JP2006341304A - 異種金属接合法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属を平面接合すると、接合界面は酸化膜の存在によるろうの濡れ不足から起因するろうの溶分れや空気の巻き込みが発生し、欠陥無しに健全な接合を得ることは難しい事が知られている。本発明はこれらの点に鑑み、銅板とアルミニウム板との異種金属平面接合を良好に行うことにある。
【解決手段】 銅製部材とアルミニウム製部材とが接合された異種金属接合品の接合法において、銅板の表裏両面にＺｎ−Ａｌ系ろう材が被覆された三層構造ろう材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である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、銅製部材とアルミニウム製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、ＣＰＵやインバータ等の発熱する電子部品を冷却するヒートシンクに適用する。

電子部品を冷却するヒートシンクとして、従来はアルミニウム製のものが多く採用されていた。その構造は、電子部品の発熱部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からなるもので、伝熱プレートと冷却フィンとは、押出し加工もしくは鍛造加工、又はろう付け接合等の手段にて一体化されている。

近年、電子部品の動作速度の向上と共に、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。

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るが、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装着が難しくなってくる。そこで、従来型のアルミニウムヒートシンクの性能向上を図るには、電子部品の発熱部に接触する伝熱プレート部の一部又は全面に熱伝導性が良好な銅を平面で金属接合した、銅複合型ヒートシンクが望まれていた。

銅板とアルミニウムフィンとを異種金属接合する方法として、特開２００２−３６１４０８ではＡｌ−Ｓｉ系のろう材を使用した両面ＡＬブレージングシートを挟み、炉内でろう付けする方法を示し、特開２００１−１３８０３８では、ろう材としてＺｎ−Ａｌ合金系又はＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ合金系を使用し、対象部材の形状に応じて、ろう形状は薄板状、棒状、ワイヤ状又はリング状ろう材を使用し、大気中でのトーチ法、高周波法もしくはアルゴン又は窒素ガス雰囲気での加熱炉法によりろう付けするとしている。しかしながら、いずれの発明においても、上記銅複合型ヒートシンクで望まれているような広い平面での金属平面接合に適応したものではない。

金属を平面接合すると、接合界面は酸化膜の存在によるろうの濡れ不足から起因するろうの溶分れや空気の巻き込みが発生し、欠陥無しに健全な接合を得ることは難しい事が知られている。発明者等は、図２で示すようなアルミニウム製ヒートシンク１と銅伝熱プレート２との平面金属接合をろう付けにより試作検討した。試作品においては、図３で示すようなＺｎ−Ａｌ合金系ろう材３を、アルミニウム製ヒートシンク１と銅伝熱プレート２との間に挟みこみ、上部から一定荷重を加えながら不活性雰囲気の加熱炉中でろう付けを行った。その結果、ろう付け内部欠陥が全ての試作品について発生し、面接合率が実用上望ましい９０％以上の接合が得られなかった。図４はアルミニウム製ヒートシンク１と銅伝熱プレート２との接合界面部を拡大して模式的に示しているが、Ｚｎ−Ａｌ合金系ろう材３はところどころに内部欠陥４が発生した。この原因は、ろう付け温度でＺｎ−Ａｌ合金系ろう材が溶融しても、アルミニウムと銅プレート面に十分な濡れを引き起こさず、溶融ろうの表面張力が作用して溶分れ欠陥を発生させたからである。

本発明はこれらの点に鑑み、銅板とアルミニウム板との異種金属平面接合を良好に行うことにある。

本発明の目的を達成するために、第１の発明では、銅製部材とアルミニウム製部材とが接合された異種金属接合品の接合法において、銅板の表裏両面にＺｎ−Ａｌ系ろう材が被覆された三層構造ろう材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である。

第２の発明では、上記銅製部材の接合面側にニッケルメッキ層を設け、上記記載の三層構造ろう材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である。

第３の発明では、上記の異種金属接合を、窒素雰囲気下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である。

上記記載の異種金属接合法において、ロウ材の表面にＣｓＦ系フラックスを塗布することを特徴とする異種金属接合品の接合方法からなっている。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１

は本発明による請求項１の概念を示している。図において、アルミニウム製ヒートシンク１と銅プレート２との間に、銅板５ｂの表裏両面にＺｎ−Ａｌ系ろう層５ａが被覆された三層構造ろう材５を配設した状態で加熱してろう付けした接合界面部を模式的に示している。

三層構造ろう材５は、各層間が金属的に一体接合されていることが必要であるため、銅板及びＺｎ−Ａｌ系ろう板を爆着又は圧延圧接により接合した後、圧延にて０．１ｍｍ〜０．５ｍｍｔの薄板ろう材に成形する。三層構造における表裏のろう材厚は片面０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍが望ましい。

本三層構造材のろう付けに対する特徴は、前記単板ろう材の内部欠陥発生の機構に比較して以下のような利点を有する事である。即ち、表裏両面に金属的に一体接合されたろう層５ａは溶融して夫々アルミニウムヒートシンク１と銅プレート２とを接合する。その際、心材の銅板５ｂに最初から金属的に固着している溶融ろう側は銅板５ｂから剥離する事がないため、図３で示したような溶分れ欠陥を発生することがないのである。

図５

は請求項２の概念を示している。図において、銅製部材２の接合面側にニッケルメッキ層６を設け、その他は請求項１と同様の三層構造ろう材を配設した状態で加熱ろう付けしている。銅側接合面にニッケルメッキ層６を設ける第一の理由は、銅部材の取扱い及びろう付け加熱時における酸化膜生成を阻止して欠陥の少ないろう付けを行う事である。さらに第二の理由は、溶融ろうと銅部材との反応で形成される熱伝導性の劣る合金層を阻止し、同時に溶融ろうの消耗を防止することが目的である。

上記、図１及び図５で示したろう付けを行う場合、まず三層構造ろう材の表面にＣｓＦ系フラックスであるＣｓＡｌＦ４を少量塗布した後で、アルミニウムと銅部材の間にろう材を設置する。両部材の接合面が密着するように１０〜２５ｇｒ／ｃｍ２の荷重を負荷した状態に圧着しながら、全体を所定の温度に加熱する。加熱は窒素ガスの不活性雰囲気で、炉の露点は−３０℃以下が好ましい。

発明の効果

以上の発明からわかるように、本発明によれば、銅製部材とアルミニウム製部材とを良好にろう付けすることが出来、その接合体はＣＰＵやインバータ等の発熱する電子部品を冷却するヒートシンクに広く使用することができる。

は本発明による請求項１の概念を示している。 はアルミニウム製ヒートシンクと銅伝熱プレートとを平面接合した銅複合型ヒートシンクを示している。 はアルミニウム製ヒートシンクと銅伝熱プレートとの平面金属接合試作概念を示している。 は従来技術によるアルミニウム製ヒートシンクと銅伝熱プレートとの接合界面部を模式的に示している。 は本発明による請求項２の概念を示している。

符号の説明

１ アルミニウム製ヒートシンク
２ 銅伝熱プレート
３ Ｚｎ−Ａｌ合金系ろう材
４ ろう付け内部欠陥
５ 三層構造ろう材
５ａ Ｚｎ−Ａｌ系ろう層
５ｂ 銅板
６ ニッケルメッキ層

Claims (4)

1. 銅製部材とアルミニウム製部材とが接合された異種金属接合品の接合法において、
   銅板の表裏両面にＺｎ−Ａｌ系ろう材が被覆された三層構造ろう材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。
2. 請求項１記載の銅製部材の接合面側にニッケルメッキ層を設け、請求項１記載の三層構造ろう材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。
3. 請求項１又は請求項２記載の異種金属接合を、窒素雰囲気下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。
4. 請求項１又は請求項２記載の異種金属接合法において、ロウ材の表面にＣｓＦ系フラックスを塗布することを特徴とする異種金属接合品の接合方法。

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