JP2002361408A

JP2002361408A - 異種金属接合品の接合方法

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Publication number: JP2002361408A
Application number: JP2001176145A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Yamaguchi; 浩生山口; Yuji Sako; 雄二迫
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2002-12-18
Anticipated expiration: 2021-06-11
Also published as: JP4513236B2

Abstract

(57)【要約】【課題】板厚が大きく相違する銅製の伝熱プレートと
アルミニウム製の冷却フィンとを良好にろう付けする。【解決手段】プレート１１０のうちフィン１３０との
接合面１１２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１１４ａが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１１４を配設した状態
で加熱ろう付けする。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芯材１１４
ｂ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。し
たがって、フィン１３０の厚みがプレート１１０の厚み
に比べて非常に薄くても、フィン１３０とプレート１１
０とを良好にろう付けすることができる。

Description

【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（Ｍ
ＰＵ）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、銅製の第１
部材（１１０）とアルミニウム製の第２部材（１３０）
とが接合された異種金属接合品の接合方法であって、第
１部材（１１０）のうち第２部材（１３０）との接合面
（１１２）側にニッケル層（１１３）を設けるととも
に、第１部材（１１０）と第２部材（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（１
１４）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。

【００１４】請求項２に記載の発明では、銅製の第１部
材（１１０）とアルミニウム製の第２部材（１３０）と
が接合された異種金属接合品であって、第１部材（１１
０）のうち第２部材（１３０）との接合面（１１２）側
にニッケル層（１１３）を設け、第１部材（１１０）と
第２部材（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されたことを特徴とする。

【００１５】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。

【００１６】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（１
１４）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。

【００１７】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Ｍ
ＰＵ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１２
２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１２
０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１
３０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）１
２４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１
１４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１
３０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１
１０とフィン１３０との間に配設された接合プレート１
１４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１３
０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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｂ２３Ｋ 103:18 Ｂ２３Ｋ 103:18 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅製の第１部材（１１０）とアルミニウ
ム製の第２部材（１３０）とが接合された異種金属接合
品の接合方法であって、前記第１部材（１１０）のうち前記第２部材（１３０）
との接合面（１１２）側にニッケル層（１１３）を設け
るとともに、前記第１部材（１１０）と前記第２部材
（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。
【請求項２】銅製の第１部材（１１０）とアルミニウ
ム製の第２部材（１３０）とが接合された異種金属接合
品であって、前記第１部材（１１０）のうち前記第２部材（１３０）
との接合面（１１２）側にニッケル層（１１３）を設
け、前記第１部材（１１０）と前記第２部材（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
けされたことを特徴とする異種金属接合品。