(57)【要約】【課題】冷熱が繰り返されるような環境下でも耐絶縁性に優れるヒートシンク部材の提供を目的とする。【解決手段】ＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金基材の表面に膜厚２０〜１００μｍの有機酸による陽極酸化皮膜を有することを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金基材の表面に膜厚２０μｍ〜１００μｍの有機酸による陽極酸化皮膜を有することを特徴とする耐絶縁性ヒートシンク部材。
【請求項２】
前記ＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金はＭｎ：１．０〜１．５質量％，Ｃｕ：０．０５〜０．３０質量％，Ｆｅ：０．７質量％以下，Ｓｉ：０．６質量％以下，Ｚｎ：０．２５質量％以下，Ｍｇ：１．３質量％以下，Ｃｒ：０．１質量％以下，Ｔｉ：０．１質量％以下及び残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１記載の耐絶縁性ヒートシンク部材。
【請求項３】
前記有機酸による陽極酸化皮膜は電解液にシュウ酸水溶液又はスルホサリチル酸水溶液を用いた陽極酸化皮膜であることを特徴とする請求項１又は２記載の耐絶縁性ヒートシンク部材。
【請求項４】
前記耐絶縁性は低温−４０℃と高温２５０℃との冷熱試験を３０００サイクル繰り返した後の絶縁抵抗が７０ＭΩ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの記載の耐絶縁性ヒートシンク部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高い絶縁性が要求される基板や熱交換用部材に用いられるヒートシンク部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器部品の分野においては実装電子素子の高電圧化、高出力化により発熱量の増大
化が問題になっている。
また、例えば自動車部品のように冷熱が繰り返し行われる電子基板等の分野では冷熱サイクルによる劣化が少ない耐絶縁性が要求されている。
【０００３】
特許文献１には、アルミニウム合金の表面に硫酸内で陽極酸化した皮膜を形成したパワーモジュールを開示する。
しかし、本発明者らの調査では硫酸による陽極酸化皮膜は冷熱サイクル試験にて微小のヒートクラックが発生し、耐絶縁性が低下する技術的課題があった。
また、どのようなアルミニウム合金を使用するかについては何ら開示がない。
特許文献２には、純アルミニウム又はアルミニウム合金の表面に有孔率５％超〜３０％以下であって、厚さ０．０３〜２．０μｍの微孔質陽極酸化皮膜を形成することで銅箔との接着性を改善したプリント基板を開示する。
しかし、同公報に開示される発明の目的は表面に形成する銅箔との密着性を改善するものであり、そのために陽極酸化皮膜の有孔率５％超〜３０％以下に抑える必要があり、その達成手段は陽極酸化皮膜の膜厚を０．０３〜２．０μｍと非常に薄く抑えたものである。
従って膜厚が薄く耐絶縁性に劣るものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０４６０４７号公報
【特許文献２】特開２０１３−２５１５１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、冷熱が繰り返されるような環境下でも耐絶縁性に優れるヒートシンク部材の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る耐絶縁性ヒートシンク部材は、ＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金基材の表面に膜厚２０〜１００μｍの有機酸による陽極酸化皮膜を有することを特徴とする。
本発明でヒートシンク部材は放熱性が要求される部材をいい、電子素子、回路等の実装基板や冷却用流体が循環する熱交換用の部材等が例として挙げられる。
【０００７】
アルミニウム合金の基材の表面に陽極酸化皮膜を形成する際に、冷熱サイクルにてヒートクラックが発生しないようにしなければならない。
本発明者らの試験評価によれば、アルミニウム合金の材質及び陽極酸化処理する電解液の種類による影響が大きいことが明らかになった。
従来のヒートシンクに使用されているＪＩＳ６０００系合金のようにＳｉ成分の添加量が多いものは陽極酸化皮膜に欠陥が生じやすく、冷熱サイクル試験にてクラックが発生する。
そこで陽極酸化時において緻密な皮膜ができる材料を試験評価した結果、Ａｌ−Ｍｎ系の合金であるＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金がよいことが明らかになった。
成分組成としては、前記ＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金はＭｎ：１．０〜１．５質量％，Ｃｕ：０．０５〜０．３０質量％，Ｆｅ：０．７質量％以下，Ｓｉ：０．６質量％以下，Ｚｎ：０．２５質量％以下，Ｍｇ：１．３質量％以下，Ｃｒ：０．１質量％以下，Ｔｉ：０．１質量％以下及び残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金がよい。
このようなアルミニウム合金として日本工業規格（ＪＩＳ）には３００３，３００４，３００５，３１０３等が規定されている。
この中でも特に３００３が好ましい。
ＪＩＳ  Ａ３００３は質量％でＭｎ：０．０５〜０．２０質量％，Ｃｕ：０．０５〜０．２０質量％，Ｆｅ：０．７％以下，Ｓｉ：０．６％以下となっていて、他の成分は不純物の取り扱いとなっている。
【０００８】
陽極酸化処理に用いる電解液は、従来の硫酸水溶液では電解中にアルミニウム合金に含する添加成分の溶出性が強く、皮膜に欠陥が生じやすいことが明らかになり、有機酸が好ましく、その中でもシュウ酸水溶液、又はスルホサリチル酸水溶液が好ましい。
また、耐絶縁性を確保するには有機酸を用いた皮膜であって、膜厚が２０μｍ以上あるのがよい。
【０００９】
このようにして得られた皮膜の耐絶縁性は低温−４０℃と高温２５０℃との冷熱試験を３０００サイクル繰り返した後の絶縁抵抗が７０ＭΩ以上有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るヒートシンク部材にあっては、ＪＩＳ３０００系のアルミニウム合金の基材の表面に有機酸を用いた電解液にて陽極酸化処理した皮膜を２０μｍ〜１００μｍの厚みで形成したので、冷熱環境下でもクラックの発生を抑え、耐絶縁性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】試験評価に用いたサンプル及びその評価結果を示す。
【図２】絶縁抵抗の評価方法を示す。
【図３】絶縁耐力の測定方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係るヒートシンク部材を比較例とともに試験評価したので、以下説明する。
図１の表にて実施例１及び比較例４は、ＪＩＳ  Ａ３００３−Ｏ材のアルミニウム基板（５０ｍｍ×１００ｍｍ×２ｍｍ）を用いて、比較例１〜３は同じ大きさのＪＩＳ  Ａ１０５０−Ｏ材を用いた。
なお、ＪＩＳ  Ａ１０５０−Ｏ材は、従来皮膜欠陥が少ないと称されていた純アルミ系のアルミ材料である。
表中、シュウ酸皮膜とは電解液にシュウ酸水溶液を用いたもので、硫酸皮膜とは電解液に硫酸水溶液を用いたものである。
シュウ酸皮膜は、シュウ酸濃度３０〜４０ｇ／リットル，液温５〜２５℃，電解電圧１００〜１２０Ｖの範囲にて所定の膜厚になるまで、陽極酸化処理した。
硫酸皮膜は硫酸濃度１００〜２００ｇ／リットル、液温５〜２５℃を用い、電解電圧はシュウ酸皮よりも小さくしないと正常な皮膜ができず、電流密度２〜３Ａ／ｄｍ２とした。
冷熱サイクル試験は、−４０℃にて１５分間保持した状態から２５０℃まで上昇させ、この２５０℃の状態を１５分間保持するサイクルを３０００回繰り返した。
絶縁抵抗は、図２に示すように陽極酸化皮膜表面と、クラックによりペーストが浸透する導電ペースト塗布面の両方を評価した。
絶縁耐力は、下記の試験条件にて実施した。
＜試験条件＞
・昇電圧速度は、毎秒約２５Ｖとする。
・回路遮断電流は、５ｍＡとする。
絶縁破壊強さ＝絶縁破壊電圧（ｋＶ）／皮膜厚（ｍｍ）
この値から絶縁耐力を計算でもとめた。
【００１３】
図１の表は３０００回の冷熱サイクル試験後の評価結果を示し、その結果から陽極酸化皮膜の表面に導電性ペーストを塗布すると、冷熱試験によりクラックが発生した場合に、この微小クラックに導電性ペーストが侵入し、絶縁抵抗が低下することが分かり、実施例１は皮膜部も導電ペースト部もいずれも絶縁抵抗が１００ｍΩ以上であり変化がなかった。
また、絶縁耐力も本実施例１は目標１５ｋＶ／ｍｍ以上をクリアーしていた。
実施例１と比較例４は同じＡ３００３−Ｏ材からなる基材であっても、硫酸皮膜の比較例４は絶縁抵抗性が劣っていた。
このことから、硫酸皮膜においては純アルミ系の基材の方が内部欠陥が少ないと考えられていたが、本発明者らの研究により３０００系のアルミニウム合金の基材に有機酸皮膜を施すのが耐絶縁性に優れていることが明らかになった。
よって、このようなアルミニウム合金基材と陽極酸化皮膜の組み合せは耐絶縁性皮膜が要求されるアルミ部品の分野にて広く適用できる。
アルミニウム合金は熱伝導性が良いのでヒートシンク機能も優れる。
本発明において、アルミニウム合金の基材の形状に制限がなく基板のようなプレート状，冷媒通路を有するチューブ状，放熱フィンを有するもの等が考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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