン１２０からフィン１３０側に向かうほど、その通路断面積が拡大するようにテーパ状（末広がり状）に形成されている。
【００２４】
そして、支持ケーシング１４０のうちフィン１３０の山部（先端部）に接触する部位には、図１に示すように、プレート１１０と略平行、かつ、フィン１３０の尾根部（山部の頂部を連ねた部位）の長手方向に対して略直交する方向（以下、この方向をコルゲートフィン進行方向と呼ぶ。）に延びる２つの平面部１４１が形成されており、これら２の平面部１４１の長手方向両端部には、平面部１４１からプレート１１０まで延びて支持ケーシング１４０をプレート１１０に対して固定する支柱部１４２が形成されている。なお、平面部１４１は、フィン１３０の尾根部のうち尾根方向両端側にてフィン１３０に接合されているとともに、支持ケーシング１４０のテーパ状（末広がり状）部分のうち、両平面部１４１間にも平面部１４１が形成されている。
【００２５】
また、ファン１２０は、ボックス１２１を貫通して支持ケーシング１４０に至るビス（小ねじ）１２４により支持ケーシング１４０に固定されており。支持ケーシング１４０のうちファン１２０に対応する部位には、図３に示すように、ビス１２４が螺合する雌ねじ部１４３、及び送風空気を導入する開口部１４４が形成されている。
【００２６】
次に、プレート１１０とフィン１３０とのろう付け方法及びその特徴を、図４に基づいて述べる。
【００２７】
先ず、少なくともプレート１１０のうちフィン１３０との接合面１１２（本実施形態では、プレート１１０の全表面）にニッケルメッキを施すことによりニッケル層１１３を設けるとともに、その後、プレート１１０とフィン１３０との間に表裏両面にろう材（本実施形態では、ＡＬ−Ｓｉ系のＡ４０４５）１１４ａが被覆（クラッド）されたアルミニウム製の芯材１１４ｂからなる接合プレート（接合部材）１１４を配設した状態で、炉内で加熱ろう付けするものである。
【００２８】
これにより、ろう付け時に、ろう材（ＡＬ−Ｓｉ）とニッケルとが反応してアルミニウム製の芯材１１４ｂ（接合プレート１１４）が、フィン１３０に代わって犠牲材となって溶けながらプレート１１０に接合されるので、ろう付け時に、フィン１３０が溶けてしまうことを未然に防止できる。
【００２９】
一方、フィン１３０はニッケルの影響を受けないので、自らは溶けることなく接合プレート１１４にろう付けされるので、フィン１３０は、接合プレート１１４を介してプレート１１０に接合される。
【００３０】
このように、本実施形態によれば、フィン１３０の厚みｔｆがプレート１１０の厚みｔｐに比べて（本実施形態では、１／７０以下と）非常に薄くても、フィン１３０とプレート１１０とを良好にろう付けすることができるので、ヒートシンク１００が非常に重くなることを防止しつつ、ヒートシンク１００の冷却能力を向上させることができる。
【００３１】
因みに、芯材１１４ｂの厚みは、ろう付け時に、芯材１１４ｂが犠牲材として機能するに十分な厚みがあればよいので、通常、０．５ｍｍ以上、２ｍｍ以下とすればよく、本実施形態では、０．６ｍｍとしている。また、ニッケル層１１３の厚みは、接合プレート１１４とろう付けするに十分な厚みであればよいので、通常、５μｍ以上、２９μｍ以下とすればよく、本実施形態では、１７μｍとしている。
【００３２】
（第２実施形態）
本実施形態は、図５に示すように、フィン１３０を複数段（図５では、２段）としたもので、一段目のフィン１３０と２段目のフィン１３０との間に表裏両面にろう材が被覆された接合プレート１１５を配置し、この接合プレート１１５を介して両フィン１３０をろう付けしている。
【００３３】
なお、接合プレート１１５は、プレート１１０とフィン１３０との間に配設された接合プレート１１４とは異なり、犠牲材として機能するものではなく、２段目（上段）のフィン１３０が１段目（下段）のフィン１３０に填り込むことを防止しつつ、両フィン１３０をろう付けするためのろう材として機能するものであれる。
【００３４】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３５】
本実施形態では、アルミニウムとアルミニウムとのろう付け（フィン同士のろう付け）と、アルミニウムと銅とのろう付け（プレート１１０とフィン１３０とのろう付け）とが混在しているため、ろう付け温度の異なるろう付けが混在することとなり、通常、ろう付け温度の異なるろう付けが混在していると、ろう付け時の温度管理を細かく（厳密に）管理する必要があるため、ろう付け作業が難しいという問題がある。
【００３６】
しかし、本実施形態では、アルミニウムと銅とのろう付け（プレート１１０とフィン１３０とのろう付け）箇所については、第１実施形態と同様に、接合プレート１１４を介在させた状態でろう付けを行うので、前述のごとく、アルミニウムと銅とのろう付け（プレート１１０とフィン１３０とのろう付け）箇所について厳しく温度管理しなくても、フィン１３０が溶けてしまうといった不具合が発生しない。
【００３７】
したがって、ろう付け温度の異なるろう付けが混在していても、ろう付け時の温度管理を細かく（厳密に）管理する必要がないため、ろう付け作業を容易に行うことができる。
【００３８】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、ヒートシンクに本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その他の異種金属接合品にも適用することができる。
【００３９】
また、上述の実施形態では、メッキ処理によりニッケル層１１３を形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、銅製のプレート１１０にクラッド（望ましくは、真空圧延）することによりニッケル層を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の実施形態に係るヒートシンクの斜視図である。
【図２】図１を電動モータの軸方向にて切断した断面図である。
【図３】発明の実施形態に係る発熱体冷却装置からファンを取り外した状態を示す斜視図である。
【図４】（ａ）は本発明の第１実施形態に係るろう付け方法の説明図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るろう付け方法の説明図である。
【符号の説明】
１１０…伝熱プレート（第１部材）、１３０…冷却フィン（第２部材）、
１１３…ニッケル層、１１４…接合プレート（接合部材）、
１１４ａ…ろう材、１１４ｂ…芯材。
【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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