(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板部材を接合してなる基板と複数のフィンとで構成され、所定間隔で配されたフィンを介して放熱するヒートシンクの製造方法であって、
前記フィンが前記基板部材と同じ厚さの頂部のみが設けられた薄板形状に構成されるように基板部材と一体で押出形材を成形した後、
成形された前記フィンの頂部同士をそれぞれ当接し、かつ成形された前記基板部材を互いに真空ろう付けして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】
前記フィンと前記基板部材とを一体で成形する際に、前記押出形材の幅方向における所定の部位に前記フィンを構成しない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】
前記押出形材をアルミニウムおよびアルミニウム合金とし、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系の合金ろう材を用いて真空ろう付けを施すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路を用いた電子部品などで発生した熱を放熱するためのヒートシンクおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、加工の効率化によって製造、組立費用の低減が図れるとともに、フィンの厚肉化、高密度化が可能なヒートシンクおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の発達により、ＬＳＩなど集積回路の小型化、高速化および高集積化が進展し、これに伴って集積回路から発生する熱も多くなっている。このため、集積回路からの発熱を低減するための回路設計がなされるとともに、ヒートシンクを設けることによって電子機器からの放熱を促し、発熱による集積回路の誤作動を抑制することが行われている。
【０００３】
これらに用いられるヒートシンクとしては、基板（ベースプレート）上に放熱用のフィンを設けた構造を備えるものが一般的である。その製法としては、放熱フィンと基板とを別部材として製作し、これらを接合して形成したもの、または放熱フィンと基板を一体で押出し成形加工したものとに大別される。ところが、押出し成形加工されたヒートシンクでは、押出加工上の制約から、一層の性能向上は期待しがたく、また、放熱面積に比して重量が嵩むことから、ヒートシンクの小型化への要請の障害となっている。
【０００４】
このような状況から、放熱フィンと基板とを別部材で製作し、これらを接合して構成してヒートシンクが開発対象とされるようになっている。なかでも、フインとして薄板からなる多数枚の放熱フインを所定間隔で整列させた薄板整列型のヒートシンク、またはフィンを１枚の薄板からプレス加工によって成形するコルゲート型のヒートシンクが、製造コストの低減および放熱効率の向上の観点から注目されている。
【０００５】
図１は、例えば、特開平１１−１７０８０号公報で提案された薄板整列型のヒートシンクの構成を説明する図である。図１に示すように、このヒートシンク１は、平坦な上下面を備える矩形状の基板２と、この基板２上に整列された第１の放熱フィン３および第２の放熱フィン４とからなっている。第１の放熱フィン３は平坦な矩形状の薄板部材をプレス装置により端部を曲げ加工して、水平部３ａおよび垂直部３ｂを備えた断面Ｌ字形状をした部材からなる。また、第２の放熱フィン４は平坦な矩形状をした薄板部材からなっている。
【０００６】
そして、第１の放熱フィン３をその水平部３ａが基板２の上面と接触するように基板２上に配置するとともに、第２の放熱フィン４をその下端面が基板２の上面と接触するように基板２上に配し、各接触部をろう付して基板２と第１の放熱フィン３および第２の放熱フィン４とを接合する。
【０００７】
このとき、第２の放熱フィン４を挟んで第１の放熱フィン３が逆向きとなるようにこれらを配設して、基板２上に可能な限り多くの放熱フィンを配列して、放熱効率を高めるようにしている。
【０００８】
なお、いずれのヒートシンクであっても、集積回路が組み込まれた電子機器と接続するために、取り付け孔５が必要とされるが、その作用については後述する。また、図１においては、基板２の側面部２ａの寸法と放熱フィン３、４の幅方向の寸法は同じである。
【０００９】
図２は、従来から用いられているコルゲート型のヒートシンクの構成を説明する図である。同図に示すヒートシンク１では、１枚の薄板からプレス加工によって成形されたフィン３を、基板２と側壁６とで構成される凹型のフィンケースに収納して、フィン３を基板２にろう付けする構造である。
【００１０】
凹型のフィンケースは、２つの側面６を基板の両面に接合することで形成され、側面６は主としてフィン３を保護する役割をするものであり、フィン枚数を増やすために、その厚みを薄くするのが望ましい。一方、基板２は熱源から発生する熱をフィン３全体で放熱できるように、放熱密度を均一にする必要から、所定の厚みを確保するのが望ましい。また、図３でも、基板２の側面部２ａの寸法とフィン３の幅方向の寸法は同じである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近年において、集積回路の高集積化の進展が著しく、これにともなって集積回路から発生する熱が増大すると同時に、集積回路に要求される機能も多様化していることから、電子機器の放熱に関する要請も厳しいものになっている。このため、これらに用いられるヒートシンクには、より一層の放熱効率の向上と製造、組立費用の低減が求められるようになっている。具体的な要求としては、放熱効率の向上にはフィンの厚肉化および高密度化があり、製造、組立費用の低減には、加工および組立の効率化がある。
【００１２】
このような要求に対して、前記図１に示した薄板整列型のヒートシンクでは、フィンがプレス加工されることによる制限から、確保できるピッチに制約が生じ、フィンの厚肉化および高密度化に難点がある。さらに、基板上に所定間隔で整列される多数枚の放熱フインの位置決めが、製作上の重要なポイントとなるので、多数枚の放熱フインを基板に接合する前に、その基板上の定位置に多数枚の放熱フインを仮固定する組立作業が必要になる。このため、フィンの組立に多くの工数が必要となるので、組立費用の低減には不向きである。
【００１３】
また、前記図２に示すコルゲート型のヒートシンクでは、薄板整列型のヒートシンクに比べ、フインの組立作業にそれ程の工数を要しないが、高い放熱効率を得ようとすると、一定の制約が発生する。具体的には、放熱効率を向上させるためにフィンの放熱面積を大きくするには、フィンの高さを高くするか、フィンの枚数を増加する必要があるが、プレス加工上の制約から、フィンは一定以上のフィン高さおよびフィン枚数を確保することが困難である。
【００１４】
通常、ヒートシンクには、薄板整列型やコルゲート型にかかわらす、集積回路が組み込まれた電子機器と接続するために、取り付け孔が必要とされる。前記図１に示すように、取り付け孔５が設けられる箇所では、放熱フイン３、４が部分的に排除され、基板２にねじ孔等が設けられて、電子機器に取り付けられる。取り付け孔５の位置および大きさなどはユーザからの指定であり、位置および寸法は一定しない。
【００１５】
このため、基板およびフィンの接合に際し、両者での取り付け孔の寸法精度を確保する必要があるとともに、薄板整列型のヒートシンクでは、これにともなって放熱フィンを仮固定する組立作業に多大の工数が必要になる。一方、コルゲート型のヒートシンクでは、取り付け孔の加工に際し、フィンに変形やバリが生じて加工歩留まりを低下させる要因になる。
【００１６】
本発明は、上述した従来のヒートシンクにおける問題点に鑑みてなされたものであり、加工の効率化によって製造、組立費用の低減を図れ、しかもフィンの厚肉化および高密度化が容易であり、放熱効率に優れたヒートシンクおよびその製造方法を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述した課題を解決するため、フィンの加工方法について種々の検討を加えた結果、押出形材でフィンを個別に製造すれば、フィンの厚肉化および高密度化が容易であり、製造、組立費も低廉になることに着目した。
【００１８】
本発明は、このような観点から完成されたものであり、下記の（１）および（２）のヒートシンクの製造方法を要旨としている。
（１）複数の基板部材を接合してなる基板と複数のフィンとで構成され、所定間隔で配されたフィンを介して放熱するヒートシンクの製造方法であって、前記フィンが前記基板部材と同じ厚さの頂部のみが設けられた薄板形状に構成されるように基板部材と一体で押出形材を成形した後、成形された前記フィンの頂部同士をそれぞれ当接し、かつ成形された前記基板部材を互いに真空ろう付けして接合することを特徴とするヒートシンクの製造方法である。
さらに、前記フィンと前記基板部材とを一体で成形する際に、前記押出形材の幅方向における所定の部位に前記フィンを構成しないことを特徴とするヒートシンクの製造方法である。
【００１９】
（２）上記（１）のヒートシンクの製造方法では、前記押出形材をアルミニウムおよびアルミニウム合金とし、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系の合金ろう材を用いて真空ろう付けを施すことが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
前述の通り、従来のヒートシンクのフィン加工においては、プレス加工上の制限から、フィンの厚肉化や高密度化に関して一定の制約があった。これらの制約を回避するため、本発明のヒートシンクでは、フィンを基板部材と一体で個別に製造することを特徴としている。本発明の具体的な実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、フィンを押出形材で製造した場合に基づいているが、本発明のヒートシンクはこれに限定されるものではない。
【００２１】
図３は、本発明のヒートシンクを構成するフィンを基板部材と一体で成形した押出形材を示す図であり、(a)は押出形材の平面図を示し、(b)は押出形材の側面図を示している。図３(a)に示すように、押出形材の平面形状は、厚さＷ２の薄肉からなるフィン１３と、このフィンの下部に一体に形成された厚さＷ１の厚肉からなる基板部材１２とで形成されている。
【００２２】
さらに、フィン１３の上部には頂部１４が設けられており、その厚さはほぼ基板部材１２と同じである。一方、図３(b)に示す押出形材の側面形状は矩形であって、その全長を示すＬは、前記図１および図２に示す基板２の側面部２ａの幅寸法に相当するものである。
【００２３】
図３に示される押出形材の材質は特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅および銅合金等熱伝導性に優れたものを一例として挙げることができる。
【００２４】
図４は、フィンと一体に成形された基板部材をろう付けして構成されたヒートシンクを示す図である。本発明のヒートシンク１は、フィン１３と一体に成形された基板部材１２との間にろう材１５を挿入して重ねて焼成することによって、基板部材１２をろう付け結合して、一体の基板２を構成する。このとき使用するろう材１５は、押出形材の材質によって選択され、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金の材質である場合には、Al−Si−Mg系の合金ろう材を用いて真空ろう付けを施すのが望ましい。このように施工することによって、接合部の熱伝導率を基板材料と同等とし、基板内部での熱拡散を均一にすることができる。
【００２５】
アルミニウム、アルミニウム合金のろう付けにおいては、材料の表面に形成されている酸化皮膜がろう材の濡れ及び流動に影響を及ぼすので、この対策が重要になる。このため、ろう付けに際しては、塩化物またはフッ化物を主成分とするフラックスを用いて酸化皮膜を除去する必要がある。
【００２６】
ところが、上記の合金ろう材を用いて真空ろう付けを施すことによって、ろう材中のMgがフラックスの役割を果たすことができる。すなわち、Mgが蒸発する際に、炉内の酸素及び水分の除去とともに、酸化皮膜の破壊あるいは還元反応が行われる。このような作用によって、良好なろう材の濡れ及び流動が確保できる。
【００２７】
したがって、本発明の製造方法に真空ろう付けを採用することによって、フラックスによる炉、治具への損傷やフラックス残渣をなくし、作業環境が改善できると同時に、フラックスに要するコストを低減でき、ろう付け後の表面処理が可能になるなど、作業コストや製造工程の面で有利となる。
【００２８】
本発明のヒートシンクを真空ろう付けによって構成する場合には、部品洗浄によってフィンと一体に成形された基板部材との油脂分を除去した後、炉内雰囲気が１０−２Pa以下の真空度で、ろう付け温度が５９０〜６０５℃の条件でろう付け処理するのが望ましい。その後、フラックスを除去して仕上げ、及び検査が行われる。
【００２９】
本発明のヒートシンク１では、フィン１３の肉厚はＷ２寸法を選定すればよいのであるから、寸法設計に自由度が高く、フィンの厚肉化も適宜設計できる。一方、フィン１３のピッチの設計は、基板部材１２の厚さＷ１寸法およびフィン１３の厚さＷ２寸法を適宜設計することによって選択することができ、フィンの高密度化も容易である。
【００３０】
フィン１３の上部に設けられた頂部１４は、基板部材１２が結合して一体の基板２を構成するときに、フィンの頂部１４同士がそれぞれ当接して、フィンピッチの所定間隔を規定するスペーサの機能を発揮する。これにより、基板２上に整列される多数枚のフイン１３の位置決め簡易に行われ、さらに、多数枚の形材を接合する前に、仮固定するような組立作業が不要となり、大幅に組立作業の軽減が図れる。
【００３１】
図５は、ヒートシンクに取り付け孔を設ける場合での押出形材の加工状況を示す側面図である。図５に示すように、ユーザからの指定位置および寸法に応じて、フィン１３の幅方向の一部を除去して、取り付け孔１５を設けるようにすればよい。このように押出形材の一部を切除することにより、フインの組立作業に多大の工数を要したり、フィンに変形やバリが発生することがない。
【００３２】
上述の通り、本発明の製造方法であれば、フィンと基板部材とを押出形材で一体に製造するものであるから、実際の量産開始に際して、初期費用を低減することができる。さらに、実製造において、必要とする加工法は押出形材の切断およびろう付けに限られることから、製造費も低減することができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のヒートシンクによれば、フィンと基板部材とを一体の形材で製造することによって、フィンの厚肉化および高密度化が容易であり放熱効率に優れるとともに、製造、組立費用も低減することができる。したがって、このようなヒートシンクを製造できる本発明方法は、集積回路を用いる電子機器に最適なだけでなく、広範囲な技術分野で適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】先願公報で提案された薄板整列型のヒートシンクの構成を説明する図である。
【図２】従来から用いられているコルゲート型のヒートシンクの構成を説明する図である。
【図３】本発明のヒートシンクを構成するフィンを基板部材と一体で成形した押出形材を示す図であり、(a)は押出形材の平面図であり、(b)は押出形材の側面図である。
【図４】フィンと一体に成形された基板部材をろう付けして構成されたヒートシンクを示す図である。
【図５】ヒートシンクに取り付け孔を設ける場合での押出形材の加工状況を示す側面図である。
【符号の説明】
１：ヒートシンク、  ２：基板
３、４、１３：フィン
５、１５：取り付け孔
１２：基板部材、  １４：頂部
１５：ろう材
【図１】
0003845038.tif 000002
【図２】
0003845038.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003845038.tif 000005
【図５】
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