(57)【要約】【課題】金型を用いた鋳造により表面にグラファイトが一体化したヒートシンクを製造できるようにした新たなヒートシンクの製造方法を提供する。【解決手段】金型１０，２０を用いて表面にグラファイト４１が一体化したヒートシンクＡを製造する方法であって、金型の少なくとも成形面に少なくともグラファイト４１とろう材４２を含む混合物４０を塗布する工程と、塗膜４４からろう材４２を熱により消失させる工程と、ろう材の消失後に溶湯金属５０を金型内に注入する工程と、冷却後に成形品を金型から離型する工程と、少なくとも含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型を用いて表面にグラファイトが一体化したヒートシンクを製造する方法であって、
金型の少なくとも成形面に少なくともグラファイトとろう材を含む混合物を塗布する工程と、
塗膜から前記ろう材を熱により消失させる工程と、
ろう材の消失後に溶湯金属を前記金型内に注入する工程と、
冷却後に成形品を金型から離型する工程と、
を少なくとも含むことを特徴とする表面にグラファイトが一体化した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、表面にグラファイトが一体化したヒートシンクの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体を含む電子部品等が発生する熱を効果的に放熱するための部材として、ヒートシンクが知られている。一般に、ヒートシンクは、銅やアルミニウムのように高熱伝導体を素材とし、発熱体である電子部品等に接する基板と、該基板に伝熱した熱を放熱するための冷却フィンとを有している。
【０００３】
図５はそのようなヒートシンクＡを備えた電子製品Ｂの一例であり、この電子製品Ｂにおいて、ヒートシンクＡは、函体をなす基板１と、該基板１の底面に一体成形された多数本のフィン２とで構成され、そのヒートシンクＡの基板１内に、適宜の電子部品３の適数個を基材４に装着した回路部材５が収容されている。基板１の内面側に、電子部品３が直接あるいは図示の例のように電子部品３の高さの違いを吸収するための高熱伝導樹脂材からなるクッション材６を介して接触しており、電子部品３は発する熱は基板１に伝熱し、その熱はフィン２を介して電子製品Ｂの外に放熱される。
【０００４】
ヒートシンクＡを備えた電子製品Ｂにおいて、発熱体である電子部品３からヒートシンクＡへの熱伝導性が良好であることが好ましい。そのために、特許文献１に記載の半導体装置では、電子部品３に相当する半導体素子とヒートシンクＡとの間に熱伝導性の良いカーボングラファイトを配置する技術が記載されている。しかし、配置のための技術手段は特に開示がない。
【０００５】
一方、一対の金型で形成されるキャビティ内に溶湯金属を注入して金属部材を鋳造成形するときに、キャビティ面にカーボングラファイトと無機バインダとからなる摩擦係数の小さい固体潤滑膜を形成する技術が特許文献２に記載されている。また、特許文献３には、ダイカスト鋳造において、ダイスの表面に分離材としてグラファイトスプレイを施す技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−５６１１４号公報
【特許文献２】特開２００１−１９１１４８号公報
【特許文献３】特開平１１−２８５８０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したヒートシンクにおいて、特許文献１に記載のように、その表面にグラファイトからなる層を配置し、ヒートシンクと半導体素子との間の熱伝導性を良好にすることは、半導体素子の冷却を促しかつヒートシンクの放熱特性を改善できることから、好ましい。しかし、一対の金型で形成されるキャビティ内に溶湯金属を注入してヒートシンクを製造しようとする場合に、どのようにして鋳造されるヒートシンクにグラファイトからなる層を一体成形するかについての考慮は特になされていない。
【０００８】
特許文献２あるいは特許文献３に記載される技術をヒートシンクの鋳造に適用することも考えられる。しかし、本発明者らは実験をとおして、グラファイトと無機バインダとからなる固体潤滑膜あるいはグラファイトスプレイによる膜と、例えばアルミニウムである
ヒートシンク用の溶湯金属との結合力は、膜と金属との界面の接着力のみであり、両者の間に機械的な結合がないために接着力が弱く、離型時に、膜は成形型側に残ってしまい、ヒートシンクの表面にグラファイトが一体化した鋳造品を得ることができないことを知った。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、金型を用いた鋳造により表面にグラファイトが一体化したヒートシンクを製造できるようにした新たなヒートシンクの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による製造方法は、金型を用いて表面にグラファイトが一体化したヒートシンクを製造する方法であって、金型の少なくとも成形面に少なくともグラファイトとろう材を含む混合物を塗布する工程と、塗膜から前記ろう材を熱により消失させる工程と、ろう材の消失後に溶湯金属を前記金型内に注入する工程と、冷却後に成形品を金型から離型する工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明による製造方法では、溶湯金属の注入前に、成形面に塗布したグラファイトとろう材の混合物を加熱してろう材を溶解し、溶解したろう材を真空吸引などの手段によって成形空間（キャビティ）から消失させる。ろう材の消失によってグラファイト粒子間に隙間（アンダーカット部）が形成される。金型内に注入される溶湯金属はその隙間内にも流れ込み、流れ込んだ溶融金属が固相化することで、注入された金属とグラファイト層との間にアンカー効果が発生する。それにより、固相化した金属とグラファイトは強固に一体化する。冷却後に脱型することで、表面にグラファイトが一体化した成形品（ヒートシンク）を得ることができる。また、グラファイトが備える固体潤滑作用により、離型荷重も低減されるので、脱型作業も容易となる。
【００１２】
製造されたヒートシンクは、表面に熱伝導性の良好なグラファイトの層を有しており、グラファイトの持つ高熱伝導性、高熱放射率という特性を備えた成形品となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明による製造方法における成形面にグラファイトとろう材の混合物を塗布する工程を説明する図。
【図２】ろう材を熱により消失させる工程を説明する図。
【図３】ろう材の消失後に溶湯金属をキャビティ内に注入する工程を説明する図。
【図４】脱型後の電子製品であるヒートシンクを示す図。
【図５】ヒートシンクを用いた電子製品の一例を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明による表面にグラファイトが一体化したヒートシンクの製造方法の一実施の形態を説明する。なお、以下では、図５で示した形態のヒートシンクＡを製造する場合を例とするが、このヒートシンクＡの形状は一つの例であって、得ようとする電子製品の形状に応じて、他に多くの変形例、例えば、単に平板状のもの、フィンを有しないもの等が存在する。また、それに応じて、ヒートシンクを鋳造するための成形金型の成形面の形状も変化する。
【００１５】
図１（ａ）は、ヒートシンクＡを製造するための鋳造装置Ｃの要部を示している。鋳造装置Ｃは、一対の金型１０，２０を備える。この例において、金型１０は雌型であり、金型２０は雄型である。通常、いずれか一方の金型は固定型であり、他方は移動型とされる。金型１０は矩形状の凹陥部１１を備え、該凹陥部１１の底面１２には、適数の凹溝１３が形成されている。金型２０は、金型１０の凹陥部１１の深さよりも高さの低い矩形状の突出部２１を備え、該突出部２１の頂面２２は、前記凹陥部１１の底面１２に平行な平坦面である。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、金型１０と金型２０を型締めしたときに、両金型の間には、図５に示したヒートシンクＡの形状をなす成形用のキャビティ３０が形成される。なお、このような一対の金型を備えた鋳造装置自体はよく知られたものであり詳細な説明は省略する。また、図２（ａ）に示すように、鋳造装置Ｃには、該キャビティ３０内に溶湯金属を供給するための湯道１４と、キャビティ内を真空引きすることのできる吸引口１５が備えられている。
【００１７】
ヒートシンクＡの製造に当たり、型が開いた状態にあるときに、金型１０と金型２０における前記キャビティ３０を形成することとなる成形面に、グラファイト４１とろう材４２を含む混合物４０を塗布する。図１（ｂ）は、成形面の一部を拡大して示しており、図１（ｃ）はさらにその一部を拡大して示している。混合物４０の塗布はスプレーによってもよく、刷毛塗等の手段であってもよい。グラファイト４１は粒子状であってもよく、繊維状であってもよい。ろう材４２は所要の温度で溶融する物質であればよく、パラフィン系ろう材が特に好ましく、具体例として、動物系、植物系、石油系、鉱物系、合成系の各種ワックス類、天然ロジン、ロジン誘導体、および石油樹脂等の樹脂のようなろう材を例示できる。混合物４０は、他に溶剤として、例えばイソヘキサンが含まれていてもよい。また、スプレー塗布する場合には、噴霧剤として、ブタンと合成油の混合物を用いることができる。
【００１８】
混合物４０を塗布することにより、キャビティ３０を形成することとなる成形面には、混合物４０の塗膜４４が形成される。該塗膜４４は、図１（ｃ）に示すように、グラファイト４１とろう材４２が混在した膜となる。なお、図１（ａ）では、金型１０と金型２０のパーティング面にも混合物４０の塗膜４４を形成しているが、キャビティを形成しないパーティング面には、混合物４０の塗布を省略することもできる。
【００１９】
前記塗膜４４を形成した後、型を閉める。図２（ａ）は型締め後の状態を示している。型を閉めた後、金型１０，２０を前記ろう材４２が溶融する温度にまで加熱する。ろう材４２が溶融した状態になったときに、前記した吸引口１５から真空引きを行う。それにより、溶融したろう材４２はキャビティ３０内から外部に排出されて、キャビティ３０の空間から消失する。図２（ｂ）（ｃ）は、ろう材４２が消失した後の状態を示す、図１（ｂ）（ｃ）に相当する図であり、図示のように、前記塗膜４４には、グラファイト４１の粒子のみが残っており、ろう材が存在した場所は、隙間４３となっている。
【００２０】
ろう材４２が消失した後に、従来の鋳造装置の場合と同様に、前記湯道１４を通して例えば溶融したアルミニウムあるいはアルミニウム合金である溶湯金属５０をキャビティ４０内に注入する。溶湯金属５０を注入した状態が図３（ａ）に示される。図３（ｂ）はキャビティ４０の成形面の一部を拡大して示しており、注入された溶湯金属５０の一部は、図２（ｃ）に示したグラファイト４１の粒子のみが残っている塗膜４４における隙間４３、すなわちグラファイト粒子間のアンダーカット部である隙間４３内に入り込むことができ、塗膜４４におけるろう材４２の領域が、溶湯金属５０によって置換された形となる。
【００２１】
その状態で、定法により冷却処理を行い、型を開き、成形品を脱型する。脱型後の製品であるヒートシンクＡが図４に示される。この例において、ヒートシンクＡは、函型の基板１と、その底版部の裏面に一体成形された適数本の放熱フィン２を備えた形状であり、その表面のすべてが、グラファイトからなる層４１Ａによって被覆されている。前記グラファイト層４１Ａは、前記し、かつ図３（ｂ）に示すように、ろう材４２の消失によって形成れたグラファイトの粒子間の隙間４３（アンダーカット部）に溶融金属５０が浸入して固相化することにより、アンカー効果が生じており、例えばアルミニウムである本体部分とグラファイト層４１Ａとは堅固に一体化している。また、グラファイト４１は高い固体潤滑性を備えており、脱型時での離型荷重も低減されるので、脱型作業も容易となる。
【００２２】
上記のように、本発明によれば、表面に熱伝導性の良好なグラファイト層４１Ａを備え、グラファイト４１の持つ高熱伝導性、高熱放射率という特性を備えたヒートシンクＡを得ることができる。
【符号の説明】
【００２３】
Ａ…ヒートシンク、
Ｂ…ヒートシンクを備えた電子製品、
Ｃ…ヒートシンクを製造するための鋳造装置、
１…基板、
２…フィン、
３…電子部品、
５…回路部材、
１０，２０…一対の金型、
１４…湯道、
１５…キャビティ内を真空引きすることのできる吸引口、
３０…キャビティ、
４０…グラファイトとろう材を含む混合物、
４１…グラファイト、
４１Ａ…グラファイトからなる層、
４２…ろう材、
４３…ろう材が消失して形成された隙間、
４４…混合物の塗膜、
５０…溶湯金属。
【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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