(57)【要約】【課題】  被冷却体に熱抵抗となる隙間を生じることなく密着して取り付け、且つ被冷却体から伝わった熱を直ちに冷媒へ放熱させることができ、熱の排出効率が高い新たな冷却機構を提供する。【解決手段】  被冷却体２に接触して冷却する冷却部材１であって、少なくとも被冷却体２との接触面側が開気孔を有する多孔質体３からなり、この多孔質体３が弾性変形して被冷却体２と隙間なく接触すると共に、多孔質体３の開気孔内に冷媒として空気などの気体を流して放熱させる。冷却部材１の多孔質体３は、径が１００μｍ以下で且つアスペクト比が５以上の多数の柱状体を基材上に傾斜して配置したマイクロ構造を有するものが好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被冷却体に接触して冷却する冷却部材であって、少なくとも被冷却体との接触面側が開気孔を有する多孔質体からなり、該多孔質体が弾性変形及び／又は塑性変形して被冷却体と接触すると共に、多孔質体の開気孔内に冷媒を流すことを特徴とする冷却部材。
【請求項２】
前記被冷却体と多孔質体の接触状態での対向面積に対して、多孔質体が被冷却体と開気孔部分を除いて接触している部分が占める接触面積が０.０１％以上であることを特徴とする、請求項１に記載の冷却部材。
【請求項３】
前記多孔質体の空隙率が５０％以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の冷却部材。
【請求項４】
前記多孔質体の厚みが２００μｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項５】
前記多孔質体が複数の凹凸形状を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項６】
前記多孔質体の内部の隙間に、多孔質体の厚み以内の板状体を形成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項７】
前記多孔質体の弾性変形量及び／又は塑性変形量が１００μｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項８】
前記多孔質体がヤング率１５０ＧＰａ以下の材料で構成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項９】
前記多孔質体が熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で構成されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項１０】
前記多孔質体が少なくとも銅又はアルミニウムを含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項１１】
前記被冷却体と多孔質体の接触状態での対向面積に対して、多孔質体の開気孔表面が冷媒と接触する冷媒接触面積が５倍以上であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項１２】
前記多孔質体と被冷却体の接触面間に、それぞれの表面粗さに起因する凹凸の隙間を埋める５０μｍ以下の薄い介在層を有することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項１３】
前記多孔質体が、冷却部材の基材上に多数の柱状体を配置した構造を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項１４】
前記柱状体の径が５００μｍ以下であり、アスペクト比が５以上であることを特徴とする、請求項１３に記載の冷却部材。
【請求項１５】
前記柱状体の側面に複数の枝状体を形成することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の冷却部材。
【請求項１６】
前記柱状体の全体あるいは一部が曲線を含む形状の構造になっていることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項１７】
前記柱状体の全体あるいは一部が複数の曲線を含む形状、らせん形状、あるいはＳ字形状の構造になっていることを特徴とする、請求項１３〜１５のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項１８】
前記多孔質体が金属多孔体構造又は金属ハニカム構造を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項１９】
前記多孔質体が金属線又はカーボン繊維を絡み合わせた構造になっていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項２０】
前記多孔質体が表面を金属化処理した樹脂であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項２１】
前記多孔質体が表面を金属化処理した多孔質フッ素樹脂であることを特徴とする、請求項２０に記載の冷却部材。
【請求項２２】
前記冷媒を送り込む又は吸出すことにより多孔質体の開気孔内に流通させることを特徴とする、請求項１〜２１のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項２３】
前記被冷却体との接触面の反対側である多孔質体の背面側に冷媒を流して冷却することを特徴とする、請求項２２に記載の冷却部材。
【請求項２４】
前記被冷却体との接触面の反対側である多孔質体の背面側及び多孔質体の両方に冷媒を流して冷却することを特徴とする、請求項２２に記載の冷却部材。
【請求項２５】
前記冷媒を被冷却体との接触面の反対側である背面の１点あるいは複数設けた貫通孔から送り込む又は吸出すことにより、多孔質体の開気孔内に流通させることを特徴とする、請求項２２に記載の冷却部材。
【請求項２６】
前記冷媒が空気であることを特徴とする、請求項１２５のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項２７】
前記多孔質体の表面の輻射率が０.５以上であることを特徴とする、請求項１２６のいずれかに記載の冷却部材。
【請求項２８】
請求項１〜２７のいずれかに記載した冷却部材を備えることを特徴とする、テレビ、プロジェクタあるいはパソコンなどの電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビ、プロジェクタ、パソコンなどの電子機器の発熱箇所を冷却するための冷却部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
テレビ（ＴＶ）で画面に映像を投影する手法として、従来からブラウン管を用いた電子銃方式が一般的であった。しかし、この方式のテレビは１台の電子銃を用いてブラウン管上に走査するため、画面を大型化すると外周に対する角度がきつくなり、画面が歪むことから大型化には限界があった。この画面の歪みを防ぐためには、画面を湾曲させて電子銃からブラウン管までの距離を一定に保つ方法があるが、特に大型テレビにおいては平面画面の方が見やすいうえ、最近では小型テレビでさえ平面画面の人気が高いため、湾曲画面が大画面のテレビで採用されることはない。また、ブラウン管テレビは、画面の大型化に伴い厚みが非常に増大してしまうため、一般家庭のリビングに設置する大画面のテレビとしては相応しくない。
【０００３】
そのため、テレビの大画面化、薄型化を達成できる方式として、リアプロジェクション（リアプロ）テレビ、液晶テレビ、プラズマテレビ（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）等が脚光を浴び、従来のブラウン管テレビに置き換わりつつある。また、ホームシアタ用として、大画面スクリーンにプロジェクタを用いて画像を投影する方式も普及しつつある。しかも、画面やスクリーンは迫力を得るために大型化が進行しながら、画面やスクリーン以外の装置は室内スペースを占有しないように薄型化、軽量化が求められる。また、大画面になった分、光が広がって画面が暗くなると鑑賞し難いため、高輝度化に対する要求も高い。
【０００４】
上記のリアプロテレビも背面からプロジェクタを用いて画面へ投射する方式だが、反射鏡を１枚あるいは複数枚用いることにより、薄型の筐体内でプロジェクタと画面間の距離を稼ぐことができるため薄型化が可能である。リアプロも従来はＣＲＴ方式で背面からスクリーンに投影していたが、薄型化、軽量化、高画質化のために、最近ではＭＤ（Ｍｉｃｒｏ  Ｄｉｓｐｌａｙ）方式に切り替わりつつある。ＭＤ方式には、光学デバイスとして透過型の液晶方式（ＨＴＰＳ：Ｈｉｇｈ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｏｌｉ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いたものと、反射型のＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式及びＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  ｏｎ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）方式とがある。
【０００５】
液晶方式やＰＤＰ方式は、スクリーン自体に、画素数に応じた数の小型シャッターとしての液晶素子や、小型のプラズマ電極を画面上に並べて形成するため、投影用の距離を必要とせず薄型のまま大型化が容易である。そのため、リアプロテレビを含めて、上記液晶テレビ、プラズマテレビが大画面テレビの本命として急速に広がりつつある。その一方、このような画面の大型化に伴い、素子や画面からの発熱量や発熱密度が大きくなっている。また、同じ出力で大画面を映し出すと単位面積当たりの光量が不足してしまうため、一般に大画面ほど消費電力は上がり、それに伴う発熱量も増大する。その結果、効率的に熱を系外に排出しないと、素子やその周辺機器が熱劣化してしまうため、排熱を効率よく行う必要性が高まってきている。
【０００６】
また、パソコンについても、画像等の大容量の情報を高速で処理するために、その中心となるＭＰＵはますます高速処理が求められ、年々クロック数が増大している。しかし、それに伴ってＭＰＵの発熱量が非常に大きくなってきており、あまりの発熱量の多さに排熱技術が追いついていない。そのため、ＭＰＵ素子が自身の発熱で誤動作を起こしてしまうため、クロック数増大の開発を一時ストップせざるを得ない状況も生まれつつあり、より効率的な排熱技術に対する必要性が高まっている。
【０００７】
尚、最近の冷却技術として、特開２００４−３１９９４２号公報には、放熱部に金属発泡体を用いたヒートシンクが開示されている。しかし、金属発泡体は内部に無数の空孔を持つため、その使用方法を誤れば、放熱特性が得られるどころか、内部の気孔により断熱性能が高い発泡スチロールなどのように断熱層の働きをする恐れがある。また、特開２００５−０３２８８１号公報には、低気孔率部と高気孔率部を有する多孔質放熱体が開示されている。しかしながら、この多孔質体は、例として多孔質焼結体やセラミックス繊維が列挙されているように変形しないため、放熱部に直接隙間なく接触させることが難しい。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３１９９４２号公報
【特許文献２】特開２００５−０３２８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
最近のテレビの排熱技術として、液晶テレビやプラズマテレビでは、例えば、Ａｌシートを画面背面に貼り、熱をＡｌシート背面に逃がしてから、ファンでエアをＡｌシート背面に送って大気に放熱し、筐体の隙間から外部に熱を逃がす方式を採っている。また、リアプロテレビやプロジェクタの反射方式では、光学チップの背面にＡｌフィン付きのＡｌヒートシンクを押し付け、ファンでエアを送り込んで空冷し、同じように筐体の隙間から外部に熱を逃がしている。
【００１０】
リアプロテレビやプロジェクタでは、大画面化に伴い総熱量も多いうえ、１０〜２０ｍｍ角程度の小型素子（Ｍｉｃｒｏ  Ｄｉｓｐｌａｙ）に光を集約して画像化し、それを大画面のスクリーンに投影するため、素子に集中する熱密度は非常に大きい。そのため、特に熱を効率よく排出する必要があるが、透過型のＨＴＰＳ方式では、液晶チップは光が透過するため、上記のごとく冷却モジュール面を押し付けて冷却することはできない。そこで、液晶チップの外周フレームをＡｌやＭｇのような高熱伝導金属で構成して熱を伝え、これをファンで空冷し、更に加えて外周フレームにフィンを付けて空冷効果を上げる等の手法が採られている。
【００１１】
また、ＤＬＰ方式では、特に熱が大きく掛かるシアタ用の大画面用プロジェクタにおいて、ＤＬＰチップ背面を水冷することも行われている。しかし、電気装置内に水を回すことは、水漏れによるショートや電気部品の劣化等の危険を常にはらんだ状態で稼動することになるため、出来るだけ空冷方式が望ましい。しかも、素子の部分で水冷しても、通常その液体を使い捨てにすることは稀であり、循環させて使用するため、別の場所で熱は熱交換器を通じて大気放出せざるをえず、効率的な空冷構造は不可欠である。
【００１２】
しかしながら、上記したヒートシンクやフィンにより熱を素子等から奪ってファンで空冷する方法では、大画面化に伴って増大する発熱を十分に冷却するには限界があった。即ち、素子等からヒートシンクに伝わった熱は、ヒートシンク背面に伝わる前に周辺部材に広がって温度が低下してしまうため、そのヒートシンク背面をファンで冷却しても低い冷却効率しか得られなかった。しかも、ファンによる空冷は、筐体内に熱を撒き散らしてしまうため、他の部品に影響を及ぼしやすいという問題があった。更に、筐体の隙間から出てくる熱風は、装置の傍にいる人に熱風を吹きかけ、また室内の温度を上げてしまうため、不快な面が多々あった。また、ファンの風切り音は、静かなリビングで映像を楽しむ際の最大の不快要因でもあった。
【００１３】
また、素子を搭載するセラミックスの基板やパッケージ等には必ず焼結時の反りが存在し、例えば０.１〜０.１５ｍｍ程度反っているため、ヒートシンク等を押し付けると隙間ができ、この隙間に残った空気は非常に大きな熱抵抗になる。そこで、基板やパッケージ等とヒートシンクとの間に、厚さ１〜２ｍｍの柔軟性のある熱伝導性のシートやコンパウンド樹脂を挟み込み、隙間をなくして取り付ける方法が採られていた。熱伝導性のシートやコンパウンドは出来るだけ熱伝導率の高いものが選ばれるが、それでも数Ｗ／ｍ・Ｋから１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、せっかく２３７Ｗ／ｍ・Ｋという高熱伝導率のアルミニウムや４０３ｗ／ｍ・Ｋの銅をヒートシンクに用いても、その界面層の低熱伝導性が律速になって効率的な熱の排出が行えなかった。
【００１４】
デスクトップパソコンやノート型パソコンにおいても、ＭＰＵの冷却技術は、リアプロテレビやプロジェクタの素子冷却技術とほぼ同じ空冷技術が採用されている。即ち、ＭＰＵ背面に設けた熱伝導シートや熱伝導樹脂を介してＡｌヒートシンクに熱を伝え、背面からファンで大気を送って放熱している。しかし、冷却効率が低い問題や、ファンの音や筐体からの排熱が不快要因となる問題は同様であるうえ、ＭＰＵの発熱量増大に伴って放熱が追いつかなくなってきている現状である。
【００１５】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、セラミックス等の被冷却体に熱抵抗となる隙間を生じさせることなく密着して取り付けることができ、且つ被冷却体から伝わった熱を直ちに冷媒へ放熱させることができ、従って従来のヒートシンクやファン等の冷却手段に比べて熱の排出効率が高く、しかも熱風を周囲に撒き散らすことがない新たな冷却機構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】
【００１６】
被冷却体には完全に抑えきれない反り、うねり、面粗さ等があり、そのため冷却部材との接触面に隙間が発生し、その隙間は熱伝導率がほぼゼロになってしまうため、熱伝導を大きく妨げる要因となる。例えば、剛性の高い部品同士を面接触させる場合、平面度を上げ且つ面粗度をいくら小さくしても、微視的に見て完全にフラットな面はできない。その結果、最も突き出た３点で接触して他の部分は浮いてしまうため、部品同士の間に生じた隙間は熱伝導に寄与せず、冷却能力は低くならざるを得なかった。
【００１７】
そこで従来はやむなく、空間を埋める効果の高い高分子や有機系のシートやグリースを用いて、部品同士の隙間を埋めていた。しかし、これらの高分子や有機系のシートやグリースは熱伝導率が非常に低く、高熱伝導率タイプでもせいぜい５Ｗ／ｍ・Ｋ程度しかない。従って、隙間が埋められて熱伝導率ゼロの部分はなくなるが、これらの高分子や有機系のシートやグリースからなる熱伝導率の低い層が部品間に介在することになるため、その層が大きな熱抵抗となり、冷却能力向上の妨げになっていた。
【００１８】
上記問題を解決するため、本発明は、被冷却体に接触して冷却する冷却部材であって、少なくとも被冷却体との接触面側が開気孔を有する多孔質体からなり、該多孔質体が弾性変形及び／又は塑性変形して被冷却体と接触すると共に、多孔質体の開気孔内に冷媒を流すことを特徴とする冷却部材を提供するものである。
【００１９】
上記本発明による冷却部材においては、前記被冷却体と多孔質体の接触状態での対向面積に対して、多孔質体が被冷却体と開気孔部分を除いて接触している部分が占める接触面積が０.０１％以上であることが好ましい。また、上記本発明による冷却部材において、前記多孔質体の空隙率は５０％以上であることが好ましく、前記多孔質体の厚みは２００μｍ以上であることが好ましい。前記多孔質体内に複数の凹凸形状を形成することにより、冷媒の流れを乱して放熱を促進するため好ましい。更に、前記多孔質体が厚みに対して１０倍以内の深さの凹凸形状を有することにより、放熱を促進する効果が大きくなるため好ましい。あるいは、前記多孔質体の内部の隙間に、多孔質体の厚み以内の板状体を形成することが好ましい。
【００２０】
前記多孔質体は被冷却体と隙間なく接触するため弾性変形能及び／又は塑性変形能を有し、その弾性変形量及び／又は塑性変形量が１００μｍ以上であることが好ましい。しかし、特に被冷却体のそり量が小さい場合には、それに応じて弾性変形能及び／又は塑性変形能は小さくてもかまわず、被冷却体の反り量よりも大きければ良い。また、前記多孔質体は熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で構成されていることが好ましい。更に、前記多孔質体はヤング率が１５０ＧＰａ以下の材料で構成されていることが好ましい。
【００２１】
上記本発明による冷却部材においては、例えば被冷却体の反りが大きい場合などに、前記多孔質体と被冷却体の接触面間に、それぞれの表面粗さに起因する凹凸の隙間を埋める５０μｍ以下の薄い介在層を設けることができる。
【００２２】
上記本発明による冷却部材において、前記多孔質体としては、冷却部材の基材上に多数の柱状体を配置したマイクロ構造を有するものがある。この場合、前記柱状体の径が５００μｍ以下であり、アスペクト比が５以上であることが好ましい。前記柱状体の側面に複数の枝状体を形成すると、放熱の表面積が増加すると共に、大気等の冷媒の流れを乱して熱交換効率が向上し、放熱量が増加するため好ましい。
【００２３】
また、前記柱状体の全体あるいは一部が曲線を含む構造になっていることにより、柱状体の側面で発熱体に接触して接触面積が向上し、柱状体全体で応力を受けてクッション性を発揮できるため、応力が一部に集中して折れてしまうことを回避できるため好ましい。尚、多孔質体の片側だけ曲線を含む構造にしても良いが、両側が曲線を含む構造にすると、クッション性が向上して接触熱抵抗が低下するため好ましい。また、前記柱状体の全体あるいは一部が、曲線を複数含む形状、らせん形状あるいはＳ字形状の構造になっていることにより、クッション性を高くすることが可能となるため好ましい。
【００２４】
上記本発明による冷却部材において、前記多孔質体としては、金属多孔体構造又は金属ハニカム構造を有するものがある。また、前記多孔質体が金属線あるいはカーボン繊維を絡み合わせた構造になっていても良く、この場合は均一な冷却特性制御が難しくなるが、安価に多孔質体構造が得られるため好ましい。前記多孔質体が表面を金属化処理した樹脂であることにより、樹脂の多孔質体構造を例えば射出成形で安価に量産でき、熱伝導は金属化処理膜で担うことができるため好ましい。樹脂も金属等を分散して高熱伝導化した樹脂であれば、熱伝導効果が高くなるため好ましい。
【００２５】
上記本発明による冷却部材においては、前記被冷却体と多孔質体との接触状態での対向面積に対して、多孔質体の開気孔表面が冷媒と接触する冷媒接触面積が５倍以上であることが好ましい。また、前記冷媒を送り込む又は吸出すことにより、冷媒を多孔質体の開気孔内に流通させることが望ましい。前記被冷却体との接触面の反対側である多孔質体の背面側に冷媒を流して冷却することが好ましく、また前記被冷却体との接触面の反対側である多孔質体の背面側及び多孔質体の両方に冷媒を流して冷却することにより、両方の放熱面が活用できるため更に好ましい。前記被冷却体との接触面と反対側の冷却部材背面の１点あるいは複数設けた貫通孔から冷媒を送り込むあるいは吸出すことにより、多孔質体の開気孔内に流通させることが好ましい。前記冷媒が空気であると、デバイス周辺の空気を使用できコスト的に好ましい。
【００２６】
また、前記多孔質体の表面の輻射率が０.５以上あると、輻射による冷却も併用できるため好ましい。多孔質体の表面の輻射率は高いほうが好ましいが、高熱伝導率の銅やアルミニウムのような金属は一般に輻射率が低いため、放熱は専ら熱伝導と対流によって起こるが、表面の輻射率が高いと輻射との相乗効果で放熱効率が向上する。輻射は表面の材質だけで規定されるので、内部を高熱伝導率の金属にして、その表面に高輻射の材料を被覆すれば良い。被覆する材料は、輻射率の観点から、輻射率０.５以上のカーボン、セラミックス等の材料が好ましい。被覆する方法は、蒸着、スパッタリング、溶射、スラリーの塗布と熱反応による析出など、上記材料の一般的な被覆法を用いることができる。
【００２７】
本発明の多孔質体は４０３Ｗ／ｍ・ＫのＣｕ又は２３６Ｗ／ｍ・ＫのＡｌような高熱伝導率の材料で構成でき、従来のせいぜい５Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率しかない熱伝導シートに比べて熱抵抗を小さくできるため、従来の熱伝導シートの代わりに多孔質体を用い且つ気体を送って冷却することにより、高い冷却効果を有することが可能である。また、冷却部材背面の放熱フィンを多孔質体構造にして、全体として薄型の冷却デバイスとすることも可能である。
【００２８】
また、被冷却体に対して多孔質体を押付ける応力は、多孔質体１本当たり１ｇ以上掛けるのが好ましい。１ｇ未満では多孔質体が十分に被冷却体に押付けられず、クッション性や表面の変形による接触が不十分となってしまうためである。押付け量の最大値は、被冷却体が破損する総応力の８０％以内にする必要があり、それを越えると被冷却体が破損する確率が高くなってしまうためである。更に、金属製の多孔質体の耐酸化性や耐腐食性が低い場合、その表面に耐酸化性や耐腐食性の高い膜を形成して耐久性を向上させ、製品の信頼性を高めることが可能である。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、発熱素子やそれを搭載する基板等の被冷却体に反り等があっても、冷却部材の弾性変形能及び／又は塑性変形能を有する多孔質体が隙間なく密着することができるので、接触界面に熱抵抗となる気泡が残ることがなく、しかも接触界面に熱伝導率の低い材料を挟み込んでいないため、被冷却体の熱を効率的に多孔質体へ伝えることができる。そして、この多孔質体の開気孔内に冷媒を流すことにより、多孔質体に伝わった熱を直ちに開気孔表面で冷媒へ放熱させることができるため、非常に高い排熱効率を得ることができる。
【００３０】
従って、本発明の冷却部材を被冷却体であるテレビ、プロジェクタ、パソコンなどの電子機器に使用することによって、従来のヒートシンクやファン等の冷却手段に比べて、被冷却体の熱を極めて効率よく放熱して冷却することができ、最近の発熱量の増大に対応することができるうえ、熱風を周囲に撒き散らすこともないので快適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
例えば、図１に示すように、本発明による冷却部材１は、被冷却体２との接触面側に設けた多孔質体３と、被冷却体２との接触面と反対側（背面側）に位置する基材４とで構成されている。この場合、被冷却体２との接触面全体が多孔質体３であることが好ましく、更には冷却部材１全体が多孔質体であってもよい。また、多孔質体は弾性変形能及び／又は塑性変形能を有し、そのスプリング性能によって被冷却体と隙間なく接触することができるため、接触界面に熱抵抗となる気泡が残らず、被冷却体の熱を冷却部材に効率的に伝えることができる。しかも、多孔質体は開気孔を有するため、その開気孔内に冷媒を流すことにより、被冷却体から多孔質体に伝わった熱を直ちに開気孔表面で冷媒へ放熱させることができる。
【００３２】
被冷却体からより多くの熱量を冷却部材に効率的に伝えるためには、被冷却体と多孔質体とが接触状態で対向している部分の面積（対向面積という）に対して、多孔質体が被冷却体と開気孔部分を除いて接触している部分が占める面積（接触面積という）を０.０１％以上とすることが望ましい。尚、冷媒を流すための開気孔は、少なくとも多孔質体の外周面に開孔していればよく、多孔質体と被冷却体との接触面には必ずしも開孔している必要はないから、上記接触面積が上記対向面積と同じ（１００％）であってもよい。
【００３３】
多孔質体は、十分な冷媒流通量を確保するために、空隙率が５０％以上であることが好ましく、厚みが２００μｍ以上あることが好ましい。しかし、多孔質体の空隙率が９９％を超えると強度が低下し、また厚みが１０ｍｍを超えると冷媒を流通させるための圧力が高くなるため好ましくない。また、多孔質体の厚みに対して、１０倍以内の深さの凹凸形状を形成することにより、大気等の冷媒の流れを乱して放熱が促進されるため好ましい。更に、多孔質体の隙間に多孔質体の厚み以内の板状体を形成することでも、大気等の冷媒の流れを乱して放熱が促進されるため好ましい。
【００３４】
多孔質体の隙間に形成する板状体は、その表面粗さＲａを０.０１μｍ以上とすることにより、冷媒との間で固体／気体間の摩擦により冷媒に乱れが生じて放熱が促進されやすくなるため好ましく、Ｒａが０.１μｍ以上であるとその効果は非常に大きくなるため更に好ましい。また、上記板状体の表面粗さＲｍａｘを０.１μｍ以上とすることによって、冷媒との間で固体／気体間の摩擦により冷媒に乱れが生じて放熱が促進されやすくなるため好ましく、更に０.５μｍ以上であるとその効果は非常に大きくなる。尚、多孔質の径が細いため、表面粗さの測定は触針式の粗さ計では難しいが、表面粗さやうねりを測定できる三次元ＳＥＭ（３Ｄ−ＳＥＭ）を使用すれば、非接触にて高倍率で高精度に表面粗さを測定することができる。
【００３５】
多孔質体の弾性変形量及び／又は塑性変形量については、１００μｍ以上あれば一般的なアルミナパッケージの通常の反り量１００μｍに対応できるため好ましく、１５０μｍ以上あれば最大の反り量と言われる１５０μｍにも対応できるため更に好ましい。多孔質体を被冷却体に押し付ける量は、被冷却体の反り量より大きければ良く、好ましくは最大反り量よりも５０μｍ以上多く押し付ければ十分である。例えば、最大１００μｍの反りやうねりを有する被冷却体に対しては、１５０μｍ以上押し付ければ全面に亘って多孔質体が接触することができる。また、多孔質体の被冷却体への押し付けは、できるだけ強く押し付けた方が多孔質体の先端が弾性変形あるいは塑性変形して実質接触面積が増大し、接触熱抵抗が小さくなるため好ましいが、押付け圧力が大きくなりすぎると被冷却体や多孔質体が破損してしまうため、破損の起こる９０％以下の範囲で押し付けるのが好ましい。
【００３６】
また、多孔質体がヤング率１５０ＧＰａ以下の材料で構成されることにより、弾性変形能及び／又は塑性変形能によるスプリング性能が向上し、多孔質体を被冷却体に隙間なく接触させることが可能となるため好ましい。更に、多孔質体は熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料から構成されることにより、冷却が効率的に行えるため好ましい。このような高い熱伝導率を有する多孔質体の材料としては、熱伝導率が４０３Ｗ／ｍ・Ｋの銅、同じく２３６Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウムを主成分とする材料が好ましい。他に金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）も高い熱伝導率と変形能を有するため材料特性的には好ましいが、コスト的にかなり高価になるため、工業的見地から好ましくない。尚、多孔質体の構成材料の純度は９０％以上であることが好ましい。１０％以上の不純物を含むと、その材料が本来有する熱伝導率が急激に低下し、且つ発熱体に押し付けた際の実質の接触面積を広げるための延展性も低下するため、接触熱抵抗が増加してしまうためである。
【００３７】
多孔質体の表面粗さＲａを０.０１μｍ以上とすることにより、冷媒との間で固体／気体間の摩擦により冷媒に乱れが生じて放熱が促進されやすくなるため好ましく、更に０.１μｍ以上であるとその効果は非常に大きくなる。また、多孔質体の表面粗さＲｍａｘについても、０.１μｍ以上であることにより、冷媒との間で固体／気体間の摩擦により冷媒に乱れが生じて放熱が促進されやすくなるため好ましく、更に０.５μｍ以上であるとその効果は非常に大きくなる。しかし、多孔質体の強度が３５０ＭＰａより高いと、クッション性や、発熱体に押し付けた際の実質の接触面積を広げるための延展性が低下し、接触熱抵抗が増加してしまうため好ましくない。また、多孔質体の接触部の表面粗さＲａが１０μｍ以上になると、被冷却体と多孔質体の接触面積が小さくなって、熱抵抗が大きくなってしまうため好ましくなく、できればＲａを１μｍ以下に抑えるのが好ましい。
【００３８】
本発明による冷却部材においては、被冷却体と多孔質体との接触状態での対向面積に対して、多孔質体の開気孔表面が冷媒と接触する面積（冷媒接触面積という）が５倍以上であることが好ましい。従来の冷却構造、例えば被冷却体に取り付けたＡｌフィンにファンで風を送る空冷方式では、被冷却体とフィンとの対向面積に対してフィンの面積を５倍以上に広げても、フィンの表面の隅々までファンで風を行き渡らせることができないため、実質的な冷却効率は向上しなかった。しかし、本発明の冷却部材のように、多孔質体の開気孔で構成された空間内に冷媒を流す構造にすることによって、冷媒が接触する表面積を広げることができ、冷却効率を向上させることができる。
【００３９】
冷媒を送り込む又は吸出すことにより、多孔質体の開気孔内に流通させることが好ましい。この場合、被冷却体との接触面の反対側である多孔質体の背面側から冷媒を流して冷却するか、あるいは被冷却体との接触面の反対側である多孔質体の背面側及び多孔質体内の両方に冷媒を流して冷却することができる。このように、多孔質体の背面側と多孔質体内の両方に冷媒を流して冷却すれば、放熱する面積を増加させることが可能であるため冷却効率が向上する。例えば、多孔質体の背面から空気を流すことにより、特に大きな付加設備を設けることなく冷却効率が向上するため好ましい。また、冷却効率を上げるために、被冷却体に接している多孔質体にポンプやコンプレッサ等で空気を送り込み、多孔質体の背面側にはファンで空気を送り込むことを行っても良い。
【００４０】
冷媒として空気などの気体を用いる場合、例えば気体をポンプで１ｋｇｆ／ｃｍ２以下に減圧引きにすることにより、多孔質体や冷却部材表面の不動体膜を破壊して空冷時の熱伝導阻害層を除去できるため、効率的な冷却が可能となる。また、多孔質体内部を減圧にできるため、被冷却体と冷却部材との密着度を高めることができ、熱接触が向上して熱伝達が促進される。また、気体をコンプレッサで加圧することによっても、単位体積当たりの熱を受け取る気体分子が増加するため、冷却効率が向上する。いずれの場合においても、多孔質体の開気孔内を流れる気体の流速が０.０５ｍ／秒以上であれば、冷媒である気体への放熱効率が高くなるため好ましい。
【００４１】
特に冷媒の気体として空気を用いる場合には、被冷却体との接触面と反対側の冷却部材背面に設けた貫通孔から減圧引きすることが好ましい。被冷却体と冷却部材基材の間で多孔質体外周面の一端から一端へ空気を流しても冷却効果は得られるが、開放されている多孔質体外周面を気密シールする必要があるため、多孔質体の弾性変形と整合させることが難しい。そのため、好ましくは冷却部材背面の中央１点あるいは複数点に貫通孔を設け、その貫通孔から背面側へ減圧に引くことにより、開放されている多孔質体外周面から空気を吸引して、多孔質体の開気孔内を均一に流し、貫通孔から排出することができる。
【００４２】
多孔質体に流す冷媒は、気体でも液体でも良い。液体は冷却効果が高いという利点を有するが、電気部品では液漏れが発生した際の被害が大きい。また、冷媒の液体を使い捨てにすると液体コストや給液及び排液の装置コストが高くなるため、通常は液体を循環して使用するが、その場合でも液体で奪った熱を結局は別の場所で大気中に放出しなければならない。従って、本発明においても、冷媒として気体を用いることが好ましい。具体的には、窒素ガスやアルゴンガスを用いることができるが、特に空気を用いることが外部に漏れた場合に作業者が窒息を起こす危険性もないため好ましい。
【００４３】
ただし、多孔質体内の圧力損失が大きくなり、真空引きや加圧の際に空気等の冷媒の圧力が下がる箇所が生ずると、熱を受け取る分子数密度が減少することになるため冷却効率が低下してしまう。そのため、多孔質体内部の圧力損失が大きくならない冷媒の流れを作ることにより、冷却効率を上げることができる。例えば、中央１点で背面からポンプ引きすると、中央の出口付近の圧力が最も低くなり、中央部の冷却効率は低下するが、その周囲に圧力を分散するための補助穴を開けることにより、圧力損失が低下して冷却効率は向上する。更に、多孔質体に空気の導入部とポンプ引き部を交互に形成する等の対応を行うことにより、圧力損失が一層低下して冷却効率が向上するため好ましい。
【００４４】
また、被冷却体の表面には、面粗度に応じて微小な凹凸、例えば通常は０.２〜０.８μｍ程度の凹凸が存在する。この状態の被冷却体表面に冷却部材の多孔質体を押し付けると、両者の接触界面に微小気孔が残留して熱抵抗になる。そこで、この多孔質体と被冷却体の表面粗さに起因する凹凸の隙間を埋めるように、両者の接触界面に熱伝導性のグリースや樹脂などで介在層を形成するが、その介在層の厚さを５０μｍ以下とすることによって、介在層の熱伝導率の低さが熱抵抗とならず、むしろ熱伝導を大きく改善できることを見出した。介在層の厚さが５０μｍを超えると、介在層の熱伝導率の低さから熱抵抗として働くようになるため好ましくない。
【００４５】
本発明の冷却部材における多孔質体の構造には特に制限はなく、例えば、金属多孔体構造や金属ハニカム構造など、被冷却体と隙間なく接触するためのスプリング機能と冷媒を流して冷却するための開気孔を有するものであれば良い。特に好ましい多孔質体としては、例えば図２に示すように、冷却部材の基材４上に多数の柱状体３ａを配置したマイクロ構造を有するものがある。また、図３に示す多孔質体は、図２の柱状体３ａの先端部につば部３ｂを設けて、被冷却体との接触面積を増やしたものである。尚、このマイクロ構造の多孔質体では、各柱状体３ａの間の空間が開気孔となる。
【００４６】
これらの柱状体は、図２〜３に示すように、斜めに傾斜した状態で、基材表面のＸＹ方向に規則的に配列していることが好ましい。また、各柱状体の径は５００μｍ以下であることが好ましく、各柱状体のアスペクト比は５以上であることが好ましい。柱状体の径を５００μｍ以下とすることにより、被冷却体から伝わった熱が柱状体表面に達しやすく、冷媒に対する放熱効果が高くなる。また、柱状体のアスペクト比を５以上とすることにより、多孔質体の弾性変形がスムーズに起こるようになり、被冷却体との密着度が向上して冷却効率が高くなる。
【００４７】
上記した多数の柱状体からなるマイクロ構造の多孔質体は、ＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ  Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ  Ａｂｆｏｒｍｕｇ）法、ＭＥＭＳ、ナノインプリントにより形成することができる。例えば、ＬＩＧＡ法によれば、基材となる金属板上にレジストを塗布乾燥した後、柱状体の断面に相当するパターンのマスクを載せ、例えば斜め４５°の方向からＸ線を照射する。現像液で洗浄してＸ線のあたった箇所のレジストを除去し、レジストが除去された空間に電気めっきで金属を柱状に埋めた後、残っているレジストを酸素プラズマで除去することによって、斜めに傾斜した多数の柱状体からなるマイクロ構造の多孔質体（図２）が得られる。また、この多数の柱状体の先端に銀ロウ等を挟んで金属箔を載せ、加熱処理して接合した後、レーザで金属箔を升目状に切り離すことによって、柱状体の先端につば部を設けたマイクロ構造の多孔質体（図３）を得ることができる。
【００４８】
また、本発明の多孔質体としては、上記した銅やアルミニウム等の金属からなる多孔質体のほかに、金属多孔体構造や金属ハニカム構造であっても良い。あるいは、表面を金属化処理した樹脂、例えば多孔質フッ素樹脂を用いることもできる。多孔質フッ素樹脂は弾性変形能及び／又は塑性変形能を有し、スプリング機能により被冷却体と隙間なく接触できる。また、多孔質フッ素樹脂は熱伝導率が低いが、銅めっき等で表面を金属化処理することにより、熱伝導特性を向上させることが可能である。尚、フッ素樹脂としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、六フッ化エチレン共重合体（ＦＥＰ）、パーフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）等が、コスト及び特性安定性の観点から好ましい。
【００４９】
上記した本発明による冷却部材を用いることによって、素子や基板、パッケージ等の被冷却体から効率的に排熱することができ、温度上昇による素子の誤動作や劣化を防ぐことができる。従って、最近の大画面化により発熱量の増大しているテレビやプロジェクタ、あるいはＭＰＵの高速化による発熱量の増大に放熱が追いつかなくかっているパソコンを初めとして、多くの電子機器に好適に使用することができる。
【実施例】
【００５０】
［実施例１］
図４に示すように、ＤＬＰ素子の代用として縦１５×横１５×厚さ１ｍｍのＡｌＮヒータ５を用い、このＡｌＮヒータ５を純度９２％の縦４０×横４０×厚さ２.５ｍｍのＡｌ２Ｏ３基板６にＡｇグリ−ス（熱伝導率：９Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いて接着した。このＡｌ２Ｏ３基板６の裏面中央の冷却領域は縦２０×横２０ｍｍであり、且つ凹状に０.１ｍｍ反っていた。このＡｌ２Ｏ３基板６の裏面中央の冷却領域に、Ｃｕの多孔質体３をＣｕの基材４上に形成した冷却部材１を配置し、更にその裏面を中央に縦２０×横２０×厚さ１ｍｍの出っ張りを有するＣｕ基板７で挟み込み、ＳＵＳねじで全体を締め込んだ。
【００５１】
上記冷却部材１の多孔質体３は、ＬＩＧＡ法により形成した。即ち、縦２０×横２０×厚さ２ｍｍのＣｕ板の表面にレジストを塗布乾燥し、マスクを載せて斜め３０°の方向からＸ線を照射した後、現像液で洗浄してＸ線のあたった箇所のレジストを深さ０.２５ｍｍまで除去し、レジストが除去された空間に電気めっきでＣｕを柱状に埋め、残っているレジストを酸素プラズマで除去することにより作製した。このようにして作製した試料１の多孔質体は、図２に示すように、斜めに３０°に傾斜した断面２５×２５μｍの多数の柱状体３ａが２５μｍずつ間を空けて規則的に剣山状に配列したマイクロ構造を有し、被冷却体であるＡｌ２Ｏ３基板６との対向面積に対して接触面積（剣山状に配列した各柱状体の先端部の合計面積に相当する）は２５％であった。
【００５２】
この試料１の冷却系を３００×３００×６００ｍｍの筐体内に入れ、風の影響を受けない状態において、室温を空調で２５℃に制御し、ＡｌＮヒータへの供給電力を７Ｗに設定して、冷却実験を行った。その際、図４に示すように、Ｃｕの基材４とＣｕ基板７の中央に直径２ｍｍの貫通孔８を設け、多孔質体３の背面側からステンレス配管を通じて筐体外に引き出し、ポンプ９を用いて１ｋｇｆ／ｃｍ２で減圧に引いた。空気は多孔質体３の外周面から吸引されて中央部に流れ込み、貫通孔８を通って筐体外に排出される。その際、空気は３リットル／分の流量で流れた。
【００５３】
また、上記試料１の多孔質体に代え、図３に示すように、柱状体３ａの先端に銀ロウを挟んで厚さ０.１ｍｍのＣｕ箔を載せ、加熱処理して接合した後、レーザでＣｕ箔を升目状に切り離すことによって、柱状体３ａの先端につば部３ｂを設けたマイクロ構造の試料２〜４の多孔質体を作製した。ただし、多孔質体の被冷却体との対向面積に対する接触面積の割合は、上記試料１が２５％であるのに対し、試料２は１２％、試料３は９％、試料４は２％、試料５は０.１％、試料６は０.０１％、及び試料７は０.００５％であった。
【００５４】
上記の試料１〜４について、上記と同様の冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１で３５℃、試料２で３８℃、試料３で４１℃、試料４で４３℃、試料５で４４℃、試料６で４５℃、及び試料７で４７℃であった。
【００５５】
［比較例１］
図５に示すように、上記実施例1と同じＡｌＮヒータ５とＡｌ２Ｏ３基板６の接着体を用い、このＡｌ２Ｏ３基板６の裏面中央の冷却領域に縦２０×横２０×厚さ１.５ｍｍの熱伝導シート（熱伝導率：３０Ｗ／ｍ・Ｋ）１０を配置し、更にその裏面を中央に縦２０×横２０×厚さ１ｍｍの出っ張りを有するＡｌフィン１１の出張部１２で挟み込み、ＳＵＳねじで全体を締め込んだ。Ａｌフィン１１は、Ａｌフィン１１に直接取り付けたファン１３で空冷した。
【００５６】
この比較例の冷却系を、上記実施例１と同様に、筐体内に入れ、風の影響を受けない状態において、室温を空調で２５℃に制御し、更に筐体上部に取り付けたファンで室内に排熱しながら、ＡｌＮヒータへの供給電力を７Ｗに設定して、冷却実験を行った。その結果、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は５０℃であった。
【００５７】
［実施例２］
上記実施例１の試料１における多孔質体の空隙率は７５％であるが、多孔質体を構成する柱状体のピッチを変えることにより、空隙率の異なる試料８〜１０の多孔質体を作製した。各試料の空隙率は、試料８が５２％、試料９が４５％、及び試料１０が２０％であった。
【００５８】
これらの各試料について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行った結果、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１が３５℃であるのに対し、試料８は３７℃、試料９は４２℃、及び試料１０は４４℃であった。
【００５９】
［実施例３］
上記実施例１の試料１における多孔質体の厚みは２５０μｍあるが、多孔質体の厚みを変えた試料１１〜１３を作製した。各試料の多孔質体の厚みは、試料１１が４００μｍ、試料１２が１５０μｍ、及び試料１３が８０μｍであった。
【００６０】
これらの試料１１〜１３について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行った結果、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１が３５℃であるのに対し、試料１１は３２℃、試料１２は４４℃、及び試料１３は４６℃であった。
【００６１】
［実施例４］
上記実施例１の試料１における多孔質体の弾性変形量は１２０μｍであるが、酸素含有量の異なるＣｕ板を用いて柱状体を形成することにより、多孔質体の弾性変形量の異なる試料１４〜１６を作製した。各試料の多孔質体の弾性変形量は、試料１４が２００μｍ、試料１５が８０μｍ、及び試料１６が２０μｍであった。
【００６２】
これらの試料１４〜１６について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行った結果、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１が３５℃であるのに対し、試料１４は３３℃、試料１５は４２℃、及び試料１６は４６℃であった。
【００６３】
［実施例５］
上記実施例１の試料１において多孔質体を構成する柱状体のアスペクト比は１０であるが、柱状体の径を変えることによりアスペクト比の異なる試料１７〜１９を作製した。各試料のアスペクト比は、試料１７が２０、試料１８が６、及び試料１９が４であった。ただし、柱状体の傾斜角度を変えることにより、全ての試料で多孔質体の厚みは１５０μｍに統一した。
【００６４】
これらの試料１７〜１９について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行った結果、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１が３５℃であるのに対し、試料１７は３１℃、試料１８は３９℃、及び試料１９は４４℃であった。
【００６５】
［実施例６］
上記実施例１の試料１において多孔質体を構成する柱状体の径は２５μｍであるが、柱状体の径が異なる試料２０〜２２を作製した。各試料の柱状体の径は、試料２０が９０μｍ、試料２１が１２０μｍ、及び試料２２が１５０μｍであった。ただし、柱状体の傾斜角度を変えることにより、全ての試料で多孔質体の厚みは１５０μｍに統一した。
【００６６】
これらの試料２０〜２２について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行った結果、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１が３５℃であるのに対し、試料２０は３８℃、試料２１は４１℃、及び試料２２は４３℃であった。
【００６７】
［実施例７］
上記実施例１の試料１では、多孔質体と被冷却体の対向面積に対して、多孔質体が冷媒の空気と接触する冷媒接触面積の比は１１であるが、多孔質体を構成する柱状体の間隔を変えることにより、上記対向面積に対する冷媒接触面積の比が異なる試料２３〜２５を作製した。各試料の対向面積に対する冷媒接触面積の比は、試料２３が２０、試料２４が７、及び試料２５が４であった。
【００６８】
これらの試料２３〜２５について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行った結果、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１が３５℃であるのに対し、試料２３は３２℃、試料２４は３９℃、及び試料２５は４４℃であった。
【００６９】
［実施例８］
上記実施例１の試料１では、多孔質体背面の中央１点に設けた貫通孔から吸引して多孔質体内に空気を流す構造になっているが、試料２６では中央１点に加え１辺７ｍｍの正方形の４隅に設けた直径１ｍｍの貫通孔の合計５点から空気を吸引する構造にした。また、試料２７では、多孔質体背面に貫通孔を設けずに、多孔質体の外周面にＯ−リングを取り付けて気密を保持し、多孔質体の外周面の１辺側から対向する１辺側へ空気を吸引する構造とした。
【００７０】
これらの試料２６〜２７について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行った結果、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１が３５℃であるのに対し、試料２６は３１℃、及び試料２７は３９℃であった。
【００７１】
［実施例９］
上記実施例１の試料１では、多孔質体背面の中央１点に設けた貫通孔から１ｋｇｆ／ｃｍ２で吸引して多孔質体内に空気を流す構造になっているが、試料２８では多孔質体背面の中央１点に設けた貫通孔からコンプレッサにより２ｋｇｆ／ｃｍ２で空気を送り込み、また試料２９では多孔質体背面の中央１点に設けた貫通孔から窒素ガスボンベにより２ｋｇｆ／ｃｍ２でＮ２ガスを送り込んだ。
【００７２】
これらの試料２８〜２９について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行った結果、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１が３５℃であるのに対し、試料２８は３６℃、及び試料２９は３６℃であった。
【００７３】
［実施例１０］
上記実施例１の試料１においては多孔質体の開気孔内を空気が３リットル／分の流量（多孔質体入口の流速に換算すると０.３１ｍ／秒）で流れるが、流量計で確認しながらバルブで流量を調節することにより空気の流量を変化させ、試料３０では５リットル／分（流速０.５２ｍ／秒）、試料３１では１.５リットル／分（流速０.１６ｍ／秒）、及び試料３２では０.７リットル／分（流速０.０７ｍ／秒）とした。
【００７４】
これらの試料３０〜３２について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行った結果、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１が３５℃であるのに対し、試料３０は３１℃、試料３１は３９℃、及び試料３２は４６℃であった。
【００７５】
［実施例１１］
上記実施例１の試料１ではＣｕの多孔質体を用いたが、試料３３ではＡｌ、試料３４ではＮｉ、試料３５ではＳＵＳの多孔質体を用いた。ただし、いずれの試料の多孔質体も、試料１と同じ多数の柱状体が剣山状に配列したマイクロ構造の多孔質体とした。
【００７６】
これらの試料３３〜３５について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行った結果、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１が３５℃であるのに対し、試料３３は３８℃、試料３４は４７℃、及び試料３５は４８℃であった。
【００７７】
［実施例１２］
上記実施例１の試料１と同じ冷却系を用いたが、多孔質体とＡｌ２Ｏ３基板との接触界面にＡｇ含有グリース（熱伝導率：７.５Ｗ／ｍ・Ｋ）を介在させて表面凹凸に起因する気孔を埋め、その介在層の厚さの異なる試料３６〜３９を作製した。各試料の介在層の厚さは、試料３６で２μｍ、試料３７で１０μｍ、試料３８で４５μｍ、及び試料３９で６０μｍとした。
【００７８】
これらの試料３６〜３９について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行った結果、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１が３５℃であるのに対し、試料３６は３０℃、試料３７は３２℃、試料３８は３３℃、及び試料３９は４５℃であった。
【００７９】
［実施例１３］
上記実施例１の試料１ではＣｕからなる多数の柱状体が剣山状に配列した多孔質体を用いたが、試料４０では厚さ５μｍのＣｕめっきを施した多数のＮｉの柱状体が剣山状に配列した多孔質体を用いた。また、試料４１では気孔径が１００〜３００μｍのＣｕ多孔体、試料４２では厚さ５μｍのＣｕめっきを施した気孔径が１００〜３００μｍのＮｉ多孔体、試料４３では厚さ１μｍのＣｕめっきを施した多孔質四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、及び試料４４では厚さ３.０ｍｍでハニカム径０.５ｍｍのＣｕハニカム構造体を、それぞれ多孔質体として用いた。
【００８０】
これらの試料４０〜４４について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行った結果、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１が３５℃であるのに対し、試料４０は４３℃、試料４１は３２℃、試料４２は４２℃、試料４３は３９℃、及び試料４４は３７℃であった。
【００８１】
［実施例１４］
２０×６ｍｍで厚さ０.１ｍｍのＣｕ箔をエッチングして、Ｃｕ箔の一辺に断面１００×１００×長さ１０００μｍの柱状体が３５０μｍ間隔で並んだＣｕ箔を得た。この一辺に多数の柱状体を有するＣｕ箔と、柱状体を有しない２０×５ｍｍで厚さ０.１ｍｍのＣｕ箔を交互に重ね合わせてねじ締めした後、放電加工により中央に直径２ｍｍの貫通孔を開けて、試料４５の多孔質体を作製した。この多孔質体について上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行い、背面から空気を引いて流量５リットル／分で多孔質体内に空気を流したところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は３４℃になった。
【００８２】
また、２０×２１ｍｍで厚さ０.１ｍｍのＣｕ箔をエッチングして、Ｃｕ箔の一辺に断面１００×１００×長さ１０００μｍの柱状体が３５０μｍ間隔で並んだＣｕ箔を得た。この一辺に多数の柱状体を有するＣｕ箔と、２０×２０ｍｍで厚さ０.１ｍｍのＣｕ箔で、図６に示すように一辺を凹凸形状に形成したＣｕ箔を、交互に重ね合わせて溶接した後、放電加工により中央に直径２ｍｍの貫通孔を開けて、試料４６〜４８の多孔質体を作製した。ただし、上記凹凸の曲率半径Ｒは、試料４６で１ｍｍ、試料４７で９ｍｍ、試料４８で１０ｍｍとした。
【００８３】
これらの各試料について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行い、背面から空気を引いて流量５リットル／分で多孔質体内に空気を流したところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料４６で２９℃、試料４７で３０℃、試料４８で３５℃であった。
【００８４】
［実施例１５］
２０×２０×５ｍｍのＣｕ板の中央に直径２ｍｍの貫通孔を開けた後、Ｃｕ板にワイヤー放電加工して、断面１００×１００μｍで３０°の傾斜角度を有し、３５０μｍ間隔で並んだ柱状体を有する試料４９の多孔質体を形成した。また、一列に並んだ直径２ｍｍの貫通孔を３個開けた後、Ｃｕ板にワイヤー放電加工して、断面１００×１００μｍで３０°の傾斜角度を有し、３５０μｍ間隔で並んだ柱状体を有する試料５０の多孔質体を形成した。
【００８５】
これらの各試料について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料４９は３４℃、試料５０は３３℃であった。
【００８６】
また、上記試料５０の多孔質体の内部、即ち貫通孔を除いた柱状体の間に、０.１×２０×０.７ｍｍの板状体を４枚挿入した。各試料の板状体の表面面粗さＲａを変え、試料５１では０.０８μｍ、試料５２では０.１μｍ、試料５３では０.５μｍとした。
【００８７】
これらの各試料について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料５１は３１℃、試料５２は３０℃、試料５３は２９℃であった。
【００８８】
［実施例１６］
上記実施例１５の多孔質体に用いたＣｕは純度９９.９６％のものである。この実施例１６では、製法及び形状は実施例１５の試料４９と同じであるが、試料５４では純度９２.５％、試料５５では純度８８％のＣｕを用いて多孔質体を作製した。
【００８９】
上記の各試料について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、上記試料４９は３４℃であったのに対し、試料５４は３７℃、試料５５は４０℃であった。
【００９０】
［実施例１７］
上記実施例１５の多孔質体に用いたＣｕは引張強度２８０ＭＰａのものである。この実施例１７では、製法及び形状は実施例１５の試料４９と同じであるが、引張強度が試料５６では３４０ＭＰａ、試料５７では３８０ＭＰａ、試料５８では４２０ＭＰａのＣｕを用いて、多孔質体を作製した。
【００９１】
上記の各試料について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料４９は３４℃であったのに対し、試料５６は３６℃、試料５７は４０℃、試料５８は４１℃であった。
【００９２】
［実施例１８］
上記実施例１５の試料４９の多孔質体では、柱状体の表面粗さＲａが０.１μｍのものを用いた。この実施例１８では、製法及び形状は実施例１５の試料４９と同じであるが、表面エッチング条件を変えることによって、表面粗さを試料５９ではＲａで０.０８μｍ、試料６０ではＲａで０.５μｍ、試料６１ではＲａで１.０μｍに仕上げた。
【００９３】
上記の各試料について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料４９は３４℃であったのに対し、試料５９は３６℃、試料６０は４０℃、試料６１は４１℃であった。
【００９４】
［実施例１９］
上記実施例１４の試料４５の多孔質体では、柱状体を形成したＣｕ箔における柱状体の表面粗さＲａは０.１μｍであった。この実施例１９では、製法及び形状は実施例１４の試料４５と同じであるが、柱状体を形成するためのエッチングの際に、柱状体の側面に０.０５×０.１ｍｍの枝状体を左右にそれぞれ４本ずつ追加した形状にエッチングすると共に、エッチング条件を変えて枝状体を含む柱状体の表面粗さを、試料６２ではＲａで０.０８μｍ、試料６３ではＲａで０.１μｍ、試料６４ではＲａが０.５μｍとした。
【００９５】
上記の各試料について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料６２は４０℃、試料６３は３４℃、及び試料６４は３２℃であった。
【００９６】
［実施例２０］
上記実施例１４の試料４５の多孔質体では、重ね合わせたＣｕ箔の片方に傾斜した直線状の柱状体を形成した。この実施例２０では、製法及び形状は実施例１４の試料４５と同じであるが、Ｃｕ箔のエッチングの際に、柱状体の形状を変化させて多孔質体を作製した。
【００９７】
即ち、試料６５では、図７に示すように、幅１００μｍ、外径１ｍｍで、その片端が基体のＣｕ箔と一体化し且つ片端がＣｕ箔から０.８ｍｍの位置にある柱状体を、０.３５ｍｍ間隔で形成した。試料６６では、図８に示すように、幅１００μｍ、外径１ｍｍのアーチ形状で、両端がＣｕ箔と一体化した柱状体を０.２ｍｍ間隔で形成した。試料６７では、図９に示すように、幅１００μｍ、両端間距離１ｍｍ、外径２５０μｍの曲線を複数含む形状の柱状体を、中心間ピッチ７００μｍで形成した。更に、試料６８では、図１０に示すように、幅１００μｍ、両端間距離１ｍｍのＳ字形状の柱状体を、中心間ピッチ７００μｍで形成した。
【００９８】
これらの各試料について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料６５は３１℃、試料６６は３１℃、試料６７は３０℃、試料６８は２９℃であった。
【００９９】
［実施例２１］
上記実施例１５の試料４９の多孔質体では、柱状体の先端の表面粗さはＲａで０.１μｍであった。この実施例２１では、製法及び形状は実施例１５の試料４９と同じであるが、ワイヤー放電加工前のＣｕ板表面の研磨砥粒条件を変えることにより、柱状体の先端の表面粗さを、試料６９でＲａが１μｍ、試料７０でＲａが５μｍ、試料７１でＲａが７μｍ、試料７２でＲａが９μｍとなるように仕上げた。
【０１００】
これらの各試料について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料４９が３４℃であったのに対し、試料６９は３６℃、試料７０は３７℃、試料７１は４０℃、試料７２は４２℃であった。
【０１０１】
［実施例２２］
上記実施例１５の試料４９における柱状体の多孔質体の代わりに、この実施例２２の試料７３では、直径０.０５ｍｍＣｕ線０.１ｇを絡み合わせたウール状の多孔質体を用いた。また、試料７４では、直径０.０５ｍｍのカーボンファイバ０.１ｇを絡み合わせシート状の多孔質体を用いた。これら試料７３と試料７４の多孔質体を、それぞれ中央に直径２ｍｍの穴を設けた２０×２０×５ｍｍのＣｕ基板とＡｌ２Ｏ３基板の間に挟み込んで、上記実施例１と同様の冷却系を作製した。
【０１０２】
これらの各試料について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料４９が３４℃であったのに対し、試料７３は３８℃、試料７４は３９℃であった。
【０１０３】
［実施例２３］
上記実施例１５の試料４９では、柱状体を有する多孔質体の締め付け力は柱状体１本当たり２０ｇであった。この実施例２３では締付け力を変え、試料７５では０.１ｇ、試料７６では１ｇ、試料７７では５ｇ、試料７８では５０ｇ、試料７９では１００ｇとした。
【０１０４】
これらの各試料について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料４９が３４℃であったのに対し、試料７５は４１℃、試料７６は３９℃、試料７７は３７℃、試料７８は３０℃、試料７９は２８℃であった。
【０１０５】
［実施例２４］
上記実施例１５の試料４９における多孔質体を用い、試料８０では、その背面側のＣｕ板に１７枚の２０×１×５０ｍｍのＣｕフィンをＡｇろう付けした。また、試料８１では、同じ試料４９の多孔質体の背面（２０×２０ｍｍ）にも、表面と同じ柱状体を形成した。これらの試料８０、８１では、中央の直径２ｍｍの貫通孔から多孔質体内の空気を５リットル／分で減圧引きすると共に、背面から１ｍｍ離れた位置に取り付けたＤＣ１２Ｖのファン（直径５０ｍｍ）を用いて、背面に空気を送って冷却した。
【０１０６】
また、上記試料８１の表面と背面に柱状体を形成した多孔質体であって、その中央に直径３ｍｍの貫通孔を開けて試料８２の多孔質体を作製した。この試料８２では、背面から１ｍｍ離れた位置に取り付けたＤＣ１２Ｖのファン（直径５０ｍｍ）を用いて、背面から空気を送って冷却した。
【０１０７】
これらの各試料について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料８０は２７℃、試料８１は２８℃、試料８２は２７℃であった。
【０１０８】
［実施例２５］
上記実施例１５の試料４９における多孔質体を用い、図１１に示すように、その背面側のＣｕ板の中央に多孔質体に達する直径３ｍｍの円形貫通孔８ａを開け、その周囲に幅１ｍｍのＬ字状貫通孔８ｂを４個開けて、試料８３の多孔質体１を作製した。
【０１０９】
この多孔質体１を上記実施例１と同様に組み立てて冷却実験用の冷却系を構成したが、図１２に示すように、中央の貫通孔８ａと外周の４側面を大気開放して空気吸入側とし、排気側の４個のＬ字状貫通孔８ｂからポンプ９により５リッター／分で減圧引きした。この試料８３について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は２９℃であった。
【０１１０】
［実施例２６］
上記実施例１５の試料４９の多孔質体にカーボンコートして、試料８４の多孔質体を作製した。この試料８４の多孔質体の輻射率は０.９１であった。この試料８４について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は２９℃であった。
【０１１１】
上記実施例１５の試料４９の多孔質体にＮｉめっきを５μｍ厚で施して、試料８５の多孔質体を作製した。この試料８５について、上記実施例1と同じ方法で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料４９が３４℃であるのに対し、試料８５は３５℃であった。
【０１１２】
上記試料４９と試料８５の多孔質体を、温度８０℃、湿度８０％の高温加湿試験機で１００時間暴露した後、上記と同じ評価を行ったところ、試料４９は３６℃であったが、試料８５は３６℃と特性変化はなかった。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】本発明による冷却部材の一具体例を示す概略の断面図である。
【図２】本発明の冷却部材における多孔質体の一具体例を示す概略の断面図である。
【図３】本発明の冷却部材における多孔質体の他の具体例を示す概略の断面図である。
【図４】本発明の冷却部材を用いた冷却実験装置の具体例を示す概略の断面図である。
【図５】比較例による冷却実験装置を示す概略の断面図である。
【図６】実施例で多孔質体の一部として用いた一辺を凹凸形状に形成したＣｕ箔を示す概略の断面図である。
【図７】本発明の多孔質体を構成する曲線を含む形状の柱状体を示す概略の断面図である。
【図８】本発明の多孔質体を構成するアーチ形状の柱状体を示す概略の断面図である。
【図９】本発明の多孔質体を構成する曲線を複数含む形状の柱状体を示す概略の断面図である。
【図１０】本発明の多孔質体を構成するＳ字形状の柱状体を示す概略の断面図である。
【図１１】本発明の空気流通用の貫通孔を設けた多孔質体を示す概略の平面図である。
【図１２】本発明の冷却部材を用いた冷却実験装置の他の具体例を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
【０１１４】
１        冷却部材
２        被冷却体
３        多孔質体
３ａ      柱状体
３ｂ      つば部
４        基材
５        ＡｌＮヒータ
６        Ａｌ２Ｏ３基板
７        Ｃｕ基板
８        貫通孔
８ａ      円形貫通孔
８ｂ      Ｌ字状貫通孔
９        ポンプ
１０        熱伝導シート
１１        Ａｌフィン
１２        出張部
１３        ファン
【図１】
2007129183.tif 000003
【図２】
2007129183.tif 000004
【図３】
2007129183.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007129183.tif 000007
【図６】
2007129183.tif 000008
【図７】
2007129183.tif 000009
【図８】
2007129183.tif 000010
【図９】
2007129183.tif 000011
【図１０】
2007129183.tif 000012
【図１１】
2007129183.tif 000013
【図１２】
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