JP7619016B2 - ヒートシンク、ヒートシンクの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートシンク及びヒートシンクの製造方法に関する。

従来、放熱性に優れたヒートシンクが提案されている。
例えば、特許文献１には、基板が、銅板とアルミニウム板とからなる複合板で、この複合板のアルミニウム板表面にアルミニウムからなる放熱フィンが設けられており、複合板の界面が金属接合されていることを特徴とするヒートシンクが記載されている。
また、特許文献２に記載されたヒートシンクは、ベース部とフィン部と熱伝導体とから構成され、熱伝導体を配置したベース部とそのベース部に複数のフィン部を立てて配置されたヒートシンクである。そして、熱伝導体は、ベース部の材質より高い熱伝導率を有し、且つ、連続した一つの熱伝導体が、全てのフィン部の仮想的な延長面と交差するように、ベース部の領域内に配置されている。

特開平９－２９８２５９号公報 特開２０１９－１９２７８３号公報

材質が異なる２つの部材を有してヒートシンクが構成されている場合、熱膨張と収縮を繰り返すと、これら２つの部材の線膨張差等で生じる応力により、これら２つの部材が剥離するおそれがある。
本発明は、材質の異なる２つの部材の剥離を抑制することができるヒートシンク等を提供することを目的とする。

かかる目的のもと完成させた本発明は、平板状のベース部と、当該ベース部の板面から突出する複数のフィンとを有するとともに、材質の異なる２つの部材を有して構成されるヒートシンクであって、前記２つの部材の内の前記フィンとは反対側に配置された部材である第１部材は、平板状であって当該フィンとは反対側の面が平坦である第１基部と当該第１基部における当該フィン側の面から突出する凸部とを有し、当該２つの部材の内の当該フィン側に配置される第２部材は、当該第１基部と接触する平板状の第２基部と当該第２基部の板面から凹むとともに当該凸部が嵌り込む凹部とを有しているヒートシンクである。
ここで、前記第１基部、前記第２基部、前記凸部、及び、前記凹部は、前記ベース部にあっても良い。
また、前記凸部は、円錐状であっても良い。
また、前記凸部は、円柱状であっても良い。
また、前記凸部は、基端部における突出方向に直交する面での断面形状の面積が、先端部における当該面での断面形状の面積よりも小さくても良い。
また、前記凸部の先端部は、前記フィンにまで到達していても良い。
また、他の観点から捉えると、本発明は、平板状のベース部と、当該ベース部の板面から突出する複数のフィンとを有するとともに、材質の異なる２つの部材にて構成されるヒートシンクであって、前記２つの部材の内の前記フィンとは反対側に配置された部材である第１部材は平板状の第１基部と当該第１基部の板面から凹んでいるか又は当該第１基部を貫通する凹部とを有し、当該２つの部材の内の当該フィン側に配置される第２部材は当該第１基部と接触する平板状の第２基部と当該第２基部の板面から突出するともに当該凹部に嵌り込む凸部とを有しているヒートシンクである。
ここで、前記凹部は、円柱状であっても良い。
また、前記フィンは、前記ベース部における一部の領域に形成され、前記第１部材は、前記第２部材における当該フィンが形成された領域において当該第２部材と接触するように設けられていても良い。
また、他の観点から捉えると、本発明は、平板状のベース部と、当該ベース部の板面から突出する複数のフィンとを有するヒートシンクの製造方法であって、材質の異なる２つの部材を積層した状態で、積層方向に移動する金型で当該２つの部材を加圧することで、当該２つの部材の内の一方の部材に前記フィンを成形し当該２つの部材の内の他方の部材における当該フィンとは反対側の面を平坦にするとともに、当該他方の部材に形成された凸部と当該一方の部材に形成された凹部とを嵌め合わせる、ヒートシンクの製造方法である。
ここで、前記他方の部材は、平板状の平板状部と前記凸部とを有し、当該凸部の先端部と前記一方の部材とが接触するように積層しても良い。
また、前記凸部は、基端部における突出方向に直交する面での断面形状の面積が、先端部における当該面での断面形状の面積よりも小さくても良い。
また、他の観点から捉えると、本発明は、平板状のベース部と、当該ベース部の板面から突出する複数のフィンとを有するヒートシンクの製造方法であって、材質の異なる２つの部材を積層した状態で、積層方向に移動する金型で当該２つの部材を加圧することで、当該２つの部材の内の一方の部材に前記フィンを成形するとともに、当該２つの部材の内の他方の部材に形成された凹み又は貫通孔である凹部と当該一方の部材に形成された凸部とを嵌め合わせる、ヒートシンクの製造方法である。
ここで、前記他方の部材は、平板状の平板状部と前記凹部とを有し、当該平板状部の板面と前記一方の部材とが接触するように積層しても良い。
また、他の観点から捉えると、本発明は、平板状のベース部と、当該ベース部の板面から突出する複数のフィンとを有するヒートシンクの製造方法であって、材質の異なる２つの部材を積層した状態で、積層方向に移動する金型で当該２つの部材を加圧することで、当該２つの部材の内の一方の部材に前記フィンを成形するとともに、当該２つの部材の内の他方の部材に形成された凸部と当該一方の部材に形成された凹部とを嵌め合わせ、前記他方の部材における前記フィンとは反対側の部位に切削加工を施して平坦な面とする、ヒートシンクの製造方法である。
ここで、前記一方の部材の線膨張率は、前記他方の部材の線膨張率よりも大きく、前記２つの部材を温めた後に加圧しても良い。

本発明によれば、材質の異なる２つの部材の剥離を抑制することができるヒートシンク等を提供することができる。

実施の形態に係る冷却装置を構成する部品を分解した図の一例である。 （ａ）は、冷却装置の断面の一例を示す図である。（ｂ）は、（ａ）のIIb部の拡大図の一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態に係るヒートシンクの製造方法の一例を模式的に示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、複数の半導体モジュールを冷却することが可能なヒートシンクの一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、凸部の変形例の一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、凸部の変形例の一例を示す図である。 第２の実施形態に係るヒートシンクの一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態に係るヒートシンクの製造方法の一例を模式的に示す図である。 第１部材の凹部の変形例の一例を示す図である。 第３の実施形態に係るヒートシンクの一例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、第３の実施形態に係るヒートシンクの製造方法の一例を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照して、実施の形態について詳細に説明する。
図１は、実施の形態に係る冷却装置１００を構成する部品を分解した図の一例である。
図２（ａ）は、冷却装置１００の断面の一例を示す図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のIIb部の拡大図の一例を示す図である。
冷却装置１００は、フィン３を有するヒートシンク１と、ヒートシンク１とともに冷却液が流通する空間を形成する有底凹状のジャケット１０１とを備えている。ジャケット１０１の材質はアルミニウムであることを例示することができる。
また、冷却装置１００は、ヒートシンク１とジャケット１０１との間を密封するＯリング１０２と、ヒートシンク１とジャケット１０１とを接合するボルト１０３とを備えている。また、冷却装置１００は、ジャケット１０１内に冷却液を流入させる流入管１０４と、ジャケット１０１内から冷却液を流出させる流出管１０５とを備えている。

冷却装置１００は、発熱体の一例としての半導体モジュール９０を、冷却液及びヒートシンク１を用いて冷却する液冷式冷却装置である。
半導体モジュール９０は、絶縁基板９１と、絶縁基板９１上に設けられた配線層９２と、配線層９２にはんだ層９４を介して装着された半導体素子９３とを有している。また、半導体モジュール９０は、絶縁基板９１からの熱を冷却装置１００に伝達する伝熱層９５を有している。
そして、半導体モジュール９０の伝熱層９５がヒートシンク１におけるジャケット１０１とは反対側の面に接合されている。伝熱層９５とヒートシンク１とを接合する手法としては、ろう付、はんだ付け、シンタリング(焼結)、樹脂による接着、熱伝導グリスによる貼り付け等を例示することができる。

（第１の実施形態に係るヒートシンク１）
第１の実施形態に係るヒートシンク１は、平板状のベース部２と、ベース部２の板面から突出する複数のフィン３とを備えている。ベース部２の中央部に半導体モジュール９０が接合され、ベース部２の半導体モジュール９０が接合された側とは反対側における、半導体モジュール９０が設けられた領域と同じ大きさの領域に、複数のフィン３が設けられている。

ベース部２は、図１に示すように、直方体状であることを例示することができる。
フィン３は、ベース部２からの突出方向が柱方向となる柱状であることを例示することができる。そして、フィン３における突出方向に直交する面での断面形状は、円や楕円であることを例示することができる。また、断面形状は、正方形、長方形、ひし形等の四角形であることを例示することができる。また、フィン３は、平板状であっても良い。平板状である場合には、流入管１０４から流出管１０５への方向に平行であっても良いし、流入管１０４から流出管１０５への方向に傾斜した部位を有する波状であっても良い。

ヒートシンク１は、材質の異なる２つの部材である、第１部材１０と、第２部材２０とにより構成されている。第１部材１０の材質は銅、第２部材２０の材質はアルミニウムである。
第１部材１０は、ヒートシンク１を構成する２つの部材の内、フィン３とは反対側に配置された部材である。そして、第１部材１０は、平板状であってフィン３とは反対側の面である外面１１ｐが平坦である第１基部１１と第１基部１１におけるフィン３側の面である内面１１ｑから突出する凸部１２とを有している。
第２部材２０は、第１基部１１と接触する平板状の第２基部２１と、第２基部２１の板面から凹むとともに第１部材１０の凸部１２が嵌り込む凹部２２と、第２基部２１における外周部から第１部材１０の方へ突出した周囲部２３とを有している。また、第２部材２０は、フィン３を有している。

第１の実施形態に係るヒートシンク１においては、第１基部１１、第２基部２１、凸部１２、凹部２２、及び、周囲部２３は、ベース部２にある。言い換えれば、ベース部２は、第１部材１０の第１基部１１及び凸部１２、第２部材２０の第２基部２１、凹部２２及び周囲部２３にて構成されている。そして、フィン３は、第２部材２０にて構成されている。また、第１部材１０は、第２部材２０におけるフィン３が形成された領域において第２部材２０と接触するように設けられている。第１部材１０が設けられた領域は、半導体モジュール９０の伝熱層９５が設けられた領域よりも大きく、半導体モジュール９０が発生した熱が第１部材１０に伝達するようになっている。ベース部２における、フィン３が設けられた領域の外側には、ボルト１０３を通す貫通孔２ａが形成されている。
また、第１の実施形態に係るヒートシンク１においては、第１部材１０の凸部１２は、基端部１２ｂにおける突出方向に直交する面での断面形状の面積が、先端部１２ｔにおける当該面での断面形状の面積よりも小さい、逆テーパ状である。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、第１の実施形態に係るヒートシンク１の製造方法の一例を模式的に示す図である。
ヒートシンク１は、いわゆる密閉鍛造に用いられる鍛造加工装置２００にて製造される。
鍛造加工装置２００は、第１部材１０の基となる第１素材１１０と第２部材２０の基となる第２素材１２０とを積層した状態で、積層方向に相対的に移動する第１型２１０と第２型２２０とを用いて、第１素材１１０と第２素材１２０とを加圧する。第１素材１１０の材質は銅、第２素材１２０の材質はアルミニウムである。

第１素材１１０は、平板状の平板状部１１１と、平板状部１１１から第２素材１２０の方へ突出した複数の凸部１１２とを有している。凸部１１２は、基端部１１２ｂにおける突出方向に直交する面（不図示）での断面形状の面積が、先端部１１２ｔにおける当該面での断面形状の面積よりも小さい、逆テーパ状である。第１素材１１０は、例えば平板状部１１１から第２素材１２０の方へ突出した複数の円柱状の部位を成形した後に、当該円柱状の部位を突出方向に圧縮して潰すことで逆テーパ状の凸部１１２が成形されることを例示することができる。
第２素材１２０は、平板状の平板状部１２１と、平板状部１２１における外周部から第１素材１１０の方へ突出した周囲部１２２とを有している。

第１型２１０は、第２素材１２０の平板状部１２１を支持する支持面２１１と、支持面２１１から凹んだ複数の凹部２１２とを有している。凹部２１２の形状は、ヒートシンク１のフィン３の形状の基となる形状であり、円柱状や四角柱状であることを例示することができる。なお、第１型２１０の凹部２１２は貫通孔であっても良く、貫通孔の中に第１型２１０とは別体の金型が挿入されて、フィン３の長さを規定しても良い。
第２型２２０は、直方体状であることを例示することができる。

ヒートシンク１を製造する際には、図３（ａ）に示すように、第２素材１２０の平板状部１２１を第１型２１０にて支持した状態で、第１素材１１０を、複数の凸部１１２の先端面が第２素材１２０の平板状部１２１に接触するように、第２素材１２０の周囲部１２２内に配置する。

その後、第１型２１０に対して第２型２２０を移動させて第１素材１１０と第２素材１２０とを加圧する。
第１素材１１０と第２素材１２０とが加圧されると、図３（ｂ）に示すように、第２素材１２０が塑性流動して、第１型２１０の凹部２１２内に充填される。また、第２素材１２０が塑性流動して、第１素材１１０の凸部１１２と凸部１１２との間、及び、凸部１１２と周囲部１２２との間に充填されるとともに、第１素材１１０が圧縮される。

鍛造加工装置２００を用いて製造された後の、第１型２１０の凹部２１２内に充填された第２素材１２０がヒートシンク１のフィン３となる。また、第１素材１１０と、第２素材１２０における第１型２１０の凹部２１２内に充填された部位以外の部位とが、ヒートシンク１のベース部２となる。そして、第１素材１１０の平板状部１１１、凸部１１２が、それぞれ、第１部材１０の第１基部１１、凸部１２に相当する。また、第２素材１２０の周囲部１２２が、第２部材２０の周囲部２３に相当する。また、第２素材１２０の平板状部１２１における、第１型２１０の凹部２１２内に充填された部位以外の部位が、第２基部２１に相当し、第１素材１１０の凸部１１２が嵌り込んだ凹部１２３が第２部材２０の凹部２２となる。つまり、第１型２１０と第２型２２０とで第２素材１２０が加圧され、第２素材１２０の平板状部１２１の一部が第１素材１１０の凸部１１２の周りに入り込むことで第２部材２０の凹部２２が形成される。

以上説明した製造方法は、平板状のベース部２と、ベース部２の板面から突出する複数のフィン３とを有するヒートシンク１の製造方法である。そして、材質の異なる２つの部材の一例としての第１素材１１０と第２素材１２０とを積層した状態で、積層方向に移動する金型で第１素材１１０と第２素材１２０とを加圧することで、一方の部材の一例としての第２素材１２０にフィン３を成形し他方の部材の一例としての第１素材１１０におけるフィン３とは反対側の面を平坦にするとともに、第１素材１１０に形成された凸部１１２と第２素材１２０に形成された凹部１２３とを嵌め合わせる。

なお、第１素材１１０の凸部１１２を逆テーパ状に成形するために円柱状の部位を圧縮して潰す処理は、第１素材１１０を鍛造加工装置２００に設置する前に行っても良いし、鍛造加工装置２００に設置後、第１型２１０と第２型２２０とで第２素材１２０とともに第１素材１１０を加圧することで行っても良い。
また、ヒートシンク１の製造方法は、密閉鍛造に限定されず、開放鍛造であっても良い。

そして、上記製造方法にて製造されたヒートシンク１においては、２つの部材の内のフィン３とは反対側に配置された部材である第１部材１０は、平板状であってフィン３とは反対側の面の一例としての外面１１ｐが平坦である第１基部１１と、第１基部１１におけるフィン３側の面から突出する凸部１２とを有している。また、２つの部材の内のフィン３側に配置される第２部材２０は、第１基部１１と接触する平板状の第２基部２１と第２基部２１の板面から凹むとともに凸部１２が嵌り込む凹部２２とを有している。このヒートシンク１によれば、第１部材１０の凸部１２が第２部材２０の凹部２２に嵌り込む構造的な嵌め合いであるので、第１部材１０と第２部材２０との界面の結合強度を上げることができる。その結果、ヒートシンク１によれば、第１部材１０と第２部材２０との剥離を抑制することができる。また、例えば銅にて成形された第１部材１０とアルミニウムにて成形された第２部材２０とを、溶接やろう付等の入熱を必要とする接合を行うと脆い化合物が生じてしまい強度が低下するが、ヒートシンク１においては第１部材１０と第２部材２０とを機械的に一体化しているので、ヒートシンク１の強度を高めることができる。

さらに、ヒートシンク１においては、凸部１２は、基端部１２ｂにおける突出方向に直交する面での断面形状の面積が、先端部１２ｔにおける当該面での断面形状の面積よりも小さい逆テーパ状である。そして、この凸部１２の形状に沿うように、第２部材２０の凹部２２が形成されているため、凹部２２から凸部１２が抜け難くすることができるので、第１部材１０と第２部材２０との剥離を抑制することができる。なお、鍛造加工装置２００を用いてヒートシンク１を鍛造にて成形するにあたっては、第１素材１１０及び第２素材１２０を高温に加熱して行う熱間鍛造を行っても良いし、加熱せずに常温に近い温度で行う冷間鍛造を行っても良い。ただし、熱間鍛造を行う方が、冷間鍛造を行う場合よりも、第１素材１１０の凸部１１２が逆テーパ状であっても、第２素材１２０が凸部１１２と凸部１１２との間に入り込み易くなる。また、第２素材１２０の線膨張率は、第１素材１１０の線膨張率よりも大きいので、熱間鍛造を行った後、常温に戻ったときの、第２部材２０の凹部２２による第１部材１０の凸部１２を締め付ける力が大きくなるので、第１部材１０と第２部材２０との剥離を抑制することができる。
また、例えば、凸部１２が基端部１２ｂにおける突出方向に直交する面での断面積が、先端部１２ｔにおける断面積よりも大きいテーパ状である場合と比べて、基端部１２ｂにおける断面積及び凸部１２の高さが同一である場合には、凸部１２が逆テーパ状である方が、表面積が大きくなる。その結果、第１部材１０から第２部材２０への伝熱性能が高くなる。

そして、ヒートシンク１を有する冷却装置１００においては、半導体モジュール９０が、アルミニウムよりも熱伝導率が高い銅にて成形された第１部材１０に接合されているので、例えば半導体モジュール９０がアルミニウムに接合されている構成に比べて、冷却性能が高い。また、ジャケット１０１内において冷却液と接触するのは、アルミニウムにて成形された第２部材２０であり、第１部材１０ではない。それゆえ、冷却系統に銅が存在することに起因してアルミニウムにて成形された部品が腐食することを抑制することができる。また、ヒートシンク１全てが銅にて成形されていないので、全てが銅にて成形されている場合と比較して、低廉化及び軽量化を図ることができる。
なお、ヒートシンク１は、第１部材１０と第２部材２０との２つの部材にて構成されているが、特に２つの部材から構成されることに限定されない。第１部材１０、第２部材２０以外の部材を含んでいても良い。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、複数の半導体モジュール９０を冷却することが可能なヒートシンク１の一例を示す図である。なお、図４は、３つの半導体モジュール９０を冷却することが可能な構成を示している。
図１等を用いて説明したヒートシンク１は、１つの半導体モジュール９０を冷却することが可能な構成であるが、複数の半導体モジュール９０を冷却する場合には、図４に示すように、複数の半導体モジュール９０それぞれが設けられる領域と同じ大きさの領域に、複数のフィン３が形成されたフィン群領域４を設けると良い。そして、図４に示すように、銅にて成形された第１部材１０を、第２部材２０に形成された複数のフィン群領域４それぞれにおいて第２部材２０と接触するように、複数設けると良い。つまり、第２部材２０の第２基部２１における各フィン群領域４とは反対側の部位の全面を覆うように、フィン群領域４と同数の第１部材１０を設けると良い。かかる形状により、半導体モジュール９０側の面全てに銅にて成形された部材を設ける場合と比較して、低廉化及び軽量化を図ることができる。

（第１部材１０の凸部１２の変形例）
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、凸部１２の変形例の一例を示す図である。
凸部１２は、例えば、図５（ａ）に示すような円柱状であっても良い。凸部１２が円柱状であっても、第１部材１０の凸部１２と第２部材２０の凹部２２とを嵌め合いとすることで、第１部材１０と第２部材２０との界面の結合強度を上げることができ、第１部材１０と第２部材２０との剥離を抑制することができる。また、凸部１２がテーパ状である場合と比べて、基端部１２ｂにおける断面積及び凸部１２の高さが同一である場合には、凸部１２が円柱状である方が、表面積が大きくなる。その結果、第１部材１０から第２部材２０への伝熱性能が高くなる。なお、第１素材１１０の凸部１１２を円柱状とすることで、上述した鍛造加工装置２００を用いた製造方法にて、第１部材１０の凸部１２を円柱状とすることができる。

また、凸部１２は、例えば、図５（ｂ）に示すような、円錐状であっても良い。凸部１２が円錐状であっても、第１部材１０の凸部１２と第２部材２０の凹部２２とを嵌め合いとすることで、第１部材１０と第２部材２０との界面の結合強度を上げることができ、第１部材１０と第２部材２０との剥離を抑制することができる。なお、第１素材１１０の凸部１１２を円錐状とすることで、上述した鍛造加工装置２００を用いた製造方法にて、第１部材１０の凸部１２を円錐状とすることができる。

また、第１部材１０の基となる素材として平板状の部位のみの構成の第３素材（不図示）を用い、第３素材を、第２素材１２０の平板状部１２１に接触するように周囲部１２２内に配置した状態で、第１型２１０と第２型２２０とを用いて加圧しても良い。第３素材と第２素材１２０とが加圧されると、第２素材１２０が塑性流動して、第１型２１０の凹部２１２内に充填される。また、第２素材１２０の塑性流動に伴い、第３素材が、第１型２１０の凹部２１２の方へ塑性流動し、平板状の部位から突出した円錐状の凸部が形成される。このように製造することで、第１部材１０の凸部１２を円錐状としても良い。

図６（ａ）及び図６（ｂ）は、凸部１２の変形例の一例を示す図である。
凸部１２は、先端部１２ｔがフィン３まで到達していても良い。
例えば、凸部１２が、図６（ａ）に示す円錐状であり、凸部１２の先端部１２ｔと、凸部１２が嵌り込む凹部２２の一部がフィン３を構成していても良い。
また、凸部１２が、図６（ｂ）に示す円柱状であり、凸部１２の先端部１２ｔ側の部位と、凸部１２が嵌り込む凹部２２の一部がフィン３を構成していても良い。
また、図示はしていないが、凸部１２は逆テーパ状であり、凸部１２の先端部１２ｔ側の部位と、凸部１２が嵌り込む凹部２２の一部がフィン３を構成していても良い。
また、図示はしていないが、凸部１２が平板状であり、凸部１２の先端部１２ｔ側の部位と、凸部１２が嵌り込む凹部２２の一部がフィン３を構成していても良い。
このように、凸部１２の先端部１２ｔがフィン３まで到達する構成とすることで、第１部材１０から第２部材２０への伝熱性能が高くなる。

（第２の実施形態に係るヒートシンク３１）
図７は、第２の実施形態に係るヒートシンク３１の一例を示す図である。
第２の実施形態に係るヒートシンク３１は、平板状のベース部３２と、ベース部３２の板面から突出する複数のフィン３３とを備えている。そして、ヒートシンク３１は、材質の異なる２つの部材である、第１部材４０と、第２部材５０とにより構成されている。第１部材４０の材質は銅、第２部材５０の材質はアルミニウムである。ベース部３２及びフィン３３は、それぞれ、第１の実施形態に係るベース部２及びフィン３と同様であるので、以下では主に異なる点について説明する。

第１部材４０は、ヒートシンク３１を構成する２つの部材の内、フィン３３とは反対側に配置された部材である。そして、第１部材４０は、平板状であってフィン３３とは反対側の面である外面４１１が平坦である第１基部４１と第１基部４１におけるフィン３３側の面である内面４１２から凹んでいる凹部４２とを有している。
第２部材５０は、第１基部４１と接触する平板状の第２基部５１と、第２基部５１の板面から突出するとともに第１部材４０の凹部４２に嵌り込む凸部５２と、第２基部５１における外周部から第１部材４０の方へ突出した周囲部５３とを有している。また、第２部材５０は、フィン３３を有している。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、第２の実施形態に係るヒートシンク３１の製造方法の一例を模式的に示す図である。
ヒートシンク３１は、ヒートシンク１と同様に、第１型２１０と第２型２２０とを用いて鍛造加工装置２００にて製造される。
鍛造加工装置２００は、第１部材４０の基となる第１素材１４０と第２部材５０の基となる第２素材１５０とを積層した状態で、積層方向に相対的に移動する第１型２１０と第２型２２０とを用いて、第１素材１４０と第２素材１５０とを加圧する。第１素材１４０の材質は銅、第２素材１５０の材質はアルミニウムである。

第１素材１４０は、平板状の平板状部１４１と、平板状部１４１から第２素材１５０とは反対の方へ凹んだ複数の凹部１４２とを有している。凹部１４２は、円柱状であることを例示することができる。
第２素材１５０は、平板状の平板状部１５１と、平板状部１５１における外周部から第１素材１４０の方へ突出した周囲部１５２とを有している。

図８（ａ）に示すように、第２素材１５０の平板状部１５１を第１型２１０にて支持した状態で、第１素材１４０を、第２素材１５０の平板状部１５１に接触するように、第２素材１５０の周囲部１５２内に配置する。
その後、第１型２１０に対して第２型２２０を移動させて第１素材１４０と第２素材１５０とを加圧する。
第１素材１４０と第２素材１５０とが加圧されると、図８（ｂ）に示すように、第２素材１５０が塑性流動して、第１型２１０の凹部２１２内に充填される。また、第２素材１５０が塑性流動して、第１素材１４０の凹部１４２内に充填されるとともに、第１素材１４０が圧縮される。

そして、鍛造加工装置２００を用いて製造された後の、第１型２１０の凹部２１２内に充填された第２素材１５０がヒートシンク３１のフィン３３となる。また、第１素材１４０と、第２素材１５０における第１型２１０の凹部２１２内に充填された部位以外の部位とが、ヒートシンク３１のベース部３２となる。そして、第１素材１４０の平板状部１４１、凹部１４２が、それぞれ、第１部材４０の第１基部４１、凹部４２に相当する。また、第２素材１５０における第１素材１４０の凹部１４２に嵌り込んだ部位である凸部１５３が第２部材５０の凸部５２となる。また、第２素材１５０の周囲部１５２が、第２部材５０の周囲部５３となる。また、第２素材１５０の平板状部１５１の内、第１型２１０の凹部２１２内に充填された部位以外の部位、及び、第１素材１４０の凹部１４２に嵌り込んだ凸部１５３以外の部位が、第２基部５１となる。

（第１部材４０の凹部４２の変形例）
図９は、第１部材４０の凹部４２の変形例の一例を示す図である。
第１部材４０の凹部４２は、図９に示すように、第１基部４１を貫通する孔であっても良い。
そして、第２部材５０の凸部５２は、第１基部４１を貫通するように、凹部４２に嵌り込んでいると良い。
このように、第１部材４０の凹部４２を、第１基部４１を貫通する孔とし、第２部材５０の凸部５２がこの孔に嵌り込む構造的な嵌め合いとしても、第１部材４０と第２部材５０との界面の結合強度を上げることができるので、第１部材４０と第２部材５０との剥離を抑制することができる。
なお、第１素材１４０の凹部１４２を、平板状部１４１を貫通する孔とすることで、図８を用いて説明したように、第１型２１０と第２型２２０とを用いて、鍛造加工装置２００にて、第２部材５０の凸部５２が第１基部４１の凹部４２に嵌り込んだヒートシンク３１を製造することが可能となる。

以上説明した製造方法は、平板状のベース部３２と、ベース部３２の板面から突出する複数のフィン３３とを有するヒートシンク３１の製造方法である。そして、材質の異なる２つの部材の一例としての第１素材１４０と第２素材１５０とを積層した状態で、積層方向に移動する金型で第１素材１４０と第２素材１５０とを加圧することで、一方の部材の一例としての第２素材１５０にフィン３３を成形するとともに、他方の部材の一例としての第１素材１４０に形成された凹み又は貫通孔である凹部１４２と第２素材１５０に形成された凸部１５３とを嵌め合わせる。
なお、鍛造加工装置２００を用いてヒートシンク３１を鍛造にて成形するにあたっては、熱間鍛造を行っても良いし、冷間鍛造を行っても良い。

以上説明した製造方法にて製造されたヒートシンク３１においては、２つの部材の内のフィン３３とは反対側に配置された部材である第１部材４０は平板状の第１基部４１と第１基部４１の板面から凹んでいるか又は第１基部４１を貫通する凹部４２とを有し、２つの部材の内のフィン３３側に配置される第２部材５０は第１基部４１と接触する平板状の第２基部５１と第２基部５１の板面から突出するともに凹部４２に嵌り込む凸部５２とを有している。そして、このヒートシンク３１によれば、第２部材５０の凸部５２が第１部材４０の凹部４２に嵌り込む構造的な嵌め合いとすることで、第１部材４０と第２部材５０との界面の結合強度を上げることができるので、第１部材４０と第２部材５０との剥離を抑制することができる。
また、凹部４２及び凸部５２が円柱状であることにより、例えば、凹部４２及び凸部５２が円錐状である場合と比べて、第１部材１０と第２部材２０との接触面積が大きくなるので、第１部材１０から第２部材２０への伝熱性能を高めることができる。

（第３の実施形態に係るヒートシンク６１）
図１０は、第３の実施形態に係るヒートシンク６１の一例を示す図である。
第３の実施形態に係るヒートシンク６１は、平板状のベース部６２と、ベース部６２の板面から突出する複数のフィン６３とを備えている。そして、ヒートシンク６１は、材質の異なる２つの部材である、第１部材７０と、第２部材８０とにより構成されている。第１部材７０の材質は銅、第２部材８０の材質はアルミニウムである。以下では、主に、第１の実施形態に係るヒートシンク１と第３の実施形態に係るヒートシンク６１とで、異なる点について説明する。

第１部材７０は、ヒートシンク６１を構成する２つの部材の内、フィン６３とは反対側に配置された部材である。そして、第１部材７０は、平板状であってフィン６３とは反対側の面である外面７１ｐが平坦である第１基部７１と第１基部７１から突出した凸部７２とを有している。
第２部材８０は、第１基部７１と接触する平板状の第２基部８１と第２基部８１の板面から凹んでいるとともに第１部材７０の凸部７２が嵌り込む凹部８２とを有している。また、第２部材８０は、フィン６３を有している。

図１１（ａ）、図１１（ｂ）及び図１１（ｃ）は、第３の実施形態に係るヒートシンク６１の製造方法の一例を模式的に示す図である。
ヒートシンク６１は、第３型２３０と第４型２４０とを用いてプレス加工機３００にてプレス加工が施された後、切削加工が施されることにより製造されることを例示することができる。
プレス加工機３００は、第１部材７０の基となる第１素材１７０と第２部材８０の基となる第２素材１８０とを積層した状態で、積層方向に相対的に移動する第３型２３０と第４型２４０とを用いて、第１素材１７０と第２素材１８０とを加圧する。

第１素材１７０及び第２素材１８０は、平板状であり、第１素材１７０の材質は銅、第２素材１８０の材質はアルミニウムである。
第３型２３０は、第２素材１８０の下面１８１を支持する支持面２３１と、第４型２４０の後述する突起２４２に対向する部位に設けられた、支持面２３１から凹んだ凹部２３２とを有している。凹部２３２の形状は、フィン６３の形状の基となる形状であり、円柱状や四角柱状であることを例示することができる。
第４型２４０は、直方体状の基部（不図示）と、基部から突出した複数の突起２４２とを有している。突起２４２は、円柱状や四角柱状であることを例示することができる。

先ず、第１工程において、図１１（ｂ）に示すように、第４型２４０を第３型２３０の方へ移動させて、第３型２３０に支持された第２素材１８０、及び、第２素材１８０に重ね合わせられた第１素材１７０を第３型２３０及び第４型２４０にて加圧する。これにより、第１素材１７０における、第４型２４０の突起２４２にて加圧された部位が移動して第３型２３０の凹部２３２の方へ移動するとともに、第２素材１８０における、第４型２４０の突起２４２に対応する部位が第１素材１７０に押されて移動し、第３型２３０の凹部２３２内に充填される。その結果、第１素材１７０には、凹部１７１及び凸部１７２が形成され、第２素材１８０には、凹部１８２及び凸部１８３が形成される。

次に、第２工程において、図１１（ｃ）に示すように、第１工程を施した後の第１素材１７０の凹部１７１を削除して平坦な面１７３を成形するべく、切削加工を施す。第２工程は、言い換えれば、第１素材１７０に対して、第４型２４０で加圧した形跡を消すように平坦に加工する工程である。そして、平坦に加工された後の面１７３が、ヒートシンク６１の外面７１ｐに相当し、半導体モジュール９０と接触する面となる。

なお、第２素材１８０の凸部１８３がフィン６３に相当し、第２素材１８０の凹部１８２が第２部材８０の凹部８２に相当し、第１素材１７０の凸部１７２が第１部材７０の凸部７２に相当する。
また、ヒートシンク６１においては、第１部材７０は、第２部材８０の第２基部８１におけるフィン６３とは反対側の部位の全面を覆っている。

以上説明した製造方法は、平板状のベース部６２と、ベース部６２の板面から突出する複数のフィン６３とを有するヒートシンク６１の製造方法である。そして、この製造方法は、材質の異なる第１素材１７０と第２素材１８０とを積層した状態で、積層方向に移動する金型で第１素材１７０と第２素材１８０とを加圧することで、２つの部材の内の一方の部材の一例としての第２素材１８０にフィン６３を成形する。また、この製造方法は、２つの部材の内の他方の部材の一例としての第１素材１７０に形成された凸部１７２と第２素材１８０に形成された凹部１８２とを嵌め合わせ、第１素材１７０におけるフィン６３とは反対側の部位に切削加工を施して平坦な面１７３とする。

そして、上記製造方法にて製造されたヒートシンク６１によれば、第１部材７０の凸部７２が第２部材８０の凹部８２に嵌り込む構造的な嵌め合いであるので、第１部材７０と第２部材８０との界面の結合強度を上げることができる。その結果、ヒートシンク６１によれば、第１部材７０と第２部材８０との剥離を抑制することができる。また、例えば銅にて成形された第１部材７０とアルミニウムにて成形された第２部材８０とを機械的に一体化しているので、溶接やろう付等の入熱を必要とする接合を行う場合と比較して、ヒートシンク６１の強度を高めることができる。

１，３１，６１…ヒートシンク、２，３２，６２…ベース部、３，３３，６３…フィン、１０，４０，７０…第１部材、１１，４１，７１…第１基部、１２，５２，７２，１１２，１５３，１７２、１８３…凸部、２０，５０，８０…第２部材、２１，５２，８２…第２基部、２２，４２，８２，１２３，１４２，１７１，１８２，２１２，２３２…凹部、９０…半導体モジュール、９１…絶縁基板、９２…配線層、９３…半導体素子、９４…はんだ層、９５…伝熱層、１１０，１４０，１７０…第１素材、１２０，１５０，１８０…第２素材、２１０…第１型、２２０…第２型、２３０…第３型、２４０…第４型

Claims (14)

1. 平板状のベース部と、当該ベース部の板面から突出する複数のフィンとを有するとともに、材質の異なる２つの部材を有して構成されるヒートシンクであって、
   前記２つの部材の内の前記フィンとは反対側に配置された部材である第１部材は、平板状であって当該フィンとは反対側の面が平坦である第１基部と当該第１基部における中央部の当該フィン側の面から突出する凸部とを有し、当該２つの部材の内の当該フィン側に配置される第２部材は、当該第１基部と接触する平板状の第２基部と当該第２基部の板面から凹むとともに当該凸部が嵌り込む凹部とを有し、当該凸部は当該凸部の周囲の面から当該フィンの方に突出し、当該凹部は当該凹部の周囲の面から当該フィンの方に凹んでいる
   ヒートシンク。
2. 前記第１基部、前記第２基部、前記凸部、及び、前記凹部は、前記ベース部にある
   請求項１に記載のヒートシンク。
3. 前記凸部は、円錐状である
   請求項１又は２に記載のヒートシンク。
4. 前記凸部は、円柱状である
   請求項１又は２に記載のヒートシンク。
5. 前記凸部は、基端部における突出方向に直交する面での断面形状の面積が、先端部における当該面での断面形状の面積よりも小さい
   請求項１又は２に記載のヒートシンク。
6. 前記凸部の先端部は、前記フィンにまで到達している
   請求項１に記載のヒートシンク。
7. 平板状のベース部と、当該ベース部の板面から突出する複数のフィンとを有するとともに、材質の異なる２つの部材にて構成されるヒートシンクであって、
   前記２つの部材の内の前記フィンとは反対側に配置された部材である第１部材は平板状の第１基部と当該第１基部を貫通する凹部とを有し、当該２つの部材の内の当該フィン側に配置される第２部材は当該第１基部と接触する平板状の第２基部と当該第２基部の板面から突出するとともに当該凹部に嵌り込む凸部とを有している
   ヒートシンク。
8. 前記凹部は、円柱状である
   請求項７に記載のヒートシンク。
9. 前記フィンは、前記ベース部における一部の領域に形成され、
   前記第１部材は、前記第２部材における前記フィンが形成された領域において当該第２部材と接触するように設けられている
   請求項１～８のいずれか１項に記載のヒートシンク。
10. 平板状のベース部と、当該ベース部の板面から突出する複数のフィンとを有するヒートシンクの製造方法であって、
    材質の異なる２つの部材を積層した状態で、積層方向に移動する金型で当該２つの部材を加圧することで、当該２つの部材の内の一方の部材に前記フィンを成形し当該２つの部材の内の他方の部材における当該フィンとは反対側の面を平坦にするとともに、当該他方の部材に形成された凸部と当該一方の部材に形成された凹部とを嵌め合わせ、
    前記他方の部材は、平板状の平板状部と前記凸部とを有し、
    前記加圧する前において、前記凸部の先端部と前記一方の部材とが接触するように、前記２つの部材を積層する
    ヒートシンクの製造方法。
11. 前記凸部は、基端部における突出方向に直交する面での断面形状の面積が、先端部における当該面での断面形状の面積よりも小さい
    請求項１０に記載のヒートシンクの製造方法。
12. 平板状のベース部と、当該ベース部の板面から突出する複数のフィンとを有するヒートシンクの製造方法であって、
    材質の異なる２つの部材を積層した状態で、積層方向に移動する金型で当該２つの部材を加圧することで、当該２つの部材の内の一方の部材に前記フィンを成形するとともに、当該２つの部材の内の他方の部材に形成された凹み又は貫通孔である凹部と当該一方の部材に形成された凸部とを嵌め合わせ、
    前記他方の部材は、平板状の平板状部と前記凹部とを有し、
    前記加圧する前において、前記平板状部の板面と前記一方の部材とが接触するように、前記２つの部材を積層する
    ヒートシンクの製造方法。
13. 平板状のベース部と、当該ベース部の板面から突出する複数のフィンとを有するヒートシンクの製造方法であって、
    材質の異なる２つの部材を積層した状態で、積層方向に相対的に移動する第１型と第２型で当該２つの部材を加圧することで、当該２つの部材の内の一方の部材に前記フィンを成形するとともに、当該２つの部材の内の他方の部材に形成された凸部と当該一方の部材に形成された凹部とを嵌め合わせ、
    前記他方の部材における前記フィンとは反対側の部位に切削加工を施して平坦な面とし、
    前記第１型は、前記一方の部材を支持する支持面と、当該支持面から凹んだ複数の凹部とを有し、
    前記第２型は、前記第１型の凹部に対向する部位に設けられた突起を有する
    ヒートシンクの製造方法。
14. 前記一方の部材の線膨張率は、前記他方の部材の線膨張率よりも大きく、
    前記２つの部材を温めた後に加圧する
    請求項１０～１３のいずれか１項に記載のヒートシンクの製造方法。