CN102498563A - 散热器和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

能将LED驱动时产生的热有效地传导到设置在与部件搭载面相反的面的散热翅片，能够获得充分的散热效果。本发明的散热器，其特征在于：在任意的形状且具有在板面方向上进行热扩散的特性的碳材料(1)上设置有多个在板厚方向上贯穿的通孔(2)，在各通孔(2)填充具有热传导性的金属形成金属柱(3)，并且在上述碳材料(1)的至少单面上将包括与上述金属柱(3)相同金属的金属板部(4a)和多个翅片部(4b)的散热翅片(4)一体成型。

Description

散热器和其制造方法
技术领域
本发明涉及LED照明灯等的电子部件的冷却所使用的散热器(heatsink)和其制造方法。
背景技术
电子部件的冷却所使用的散热器实际应用各种形状、结构的散热器，作为该散热器的材料，提案有通过使铝等的金属材料浸渗到存在于压缩加工为块状的碳材料的气孔中，提高了热传导性的碳基金属复合材料(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利第3673436号
发明内容
发明想要解决的问题
然而，在上述的现有技术的碳基金属复合材料中，存在于碳材料的气孔的分布并不一定，由于因气孔不规则地存在而铝等金属材料零散地浸渗于碳材料，所以热传导性不稳定，在作为散热器进行利用的情况下，具有不能获得品质上稳定的散热特性的问题。
本发明以实现能够解决这样的问题的散热器为课题。
用于解决课题的方法
因此，本发明的散热器，其特征在于：在任意的形状且具有在板面方向上进行热扩散的特性的碳材料上设置有多个在板厚方向上贯穿的通孔，在各通孔填充具有热传导性的金属形成金属柱，并且在上述碳材料的至少单面上一体成型有散热翅片，所示散热翅片由与上述金属柱相同的金属的金属板部和多个翅片部构成。
发明效果
这样构成的本发明，能够使金属柱均匀地存在于碳材料中，因此即使搭载LED，也能够有效地将LED驱动时产生的热传导到设置在与部件搭载面相反的面的散热翅片，能够获得充分的散热效果。
附图说明
图1是表示第一实施例的侧截面图。
图2是表示第一实施例的立体图。
图3是块状碳材料的立体图。
图4是表示将块状碳材料切为矩形板状的状态的立体图。
图5是表示对矩形板状的碳材料实施开孔加工的状态的立体图。
图6是表示金属柱和金属板的填充成型工序的侧截面图。
图7是表示金属柱和金属板的另外的填充成型工序的侧截面图。
图8是表示在第二实施例中实施开孔加工的状态的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的散热器及其制造方法的实施例。
实施例1
图1是表示散热器的第一实施例的侧截面图，图2是表示相同散热器的第一实施例的立体图。
图示的矩形板状的碳材料(graphite：石墨)1，具有在板面方向(与板厚方向正交的方向)热快速扩散的热扩散性优良的特性。在该碳材料1上遍布板面整体地以大致均匀的间隔开有多个贯穿板厚的小径的通孔，通过在各通孔内填充热传导性高的铝、铜、银等金属，在碳材料1中形成多个金属柱3，而且截面形状为梳形的散热翅片4与金属柱3一体成型，所述散热翅片4由与设置于碳材料1的整个单面和碳材料1的周面的金属柱3相同材质的金属板部4a和多个翅片部4b构成。
这样的结构的散热器，以与碳材料1的设置有散热翅片4的面相反一侧的面为部件搭载面，如图1所示，在该部件搭载面搭载LED等电子部件5，进行驱动所需要的回路结构。通过在这样的状态下驱动电子部件5，电子部件5发热时，其热在碳材料1的部件搭载面一侧在板面方向上快速扩散，然后经由设置于碳材料1中的多个金属柱3传导至相对面一侧的散热翅片4的金属板部4a，进而从金属板部4a传导至各翅片部4b，散热到周围。在该情况下，金属柱3和散热翅片4使用热传导性高的铝、铜、银等，因此电子部件5的热能够高效地传达到散热翅片4并且进行散热。
此外，也可以采用在碳材料1的部件搭载面使与金属柱3和散热翅片4相同材质的薄的金属板一体成型的结构。
接着，对上述的散热器的制造方法进行说明。图3是块状碳材料的立体图，图4是表示将块状碳材料切为矩形板状的状态的立体图，图5是表示在矩形板状的碳材料实施开孔加工的状态的立体图，图6是表示金属柱和金属板的填充成型工序的侧截面图。
首先，准备图3所示的块状碳材料10。该块状碳材料10如以下方式形成：在规定的碳原料实施压缩加工等，形成具有高密度、高热扩散性的碳块，对该碳块进行切出加工，而成为例如为长方体等块状。利用未图示的裁剪(cut saw)等切割机如图4所示的方式切断该块状碳材料10，获得例如厚度2mm左右的矩形板状的碳材料1。
该矩形板状的碳材料1，在具有如上所述那样在板面方向上热快速扩散的热扩散性优良的特性的方向上被切断，通过如图5所示的方式从与激光光源连接的激光照射头11对该矩形板状的碳材料1照射激光，在板面整体以大致均匀的间隔穿孔多个贯穿碳材料1的板厚的小径的通孔2。作为该情况下的激光光源，优选使用输出近红外线区域的波长的激光的光源，例如使用YAG激光(波长1064nm)。
另外，对于激光的照射，使激光照射头11的位置固定地垂直设置，在未图示的规定的移动台上以水平的朝向对矩形板状的碳材料1进行定位固定，边使碳材料1与该移动台一起在前后和左右方向即X方向和Y方向上移动，边利用激光照射头11进行穿孔。例如，边使碳材料1与移动台一起在X1方向上移动，边利用激光照射头11开一列的通孔2，接着，在使碳材料1与移动台一起在Y方向上仅移动规定的间隔的量之后，边使碳材料1与移动台一起在与X1方向相反的X2方向上移动，边利用激光照射头11开下一列的通孔2，重复再使碳材料1与移动台一起在Y方向上仅移动规定的间隔的量这样的动作，在碳材料1穿孔多个贯穿其板厚方向的通孔2。
这样，利用激光的照射而被穿孔的通孔2，由于形成为具有激光的照射面一侧的径宽的锥形(taper)形状的截面的形状，因此例如使该锥形的较宽一侧即激光的照射面一侧的直径在0.7mm～0.3mm、狭窄一侧的直径在0.3mm～0.1mm的范围，将成为该锥形形状的通孔2的径的宽的一侧的碳材料1的面作为部件搭载面。此外，在碳材料1中形成的通孔2的比例，例如在填充铝的情况下，优选为5％～15％程度。
但是，在填充铜、银等其它的热传导性金属的情况下，通过使根据需要的热扩散率碳的量、热传导性的金属的量相对于碳材料1的体积进行变化，来进行选定。
此外，代替使用单一的激光照射头11，也能够排列多个激光照射头11构成多激光照射头，利用该多激光照射头按多列地穿孔多个通孔2。还有，也能够以用镜子分配激光的电(galvano)的方式等直接进行穿孔。
这样，对于设置有通孔2的矩形板状的碳材料1，根据需要对表面进行了研磨加工之后，将碳材料1安装于真空成型机的模具12内。该模具12的内部作为与碳材料1的外形相符的凹部12a而形成，加压机的加压部材13能够可滑动地嵌合在该凹部12a的开口部一侧，以部件搭载面朝向该加压部材13一侧的方式将碳材料1与型芯17一起安装于凹部12a内。该型芯17具有与散热翅片4相反的形状，以被夹于碳材料1和凹部12a的冲撞面之间的方式配置。
在模具12的周壁部设置有用于向吸引孔14和凹部12a内供给熔化金属的供给孔16a、16b，在吸引孔14连接用于使模具12的内部为真空的真空泵15连接，在供给孔16a、16b连接熔化热传导性高的铝、铜、银等金属而进行供给的未图示的供给机。
于是，如上所述在将矩形板状的碳材料1安装于真空成型机的模具12的凹部12a内后，使加压部材13嵌合到模具12的开口部，然后利用真空泵15吸引模具12内的空气，使模具12的凹部12a内为真空，并且利用未图示的供给机将熔化后的固定量的金属从供给孔16a、16b供给到凹部12a内的加压部材13和型芯17一侧，在由未图示的电磁阀等分别关闭吸引孔14和供给孔16后，利用未图示的加压机的移动机构使加压部材13向碳材料1一侧移动，来对凹部12a内进行加压。
由此，由于熔化的金属从碳材料1的部件搭载面一侧流入各通孔2，并流入由型芯17形成的空间内进行填充，因此在各通孔2内形成锥形形状的金属柱3，并且形成由在与碳材料1的部件搭载面的相反一侧的面和碳材料1的周面设置的金属板部4a和多个翅片部4b构成的截面形状梳形的散热翅片4，所以能够制造一体成型的散热器。
此时，也可以如上所述在碳材料1的部件搭载面使与金属柱3和金属板4相同材质的薄的金属板一体成型。
然后，从模具12的凹部12a拔出加压部材13，并将制造的散热器与型芯17一起从凹部12a取出，在取下型芯17后，实施去毛刺、研磨等精加工而成为完成品，但在使用具有多个散热器量的面积的大小的矩形板状的碳材料1形成金属柱3和散热翅片4的情况下，从模具12的凹部12a取出后，切为1个量的大小，实施去毛刺、研磨等的精加工。
此外，金属柱3和金属板4也能够利用另外的方法形成。图7是表示金属柱和金属板的另外的填充成型工序的侧截面图，在此使用的真空成型机的模具12省略图6所示的供给孔，在凹部12a的周围配置有高频感应加热线圈18。其它的结构与图6相同。
在该模具12的凹部12a内以部件搭载面朝向加压部材13一侧的方式安装碳材料1，但即使在该情况下，也在凹部12a的冲撞面和碳材料1之间配置型芯17。然后，在碳材料1上载置需要量的热传导性高的铝、铜、银等金属的熔化用金属片19之后，使加压部材13嵌合到模具12的开口部，利用真空泵15吸引模具12内的空气使模具12的凹部12a内为真空，并利用高频感应加热线圈18使熔化用金属片19熔化后，边解除真空状态，边利用未图示的加压机的移动机构使加压部材13向碳材料1侧移动，来对凹部12a内进行加压。
由此，熔化的金属从碳材料1的部件搭载面侧通过各通孔2流入相反面一侧，填充到各通孔2和间隙G，由此在各通孔2内形成锥形形状的金属柱3，并且形成由在与碳材料1的部件搭载面相反一侧的面和碳材料1的周面设置的金属板部4a和多个翅片部4b构成的截面形状梳形的散热翅片4，能够制造一体成型的散热器。
如以上说明的方式，在第一实施例中，采用以下结构：在矩形板状的碳材料1上遍布板面整体地均匀形成多个贯穿板厚的小径的通孔2，通过在各通孔2内填充热传导性高的金属，在碳材料1中形成多个金属柱3，并且与该金属柱3一体地在碳材料1的整个单面设置有与金属柱3相同材质的截面形状梳形的散热翅片4，由于采用以上结构，因此当在与碳材料1的设置有金属板4的面相反一侧的部件搭载面搭载有电子部件5时，能够获得能使从电子部件5发出的热经由金属柱3高效地传达到散热翅片4而进行散热的效果。还有，能够获得在材料上具有机械性强度的复合材料。
特别是，在电子部件5的散热的需要性高的LED情况下，在利用现有技术的碳基金属复合材料的散热器中，不能获得品质上稳定的散热效果，但在本实施例的散热器中，由于采用在板状的碳材料1均匀地开有多个通孔2，并且在该通孔2填充热传导性高的金属形成多个金属柱3的结构，因此能够使金属柱3均匀地存在于碳材料1中，因此即使搭载LED，也能够将LED驱动时产生的热高效地传导到在与部件搭载面相反的面一体成型的散热翅片4，能够获得充分的散热效果。
实施例2
图8是表示在第二实施例中在矩形板状的碳材料部分地实施开孔加工的状态的立体图，使用该图说明第二实施例。
该第二实施例是，例如通过从激光照射头11对具有比较大的面积的矩形板状的碳材料1的电子部件搭载部分照射激光，在部件搭载部部分地穿孔多个贯穿碳材料1的板厚的小径的通孔2，通过在各通孔2内填充热传导性高的铝、铜、银等金属而形成金属柱，并且与该金属柱一体地在碳材料1的单面设置有由与金属柱相同材质的金属板部和多个翅片部构成的截面形状梳形的未图示的散热翅片，形成散热器。
在该情况下，散热翅片可以仅仅设置于碳材料1的金属柱形成部分，另外也可以形成于碳材料1的整个单面。
在图8中表示在碳材料1的电子部件搭载部分螺旋状地开有通孔2的例子，但也可以使电子部件搭载部分为矩形，在其矩形部分与图1的实施例相同地开有通孔2。而且，在螺旋状地开有通孔2的情况下，对碳材料1进行定位固定的移动台能够以能螺旋状地开孔的方式进行控制。
这样构成的散热器以碳材料1的与设置有金属板的面相反一侧的面为部件搭载面，在该部件搭载面的电子部件搭载部分搭载LED等电子部件5，进行驱动所需要的配线等。通过在这种状态下驱动电子部件5，当电子部件5发热时，其热在碳材料1的部件搭载面一侧在板面方向上快速扩散，然后经由在碳材料1中设置的多个金属柱向与部件搭载面相反面一侧的散热翅片4传导，从该散热翅片4散热到周围。在该情况下，金属柱和散热翅片使用热传导性高的铝、铜、银等，因此电子部件5的热能够高效地传达到散热翅片4，进行散热。
此外，该第二实施例的散热器能够利用与第一实施例相同的方法进行制造，但仅仅在碳材料1的金属柱形成部分设置金属板的情况下，配置与其形状对应的型芯，来堵塞形成散热翅片的部分以外的位置。
另外，在该第二实施例中，在碳材料1的部件搭载部分中形成的通孔2的比例，例如填充铝的情况下，优选为5％～15％左右。
但是，在填充铜、银等其它的热传导性金属的情况下，通过使根据需要的热扩散率碳的量、热传导性的金属的量相对碳材料1的体积进行变化，来进行选定。
此外，替代使用单一的激光照射头11，也能够排列多个激光照射头11构成多激光照射头，利用该多激光照射头按多列地穿孔多个通孔2。还有，也能够以用镜子分配激光的电(galvano)的方式等直接进行穿孔。
以上说明的第二实施例也能够获得与第一实施例相同的效果。另外，在第二实施例中，由于采用在碳材料1的电子部件搭载部分开有通孔2，并在通孔2填充热传导性高的金属的结构，因此能够在除去碳材料1的电子部件搭载部分之外的部分实施配线等，搭载不需要进行冷却的其它的电子部件，所以能够作为回路基板进行利用。
此外，在上述的第一和第二实施例中，使散热翅片为截面形状梳形，但并不限于此，只要是由金属板部和多个翅片部构成的结构，也可以为其它的形状。
另外，在上述的实施例中，使搭载的电子部件为LED等的发热的电子部件，但例如在对聚光型的太阳能电池那样的电子部件自身不发热但通过聚光的光等被加热的电子部件进行冷却的情况下，也是有效的。
符号说明
1碳材料
2通孔
3金属柱
4散热翅片
4a金属板部
4b翅片部
5电子部件
10块状碳材料
11激光照射头
12模具
13加压部材
14吸引孔
15真空泵
16a、16b供给孔
17型芯
18高频感应加热线圈
19熔化用金属片

Claims (4)

1.一种散热器，其特征在于：
在任意的形状且具有在板面方向上进行热扩散的特性的碳材料上设置有多个在板面方向上贯穿的通孔，在各通孔填充具有热传导性的金属形成金属柱，并且在所述碳材料的至少单面上将包括与所述金属柱相同金属的金属板部和多个翅片部的散热翅片一体成型。
2.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：
所述碳材料为矩形板状，在其整个单面形成有所述散热翅片。
3.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：
所述碳材料为矩形板状，在其电子部件搭载部分形成有所述金属柱，并且在与电子部件搭载相反一侧的面的至少所述电子部件搭载部分形成有所述散热翅片。
4.一种散热器的制造方法，其特征在于：
对任意的形状且具有在板面方向上进行热扩散的特性的碳材料照射激光，形成多个在板厚方向上贯穿的通孔，之后
通过将所述碳材料与型芯一起配置于模具内，边对该模具内供给具有热传导性的熔化的金属边对所述模具内进行加压，使所述熔化的金属填充到所述各通孔形成金属柱，并且在所述碳材料的至少单面上利用所述型芯将包括金属板部和多个翅片部的散热翅片一体成型。
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