(57)【要約】【課題】  体積を変化せずに表面積のみを広げるとともに、従来よりも表面の粗度を大きくすることで放熱性能を向上できるヒートシンク及びその表面処理方法を提供する。【解決手段】  発熱素子に付着されたベース５２と、前記ベース５２に少なくとも一つ設置された放熱ピン５４と、を含み、前記ベース５２または放熱ピン５４の表面に多数の微細ワイヤー５６が形成されることでヒートシンクを構成する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子に装着されたベースと、
前記ベースに少なくとも一つ設置された放熱ピンと、を含んで構成されており、
前記ベースまたは放熱ピンの表面には、多数の微細ワイヤーが形成されたことを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記微細ワイヤーは、銅酸化物であることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記微細ワイヤーは、前記ベースまたは放熱ピンの表面から長さが０.１μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記微細ワイヤーは、断面積の幅が１nm〜１００nmであることを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記ヒートシンクは、表面の酸化により前記微細ワイヤーが形成されるように、銅材質により成形されたことを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。
【請求項６】
ヒートシンクを所定温度の酸化溶液に浸すことで、前記ヒートシンクの表面に酸化物である微細ワイヤーを成長させることを特徴とするヒートシンクの表面処理方法。
【請求項７】
前記ヒートシンクは、前記微細ワイヤーが成長されるように、表面が銅材質によりコーティングされたことを特徴とする請求項６記載のヒートシンクの表面処理方法。
【請求項８】
前記ヒートシンクは、表面の酸化により前記微細ワイヤーが成長されるように、銅材質により成形されたことを特徴とする請求項６記載のヒートシンクの表面処理方法。
【請求項９】
前記微細ワイヤーの成長温度は、６０〜１００℃であることを特徴とする請求項６記載のヒートシンクの表面処理方法。
【請求項１０】
前記微細ワイヤーの成長時間は、１分〜１０分であることを特徴とする請求項６記載のヒートシンクの表面処理方法。
【請求項１１】
前記酸化溶液は、ＮａＯＨまたはＮａＣｌＯ2であることを特徴とする請求項６記載のヒートシンクの表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱素子の放熱作用を行うヒートシンクに関するもので、詳しくは、表面に放熱可能な多数の微細ワイヤーが成長されたヒートシンク及びその表面処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来のヒートシンクを示した斜視図であり、図２は、従来のヒートシンクを示した断面図である。
【０００３】
図１及び図２に示したように、従来のヒートシンク１０は、印刷回路基板２に組込まれたパワーモジュール、ＣＰＵ及びトランジスタなどの発熱素子４に装着され、この発熱素子４の劣化を防止するために放熱を行う装置である。
【０００４】
このようなヒートシンク１０は、前記発熱素子４に装着されるベース１２と、このベース１２上に所定間隔を有して多数個設置された放熱ピン１４と、から構成されており、一般に、低廉でかつ放熱性の良いアルミニウム合金により成形される。
【０００５】
一方、前記ヒートシンク１０は、輻射による放熱が円滑に行われるように、アルミニウム合金の酸化被膜法であるアルマイト処理または陽極酸化処理により表面に酸化被膜１６を形成する。
【０００６】
すなわち、電解液中の陽極に前記ヒートシンク１０の表面に被覆する金属を連結し、陰極に不活性金属を連結した後、電解液に前記ヒートシンク１０を入れることで電解液に電流が流れると、前記ヒートシンク１０の表面に前記酸化被膜１６が形成される。
【０００７】
このように表面処理されたヒートシンク１０は、酸化被膜１６により酸化が抑制されて耐食性が良くなり、表面が無光沢であるため、表面から光線状に放出される輻射エネルギーが乱反射されて、放熱効果が表面処理前よりもほぼ３〜１０％向上する。
【０００８】
しかしながら、このような従来の技術は、前記酸化被膜１６の乱反射率を一層高めることが困難であるため、通常、前記ヒートシンク１０の放熱性が向上するように、前記ヒートシンク１０の容量を増大するか、または、前記放熱ピン１４の目を一層細かく設置して前記ヒートシンク１０の熱交換面積を広げているが、この場合、体積が膨大になるだけでなく、前記放熱ピン１４の目を細かく設置するのに空間的な制約が伴う、という問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、体積を変化せずに表面積のみを広げるとともに、従来よりも表面の粗度を大きくすることで放熱性能を向上できるヒートシンク及びその表面処理方法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】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明によるヒートシンクは、発熱素子に装着されたベースと、前記ベースに少なくとも一つ設置された放熱ピンと、を含んで構成されており、前記ベースまたは放熱ピンの表面には、多数の微細ワイヤーが形成されたことを特徴とする。
【００１１】
また、前記微細ワイヤーは、銅酸化物であることを特徴とする。
また、前記微細ワイヤーは、前記ベースまたは放熱ピンの表面から長さが０.１μｍ〜１００μｍであり、且つ微細ワイヤーの断面積の幅が１nm〜１００nmであることを特徴とする。
また、前記ベースまたは放熱ピンは、アルミニウムまたは銅材質により成形されたことを特徴とする。
【００１２】
また、このような目的を達成するために、本発明によるヒートシンクは、銅材質により成形され、その表面には、銅酸化物である多数の微細ワイヤーが形成されたことを特徴とする。
ここで、前記微細ワイヤーは、前記ベースまたは放熱ピンの表面から長さが０.１μｍ〜１００μｍであり、断面積の幅が１nm〜１００nmであることを特徴とする。
【００１３】
また、このような目的を達成するために、本発明によるヒートシンクの表面処理方法は、ヒートシンクを酸化溶液に浸すことで、前記ヒートシンクの表面に酸化物である微細ワイヤーを成長させることを特徴とする。
【００１４】
また、前記ヒートシンクは、アルミニウム材質により成形され、前記微細ワイヤーが成長されるように、表面が銅材質によりコーティングされたことを特徴とする。
また、前記ヒートシンクは、表面の酸化により前記微細ワイヤーが成長されるように、銅材質により成形されたことを特徴とする。
【００１５】
また、前記酸化溶液は、ＮａＯＨまたはＮａＣｌＯ2であることを特徴とする。
また、前記微細ワイヤーの成長温度は、６０℃〜１００℃であることを特徴とする。
また、前記微細ワイヤーの成長時間は、１分〜１０分であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によるヒートシンク及びその表面処理方法は、酸化過程により前記ヒートシンクのベース及び放熱ピンの表面にナノ及びマイクロ単位の多数の微細ワイヤーが成長されるため、前記ヒートシンクのベース及び放熱ピンの体積がほとんど変わらない場合でも、前記ヒートシンクのベース及び放熱ピンの表面積が大幅に広くなり、従来よりも表面粗度が増大して、前記ヒートシンクの単位体積当たりの放熱性を一層向上できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明によるヒートシンク及びその表面処理方法には、多数の実施形態があるが、このうち最も好ましい実施形態を説明する。ただ、ヒートシンクをなす基本的な構造は、前述した従来の技術と同一であるため、詳細な説明は省略する。
【００１８】
図３は、本発明によるヒートシンクを示した断面図である。
図３に示したように、本発明の一実施形態によるヒートシンク５０は、発熱素子に装着されるベース５２と、前記ベース５２に少なくとも一つ設置された放熱ピン５４と、から構成されており、特に、前記ベース５２または放熱ピン５４の表面には、表面積及び粗度を向上する微細ワイヤー５６が全面にかけて均一に分布される。
【００１９】
前記微細ワイヤー５６は、前記ヒートシンク５０の放熱効果を向上するように熱伝導効率の良い金属により形成される。ここで、熱伝導性の良い金属は、次の表<物質の熱伝導性>に示したとおりである。
【００２０】
表１：<物質の熱伝導性>
物質                        熱伝導性(W/mK)
銀                          ４２２
銅                          ４０２
金                          ２９８
アルミニウム                ２２６
鋼鉄                        ７３.３
鉛                          ３４.８        
【００２１】
前記表１の<物質の熱伝導性>によると、金属のうち銀が最も熱伝導性に優れているが、銀は、高価であるため費用面で競争力が低下する。また、銅よりもアルミニウムや鉛などが一層低廉であるが、銅がアルミニウムや鉛よりもはるかに熱伝導性に優れているため、費用及び熱伝導性を全て考慮する場合、前記微細ワイヤー５６は、銅により形成されることが最も好ましい。
【００２２】
前記微細ワイヤー５６は、前記ヒートシンク５０の体積の変化なしに表面積のみを広げるとともに、表面粗度を増大するために、前記ヒートシンク５０の表面から長さが０.１μｍ〜１００μｍであり、且つ微細ワイヤーの断面積の幅が１nm〜１００nmであることが好ましい。
【００２３】
すなわち、前記微細ワイヤー５６が前述した大きさに形成されると、前記微細ワイヤー５６は、前記ヒートシンク５０の表面と密着して接触形成されるため、空気の抵抗をほとんど受けない。したがって、前記微細ワイヤー５６は、別途の接着剤に依存することなく、前記ヒートシンク５０の表面に堅固に付着される。
【００２４】
以下、本発明の一実施形態によるヒートシンクの表面処理過程を、図３乃至図７に基づいて説明する。
まず、前記ヒートシンク５０のベース５２及び放熱ピン５４を成形した形状を備える。このとき、前記ヒートシンク５０のベース５２及び放熱ピン５４は、良好な放熱性を有するとともに、低廉に成形されるように、全てアルミニウム材質により成形されることが好ましい。
【００２５】
このように、前記ヒートシンク５２のベース５２及び放熱ピン５４がアルミニウム材質により成形されると、前記ヒートシンク５２のベース５２及び放熱ピン５４を銅電解液に入れた後、通電することで、前記ヒートシンク５０のベース５２及び放熱ピン５４の表面を銅によりコーティングする。その結果、前記ヒートシンク５０のベース５２及び放熱ピン５４の表面には、図４に示したように、銅コーティング膜５６’が形成される。
【００２６】
ここで、銅は、アルミニウム合金よりも熱伝導効率が良い反面に高価であるが、アルミニウム合金材質からなる前記ヒートシンク５０のベース５２及び放熱ピン５４は、その表面に銅が数um〜数十um程度の厚さでコーティングされると、銅材質からなるヒートシンクの熱伝導効率を有しつつ比較的低廉に実現される。
【００２７】
次に、前記銅コーティング膜５６’が形成されたヒートシンク５０のベース５２及び放熱ピン５４を所定温度の酸化溶液に所定時間の間浸す。すると、図５乃至図７に示したように、酸化時間の経過によって前記ヒートシンク５０の銅コーティング膜５６’が酸化されることで、銅酸化物である微細な毛がもじゃもじゃに起きるが、この銅酸化物が前記微細ワイヤー５６になる。
【００２８】
すなわち、前記酸化溶液は、銅酸化物である前記微細ワイヤー５６が良好に成長するように、ＮａＯＨまたはＮａＣｌＯ2からなる。また、前記微細ワイヤー５６は、酸化条件である酸化溶液の温度及び組成によって、大きさ、密度及び成長速度に影響を受けるが、産業現場で容易に実現するとともに、生産性にも符合するように、酸化溶液の温度は、約６０℃〜１００℃、酸化時間は、１分〜１０分にすることが好ましい。
【００２９】
最後に、前記ヒートシンク５０のベース５２及び放熱ピン５４の表面に前記微細ワイヤー５６が充分に成長された後、この微細ワイヤー５６の成長されたヒートシンク５０のベース５２及び放熱ピン５４の表面を洗浄して不純物を除去すると、前記ヒートシンク５０の表面処理過程が終了される。
【００３０】
以下、本発明の他の実施形態によるヒートシンクの表面処理方法を説明する。参考に、本発明の他の実施形態は、前述した本発明の一実施形態と技術的思想及び基本的な構造が同一であるため、その詳細な説明は省略し、本発明の一実施形態による図３乃至図７を引用する。
【００３１】
まず、前記ヒートシンク５０のベース５２及び放熱ピン５４を熱伝導性が良くて費用面で量産可能な銅材質により成形した後、このように成形されたヒートシンク５０のベース５２及び放熱ピン５４を直ちに所定温度の酸化溶液に所定時間の間浸す。
【００３２】
その結果、前記ヒートシンク５０のベース５２及び放熱ピン５４の表面が酸化されることで、銅酸化物である微細ワイヤー５６が成長される。このとき、前記ヒートシンク５０のベース５２及び放熱ピン５４の表面のみが軽く酸化されるように作業を行う。
【００３３】
一方、前記ヒートシンクのベース、放熱ピン、微細ワイヤーの材質、及びこの微細ワイヤーの成長条件である酸化溶液、酸化温度、酸化時間としては、好ましい一実施形態を述べただけで、本発明の技術的思想の範囲で前記ヒートシンクに要求される放熱性及び費用などの多様な要素を考慮して、当業者によって多様に応用される。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来のヒートシンクを示した斜視図である。
【図２】従来のヒートシンクを示した断面図である。
【図３】本発明によるヒートシンクを示した断面図である。
【図４】本発明によるヒートシンクの表面に銅メッキをした状態を示した組織写真である。
【図５】本発明によるヒートシンクの表面に微細ワイヤーを２分間成長させた状態を示した組織写真である。
【図６】本発明によるヒートシンクの表面に微細ワイヤーを３分間成長させた状態を示した組織写真である。
【図７】本発明によるヒートシンクの表面に微細ワイヤーを５分間成長させた状態を示した組織写真である。
【符号の説明】
【００３５】
５０    ヒートシンク
５２    ベース
５４    放熱ピン
５６    微細ワイヤー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005317962.tif 000008
【図７】
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