(57)【要約】【課題】低温度で放熱フィンを基板に接合してヒートシンクとなし得るヒートシンクの製造方法および製造装置を提供する。【解決手段】本発明のヒートシンクの製造方法は、エル字状に形成された放熱フィン１の水平部位１ａ先端部を内側に円弧状に所定量突出させ、その突出部１ｃを押圧機構４０により押圧して水平部位１ａ先端を基板２表面を擦らすことにより基板２表面を改質した後、拡散接合により放熱フィン１を基板２に接合するものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に放熱フィンを拡散接合してなるヒートシンクの製造方法であって、
前記放熱フィンにより基板表面の同放熱フィンとの接合部を改質した後に、拡散接合により同放熱フィンを前記基板に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】
改質が、基板表面を放熱フィンの先端を擦らすことによりなされることを特徴とする請求項１記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項３】
放熱フィンをエル字状に形成するとともに、その水平部位の先端部を内側に円弧状に突出させ、その突出部を押圧して平坦にすることにより基板表面の改質をなすことを特徴とする請求項２記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項４】
改質が、放熱フィンを基板表面に食い込ませることによりなされることを特徴とする請求項１記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項５】
放熱フィンをエル字状に形成するとともに、その水平部位の先端部を外側に突出させ、その突出部を押圧して基板表面に食い込ませることにより基板表面の改質をなすことを特徴とする請求項４記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項６】
放熱フィンをアイ字状に形成するとともに、その上端を押圧してその下端を基板表面に食い込ませることにより基板表面の改質をなすことを特徴とする請求項４記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項７】
放熱フィンの基板表面に食い込む部分が楔状とされてなることを特徴とする請求項５または６記載のヒートシンクの製造方法。
【請求項８】
エル字状に形成された放熱フィンを基板に拡散接合する接合部を備えてなるヒートシンクの製造装置であって、
前記接合部が、前記放熱フィンおよび基板を収納する収納ボックスと、前記放熱フィン間の間隔を保持するとともに、同放熱フィンの水平部位を押圧して基板表面を改質させる間隔保持押圧部材と、前記間隔保持押圧部材を押圧する押圧機構とを備え、
前記収納ボックスは、天井部が開放された箱体とされ、
前記間隔保持押圧部材は、その長さが前記収納ボックスに収納された前記放熱フィンの水平部位に当接した状態で同放熱フィンの上端から所定量突出するようにされ、
前記押圧機構は、前記収納ボックスの底部を付勢する下部付勢部と、前記間隔保持押圧部材を付勢する上部付勢部とを備えてなる
ことを特徴とするヒートシンクの製造装置。
【請求項９】
上部付勢部が、間隔保持押圧部材と当接する付勢補助部材を有することを特徴とする請求項８記載のヒートシンクの製造装置。
【請求項１０】
アイ字状に形成された放熱フィンを基板に拡散接合する接合部を備えてなるヒートシンクの製造装置であって、
前記接合部が、前記放熱フィンおよび基板を収納する収納ボックスと、前記放熱フィン間の間隔を保持する間隔保持部材と、前記放熱フィンを押圧して基板表面を改質させる押圧機構とを備え、
前記収納ボックスは、天井部が開放された箱体とされ、
前記間隔保持部材は、その長さが前記収納ボックスに収納された状態で前記放熱フィンが所定量突出するようにされ、
前記押圧機構は、前記収納ボックスの底部を付勢する下部付勢部と、前記放熱フィンを付勢する上部付勢部とを備えてなる
ことを特徴とするヒートシンクの製造装置。
【請求項１１】
間隔保持部材の内の側端部に位置する間隔保持部材は、間隔保持部材本体と、間隔保持補助部材とかならなり、
前記間隔保持補助部材は、前記間隔保持部材本体との対向面が傾斜させられた楔状とされ、
前記間隔保持部材本体の前記間隔保持補助部材との対向面が逆傾斜の傾斜面とされてなる
ことを特徴とする請求項１０記載のヒートシンクの製造装置。
【請求項１２】
上部付勢部が、放熱フィンと当接する付勢補助部材を有することを特徴とする請求項１０記載のヒートシンクの製造装置。
【請求項１３】
収納ボックスの電極との接続部にグラファイトフィルムが貼付されてなることを特徴とする請求項８または１０記載のヒートシンクの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒートシンクの製造方法および製造装置に関する。さらに詳しくは、放熱フィンの基板への接合強度を低温度で所望の接合強度となし得るヒートシンクの製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体チップ等の発熱体から発生する熱を放熱させるため、半導体基板には銅板やアルミニウム板からなる放熱フィン群を備えたヒートシンクが設けられている。
【０００３】
この放熱フィン群の基板の接合には、図１４に示すように、押圧部材１０３により放熱フィン１０１を基板１０２に押し付けながら通電して接合する、いわゆる拡散接合が用いられている。
【０００４】
しかるに、この拡散接合をなすためには、温度を７８０〜８００℃の高温とする必要があり、消費電力の増大が避けられないというのが現状である。
【０００５】
そのため、低温度による放熱フィン１０１の基板１０２への接合方法の出現が期待されている。
【０００６】
なお、ヒートシンク自体の半導体基板への低温度による拡散接合については、特許文献１に、図１５に示すように、放熱板つまりヒートシンク２０１の基板２１０と接合される面に多数の突起２０２を形成して拡散接合をなすことが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２３１８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、低温度で放熱フィンを基板に接合してヒートシンクとなし得るヒートシンクの製造方法および製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のヒートシンクの製造方法は、基板に放熱フィンを拡散接合してなるヒートシンクの製造方法であって、前記放熱フィンにより基板表面の同放熱フィンとの接合部を改質した後に、拡散接合により同放熱フィンを前記基板に接合することを特徴とする。
【０００９】
本発明のヒートシンクの製造方法においては、改質が、例えば基板表面を放熱フィンの先端を擦らすことによりなされてもよい。例えば、放熱フィンをエル字状に形成するとともに、その水平部位の先端部を内側に円弧状に突出させ、その突出部を押圧して平坦にすることにより基板表面の改質をなしてもよい。
【００１０】
また、本発明のヒートシンクの製造方法においては、改質が、放熱フィンを基板表面に食い込ませることによりなされてもよい。例えば、放熱フィンをエル字状に形成するとともに、その水平部位の先端部を外側に突出させ、その突出部を押圧して基板表面に食い込ませることにより基板表面の改質をなしてもよく、あるいは放熱フィンをアイ字状に形成するとともに、その上端を押圧してその下端を基板表面に食い込ませることにより基板表面の改質をなしてもよい。
【００１１】
その場合、放熱フィンの基板表面に食い込む部分が楔状とされてなるのが好ましい。
【００１２】
一方、本発明のヒートシンクの製造装置の第１形態は、エル字状に形成された放熱フィンを基板に拡散接合する接合部を備えてなるヒートシンクの製造装置であって、
前記接合部が、前記放熱フィンおよび基板を収納する収納ボックスと、前記放熱フィン間の間隔を保持するとともに、同放熱フィンの水平部位を押圧して基板表面を改質させる間隔保持押圧部材と、前記間隔保持押圧部材を押圧する押圧機構とを備え、
前記収納ボックスは、天井部が開放された箱体とされ、
前記間隔保持押圧部材は、その長さが前記収納ボックスに収納された前記放熱フィンの水平部位に当接した状態で同放熱フィンの上端から所定量突出するようにされ、
前記押圧機構は、前記収納ボックスの底部を付勢する下部付勢部と、前記間隔保持押圧部材を付勢する上部付勢部とを備えてなる
ことを特徴とする。
【００１３】
本発明のヒートシンクの製造装置の第１形態においては、上部付勢部が、間隔保持押圧部材と当接する付勢補助部材を有するのが好ましい。
【００１４】
本発明のヒートシンクの製造装置の第２形態は、アイ字状に形成された放熱フィンを基板に拡散接合する接合部を備えてなるヒートシンクの製造装置であって、
前記接合部が、前記放熱フィンおよび基板を収納する収納ボックスと、前記放熱フィン間の間隔を保持する間隔保持部材と、前記放熱フィンを押圧して基板表面を改質させる押圧機構とを備え、
前記収納ボックスは、天井部が開放された箱体とされ、
前記間隔保持部材は、その長さが前記収納ボックスに収納された状態で前記放熱フィンが所定量突出するようにされ、
前記押圧機構は、前記収納ボックスの底部を付勢する下部付勢部と、前記放熱フィンを付勢する上部付勢部とを備えてなる
ことを特徴とする。
【００１５】
本発明のヒートシンクの製造装置の第２形態においては、間隔保持部材の内の側端部に位置する間隔保持部材は、間隔保持部材本体と、間隔保持補助部材とかならなり、前記間隔保持補助部材は、前記間隔保持部材本体との対向面が傾斜させられた楔状とされ、前記間隔保持部材本体の前記間隔保持補助部材との対向面が逆傾斜の傾斜面とされてなるのが好ましい。
【００１６】
また、本発明のヒートシンクの製造装置の第２形態においては、上部付勢部が、放熱フィンと当接する付勢補助部材を有するのが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明のヒートシンクの製造装置の第１および第２形態においては、収納ボックスの電極との接続部にグラファイトフィルムが貼付されてなるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は前記の如く構成されているので、拡散接合時の温度を７００℃程度に低減できるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。
【００２０】
概要
本発明のヒートシンクの製造方法は、ヒートシンク基板（以下、単に基板という）の放熱フィンとの接合面の一部または全部を改質して基板と放熱フィンとを拡散接合により接合してヒートシンクとなすものである。
【００２１】
実施形態１
本発明の実施形態１に係るヒートシンクＳの製造方法（以下、方法１という）の手順を図１〜３に示す。
【００２２】
方法１は、図１〜３に示すように、水平部位１ａおよび垂直部位１ｂを有しエル字状とされた放熱フィン１の基板２と接合される水平部位１ａの先端部を、内側（基板２と反対側）に向けて円弧状に突出させ、この突出部１ｃを押圧部材３により押圧して平坦にしながら基板２表面を改質し、しかる後通電して放熱フィン１と基板２とを拡散接合により接合してヒートシンクＳとなすものとされる。ここで、押圧力は約０．５トン／ｃｍ２以下とされている。また、電流は、例えば、５Ｖｘ６０００Ａの直流電流とされている。なお、図２中、斜線を付した部分が改質された部分を示す。
【００２３】
突出部の突出量は、押圧されて平坦にされた状態で接合される部位の長さが５ｍｍ程度長くなるよう調整されている。つまり、先端部先端が基板２の接合面を５ｍｍ程度擦るようにされている。
【００２４】
このようにすることにより、基板２の接合面の前記先端により擦られた箇所は、表面の汚れや酸化膜が除去され活性面となる。つまり、接合面の一部が改質される。そして、接合面の一部を改質して活性面とすることにより、拡散接合時の温度を低下させることができる。本発明者の実験によれば、接合時の温度を１００℃程度低下させることができた。つまり、接合時の温度を６８０℃〜７００℃とすることができた。
【００２５】
図４に、方法１に適用される拡散接合装置の接合部１０を概略図で示す。
【００２６】
接合部１０は、図４に示すように、基板２と放熱フィン１とを収納する収納ボックス２０と、放熱フィン１の間隔を保持するとともに、放熱フィン１の水平部位１ａを押圧して改質させる間隔保持押圧部材３０と、間隔保持押圧部材３０を押圧する押圧機構４０とを備えてなるものとされる。
【００２７】
収納ボックス２０は、天井部が開放された黒鉛からなる角型箱体とされ、また黒鉛の比抵抗は、例えば１２００μΩｍとされる。
【００２８】
収納ボックス２０の側面外壁２１、つまり放熱フィン１と対向する各面の外壁２１には、グラファイトフィルム、例えばニカフィルム（東洋炭素株式会社製商品名）が貼付されて電極接続部２２が形成されている。つまり、プラス電極接続部２２＋およびマイナス電極接続部２２−が形成されている。なお、グラファイトフィルムにより電極接続部２２を形成するのは、収納ボックス２０と電極Ｅとの均一な接触を確保するためである。
【００２９】
そして、プラス電極接続部２２＋には、直流電源からのプラス電極Ｅ＋が接続される一方、マイナス電極接続部２２−には、直流電源からのマイナス電極Ｅ−が接続される。ここで、グラファイトフィルムに接続される電極Ｅは黒鉛電極とされ、その比抵抗は、例えば５００μΩｍとされる。
【００３０】
間隔保持押圧部材３０は、黒鉛からなる直方体とされ、また黒鉛の比抵抗は、例えば１２００μΩｍとされる。間隔保持押圧部材３０の長さは、収納ボックス２０に収納された放熱フィン１の水平部位１ａに当接した状態で、間隔保持押圧部材３０上端が放熱フィン１の垂直部位１ｂから所定量突出するよう調整されている。
【００３１】
ここで、各側部に位置する間隔保持押圧部材３０は、収納ボックス２０の側壁との間で隙間が生じないようその厚みが調整されている。また、下端が直接基板２と接触する側部に位置する間隔保持押圧部材３０の長さは、他の間隔保持押圧部材３０の上端と面一となるようその長さが調整されている。
【００３２】
押圧機構４０は、収納ボックス２０の底部２３を付勢する下部付勢部４１と、間隔保持押圧部材３０を付勢する上部付勢部４５とを備えてなるものとされる。
【００３３】
下部付勢部４１は、具体的には、底部２３に当接して付勢する下部付勢部材４２と、下部付勢部材４２を昇降させる油圧シリンダ４３とを含むものとされる。
【００３４】
上部付勢部４５は、具体的には、黒鉛からなる付勢補助部材４６と、付勢補助部材４６を付勢する上部付勢部材４７と、上部付勢部材４７を昇降させる油圧シリンダ４８とを含むものとされる。
【００３５】
この付勢補助部材４６は、間隔保持押圧部材３０の上端に当接されて間隔保持押圧部材３０を付勢するとともに、収納ボックス２０の電気抵抗を低減するものとされる。そのため、付勢補助部材４６を構成している黒鉛の比抵抗は、間隔保持押圧部材３０の比抵抗と同一とされる。つまり、１２００μΩｍとされる。
【００３６】
このように、この実施形態１によれば、基板２の接合面の一部を改質して拡散接合するようにしているので、拡散接合時の温度を低下させることができる。
【００３７】
実施形態２
本発明の実施形態２に係るヒートシンクＳ１の製造方法（以下、方法２という）の手順を図５および６に示す。実施形態２は、実施形態１の放熱フィン１の水平部位１ａの先端部の形状を改変してなるものされる。なお、実施形態２のその余の構成は、実施形態１と同様とされている。図６中、斜線を付した部分が改質された部分を示す。
【００３８】
以下、実施形態２の実施形態１と異なる点を中心に説明する。
【００３９】
方法２における放熱フィン１Ａの水平部位１ａの先端部は、図７に示すように、外側（基板側）に向けてほぼ直角に折り曲げて突出させられてなるものとされる。突出部１ｄの突出量は、ほぼ板厚程度とされる。突出量をこのようにするのは、突出量が多すぎると押圧機構４０（図４参照）の押圧の際に突出部１ｄが座屈し、基板２表面の改質がなし得ないおそれがありそれを避けるためである。
【００４０】
図７に示すように、突出部１ｄ先端は一端の角が削がれて楔状とされているが、かかる形状は板をプレス裁断することにより容易に実現される。
【００４１】
しかして、拡散接合の際に間隔保持押圧部材３０（図４参照）が付勢されると、前記突出部１ｄが基板２表面に食い込んでその部分の改質がなされる。そのため、拡散接合時の温度を実施形態１と同様に低減できる。
【００４２】
このように、実施形態２においては、水平部位１ａの先端部を外側に折り曲げて突出させ、その突出部１ｄを基板２表面に食い込ませて基板２表面を改質しているので、拡散接合時の温度を実施形態１と同様に低減できる。また、実施形態２においては、放熱フィン１Ａの水平部位１ａ先端部をほぼ直角に折り曲げるだけでよいので、実施形態１に比して放熱フィン１Ａの製作が容易であるという利点も有している。
【００４３】
実施形態３
本発明の実施形態３に係るヒートシンクＳ２の製造方法（以下、方法３という）の要領を図８および９に示す。
【００４４】
方法３は、図８および９に示すように、アイ字状とされた放熱フィン１Ｂを上方から押圧して放熱フィン１Ｂの下端１ｅを基板２表面に食い込ませて基板２表面の接合面を改質し、しかる後基板２に放熱フィン１Ｂを拡散接合により接合してヒートシンクＳ２となすものとされる。ここで、押圧力は約０．５トン／ｃｍ２以下とされている。また、電流は、例えば、５Ｖｘ６０００Ａの直流電流とされる。なお、図９中、斜線を付した部分が改質された部分を示す。
【００４５】
図１０に、放熱フィン１Ｂの下端１ｅを拡大して示す。放熱フィン１Ｂの下端１ｅは、図１０に示すように、一端の角が削がれて楔状とされている。そのため、放熱フィン１Ｂ上端が押圧されると、下端１ｅが基板２に食い込んで基板２表面の改質がなれる。なお、かかる下端１ｅの形状は、板をプレスにより裁断することにより容易に実現される。
【００４６】
図１１に、放熱フィン１Ｂと基板２との拡散接合部の断面を模式的に示す。
【００４７】
図１２に、方法３に適用される拡散接合装置の接合部１０Ａを概略図で示し、図１３にその側端部を示す。
【００４８】
接合部１０Ａは、図１２に示すように、基板２と放熱フィン１Ｂとを収納する収納ボックス２０と、放熱フィン１Ｂの間隔を保持する間隔保持部材５０と、放熱フィン１Ｂを押圧して改質する押圧機構４０とを備えてなるものとされる。
なお、接合部１０Ａの構成要素中、接合部１０と同一または類似の構成要素は図４と同一の符号を付して、原則としてその説明は省略する。
【００４９】
間隔保持部材５０は、黒鉛からなる直方体とされ、また黒鉛の比抵抗は、例えば１２００μΩｍとされる。間隔保持部材５０の長さは、収納ボックス２０に収納された放熱フィン１Ｂの上端が所定量突出するよう調整されている。
【００５０】
間隔保持部材５０の内、両側端部に位置する部材は、図１３に示すように、間隔保持部材本体５２と、間隔保持補助部材５３との２部材からなっている。なお、一側端部のみが、間隔保持部材本体５２と、間隔保持補助部材５３との２部材からなるようにされてもよい。
【００５１】
間隔保持補助部材５３は、図１３に示すように、一側面が傾斜面とされて楔状とされている。傾斜面の角度θは１度〜２度程度とされている。また、間隔保持部材本体５２の間隔保持補助部材５３の傾斜面と対向する面は、逆傾斜面とされている。
【００５２】
間隔保持補助部材５３と間隔保持部材本体５２とがかかる構成とされているので、間隔保持補助部材５３を打ち込むとにより、拡散接合時における押圧の際に放熱フィン１Ｂが倒れたり、曲がったりするのを防止することができる。
【００５３】
押圧機構４０は、収納ボックス２０の底部２３を付勢する下部付勢部４１と、放熱フィン１Ｂを付勢する上部付勢部４５とを備えてなるものとされる。
【００５４】
上部付勢部４５は、具体的には、黒鉛からなる付勢補助部材４６と、付勢補助部材４６を付勢する上部付勢部材４７と、上部付勢部材４７を昇降させる油圧シリンダ４８とを含むものとされる。
【００５５】
この付勢補助部材４６は、放熱フィン１Ｂの上端に当接されて放熱フィン１Ｂを付勢するとともに、収納ボックス２０の電気抵抗を低減するものとされる。そのため、付勢補助部材４６を構成している黒鉛の比抵抗は、収納ボックス２０の比抵抗と同一とされる。つまり、１２００μΩｍとされる。
【００５６】
このように、この実施形態３においても、放熱フィン１Ｂの下端１ｅを基板２表面に食い込ませて基板２表面を改質しているので、実施形態１と同様に拡散接合時の温度を低下させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、ヒートシンクの製造に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態１に係るヒートシンクの製造方法の手順の説明図であって、放熱フィンを基板にセットした状態を示す。
【図２】同説明図であって、放熱フィンの水平部位を押圧して基板表面を改質している状態を示す。
【図３】同説明図であって、放熱フィンを基板に拡散接合している状態を示す。
【図４】本発明の実施形態１に係るヒートシンクの製造方法に適用される拡散接合装置の接合部の概略図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るヒートシンクの製造方法の手順の説明図であって、放熱フィンを基板にセットした状態を示す。
【図６】同説明図であって、放熱フィンの水平部位を押圧して基板表面を改質して拡散接合している状態を示す。
【図７】放熱フィンの水平部位先端部の拡大図である。
【図８】本発明の実施形態３に係るヒートシンクの製造方法の手順の説明図であって、放熱フィンを基板にセットした状態を示す。
【図９】同説明図であって、放熱フィンを押圧して基板表面を改質して拡散接合している状態を示す。
【図１０】放熱フィンの先端部の拡大図である。
【図１１】放熱フィンの拡散接合部断面の拡大図である。
【図１２】本発明の実施形態３に係るヒートシンクの製造方法に適用される拡散接合装置の接合部の概略図である。
【図１３】同接合部の側端部の拡大図である。
【図１４】従来のヒートシンクの製造方法の説明図である。
【図１５】特許文献１の提案における拡散接合の説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
１    放熱フィン
２    基板
１０    接合部
２０    収納ボックス
２２    電極接続部
３０    間隔保持押圧部材
４０    押圧機構
４１    下部付勢部
４２    下部付勢部材
４３    油圧シリンダ
４５    上部付勢部
４６    付勢補助部材
４７    上部付勢部材
４８    油圧シリンダ
Ｓ    ヒートシンク
【図１】
2009059937.tif 000003
【図２】
2009059937.tif 000004
【図３】
2009059937.tif 000005
【図４】
2009059937.tif 000006
【図５】
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【図６】
2009059937.tif 000008
【図７】
2009059937.tif 000009
【図８】
2009059937.tif 000010
【図９】
2009059937.tif 000011
【図１０】
2009059937.tif 000012
【図１１】
2009059937.tif 000013
【図１２】
2009059937.tif 000014
【図１３】
2009059937.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2009059937.tif 000017