(57)【要約】【課題】放熱性の高いヒートシンクを提供する。【解決手段】  グラファイト材料から形成されるプレート状のフィン部と、前記プレート状のフィン部の下端と接するベース部と、前記プレート状のフィン部と前記ベース部との接合部とを含み、前記プレート状のフィン部は１２００Ｗ／ｍｋ以上の熱伝導率と、１００μｍ以上の厚みとを有し、前記接合部は金属である、グラファイトヒートシンク。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラファイト材料から形成されるプレート状のフィン部と、前記プレート状のフィン部の下端と接するベース部と、前記プレート状のフィン部と前記ベース部との接合部とを含み、前記プレート状のフィン部は１２００Ｗ／ｍｋ以上の熱伝導率と、１００μｍ以上の厚みとを有し、前記接合部は金属である、グラファイトヒートシンク。
【請求項２】
前記接合部がスズおよび炭素と化合物を形成し得る少なくとも１種の元素を０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下含み、残部にＳｎを主成分として含む接合材から形成される、請求項１に記載のグラファイトヒートシンク。
【請求項３】
前記接合材の前記少なくとも１種の元素が、チタン、ジルコニウム、バナジウムの少なくとも１種を含む、請求項２に記載のグラファイトヒートシンク。
【請求項４】
スズと、炭素と、チタン、ジルコニウムおよびバナジウムのいずれかとを含む化合物が前記接合部に含まれる、請求項３に記載のグラファイトヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体からの熱を放散するヒートシンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の高性能化に伴い、電子機器の発熱量が増加している。熱源から熱を放散するために、熱源に対してヒートシンクなどの熱伝導体が装着されることが一般的であったが、電子機器の発熱量の増加に伴い、ヒートシンクは大型化している。しかしながら、電子機器の小型化・軽量化のためには、小型で多くの熱を逃がすことの出来るヒートシンクが必要であり、その一手段として、熱伝導率の高いグラファイトを使用したヒートシンクが着目されている。
【０００３】
グラファイトを使用したヒートシンクには、例えば、特許文献１に記載されたものがある。一般的にヒートシンクは、熱源と接するベース部と、熱を逃がすためのフィン部とを有するが、特許文献１のヒートシンクは、フィン部に熱伝導率の高いグラファイトシートを用いることで放熱性を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０７２４２８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、フィン部とベース部との接合にポリビニルアセタール樹脂を含む組成物を用いて形成される接着層を用いているが、ポリビニルアセタール樹脂の熱伝導率は一般的な金属の熱伝導率の１００分の１以下であるため、接合層が金属のみからなる場合と比較して、ベース部からフィン部へ熱を伝えづらくなり、十分なヒートシンクの熱輸送性を確保することができないと考えられる。特許文献１の接合層は、上述したように、金属に比べて熱伝導率が小さいものと考えられるため、接合層の熱抵抗を低減するために接合層の厚みを薄くする必要があると考えられる。しかしながら、接合層の厚みを薄くした場合、接合層の接合強度もまた、低減するものと考えられる。この場合、薄い接合層が厚みのあるフィン部を固定するのに十分な接合強度を有さないおそれがあるため、フィン部の厚みを増やすことができず、放熱性を向上させることができない。
【０００６】
本発明の課題は前記従来の問題を解決する、放熱性の高いヒートシンクを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のグラファイトヒートシンクは、グラファイト材料から形成されるプレート状のフィン部と、前記プレート状のフィン部の下端と接するベース部と、前記プレート状のフィン部と前記ベース部との接合部とを含み、前記プレート状のフィン部は１２００Ｗ／ｍｋ以上の熱伝導率と、１００μｍ以上の厚みとを有し、前記接合部は金属である。
【０００８】
本発明のグラファイトヒートシンクは、上記構成を有することにより高い放熱性を有するため、発熱密度の高い機器においても効果的に用いることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、放熱性の高いヒートシンクが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例におけるヒートシンクの模式断面図である。
【図２】本発明の実施例において使用したベース部の模式断面図である。
【図３】放熱性検証実験のための装置の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１２】
＜ベース部＞
ベース部は、フィン部の保持を目的としている。ベース部の材料には、熱源からフィン部まで熱を効果的に伝えることができるように、熱伝導率が高い材料が用いられることが望ましい。ベース部の材料には、例えば、アルミ、銅などの金属、カーボン、樹脂などを用いることができるが、これに限定されず、高い熱伝導率を有する任意の材料を用いることができる。
【００１３】
＜フィン部＞
フィン部は、ベース部の熱を搬送し、大気へ放散することを目的としており、高い熱輸送性が求められる。熱輸送性にはフィン部に使用される材質の熱伝導率と厚みが寄与している。熱伝導率はフィン部の先端まで熱を輸送する速度に関連しており、厚みは取り扱う熱量と関連している。発熱密度の高い機器に用いられるためには、フィン部の熱伝導率が１２００Ｗ／ｍｋ以上であり、厚みが１００μｍ以上であることが望ましい。熱伝導率が１２００Ｗ／ｍｋよりも高いことにより、フィン部の先端まで迅速に熱を伝えることができ、放熱を効率的に行うことができる。また、厚みが１００μｍ以上であることにより、十分な量の熱量を取り扱うことができ、ヒートシンクとしての放熱性を向上させることができる。
【００１４】
フィン部の材料には、グラファイト材料が用いられる。ここで、グラファイト材料が導電物質であることから、粉落ち対策として、ラミネートやコーティングをフィン部の表面に形成してもよい。
【００１５】
＜接合部＞
接合部は、フィン部とベース部とを接合する部材である。接合部を形成するための接合材として金属を使用することができ、例えばＳｎまたはＴｉを含む合金等が用いられるが、これに限定されない。接合部が、他の物質と比較して熱抵抗が低い、金属の接合材を用いて形成されることにより、ベース部の熱を効率よくフィン部に伝えることができる。
【００１６】
接合部の金属に、スズおよび炭素と化合物を形成し得る少なくとも１種の元素（化合物形成性元素）を０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下含み、残部にＳｎを主成分として含む接合材を使用することができる。本発明において上記接合材が用いられることにより、接合部とフィン部を形成するグラファイト材料との間にスズと炭素と化合物形成性元素とを含む金属間化合物を形成することができ、これによりグラファイト材料と接合部とをより効果的に接合することができる。化合物形成性元素には例えば、チタン、ジルコニウム、バナジウムの少なくとも１種を用いることができるが、これに限定されるものではない。化合物形成性元素にチタン、ジルコニウム、バナジウムの少なくとも１種を用いた場合に、上記金属間化合物の形成が生じると、接合部はスズと、炭素と、チタン、ジルコニウムおよびバナジウムのいずれかとを含む化合物を含んでいる。接合部がスズと、炭素と、チタン、ジルコニウムおよびバナジウムのいずれかとを含む化合物を含むことによりグラファイトの特性を維持した接合が可能になる。
【００１７】
本明細書において「スズおよび炭素と化合物を形成し得る少なくとも１種の元素（化合物形成性元素）」とは、スズおよび炭素と化合物を形成する任意の元素をいう。化合物形成性元素が２種類以上あるとき、接合材における化合物形成性元素の含有率（ｗｔ％）とは、接合材の総重量に対する、接合材に含まれる２種類以上の化合物形成性元素の重量の和の割合を示している。
【００１８】
本明細書において「主成分」とは、接合材に含まれる元素の中で最も存在比率が高い元素を意味する。
【実施例】
【００１９】
以下、図面を参照しながら実施例を示すことにより、実施の形態をより具体的に説明する。ただし、以下の３つの実施例は実施の形態を限定するものではない。
【００２０】
図１は、本発明の実施例１〜３におけるヒートシンク１０の断面模式図であり、ヒートシンク１０は、熱源と接するベース部１と、熱を逃がすためのフィン部２と、ベース部１とフィン部２とを接合する接合部３とからなる。以下に各部材について詳細に説明する。
【００２１】
＜ベース部１＞
実施例１〜３においてベース部１には、アルミを加工したものを使用した。寸法は４０×４０×５ｍｍであり、フィン部２を差し込む部分として深さ２ｍｍのスリット４をフィン部２の厚みの幅で等間隔に９本設けた。図２はスリット４を設けたベース部１の断面模式図を表したものである。
【００２２】
＜フィン部２＞
フィン部２には、２５μｍのポリイミドフィルム（東レ・デュポン株式会社製、カプトンフィルム）を重ねて、加圧を行いながら２８００度で焼成することにより作製したグラファイト材料を使用した。重ねるフィルムの枚数を変えながら、１００、３００および５００μｍの厚みを有する３種類のグラファイト材料を作製し、それぞれ実施例１、２および３のフィン部２として用いた。実施例１〜３において作製したフィルム状のフィン部２の面の寸法はいずれも横４０ｍｍ縦４２ｍｍであり、深さ２ｍｍのスリット４に挿入して使用したため、フィルム状のフィン部２の上端から４０ｍｍがベース部１の外側に突き出ていた。
【００２３】
＜接合部３＞
実施例１〜３において接合部３には、チタンを１．０ｗｔ％含有し残部がスズである接合材を用いた。
【００２４】
実施例１〜３において、ヒートシンクの製造は、複数のフィン部２と、複数のフィン部２の厚みに対応した幅のスリット４を有するベース部１とを用意し、接合部３を形成する接合材をベース部１のスリット４に流し込み、スリット４にフィン部２を挿入して、窒素環境下で６００℃の温度で焼成することにより行った。
【００２５】
（比較例）
上述した３つの実施例に対して、比較例となるヒートシンクを３つ製造した。比較例１は、ベース部１およびフィン部２の材料と、フィン部２の厚みとを実施例１と同じにし、接合部３には熱伝導グリス（信越化学  Ｇ−７９９）を使用した。比較例２は、ベース部１、フィン部２および接合部３の材料を実施例１と同じにし、フィン部２の厚みを実施例１の１００μｍよりも薄い８０μｍとした。比較例３においては、従来においてよく使用される方法であるアルミニウムの削り出し加工を行うことにより、ヒートシンクを製造した。比較例３のヒートシンクは単一のアルミニウム部材からなるため接合部３は不要であった。比較例３のフィン部２の厚みは加工下限である、５００μｍとした。
【００２６】
得られたヒートシンクの放熱性について簡易的なジグを用いて検証を行った。図３は効果検証ジグの断面模式図を示したものである。発熱体５に各ヒートシンクを設置した後にＦＡＮ６を回転させ、熱電対を取り付けた銅ブロックを測温部７に用いて発熱体の温度を測定した。本発明ではヒートシンクの特性向上を目的としており、熱源温度が２℃変化した場合にヒートシンクの特性が変化したと判断した。比較例１に比べて熱源温度が２度低下した場合に放熱性○と評価した。熱源温度が上昇した場合は放熱性×とし、温度の低下が２℃未満の場合に△と評価した。
【００２７】
実施例１〜３および比較例１〜３の、各部材の材料と、フィン部２の熱伝導率および厚みと、上記検証により得られた熱源温度および評価の結果とを以下の表１に示した。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
表１の実施例１の熱源温度と比較例１の熱源温度とを比較することで、ベース部１とフィン部２とが金属を介して接合されることによりヒートシンクの高い放熱性が実現されることがわかった。これは、ベース部１とフィン部２とが熱抵抗が低い金属で接合されていることにより、ベース部１の熱が効率的にフィン部２に伝わるためであると考えられる。
【００３０】
表１の実施例１〜３と比較例２とを比較することで、フィン部２の厚みが１００μｍよりも薄い場合には、ベース部１と金属的な接合が行われていたとしても放熱性の改善効果が得られないことが分かった。これは、熱を輸送するグラファイトが薄いために、輸送される熱が少なくなり、放熱性が有意に向上しなかったためであると考えられる。
【００３１】
表１の比較例３より、フィン部２の熱伝導率が低い場合には、フィン部２に５００μｍの厚みがあっても放熱性の改善効果が得られないことがわかった。これは、フィン部２の熱伝導率が低いために、フィン部２の先端まで迅速に熱を伝えることができず、放熱を効率的に行えなかったためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の製造方法で作製されるヒートシンクは、放熱性が高いために、例えば、サーバー、サーバー用パソコン、プロジェクター等の電子機器などの熱対策材として使用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  ベース部
２  フィン部
３  接合部
４  スリット
５  発熱体
６  ＦＡＮ
７  測温部
１０  ヒートシンク
【図１】
2018093119.tif 000003
【図２】
2018093119.tif 000004
【図３】
2018093119.tif 000005