ピン状フィン一体型ヒートシンク及びその製造方法
【課題】ピン状フィンの良好な成形性を有しつつ、取付け強度や耐力を確保し、また、電子部品の熱伸縮に対して、板状部が容易に塑性変形することができるピン状フィン一体型ヒートシンク及びその製造方法を提供する。
【解決手段】純度が９９．９０質量％以上の純銅からなり、板状部２の一面側に多数のピン状フィン３が立設されるとともに、板状部２の周縁部７の少なくとも一部は、０．２％耐力が板状部の中央部分の２倍〜５倍とされており、金属材料を加熱処理する加熱工程と、多数の孔を有する成形ダイ上で加熱処理後の金属材料を鍛造することにより、板状部の周縁部の少なくとも一部を厚肉部にするとともに、厚肉部を除く部分にピン状フィン３及びピン状フィン３を立設した薄肉のフィン立設部５を成形する熱間鍛造工程と、厚肉部を冷間で鍛造することにより板状部の周縁部を成形する冷間鍛造工程とにより製造される。
【解決手段】純度が９９．９０質量％以上の純銅からなり、板状部２の一面側に多数のピン状フィン３が立設されるとともに、板状部２の周縁部７の少なくとも一部は、０．２％耐力が板状部の中央部分の２倍〜５倍とされており、金属材料を加熱処理する加熱工程と、多数の孔を有する成形ダイ上で加熱処理後の金属材料を鍛造することにより、板状部の周縁部の少なくとも一部を厚肉部にするとともに、厚肉部を除く部分にピン状フィン３及びピン状フィン３を立設した薄肉のフィン立設部５を成形する熱間鍛造工程と、厚肉部を冷間で鍛造することにより板状部の周縁部を成形する冷間鍛造工程とにより製造される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大規模集積回路（ＬＳＩ）等の発熱を伴う電子部品の冷却に用いられるヒートシンクに関し、特に詳しくは、放熱のためのピン状フィンを一体に形成したピン状フィン一体型ヒートシンク及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路（ＬＳＩ）等の発熱を伴う電子部品においては、電子部品を正常に動作させるために、熱を外部に放散させるヒートシンク或いはヒートスプレッダが取り付けられる。これらの素材としては、熱伝導率が高く、軽量で加工性の良いアルミニウムや銅が用いられる。
特許文献１にはヒートスプレッダ（ヒートシンク）用銅合金として、０．２％耐力が１００〜２００Ｎ／ｍｍ２、熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、加工硬化指数が０．１４〜０．１８、圧延表面板の幅方向の結晶粒径が２５μｍ以下であるＣｕ基合金が開示されている。また、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち少なくとも１種類以上とＰを合計で０．０５〜０．３ｗｔ％含有し、残部がＣｕと不可避成分からなり、断面減少率４０％以下の冷間鍛造後に６００℃で３０分間熱処理した後の結晶粒径が２５μｍ以下であり、断面減少率４０％以下の冷間鍛造後に６００℃で３０分間熱処理した後のビッカース硬さがＨＶ６０〜１７０であるのが好ましいと記載されている。
また、このようなヒートシンクとして、放熱のためのフィンをピン状に形成し、ベースとなる板状部に多数のピン状フィンを立設状態に設けたものがあり、その製造方法として、例えば特許文献２及び特許文献３に記載の方法が知られている。
【０００３】
特許文献２には、金属材料に加熱処理を行う加熱工程と、加熱処理後の金属材料を金型を用いて鍛造して目的の形状に成形する鍛造工程と、成形後の金属材料をエジェクターピンで金型の外方に押し出す押出工程とを備え、金型の内側に、鍛造工程時の圧力により金属材料を平板状に成形する凹部を設け、該凹部下面に鍛造工程時の圧力で金属材料を搾伸してピン状に成形する孔部を多数穿設し、鍛造工程時には、金型のすべての孔部に金型の外側からエジェクターピンを挿入し、当該エジェクターピンの外径を金型の孔部の内径よりも０．０５ｍｍ小さくして、エジェクターピンの外周面と金型の孔部の内周面との間に隙間を画成する製造方法が開示されている。
【０００４】
この製造方法によれば、常温では変形抵抗が大きい金属材料であっても、その変形抵抗を小さくして鍛造することができるので、フィンピッチを細かくすることや、大型のヒートシンクを製造することも可能となる。
【０００５】
一方、特許文献３にも、成形ダイスとパンチとにより多数のピンを鍛造成形する技術が開示されており、この場合も成形ダイスの各孔内にノックアウトピン（エジェクターピン）が挿入されている。また、ダイス孔詰まりとピン高さの不揃いの対策として、成形ダイスのベアリング部の表面粗度を０．０５μｍ以下となし、かつダイスの出側部分に「逃がし」を与えてダイス内壁とピン材料の摩擦を極力ゼロに近づけるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２７７８５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２９７７４号公報
【特許文献３】特許第２８２８２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようなピン状フィン一体型ヒートシンクは、各種機器の構造部材にねじ止め等により固定され、また、水冷の場合にはフィンに作用する水流の圧力をねじ止め部により支持する必要がある。このため、取付けのための強度と外力に対する耐力が必要であるが、特許文献１記載のような高強度材を用いると、鍛造時にも大きな圧力が必要になり、成形性を低下させる。また、板状部にはフィンと反対面である板状部の中央部分に電子部品が接合され、この電子部品が熱伸縮することから、熱応力発生を緩和するために、電子部品の熱伸縮に対して，板状部の中央部分が容易に塑性変形することで，電子部品に過大な応力を生じさせない程度に軟質であることが求められる。
【０００８】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、ピン状フィンの良好な成形性を有しつつ、取付け強度を確保し、また、電子部品の熱伸縮に対して、板状部の中央部分が容易に塑性変形することができるピン状フィン一体型ヒートシンク及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のピン状フィン一体型ヒートシンクは、純度が９９．９０質量％以上の純銅からなり、板状部の一面側に多数のピン状フィンが立設されるとともに、前記板状部の周縁部の少なくとも一部は、０．２％耐力が、電子部品が接合される前記板状部の中央部分の２倍〜５倍とされていることを特徴とする。
【００１０】
純度が９９．９０質量％以上の純銅は、熱伝導率が高く、軟質で塑性変形が容易であるので、鍛造によりピン状フィンを高精度に成形することができる。また、電子部品が接合された後には、電子部品の熱伸縮に対して、電子部品が接合される板状部の中央部分が容易に塑性変形することで，電子部品に過大な応力を生じさせないことができる。一方、板状部の周縁部で０．２％耐力が板状部の中央部分の２倍〜５倍とした部分は、各種機器の構造材への取付け部として利用することができ、部材としての強度を向上させることができる。純銅のなかでも、純度９９．９６質量％以上の無酸素銅、９９．９９質量％以上の電子管用無酸素銅がより好ましい。
純度９９．９０質量％未満の銅基合金は、析出硬化あるいは固溶強化により、全体として機械的強度は大きくなるが、電子部品の熱伸縮に対して、板状部の中央部分が塑性変形し難くなるので好ましくない。
【００１１】
更に、本発明のピン状フィン一体型ヒートシンクは、前記板状部の周縁部の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１μｍ〜６．３μｍであることを特徴とする。
算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜６．３μｍであることにより、ピン状フィン一体型ヒートシンクが収納される水冷ボックス側に取り付けられたパッキンを介して各種機器に液密に取り付けられ、水冷による冷媒に対する密封性に特に優れたものとなる。
算術平均粗さＲａが６．３μｍを超えると、密封性が低下する傾向が見られ、算術平均粗さＲａが０．１μｍ未満では、効果が飽和して無駄となる。
【００１２】
本発明のピン状フィン一体型ヒートシンクの製造方法は、金属材料を加熱処理する加熱工程と、多数のフィン成形用穴部を有する成形ダイ上で加熱処理後の前記金属材料を鍛造することにより、前記板状部の周縁部の少なくとも一部を厚肉部にするとともに、該厚肉部を除く部分に前記ピン状フィン及び該ピン状フィンを立設した薄肉のフィン立設部を成形する熱間鍛造工程と、前記厚肉部を冷間で鍛造することにより前記板状部の周縁部を成形する冷間鍛造工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
すなわち、金属材料を加熱し、ピン状フィンと、板状部のうち周縁部の少なくとも一部を除くピン状フィンを立設するフィン立設部とを熱間で鍛造して成形し、その後に冷間で板状部の周縁部の少なくとも一部を鍛造して成形する。熱間で金属材料を塑性変形し易い状態にしておいて、ピン状フィン等を精密に成形し、製品としてねじ止め等されるため機械的強度が必要な部位は冷間にて成形することにより加工硬化させ、必要な強度と耐力を得る。更に、冷間にて成形することにより、容易に前記板状部の周縁部の表面粗さを小さくすることができ、ピン状フィン一体型ヒートシンクが収納される水冷ボックス側に取り付けられたパッキンを介して各種機器に液密に取り付けられ、水冷による冷媒に対する密封性に優れるものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ピン状フィンの良好な成形性を有しつつ、各種機器に取り付けられる周縁部に強度や耐力を確保し、また、電子部品の熱伸縮に対して、板状部の中央部分が容易に塑性変形することが可能なピン状フィン一体型ヒートシンクを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態のピン状フィン一体型ヒートシンクを示すもので、（ａ）がピン状フィンの側から見た斜視図、（ｂ）が板状部の平坦面側から見た斜視図である。
【図２】図１のヒートシンクの水冷ボックスへの取付け例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態のピン状フィン一体型ヒートシンクを製造するための熱間鍛造工程に用いられるフィン成形金型の縦断面図であり、（ａ）がフィン成形金型に金属材料を配置した状態を示し、（ｂ）が熱間鍛造している状態を示す。
【図４】図３の熱間鍛造工程により得られた中間成形体に対する冷間鍛造工程に用いられる周縁部成形金型を示す縦断面図であり、（ａ）が周縁部成形金型に中間成形体を配置した状態を示し、（ｂ）が冷間鍛造している状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
ピン状フィン一体型ヒートシンク１は、図１に示すように、板状部２の一面側に多数のピン状フィン３が立設されている。図示例では、一列に並べたピン状フィン３が列ごとに半ピッチ分だけずれて千鳥配列となるように形成されている。これらの諸寸法は特に限定されるものではないが、板状部２は、例えば長さ１３３ｍｍ、幅７７ｍｍ、厚さ５ｍｍに形成され、ピン状フィン３は、外径が１．５ｍｍ〜２ｍｍ、高さが６ｍｍ〜８ｍｍ、ピッチが４ｍｍ〜５ｍｍに形成される。
【００１７】
材料としては、純度が９９．９０質量％以上の純銅が用いられる。不純物として、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓ、Ｆｅ、Ｏ、Ｐなどが含まれる場合があるが、特にＯ、Ｐは微量で塑性変形能が低下するため、Ｏ量は５００ｐｐｍ以下、好ましくは１００ｐｐｍ以下とし、Ｐ量は１５０ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下に規制することが望ましい。タフピッチ銅、無酸素銅、リン脱酸銅が好適な素材として挙げられるが、純度９９．９６質量％以上の無酸素銅、９９．９９質量％以上の電子管用無酸素銅がより好ましい。
【００１８】
また、板状部２のピン状フィン３が立設されているフィン立設部５の回りの周縁部７は、その表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１μｍ〜６．３μｍとされている。
さらに、板状部２の周縁部７には、各種機器への取付け部となるねじ止めのための貫通孔８が形成されている。この貫通孔８が形成されている板状部２の周縁部７は、その内側の板状部２の中央部分９よりも機械的強度が大きく形成されており、０．２％耐力が少なくとも板状部２の中央部分９に比べて２倍〜５倍となっている。例えば、板状部２の中央部分９の０．２％耐力が３５Ｎ／ｍｍ２〜７０Ｎ／ｍｍ２であるのに対して、板状部２の周縁部７は１００Ｎ／ｍｍ２〜２００Ｎ／ｍｍ２とされる。また、ビッカース硬さも、板状部２の中央部分９が４５Ｈｖ〜６０Ｈｖであるのに対して、周縁部７は６０Ｈｖ〜１７０Ｈｖに形成される。
板状部２の中央部分９は、後述する冷間鍛造において、フィン立設部５のうちの外周部分は冷間鍛造による加工硬化の影響を少なからず受けるので、フィン立設部５の外周部分よりも内側の部分をいう。ピン状フィン３の大きさや板状部３の板厚等にもよるが、図１（ｂ）の鎖線で囲ったように、あるいは図４（ｂ）に示したように、例えばピン状フィン３の最外周の１周分あるいは２周分が立設されている部分よりも内側の部分をいう。
そして、板状部２の中央部分９においてピン状フィン３が形成されていない他面側の平面部に電子部品（図示略）がはんだ付け等により搭載され、その熱は板状部２を介して各ピン状フィン３に伝達され、これら板状部２及び各ピン状フィン３の外周面から放散される。
【００１９】
このように構成されたピン状フィン一体型ヒートシンク１は、例えば図２に示すような冷却ボックス３１に取り付けられる。この冷却ボックス３１は、ヒートシンク１のピン状フィン３を内部に挿入状態として取り付けるために開口部３２が形成されるとともに、その開口部３２の周囲を囲むようにパッキン収容溝３３が形成され、そのさらに外側にねじ穴３４が形成されており、鎖線矢印で示すようにヒートシンク１をピン状フィン３が図２において下方を向くように配置して開口部３２内に挿入し、板状部２を開口部３２の周囲の表面にパッキン３５を介して密接させ、ねじ止めにより固定する構成である。図示例では２個のヒートシンクが取り付けられるようになっており、矢印で示すように冷却媒体が流通して、内部に挿入状態のヒートシンク１のピン状フィン３を冷却する。
【００２０】
このピン状フィン一体型ヒートシンク１を製造するための製造装置は、板状部２の周縁部７を除き、その内側のフィン立設部５及びピン状フィン３を熱間で鍛造して成形するフィン成形用金型１１と、このフィン成形用金型１１により成形した中間成形体１２に対して板状部２の周縁部７を冷間で鍛造して成形する周縁部成形用金型１４とから構成される。
フィン成形用金型１１は、図３に示すように、図示略の鍛造プレスに、ピン状フィン３を形成するための多数の凹状のフィン成形用穴部１５を有する成形ダイ１６と、この成形ダイ１６上に載せた金属材料Ｍを鍛造するパンチ１７と、成形ダイ１６に上下移動可能に設けられるエジェクターピン１８とが備えられた構成とされている。
【００２１】
成形ダイ１６は、その上面部に、鍛造時に金属材料Ｍが配置される凹部１９が形成され、その凹部１９に連通して各フィン成形用穴部１５が凹部１９の底面に形成されている。
パンチ１７は、成形ダイ１６の上方から図示略の油圧機構により上下動され、成形ダイ１６の凹部１９内で金属材料Ｍを叩くように押圧する。この場合、パンチ１７の下面のパンチ面１７ａの平面積は成形ダイ１６の凹部１９よりも小さく、板状部２のうちの周縁部７を除くフィン立設部５を強く押圧し得る大きさに形成されており、そのパンチ面１７ａの周囲に、上方に窪むように逃がし部２０が形成され、周縁部の熱間鍛造後の肉厚を決めている。
エジェクターピン１８は、図示略の油圧機構等により、鍛造後の中間成形体１２の周縁部分を下方から押し上げる構成である。
【００２２】
一方、周縁部成形用金型１４は、図４に示すように、フィン成形用金型１１によりピン状フィン３及びフィン立設部５が鍛造された中間成形体１２をさらに鍛造するものであり、図示略の鍛造プレスに、各ピン状フィン３を臨ませるための複数の凹状の穴部２５を有し、その穴部２５に連通するように成形用の凹部２６を有する成形ダイ２７と、この成形ダイ２７の凹部２６上で中間成形体１２を鍛造するパンチ２８と、鍛造後に成形ダイ２７から製品を押し上げるエジェクターピン２９とを備えている。
成形ダイ２７の凹部２６は、フィン成形用金型１１による鍛造時に形成された板状部２の周縁部７の厚肉部１３を鍛造するものであり、この凹部２６の内周面が板状部２の外周面を形成する。凹状の穴部２５は、鍛造中にピン状フィン３が変位しないように、ピン状フィン３を収容しておくものである。また、この嵌合は冷間鍛造における素材の正確な位置決めとなる。
パンチ２８は、下面のパンチ面２８ａが板状部２の平面積を有する平坦面に形成され、成形ダイ２７の凹部２６上で中間成形体１２を鍛造することにより、板状部２を成形する。
エジェクターピン２９は、成形ダイ２７に上下スライド自在に挿入され、鍛造後に図示略の油圧機構等により上昇することにより、製品を成形ダイ２７から押し上げる。
【００２３】
このように構成されたフィン成形用金型１１及び周縁部成形用金型１４を用いてピン状フィン一体型ヒートシンク１を製造する方法について説明する。
この製造方法においては、金属材料Ｍを加熱する加熱工程と、加熱後の金属材料Ｍをフィン成形用金型１１により鍛造して、成形ダイ１６の成形用穴部１５内に金属材料Ｍの一部を押し込むことにより、主に板状部２のピン状フィン３とフィン立設部５とを成形する熱間鍛造工程と、この熱間鍛造工程において厚肉とした周縁部７を周縁部成形用金型１４により冷間にて鍛造する冷間鍛造工程とを備えている。以下、工程順に説明する。
【００２４】
＜加熱工程＞
加熱工程では、金属材料Ｍの変形抵抗を減少させるため、金属材料の再結晶温度以上の温度まで加熱する。
【００２５】
＜熱間鍛造工程＞
図３（ａ）に示すように、加熱された金属材料Ｍをフィン成形用金型１１の成形ダイ１６の凹部１９に設置し、パンチ１７により叩くように押圧すると、図３（ｂ）に示すように、金属材料Ｍは成形ダイ１６とパンチ１７とにより押しつぶされて、凹部１９内に広がりながら板状部２の中央部分のフィン立設部５が薄肉に成形されるとともに、その一部がフィン成形用穴部１５内に圧入されピン状フィン３の外形が成形される。この鍛造工程は、熱間で行われるため、金属材料Ｍの流動性が良く、細い径のピン状フィン３も精密に成形することができる。
この熱間鍛造工程により、最終製品のうち、板状部２の周縁部７を除くフィン立設部５及びピン状フィン３を有する中間成形体１２が成形され、板状部２の周縁部７となる部分はパンチ１７の逃がし部２０により成形され、厚肉部１３となる。
【００２６】
次いで、パンチ１７を上方に退避させ、エジェクターピン１８を上昇させて、中間成形体１２を成形ダイ１６から押し上げる。
【００２７】
＜冷間鍛造工程＞
熱間鍛造工程により得られた中間成形体１２を冷却後、図４（ａ）に示すように、周縁部成形用金型１４の成形ダイ２７の穴部２５に中間成形体１２のピン状フィン３をすべて配置した状態として、凹部２６に板状部２を載置する。この状態では、板状部２の周縁部が厚肉部１３となっているため、厚肉部１３がフィン立設部５よりも上方に膨出している。そして、図４（ｂ）に示すように、その厚肉部１３をフィン立設部５と同じ厚さになるように鍛造することにより、パンチ２８と成形ダイ２７の凹部２６との間に厚肉部１３が圧縮されて、これらの内周面により板状部２の周縁部７が成形される。このとき、板状部２のフィン立設部５は、先の熱間鍛造工程においてすでに成形されており、そのフィン立設部５の厚さまで厚肉部１３を鍛造するものであるから、この冷間鍛造工程においては変形しない。また、この冷間で鍛造することにより、板状部２の周縁部７の表面は、表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１μｍ〜６．３μｍに形成される。
次いで、パンチ２８を上方に退避させ、エジェクターピン２９を上昇することにより、製品を成形ダイ２７から押し上げる。
【００２８】
このようにして製造されたピン状フィン一体型ヒートシンク１は、フィン立設部５におけるピン状フィン３が立設されている面とは反対面である板状部２の中央部分９に電子部品が搭載され、水冷ボックス３１内にピン状フィン３を挿入した状態となるように、板状部２の周縁部７がパッキン３５を介して水冷ボックス３１にねじ止め等により固定される。電子部品は、半導体チップ、回路基板等により構成される部品であり、水冷ボックス３１は、内部に水等の冷却媒体が流通しており、その冷却媒体にピン状フィン３が浸漬して放熱を促進する。
この取付け状態において、水冷ボックス３１に固定される板状部２の周縁部７は、冷間鍛造により加工硬化しており（図４（ｂ）のクロスハッチング部分参照）、０．２％耐力が板状部２の中央部分９の２倍〜５倍に大きく形成されているので、変形等を生じることなく強固に固定することができる。また、水冷ボックス３１のパッキン収容溝３３に収容したパッキン３５に密接されるヒートシンク１の板状部２の周縁部７は、算術平均粗さＲａが０，１μｍ〜６．３μｍに形成されているので、水冷ボックス３１との間で優れた密封性を確保することができる。
また、長期間の使用に際して、電子部品の発熱、周囲環境の温度変化等により熱伸縮するが、電子部品が固着されている板状部２の中央部分９は熱間鍛造により成形され、その後の冷間鍛造工程では変形されていないことから、比較的軟質に維持され、電子部品との熱伸縮差を緩和するように電子部品の熱伸縮に対して、板状部５の中央部９が容易に塑性変形して、電子部品に生じる熱応力の発生を抑制することができる。
【実施例】
【００２９】
金属材料として無酸素銅（純度９９．９９ｗｔ％以上）を用い、ヒートシンクとしては、板状部は、長さ１３３ｍｍ、幅７７ｍｍ、厚さ５ｍｍとし、ピン状フィンは、外径が１．５ｍｍ、高さ８ｍｍ、ピッチが４ｍｍで、一列に並べたピン状フィンが列ごとに半ピッチ分だけずれて千鳥配列としたものを成形した。
無酸素銅（純度９９．９９ｗｔ％以上）の鋳塊を７００℃に加熱した後、フィン成形用金型により熱間鍛造し、フィン立設部及びピン状フィンを成形した。この熱間鍛造時の圧力は１００ＭＰａ〜１５０ＭＰａとした。次に、板状周縁部成形用金型により冷間鍛造して、板状部の周縁部を成形し、表面粗さを変えて試料１〜６のヒートシンクを作製した。この冷間鍛造時の圧力は２００ＭＰａ〜５００ＭＰａとした。
比較例として、無酸素銅（純度９９．９９ｗｔ％以上）の鋳塊を７００℃に加熱した後、フィン立設部及びピン状フィンと板状周縁部が一体で形成できる金型を使用して、熱間鍛造のみで冷間鍛造なしにこれらを一体形成し、試料７及び試料８のヒートシンクを作製した。表１には、この試料７及び８について、フィン及びフィン立設部と、板状周縁部とをそれぞれ熱間として表記したが、これらを一体に熱間鍛造したことを示す。
このようにして作製した試料１〜８のヒートシンクについて、０．２％耐力比（板状周縁部の０．２％耐力値／板状部の中央部分の０．２％耐力値）、密封性、熱サイクル性を評価した。
０．２％耐力値はＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して測定した。
密封性は、ヒートシンクを水冷ボックス（パッキン付）に固定し、水冷ボックス内に５００ｋＰａの圧力を３０分間かけて、漏洩による圧力低下の有無を測定し、漏れが認められなかったものを○、さらに圧力を７００ｋＰａに上げて３０分間かけても漏れが認められなかったものは◎、５００ｋＰａの圧力で３０分の間に漏れが認められたものを×とした。
熱サイクル性は、ヒートシンクの板状部の中央部分に電子部品をはんだ付けし、ＪＩＳ Ｃ００２５に準拠し、−６５℃〜１２５℃の温度変化を５００サイクル繰り返し、はんだ接合部の剥がれやクラック等を観察した。剥がれやクラックが認められなかったものを○、これらが認められたものを×とした。
これらの結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１に示される結果から明らかなように、本発明のピン状フィン一体型ヒートシンクは、ピン状フィンの良好な成形性を有しながら、取付け強度を確保し、電子部品の熱伸縮による応力を抑制できることがわかる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの記載に限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、板状部を各種機器に取り付ける場合、ねじ止めに限らず、クランプ等の他の固定手段によってもよい。また、図２及び図３のいずれも、エジェクタ−ピンにより鍛造品の外周部を押し上げるように構成したが、各ピン状フィンの下端を押し上げる構成としてもよい。また、図２及び図３のいずれも、鍛造時にバリを出していないが、鍛造機の能力に応じてバリを出して高い圧力で成形してもよい。また、図２における初期の金属材料Ｍは単純な板状の素材としているが、ピン状フィンの寸法と周縁部へ付与する冷間加工の大きさから、予め適切な形状に成形しておいてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１ ピン状フィン一体型ヒートシンク
２ 板状部
３ ピン状フィン
５ フィン立設部
７ 周縁部
８ 貫通孔
９ 中央部分
１１ フィン成形用金型
１２ 中間成形体
１３ 厚肉部
１４ 周縁部成形用金型
１５ フィン成形用穴部
１６ 成形ダイ
１７ パンチ
１７ａ パンチ面
１８ エジェクターピン
１９ 凹部
２０ 逃がし部
２５ 穴部
２６ 凹部
２７ 成形ダイ
２８ パンチ
２８ａ パンチ面
２９ エジェクターピン
３１ 水冷ボックス
３２ 開口部
３３ パッキン収容溝
３４ ねじ穴
３５ パッキン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大規模集積回路（ＬＳＩ）等の発熱を伴う電子部品の冷却に用いられるヒートシンクに関し、特に詳しくは、放熱のためのピン状フィンを一体に形成したピン状フィン一体型ヒートシンク及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路（ＬＳＩ）等の発熱を伴う電子部品においては、電子部品を正常に動作させるために、熱を外部に放散させるヒートシンク或いはヒートスプレッダが取り付けられる。これらの素材としては、熱伝導率が高く、軽量で加工性の良いアルミニウムや銅が用いられる。
特許文献１にはヒートスプレッダ（ヒートシンク）用銅合金として、０．２％耐力が１００〜２００Ｎ／ｍｍ２、熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、加工硬化指数が０．１４〜０．１８、圧延表面板の幅方向の結晶粒径が２５μｍ以下であるＣｕ基合金が開示されている。また、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち少なくとも１種類以上とＰを合計で０．０５〜０．３ｗｔ％含有し、残部がＣｕと不可避成分からなり、断面減少率４０％以下の冷間鍛造後に６００℃で３０分間熱処理した後の結晶粒径が２５μｍ以下であり、断面減少率４０％以下の冷間鍛造後に６００℃で３０分間熱処理した後のビッカース硬さがＨＶ６０〜１７０であるのが好ましいと記載されている。
また、このようなヒートシンクとして、放熱のためのフィンをピン状に形成し、ベースとなる板状部に多数のピン状フィンを立設状態に設けたものがあり、その製造方法として、例えば特許文献２及び特許文献３に記載の方法が知られている。
【０００３】
特許文献２には、金属材料に加熱処理を行う加熱工程と、加熱処理後の金属材料を金型を用いて鍛造して目的の形状に成形する鍛造工程と、成形後の金属材料をエジェクターピンで金型の外方に押し出す押出工程とを備え、金型の内側に、鍛造工程時の圧力により金属材料を平板状に成形する凹部を設け、該凹部下面に鍛造工程時の圧力で金属材料を搾伸してピン状に成形する孔部を多数穿設し、鍛造工程時には、金型のすべての孔部に金型の外側からエジェクターピンを挿入し、当該エジェクターピンの外径を金型の孔部の内径よりも０．０５ｍｍ小さくして、エジェクターピンの外周面と金型の孔部の内周面との間に隙間を画成する製造方法が開示されている。
【０００４】
この製造方法によれば、常温では変形抵抗が大きい金属材料であっても、その変形抵抗を小さくして鍛造することができるので、フィンピッチを細かくすることや、大型のヒートシンクを製造することも可能となる。
【０００５】
一方、特許文献３にも、成形ダイスとパンチとにより多数のピンを鍛造成形する技術が開示されており、この場合も成形ダイスの各孔内にノックアウトピン（エジェクターピン）が挿入されている。また、ダイス孔詰まりとピン高さの不揃いの対策として、成形ダイスのベアリング部の表面粗度を０．０５μｍ以下となし、かつダイスの出側部分に「逃がし」を与えてダイス内壁とピン材料の摩擦を極力ゼロに近づけるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２７７８５３号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２９７７４号公報
【特許文献３】特許第２８２８２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このようなピン状フィン一体型ヒートシンクは、各種機器の構造部材にねじ止め等により固定され、また、水冷の場合にはフィンに作用する水流の圧力をねじ止め部により支持する必要がある。このため、取付けのための強度と外力に対する耐力が必要であるが、特許文献１記載のような高強度材を用いると、鍛造時にも大きな圧力が必要になり、成形性を低下させる。また、板状部にはフィンと反対面である板状部の中央部分に電子部品が接合され、この電子部品が熱伸縮することから、熱応力発生を緩和するために、電子部品の熱伸縮に対して，板状部の中央部分が容易に塑性変形することで，電子部品に過大な応力を生じさせない程度に軟質であることが求められる。
【０００８】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、ピン状フィンの良好な成形性を有しつつ、取付け強度を確保し、また、電子部品の熱伸縮に対して、板状部の中央部分が容易に塑性変形することができるピン状フィン一体型ヒートシンク及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のピン状フィン一体型ヒートシンクは、純度が９９．９０質量％以上の純銅からなり、板状部の一面側に多数のピン状フィンが立設されるとともに、前記板状部の周縁部の少なくとも一部は、０．２％耐力が、電子部品が接合される前記板状部の中央部分の２倍〜５倍とされていることを特徴とする。
【００１０】
純度が９９．９０質量％以上の純銅は、熱伝導率が高く、軟質で塑性変形が容易であるので、鍛造によりピン状フィンを高精度に成形することができる。また、電子部品が接合された後には、電子部品の熱伸縮に対して、電子部品が接合される板状部の中央部分が容易に塑性変形することで，電子部品に過大な応力を生じさせないことができる。一方、板状部の周縁部で０．２％耐力が板状部の中央部分の２倍〜５倍とした部分は、各種機器の構造材への取付け部として利用することができ、部材としての強度を向上させることができる。純銅のなかでも、純度９９．９６質量％以上の無酸素銅、９９．９９質量％以上の電子管用無酸素銅がより好ましい。
純度９９．９０質量％未満の銅基合金は、析出硬化あるいは固溶強化により、全体として機械的強度は大きくなるが、電子部品の熱伸縮に対して、板状部の中央部分が塑性変形し難くなるので好ましくない。
【００１１】
更に、本発明のピン状フィン一体型ヒートシンクは、前記板状部の周縁部の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１μｍ〜６．３μｍであることを特徴とする。
算術平均粗さＲａが０．１μｍ〜６．３μｍであることにより、ピン状フィン一体型ヒートシンクが収納される水冷ボックス側に取り付けられたパッキンを介して各種機器に液密に取り付けられ、水冷による冷媒に対する密封性に特に優れたものとなる。
算術平均粗さＲａが６．３μｍを超えると、密封性が低下する傾向が見られ、算術平均粗さＲａが０．１μｍ未満では、効果が飽和して無駄となる。
【００１２】
本発明のピン状フィン一体型ヒートシンクの製造方法は、金属材料を加熱処理する加熱工程と、多数のフィン成形用穴部を有する成形ダイ上で加熱処理後の前記金属材料を鍛造することにより、前記板状部の周縁部の少なくとも一部を厚肉部にするとともに、該厚肉部を除く部分に前記ピン状フィン及び該ピン状フィンを立設した薄肉のフィン立設部を成形する熱間鍛造工程と、前記厚肉部を冷間で鍛造することにより前記板状部の周縁部を成形する冷間鍛造工程とを有することを特徴とする。
【００１３】
すなわち、金属材料を加熱し、ピン状フィンと、板状部のうち周縁部の少なくとも一部を除くピン状フィンを立設するフィン立設部とを熱間で鍛造して成形し、その後に冷間で板状部の周縁部の少なくとも一部を鍛造して成形する。熱間で金属材料を塑性変形し易い状態にしておいて、ピン状フィン等を精密に成形し、製品としてねじ止め等されるため機械的強度が必要な部位は冷間にて成形することにより加工硬化させ、必要な強度と耐力を得る。更に、冷間にて成形することにより、容易に前記板状部の周縁部の表面粗さを小さくすることができ、ピン状フィン一体型ヒートシンクが収納される水冷ボックス側に取り付けられたパッキンを介して各種機器に液密に取り付けられ、水冷による冷媒に対する密封性に優れるものとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ピン状フィンの良好な成形性を有しつつ、各種機器に取り付けられる周縁部に強度や耐力を確保し、また、電子部品の熱伸縮に対して、板状部の中央部分が容易に塑性変形することが可能なピン状フィン一体型ヒートシンクを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態のピン状フィン一体型ヒートシンクを示すもので、（ａ）がピン状フィンの側から見た斜視図、（ｂ）が板状部の平坦面側から見た斜視図である。
【図２】図１のヒートシンクの水冷ボックスへの取付け例を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態のピン状フィン一体型ヒートシンクを製造するための熱間鍛造工程に用いられるフィン成形金型の縦断面図であり、（ａ）がフィン成形金型に金属材料を配置した状態を示し、（ｂ）が熱間鍛造している状態を示す。
【図４】図３の熱間鍛造工程により得られた中間成形体に対する冷間鍛造工程に用いられる周縁部成形金型を示す縦断面図であり、（ａ）が周縁部成形金型に中間成形体を配置した状態を示し、（ｂ）が冷間鍛造している状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
ピン状フィン一体型ヒートシンク１は、図１に示すように、板状部２の一面側に多数のピン状フィン３が立設されている。図示例では、一列に並べたピン状フィン３が列ごとに半ピッチ分だけずれて千鳥配列となるように形成されている。これらの諸寸法は特に限定されるものではないが、板状部２は、例えば長さ１３３ｍｍ、幅７７ｍｍ、厚さ５ｍｍに形成され、ピン状フィン３は、外径が１．５ｍｍ〜２ｍｍ、高さが６ｍｍ〜８ｍｍ、ピッチが４ｍｍ〜５ｍｍに形成される。
【００１７】
材料としては、純度が９９．９０質量％以上の純銅が用いられる。不純物として、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓ、Ｆｅ、Ｏ、Ｐなどが含まれる場合があるが、特にＯ、Ｐは微量で塑性変形能が低下するため、Ｏ量は５００ｐｐｍ以下、好ましくは１００ｐｐｍ以下とし、Ｐ量は１５０ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下に規制することが望ましい。タフピッチ銅、無酸素銅、リン脱酸銅が好適な素材として挙げられるが、純度９９．９６質量％以上の無酸素銅、９９．９９質量％以上の電子管用無酸素銅がより好ましい。
【００１８】
また、板状部２のピン状フィン３が立設されているフィン立設部５の回りの周縁部７は、その表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１μｍ〜６．３μｍとされている。
さらに、板状部２の周縁部７には、各種機器への取付け部となるねじ止めのための貫通孔８が形成されている。この貫通孔８が形成されている板状部２の周縁部７は、その内側の板状部２の中央部分９よりも機械的強度が大きく形成されており、０．２％耐力が少なくとも板状部２の中央部分９に比べて２倍〜５倍となっている。例えば、板状部２の中央部分９の０．２％耐力が３５Ｎ／ｍｍ２〜７０Ｎ／ｍｍ２であるのに対して、板状部２の周縁部７は１００Ｎ／ｍｍ２〜２００Ｎ／ｍｍ２とされる。また、ビッカース硬さも、板状部２の中央部分９が４５Ｈｖ〜６０Ｈｖであるのに対して、周縁部７は６０Ｈｖ〜１７０Ｈｖに形成される。
板状部２の中央部分９は、後述する冷間鍛造において、フィン立設部５のうちの外周部分は冷間鍛造による加工硬化の影響を少なからず受けるので、フィン立設部５の外周部分よりも内側の部分をいう。ピン状フィン３の大きさや板状部３の板厚等にもよるが、図１（ｂ）の鎖線で囲ったように、あるいは図４（ｂ）に示したように、例えばピン状フィン３の最外周の１周分あるいは２周分が立設されている部分よりも内側の部分をいう。
そして、板状部２の中央部分９においてピン状フィン３が形成されていない他面側の平面部に電子部品（図示略）がはんだ付け等により搭載され、その熱は板状部２を介して各ピン状フィン３に伝達され、これら板状部２及び各ピン状フィン３の外周面から放散される。
【００１９】
このように構成されたピン状フィン一体型ヒートシンク１は、例えば図２に示すような冷却ボックス３１に取り付けられる。この冷却ボックス３１は、ヒートシンク１のピン状フィン３を内部に挿入状態として取り付けるために開口部３２が形成されるとともに、その開口部３２の周囲を囲むようにパッキン収容溝３３が形成され、そのさらに外側にねじ穴３４が形成されており、鎖線矢印で示すようにヒートシンク１をピン状フィン３が図２において下方を向くように配置して開口部３２内に挿入し、板状部２を開口部３２の周囲の表面にパッキン３５を介して密接させ、ねじ止めにより固定する構成である。図示例では２個のヒートシンクが取り付けられるようになっており、矢印で示すように冷却媒体が流通して、内部に挿入状態のヒートシンク１のピン状フィン３を冷却する。
【００２０】
このピン状フィン一体型ヒートシンク１を製造するための製造装置は、板状部２の周縁部７を除き、その内側のフィン立設部５及びピン状フィン３を熱間で鍛造して成形するフィン成形用金型１１と、このフィン成形用金型１１により成形した中間成形体１２に対して板状部２の周縁部７を冷間で鍛造して成形する周縁部成形用金型１４とから構成される。
フィン成形用金型１１は、図３に示すように、図示略の鍛造プレスに、ピン状フィン３を形成するための多数の凹状のフィン成形用穴部１５を有する成形ダイ１６と、この成形ダイ１６上に載せた金属材料Ｍを鍛造するパンチ１７と、成形ダイ１６に上下移動可能に設けられるエジェクターピン１８とが備えられた構成とされている。
【００２１】
成形ダイ１６は、その上面部に、鍛造時に金属材料Ｍが配置される凹部１９が形成され、その凹部１９に連通して各フィン成形用穴部１５が凹部１９の底面に形成されている。
パンチ１７は、成形ダイ１６の上方から図示略の油圧機構により上下動され、成形ダイ１６の凹部１９内で金属材料Ｍを叩くように押圧する。この場合、パンチ１７の下面のパンチ面１７ａの平面積は成形ダイ１６の凹部１９よりも小さく、板状部２のうちの周縁部７を除くフィン立設部５を強く押圧し得る大きさに形成されており、そのパンチ面１７ａの周囲に、上方に窪むように逃がし部２０が形成され、周縁部の熱間鍛造後の肉厚を決めている。
エジェクターピン１８は、図示略の油圧機構等により、鍛造後の中間成形体１２の周縁部分を下方から押し上げる構成である。
【００２２】
一方、周縁部成形用金型１４は、図４に示すように、フィン成形用金型１１によりピン状フィン３及びフィン立設部５が鍛造された中間成形体１２をさらに鍛造するものであり、図示略の鍛造プレスに、各ピン状フィン３を臨ませるための複数の凹状の穴部２５を有し、その穴部２５に連通するように成形用の凹部２６を有する成形ダイ２７と、この成形ダイ２７の凹部２６上で中間成形体１２を鍛造するパンチ２８と、鍛造後に成形ダイ２７から製品を押し上げるエジェクターピン２９とを備えている。
成形ダイ２７の凹部２６は、フィン成形用金型１１による鍛造時に形成された板状部２の周縁部７の厚肉部１３を鍛造するものであり、この凹部２６の内周面が板状部２の外周面を形成する。凹状の穴部２５は、鍛造中にピン状フィン３が変位しないように、ピン状フィン３を収容しておくものである。また、この嵌合は冷間鍛造における素材の正確な位置決めとなる。
パンチ２８は、下面のパンチ面２８ａが板状部２の平面積を有する平坦面に形成され、成形ダイ２７の凹部２６上で中間成形体１２を鍛造することにより、板状部２を成形する。
エジェクターピン２９は、成形ダイ２７に上下スライド自在に挿入され、鍛造後に図示略の油圧機構等により上昇することにより、製品を成形ダイ２７から押し上げる。
【００２３】
このように構成されたフィン成形用金型１１及び周縁部成形用金型１４を用いてピン状フィン一体型ヒートシンク１を製造する方法について説明する。
この製造方法においては、金属材料Ｍを加熱する加熱工程と、加熱後の金属材料Ｍをフィン成形用金型１１により鍛造して、成形ダイ１６の成形用穴部１５内に金属材料Ｍの一部を押し込むことにより、主に板状部２のピン状フィン３とフィン立設部５とを成形する熱間鍛造工程と、この熱間鍛造工程において厚肉とした周縁部７を周縁部成形用金型１４により冷間にて鍛造する冷間鍛造工程とを備えている。以下、工程順に説明する。
【００２４】
＜加熱工程＞
加熱工程では、金属材料Ｍの変形抵抗を減少させるため、金属材料の再結晶温度以上の温度まで加熱する。
【００２５】
＜熱間鍛造工程＞
図３（ａ）に示すように、加熱された金属材料Ｍをフィン成形用金型１１の成形ダイ１６の凹部１９に設置し、パンチ１７により叩くように押圧すると、図３（ｂ）に示すように、金属材料Ｍは成形ダイ１６とパンチ１７とにより押しつぶされて、凹部１９内に広がりながら板状部２の中央部分のフィン立設部５が薄肉に成形されるとともに、その一部がフィン成形用穴部１５内に圧入されピン状フィン３の外形が成形される。この鍛造工程は、熱間で行われるため、金属材料Ｍの流動性が良く、細い径のピン状フィン３も精密に成形することができる。
この熱間鍛造工程により、最終製品のうち、板状部２の周縁部７を除くフィン立設部５及びピン状フィン３を有する中間成形体１２が成形され、板状部２の周縁部７となる部分はパンチ１７の逃がし部２０により成形され、厚肉部１３となる。
【００２６】
次いで、パンチ１７を上方に退避させ、エジェクターピン１８を上昇させて、中間成形体１２を成形ダイ１６から押し上げる。
【００２７】
＜冷間鍛造工程＞
熱間鍛造工程により得られた中間成形体１２を冷却後、図４（ａ）に示すように、周縁部成形用金型１４の成形ダイ２７の穴部２５に中間成形体１２のピン状フィン３をすべて配置した状態として、凹部２６に板状部２を載置する。この状態では、板状部２の周縁部が厚肉部１３となっているため、厚肉部１３がフィン立設部５よりも上方に膨出している。そして、図４（ｂ）に示すように、その厚肉部１３をフィン立設部５と同じ厚さになるように鍛造することにより、パンチ２８と成形ダイ２７の凹部２６との間に厚肉部１３が圧縮されて、これらの内周面により板状部２の周縁部７が成形される。このとき、板状部２のフィン立設部５は、先の熱間鍛造工程においてすでに成形されており、そのフィン立設部５の厚さまで厚肉部１３を鍛造するものであるから、この冷間鍛造工程においては変形しない。また、この冷間で鍛造することにより、板状部２の周縁部７の表面は、表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１μｍ〜６．３μｍに形成される。
次いで、パンチ２８を上方に退避させ、エジェクターピン２９を上昇することにより、製品を成形ダイ２７から押し上げる。
【００２８】
このようにして製造されたピン状フィン一体型ヒートシンク１は、フィン立設部５におけるピン状フィン３が立設されている面とは反対面である板状部２の中央部分９に電子部品が搭載され、水冷ボックス３１内にピン状フィン３を挿入した状態となるように、板状部２の周縁部７がパッキン３５を介して水冷ボックス３１にねじ止め等により固定される。電子部品は、半導体チップ、回路基板等により構成される部品であり、水冷ボックス３１は、内部に水等の冷却媒体が流通しており、その冷却媒体にピン状フィン３が浸漬して放熱を促進する。
この取付け状態において、水冷ボックス３１に固定される板状部２の周縁部７は、冷間鍛造により加工硬化しており（図４（ｂ）のクロスハッチング部分参照）、０．２％耐力が板状部２の中央部分９の２倍〜５倍に大きく形成されているので、変形等を生じることなく強固に固定することができる。また、水冷ボックス３１のパッキン収容溝３３に収容したパッキン３５に密接されるヒートシンク１の板状部２の周縁部７は、算術平均粗さＲａが０，１μｍ〜６．３μｍに形成されているので、水冷ボックス３１との間で優れた密封性を確保することができる。
また、長期間の使用に際して、電子部品の発熱、周囲環境の温度変化等により熱伸縮するが、電子部品が固着されている板状部２の中央部分９は熱間鍛造により成形され、その後の冷間鍛造工程では変形されていないことから、比較的軟質に維持され、電子部品との熱伸縮差を緩和するように電子部品の熱伸縮に対して、板状部５の中央部９が容易に塑性変形して、電子部品に生じる熱応力の発生を抑制することができる。
【実施例】
【００２９】
金属材料として無酸素銅（純度９９．９９ｗｔ％以上）を用い、ヒートシンクとしては、板状部は、長さ１３３ｍｍ、幅７７ｍｍ、厚さ５ｍｍとし、ピン状フィンは、外径が１．５ｍｍ、高さ８ｍｍ、ピッチが４ｍｍで、一列に並べたピン状フィンが列ごとに半ピッチ分だけずれて千鳥配列としたものを成形した。
無酸素銅（純度９９．９９ｗｔ％以上）の鋳塊を７００℃に加熱した後、フィン成形用金型により熱間鍛造し、フィン立設部及びピン状フィンを成形した。この熱間鍛造時の圧力は１００ＭＰａ〜１５０ＭＰａとした。次に、板状周縁部成形用金型により冷間鍛造して、板状部の周縁部を成形し、表面粗さを変えて試料１〜６のヒートシンクを作製した。この冷間鍛造時の圧力は２００ＭＰａ〜５００ＭＰａとした。
比較例として、無酸素銅（純度９９．９９ｗｔ％以上）の鋳塊を７００℃に加熱した後、フィン立設部及びピン状フィンと板状周縁部が一体で形成できる金型を使用して、熱間鍛造のみで冷間鍛造なしにこれらを一体形成し、試料７及び試料８のヒートシンクを作製した。表１には、この試料７及び８について、フィン及びフィン立設部と、板状周縁部とをそれぞれ熱間として表記したが、これらを一体に熱間鍛造したことを示す。
このようにして作製した試料１〜８のヒートシンクについて、０．２％耐力比（板状周縁部の０．２％耐力値／板状部の中央部分の０．２％耐力値）、密封性、熱サイクル性を評価した。
０．２％耐力値はＪＩＳ Ｚ ２２４１に準拠して測定した。
密封性は、ヒートシンクを水冷ボックス（パッキン付）に固定し、水冷ボックス内に５００ｋＰａの圧力を３０分間かけて、漏洩による圧力低下の有無を測定し、漏れが認められなかったものを○、さらに圧力を７００ｋＰａに上げて３０分間かけても漏れが認められなかったものは◎、５００ｋＰａの圧力で３０分の間に漏れが認められたものを×とした。
熱サイクル性は、ヒートシンクの板状部の中央部分に電子部品をはんだ付けし、ＪＩＳ Ｃ００２５に準拠し、−６５℃〜１２５℃の温度変化を５００サイクル繰り返し、はんだ接合部の剥がれやクラック等を観察した。剥がれやクラックが認められなかったものを○、これらが認められたものを×とした。
これらの結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１に示される結果から明らかなように、本発明のピン状フィン一体型ヒートシンクは、ピン状フィンの良好な成形性を有しながら、取付け強度を確保し、電子部品の熱伸縮による応力を抑制できることがわかる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこの記載に限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、板状部を各種機器に取り付ける場合、ねじ止めに限らず、クランプ等の他の固定手段によってもよい。また、図２及び図３のいずれも、エジェクタ−ピンにより鍛造品の外周部を押し上げるように構成したが、各ピン状フィンの下端を押し上げる構成としてもよい。また、図２及び図３のいずれも、鍛造時にバリを出していないが、鍛造機の能力に応じてバリを出して高い圧力で成形してもよい。また、図２における初期の金属材料Ｍは単純な板状の素材としているが、ピン状フィンの寸法と周縁部へ付与する冷間加工の大きさから、予め適切な形状に成形しておいてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１ ピン状フィン一体型ヒートシンク
２ 板状部
３ ピン状フィン
５ フィン立設部
７ 周縁部
８ 貫通孔
９ 中央部分
１１ フィン成形用金型
１２ 中間成形体
１３ 厚肉部
１４ 周縁部成形用金型
１５ フィン成形用穴部
１６ 成形ダイ
１７ パンチ
１７ａ パンチ面
１８ エジェクターピン
１９ 凹部
２０ 逃がし部
２５ 穴部
２６ 凹部
２７ 成形ダイ
２８ パンチ
２８ａ パンチ面
２９ エジェクターピン
３１ 水冷ボックス
３２ 開口部
３３ パッキン収容溝
３４ ねじ穴
３５ パッキン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度が９９．９０質量％以上の純銅からなり、板状部の一面側に多数のピン状フィンが立設されるとともに、前記板状部の周縁部の少なくとも一部は、０．２％耐力が、電子部品が接合される板状部の中央部分の２倍〜５倍とされていることを特徴とするピン状フィン一体型ヒートシンク。
【請求項２】
前記板状部の周縁部の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１μｍ〜６．３μｍであることを特徴とする請求項１記載のピン状フィン一体型ヒートシンク。
【請求項３】
請求項１又は２記載のピン状フィン一体型ヒートシンクを製造する方法であって、金属材料を加熱処理する加熱工程と、多数のフィン成形用穴部を有する成形ダイ上で加熱処理後の前記金属材料を鍛造することにより、前記板状部の周縁部の少なくとも一部を厚肉部にするとともに、該厚肉部を除く部分に前記ピン状フィン及び該ピン状フィンを立設した薄肉のフィン立設部を成形する熱間鍛造工程と、前記厚肉部を冷間で鍛造することにより前記板状部の周縁部を成形する冷間鍛造工程とを有することを特徴とするピン状フィン一体型ヒートシンクの製造方法。
【請求項１】
純度が９９．９０質量％以上の純銅からなり、板状部の一面側に多数のピン状フィンが立設されるとともに、前記板状部の周縁部の少なくとも一部は、０．２％耐力が、電子部品が接合される板状部の中央部分の２倍〜５倍とされていることを特徴とするピン状フィン一体型ヒートシンク。
【請求項２】
前記板状部の周縁部の表面粗さが算術平均粗さＲａで０．１μｍ〜６．３μｍであることを特徴とする請求項１記載のピン状フィン一体型ヒートシンク。
【請求項３】
請求項１又は２記載のピン状フィン一体型ヒートシンクを製造する方法であって、金属材料を加熱処理する加熱工程と、多数のフィン成形用穴部を有する成形ダイ上で加熱処理後の前記金属材料を鍛造することにより、前記板状部の周縁部の少なくとも一部を厚肉部にするとともに、該厚肉部を除く部分に前記ピン状フィン及び該ピン状フィンを立設した薄肉のフィン立設部を成形する熱間鍛造工程と、前記厚肉部を冷間で鍛造することにより前記板状部の周縁部を成形する冷間鍛造工程とを有することを特徴とするピン状フィン一体型ヒートシンクの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２２７３６５（Ｐ２０１２−２２７３６５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９３８１９（Ｐ２０１１−９３８１９）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００１７６８２２）三菱伸銅株式会社 (116)
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００１７６８２２）三菱伸銅株式会社 (116)
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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