特許 7007972 放熱フィン、放熱器及び放熱器の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-12

(45)【発行日】2022-01-25

(54)【発明の名称】放熱フィン、放熱器及び放熱器の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/373 20060101AFI20220118BHJP

   H01L 23/473 20060101ALI20220118BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20220118BHJP

   F28F 19/06 20060101ALI20220118BHJP

   F28F 21/08 20060101ALI20220118BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 M

H01L23/46 Z

H05K7/20 D

H05K7/20 N

F28F19/06 A

F28F21/08 B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018065037

(22)【出願日】2018-03-29

(65)【公開番号】P2019176091

(43)【公開日】2019-10-10

【審査請求日】2020-12-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000002004

【氏名又は名称】昭和電工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100109911

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 義仁

(74)【代理人】

【識別番号】100071168

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 久義

(74)【代理人】

【識別番号】100099885

【弁理士】

【氏名又は名称】高田 健市

(74)【代理人】

【識別番号】100194467

【弁理士】

【氏名又は名称】杉浦 健文

(72)【発明者】

【氏名】南 和彦

【審査官】佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２７７７６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２０５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－００７１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１７９７２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０１６０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０３５７９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０５－１０２３５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／３７３

Ｈ０１Ｌ ２３／４７３

Ｈ０５Ｋ ７／２０

Ｆ２８Ｆ １９／０６

Ｆ２８Ｆ ２１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミニウム－炭素粒子複合材からなる心材部と、皮材層としての犠牲腐食材層とを有し、
前記犠牲腐食材層は、前記心材部に対して電位的に卑なアルミニウム－炭素粒子複合材からなる放熱フィン。

【請求項2】

請求項１記載の放熱フィンを備えた放熱器。

【請求項3】

ベースプレートを更に備え、
前記放熱フィンの数が複数であり、
前記複数の放熱フィンが前記ベースプレートに突出状に設けられている請求項２記載の放熱器。

【請求項4】

棒状の連結部材を更に備え、
前記放熱フィンの数が複数であり、
前記各放熱フィンが板状であり、
前記複数の放熱フィンは並列状に配置された状態で前記連結部材を介して連結一体化されている請求項２記載の放熱器。

【請求項5】

アルミニウム－炭素粒子複合材からなる心材部と、皮材層としての犠牲腐食材層とを有する放熱フィンと、
棒状の連結部材とを備え、
前記放熱フィンの数が複数であり、
前記各放熱フィンが板状であり、
前記複数の放熱フィンは並列状に配置された状態で前記連結部材を介して連結一体化されている放熱器。

【請求項6】

前記犠牲腐食材層は、前記心材部に対して電位的に卑な金属材料からなり、
前記金属材料としてＡｌ－Ｚｎ系合金、Ａｌ－Ｉｎ系合金又はＡｌ－Ｓｎ系合金が用いられている請求項５記載の放熱器。

【請求項7】

請求項３記載の放熱器と、底壁及び周壁を有するとともに上方に開口した容器状に形成され且つ内部に冷却流体流路が設けられるケーシングとを備え、
前記放熱器のベースプレートの外周縁部が前記ケーシングの前記周壁の上縁部に、前記放熱器の複数の放熱フィンが前記ケーシングの内部に配置された状態で接合されている冷却装置。

【請求項8】

塑性加工素材を塑性加工することにより、ベースプレートと前記ベースプレートに突出状に一体に形成された複数のフィンとを備えた放熱器を形成する、放熱器の製造方法であって、
アルミニウム－炭素粒子複合材からなる板状の心材部と前記心材部に接合された皮材層としての犠牲腐食材層とを有する塑性加工素材を準備し、
前記塑性加工素材の前記心材部は、焼結素材を焼結することにより形成されるものであり、
前記焼結素材に前記犠牲腐食材層を接触させた状態で前記焼結素材を焼結することにより、前記心材部を形成すると同時に前記心材部に前記犠牲腐食材層を焼結接合し、これにより前記塑性加工素材を得、
前記塑性加工素材を、前記塑性加工素材の前記心材部側の材料がベースプレートの形状になるように且つ前記塑性加工素材の前記犠牲腐食材層側の材料が複数箇所で突出するように塑性加工することにより、ベースプレートを形成すると同時に前記ベースプレートに複数の放熱フィンを突出状に一体に形成する放熱器の製造方法。

【請求項9】

塑性加工素材を塑性加工することにより、ベースプレートと前記ベースプレートに突出状に一体に形成された複数のフィンとを備えた放熱器を形成する、放熱器の製造方法であって、
アルミニウム－炭素粒子複合材からなる板状の心材部と前記心材部に接合された皮材層としての犠牲腐食材層とを有する塑性加工素材を準備し、
前記塑性加工素材の前記心材部は、第１焼結素材を焼結することにより形成されるものであり、
前記犠牲腐食材層は、第２焼結素材を焼結することにより形成されるものであり、
前記第１焼結素材に前記第２焼結素材を接触させた状態で両者を一緒に焼結することにより、前記心材部と前記犠牲腐食材層を形成すると同時に前記心材部に前記犠牲腐食材層を焼結接合し、これにより前記塑性加工素材を得、
前記塑性加工素材を、前記塑性加工素材の前記心材部側の材料がベースプレートの形状になるように且つ前記塑性加工素材の前記犠牲腐食材層側の材料が複数箇所で突出するように塑性加工することにより、ベースプレートを形成すると同時に前記ベースプレートに複数の放熱フィンを突出状に一体に形成する放熱器の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子部品等の発熱体の熱を放散する放熱フィン、放熱器及び冷却装置、並びに、放熱器の製造方法に関する。

【0002】

なお、本明細書及び特許請求の範囲では、特に文中に示した場合を除いて、「アルミニウム」の語は純アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む意味で用いられる。

【背景技術】

【0003】

アルミニウム－炭素粒子複合材として、アルミニウムマトリックスと当該アルミニウムマトリックス中に分散した炭素粒子とを含むものが知られている。このような複合材を開示した文献として、特許第５１５０９０５号公報（特許文献１）、特開２０１５－２５１５８号公報（特許文献２）、特開２０１５－２１７６５５号公報（特許文献３）、特開２０１７－８８９１３号公報（特許文献４）等がある。

【0004】

このような複合材は高い熱伝導性を有しており、したがって高い熱伝導性が要求される部材の材料としての利用が期待されている。

【0005】

ところで、発熱性素子等の発熱体の熱を放散する放熱器は一般に放熱フィンを備えている。放熱フィンにはその放熱性能を高めるために高い熱伝導性が要求される。そこで、放熱フィンの材料としてアルミニウム－炭素粒子複合材を用いることが考えられる。例えば、特開２０１７－２２０５３９号公報（特許文献５）は、放熱フィンがベースプレートに一体に設けられてなるアルミニウム－炭素粒子複合材製ヒートシンクを放熱器として開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許５１５０９０５号公報

【文献】特開２０１５－２５１５８号公報

【文献】特開２０１５－２１７６５５号公報

【文献】特開２０１７－８８９１３号公報

【文献】特開２０１７－２２０５３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

放熱器においてその耐用寿命を長くするためには、冷却流体に対する放熱フィンの耐食性はなるべく高い方が望ましい。

【0008】

そこで本発明は、高い放熱性と高い耐食性を有する放熱フィン、放熱器及び冷却装置、並びに、高い放熱性と高い耐食性を有する放熱器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】

本発明は以下の手段を提供する。

【0010】

１） アルミニウム－炭素粒子複合材からなる心材部と、皮材層としての犠牲腐食材層とを有する放熱フィン。

【0011】

２） 前記犠牲腐食材層は、前記心材部に対して電位的に卑な金属材料からなり、
前記金属材料としてＡｌ－Ｚｎ系合金、Ａｌ－Ｉｎ系合金又はＡｌ－Ｓｎ系合金が用いられている前項１記載の放熱フィン。

【0012】

３） 前記犠牲腐食材層は、前記心材部に対して電位的に卑なアルミニウム－炭素粒子複合材からなる前項１記載の放熱フィン。

【0013】

４） 前項１～３のいずれかに記載の放熱フィンを備えた放熱器。

【0014】

５） ベースプレートを更に備え、
前記放熱フィンの数が複数であり、
前記複数の放熱フィンが前記ベースプレートに突出状に設けられている前項４記載の放熱器。

【0015】

６） 棒状の連結部材を更に備え、
前記放熱フィンの数が複数であり、
前記各放熱フィンが板状であり、
前記複数の放熱フィンは並列状に配置された状態で前記連結部材を介して連結一体化されている前項４記載の放熱器。

【0016】

７） 前項５記載の放熱器と、底壁及び周壁を有するとともに上方に開口した容器状に形成され且つ内部に冷却流体流路が設けられるケーシングとを備え、
前記放熱器のベースプレートの外周縁部が前記ケーシングの前記周壁の上縁部に、前記放熱器の複数の放熱フィンが前記ケーシングの内部に配置された状態で接合されている冷却装置。

【0017】

８） 塑性加工素材を塑性加工することにより、ベースプレートと前記ベースプレートに突出状に一体に形成された複数のフィンとを備えた放熱器を形成する、放熱器の製造方法であって、
アルミニウム－炭素粒子複合材からなる板状の心材部と前記心材部に接合された皮材層としての犠牲腐食材層とを有する塑性加工素材を準備し、
前記塑性加工素材を、前記塑性加工素材の前記心材部側の材料がベースプレートの形状になるように且つ前記塑性加工素材の前記犠牲腐食材層側の材料が複数箇所で突出するように塑性加工することにより、ベースプレートを形成すると同時に前記ベースプレートに複数の放熱フィンを突出状に一体に形成する、放熱器の製造方法。

【0018】

９） 前記塑性加工素材の前記心材部は、焼結素材を焼結することにより形成されるものであり、
前記焼結素材に前記犠牲腐食材層を接触させた状態で前記焼結素材を焼結することにより、前記心材部を形成すると同時に前記心材部に前記犠牲腐食材層を焼結接合し、これにより前記塑性加工素材を得る前項８記載の放熱器の製造方法。

【0019】

１０） 前記塑性加工素材の前記心材部は、第１焼結素材を焼結することにより形成されるものであり、
前記犠牲腐食材層は、第２焼結素材を焼結することにより形成されるものであり、
前記第１焼結素材と前記第２焼結素材を接触させた状態で両者を一緒に焼結することにより、前記心材部と前記犠牲腐食材層を形成すると同時に前記心材部に前記犠牲腐食材層を焼結接合し、これにより前記塑性加工素材を得る前項８記載の放熱器の製造方法。

【発明の効果】

【0020】

本発明は以下の効果を奏する。

【0021】

前項１では、放熱フィンはアルミニウム－炭素粒子複合材からなる心材部を有しているので、高い放熱性を有する。さらに、放熱フィンは犠牲腐食材層を有しているので、高い耐食性を有する。

【0022】

前項２では、犠牲腐食材層としてＡｌ－Ｚｎ系合金、Ａｌ－Ｉｎ系合金又はＡｌ－Ｓｎ系合金が用いられていることにより、放熱フィンの耐食性を確実に高くすることができる。

【0023】

前項３では、犠牲腐食材層が心材部に対して電位的に卑なアルミニウム－炭素粒子複合材からなることにより、放熱フィンの放熱性及び耐食性を更に高めることができる。

【0024】

前項４～６では、高い放熱性と高い耐食性を有する放熱器を提供できる。

【0025】

前項７では、高い放熱性と高い耐食性を有する冷却装置を提供できる。

【0026】

前項８では、高い放熱性と高い耐食性を有する放熱器を容易に製造することができる。

【0027】

前項９及び１０では、塑性加工素材の製造工程数を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る冷却装置を具備する、発熱性素子用モジュール基板の概略断面図である。

【図2】図２は、同冷却装置の放熱器を鍛造加工（塑性加工）により形成するための鍛造加工素材（塑性加工素材）の概略断面図である。

【図3】図３は、同鍛造加工素材の製造方法を説明する概略断面図である。

【図4】図４は、同鍛造加工素材を鍛造加工装置の押圧パンチで押圧する前の状態で示す概略断面図である。

【図5】図５は、同鍛造加工素材を同押圧パンチで押圧した状態で示す概略断面図である。

【図6】図６は、本発明の第２実施形態に係る冷却装置の放熱器を鍛造加工（塑性加工）により形成するための鍛造加工素材（塑性加工素材）の概略断面図である。

【図7】図７は、同鍛造加工素材の製造方法を説明する概略断面図である。

【図8】図８は、本発明の第３実施形態に係る放熱器の概略斜視図である。

【図9】図９は、同放熱器の放熱フィンの概略拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

本発明の好ましい幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。

【0030】

図１～５は、本発明の第１実施形態を説明する図である。

【0031】

図１に示すように、本第１実施形態に係る冷却装置１０は、発熱性素子（二点鎖線で示す）５５用モジュール基板５０に設けられたものである。発熱性素子５５は、例えば、パワー半導体素子等の半導体素子である。

【0032】

ここで、モジュール基板５０及び冷却装置１０の上下方向は限定されるものではないが、本明細書及び特許請求の範囲では、これらの構成を理解し易くするため、図１に示すように、発熱性素子５５が搭載される側をモジュール基板５０及び冷却装置１０の上側、及び、その反対側をモジュール基板５０及び冷却装置１０の下側と定義する。

【0033】

モジュール基板５０は、配線層５１と絶縁層５２と第１緩衝層５３と第２緩衝層５４と上述の冷却装置１０とを具備しており、これらが上から下へこの記載の順に積層された状態で所定の接合手段（例：ろう付け、焼結）により接合一体化されており、これによりモジュール基板５０が形成されている。

【0034】

発熱性素子５５は、配線層５１の上面からなる搭載面５１ａにはんだ層（図示せず）で接合されて搭載される。発熱性素子５５が半導体素子である場合、半導体素子が搭載面５１ａに搭載されることにより、半導体素子モジュール５７が形成される。

【0035】

配線層５１は例えば金属製である。絶縁層５２は電気絶縁性を有するものであり、例えばセラミック製である。第１緩衝層５３及び第２緩衝層５４はモジュール基板５０に発生する熱応力等の応力を緩和するための層である。第１緩衝層５３は例えば金属製である。第２緩衝層５４は例えば金属製であり詳述すると例えば両面アルミニウムブレージングシートからなる。

【0036】

冷却装置１０は、本発明の第１実施形態に係る放熱器１と、金属製ケーシング１１とを備えている。

【0037】

放熱器１はいわゆるヒートシンク形状のものであり、詳述するとベースプレート３と本発明の第１実施形態に係る複数の放熱フィン２とを備えている。

【0038】

放熱フィン２は、ベースプレート３の所定面にベースプレート３に対して突出状に一体に形成されている。ベースプレート３の所定面は、例えば、ベースプレート３の厚さ方向の両面のうち少なくとも一方の片面である。本第１実施形態では、ベースプレート３の所定面は、ベースプレート３の厚さ方向の両面のうちの一方の片面であり、当該一方の片面はケーシング１１側に向いている。

【0039】

ベースプレート３の他方の片面は平坦状に形成されている。第２緩衝層５４はベースプレート３の当該他方の片面に接合されている。

【0040】

各放熱フィン２はピン状であり、その横断面形状は円形状、多角形状（例：四角形状）などである。

【0041】

ケーシング１１は、平面視略四角形状の底壁１１ａと底壁１１ａの外周縁に底壁１１ａに対して起立状に形成された周壁１１ｂとを有するとともに上方に開口した容器状のものである。詳述すると、ケーシング１１は、片面アルミニウムブレージングシートが容器状に屈曲形成されたものであり、片面アルミニウムブレージングシートのろう材層１１ｃはケーシング１１の内側に向いている。

【0042】

ケーシング１１の内部には冷却流体流路１２が設けられている。冷却流体流路１２には冷却流体（図示せず）が流通される。冷却流体として、冷却液（例：冷却水）、冷却ガス（例：冷却空気）などが用いられ、本第１実施形態では例えば冷却液が用いられる。

【0043】

そして、放熱器１のベースプレート３の外周縁部がケーシング１１の周壁１１ｂの上縁部に、放熱器１の放熱フィン２がケーシング１１の内部に配置された状態でケーシング１１に対して密閉状にろう材層１１ｃでろう付け接合されている。これにより、ケーシング１１の上側の開口がベースプレート３で閉塞されている。さらに、放熱フィン２の先端がケーシング１１の底壁１１ａの内面にろう材層１１ｃでろう付け接合されている。

【0044】

放熱器１の製造方法について以下に説明する。

【0045】

図２～５に示すように、放熱器１は、板状の塑性加工素材２０を塑性加工することにより形成されるものである。本第１実施形態では、塑性加工素材２０への塑性加工は鍛造加工であり、したがって塑性加工素材２０は詳述すると鍛造加工素材２１である。

【0046】

図２に示すように、鍛造加工素材２１（塑性加工素材２０）は、アルミニウム－炭素粒子複合材２５からなる板状の心材部２２と、心材部２２に接合された皮材層としての犠牲腐食材層２３とを鍛造加工素材２１の材料として有している。

【0047】

犠牲腐食材層２３は、心材部２２の所定面にその全体に亘って焼結接合されている。本第１実施形態では、心材部２２の所定面は、心材部２２における放熱フィン２が形成される側の面である。

【0048】

心材部２２のアルミニウム－炭素粒子複合材２５は、アルミニウムマトリックス（ドットハッチングで示す）２５ａと、多数の炭素粒子２５ｂとを含むものであり、アルミニウム基炭素粒子複合材とも呼ばれているものである。本第１実施形態では、炭素粒子２５ｂはアルミニウムマトリックス２５ａ中に分散している。

【0049】

炭素粒子２５ｂの種類は限定されるものではなく、特に、炭素繊維（例：ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維）、天然黒鉛粒子（例：鱗片状黒鉛粒子）、グラフェン（例：単層グラフェン、多層グラフェン）及びカーボンナノチューブ（例：単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維）からなる群より選択される一種又は二種以上のものを炭素粒子２５ｂとして用いることが望ましい。その理由は、このような炭素粒子２５ｂは熱伝導性が高く且つアルミニウムとの複合化をし易いからである。

【0050】

炭素粒子２５ｂの大きさは限定されるものではなく、通常、炭素粒子２５ｂの最長軸方向の平均長さは１μｍ～１ｍｍの範囲である。

【0051】

犠牲腐食材層２３は、心材部２２（詳述すると、心材部２２のアルミニウム－炭素粒子複合材２５のアルミニウムマトリックス２５ａ）に対して電位的に卑な金属材料からなる。当該金属材料として、特にＡｌ－Ｚｎ系合金、Ａｌ－Ｉｎ系合金又はＡｌ－Ｓｎ系合金を用いることが望ましい。この場合、犠牲腐食材層２３の犠牲腐食作用を確実に発揮できる。

【0052】

Ａｌ－Ｚｎ系合金のＺｎ含有量は限定されるものではなく、特に０．３～５質量％の範囲であることが望ましい。Ｚｎ含有量が０．３質量％以上であることにより、犠牲腐食作用を更に確実に発揮できる。Ｚｎ含有量が５質量％以下であることにより、犠牲腐食作用を確実に長期間に亘って維持できる。

【0053】

Ａｌ－Ｉｎ系合金のＩｎ含有量は限定されるものではなく、特に０．０１～０．５質量％の範囲であることが望ましい。Ｚｎ含有量が０．０１質量％以上であることにより、犠牲腐食作用を更に確実に発揮できる。Ｚｎ含有量が０．５質量％以下であることにより、犠牲腐食作用を確実に長期間に亘って維持できる。

【0054】

Ａｌ－Ｓｎ系合金のＳｎ含有量は限定されるものではなく、特に０．０１～１質量％の範囲であることが望ましい。Ｓｎ含有量が０．０１質量％以上であることにより、犠牲腐食作用を更に確実に発揮できる。Ｓｎ含有量が１質量％以下であることにより、犠牲腐食作用を確実に長期間に亘って維持できる。

【0055】

心材部２２のアルミニウム－炭素粒子複合材２５のアルミニウムマトリックス２５ａとしては、犠牲腐食材層２３（詳述すると、犠牲腐食材層２３の犠牲腐食材である上述の金属材料）に対して電位的に貴なアルミニウム材料が用いられている。

【0056】

犠牲腐食材層２３がＡｌ－Ｚｎ系合金、Ａｌ－Ｉｎ系合金又はＡｌ－Ｓｎ系合金からなる場合において、犠牲腐食材層２３の犠牲腐食作用を確実に発揮させるためには、複合材２５のアルミニウムマトリックス２５ａとして、高純度アルミニウム（例：純度３Ｎ以上）、純アルミニウム系合金（例：Ａ１１００、Ａ１０５０、Ａ１Ｎ３０）又はＡｌ－Ｍｎ系合金（例：Ａ３００３、Ａ３２０３）を用いることが特に望ましい。

【0057】

鍛造加工素材２１の製造方法について以下に説明する。

【0058】

図３に示すように、鍛造加工素材２１の心材部２２は、板状の焼結素材３０を焼結することにより形成されたものである。

【0059】

鍛造加工素材２１の犠牲腐食材層２３は、１枚又は互いに積層状に配置される複数の犠牲腐食材層形成用板材（箔材も含む）３１で形成されたものであり、本第１実施形態では板材３１の数は１枚である。

【0060】

焼結素材３０は、アルミニウム箔３３上に多数の炭素粒子２５ｂが付着してなるプリフォーム箔３４が複数積層されて形成された板状の積層体３５からなる。炭素粒子２５ｂはアルミニウム箔３３上に例えば樹脂バインダー（図示せず）で付着している。

【0061】

プリフォーム箔３４のアルミニウム箔３３のアルミニウム材料は、複合材２５のアルミニウムマトリックス２５ａを形成するものである。

【0062】

プリフォーム箔３４の積層枚数は、心材部２２の厚さに対応して設定されるものであり限定されるものではなく、例えば３～５０００００枚である。なお同図では、焼結素材３０及び心材部２２の構成を理解し易くするため及び図面の大きさの制約のため、プリフォーム箔３４の積層枚数を４枚にしている。

【0063】

鍛造加工素材２１を製造する場合、犠牲腐食材層２３は、焼結素材３０の所定面に面接触するように焼結素材３０に対して積層配置される。本第１実施形態では、焼結素材３０の所定面は、焼結素材３０における放熱フィン２が形成される側の面である。

【0064】

そして、犠牲腐食材層２３が上述したように焼結素材３０に対して積層配置された状態で所定の焼結方法により焼結素材３０と犠牲腐食材層２３とが密着する方向に両者３０、２３を加圧しながら焼結素材３０を加熱焼結する。これにより、鍛造加工素材２１の心材部２２を形成すると同時に心材部２２の所定面にその全体に亘って犠牲腐食材層２３を焼結接合する。その結果、図２に示した上述の鍛造加工素材２１が得られる。

【0065】

焼結素材３０の焼結方法は限定されるものではなく、特に真空ホットプレス焼結法又は放電プラズマ焼結法であることが望ましい。この場合、焼結素材３０を確実に焼結することができるし、心材部２２に犠牲腐食材層２３を確実に焼結接合することができる。

【0066】

焼結方法が真空ホットプレス焼結法である場合における好ましい焼結条件は次のとおりである。

【0067】

焼結温度は４５０～６４０℃、焼結時間（即ち焼結温度の保持時間）は１０～３００ｍｉｎ、焼結素材３０への最終加圧力は１～４０ＭＰａである。

【0068】

図２に示すように、鍛造加工素材２１の心材部２２において、複合材２５は、アルミニウムマトリックス２５ａからなるアルミニウム層２７とアルミニウムマトリックス２５ａ中に炭素粒子２５ｂが心材部２２の平面方向に分散した炭素粒子分散層２８とが交互に複数積層された状態に接合一体化（詳述すると焼結一体化）されたものである。

【0069】

なお、心材部２２及び鍛造加工素材２１の平面方向とは、心材部２２及び鍛造加工素材２１の厚さ方向に垂直な面方向である。

【0070】

複合材２５の各アルミニウム層２７は、プリフォーム箔３４のアルミニウム箔３３で主に形成されたものである。

【0071】

複合材２５の各炭素粒子分散層２８は、アルミニウム箔３３上に付着した多数の炭素粒子２５ｂ間にアルミニウム箔３３のアルミニウム材料が浸透することにより形成されたものである。

【0072】

本第１実施形態では、上述のように焼結素材３０を焼結する際に同時に心材部２２に犠牲腐食材層２３を接合することから、焼結素材３０を焼結して心材部２２を形成する工程とその後で心材部２２に犠牲腐食材層２３を接合する工程とを行うことで鍛造加工素材２１を得る場合よりも、鍛造加工素材２１の製造工程数を削減することができる。

【0073】

なお本発明では、心材部２２への犠牲腐食材層２３の接合方法は、上述の方法に限定されるものではなく、例えば、熱間又は冷間圧延クラッド法であっても良いし、その他の接合方法であっても良い。

【0074】

さらに本発明では、鍛造加工素材２１（塑性加工素材２０）の心材部２２の製造方法は、上述の方法であることに限定されるものではなく、例えば、図示していないが、アルミニウム粉末と炭素粒子としての炭素粉末との混合物を加熱焼結することによりアルミニウム－炭素粒子複合材からなる心材部を製造する方法（これを説明の便宜上「粉末焼結法」という）であっても良いし、その他の方法であっても良い。

【0075】

鍛造加工素材２１を用いて放熱器１を製造する方法について以下に説明する。

【0076】

図４及び５に示すように、放熱器１は、鍛造加工素材２１を鍛造加工装置４０により鍛造加工することにより形成される。

【0077】

鍛造加工素材２１への鍛造加工は、例えば冷間又は熱間鍛造加工であり、特に熱間鍛造加工であることが望ましい。この場合、鍛造加工時の成型圧力を低減できるし複雑な形状の放熱器を確実に形成できる。本第１実施形態では、鍛造加工は熱間鍛造加工である。

【0078】

図４に示すように、鍛造加工装置４０は詳述すると型鍛造加工装置であり、成型凹部４１ａを有する雌型４１と、雌型４１に対応する雄型としての押圧パンチ４２とを具備している。

【0079】

雌型４１の成型凹部４１ａの底面４１ｂは平坦状に形成されている。押圧パンチ４２の少なくとも先端部は成型凹部４１ａ内に略適合して嵌合可能なものである。押圧パンチ４２の先端面からなる押圧面４２ａには複数の放熱フィン形成孔４３が鍛造加工装置４０の押圧軸方向に延びて設けられている。

【0080】

鍛造加工装置４０により鍛造加工素材２１を鍛造する場合、図４に示すように雌型４１の成型凹部４１ａ内に鍛造加工素材２１をその犠牲腐食材層２３を放熱フィン形成孔４３側に向けて配置する。

【0081】

そして、鍛造加工素材２１を加熱した状態で鍛造加工素材２１を犠牲腐食材層２３側から押圧パンチ４２で鍛造加工素材２１の厚さ方向に押圧する。これにより、図５に示すように、鍛造加工素材２１の心材部２２側の材料が放熱器１のベースプレート３の形状になるように且つ鍛造加工素材２１の犠牲腐食材層２３側の材料が各放熱フィン形成孔４３内へ塑性変形（塑性流動）して各放熱フィン形成孔４３の箇所で局部的に突出するように鍛造加工素材２１を鍛造加工する。

【0082】

このように鍛造加工素材２１を鍛造加工することにより、ベースプレート３を形成すると同時にベースプレート３に複数の放熱フィン２をベースプレート３に対して突出状に一体に形成する。その結果、上述の放熱器１が得られる。

【0083】

なお、図５中の矢印Ｐは、押圧パンチ４２による鍛造加工素材２１への押圧方向を示している。この押圧方向Ｐは鍛造加工装置４０の押圧軸方向と一致している。

【0084】

こうして得られた放熱器１において、ベースプレート３は、鍛造加工素材２１のアルミニウム－炭素粒子複合材２５からなる板状の心材部２２と、鍛造加工素材２１の犠牲腐食材層２３とを有している。犠牲腐食材層２３は、心材部２２の所定面に焼結接合されている。心材部２２の所定面は、心材部２２における放熱フィン２が形成される側の面である。

【0085】

放熱フィン２は、鍛造加工素材２１への鍛造加工時に鍛造加工素材２１の犠牲腐食材層２３側の材料が放熱フィン形成孔４３内へ塑性変形（塑性流動）することにより鍛造加工素材２１の心材部２２がベースプレート３に対して局部的に突出して形成された心材突出部２２ａを有するとともに、心材突出部２２ａの外周全体とその先端とを覆うように犠牲腐食材層２３が心材突出部２２ａに設けられている。

【0086】

放熱フィン２において、犠牲腐食材層２３の厚さは限定されるものではなく、特に１０～５００μｍであることが望ましい。厚さが１０μｍ以上であることにより、犠牲腐食材層２３の犠牲腐食作用を確実に発揮できる。厚さが５００μｍ以下であることにより、犠牲腐食材層２３の形成に係る費用や時間を確実に抑制することができる。更に望ましい厚さの下限は１５μｍであり、更に望ましい厚さの上限は３００μｍである。

【0087】

放熱器１では、放熱フィン２はアルミニウム－炭素粒子複合材２５からなる心材突出部２２ａを放熱フィン２の材料として有しているので、高い放熱性を有している。さらに、ベースプレート３及び放熱フィン２は犠牲腐食材層２３をベースプレート３及び放熱フィン２の材料として有しているので、冷却流体に対して高い耐食性を有している。そのため、放熱器１は高い放熱性と高い耐食性を有している。

【0088】

したがって、図１に示すように、放熱器１を備えた冷却装置１０及び当該冷却装置１０を具備するモジュール基板５０は、発熱性素子５５を効果的に冷却することができるし長い耐用寿命を有している。

【0089】

図６及び７は、本発明の第２実施形態に係る冷却装置の放熱器を鍛造加工により形成するための鍛造加工素材を説明する図である。これらの図において、上記第１実施形態の鍛造加工素材２１の要素と同じ作用を奏する要素には鍛造加工素材２１の要素に付された符号に１００を加算した符号が付されている。本第２実施形態について上記第１実施形態との相異点を中心に以下に説明をする。

【0090】

図６に示すように、鍛造加工素材１２１の心材部１２２は、上記第１実施形態の心材部２２と同じく、アルミニウム－炭素粒子複合材１２５（これを「第１アルミニウム－炭素粒子複合材１２５」という）からなる。

【0091】

鍛造加工素材１２１の犠牲腐食材層１２３は、心材部１２２（詳述すると、心材部１２２の第１複合材１２５のアルミニウムマトリックス１２５ａ）に対して電位的に卑な、アルミニウム－炭素粒子複合材１２６（これを「第２アルミニウム－炭素粒子複合材１２６」という）からなる。

【0092】

第２複合材１２６は、アルミニウムマトリックス１２６ａと、多数の炭素粒子１２６ｂとを含むものである。本第２実施形態では、炭素粒子１２６ｂはアルミニウムマトリックス１２６ａ中に分散している。

【0093】

炭素粒子１２６ｂの種類は限定されるものではなく、炭素粒子１２６ｂとして、例えば、第１複合材１２５の炭素粒子１２５ｂと同種又は異種のものが用いられる。アルミニウムマトリックス１２６ａとして、心材部１２２（詳述すると、心材部１２２の第１複合材１２５のアルミニウムマトリックス１２５ａ）に対して電位的に卑なアルミニウム材料が用いられている。当該アルミニウム材料として、特にＡｌ－Ｚｎ系合金、Ａｌ－Ｉｎ系合金又はＡｌ－Ｓｎ系合金を用いることが望ましい。この場合、犠牲腐食材層２３の犠牲腐食作用を確実に発揮できる。

【0094】

心材部１２２の第１複合材１２５のアルミニウムマトリックス１２５ａとしては、犠牲腐食材層１２３（詳述すると、犠牲腐食材層１２３の犠牲腐食材である第２複合材１２６のアルミニウムマトリックス１２６ａ）に対して電位的に貴なアルミニウム材料が用いられる。

【0095】

犠牲腐食材層１２３の第２複合材１２６のアルミニウムマトリックス１２６ａとしてＡｌ－Ｚｎ系合金、Ａｌ－Ｉｎ系合金又はＡｌ－Ｓｎ系合金が用いられている場合において、犠牲腐食材層１２３の犠牲腐食作用を確実に発揮させるためには、第１複合材１２５のアルミニウムマトリックス１２５ａとして、高純度アルミニウム（例：純度３Ｎ以上）、純アルミニウム系合金（例：Ａ１１００、Ａ１０５０、Ａ１Ｎ３０）又はＡｌ－Ｍｎ系合金（例：Ａ３００３、Ａ３２０３）を用いることが特に望ましい。

【0096】

鍛造加工素材１２１の製造方法について以下に説明する。

【0097】

図７に示すように、心材部１２２は、板状の第１焼結素材１３０を焼結することにより形成されたものである。

【0098】

犠牲腐食材層１２３は、板状の第２焼結素材１３６を焼結することにより形成されたものである。

【0099】

第１焼結素材１３０は、第１アルミニウム箔１３３上に多数の炭素粒子１２５ｂが付着してなる第１プリフォーム箔１３４を複数積層するとともに炭素粒子が付着していない第１アルミニウム箔１３３を更に積層して形成された板状の第１積層体１３５からなる。

【0100】

第１アルミニウム箔１３３のアルミニウム材料は、第１複合材１２５のアルミニウムマトリックス１２５ａを形成するものである。これらの第１アルミニウム箔１３３のうち炭素粒子が付着していない第１アルミニウム箔１３３のアルミニウム材料は、心材部１２２中の炭素粒子１２５ｂが心材部１２２の表面から脱落しないように心材部１２２の表面側を保護する保護層を主に形成するものである。

【0101】

第２焼結素材１３６は、第２アルミニウム箔１３７上に多数の炭素粒子１２６ｂが付着してなる第２プリフォーム箔１３８を複数積層することにより形成された板状の第２積層体１３９からなる。

【0102】

第２アルミニウム箔１３７のアルミニウム材料は、第２複合材１２６のアルミニウムマトリックス１２６ａを形成するものである。したがって、第２アルミニウム箔１３７は第１アルミニウム箔１３３に対して電位的に卑なアルミニウム材料からなる。

【0103】

鍛造加工素材１２１を製造する場合、第２焼結素材１３６は、第１焼結素材１３０の所定面に面接触するように第１焼結素材１３０に対して積層配置される。本第２実施形態では、第１焼結素材１３０の所定面は、第１焼結素材１３０における放熱フィン２（図１参照）が形成される側の面である。

【0104】

そして、第２焼結素材１３６が上述したように第１焼結素材１３０に対して積層配置された状態で所定の焼結方法により第１焼結素材１３０と第２焼結素材１３６とが密着する方向に両者１３０、１３６を加圧しながら両者１３０、１３６を一緒に加熱焼結する。これにより、第１焼結素材１３０から心材部１２２と第２焼結素材１３６から犠牲腐食材層１２３とを形成すると同時に心材部１２２の所定面にその全体に亘って犠牲腐食材層１２３を焼結接合する。その結果、図６に示した上述の鍛造加工素材１２１が得られる。

【0105】

第１焼結素材１３０及び第２焼結素材１３６の焼結方法は限定されるものではなく、特に真空ホットプレス焼結法又は放電プラズマ焼結法であることが望ましい。

【0106】

こうして得られた鍛造加工素材１２１は、上記第１実施形態の鍛造加工素材２１と同じように鍛造加工される。これにより、本第２実施形態の放熱器（図示せず）が形成される。

【0107】

放熱器において、犠牲腐食材層１２３が心材部１２２（詳述すると、心材部１２２の第１複合材１２５のアルミニウムマトリックス１２５ａ）に対して電位的に卑な第２アルミニウム－炭素粒子複合材１２６からなるので、放熱フィンの放熱性及び耐食性を更に高めることができる。

【0108】

さらに、第１焼結素材１３０と第２焼結素材１３６を一緒に焼結する際に同時に心材部１２２に犠牲腐食材層１２３を接合するため、鍛造加工素材１２１の製造工程数を削減することができる。

【0109】

なお本発明では、心材部１２２への犠牲腐食材層１２３の接合方法は、上述の方法に限定されるものではなく、例えば、熱間又は冷間圧延クラッド法であっても良いし、その他の接合方法であっても良い。

【0110】

さらに本発明では、鍛造加工素材１２１（塑性加工素材１２０）の心材部１２２の製造方法及び犠牲腐食材層１２３の製造方法は、それぞれ、上述の方法であることに限定されるものではなく、例えば、上述した粉末焼結法であっても良いし、その他の方法であっても良い。

【0111】

図８及び９は、本発明の第３実施形態に係る冷却装置の放熱器を説明する図である。これらの図において、上記第１実施形態の放熱器１の要素と同じ作用を奏する要素には放熱器１の要素に付された符号に２００を加算した符号が付されている。本第３実施形態について上記第１実施形態との相異点を中心に以下に説明をする。

【0112】

図８に示すように、本第３実施形態の放熱器２０１は、板状（詳述すると平板状）の複数の放熱フィン２０２と、棒状の連結部材２０５とを備えている。放熱フィン２０２はプレート型フィンと呼ばれているものである。連結部材２０５は例えば金属製である。

【0113】

各放熱フィン２０２の外周縁部の一部（同図では各放熱フィン２０２の上縁部の端部）には切欠き２０６が形成されている。これらの放熱フィン２０２は相互間に隙間を開けて並列状に配置されており、この状態でこれらの放熱フィン２０２の切欠き２０６に連結部材２０５がかしめ固定されている。これにより、これらの放熱フィン２０２が連結部材２０５を介して連結一体化されている。

【0114】

放熱器２０１において、放熱フィン２０２間には冷却流体（図示せず）が流通される。冷却流体としては、冷却液（例：冷却水）、冷却ガス（例：冷却空気）などが用いられる。

【0115】

図９に示すように、放熱フィン２０２は、アルミニウム－炭素粒子複合材２２５からなる板状（詳述すると平板状）の心材部２２２と、心材部２２２に接合された皮材層としての犠牲腐食材層２２３とを放熱フィン２０２の材料として有している。

【0116】

複合材２２５は、アルミニウムマトリックス２２５ａと、多数の炭素粒子２２５ｂとを含むものである。本第３実施形態では、炭素粒子２２５ｂは、アルミニウムマトリックス２２５ａ中に分散しており、詳述すると、放熱フィン２０２の表面方向に配向した状態にアルミニウムマトリックス２２５ａ中に分散している。そのため、放熱フィン２０２の表面方向の熱伝導率は放熱フィン２０２の厚さ方向の熱伝導率よりも高くなっている。これにより、放熱フィン２０２（及び放熱器２０１）の放熱性が高められている。

【0117】

犠牲腐食材層２２３は、心材部２２２（詳述すると、心材部２２２のアルミニウム－炭素粒子複合材２２５のアルミニウムマトリックス２２５ａ）に対して電位的に卑な金属材料又はアルミニウム－炭素粒子複合材からなるものである。さらに、犠牲腐食材層２２３は、心材部２２２の所定面にその全体に亘って所定の接合方法により接合されている。心材部２２２の所定面は心材部２２２の厚さ方向の両面である。

【0118】

心材部２２２への犠牲腐食材層２２３の接合方法は限定されるものではなく、熱間又は冷間圧延クラッド法であっても良いし、上記第１実施形態に示したように真空ホットプレス焼結法、放電プラズマ焼結法等であっても良いし、その他の接合方法であっても良い。

【0119】

なお、本第３実施形態では、放熱フィン２０２は平板状のものであるが、本発明では、その他に例えば波板状のもの（例：波プレート型フィン）であっても良い。

【0120】

以上で本発明の好ましい幾つかの実施形態について説明したが、本発明は上記第１～第３実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。

【0121】

例えば、上記第１及び第２実施形態では、放熱器１は、ベースプレート３とベースプレート３の厚さ方向の両面のうちの一方の片面にベースプレート３に対して突出状に一体に設けられた複数の放熱フィン２とを備えたものであるが、本発明に係る放熱器は、その他に例えば、ベースプレートとベースプレートの厚さ方向の両面にそれぞれベースプレートに対して突出状に一体に設けられた複数の放熱フィンとを備えたものであっても良い。

【0122】

また、上記第１及び第２実施形態では、放熱フィン２はピン状のものであるが、本発明では、放熱フィンはピン状のものであることに限定されるものではなく、その他に例えば板状のものであっても良い。

【0123】

さらに本発明では、鍛造加工素材を鍛造加工する鍛造加工装置は、上記第１実施形態（図４及び５参照）に示した構成のものであることに限定されるものではなく、その他に例えば、複数の放熱フィン形成孔が鍛造加工装置の押圧パンチの押圧面ではなく雌型の成型凹部の底面に設けられたものであっても良い。

【0124】

さらに本発明では、ベースプレートとベースプレートの厚さ方向の両面にそれぞれベースプレートに対して突出状に一体に形成された複数の放熱フィンとを備えた放熱器を鍛造加工装置により形成する場合などには、鍛造加工素材を鍛造加工する鍛造加工装置は、複数の放熱フィンが鍛造加工装置の雌型の成型凹部の底面と押圧パンチの押圧面とにそれぞれ設けられたものであっても良い。

【0125】

また、上記第１及び第２実施形態では、塑性加工素材２０（１２０）への塑性加工は鍛造加工であるが、本発明では、塑性加工は鍛造加工であることに限定されるものではなく、その他に例えば、曲げ加工（フィン加工）、絞り加工及びカップ加工であっても良い。

【実施例】

【0126】

本発明の具体的な実施例及び比較例について以下に説明する。

【0127】

＜実施例＞
図１に示したモジュール基板５０の冷却装置１０を上記第１実施形態に示した製造方法により製造した。

【0128】

冷却装置１０において、放熱器１の心材部２２（心材突出部２２ａを含む）はアルミニウム－炭素粒子複合材２５からなるものであった。当該複合材２５のアルミニウムマトリックス２５ａはＡ１１００であった。当該複合材２５の炭素粒子２５ｂはピッチ系炭素繊維であり、その最長軸方向の平均長さは３００μｍであった。

【0129】

犠牲腐食材層２３はＡｌ－Ｚｎ系合金の一つであるＡ７０７２からなるものであった。当該合金のＺｎ含有量は１質量％であった。放熱器１の放熱フィン２において犠牲腐食材層２３の厚さは５０μｍであった。

【0130】

＜比較例＞
放熱器が犠牲腐食材層を有していない点を除いて実施例の冷却装置１０と同様の冷却装置を製造した。

【0131】

実施例の冷却装置１０と比較例の冷却装置についてそれぞれ冷却流体としての冷却流水に対する耐食試験を行った。その結果、実施例の冷却装置１０の耐食性は比較例のそれよりも高かった。

【産業上の利用可能性】

【0132】

本発明は、電子部品（例：半導体素子）等の発熱体の熱を放散する放熱フィン、放熱器及び冷却装置、並びに、放熱器の製造方法に利用可能である。

【符号の説明】

【0133】

１：放熱器
２：放熱フィン
３：ベースプレート
１０：冷却装置
１１：ケーシング
１２：冷却流体流路
２０：塑性加工素材
２１：鍛造加工素材
２２：心材部
２２ａ：心材突出部
２３：犠牲腐食材層
２５：アルミニウム－炭素粒子複合材
３０：焼結素材
１３０：第１焼結素材
１３６：第２焼結素材
２０５：連結部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】