(57)【要約】  【課題】  炭素繊維と基材との機械的な接合が強固であり、高い冷却性能を発揮できる放熱フィン及びその製造方法を提供する。  【解決手段】  複数の炭素繊維２に金属めっき処理（無電解Ｃｕめっき処理）を施し（ａ），（ｂ）、表面に金属めっき層３（Ｃｕめっき層）を有する炭素繊維２を、静電植毛により平板状の仮基材１１上に垂直に立てて、接着剤１２により炭素繊維２の一端を仮基材１１に仮付け接着する（ｃ），（ｄ）。はんだペースト１３を表面に塗布した基材１（Ｃｕ板）に、炭素繊維２の仮付け接着されていない他端を接触させ、この状態でロウ材（はんだ）を溶融・冷却して、炭素繊維２と基材１とをロウ付け（はんだ付け）する（ｅ），（ｆ）。基材１と炭素繊維２との機械的・熱的接合が完了した後、有機溶媒に浸漬して、仮付けされた仮基材１１を炭素繊維２から剥離して放熱フィン１０を作製する（ｇ）。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の炭素繊維を基材に設けてある放熱フィンにおいて、前記炭素繊維に金属めっきが施されており、前記炭素繊維の先端が前記基材にロウ付けされていることを特徴とする放熱フィン。
【請求項２】
前記金属めっきの材料は、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｓｎ，Ａｇ，Ｐｄ及びＰｔからなる群から選ばれた１若しくは複数種の金属、または、前記群から選ばれた１若しくは複数種の金属を含む合金であることを特徴とする請求項１記載の放熱フィン。
【請求項３】
前記基材の材料は、Ｃｕ，Ａｌ及びセラッミックからなる群から選ばれたものであることを特徴とする請求項１または２記載の放熱フィン。
【請求項４】
複数の炭素繊維を基材に設けてある放熱フィンを製造する方法において、複数の炭素繊維に金属めっき処理を施す工程と、金属めっきされた前記炭素繊維の一端を仮基材に仮付け接着する工程と、前記炭素繊維の仮付け接着されていない他端を基材にロウ付け固定する工程とを有することを特徴とする放熱フィンの製造方法。
【請求項５】
複数の炭素繊維を基材に設けてある放熱フィンを製造する方法において、複数の炭素繊維の一端を仮基材に仮付け接着する工程と、仮付け接着された前記炭素繊維の他端部に金属めっき処理を施す工程と、金属めっきされた前記炭素繊維の他端を基材にロウ付け固定する工程とを有することを特徴とする放熱フィンの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータのＣＰＵチップ等の電子部品が発する熱を空気中に放散する放熱フィン及びその製造方法に関し、特に、フィンとして炭素繊維製のピンフィンを用いた放熱フィン及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器では、高集積化、高速化などにより電子部品の発熱量が著しく多くなっており、電子部品から発生する熱を効率良く外部へ放散する必要がある。電子部品からの熱を空気中に効率良く放散するためには、放熱面積を増加させることが有効である。放熱面積を増加させた例として、例えば電子機器の冷却構造として用いられている放熱フィンが知られている。
【０００３】
放熱フィンは、熱伝導率が高い金属にて作製され、放熱フィンの表面に送風ファンから空気を送出して、冷却機能を発揮する。放熱フィンは、低コストでの製造が可能なアルミダイキャスト製品であることが多い。しかしながら、アルミダイキャスト製品である場合、金型から引き抜き易くするために、フィンのピッチ及び厚さを細かくできない。また、その他の材料による放熱フィンの場合にもアルミダイキャスト製品と同様に、製造面及びコスト面の観点から放熱面積の拡大には限界があり、冷却性能の向上を図る上での障害となっている。
【０００４】
以上のように、電子部品からの熱を効率良く空気中に放散するためには、放熱フィンが高い熱伝導率と大きな放熱面積とを有することが望ましい。これらの性能を満たすために、炭素繊維製のピンフィンを持つ放熱フィンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この放熱フィンは、複数の炭素繊維を被植毛金属基材にロウ付けした構成をなしている。また、この放熱フィンの製造方法は以下の通りである。まず、シート状の仮植毛基材に接着剤を塗布し、炭素繊維を植毛して仮植毛基体を形成する。次いで、仮植毛基材に植毛した炭素繊維の先端と被植毛金属基材とを金属製のロウ材を介して固定し、仮植毛基体の炭素繊維を被植毛金属基材に転写固着する。
【特許文献１】特開平８−３０３９７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法では、炭素繊維が容易に金属製のロウ材と馴染まないため、被植毛金属基材に炭素繊維を固着することが困難である。また、仮に固着できた場合にあっても、炭素繊維と被植毛金属基材との接合が弱いので、振動または衝撃などにより、炭素繊維が被植毛金属基材から簡単に脱落するという問題がある。また、このよう製造された放熱フィンでは、炭素繊維と被植毛金属基材との間の熱抵抗が大きいため、高い冷却性能が得られないという問題もある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、炭素繊維と基材との機械的な接合が強固である放熱フィン及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、高い冷却性能を発揮できる放熱フィン及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る放熱フィンは、複数の炭素繊維を基材に設けてある放熱フィンにおいて、前記炭素繊維に金属めっきが施されており、前記炭素繊維の先端が前記基材にロウ付けされていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の放熱フィンは、表面に金属めっきが施された炭素繊維を基材にロウ付け固定した構成をなす。炭素繊維の表面に金属めっきが施されているため、炭素繊維と基材とのロウ付けを行う際に、炭素繊維の表面が金属製のロウ材と濡れ易くなり、炭素繊維は基材に容易に固定され、炭素繊維と基材との機械的接合も強固である。また、炭素繊維と基材との間の熱抵抗も小さい。このため、電子部品からの熱が基材に伝わった後、非常に小さな熱抵抗を介して炭素繊維に伝わり、炭素繊維の表面から空気中に熱が放散されるため、冷却性能は高い。
【００１０】
本発明に係る放熱フィンは、上記構成において、前記金属めっきの材料が、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｓｎ，Ａｇ，Ｐｄ及びＰｔからなる群から選ばれた１若しくは複数種の金属、または、前記群から選ばれた１若しくは複数種の金属を含む合金であることが好ましい。
【００１１】
本発明の放熱フィンは、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｓｎ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｐｔの１種若しくは複数種の金属、または、これらの元素の中の１種若しくは複数種の金属を含む合金により、炭素繊維の表面にめっきが施されている。よって、接合のためのロウ材と濡れ性が良く、また、炭素繊維と基材との間の熱抵抗は非常に小さい。
【００１２】
本発明に係る放熱フィンは、上記構成において、前記基材の材料が、Ｃｕ，Ａｌ及びセラッミックからなる群から選ばれたものであることが好ましい。
【００１３】
Ｃｕ，Ａｌ，セラッミック等の熱伝導性が良好な材料にて基材を構成する。よって、電子部品からの熱が基材から炭素繊維へ効率良く伝えられる。
【００１４】
本発明に係る放熱フィンの製造方法は、複数の炭素繊維を基材に設けてある放熱フィンを製造する方法において、複数の炭素繊維に金属めっき処理を施す工程と、金属めっきされた前記炭素繊維の一端を仮基材に仮付け接着する工程と、前記炭素繊維の仮付け接着されていない他端を基材にロウ付け固定する工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
表面に金属めっきを施した複数の炭素繊維の一端を仮基材に仮付け接着した後、炭素繊維の他端を基材にロウ付け固定して、放熱フィンを製造する。よって、上述したような特性を有する放熱フィンの製造が容易である。
【００１６】
本発明に係る放熱フィンの製造方法は、複数の炭素繊維を基材に設けてある放熱フィンを製造する方法において、複数の炭素繊維の一端を仮基材に仮付け接着する工程と、仮付け接着された前記炭素繊維の他端部に金属めっき処理を施す工程と、金属めっきされた前記炭素繊維の他端を基材にロウ付け固定する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
複数の炭素繊維の一端を仮基材に仮付け接着した後、炭素繊維の他端部に金属めっき処理を施し、炭素繊維の他端を基材にロウ付け固定して、放熱フィンを製造する。よって、上述したような特性を有する放熱フィンの製造が容易である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の放熱フィンでは、金属めっきが施された炭素繊維を基材にロウ付け固定しているので、炭素繊維と基材とのロウ付けを行う際に、炭素繊維の表面が金属製のロウ材と濡れ易くなり、炭素繊維を基材に容易に固定でき、炭素繊維と基材との機械的接合を強固にすることができる。また、炭素繊維と基材との間の熱抵抗も小さいため、電子部品からの熱が基材に伝わった後、非常に小さな熱抵抗を介して炭素繊維に伝わり、炭素繊維の表面から空気中に熱が放散され、冷却性能を飛躍的に向上することができる。
【００１９】
本発明の放熱フィンでは、金属めっきの材料として、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｓｎ，Ａｇ，Ｐｄ及びＰｔからなる群から選ばれた１若しくは複数種の金属、または、その群から選ばれた１若しくは複数種の金属を含む合金を用いるようにしたので、接合のためのロウ材と濡れ性が良く、また、炭素繊維と基材との間の熱抵抗を非常に小さくできる。
【００２０】
本発明の放熱フィンでは、基材の材料として、Ｃｕ，Ａｌ及びセラッミックからなる群から選ばれたものを用いるようにしたので、基材の熱伝導性が良好であり、電子部品からの熱を基材から炭素繊維へ効率良く伝えることができる。
【００２１】
本発明の放熱フィンの製造方法では、複数の炭素繊維に金属めっき処理を施し、金属めっきされた炭素繊維の一端を仮基材に仮付け接着し、炭素繊維の仮付け接着されていない他端を基材にロウ付け固定して、放熱フィンを製造するようにしたので、上述したような効果を奏する放熱フィンを容易に製造することができる。
【００２２】
本発明の放熱フィンの製造方法では、炭素繊維の一端を仮基材に仮付け接着し、仮付け接着された炭素繊維の他端部に金属めっき処理を施し、金属めっきされた炭素繊維の他端を基材にロウ付け固定して、放熱フィンを製造するようにしたので、上述したような効果を奏する放熱フィンを容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明に係る放熱フィン１０の一例の構成を示す図である。
【００２４】
図１において、１は例えばＣｕ板からなる基材であり、２は表面に例えばＣｕからなる金属めっき層３を有する複数の炭素繊維である。各炭素繊維２の先端は、例えばはんだからなるロウ材４を介して、基材１に固着されている。
【００２５】
炭素繊維２としては．例えば三菱化学産資製ダイアリード（Ｋ２２３ＨＧ）を用いることができるが、熱伝導率が高い炭素繊維であれば、これに限定されるものではない。また、炭素繊維２は、換算直径が１０μｍ〜１ｍｍ、アスペクト比が５〜１００である。このようなサイズであれば、静電植毛の際に、容易に炭素繊維２を飛ばすことができる。ここで、「換算直径」とは、繊維の断面積を同一断面積の円の直径に換算した値であり、「アスペクト比」とは、繊維の長さを太さで除した値である。
【００２６】
本発明の放熱フィン１０は、表面に金属めっき層３（Ｃｕめっき層）が施された炭素繊維２を基材１（Ｃｕ板）にロウ材４（はんだ）にてロウ付け固定して構成されている。炭素繊維２の表面が金属めっきされているため、炭素繊維２と基材１とのロウ付けを行う際に、炭素繊維２表面の金属めっき層３とロウ材４とは濡れ易くなり、炭素繊維２は基材１に容易に固定され、炭素繊維２と基材１との機械的接合も強固である。
【００２７】
また、炭素繊維２と基材１との間に金属めっき層３及びロウ材４が介在され、その間の熱抵抗は小さい。このため、電子部品からの熱が基材１に伝わった後、非常に小さな熱抵抗を介して炭素繊維２に伝わり、炭素繊維２の表面から空気中に熱が放散されることになり、放熱フィン１０の冷却性能は飛躍的に向上する。
【００２８】
図２は、本発明に係る放熱フィン１０の他の例の構成を示す図である。図１に示す例では、炭素繊維２の表面全域に金属めっき層３（Ｃｕめっき層）が設けられているが、図２に示す例では、はんだからなるロウ材４と接触する部分（先端部）のみに金属めっき層３（Ｃｕめっき層）が設けられている。この図２に示す例にあっては、図１に示す例と同様な効果を奏することに加えて、金属めっき層３の体積が少なくて済むので、低コスト化を図ることができる。
【００２９】
次に、放熱フィン１０の製造方法について説明する。図３は、本発明に係る放熱フィン１０の製造方法の一例の工程を示す図である。
【００３０】
まず、短く切断した複数の炭素繊維２（例えば、長さ：６ｍｍ、直径：１０μｍ、熱伝導率：６２０Ｗ／ｍＫ）に、金属めっき処理（例えば、無電解Ｃｕめっき処理）を施す（図３（ａ），（ｂ））。次に、金属めっき（Ｃｕめっき）処理された表面に金属めっき層３（Ｃｕめっき層）を有する炭素繊維２を、静電植毛により平板状の仮基材１１上に垂直に立てて、接着剤１２により炭素繊維２の一端を仮基材１１に仮付け接着する（図３（ｃ），（ｄ））。
【００３１】
仮基材１１としては、ステンレス板、Ａｌ，Ｃｕ等の金属板、耐熱性があるガラス布基材エポキシ樹脂基板など、はんだ付け温度である２００℃程度の耐熱性を有する材料の板であれば、任意のものを使用できる。また、仮固定用の接着剤１２としては、熱可塑性のポリアクリル樹脂，ポリウレタン樹脂，ポリ酢酸ビニル樹脂等の合成樹脂接着剤を使用でき、後工程での炭素繊維２と仮基材１１との分離を容易に行えるように可溶性の接着剤を用いても良い。静電植毛手法は公知の方法（例えば、特公平６−２４７９３号公報に開示された植毛方法）を用いることができ、アップ法、ダウン法のいずれでも可能であるが、接着強度、繊維の並び、繊維の直立状態などを考慮した場合、アップ法がより望ましい。      
【００３２】
次いで、ロウ材となるはんだペースト１３を表面に塗布した基材１（例えば、Ｃｕ板）に、炭素繊維２の仮付け接着されていない他端を接触させ、この状態でロウ材（はんだ）を溶融・冷却して、炭素繊維２と基材１（Ｃｕ板）とをロウ付け（はんだ付け）する（図３（ｅ），（ｆ））。ロウ材としては、炭素繊維２にＣｕめっきを施し、基材１としてＣｕ板を用いた場合、電子部品の一般的な実装に用いられているＳｎ−Ｐｂはんだペースト，Ｓｎ−Ａｇ系のはんだペーストを用いることができる。この状態でのロウ材（はんだ）の加熱は、ホットプレート，赤外線リフロー炉，熱風リフロー炉等を用いて行うことができ、いずれの場合でも、はんだの融点＋（３０〜１００）℃程度に加熱した後に冷却することにより、炭素繊維２と基材１（Ｃｕ板）とを確実に接合することができる。
【００３３】
最後に、基材１（Ｃｕ板）と炭素繊維２との機械的・熱的接合が完了した後、エタノール，アセトン等の溶媒に浸漬して、仮付けされた仮基材１１を炭素繊維２から剥離して、図１に示すような放熱フィン１０を作製する（図３（ｇ））。なお、接着剤１２として熱可塑樹脂製の接着剤を用いた場合には、仮基材１１を炭素繊維２から剥離すべく、再度加熱しても良い。
【００３４】
図４は、本発明に係る放熱フィン１０の製造方法の他の例の工程を示す図である。まず、短く切断した複数の炭素繊維２（例えば、長さ：６ｍｍ、直径：１０μｍ、熱伝導率：６２０Ｗ／ｍＫ）を準備し、それらの炭素繊維２を、静電植毛により平板状の仮基材１１上に垂直に立てて、接着剤１２により炭素繊維２の一端を仮基材１１に仮付け接着する（図４（ａ），（ｂ））。なお、仮基材１１の材料、接着剤１２の材料、静電植毛の手法は、図３に示した例と同様である。
【００３５】
次いで、炭素繊維２の仮付け接着されていない他端部をめっき液に浸漬させて金属めっき処理（例えば、電解Ｃｕめっき処理）を施し、炭素繊維２の他端部表面に金属めっき層３（Ｃｕめっき層）を形成する（図４（ｃ））。次いで、ロウ材となるはんだペースト１３を表面に塗布した基材１（例えば、Ｃｕ板）に、炭素繊維２の仮付け接着されていなくて金属めっき層３（Ｃｕめっき層）が形成された他端を接触させ、この状態でロウ材（はんだ）を溶融・冷却して、炭素繊維２と基材１（Ｃｕ板）とをロウ付け（はんだ付け）する（図４（ｄ），（ｅ））。なお、ロウ材の材料、ロウ材の加熱手法は、図３に示した例と同様である。
【００３６】
最後に、基材１（Ｃｕ板）と炭素繊維２との機械的・熱的接合が完了した後、エタノール，アセトン等の溶媒に浸漬して、仮付けされた仮基材１１を炭素繊維２から剥離して、図２に示すような放熱フィン１０を作製する（図４（ｆ））。なお、接着剤１２として熱可塑樹脂製の接着剤を用いた場合には、仮基材１１を炭素繊維２から剥離すべく、再度加熱しても良い。
【００３７】
なお、上述した図３，図４の例では、基材１（Ｃｕ板）にはんだペースト１３を設けるようにしたが、炭素繊維２の仮付け接着されていない他端にはんだペースト１３を設けて、炭素繊維２を基材１（Ｃｕ板）に接合するようにしても良い。
【００３８】
上述した例では、炭素繊維２への金属めっきをＣｕめっきとしたが、これは一例であり、金属めっきの材料として、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｕ，Ｓｎ，Ａｇ，Ｐｄ及びＰｔからなる群から選ばれた１若しくは複数種の金属、または、その群から選ばれた１若しくは複数種の金属を含む合金を使用することができる。
【００３９】
基材１としてＣｕ板を用いたが、これは一例であって、熱伝導性が良好であるＡｌ板，セラッミック板も使用可能である。また、Ｃｕめっき，Ｎｉ／Ａｕめっき等の表面処理を施した炭素板なども使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る放熱フィンの一例の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る放熱フィンの他の例の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る放熱フィンの製造方法の一例の工程を示す図である。
【図４】本発明に係る放熱フィンの製造方法の他の例の工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  基材
２  炭素繊維
３  金属めっき層
４  ロウ材
１０  放熱フィン
１１  仮基材
１２  接着剤
１３  はんだペースト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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