(57)【要約】【課題】中空の骨格によって形成される３次元網目状構造体を用いて、伝熱性が高いヒートシンクを提供する。【解決手段】ベースと、ベース上に形成され、互いに離間して配置される複数のフィンと、複数のフィンの間に配置され、中空状の骨格によって３次元状に連通する連通孔部が形成され、全体の気孔率が９０％〜９９％であり、中空状の骨格は、密度比が９０％以上のアルミニウム及び／又はアルミニウム合金によって形成される、３次元網目状構造体と、を備え、フィンと３次元網目状構造体の界面がアルミニウム系ろう材によって接合されている、ヒートシンクである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースと、前記ベース上に形成され、互いに離間して配置される複数のフィンと、前記複数のフィンの間に配置され、中空状の骨格によって３次元状に連通する連通孔部が形成され、全体の気孔率が９０％〜９９％であり、前記中空状の骨格は、密度比が９０％以上のアルミニウム及び／又はアルミニウム合金によって形成される、３次元網目状構造体と、を備え、前記フィンと前記３次元網目状構造体の界面がアルミニウム系ろう材によって接合されている、ヒートシンク。
【請求項２】
前記３次元網目状構造体は、前記フィンと前記３次元網目状構造体の界面から少なくとも０．５ｍｍまで中実である、請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記３次元網目状構造体の中空状の骨格は、少なくとも１つの開口部を有する、請求項１又は２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記３次元網目状構造体は、前記ベースと接触し、前記ベースとの界面が接合されていない、請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記３次元網目状構造体は、前記ベースと接触し、前記ベースとの界面がアルミニウム系ろう材によって接合されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記３次元網目状構造体の目粗さが６ｐｐｉ〜３０ｐｐｉである、請求項１から５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】
本発明の一実施形態は、ヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元状に連結する骨格を有し、その骨格により３次元状に連結する気孔が形成される３次元網目状構造を有する多孔質体は、連結する気孔にガスあるいは液体等の流体を通過させるとともに、これらの流体を濾過処理するフィルター（特許文献１、２等）や、これらの流体を骨格表面に担持した触媒により改質する触媒用担体等（特許文献２等）に用いられている。
【０００３】
このような３次元網目状構造を有する多孔質体は、連通孔を有する発泡樹脂骨格表面を導電化処理して電気メッキした後、加熱して樹脂を分解除去する方法（特許文献３等）や、連通孔を有する発泡樹脂に有機高分子結合剤と金属微小体との混練物を浸漬、スプレー等して塗着した後、加熱して樹脂を分解除去するとともに金属微小体を焼結する方法（特許文献１、２、４、６等）、あるいは、連通孔を有する発泡樹脂の骨格表面に粘着性を付与させた後、粉体を被着させた後、加熱して樹脂を分解除去するとともに粉体を焼結する方法（特許文献５等）により製造される。
【０００４】
このような３次元網目状構造を有する多孔質体は、流体との接触面積が大きいことから、ヒートシンク等の熱交換部品への適用が検討されている。ヒートシンクは、温度の高い物体から低い物体へ効率的に熱を移動させて加熱や冷却の用途に用いられる機器であり、一般に、熱交換の媒体として液体や気体等の流体を用いて流体に熱を与える（加熱）もしくは流体から熱を奪う（冷却）ことで加熱や冷却を行う。
【０００５】
特許文献７には、３次元状に連結する骨格を有し、この骨格により３次元状に連通する連通孔を有し、気孔率が９２〜９８％であり、連通孔の大きさが８００〜２０００μｍであり、骨格が中空状である熱交換器用多孔質部材が開示されている。これによって、熱交換器用の金属フィンに適するように通風抵抗と熱伝達率とのバランスを改善している。
【０００６】
非特許文献１には、ピンフィンヒートシンクのピンの隙間に発泡金属を充填しハイブリッドヒートシンクを作製し、伝熱促進をする方法が開示されている。非特許文献１では、ハイブリッドヒートシンクは、発泡金属にピンフィンを圧入して作製され、ベースと発泡金属がろう付けされ、ピンフィンの側面と発泡金属はろう付けされていない（１９６２ページ、第１段落）。
【０００７】
非特許文献２及び非特許文献３には、パラレルフィンの間に発泡金属を配置したパラレルフィンヒートシンクが開示されている。
非特許文献２では、ヒートシンクの伝熱特性を数値的に検討しており、発泡金属とフィンの接触抵抗についてろう付けの影響を考慮しているが、ろう付けについて詳細に検討されていない（０２１０１４−２ページ、右欄）。
非特許文献３では、熱伝導性のエポキシを用いて、発泡金属をフィンとベースに結合させている。
また、非特許文献１〜３は、いずれも発泡金属の構造について詳細に検討されていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】安藤健志,今井悠介,平井秀和,中山顕,”発泡金属充填ピンフィンヒートシンクを用いた伝熱促進”,日本機械学会論文集(B編),77巻,782号,2011,p1958-1967
【非特許文献２】S.S.Feng,J.J.Kuang,T.J.Lu1 and K.Ichiyama,”Heat Transfer and Pressure Drop Characteristics of Finned Metal Foam Heat Sinks Under Uniform Impinging Flow”,Journal of Electronic Packaging,JUNE 2015,Vol.137,p021014-1~021014-12
【非特許文献３】A.Bhattacharya and R.L.Mahajan,”Finned Metal Foam Heat Sinks for Electronics Cooling in Forced Convection”,Journal of Electronic Packaging,SEPTEMBER 2002,Vol.124,p155-163
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０５−３３９６０５号公報
【特許文献２】特開平０８−０２０８３１号公報
【特許文献３】特開昭５７−１７４４８４号公報
【特許文献４】特公昭６１−０５３４１７号公報
【特許文献５】特開平０６−２３５０３３号公報
【特許文献６】特公平０６−０８９３７６号公報
【特許文献７】特開２０１６−１４２４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
３次元網目状構造を有する多孔質部材をヒートシンク等の熱交換部材に適用すると、緻密な成形体で形成されるヒートシンクに比べて比表面積が大きいことから効率よく熱交換することができる。しかし、高気孔率の多孔質部材は、フィン高さが高くなるとフィンの高い位置まで発熱体からの熱が伝達しにくく、フィン効率が低下し、伝熱性が低下する問題がある。
また、３次元網目状構造を形成する骨格が中空である多孔質部材をヒートシンクに用いる場合では、伝熱性の低下が特に問題になる。
【００１１】
本発明の一実施形態は、中空の骨格によって形成される３次元網目状構造体を用いて、伝熱性が高い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】
【００１２】
本発明の一実施形態は、以下の通りである。
［１］ベースと、前記ベース上に形成され、互いに離間して配置される複数のフィンと、前記複数のフィンの間に配置され、中空状の骨格によって３次元状に連通する連通孔部が形成され、全体の気孔率が９０％〜９９％であり、前記中空状の骨格は、密度比が９０％以上のアルミニウム及び／又はアルミニウム合金によって形成される、３次元網目状構造体と、を備え、前記フィンと前記３次元網目状構造体の界面がアルミニウム系ろう材によって接合されている、ヒートシンク。
［２］前記３次元網目状構造体は、前記フィンと前記３次元網目状構造体の界面から少なくとも０．５ｍｍまで中実である、［１］に記載のヒートシンク。
［３］前記３次元網目状構造体の中空状の骨格は、少なくとも１つの開口部を有する、［１］又は［２］に記載のヒートシンク。
【００１３】
［４］前記３次元網目状構造体は、前記ベースと接触し、前記ベースとの界面が接合されていない、［１］から［３］のいずれかに記載のヒートシンク。
［５］前記３次元網目状構造体は、前記ベースと接触し、前記ベースとの界面がアルミニウム系ろう材によって接合されている、［１］から［３］のいずれかに記載のヒートシンク。
［６］前記３次元網目状構造体の目粗さが６ｐｐｉ〜３０ｐｐｉである、［１］から［５］のいずれかに記載のヒートシンク。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、一実施形態によるヒートシンクを模式的に表す概略斜視図である。
【図２】図２は、一実施形態によるヒートシンクのパラレルフィンと３次元網目状構造体の界面を模式的に表す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態について説明するが、以下の例示によって本発明は限定されない。
【００１６】
一実施形態によるヒートシンクは、ベースと、ベース上に形成され、互いに離間して配置される複数のフィンと、複数のフィンの間に配置され、中空状の骨格によって３次元状に連通する連通孔部が形成され、全体の気孔率が９０％〜９９％であり、中空状の骨格は、密度比が９０％以上のアルミニウム及び／又はアルミニウム合金によって形成される、３次元網目状構造体と、を備え、フィンと３次元網目状構造体の界面がアルミニウム系ろう材によって接合されていることを特徴とする。
これによれば、伝熱性及びフィン効率に優れるヒートシンクを提供することができる。
【００１７】
図１に、ヒートシンクの一例の概略斜視図を示す。
図１に示すヒートシンク１００は、ベース１０及び複数のパラレルフィン２０から構成されるパラレルフィン型ヒートシンク３０と、３次元網目状構造体４０とを備える。３次元網目状構造体４０は、複数のパラレルフィン２０の間に配置される。
【００１８】
以下、ヒートシンクを構成する各部材について説明する。
ベースは、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金等の金属材料によって形成することができる。なかでも、発熱体からの伝熱性に優れることから、アルミニウム、アルミニウム合金、又はこれらの組み合わせが好ましい。
ベースは、緻密体であっても多孔質体であってもよい。発熱体からの伝熱性を高めるために、ベースは緻密体であることが好ましい。
ベースの平面サイズ及び厚さは特に制限されず、ヒートシンクの用途やサイズに応じて変更可能である。
【００１９】
パラレルフィンは、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金等の金属材料によって形成することができる。なかでも、発熱体からベースを介しての伝熱性に優れることから、アルミニウム、アルミニウム合金、又はこれらの組み合わせが好ましい。また、ベース及びパラレルフィンがともにアルミニウム、アルミニウム合金、又はこれらの組み合わせによって形成されることがより好ましい。
パラレルフィンは、緻密体であっても多孔質体であってもよい。ベースからの伝熱性を高めるために、パラレルフィンは緻密体であることが好ましい。パラレルフィンが多孔質体である場合は、ベースからの伝熱性を高めるために、気孔率が９０％以下が好ましく、５０％以下がより好ましい。また、パラレルフィンが多孔質体である場合は、閉気孔及び開気孔のいずれの多孔質体であってもよいが、ベースからの伝熱性の観点から、閉気孔の多孔質体であることが好ましい。
パラレルフィンのベースからの高さ、厚さ、幅は特に制限されず、ヒートシンクの用途やサイズに応じて変更可能である。
パラレルフィンのベースからの高さが高くなるほど放熱のための面積が大きくなるため、発熱体の冷却効率に優れる。一方で、パラレルフィンは、ベースからの高さが高い位置では、伝熱性が低下し、冷却効率に寄与しないことがある。そのため、パラレルフィンのベースからの高さは、伝熱性及び冷却効率を考慮して決定されることが好ましい。
【００２０】
ベースとパラレルフィンは一体成型されていてもよい。また、ベースとパラレルフィンとが別々の部材であって互いに接合されていてもよい。別々の部材の場合、ベースとパラレルフィンを接合する方法としては、ろう付け、はんだ付け、熱伝導シート等が挙げられる。
パラレルフィンの個数は、特に制限されない。複数のパラレルフィンは、互いに離間して、互いに平行となるように配置されることが好ましい。
【００２１】
一実施形態による３次元網目状構造体は、中空状の骨格によって３次元状に連通する連通孔部が形成され、全体の気孔率が９０％〜９９％であり、中空状の骨格は、密度比が９０％以上のアルミニウム及び／又はアルミニウム合金によって形成されることが好ましい。
【００２２】
３次元網目状構造体の骨格は、外壁とその内部の空洞部とを有する中空状であることが好ましい。
骨格の断面形状は特に限定されないが、円形、楕円形、三角形、四角形等の多角形等であってよい。
骨格の外径は、０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。また、骨格の内径は０．０４〜０．３ｍｍであることが好ましい。骨格の外壁の断面方向の厚さは、０．０３〜０．２ｍｍであることが好ましい。
この範囲で、３次元網目状構造体の強度とともに通風抵抗をより改善することができる。
骨格は開口部を備えることができる。開口部は、骨格の外壁に形成され、骨格の空洞部が大気に開放されるようになる。これによって、骨格の空洞部に貯まった熱を大気に放出し、より放熱性を高めることができる。
【００２３】
また、３次元網目状構造体の骨格は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、又はこれらの組み合わせによって形成することができる。
アルミニウムとしては、Ａｌ：９５質量％以上で、残部がＣ、Ｎ、Ｏ等の不純物からなり、他の金属元素を含まないものを用いることができる。アルミニウム合金としては、例えば、アルミニウムと、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ等から選択される１種以上の金属との合金を用いることができる。
骨格を形成するアルミニウム及び／又はアルミニウム合金は、密度比が９０％以上が好ましく、９５％以上がより好ましい。この密度比は、アルミニウム及び／又はアルミニウム合金の理論密度に対する、アルミニウム及び／又はアルミニウム合金によって形成される骨格の密度の比である。
ここで、骨格の密度は、アルキメデス法による実測が不可能なため、画像分析ソフトウエア（三谷商事株式会社製「ＷｉｎＲＯＦＦ」等）を用いて、骨格断面の画像を自動二値化処理したり、該画像をグレースケールに変換して適当な閾値を設定したりすることにより、測定を行うことができる。
【００２４】
３次元網目状構造体の骨格は、３次元状に連通する連通孔部を形成する。
この連通孔部によって、３次元網目状構造体の通風抵抗を低くすることができ、また、比表面積を大きくして放熱性を高めることができる。
連通孔部の大きさは、５００μｍ〜４０００μｍが好ましく、１０００μｍ〜３５００μｍがより好ましい。ここで、連通孔の大きさは、円相当径である。
【００２５】
３次元網目状構造体の全体の気孔率は、９０％以上が好ましく、９５％以上がより好ましい。また、３次元網目状構造体の全体の気孔率は、９９％以下が好ましく、９８％以下がより好ましい。これによって、３次元網目状構造体の通風抵抗及び放熱性をより改善することができる。
ここで、３次元網目状構造体の全体の気孔率は、質量と縦・横・高さを測定して見かけ密度を求め、アルミニウム又はアルミニウム合金の理論密度で除して密度比（％）を求め、１００からこの密度比を引くことで求めることができる。
【００２６】
３次元網目状構造体の目粗さは、６ｐｐｉ以上が好ましい。これによって、開気孔の多孔質体として、比表面積を十分に確保し、放熱性をより改善することができる。
３次元網目状構造体の目粗さは、３０ｐｐｉ以下が好ましく、２３ｐｐｉ以下がより好ましい。これによって、微細な気孔をある程度制限し、多孔質体の表面ともに内部の熱交換性をより改善することができる。
ここで、３次元網目状構造体の目粗さは、３次元網目状構造体表面の１インチに観察される孔部の数（ｐｐｉ、ポアパーインチ）で表され、株式会社キーエンス製「ワンショット３Ｄ測定マイクロスコープ」等によって測定することができる。
【００２７】
３次元網目状構造体の比表面積は、５００〜３０００ｍ−１が好ましく、５５０〜１２５０ｍ−１がより好ましい。これによって、通風抵抗及び放熱性をより改善することができる。
ここで、３次元網目状構造体の比表面積は、ガス吸着法によって測定することができる。
【００２８】
３次元網目状構造体は、一対のパラレルフィンとベースとで囲まれる空間に、一対のパラレルフィンとベースに対する隙間が例えば１０ｍｍ以内、好ましくは５ｍｍ以内となるように配置されることが好ましい。この隙間は、１ｍｍ以上であってもよく、２ｍｍ以上であってもよい。そして、一対のパラレルフィンのうち少なくとも一方のうち、パラレルフィンと３次元網目状構造体との界面の少なくとも一部又は全部の領域がアルミニウム系ろう材によって接合されていることが好ましい。ろう付けについては後述する。
【００２９】
以下、３次元網目状構造体を製造する方法の一例について説明する。なお、一実施形態による３次元網目状構造体は、以下の製造方法によって製造されたものに限定されない。
３次元網目状構造体は、例えば、３次元網目状構造を有し加熱分解可能な基体に、Ａｌ系粉末を付着させ、その後に、基体を加熱分解して除去することで、製造することができる。ここで、Ａｌ系粉末は、アルミニウム粉末、アルミニウム合金粉末、又はこれらの組み合わせである。
【００３０】
基体は、３次元状に連結する骨格によって３次元状に連通する連通孔が形成された３次元網目状構造体であることが好ましい。基体の外観形状、細孔特性等は、３次元網目状構造体の最終的な形状等に応じて、適宜設定することができる。
基体は、加熱分解によって除去される特性から、樹脂を好ましく用いることができる。具体的には、基体としては、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等のフォームを挙げることができ、なかでもポリウレタンフォームが好ましい。
【００３１】
アルミニウム粉末には、Ａｌ：９５質量％以上で、残部がＣ、Ｎ、Ｏ等の不純物からなり、他の金属元素を含まないものを用いることができる。
アルミニウム合金粉末には、ＡｌにＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ等の合金化元素を予合金化したアルミニウム合金粉末等を用いることができる。これによって、アルミニウム合金によって３次元網目状構造体の骨格を形成することができ、３次元網目状構造体の強度をより高めることができる。
Ａｌ系粉末には、一般的な製品として、表面に１０Å程度の酸化被膜（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）が形成されるものを用いることができる。
【００３２】
Ａｌ系粉末は、平均粒子径が２０μｍ以下が好ましい。これによって、基体の微細な骨格に、Ａｌ系粉末を密に付着させることができる。
Ａｌ系粉末には、粒子径が１００μｍを超える粒子が含まれないことが好ましい。これによって、基体の微細な骨格に付着した粒子が剥がれ落ちないようにすることができる。
Ａｌ系粉末は、活性な粉末であるため取扱い性の観点から、平均粒子径が０．１μｍ以上が好ましい。
ここで、平均粒子径は、レーザ回折法によって測定することができる。
【００３３】
基体へＡｌ系粉末を付着する方法としては、例えば、基体を導電化処理しＡｌ系電気メッキする方法、Ａｌ系粉末を含む分散媒に基体を浸漬する方法、Ａｌ系粉末を基体にスプレーする方法、基体表面に粘着性を付与させＡｌ系粉末を付着させる方法等が挙げられる。これらの詳細は、特許文献１〜７に開示されている。なかでも、浸漬法又はスプレー法を用いることが好ましい。
【００３４】
Ａｌ系粉末を含む分散媒に基体を浸漬させる方法では、分散媒として、アルコール、水、フェノール樹脂等を用いることができる。Ａｌ系粉末の濃度は、５０質量％〜７０質量％が好ましい。分散媒には、接着剤、分散剤等の添加剤を含ませてもよい。
浸漬後に適宜乾燥し分散媒等の揮発成分を除去することが好ましい。
【００３５】
基体にＡｌ系粉末をスプレーする方法では、Ａｌ系粉末は、乾燥状態でスプレーしてもよく、分散媒と混合し液体状でスプレーしてもよい。
スプレー後に適宜乾燥し分散媒等の揮発成分を除去することが好ましい。
【００３６】
Ａｌ系粉末が付着した基体は、基体の樹脂が熱分解される温度以上で熱処理することが好ましい。これによって、樹脂製の基体を除去し、金属で形成される中空状の骨格を残すことができる。
また、Ａｌ系粉末が付着した基体は、Ａｌ系粉末の融点以上で熱処理することが好ましい。例えば、アルミニウムの融点（６６０．４℃）以上である。これによって、基体に付着したＡｌ系粉末が溶融して、より緻密な骨格を形成することができる。
【００３７】
基体に付着したＡｌ系粉末は、熱処理前では、表面が酸化被膜で覆われ、酸化被膜を介して各粒子が接触している。そして、基体に付着したＡｌ系粉末は、その融点以上に熱処理されると、溶融して粒子の表面の酸化被膜を破って、粒子表面を濡らしながら隣り合う粒子が結合するようになる。このとき粒子表面に形成されていた酸化被膜が代用骨格となり、溶融したＡｌ系粉末がこの代用骨格の外側で濡れることにより、骨格の外壁の形状を維持しながら、粒子同士がより強固に結合するようになる。
【００３８】
具体的には、Ａｌ系粉末が付着した基体は、６６０℃以上で熱処理することが好ましく、６６５℃以上がより好ましい。
Ａｌ系粉末が付着した基体は、これに限定されないが、７００℃以下で熱処理することが好ましく、６８０℃以下がより好ましい。
Ａｌ系粉末が付着した基体は、非酸化性雰囲気中で熱処理することが好ましい。これによって、Ａｌ系粉末の酸化を防ぐとともに、樹脂製の基体の熱分解を促進することができる。
【００３９】
上記した３次元網目状構造体の製造方法にしたがえば、密度比が９０％以上であるアルミニウム及び／又はアルミニウム合金によって形成される中空状の骨格を形成することができる。熱処理後の骨格は、樹脂製の骨格が存在していた部分が空洞部となった中空状となる。
３次元網目状構造体の骨格を形成するアルミニウム及び／又はアルミニウム合金には、製造条件によっては、原料の粒子表面に形成されていた酸化被膜、すなわちアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が内部に分散するようになる。
アルミナは硬質な材料であるため、基地となるアルミニウム及び／又はアルミニウム合金に分散して基地を強化することができる。３次元網目状構造体の骨格にアルミナが分散することで、骨格の強度をより高めることができる。
【００４０】
基体へのＡｌ系粉末の付着は、基体の表面からのＡｌ系粉末の厚さが１００μｍ〜１０００μｍとなるようにすることが好ましい。これによって、Ａｌ系粉末が溶融する際に、表面張力による型崩れを防止し、最終的な骨格形状の型崩れを防止することができる。また、この程度にＡｌ系粉末を付着することで、最終的な骨格の断面方向の長径（太さ）を１００μｍ〜３００μｍとすることができる。
【００４１】
３次元網目状構造体は、一対のパラレルフィンとベースとで囲まれる空間に配置されるように、切断加工等が施されてもよい。３次元網目状構造体は、一対のパラレルフィンとベースに対する隙間が例えば２０ｍｍ以内、好ましくは０．５ｍｍ以内となるように加工されてから、一対のパラレルフィンの間に配置されることが好ましい。
【００４２】
パラレルフィンと３次元網目状構造体の界面はアルミニウム系ろう材によって接合されていることが好ましい。これによって、パラレルフィンから３次元網目状構造体への伝熱性をより高めることができる。詳しくは、パラレルフィンと３次元網目状構造体とが対向する面でろう付けされることで、パラレルフィンと３次元網目状構造体との接触面積が大きくなり、より伝熱性を高めることができる。
この際に、３次元網目状構造体の骨格は、パラレルフィンと３次元網目状構造体の界面から少なくとも０．５ｍｍまで中実であることが好ましい。この界面からの距離は、界面に対して直交する高さ方向の距離である。
これによって、パラレルフィンと３次元網目状構造体との接触面積をより大きくして、伝熱性をより高めることができる。
３次元網目状構造体の骨格は、パラレルフィンと３次元網目状構造体の界面から少なくとも２．０ｍｍから中空であることが好ましい。これによって、骨格の外壁の外側と内側の面を用いてより大面積での放熱が可能となって、放熱性をより高めることができる。また、中空形状であるため軽量化を図ることができる。
【００４３】
図２に、パラレルフィン２０と３次元網目状構造体４０の界面の概略断面図を示す。
図２では、パラレルフィン２０上に、ろう材５０が塗布され、ろう材５０によって３次元網目状構造体４０の骨格４１、４２がパラレルフィン２０に接合されている。３次元網目状構造体４０のパラレルフィン２０に近い骨格部分４２は中実であり、パラレルフィン２０から離れた骨格部分４１は中空である。中実の骨格部分４２は、毛細管現象によってパラレルフィン４０上のろう材５０が中空部に充填されて形成される。
【００４４】
ベースと３次元網目状構造体の界面はろう付けされていなくてもよい。パラレルフィンと３次元網目状構造体の界面がろう付けされていることで、十分な伝熱性を得ることができる。また、ヒートシンクの形状が複雑であったり小さかったりすると、ベースと３次元網目状構造体の界面のろう付けは特に工程が複雑になるため、この部分のろう付けは省いてもよい。
【００４５】
一方、ベースと３次元網目状構造体の界面はアルミニウム系ろう材によって接合されていてもよい。これによって、伝熱性をより高めることができる。
上記ベースとパラレルフィンをろう付けする場合と同様に、ベースと３次元網目状構造体の界面をろう付けする場合は、界面から少なくとも０．５ｍｍまで中実であることが好ましく、また、界面から少なくとも２．０ｍｍから中空であることが好ましい。
【００４６】
以下、３次元網目状構造体をパラレルフィンにろう付けする方法の一例について説明する。３次元網目状構造体をベースにろう付けする場合は、特に説明しない箇所では、以下のパラレルフィンにろう付けする場合と同様に行うことができる。
３次元網目状構造体とパラレルフィンとをろう付けするためのろう材には、アルミニウム系ろう材を好ましく用いることができる。３次元網目状構造体がアルミニウム及び／又はアルミニウム合金であるため、伝熱性を高めるとともに、熱膨張率を近くすることができる。
アルミニウム系ろう材としては、例えば、シート状ろう材、ペースト状ろう材等が挙げられる。アルミニウム系ろう材の成分としては、ＢＡ４０４５等が挙げられる。
【００４７】
まず、３次元網目状構造体及びパラレルフィンのうち少なくとも一方の面にろう材を塗布する。その後に、３次元網目状構造体とパラレルフィンを接着させ、熱処理をする。
パラレルフィン側にろう材を塗布することで、３次元網目状構造体の骨格との接合をより均一にすることができる。その結果、パラレルフィン上のろう材が毛細管現象によって３次元網目状構造体の骨格の中空部により均一に充填されるようになる。
ろう材は、塗布面に５０〜３００μｍの厚さで塗布することが好ましい。これによって、ろう付け後に、３次元網目状構造体とパラレルフィンとの伝熱性をより高めることができる。また、３次元網目状構造体とパラレルフィンとの界面からある程度の高さまで３次元網目状構造体の骨格を中実にすることができ、より伝熱性を高めることができる。
ろう材の熱処理は、５８０〜６０５℃が好ましい。熱処理温度、ろう材の種類、塗布量によっても異なるが、ろう材の熱処理は、３〜１０分が好ましい。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４９】
「３次元網目状構造体の作製」
３次元網目状構造を有する樹脂製の基体として、縦２００ｍｍ、横２００ｍｍ、厚さ２５ｍｍのポリウレタンフォームを用意した。このポリウレタンフォームは、気孔率（全体の体積に対する連通孔の体積の割合）が９８％であり、目粗さが８ｐｐｉであり、連通孔の大きさが円相当径で２７５０μｍであった。
【００５０】
次いで、分散媒として樹脂分４質量％のポリビニルアルコール（商品名：ゴーセノール、日本合成化学工業株式会社製）を用意し、平均粒子径６μｍのアルミニウム粉末を、用意した分散媒に質量比１０：７で混合し、アルミニウム粉末分散液を作製した。作製したアルミニウム粉末分散液中に用意した基体を浸漬した後、余分なスラリーをロールにより除去してから、８０℃にて１２０分乾燥させて、アルミニウム粉末が付着した基体を用意した。このようにして作製したアルミニウム粉末が付着した基体を、圧力が１０４Ｐａの減圧窒素雰囲気の下、５００℃にて１８０分間加熱してウレタンフォームを脱脂し、圧力が１０−３Ｐａの減圧雰囲気（真空雰囲気）の下、６７５℃にて１２０分間加熱し、アルミニウム系３次元網目状構造体を作製した。
【００５１】
３次元網目状構造体について、マイクロスコープと光学顕微鏡にて観察し、画像分析ソフトウエア（三谷商事株式会社製「ＷｉｎＲＯＯＦ」）を用いて、気孔（連通孔）の大きさについて測定するとともに、３次元網目状構造体の気孔（連通孔）の円相当直径について求め、その平均値を求めた。
３次元網目状構造体の比表面積は、ガス吸着法によって測定した。
３次元網目状構造体の骨格の中空状の形状、開口部の形状、目粗さは、ワンショット３Ｄ測定マイクロスコープ（株式会社キーエンス製）を用いて観察した。
【００５２】
３次元網目状構造体の気孔の大きさ：２５００μｍ。
３次元網目状構造体の比表面積：７５０ｍ−１。
３次元網目状構造体の骨格：骨格は中空状であった。
３次元網目状構造体の開口部：数か所に開口部があった。
３次元網目状構造体の目粗さ：８．４ｐｐｉ。
【００５３】
「ヒートシンクの作製」
ベース及びパラレルフィンには、株式会社ミスミ製「ＨＥＡＴ１−５０」を用いた。「ＨＥＡＴ１−５０」の材質はＡ６０６３Ｓである。ベース部分の寸法は、４７．５ｍｍ×５０ｍｍ、厚さ５ｍｍであり、パラレルフィンの寸法は、幅２．５ｍｍ、厚さ５ｍｍ、ベースからの高さ１５ｍｍである。
ベース上に、７個のパラレルフィンを互いに平行になるように５ｍｍの間隔で配置した。
３次元網目状構造体には、上記して作製したものを用いた。
３次元網目状構造体の寸法は、幅５ｍｍ、厚さ５０ｍｍ、ベースからの高さ１５ｍｍとした。
複数のパラレルフィンの間に、３次元網目状構造体を挿入して配置した。
【００５４】
実施例１〜３では、３次元網目状構造体のパラレルフィンと対向する２面と、ベースに対向する１面の合計３面に、Ａｌ系ろう付けをした。実施例４では、３次元網目状構造体のパラレルフィンと対向する２面にのみＡｌ系ろう付けをし、ベースに対向する１面にはＡｌ系ろう付けをしなかった。
比較例１では、３次元網目状構造体の全ての面にＡｌ系ろう付けをしなかった。
比較例２では、３次元網目状構造体を用いずに、パラレルフィンとベースからなるヒートシンクとした。
比較例３では、ベースと３次元網目状構造体の界面のみ接合し、パラレルフィンと接合しなかった。
Ａｌ系ろう付けは、パラレルフィン及び／又はベースの接合面にＡｌ系ロウ材を塗布し、パラレルフィンの間に３次元網目状構造体を挿入し、その後、５８０〜６１０℃で４〜１０分間加熱処理して行った。
Ａｌ系ろう付けの温度を変化させることで、３次元網目状構造体の骨格の空洞部へのパラレルフィン及びベースとの界面からの充填距離を調整した。
Ａｌ系ろう付けには、アルミニウムブレイジングペースト（東洋アルミニウム株式会社製）を用いた。
【００５５】
「界面からの骨格への充填距離」
パラレルフィンと３次元網目状構造体の界面からの３次元網目状構造体の骨格への充填距離は、接合部を樹脂で注型後、接合部の断面を切り出すように切断し、断面を研磨してから、光学顕微鏡によって観察して求めた。
ベースと３次元網目状構造体の界面からの３次元網目状構造体の骨格への充填距離もまた、パラレルフィンとの界面と同様にして観察した。
【００５６】
「熱抵抗の評価」
１２×１２×２．５ｍｍの熱電対内臓セラミックスヒータの上面以外を断熱材で断熱し、試験片をセラミックスヒータが中心になるように設置した。試験片の上面から１ｍｍ距離を開けてファン「Ｄ０８Ａ−１２ＰＨ」（日本電産株式会社製）を設置した。試験片から２００ｍｍの位置の温度を熱電対で測定し室温とした。セラミックスヒータを８Ｗになるように運転し、ファンを１２Ｖ０．０９Ａで運転した。このとき、セラミックスヒータと空気の温度が変化しなくなるまで運転したときを定常状態として熱抵抗を測定した。熱抵抗はセラミックスヒータの温度と室温の差をセラミックスヒータの出力である８Ｗで除して求めた。
【００５７】
【表１】
2019175988.tif 000003
【００５８】
評価結果を表１にまとめた。
各実施例では、パラレルフィンと３次元網目状構造体がろう付けされており、熱抵抗が低くなり、フィン効率に優れることがわかる。
ろう付けによって、３次元網目状構造体の骨格の中空部へのベースからの充填距離がより長くなるほど、熱抵抗がより低くなった。
パラレルフィンと３次元網目状構造体との対向面とともに、ベースと３次元網目状構造体との対向面をろう付けすることで、熱抵抗がより低くなった。
比較例１では、パラレルフィン及びベースと３次元網目状構造体とをろう付けしていないため、熱抵抗が高くなった。
比較例２では、３次元網目状構造体を用いないため、熱抵抗が高くなった。
比較例３では、ベース部と３次元網目状構造体のみをろう付けし、パラレルフィンと３次元網目状構造体とをろう付けしない場合に、界面から骨格への充填距離を０．５ｍｍにした例であり、同じ充填距離とした実施例２と比べると、熱抵抗が高くなった。
【００５９】
また、各実施例で用いた３次元網目状構造体の比表面積は大きく、伝熱性に優れた。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
一実施形態によるヒートシンクは、発熱体からベース及びパラレルフィンを介して３次元網目状構造体に熱が伝わりやすく、放熱性に優れることから、発熱量の大きい半導体等のヒートシンクに好ましく用いることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１００  ヒートシンク
１０  ベース
２０  パラレルフィン
３０  パラレルフィン型ヒートシンク
４０  ３次元網目状構造体
４１  骨格の中空部分
４２  骨格の中実部分
５０  ろう材
【図１】
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【図２】
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