(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属線材がコイル状に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する巻回単位が相互に位置ずれして空隙部及び接触部を有するフィンと、前記フィンを設ける熱伝導性の基板とを備えたヒートシンク。
【請求項２】
請求項１記載のヒートシンクにおいて、接触部が熱的結合されていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項３】
金属線材を右巻きに巻回して形成された第１のコイルと、金属線材を左巻きに巻回して形成された第２のコイルとを、第１のコイルの巻回単位と第２のコイルの巻回単位とが交互になるように組み合わせ、さらに全体を扁平に形成して、空隙部及び接触部を形成したフィンと、前記フィンを設ける熱伝導性の基板とを備えたヒートシンク。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか記載のヒートシンクにおいて、フィンが基板に対して立設されたことを特徴とするヒートシンク。
【請求項５】
請求項４記載のヒートシンクにおいて、フィンが基板に設けられた溝に対して立設されたことを特徴とするヒートシンク。
【請求項６】
請求項５記載のヒートシンクにおいて、フィンが溝に対して熱的結合されたことを特徴とするヒートシンク。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか記載のヒートシンクにおいて、フィンの扁平な面が熱伝導性の基板に対して平行となるように設けてなるヒートシンク。
【請求項８】
請求項７記載のヒートシンクにおいて、フィンと基板との間に空隙を形成し、前記空隙にフェライト粉末を充填したことを特徴とするヒートシンク。
【請求項９】
金属線材がコイル状に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する巻回単位が相互に位置ずれして空隙部及び接触部を有するフィンからなるヒートシンク。
【請求項１０】
金属線材がコイル状に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する巻回単位が相互に位置ずれして空隙部及び接触部を有するフィンを、粘着剤層を設けた基材フィルムに備えてなるラベル状のヒートシンク。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載のヒートシンクにおいて、コイル状の金属線材が、右巻きに巻回されるコイル状の金属線材及び左巻きに巻回されるコイル状の金属線材が相互に位置ずれして組み合わさったものであることを特徴とするヒートシンク。
【請求項１２】
請求項１、２、９、１０のいずれか記載のヒートシンクにおいて、金属線材の表面に、フェライトを含む塗膜を形成したことを特徴とするヒートシンク。
【請求項１３】
請求項１、２、９、１０のいずれか記載のヒートシンクにおいて、金属線材が、アルミニウムもしくはその合金であり、表面に陽極酸化皮膜処理が施されていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項１４】
請求項１、２、９、１０のいずれか記載のヒートシンクにおいて、金属線材が、耐蝕性の金属であることを特徴とするヒートシンク
【請求項１５】
請求項１、２、９、１０のいずれか記載のヒートシンクにおいて、金属線材の表面に、熱放射性の塗膜を形成したことを特徴とするヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートシンクに関する。さらに詳しくは、主に半導体素子上に設置され、半導体素子の内部で発生する熱を流動する気体・液体に吸収させることによって半導体を冷却したり、その他、熱交換素子としての種々の用途に用いられるヒートシンクの技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、性能の向上に伴い発熱量を増大させてきた。半導体の温度が上昇すると半導体自体の性能が低下し、特に接合部が高温になると寿命が短くなり、ひどい場合には破損する恐れさえある。そこで、ＰＣのＣＰＵ等には、半導体内部の熱を周囲の冷たい空気に拡散して冷却するためのヒートシンクが用いられてきた。【０００３】
従来のヒートシンクは、半導体素子を効率的に冷却するため、一般に、表面の形状等を工夫し、表面積を大きくして放熱性能を向上させている。【０００４】
例えば、（特許文献１）には、複数の孔を有する板状のベース部に、同様に複数の孔を有する柱状のフィンが立設されたヒートシンクが開示されている。
この技術は、複数の孔を設けて表面積を大きくすることにより放熱性が高められているが、ダイカスト法や引抜き法により製造されるため、手間がかかり、また製造コストが高いという欠点があった。【０００５】
一方、（特許文献２）には、半導体素子とリードとが電気的に接続されて封止されたパッケージの上部に金属板を設け、その金属板の上部に金属細線製のコイル形放熱器が搭載された半導体装置が記載されている。これによれば、コイルを放熱フィンとするため安価に製造できるという利点がある。【０００６】
しかしながら、上記（特許文献２）の発明は、コイルと金属板とが点接合であるため、金属板からコイルへの熱伝導が十分でなく、全体の放熱性能が低いという問題があった。また、コイルの占める空間体積が大きいため金属板上に密に搭載することができず、そのため大きな放熱量が得られないという問題もあった。【０００７】
【特許文献１】特開平０８−３３０４８３号公報
【特許文献２】特開平０６−２７５７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明は、上記従来の状況に鑑み、コストが安く効率的に製造でき、また放熱性にも優れた新規なヒートシンク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】
上記課題を解決するため、本発明のヒートシンクは、金属線材がコイル状に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する巻回単位が相互に位置ずれして空隙部及び接触部を有するフィンと、前記フィンを設ける熱伝導性の基板とを備えたことを特徴とする。【００１０】
上記構成によれば、コイル状の金属線材を利用して表面積の大きいヒートシンクが容易に得られる。また、巻回単位の密着している部位を介してフィンの全体に熱が伝導し、放熱性能が向上する。さらに、フィンには通気可能な隙間が形成される。なお、ここでコイル状とは、円形に巻いたものに限定されるものではなく、三角形や四角形等の多角形、楕円形あるいは星形等の種々の形状を含んだものをいう。また、ここでいう熱伝導性の基板とは、放熱が要求される半導体装置等の基板をも含んだものをいう。【００１１】
また、本発明は、上記のヒートシンクにおいて、接触部が熱的結合されていることを特徴とする。【００１２】
上記構成によれば、接触部が熱的に結合しているため熱伝導が速やかとなり、フィンの全体に熱が伝導しやすくなる。なお、ここで熱的結合とは、接触部での熱伝導を損なうことなく固定することをいい、半田付け、半田メッキ、接着剤、粘着剤等の接着手段や、振動溶接、フラッシュ溶接等の接合手段により熱的結合が行なわれる。【００１３】
また、本発明は、金属線材を右巻きに巻回して形成された第１のコイルと、金属線材を左巻きに巻回して形成された第２のコイルとを、第１のコイルの巻回単位と第２のコイルの巻回単位とが交互になるように組み合わせ、さらに全体を扁平に形成して、空隙部及び接触部を形成したフィンと、前記フィンを設ける熱伝導性の基板とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、金属線材が密集して密に形成され、熱伝導性が向上し、放熱性能も向上する。また、右巻きと左巻にそれぞれ巻回される金属線材同士が良好に絡み合うため、形態の安定性が付与される。【００１５】
また、本発明は、上記いずれかのヒートシンクにおいて、フィンが基板に対して立設されたことを特徴とするヒートシンク。【００１６】
上記構成によれば、基板上にフィンが起立した状態で配列し、全体の表面積が大きくなると共に、フィンに形成された隙間を介して基板の表面上が通気可能となる。また、扁平な面の端部（フィンと基板との接触部分）は、金属線材が密集して密度が高いため、基板から熱が伝導する際の熱抵抗が低くなる。【００１７】
また、本発明は、上記いずれかのヒートシンクにおいて、フィンが基板に設けられた溝に対して立設されたことを特徴とするヒートシンク。【００１８】
上記構成によれば、フィンが基板に対して確実に固定されるとともに、フィンと基板との接触面積が増大するため、基板とフィンとの間の熱伝導が速やかに行なわれる。【００１９】
また、本発明は、上記のヒートシンクにおいて、フィンが溝に対して熱的結合されたことを特徴とするヒートシンク。【００２０】
上記構成によれば、フィンが基板に設けられた溝に対して接触部が熱的に結合しているため熱伝導が速やかとなり、フィンの全体に熱が伝導しやすくなる。なお、ここで熱的結合とは、接触部での熱伝導を損なうことなく固定することをいい、半田付け、半田メッキ、接着剤、粘着剤等の接着手段や、振動溶接、フラッシュ溶接等の接合手段により熱的結合が行なわれる。【００２１】
また、本発明は、上記のヒートシンクにおいて、フィンの扁平な面が熱伝導性の基板に対して平行となるように設けてなることを特徴とする。【００２２】
上記構成によれば、表面積が大きく、全体に薄型に形成されたヒートシンクが得られる。なお、ここでコイル状とは、円形に巻いたものに限定されるものではなく、三角形や四角形等の多角形、楕円形あるいは星形等の種々の形状を含んだものをいう。【００２３】
また、本発明は、上記のヒートシンクにおいて、フィンと基板との間に空隙を形成し、前記空隙にフェライト粉末を充填したことを特徴とする。【００２４】
上記構成によれば、表面積が大きくなって放熱性が向上すると共に、フェライト粉末によって電磁波が吸収される。なお、ここでいうフェライトには、いわゆるソフトフェライト、ハードフェライト、及びその混合物が含まれる。【００２５】
また、本発明は、コイル状に巻回されるコイル状の金属線材が扁平に形成され、隣接する巻回単位が相互に密着されたフィンからなるヒートシンクである。【００２６】
上記構成によれば、放熱が要求される面に対して、直接に取り付け可能なフィンが提供される。なお、ここでコイル状とは、円形に巻いたものに限定されるものではなく、三角形や四角形等の多角形、楕円形あるいは星形等の種々の形状を含んだものをいう。【００２７】
また、本発明は、コイル状に巻回されるコイル状の金属線材が扁平に形成され、隣接する巻回単位が相互に密着されたフィンを、粘着剤層を設けた基材フィルムに備えてなるラベル状のヒートシンクである。なお、ここでコイル状とは、円形に巻いたものに限定されるものではなく、三角形や四角形等の多角形、楕円形あるいは星形等の種々の形状を含んだものをいう。【００２８】
上記構成によれば、放熱が要求される面に対して貼着可能なラベル状（長尺状のの場合にはテープ状）のヒートシンクが得られる。【００２９】
また、本発明は、上記のいずれか記載のヒートシンクにおいて、金属線材の表面に、フェライトを含む塗膜を形成したことを特徴とする。【００３０】
上記構成によれば、表面積が大きくなって放熱性が向上すると共に、フェライト粉末によって電磁波が吸収される。なお、ここでいうフェライトには、いわゆるソフトフェライト、ハードフェライト、及びその混合物が含まれる。【００３１】
さらに、本発明は、上記いずれかのヒートシンクにおいて、金属線材が、アルミニウムもしくはその合金であり、表面に陽極酸化皮膜処理が施されていることを特徴とする。【００３２】
上記構成によれば、金属線材として、熱伝導性が高くかつ低コストな材質が選択される。また、表面処理により耐蝕性が付与される。【００３３】
また、本発明は、上記いずれかのヒートシンクにおいて、金属線材が、耐蝕性の金属であることを特徴とする。【００３４】
上記構成によれば、腐蝕性ガスが存在するような環境等に好適に使用されるヒートシンクが得られる。なお、耐蝕性の金属とは、酸、アルカリ等によって容易に侵されない金属をいい、具体的には、チタン及びその合金、ステンレス等が含まれる。【００３５】
さらに、本発明は、上記いずれかのヒートシンクにおいて、金属線材の表面に、熱放射性の塗膜を形成したことを特徴とする。【００３６】
上記構成によれば、フィンによる放熱がさらに促進される。なお、熱放射性の塗膜とは、カーボンブラック等の熱放射効果を有する顔料を含んだ塗料によって形成された塗膜をいう。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、コイル状に巻回された金属線材を有効利用することにより、従来のような複雑な切削加工等を必要とせず、大きい表面積を有し、したがって放熱性能が高いヒートシンクを低コストに得ることができる。【００３８】
特に、金属線材を扁平に形成し、隣接する巻回単位を相互に密着させたため、フィンの全体に熱が速やかに伝導し、放熱性能を向上させることができる。また、扁平なフィンの場合には、基板に配列させる際に高い密度で設置することができる。さらに、フィンには通気孔として機能する空隙部が形成されるため、空気等の流路を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態（１）に係るヒートシンクの斜視図である。
【図２】フィンを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態（２）に係るヒートシンクに用いるフィンを示す図である。
【図４】別の形態のフィンの製造方法を示す図である。
【図５】別の形態のフィンの製造方法を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態（２）に係るヒートシンクの長手方向の断面を示す拡大図である。
【図７】本発明の実施の形態（２）に係るヒートシンクの幅方向の断面を示す拡大図である。
【図８】本発明の実施の形態（２）に係るヒートシンクの別の例を示す幅手方向の断面を示す拡大図である。
【図９】本発明の実施の形態（２）に係るヒートシンクの別の例を示す幅手方向の断面を示す拡大図である。
【図１０】本発明の実施の形態（３）に係るヒートシンクの斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態（４）に係るヒートシンクの斜視図である。
【図１２】本発明の実施の形態（５）に係るヒートシンクの斜視図である。
【図１３】本発明の別の実施の形態に係るヒートシンクの斜視図である。
【図１４】本発明のヒートシンクの用途の一例を示す図である。
【図１５】ヒートシンクの用途の一例である熱交換素子を示す図である。
【図１６】図１５のＣ−Ｃ断面を示す拡大図である。
【図１７】本発明のヒートシンクの用途の一例を示す図である。
【図１８】本発明のヒートシンクの用途の一例を示す図である。
【図１９】本発明のヒートシンクの用途の一例を示す図である。
【図２０】本発明のヒートシンクの用途の一例を示す図である。
【図２１】図２０のＤ−Ｄ断面を示す拡大図である。
【符号の説明】
【００４０】
１                ヒートシンク
１０              基板
１００            溝
１０１            空隙
１１              フィン
１１ａ、１１ｂ    巻回単位
１１ｃ、１１ｄ    端部
１１ｅ            中央部
１１１            扁平な面
１１２            空隙部
１１３            接触部
１２、１３        金属線材
１６              はんだ
１７              熱伝導性接着剤
１８              フェライト粉末
１９              半導体装置
２                空調換気扇
２１              筐体
２２              吸気ファン
２３              モーター
２４              吸気通路
２５              排気通路
２６              熱交換素子
３                建物
３１              壁
３１１            内壁
３１２            外壁
３１３            間隙
３１４、３１５    通気穴
３２              部屋
３３              空気
３４              太陽光
４                床下収納部
４０              床材
４１              枠部材
４２              壁部材
５１              ガスレンジ
５２              換気装置
５３              フード体
５４              排気ダクト
５５              排気ファン
５６              油のミスト・蒸気
５７              ポケット
６                太陽熱温水器
６１              貯湯部
６２              集熱部
６３              給水管
６４              管
６５              出水管
６６              透明部材
６７              断熱材
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明の実施の形態（１）について図１〜２に基づき説明する。図１のヒートシンク１は、基板１０に複数の溝１００を形成し、その溝１００に沿うように、コイル状に巻回された金属線材から作製するフィン１１を配列させることによって概略構成されている。なお、図１では、図の煩雑を避けるために、フィン１１を１列のみ描き、他の列については一部省略している。【００４２】
フィン１１は、コイル状に巻回された金属線材を、扁平に形成することによって作製されている。このとき、隣接する一巻き一巻きの巻回単位１１ａ、１１ｂが、相互に密着するようにする。これにより密着した接触部１１３を介して熱がフィン１１全体に速やかに伝導する。また、コイル状の金属線材であるために、フィン１１の表面積が大きくなり、したがって高い放熱性能を得ることができる。【００４３】
また、図２に示すように、フィン１１は、コイル状に巻回された金属線材から形成するゆえに、扁平な面１１１の端部１１ｃ、１１ｄが、金属線材が密集して密度が高くなっている。したがって、基板に配列させたときに、基板１０とフィン１１との間の熱抵抗が小さくなり、熱が速やかに移動する。【００４４】
また、図１の例では、溝１００に沿ってフィン１１を挿入している。そして、フィン１１は、熱伝導性の基板１０に対してフィン１１の扁平な面１１１が垂直となるように立設されている。また、フィン１１には隙間が形成されており、この隙間が空気等の流れる空隙部１１２として機能している。したがって、冷却ファン等を用いて基板上に空気等を十分に送り込むことができ、発生した熱を速やかに除去することができる。【００４５】
コイル状に巻回された金属線材を扁平に形成するには、圧延等の公知の手段により押し潰す等して行うことができる。また、一方向に送られるコイルを連続的に圧延して、長尺状のフィン１１を得ることもできる。このとき、隣接する巻回単位１１ａ、１１ｂが相互に適切に密着するように、圧延の圧力、圧延する角度等を適宜設定することが好ましい。なお、コイルを連続的に圧延すると、強度等の関係でコイルが伸びてしまい不適当な場合がある。このような場合には、例えば、左巻きコイルと右巻きコイルとを同軸に組み合わせ（絡み合わせ）、その組み合わせた状態で圧延すると乱れがなく良好に押し潰すことができる。【００４６】
基板１０としては、熱伝導性の高い材質を適宜選択して用いることができる。具体的には、アルミニウム、銅、銀、金等の金属材料、もしくはこれらとニッケル、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等との合金、あるいは炭素材料等を挙げることができる。【００４７】
基板１０上の溝１００は、平板状の基板の表面に切削加工を施すことによって形成することができる。また、ダイキャスト法、押出成形等により、溝１００が形成された基板１０を直接製造することもできる。なお、溝１００のピッチ、形状等は、要求される放熱性能や、フィン１１の大きさ等に応じて適宜設定することができる。【００４８】
フィン１１についても、上記基板１０の場合と同様に種々の材質から構成することができる。具体的には、アルミニウム、銅、銀、金等の金属材料、又はこれらとニッケル、マグネシウム、亜鉛、ケイ素等との合金等を挙げることができる。特に、アルミニウム系の材料は、熱伝導性が高くかつ低コストであるため好適に用いられる。【００４９】
また、フィン１１の金属線材の材質として、耐蝕性の金属を用いることもできる。ヒートシンクの用途によっては、腐食しやすい環境で使用される場合があるため、そのような場合に適している。耐蝕性の金属の例としては、チタン、及びその合金、ステンレス等が挙げられる。【００５０】
フィン１１を構成する金属線材には、必要に応じて、熱伝導性、耐蝕性を高めるために表面処理を施すことができる。具体的には、銅めっき、銀めっき等が挙げられる。また、アルミニウム又はその合金を素材とする場合には、表面に陽極酸化皮膜処理（アルマイト処理）を施すことが好ましい。これにより、耐蝕性が向上するとともに、巻回単位１１ａ、１１ｂの相互に密着する接触部１１３の熱抵抗が低下し、全体の放熱性をさらに高めることができる。処理の方法は、既知の工程を採用することができ、具体的には、処理物を陽極として、シュウ酸や硫酸、リン酸等の液中で電解を行うことにより酸化皮膜を形成することができる。なお、陽極酸化皮膜処理には、いわゆる白色アルマイトと黒色アルマイトとがあるが、いずれも適用可能である。【００５１】
また、金属線材の表面には、必要に応じて、フェライトを含む塗膜を形成することもできる。これにより、フェライトが電磁波吸収能を有するため、全体として電磁波を効果的に吸収するヒートシンクを得ることができる。特に、フィン１１の表面は、金属線材から構成するがゆえに凹凸形状であるため、電磁波が乱反射されて、電磁波吸収の効果が相乗的に大きくなる。
なお、フェライトとしては、軟磁性フェライト（ソフトフェライト）と、硬磁性フェライト（ハードフェライト）とが知られているが、いずれか一方を用いても良いし、複数種を混合して用いても良い。また、フェライトを分散させるバインダーとしては、特に限定されることなく、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等の一般的な物質を用いることができる。【００５２】
さらに、金属線材の表面には、必要に応じて、フィン１１中を伝導する熱を速やかに外部へ放熱するために、熱放射性の塗膜を形成することができる。
このような塗膜は、熱放射効果を有する種々の顔料を含有させた塗料から形成することができる。顔料の例としては、カーボンブラック、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ、ジルコン、マグネシア、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、コージライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）、チタン酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３・ＴｉＯ２）等を挙げることができる。これらは、いずれかを単独で用いても良いし、複数を複合して用いても良い。また、塗料中の顔料の量は、所望の熱放射性に応じて適宜設定することができ、一般には塗膜の乾燥質量に対して１０〜９０質量％程度が適当である。また、バインダーとしては、熱によって劣化し難い物質が好ましく、例として、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。
なお、熱放射性の塗膜の厚さは、１〜５０μｍが適当である。１μｍ未満であると、熱放射効果が小さくなり好ましくない。【００５３】
そして、フィン１１の径（扁平な面１１１の幅）は、特に限定されることなく、要求される放熱性能に応じて適宜設定することができる。一般には、径が大きくなると表面積が増加し、放熱性が向上する。具体的には、製造したヒートシンクの用途によっても異なるが、数ｍｍ〜数ｃｍ程度が適当である。【００５４】
上記のフィン１１は、基板１０の溝１００に沿って配列させ、基板１０に対して固定するが、その際には熱伝導性を損なわないことを条件として種々の手段を採用することができる。例えば、はんだを用いて固定することができる。このとき、フィン１１を構成する金属線材の断面形状が円形であるので、四角形状の溝１００との間に空隙が形成される。この空隙にはんだを供給すると、毛細管現象によりフィン１１の表面に沿ってはんだが拡がり、確実な固定が行われて、基板１０からフィン１１への熱の移動が円滑になる。【００５５】
また、別の固定手段として、熱伝導性接着剤を用いることもできる。熱伝導性接着剤の例としては、金、銀、ニッケル等の金属粉、アルミナ、窒化アルミナ、窒化ケイ素、カーボン粉等を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等のバインダーに配合したもの等を挙げることができる。
その他、例えば、基板１０を波型に形成しておき、その波の谷となる部分にフィン１１を配置し、その後に全体を機械的にかしめることにより、谷の部分にフィン１１を挟み込んで固定しても良い。【００５６】
なお、上記実施の形態（１）では、基板１０に形成した溝１００に沿ってフィン１１を配列させているが、溝を形成せずに、平板上の基板に対してフィンを直接固定したり、あるいは基板とフィンとの間に熱伝導性の層を介しても良い。【００５７】
また、図１では、基板１０の溝１００に対してフィン１１を垂直に立設させているが、これに限られることなく、平板上の基板に対して直接フィン１１を垂直に立設させても良い。また、基板１０に対して斜め等になるように設けても良い。例えば、ヒートシンクの上に冷却ファンを取り付ける場合、冷却ファンからの通風の方向を考慮して、最も冷却効果が高くなるように、フィン１１の角度や、配置方法を設定することができる。【００５８】
さらに、上記実施の形態（１）では、コイル状に巻回される金属線材を、押し潰す等して扁平に形成しているが、これに限定されるものではない。すなわち、隣接する巻回単位１１ａ、１１ｂが相互に密着することを条件として、例えば、コイル状の金属線材を、その長さ方向の端面が湾曲（三日月形など）になるように押し潰したり、端面が多角形等になるよう成形する等して異形面に形成することができる。【００５９】
なお、上記のヒートシンク１を半導体等に設置する場合には、半導体等からヒートシンク１への熱伝導を妨げないように、上述の熱伝導性接着剤等を介して設置することが好ましい。【００６０】
続いて、本発明の実施の形態（２）について説明する。図３に示すように、フィン１１は金属線材１２、１３がコイル状に巻回されて巻回単位が形成されるとともに全体が扁平に連続形成され、各巻回単位１１ａ、１１ｂが相互に幅方向と長手方向に位置ずれして交差して、空隙部１１２と接触部１１３を形成する。特に、各巻回単位１１ａ、１１ｂが相互に位置ずれしているため多数の空隙部１１２（１１２ａ、１１２ｂ、・・・、１１２ｎ）及び接触部１１３（１１３ａ、１１３ｂ、・・・、１１３ｎ）が形成される。そして、金属線材１２、１３とが扁平に形成されているため、各巻回単位が相互に接触した接触部１１３の接触面積が大きくなる。【００６１】
具体的には、図４に示すように左巻きに巻回されたコイル状の金属線材１２と、右巻きに巻回されたコイル状の金属線材１３とが組み合わされる。そして、図５に示すように、圧延等の手段により各金属線材１２、１３を扁平に形成することによって、フィン１１が得られる。この加圧の際には、金属線材１２，１３の帯形の中心部分が内側（重合わせの内部側）に折曲げられるとともに、金属線材１２，１３の重合わせの表側の部分が圧潰されて中心部分に扁平な面１１１が形成される。また、外側に突出している金属線材１２，１３の中心部分が内側に折曲げられて厚さが削減され、端部１１ｃ、１１ｄに金属線材が複雑に錯綜した凹凸構造が形成される。【００６２】
このように製造されたフィン１１では、金属線材１２の巻回単位１１ａ及び金属線材１３の巻回単位１１ｂが隣接し、相互に密着している。そして、フィン１１には、隣接した巻回単位１１ａ、１１ｂが相互に位置ずれして空隙部１１２及び接触部１１３が形成されている。具体的には、隣接する巻回単位１１ａ、１１ｂが幅方向に長さｍ、長手方向に長さｎの距離だけ位置ずれしている。幅方向の位置ずれの長さｍは、金属線材１２、１３の直径ｄに対して０.５〜２倍が好ましい。幅方向の位置ずれの長さｍが金属線材１２、１３の直径ｄに対して２倍以上の場合には、フィン１１の端部１１ｃ、１１ｄにおける金属線材の密度が低くなることがある。また、幅方向の位置ずれの長さｍが金属線材１２、１３の直径ｄの０.５倍未満の場合には、金属線材の重なりが大きく圧延等の手段により扁平に形成する際の成形性が低くなることがことがある。また、長手方向の位置ずれの長さｎは、巻回単位１１ａ、１１ｂの長手方向の直径ｋに対して０．３〜０．７倍が好ましく、０．４〜０．６倍が特に好ましい。【００６３】
フィン１１は、それぞれ異なる向きに巻回されたコイル状の金属線材１２、１３が組み合わさっているため、金属線材１２、１３が密集して接触部１１３が密に形成され、熱伝導性が向上し、放熱性能も向上する。また、左巻きおよび右巻きの金属線材１２、１３が絡み合うため、フィン１１の形態が安定し、コイルを連続的に圧延する際に強度等の関係でコイルが伸びてしまうことがない。【００６４】
なお、各巻回単位１１ａ、１１ｂが相互に接触した接触部１１３は、半田付け、半田メッキ、接着剤、粘着剤等の接着手段や、振動溶接、フラッシュ溶接等の接合手段を用いて接触した線材同士が離れないように固定することで、伝熱抵抗を減少させるための熱的結合を行なうことができる。接触部１１３が固定されることで、各巻回単位１１ａ、１１ｂの相互の密着が確実に行われ、フィン１１全体の機械的安定性が向上し、また接触部１１３を介した熱伝導性も向上する。【００６５】
上記のフィン１１は、上記実施の形態（１）と同様に、図１に示すように基板１０の溝１００に沿って配列させ、基板１０に対して固定する。図６及び図７は、それぞれ実施の形態（２）に係るヒートシンクの長手方向（図１におけるＡ−Ａ線）、及び幅方向（図１におけるＢ−Ｂ線）の断面を示す拡大図である。基板１０に対して固定する際には熱伝導性を損なわないように接着、接合等の種々の手段を用いて熱的結合を行なうことができ、例えば、図６、７に示すように、フィン１１を基板に対して接着する方法としてはんだ１４を用いて固定することができる。このとき、フィン１１を構成する金属線材の断面形状が円形であるので、四角形状の溝１００との間に空隙１０１が形成される。この空隙１０１にはんだ１４を供給すると、毛細管現象によりフィン１１の表面に沿ってはんだ１４が拡がり、確実な固定が行われて、基板１０からフィン１１への熱の移動が円滑になる。特に、金属線材の扁平に形成されているので、フィン１１と溝１００の側面１０２との接触面積が大きくなる。【００６６】
また、図６に示すように溝の深さｈは、金属線材の密度が高い端部１１ｄの幅方向の長さと同程度であることが好ましい。これにより、フィン１１と溝１００の側面１０２との接触面積が大きくなる。端部１１ｄが溝１００からはみ出る場合には、フィン１１と基板１０との接触面積が十分でないことがある。また、端部１１ｃが十分に入り、フィン１１の中央部１１ｅまで溝１００に収まる場合には、空気等が流れる空隙部１１２が溝１００の中に収まるため、放熱性能が低下する場合がある。【００６７】
また、別の接着手段として、図８に示すような熱伝導性接着剤１５を用いることもできる。熱伝導性接着剤１５の例としては、金、銀、ニッケル等の金属粉、アルミナ、窒化アルミナ、窒化ケイ素、カーボン粉等を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等のバインダーに配合したもの等を挙げることができる。【００６８】
その他、フィン１１を基板に対して接合する方法が挙げられる。例えば、図９に示すように基板１０を波型に形成しておき、その波の谷となる部分にフィン１１を配置し、その後に全体を機械的にかしめることにより、谷の部分にフィン１１を挟み込んで固定しても良い。【００６９】
実施の形態（２）によれば、フィン１１は隣接する巻回単位１１ａ、１１ｂが相互に位置ずれして空隙部１１２と接触部１１３を有するので、接触部１１３を介して熱がフィン１１全体に速やかに伝導することとなる。また、コイル状の金属線材１２、１３から形成されるために、平板等を用いたフィンと比較してフィン１１全体の表面積が大きくなり、したがって高い放熱性能を得ることができる。また、特に金属線材１２、１３の外気との接触面積が大きいため、空隙部１１２が空気等の流れる通気孔として機能し、熱を速やかに外部へ放出することができる。【００７０】
なお、上記実施の形態（２）では、フィン１１として、それぞれ異なる向きに巻回されたコイル状の金属線材１２、１３の２本用いているが、２本に限定されることなく、３本以上のコイル状の金属線材を組み合わせることでフィン１１を構成することもできる。【００７１】
続いて、本発明の実施の形態（３）を図１０に示す。図１０のヒートシンク１は、上記図１の例と同様に、基板１０に複数の溝１００が形成され、その溝１００に沿って、フィン１１が設けられている。【００７２】
そして、この実施の形態（３）では、基板１０が湾曲し、溝１００が曲線状に形成されている。ここでフィン１１は、扁平な面１１１に垂直な方向への可撓性に特に優れるため、曲線状の溝１００にも容易に追従させることができる。したがって、例えば、単一の半導体素子上ではなく、離れた位置にある複数の半導体素子上に一連のヒートシンクを設ける場合等に適している。【００７３】
フィン１１の材質等、その他の構成については上記実施の形態（１）に準ずる。なお、図１１に示すように、本発明におけるフィン１１は可撓性に優れるため、図１１の湾曲した基板１０に限らず、例えば複数の基板を同心円状に配置したり、渦巻状に形成した基板等に対しても良好に追従させることができる。【００７４】
次に、本発明の実施の形態（４）を図１１に基づき説明する。図１１のヒートシンク１は、コイル状に巻回された金属線材が扁平に形成され、隣接する巻回単位１１ａ、１１ｂが相互に密着しているフィン１１を、扁平な面１１１が熱伝導性の基板１０に対して平行となるように設けたことを特徴としている。【００７５】
この実施の形態（４）においても、コイル状の金属線材であるために表面積が大きくなり、それゆえ高い放熱性能を得ることができる。また、図１の例に比べると、ヒートシンク全体を薄型に形成でき、狭いスペースに設置するのに適している。なお、フィン１１を基板１０に固定する際には、はんだ等の適宜手段を用いることができる。【００７６】
図１２には、本発明の実施の形態（５）を示す。図１２のヒートシンク１は、上記実施の形態（４）と同様に、コイル状に巻回された金属線材を扁平に形成して作製したフィン１１を、扁平な面１１１が熱伝導性の基板１０に対して平行となるように設けている。【００７７】
そして、この実施の形態（５）では、フィン１１を幅方向に湾曲させて基板１０との間に空隙を形成し、この空隙にフェライト粉末１４を充填したことを特徴としている。これによって、発生した熱を速やかに放散すると共に、フェライト粉末１４によって電磁波を吸収することができる。近年の半導体素子では、信号スピードの高速化によって、熱と電磁波の問題が大きくなっており、このヒートシンクによって両方の問題に対応することができる。【００７８】
なお、フェライト粉末１４には、さらにグラファイト等の炭素粉末や、金属粉末等を配合することができる。【００７９】
上記実施の形態（１）〜（５）に係るヒートシンクは、基板１０に対してフィン１１を設けることにより基本的に構成されるが、必要に応じて、基板１０を省略することもできる。【００８０】
また、図１３に示すように、本発明に係るヒートシンクの別の形態として、コイル状に巻回される金属線材から形成されるフィン１１を、半導体装置１７の放熱が要求される面に直接取り付けることができる。そして、半導体装置１７の放熱が要求される面には、フィン１１を立設させて取付けるための溝１００を設けられている。フィン１１を溝１００に取り付ける際には、上述のような熱伝導性の高い接着剤、半田等の接着手段、溶接、機械的かしめ等の接合手段を用いることが好ましい。【００８１】
なお、上述のように溝１００にフィン１１を立設させて固定する方法以外にも、半導体装置１７に溝１００を設けることなく直接フィン１１を接合あるいは接着させることも可能である。また、上記実施の形態（３）、（４）に準じて、半導体装置等の放熱が要求される面に対して、フィン１１の扁平な面１１１が放熱が要求される面に対して平行となるように直接備えることも可能である。フィン１１を立設させる以外にも溝１００をさらに、取り付ける面とフィン１１との間を電気的に絶縁する必要がある場合は、熱伝導性接着剤に用いる添加剤として窒化アルミ等の高抵抗の物質を用いる。【００８２】
また、基材フィルム、粘着剤層、及び使用時に取り外す剥離紙から構成されるラベルに対して、フィン１１を一体化させ、これによってラベル状（テープ状）の放熱用フィンを構成することができる。フィン１１は、基材フィルムの上に接着して設ける。このラベル状の放熱用フィンは、放熱が要求される面に対して、剥離紙を剥がすことにより簡単に設置できるため好ましい。なお、基材フィルムや粘着剤層は、金属から構成したり、上記窒化アルミ等の添加剤を含有させる等して熱伝導性を高くすることが好ましい。【００８３】
また、上記実施の形態（１）〜（５）に係るヒートシンクは、円形のコイル状に巻回された金属線材１２、１３を用いてフィン１１を構成しているが、円形に限定されることなく、三角形や四角形等の多角形、楕円形あるいは星形等の種々の形状のコイル状に巻回された金属線材を用いることができる。【００８４】
以上のようなヒートシンクは、主に、冷却ファン等とともにＣＰＵ等の半導体素子上に設置されて素子に発生する熱を放散させるために使用されるが、その他にも、放熱性が求められる用途であれば適宜用いることができる。特に、本発明に係るヒートシンクは、非常に安価でかつ効率的に製造することができるため、比較的大面積の場所に設置するのに有利である。【００８５】
図１４は、本発明のヒートシンクを空調換気扇の熱交換素子に応用した例である。図１４に示すように、空調換気扇２は、箱型の筐体２１内に、吸気ファン２２と排気ファン（図示せず）とが設置され、モータ２３によって駆動されるようになっている。そして、吸排気ファンによって吸気通路２４及び排気通路２５が形成され、２つの通路が熱交換素子内で交差するようになっている。【００８６】
図１５に示すように、基板１０によって層状に仕切られて、吸気通路２４と排気通路２５が交互に形成されている。そして、それぞれの基板１０にはフィン１１が設けられている。
したがって、図１６に示すように排気通路２５の気体の熱が速やかに吸気通路２４に移動して熱交換が効率的に行われる。その際に、フィン１１には空隙部１１２が形成されているため、気体の流れを妨げることがない。なお、従来の熱交換素子は、ダンボール等を層状に組み合わせることによって構成されており、本発明のヒートシンクによって熱交換効率を大幅に高めることができる。【００８７】
次に、本発明のヒートシンクを部屋壁に設置する例について、図１７に基づき説明する。図１７に示すように、建物３の壁３１は、部屋３２内に面する内壁３１１と、外部に面する外壁３１２の２層構造となっており、２つの壁の間には間隙３１３が形成されている。内壁３１１と外壁３１２にはそれぞれ通気穴３１４、３１５が形成され、それによって、部屋３２内と外部とが連通している。そして、間隙３１３内には、フィン１１が外壁３１２に対して設けられている。なお、図１７の場合には、外壁３１２がそのまま熱伝導性の基板として機能しているが、別の場合として、通常の外壁に対して熱伝導性の基板を別途積層させ、その基板にフィン１１を設けても良い。また、内壁３１１は断熱性を有することが好ましい。【００８８】
図１７の構造によれば、通気穴３１５から、間隙３１３及び通気穴３１４を通って、外部から部屋３２内へ空気３３が流入する。その際に太陽光３３の熱エネルギーがフィン１１に伝わり、間隙３１３内に放熱されて、空気３３が暖められ、暖房が行われる。なお、従来、部屋の壁の内部に間隙を形成し、その間隙を通じて空気を流入させる技術は知られているが、その流入経路にフィンを設置して太陽光による自然暖房を行うものはなく、この点において新規なものである。【００８９】
続いて、本発明のヒートシンクを床下収納に応用する場合について説明する。図１８は床下収納部４の断面を表している。まず、床材４０には開口部４０１が形成され、その開口部４０１内には、枠部材４１を介して、壁部材４２が箱型に組み立てられ収納空間が形成されている。そして、壁部材４２の外側には、フィン１１が設けられている。【００９０】
このような構造とすると、収納空間内の熱が速やかに床下に放熱され、熱がこもるのを防止することができる。なお、図１８では、壁部材４２が、フィン１１を設けるための熱伝導性の基板として機能しているが、別の場合として、通常の壁材の外側に熱伝導性の基板を別途積層させ、その基板にフィン１１を取り付けても良い。【００９１】
図１９は、本発明のヒートシンクを、ガスレンジ５１の上に設置する換気装置５２に備えた例である。換気装置５２は、フード体５３と排気ダクト５４とから概略構成されている。排気ダクト５４内には排気ファン５５が備えられており、ガスレンジ５２からの油のミスト・蒸気５６を含む空気が排気ダクト５４を通じて外部に排出されるようになっている。そして、基板１０とフィン１１とから構成されるヒートシンクがフード体５３の内側に設置されている。なお、フード体５３に備えられるフィルタ等は図示を省略している。【００９２】
この例では、油のミスト・蒸気５６がフィン１１の位置まで達すると、熱を急速に奪われて液化する。液化した油は、ポケット５７に流れ込み、回収することができる。なお、基板１０には、液化させた油を下側に落としたり、ポケット５７側へ流し易くするため、貫通孔を形成したり、溝を形成することができる。【００９３】
さらに、図２０及び図２１は、太陽熱温水器に応用する例である。図２０の太陽熱温水器６は、貯湯部６１と、太陽光の熱エネルギーを受けて温水化させる集熱部６２とから概略構成されている。給水管６３を通じて貯湯部６１に供給された水は、集熱部６２の内部に配置された管６４を通じて温水化されつつ循環し、貯湯部６１に貯められる。そして、出水管６５を通じて風呂その他に供給されるようになっている。【００９４】
集熱部６２の内部は、図２１に示すように、上側にガラス等の透明部材６６が配置されて太陽光が通過可能となっており、その内部に熱伝導性の基板１０と、基板１０に設けられたフィン１１と、断熱材６７とが備えられている。フィン１１の部分が水が通過する管として機能し、水はフィン１１の空隙部１１２を通じて移動可能となっている。【００９５】
上記の例によれば、太陽光の熱エネルギーが、基板１０からフィン１１を介して速やかに水に伝達され、効率的に温水を生成することができる。
なお、図２１の基板１０は、水を流す方向に沿うように直線的な形状であるが、例えば波形に形成することもできる。これによって、水の乱流を生じ、熱伝達をより効率的に行うことができる。【００９６】
その他、本発明のヒートシンクは上述の応用例に限定されず、様々な放熱用途、熱交換素子としての用途に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明のヒートシンクは、半導体の冷却用のみならず、換気扇の熱交換素子等の様々な用途に利用することができる。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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