(57)【要約】【課題】アルマイト処理や高放熱塗装を要することなく高放射率を達成できて十分な放熱特性を確保できると共に、アルマイト処理や高放熱塗装を要しないことでコスト低減を図ることのできるヒートシンクを提供する。【解決手段】ヒートシンク１は、金属製フィン本体部３と、フィン本体部の表面の一部又は全部に積層されたリン酸塩皮膜４と、リン酸塩皮膜の表面の一部又は全部に積層された金属石鹸皮膜５と、を含む構成とする。リン酸塩皮膜は、リン酸亜鉛皮膜であるのが好ましい。【選択図】図３
2017107999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製フィン本体部と、
前記フィン本体部の表面の一部又は全部に積層されたリン酸塩皮膜と、
前記リン酸塩皮膜の表面の一部又は全部に積層された金属石鹸皮膜と、を含むことを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記リン酸塩皮膜がリン酸亜鉛皮膜である請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記金属石鹸皮膜がステアリン酸金属塩皮膜である請求項１または２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記リン酸塩皮膜の厚さが０．３μｍ〜２５μｍであり、前記金属石鹸皮膜の厚さが０．３μｍ〜３５μｍである請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記ヒートシンクは、鍛造品である請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項６】
金属製基体の表面に、リン酸塩を含有する第１処理液を接触させるリン酸塩処理工程と、
前記リン酸塩処理工程を経た後の前記金属製基体の表面に、金属石鹸を含有する第２処理液を接触させる金属石鹸処理工程と、を包含することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【請求項７】
金属製基体の表面に、リン酸塩を含有する第１処理液を接触させるリン酸塩処理工程と、
前記リン酸塩処理工程を経た後の前記金属製基体の表面を水洗する水洗工程と、
前記水洗工程を経た後の前記金属製基体の表面に、金属石鹸を含有する第２処理液を接触させる金属石鹸処理工程と、を包含することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【請求項８】
前記金属石鹸処理工程を経た後の前記金属製基体に対し鍛造加工により成形を行う鍛造工程をさらに包含する請求項６または７に記載のヒートシンクの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、半導体素子の放熱や、ＬＥＤ（発光ダイオード）の放熱のために用いられるヒートシンクに関する。
【０００２】
なお、この明細書において、「アルミニウム」の語は、アルミニウム及びその合金を含む意味で用いる。
【背景技術】
【０００３】
出力の小さい半導体素子の放熱や、ＬＥＤの放熱では、ファン等を設置せずに、ヒートシンクの放熱のみで冷却を行う用途が多数存在する。例えば、出力の小さい半導体素子においては、発熱に伴う故障、誤作動防止目的でヒートシンクが設けられている。また、ＬＥＤ照明装置では、ＬＥＤ光源の温度を下げることにより高い発光効率を確保する目的でヒートシンクが利用されている。
【０００４】
アルミニウム材は、高熱伝導材であり、液冷や強制空冷で使用される用途の場合、アルミニウム材の表面への被膜形成は熱抵抗の増大を伴うが、自然空冷で使用される用途の場合には、アルミニウム材は放射率が低い（放射率０．０４〜０．０６）ため、アルマイト処理などを施して放射率を高めて放熱特性を向上させることが有効な手段として利用されている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、自然空冷で使用される用途の場合に、アルミニウム材は、そのままでは放射率が低く、放熱特性が悪いので、アルミニウム材の表面に熱放射塗料を塗布し高放熱塗装を施して、ヒートシンクとしての放熱特性を向上させることが行われている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−６２１５９号公報（段落００２０等）
【特許文献２】特開２０１３−４７０８号公報（請求項１６、請求項２８等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、アルマイト処理や高放熱塗装は、処理コストが高い上に、鍛造加工後において後工程での処理として行うことになるため工程数が増加し、これらによりコストが増大するという問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる技術的背景に鑑みてなされたものであって、アルマイト処理や高放熱塗装を要することなく高放射率を達成できて十分な放熱特性を確保できると共に、アルマイト処理や高放熱塗装を要しないことでコスト低減を図ることのできるヒートシンク及びその製造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】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
【００１０】
［１］金属製フィン本体部と、
前記フィン本体部の表面の一部又は全部に積層されたリン酸塩皮膜と、
前記リン酸塩皮膜の表面の一部又は全部に積層された金属石鹸皮膜と、を含むことを特徴とするヒートシンク。
【００１１】
［２］前記リン酸塩皮膜がリン酸亜鉛皮膜である前項１に記載のヒートシンク。
【００１２】
［３］前記金属石鹸皮膜がステアリン酸金属塩皮膜である前項１または２に記載のヒートシンク。
【００１３】
［４］前記リン酸塩皮膜の厚さが０．３μｍ〜２５μｍであり、前記金属石鹸皮膜の厚さが０．３μｍ〜３５μｍである前項１〜３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【００１４】
［５］前記ヒートシンクは、鍛造品である前項１〜４のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【００１５】
［６］金属製基体の表面に、リン酸塩を含有する第１処理液を接触させるリン酸塩処理工程と、
前記リン酸塩処理工程を経た後の前記金属製基体の表面に、金属石鹸を含有する第２処理液を接触させる金属石鹸処理工程と、を包含することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【００１６】
［７］金属製基体の表面に、リン酸塩を含有する第１処理液を接触させるリン酸塩処理工程と、
前記リン酸塩処理工程を経た後の前記金属製基体の表面を水洗する水洗工程と、
前記水洗工程を経た後の前記金属製基体の表面に、金属石鹸を含有する第２処理液を接触させる金属石鹸処理工程と、を包含することを特徴とするヒートシンクの製造方法。
【００１７】
［８］前記金属石鹸処理工程を経た後の前記金属製基体に対し鍛造加工により成形を行う鍛造工程をさらに包含する前項６または７に記載のヒートシンクの製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
［１］の発明では、フィン本体部の表面の一部又は全部に積層されたリン酸塩皮膜と、リン酸塩皮膜の表面の一部又は全部に積層された金属石鹸皮膜と、を含む構成であり、前記リン酸塩皮膜および前記金属石鹸皮膜により形成される積層皮膜は、高放射率であり、十分な放熱特性を確保できる。このように、従来のアルマイト処理や高放熱塗装を施すことなく十分な放熱特性を確保でき、アルマイト処理や高放熱塗装を要しないことにより、コスト低減を図ることができる。
【００１９】
［２］の発明では、リン酸塩皮膜がリン酸亜鉛皮膜であるから、より高い放射率を確保できる。
【００２０】
［３］の発明では、金属石鹸皮膜がステアリン酸金属塩皮膜であるから、より一層高い放射率を確保できる。
【００２１】
［４］の発明では、さらに高い放射率を確保できる。
【００２２】
［５］の発明では、高放射率を達成できて十分な放熱特性を確保できると共にコスト低減を図ることのできる鍛造ヒートシンクが提供される。
【００２３】
［６］、［７］及び［８］の発明では、［１］の発明のヒートシンクを製造することができる。即ち、高放射率を達成できて十分な放熱特性を確保できるヒートシンクを低コストで製造できる。
【００２４】
なお、［７］の発明では、リン酸塩処理工程と金属石鹸処理工程の間に水洗工程を設けているので、金属石鹸処理工程における第２処理液のｐＨ変動を十分に抑制することができ、金属石鹸処理工程において金属石鹸皮膜を安定して形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るヒートシンクの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｘ線の切断端面図である。
【図３】フィンを示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明に係るヒートシンク１は、金属製フィン本体部３と、前記フィン本体部３の表面の一部又は全部に積層されたリン酸塩皮膜４と、前記リン酸塩皮膜４の表面に積層された金属石鹸皮膜５と、を含む構成である。
【００２７】
本発明のヒートシンク１の一実施形態を図１〜３に示す。このヒートシンク１は、平盤状のベース部１１の片面に複数本の略棒状のフィン２が突設されてなる。前記フィン２は、略棒状の金属製フィン本体部（フィン芯部）３と、前記フィン本体部３の外周面に積層されたリン酸塩皮膜４と、前記リン酸塩皮膜４の外周面に積層された金属石鹸皮膜５と、を含む構成である。前記リン酸塩皮膜および前記金属石鹸皮膜により形成される積層皮膜は、高放射率であり、十分な放熱特性を確保できる。従って、従来のアルマイト処理や高放熱塗装を施すことなく十分な放熱特性を確保でき、アルマイト処理や高放熱塗装を要しないことにより、コスト低減を図ることができる。
【００２８】
本発明において、前記リン酸塩皮膜４としては、特に限定されるものではないが、例えば、リン酸亜鉛皮膜、リン酸鉄皮膜、リン酸亜鉛鉄皮膜、リン酸マンガン皮膜、リン酸アルミニウム皮膜などが挙げられる。中でも、前記リン酸塩皮膜４は、リン酸亜鉛皮膜であるのが好ましく、この場合にはより高い放射率を確保することができる。
【００２９】
前記金属石鹸皮膜５としては、特に限定されるものではないが、例えば、ステアリン酸ナトリウム皮膜、ステアリン酸リチウム皮膜、ステアリン酸マグネシウム皮膜、ステアリン酸カルシウム皮膜、ステアリン酸バリウム皮膜、ステアリン酸亜鉛皮膜、ラウリン酸カルシウム皮膜、ラウリン酸バリウム皮膜、ラウリン酸亜鉛皮膜、リシノール酸カルシウム皮膜、リシノール酸バリウム皮膜、リシノール酸亜鉛皮膜、オクチル酸亜鉛皮膜等が挙げられる。中でも、前記金属石鹸皮膜５は、ステアリン酸金属塩皮膜であるのが好ましく、この場合にはより高い放射率を確保することができる。
【００３０】
本発明において、前記リン酸塩皮膜４の厚さは０．３μｍ〜２５μｍに設定されるのが好ましい。０．３μｍ以上であることで高い放射率を確保できると共に２５μｍ以下であることで生産コストを抑制できる。中でも、前記リン酸塩皮膜４の厚さは１μｍ〜５μｍに設定されるのが特に好ましい。
【００３１】
また、前記金属石鹸皮膜５の厚さは０．３μｍ〜３５μｍに設定されるのが好ましい。０．３μｍ以上であることで高い放射率を確保できると共に３５μｍ以下であることで生産コストを抑制できる。中でも、前記金属石鹸皮膜５の厚さは１μｍ〜５μｍに設定されるのが特に好ましい。
【００３２】
また、前記リン酸塩皮膜４の厚さと前記金属石鹸皮膜５の厚さの合計値は、０．６μｍ〜６０μｍに設定されるのが好ましい。中でも、前記リン酸塩皮膜４の厚さと前記金属石鹸皮膜５の厚さの合計値は、２μｍ〜２０μｍに設定されるのが特に好ましい。
【００３３】
前記金属製フィン本体部３を構成する金属材としては、通常、アルミニウム材が用いられる。
【００３４】
本発明において、ヒートシンクの形状としては、特に限定されるものではないが、例えば、平板の一方の面にフィンを立設した形状（図１、２参照）の他、扁平チューブの中空部内にフィンを設けた形状、平板状等が挙げられる。
【００３５】
次に、本発明のヒートシンク１を製造する方法の好適例を説明する。この製造方法は、その一例を説明したものに過ぎず、本発明に係るヒートシンク１は、このような製造方法で製造されたものに特に限定されるものではない。
【００３６】
まず、金属製基体を準備する。前記金属製基体の形状としては、特に限定されるものではないが、例えば、円板状、平面視多角形（矩形等）の平板状などが挙げられる。前記金属製基体の表面に、アルカリ脱脂液（例えば水酸化ナトリウム水溶液）を接触させることによって、金属製基体の表面を脱脂洗浄する。通常は、金属製基体をアルカリ脱脂液に浸漬する。浸漬時間は、特に限定されないが、１分〜３分に設定するのが好ましい。しかる後、金属製基体の表面を水洗する。
【００３７】
次いで、前記脱脂処理後の金属製基体の表面に、リン酸塩を含有する第１処理液を接触させることによって、金属製基体の表面にリン酸塩皮膜４を形成する（リン酸塩処理工程）。通常は、金属製基体を前記第１処理液に浸漬する。浸漬時間は、特に限定されないが、３０秒〜３分に設定するのが好ましい。前記第１処理液に含有せしめるリン酸塩としては、特に限定されるものではないが、例えば、リン酸亜鉛、リン酸鉄、リン酸亜鉛鉄、リン酸マンガン、リン酸アルミニウム等が挙げられる。通常、前記第１処理液としては、上記リン酸塩の水溶液が使用される。
【００３８】
次に、前記リン酸塩処理工程を経た後の金属製基体の表面を水洗する（水洗工程）。通常は、金属製基体を水に浸漬する。浸漬時間は、特に限定されないが、３０秒〜２分に設定するのが好ましい。
【００３９】
次いで、前記水洗工程を経た後の金属製基体の表面のリン酸塩皮膜４に、金属石鹸を含有する第２処理液を接触させることによって、金属製基体の表面（外面）のリン酸塩皮膜４の表面（外面）に金属石鹸皮膜５を形成する（金属石鹸処理工程）。通常は、表面にリン酸塩皮膜が形成された金属製基体を前記第２処理液に浸漬する。浸漬時間は、特に限定されないが、１分〜３分に設定するのが好ましい。前記第２処理液に含有せしめる金属石鹸としては、特に限定されるものではないが、例えば、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸亜鉛、ラウリン酸カルシウム、ラウリン酸バリウム、ラウリン酸亜鉛、リシノール酸カルシウム、リシノール酸バリウム、リシノール酸亜鉛、オクチル酸亜鉛等が挙げられる。通常、前記第２処理液としては、上記金属石鹸の水溶液が使用される。
【００４０】
次に、前記金属石鹸処理工程を経た後の金属製基体の表面を水洗する（水洗工程）。通常は、金属製基体を水に浸漬する。浸漬時間は、特に限定されないが、３０秒〜２分に設定するのが好ましい。
【００４１】
しかる後、前記金属製基体（表面に順にリン酸塩皮膜、金属石鹸皮膜が形成された金属製基体）に対し、冷間鍛造等の鍛造加工により成形を行うことによって、例えば図１、２に示すような本発明のヒートシンク１を製造することができる（鍛造工程）。
【００４２】
得られたヒートシンク（鍛造品）１は、発熱を伴う基板（ＬＥＤ基板等）を搭載する部分のみリン酸塩皮膜および金属石鹸皮膜を切削加工等により除去してここに発熱を伴う基板を搭載する。例えば、ヒートシンクの前記搭載部分にグリース等のＴＩＭ（サーマル・インターフェース・マテリアル）を介して発熱を伴う基板（ＬＥＤ基板等）が固定される。なお、これは、搭載方法の一例を示したものに過ぎず、特にこのような搭載手法に限定されるものではない。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明の具体的実施例について説明するが、本発明はこれら実施例のものに特に限定されるものではない。
【００４４】
＜実施例１＞
直径５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円盤状のアルミニウム材（Ａ１１００材）からなる金属製基体を、日本パーカライジング株式会社製「アルボンドＡ液」（商品名；リン酸亜鉛を含有する水溶液からなる第１処理液）に２分間浸漬することにより、金属製基体の表面の全面にリン酸亜鉛皮膜４を形成せしめた（リン酸塩処理工程）。しかる後、金属製基体を水中に１分間浸漬することにより水洗を行った（水洗工程）。次に、日本パーカライジング株式会社製「パルーブ２３５液」（商品名；ステアリン酸ナトリウムを含有する水溶液からなる第２処理液）に前記金属製基体を２分間浸漬することにより、金属製基体の表面のリン酸亜鉛皮膜の表面側にステアリン酸ナトリウム皮膜を形成した（金属石鹸処理工程）。しかる後、金属製基体（表面に順にリン酸塩皮膜、金属石鹸皮膜が形成された金属製基体）を水中に１分間浸漬することにより水洗を行った。
【００４５】
次に、前記リン酸塩処理工程、前記金属石鹸処理工程を経た金属製基体に対し冷間鍛造加工により成形を行って、図１〜３に示す鍛造ヒートシンク１を得た。なお、得られたヒートシンク１において、ベース部１１の直径が５０ｍｍ、フィン２の直径は１．５ｍｍ、フィン２の高さは５ｍｍ、隣り合うフィン同士のピッチ（隙間間隔）は１ｍｍ、リン酸塩皮膜４の厚さは１．５μｍ、金属石鹸皮膜５の厚さは１．５μｍであった。
【００４６】
＜実施例２＞
リン酸塩処理工程での浸漬時間および金属石鹸処理工程での浸漬時間をそれぞれ変更することにより、リン酸亜鉛皮膜の厚さを０．５μｍに設定し、ステアリン酸ナトリウム皮膜の厚さを０．５μｍに設定した以外は、実施例１と同様にして、図１〜３に示す鍛造ヒートシンク１を得た。
【００４７】
＜実施例３＞
リン酸塩処理工程での浸漬時間および金属石鹸処理工程での浸漬時間をそれぞれ変更することにより、リン酸亜鉛皮膜の厚さを０．５μｍに設定し、ステアリン酸ナトリウム皮膜の厚さを３０μｍに設定した以外は、実施例１と同様にして、図１〜３に示す鍛造ヒートシンク１を得た。
【００４８】
＜実施例４＞
リン酸塩処理工程での浸漬時間および金属石鹸処理工程での浸漬時間をそれぞれ変更することにより、リン酸亜鉛皮膜の厚さを２０μｍに設定し、ステアリン酸ナトリウム皮膜の厚さを３０μｍに設定した以外は、実施例１と同様にして、図１〜３に示す鍛造ヒートシンク１を得た。
【００４９】
＜比較例１＞
実施例１で得られた鍛造ヒートシンクに対し、濃度３０質量％の水酸化ナトリウム水溶液を用いて洗浄を行うことによってリン酸塩皮膜及び金属石鹸皮膜を完全に除去して鍛造ヒートシンクを得た。
【００５０】
＜比較例２＞
実施例１で得られた鍛造ヒートシンクに対し、濃度３０質量％の水酸化ナトリウム水溶液を用いて洗浄を行うことによってリン酸塩皮膜及び金属石鹸皮膜を完全に除去した後、アルマイト処理を施すことにより表面に厚さ５μｍのアルマイト皮膜を形成して、鍛造ヒートシンクを得た。
【００５１】
【表１】
2017107999.tif 000003
【００５２】
上記のようにして得られた各ヒートシンクについて、下記測定法に基づいて放射率を測定すると共に、下記評価法に基づいて製造コストを評価した。その結果を表１に示す。
【００５３】
＜放射率測定法＞
ホットプレートの上にヒートシンクをそのベース部を下側にして載置してホットプレートにより１５分間加熱する。次に、ヒートシンクの表面温度を接触式温度計で測定する。次に、ヒートシンクの表面温度を真上から放射率を１に設定した放射温度計で測定し、前記接触式温度計で測定された温度と、この放射温度計で測定された温度の値が同じになるまで放射温度計の放射率の設定値を少しずつ変更していき、両方の温度計の値が同じになったときの放射率を当該ヒートシンクの放射率とした。放射率が高いものほど放熱特性に優れている。
【００５４】
＜製造コスト評価法＞
各実施例および比較例１での製造コストを調べ、下記判定基準により評価した。即ち、比較例２での製造コストを「×」と判定し、これを基準にして、各実施例および比較例１での製造コストを評価した。
（判定基準）
「○」…比較例２での製造コストより安価である
「△」…比較例２での製造コストより少し安価である
「×」…比較例２での製造コストと同等であり高コストである。
【００５５】
表１から明らかなように、本発明の実施例１〜４のヒートシンクは、製造コストを低減できると共に、高放射率を達成できて十分な放熱特性を確保できる。
【００５６】
これに対し、比較例１のヒートシンクは、少し低コストであるものの、低放射率であり十分な放熱特性を確保できない。また、比較例２のヒートシンクは、十分な放熱特性を確保できるものの、アルマイト処理を施すので環境負荷が大きいし高コストである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係るヒートシンクは、例えば、半導体素子用ヒートシンク、ＬＥＤ（発光ダイオード）用ヒートシンク等として好適に用いられ、このような自然空冷用途で好適に利用されるが、特にこれらの用途に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００５８】
１…ヒートシンク
２…フィン
３…金属製フィン本体部
４…リン酸塩皮膜
５…金属石鹸皮膜
１１…ベース部
【図１】
2017107999.tif 000004
【図２】
2017107999.tif 000005
【図３】
2017107999.tif 000006