(57)【要約】【課題】本発明は、機械的強度、耐久性、曲げ加工性、金属部材に対する接合性に優れ、放熱性と軽量性を有する放熱フィンを備えたヒートシンクを提供することを目的とする。【解決手段】ヒートパイプ及び／または受熱ブロックと、放熱フィンとを備えたヒートシンクであって、前記放熱フィンが、グラファイトに金属層が被覆された部材であるヒートシンク。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートパイプ及び／または受熱ブロックと、放熱フィンとを備えたヒートシンクであって、
前記放熱フィンが、グラファイトに金属層が被覆された部材であるヒートシンク。
【請求項２】
前記金属層が、金属メッキである請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記金属層が、ニッケル、スズ、銅及び亜鉛からなる群から選択された少なくとも１種の金属元素を含む請求項１または２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記放熱フィンが、前記ヒートパイプと熱的に接続された請求項１乃至３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記放熱フィンが、複数設けられ、複数の該放熱フィンが、相互に接している請求項１乃至４のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記放熱フィンが、前記受熱ブロックと熱的に接続されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記金属層が前記ヒートパイプへ伸延している請求項１乃至６のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体を冷却するヒートシンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器は、高機能化と処理の高速化に伴って、消費電力の多い高発熱量の電子部品等の発熱体が多数搭載されており、その発熱量も増大の一途をたどっている。そこで、高発熱量の電子部品等の発熱体を冷却して電子部品等の発熱体の動作を正常に保つことが、益々、重要となっている。高発熱量の電子部品等の発熱体を冷却する装置として、ヒートシンクが使用される場合がある。
【０００３】
上記事情から、ヒートシンクには、優れた放熱性が要求されている。熱伝導性、ひいては、放熱性に優れた材料として、グラファイトが挙げられる。そこで、ベースプレート、ヒートパイプ、及び放熱フィンを具備してなるヒートシンクであって、該放熱フィンが、多孔性グラファイトシートの空孔部にシリコーン樹脂を含浸させ又は硬化性シリコーンゴム組成物を含浸後硬化させたグラファイトシートからなるヒートシンクが提案されている（特許文献１）。
【０００４】
特許文献１では、多孔性グラファイトシートの空孔部にシリコーン樹脂を含浸させ又は硬化性シリコーンゴム組成物を含浸後硬化させたグラファイトシートからなる放熱フィンを用いることで、放熱フィンの端々まで熱を伝達させて、ヒートシンクの放熱性を向上させようとするものである。
【０００５】
しかし、特許文献１の放熱フィンでは、多孔性グラファイトシートの空孔部にシリコーン樹脂等を含浸させているので、特に、グラファイトシートが露出している部分では、機械的強度が弱く、耐久性が十分ではないという問題があった。また、特許文献１の放熱フィンでは、曲げ加工性や、ヒートパイプ等、他の金属部材との接合性が十分ではないという問題があった。さらに、特許文献１の放熱フィンでは、多孔性グラファイトシートの空孔部にシリコーン樹脂等を含浸させているので、熱伝導性に改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−２１９７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、機械的強度、耐久性、曲げ加工性、金属部材に対する接合性に優れ、放熱性と軽量性を有する放熱フィンを備えたヒートシンク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】
【０００８】
本発明の態様は、ヒートパイプ及び／または受熱ブロックと、放熱フィンとを備えたヒートシンクであって、前記放熱フィンが、グラファイトに金属層が被覆された部材であるヒートシンクである。
【０００９】
本発明の態様は、前記金属層が、金属メッキであるヒートシンクである。
【００１０】
本発明の態様は、前記金属層が、ニッケル、スズ、銅及び亜鉛からなる群から選択された少なくとも１種の金属元素を含むヒートシンクである。
【００１１】
本発明の態様は、前記放熱フィンが、前記ヒートパイプと熱的に接続されたヒートシンクである。
【００１２】
本発明の態様は、前記放熱フィンが、複数設けられ、複数の該放熱フィンが、相互に接しているヒートシンクである。
【００１３】
本発明の態様は、前記放熱フィンが、前記受熱ブロックと熱的に接続されているヒートシンクである。
【００１４】
本発明の態様は、前記金属層が前記ヒートパイプへ伸延しているヒートシンクである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の態様によれば、放熱フィンが、グラファイトに金属層が被覆された部材であることにより、機械的強度、耐久性、曲げ加工性、金属部材に対する接合性に優れ、放熱性と軽量性を有する放熱フィンを備えたヒートシンクを得ることができる。すなわち、放熱フィンが、グラファイトの部位を有することにより、銅等の金属部材と比較して、優れた熱伝導性（ひいては、放熱フィンの放熱性）と軽量性を得ることができる。また、グラファイトは、機械的強度と耐久性が十分とはいえないところ、放熱フィンがグラファイトを被覆する金属層を有することにより、軽量性を損なうことなく、機械的強度と耐久性を向上させることができる。さらに、グラファイトに金属層が被覆されていることにより、放熱フィンに、優れた曲げ加工性と金属部材に対する接合性を付与することができる。
【００１６】
本発明の態様によれば、金属層が金属メッキであることにより、金属層を確実に薄膜化しつつ、グラファイトと金属層間の空隙の発生を防止して、グラファイトに対する金属層の密着性を向上させることができる。
【００１７】
本発明の態様によれば、金属層が、ニッケル、スズ、銅及び亜鉛からなる群から選択された少なくとも１種の金属元素を含むことにより、曲げ加工性と金属部材に対する接合性をさらに向上させることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明のヒートシンクについて、詳細に説明する。本発明のヒートシンクは、ヒートパイプ及び／または受熱ブロックと、放熱フィンとを備えたヒートシンクであって、放熱フィンが、グラファイトに金属層が被覆された部材である。
【００１９】
ヒートシンクは、ヒートパイプまたは受熱プレートと、放熱フィンとを備えたものであれば、特に限定されないが、例えば、平板状の受熱プレートと、該受熱プレートに熱的に接続されたヒートパイプと、該ヒートパイプに熱的に接続された複数の平面状放熱フィン（平面状放熱フィンは、相互に接していない）とを備えているヒートシンク（第１実施形態例に係るヒートシンク）、平板状の受熱プレートと、該受熱プレートに、例えば該受熱プレートに立設されることで、熱的に接続された複数の平面状放熱フィンとを備えているヒートシンク（第２実施形態例に係る、ヒートパイプを有しないヒートシンク）、平板状の受熱プレートと、該受熱プレートに、例えば該受熱プレートに立設されることで、熱的に接続された複数の平面状放熱フィンと該受熱プレートと複数の該放熱フィンとに熱的に接続されたヒートパイプとを備えているヒートシンク（第３実施形態例に係るヒートシンク）、受熱プレートと、該受熱プレートに熱的に接続された複数のコ字状放熱フィンまたはコルゲート状放熱フィンとを備えているヒートシンク（第４実施形態例に係る、ヒートパイプを有しないヒートシンク）等を挙げることができる。第４実施形態例に係るヒートシンクの隣接する複数のコ字状放熱フィンでは、例えば、相互に、係止部等で連結、または鉛直方向に積み重ねらされている。
【００２０】
第１〜第４実施形態例に係るヒートシンクで用いられる受熱プレートは、例えば、熱伝導性のよい金属材料であり、具体例としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などの金属で製造されている。受熱プレートの一方面に、電子部品等の発熱体が熱的に接続される。なお、第４実施形態例に係るヒートシンクでは、受熱プレートを用いずに、ヒートパイプに相互に連結または積み重ねられているコ字状放熱フィンを固定し、該放熱フィンに発熱体が熱的に接続されてもよい。
【００２１】
ヒートパイプは、例えば、管状の密閉容器であるコンテナと、該コンテナに封入された作動流体と、該コンテナに設けられたウィック構造体とを備えている。コンテナの内部は、脱気されて減圧状態となっている。コンテナの長手（軸）方向が、ヒートパイプの熱輸送方向となっている。
【００２２】
コンテナは、例えば、熱伝導性のよい金属材料であり、具体例としては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などで製造されている。作動流体としては、例えば、水、代替フロン、パーフルオロカーボン、シクロペンタン等が挙げられる。
【００２３】
ウィック構造体は、毛細管力を有する構造体であり、コンテナの内部にウィック構造体が収容されていることにより、ヒートパイプの放熱部で気相から液相へ相変化した作動流体を円滑にヒートパイプの受熱部へ還流させることができる。ウィック構造体としては、一般に使用されるものであれば、いずれも使用可能であり、例えば、金属粉の焼結体、金属メッシュ、コンテナの内面に形成された細溝であるグルーブ等を挙げることができる。
【００２４】
本発明のヒートシンクに用いられる放熱フィンは、グラファイトの表面に金属層が形成されている構造を有する。金属層は、グラファイト全面に被覆されていてもよく、すなわち、グラファイトが露出していない態様でもよく、グラファイト表面の一部領域には金属層が形成されておらず、グラファイトの一部領域が露出している態様でもよい。グラファイトが露出している一部領域としては、例えば、後述する電解メッキ処理時の電極接続部等を挙げることができる。また、放熱フィンには、ヒートパイプを嵌挿して放熱フィンとヒートパイプを接続するための孔部、後述する無電解メッキ処理のために形成する孔部等の貫通孔が形成されていてもよい。
【００２５】
放熱フィンが、グラファイトの部位を有することにより、銅等の金属部材と比較して、ヒートシンクを軽量化することができる。また、放熱フィンが、グラファイトの部位を有することにより、金属部材と比較して熱伝導性が向上するので、放熱フィンに優れた放熱性を付与することができる。上記の通り、放熱フィンの放熱性が向上することから、各放熱フィンの面積を低減できるので、ヒートシンクを小型化でき、結果、ヒートシンクを狭小空間に設置することができる。
【００２６】
グラファイトの形状は、特に限定されないが、例えば、シート状のグラファイトが挙げられる。グラファイトシートの厚さとしては、特に限定されないが、例えば、機械的強度と放熱効率のバランスの点から、０．０１ｍｍ〜０．５０ｍｍが好ましく、０．１０ｍｍ〜０．３０ｍｍが特に好ましい。
【００２７】
グラファイトの空孔率（容積％）は、特に限定されないが、優れた熱伝導性と金属層に対する密着性を得る点から、５Ｖｏｌ％〜２５Ｖｏｌ％が好ましく、１０Ｖｏｌ％〜２０Ｖｏｌ％が特に好ましい。なお、必要に応じて、グラファイトの空孔率（容積％）が２５Ｖｏｌ％超の多孔性グラファイトを使用してもよい。
【００２８】
グラファイトの表面には、金属層が形成されている。グラファイトは、脆い特性を有するので、機械的強度と耐久性が十分とはいえないところ、金属層で少なくとも一部が被覆されることにより、軽量性を損なうことなく、放熱フィンの機械的強度と耐久性を向上させることができる。さらに、グラファイトに金属層が被覆されていることにより、前記金属層を介して、放熱フィンを、はんだ接合等によって、受熱プレートやヒートパイプ等の金属部材に確実に接合することができる。また、はんだ接合等により形成された、放熱フィンと上記金属部材との接合部は、優れた接合強度を発揮する。
【００２９】
また、グラファイトに金属層が被覆されていることにより、放熱フィンに優れた曲げ加工性を付与することができる。従って、例えば、平面状の放熱フィンに曲げ加工を施して、コ字状の放熱フィンやコルゲート状の放熱フィン等、折り曲げ部を有する放熱フィンに加工することができる。
【００３０】
金属層に含まれる金属の種類としては、特に限定されないが、例えば、ニッケル、スズ、銅、亜鉛、アルミニウム、チタン、クロム等を挙げることができる。これらは、単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。これらのうち、放熱フィンに、より優れた曲げ加工性と金属部材に対する接合性を付与する点から、ニッケル、スズ、銅、亜鉛が好ましい。
【００３１】
金属層の平均厚さは、特に限定されないが、例えば、曲げ加工性と軽量性を損なうことなく、機械的強度と耐久性を確実に付与する点から、５μｍ〜５０μｍが好ましく、１０μｍ〜３０μｍが特に好ましい。
【００３２】
金属層の形成方法は、特に限定されないが、例えば、グラファイトを電解メッキ、無電解メッキ、蒸着等により処理することで形成する方法が挙げられる。これらのうち、金属層を確実に薄膜化しつつ、グラファイトと金属層間の空隙の発生を防止して、グラファイトに対する金属層の密着性を向上させる点から、電解メッキ、無電解メッキ、すなわち、金属メッキが好ましい。グラファイトをメッキ処理等して製造した放熱フィンの金属層を、例えば、はんだ等によって受熱プレートやヒートパイプと接合することで、放熱フィンをヒートシンクに搭載することができる。
【００３３】
また、グラファイトとヒートパイプを組み上げてから、該組み上げ品を電解メッキまたは無電解メッキにて処理することでグラファイトに金属メッキを形成してもよい。グラファイトとヒートパイプとの組み上げ品をメッキ処理する場合には、金属メッキが放熱フィンからヒートパイプまで伸延している態様となっている。放熱フィンからヒートパイプまで伸延した金属層によって、放熱フィンとヒートパイプとが接合されるので、はんだ接合等を行わなくても、放熱フィンとヒートパイプとを熱的に接続することができる。従って、この場合、放熱フィンとヒートパイプとの接合部には、はんだ層等の接合痕は形成されていない。
【００３４】
なお、放熱フィンと受熱プレートやヒートパイプ等の他の金属部材との接合性が重視されるなど、ヒートシンクの使用状況によっては、放熱フィンが他の金属部材と接する部分とその近傍にのみ、金属層が形成されている態様でもよい。また、ヒートシンクの使用状況によっては、上記した金属層は、放熱フィンの一方の面にのみ形成されている態様でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のヒートシンクは、放熱性、機械的強度、耐久性、曲げ加工性、金属部材に対する接合性に優れ、さらに、軽量化できるので、広汎な分野で利用可能であり、例えば、携帯用の情報端末や２in１タブレット等のパーソナルコンピュータなどの高機能化された電子機器の分野で利用価値が高い。