JP2005294655A

JP2005294655A - 導電層を表面に有する異形材の作製方法、及びヒートシンク

Info

Publication number: JP2005294655A
Application number: JP2004109588A
Authority: JP
Inventors: Sosuke Takemoto; 壮介竹本; Yoshifumi Shimajiri; 芳文島尻
Original assignee: STC KK; Iwatani Materials Corp
Current assignee: STC KK; Iwatani Materials Corp
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2005-10-20

Abstract

【課題】ヒートシンク等の異形材の表面に、一体的にパターン状の導電層を形成する簡易な方法を提供する。
【解決手段】アルミニウム又はアルミニウム合金からなる異形材１０の表面を陽極酸化して、被膜１２を形成する第一の工程と、前記被膜１２の表面の一部に、絶縁樹脂層１４及び金属層１６を順次積層する第二の工程と、前記金属層１６の一部をエッチングにより除去し、パターン状の導電層１６’を形成する第三の工程とを有する、パターン状の導電層を表面に有する異形材の作製方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる異形材の表面に導電層を一体的に形成する技術に関する。また、本発明は、ヒートシンク放熱性が必要な電子回路を有する、例えば、自動車、産業機械、家電、事務用機器など種々の機器に用いられるヒートシンクに関する。

従来、アルミニウムやアルミニウム合金からなるヒートシンクに、電子回路を搭載する方法として、あらかじめ作製したプリント基板（アルミニウム基板の金属基板、ガラスエポキシ基板等）をグリス（シリコングリス）を介在させて貼り付ける方法、及び直接ヒートシンクに機械的（ビス）に搭載する方法が知られている。シリコングリス等を介在させた場合は、シリコングリスを薄膜状にヒートシンク表面に塗布することが難しく、又、シリコングリスの熱抵抗が、ヒートシンクの放熱性を低下させる原因となる。さらに、直接機械的に取り付けた場合は、ヒートシンクとプリント基板との間に空気が存在することは避けられず、この空気層がヒートシンクの放熱性を低下させる原因となる。

本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるヒートシンク等の異形材の表面に、一体的にパターン状の導電層を形成する簡易な方法を提供することを課題とする。また、本発明は、良好な放熱性を有するとともに、表面にパターン状の導電層が一体的に形成されたヒートシンクを提供することを課題とする。

本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる異形材の表面を陽極酸化して、被膜を形成する第一の工程と、前記被膜の表面の一部に、絶縁樹脂層及び金属層を順次積層する第二の工程と、前記金属層の一部をエッチングにより除去し、パターン状の導電層を形成する第三の工程とを有する導電層を表面に有する異形材の作製方法に関する。
本発明では、アルミニウム等からなる異形材の表面を陽極酸化して表面に被膜を形成してから、パターン状の導電層を形成するためのエッチング処理を行っている。その結果、導電層を形成するためにパターン化する領域以外は、マスキングを行うことなくエッチング処理を行うことができる。従って、所望の電子回路パターン状の導電層を、簡易に且つ安定的に、アルミニウム等からなる異形材の表面に形成することができる。

本発明の態様として、前記第一の工程において、シュウ酸電解液を用いて陽極酸化を行う前記方法；前記第一の工程によって形成される被膜の厚さが１０〜２０μｍである前記方法；前記第二の工程を真空中で行う前記方法；前記第三の工程において、塩化第二鉄溶液でエッチングを行う前記方法；および前記異形材が、ヒートシンクである前記方法が提供される。

また、本発明は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、略水平な面を少なくとも一つ有する異形材と、前記異形材の表面を被覆する陽極酸化膜と、前記略水平な面上に一体的に形成されたパターン状の導電層とを有するヒートシンクに関する。
本発明のヒートシンクは、パターン状の導電層が表面に一体的に形成されているので、導電層とヒートシンクとの間に、シリコングリス等の材料や空気層が介在していない。その結果、良好な放熱性を有するとともに、パターン状の導電層が一体的に形成されたヒートシンクを提供することができる。

本発明によれば、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるヒートシンク等の異形材の表面に、一体的にパターン状の導電層を形成する簡易な方法を提供することができる。この方法によって、ヒートシンクの表面に一体的に、所望の電子回路パターン状の導電層を形成すると、シリコングリス等の熱抵抗の高い材料や、空気層が介在しないので、ヒートシンクの放熱性を低下させることはない。即ち、本発明によれば、放熱性が良好であるとともに、パターン状の導電層が表面に一体的に形成されたヒートシンクを提供することができる。

発明の実施の形態

以下、本発明を詳細に説明する。
図１に本発明の方法の一実施形態の工程を模式的に示す。図１は、本発明の方法を、ヒートシンクの表面に導電層を形成するのに利用した実施形態についての例である。
まず、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるヒートシンクを準備する（図１（ａ））。ヒートシンクは、発熱により誤作動する可能性のある部品等の冷却に用いられるものであって、放熱性に優れた形状を有する。図２に、ヒートシンク１０の斜視図を示す。ヒートシンク１０は、複数の肉薄のフィン１０ａが、溝１０ｂを隔てて並んだ構造である。この様な異形材は、種々の公知の成形方法によって作製することができ、例えば、押出成形、ダイカスト法などを利用して作製することができる。ダイカスト法は、溶融したアルミニウム又はアルミニウム合金などを、金型に圧入して成形する方法である。ダイカスト法を利用すると、複雑な形状を有する異形材を高精度で、しかも高い生産性で製造できるので好ましい。

次に、ヒートシンク１０の表面に陽極酸化により被膜１２を形成する（図１（ｂ）：第一の工程）。ヒートシンクを陽極酸化する前に、常法の前処理を行ってもよい。陽極酸化処理は、シュウ酸電解液を用いて行うのが好ましい。即ち、形成される被膜１２は、シュウ酸被膜であるのが好ましい。被膜１２の厚さは、１０〜２０μｍであるのが好ましい。被膜の厚さが前記範囲であると、コスト的に不利とならず、また、後に実施するエッチング工程中に、被膜が溶解することなく、より安定的にパターン状の導電層を形成することができる。陽極酸化は利用する電流の種類等によって、直流法、交流法、パルス法、定電流法、定電圧法等、種々の方法に分類できるが、本発明ではいずれに分類される陽極酸化処理を利用することもできる。

陽極酸化の条件については特に制限されず、用いる電解液、ヒートシンクの形状、形成する被膜の厚さ等を考慮して、好ましい条件を決定することができる。好ましい陽極酸化処理の条件の一例は、２〜７質量％濃度のシュウ酸溶液を用い、温度１５〜３０℃で、厚さ１０〜２０μｍの被膜を形成する条件である。より好ましい条件の一例は、濃度５質量％のシュウ酸溶液を用い、温度２０℃で、厚さ１５μｍの被膜を形成する条件である。電解液として、濃度２質量％未満のシュウ酸溶液を用いると、陽極酸化処理中に孔食が発生する場合があり、一方、濃度が７質量％を超えるシュウ酸溶液を用いると、コスト的に不利となる。また、温度が１５℃未満であると、冷却設備費が高くなり、コスト的に不利であり、一方、３０℃を超える温度で行うと、形成される被膜の耐食性が劣り、後の工程のパターンエッチング時に、被膜が溶解する場合がある。被膜の厚さが１０μｍ未満であると、パターンエッチング時に被膜が溶解し、導電層のパターンの変形が生じる場合がある。一方、被膜の厚さが２０μｍを超えると、コスト的に不利となる。

陽極酸化処理を行った後、封孔処理をするのが好ましい。陽極酸化によって生成した被膜１２は、多孔性であるので、封孔処理によってこの微細孔を封じることで、耐汚染性又は耐食性などを改善することができる。水蒸気封孔処理、沸騰水封孔処理、低温封孔処理などがあり、いずれも利用することができる。

次に、被膜１２が形成されたヒートシンク１０の水平な面に、絶縁性樹脂層１４と、金属層１６とを積層する（図１（ｃ）：第二の工程）。なお、層１４および１６を形成する面は、厳密に水平である必要はなく、所定のパターン状の導電層が形成可能な程度に水平であればよい。絶縁樹脂層１４の材料については特に制限されず、一般的にエッチング処理で使用されているものを利用できる。また、金属層１６の材料についても特に制限はなく、銅、スズ、銀、金等を用いることができ、中でも銅が好ましい。絶縁樹脂層１４は、種々の方法で形成することができ、例えば、樹脂溶液を塗布することによって、また樹脂フィルムをラミネート処理することによって、形成することができる。金属層１６も種々の方法によって形成することができ、例えば、金属箔を絶縁樹脂層１４上にラミネート処理することによって形成することができる。絶縁樹脂層１４と金属層１６との接着性を改善するために、層１４と層１６とを積層し、真空下で加圧するのが好ましい。金属層１６を、銅箔から形成する場合は、真空下、温度２００℃程度で、圧力１５〜２５ｋｇ／ｃｍ²に１時間程度保持するのが好ましい。最適圧力は２０ｋｇ／ｃｍ²であり、１５ｋｇ／ｃｍ²未満であると、接着力が弱くなり、一方、２５ｋｇ／ｃｍ²を超えると、形状によっては変形する恐れがある。

絶縁樹脂層１４の厚みが厚すぎると、ヒートシンクの放熱性が低下する場合があるので、薄いほうがいいが、一方、耐電圧が求められる場合などは、ある程度の厚さが必要である。これらを考慮すると、絶縁樹脂層１４の厚みは、一般的には２０〜１２０μｍであるのが好ましく、８０〜１２０μｍであるのがより好ましい。また、金属層１６の厚みは、薄いほうが後のエッチング工程が容易になるが、一方、通電する電流が大きい場合は、ある程度の厚みが必要になる。これらを考慮すると、金属層１６の厚みは、一般的には、３０〜５００μｍであるのが好ましく、８０〜１２０μｍであるのがより好ましい。

次に、金属層１６の表面に、マスキングインクで所望の電子回路パターンを印刷する（図１（ｄ）：第三の工程）。マスキングインクの材料については特に制限されず、従来汎用されている材料の中から、その後のエッチング処理の条件や、金属層１６との接着性を考慮して、選択することができる。

次に、エッチング処理し、マスキングインク層１８によってマスキングされていない領域の金属層１６を除去する（図１（ｅ）：第三の工程）。エッチング処理によって、マスキングされていない金属層１６の一部は除去され、パターン状の金属層１６’のみが残る。一方、金属層１６以外の部分は、例えば、ヒートシンク１０のフィン１０ａ等の部分は、表面が陽極酸化被膜１２によって被覆されているので、マスキングされていなくても、エッチング処理液に侵食されることはない。エッチング処理は、常法に従って実施することができる。エッチング処理の条件は、金属層１６の厚さ等を考慮して、好ましい範囲を決定することができる。金属層１６が銅箔からなる場合は、塩化第二鉄溶液を用いて、温度３０〜５０℃で、５〜１５分間行うのが好ましい。温度が３０℃未満であると、エッチング時間が長くなり、微細パターンの形成が困難になる場合があり、５０℃を超えるとエッチング時間が短く、管理が難しい。最適温度は４０℃程度である。時間は、金属層１６の厚さにより適時調整することができる。

次に、マスキングインク層１８を除去することによって、パターン状の金属層１６’（導電層）を形成する（図１（ｆ）：第三の工程）。マスキングインク層１８の除去は、有機溶剤等を用いて行うことができる。図３に、金属層１６’が形成されたヒートシンクの斜視図を示す。ヒートシンク１０の表面には、以上の工程を経て、電子回路パターン状の金属層１６’（導電層）が一体的に形成されている。金属層１６’は上記工程によりヒートシンク１０の表面に一体的に形成されているので、ヒートシンク１０の表面と金属層１６’との間には、シリコングリス等の熱抵抗の高い材料や空気層が介在していない。従って、ヒートシンクの放熱性を低下させることはない。
なお、電子回路パターン状の導電層には、さらに、金、スズ等の金属のメッキが施されていてもよい。かかるメッキ処理を、金属層１６の表面をパターン状にマスキングする前に行ってもよい。

以上の工程により、所望の電子回路パターン状の導電層が一体的に表面に形成されたヒートシンクを作製することができる。以上の工程は、一括して行うことができるので、高い生産性でかかるヒートシンクを作製することができる。さらに、マスキングは、所望の電子回路パターン状に行うのみでよく、コスト的にも、また操作上も有利である。
なお、本発明のヒートシンクの形状等は、図１〜３に示した形状に限定されず、従来ヒートシンクの形状として公知のいずれの形状のヒートシンクであってもよい。

本発明の方法は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金からなる異形材の表面にパターン状の導電層を一体的に形成する方法であり、特に、ヒートシンクの表面に電子回路パターン状の導電層を形成するのに利用することができる。また、本発明のヒートシンクは、放熱性が必要な電子回路を有する、例えば、自動車、産業機械、家電、事務用機器など種々の機器に広く用いられる。

本発明の方法の一例の各工程を模式的に示した図である。本発明に使用可能なヒートシンクの一例の斜視図である。本発明のヒートシンクの一例の斜視図である。

符号の説明

１０ヒートシンク
１０ａフィン
１０ｂ溝
１２陽極酸化被膜
１４絶縁樹脂層
１６金属層
１６’ パターン状の金属層（導電層）
１８マスキングインク層

Claims

アルミニウム又はアルミニウム合金からなる異形材の表面を陽極酸化して、被膜を形成する第一の工程と、前記被膜の表面の一部に、絶縁樹脂層及び金属層を順次積層する第二の工程と、前記金属層の一部をエッチングにより除去し、パターン状の導電層を形成する第三の工程とを有する、パターン状の導電層を表面に有する異形材の作製方法。
前記第一の工程において、シュウ酸電解液を用いて陽極酸化を行う請求項１に記載の方法。
前記第一の工程によって形成される被膜の厚さが１０〜２０μｍである請求項１又は２に記載の方法。
前記第二の工程を真空中で行う請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
前記第三の工程において、塩化第二鉄溶液でエッチングを行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
前記異形材が、ヒートシンクである請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
アルミニウム又はアルミニウム合金からなり、略水平な面を少なくとも一つ有する異形材と、該異形材の表面を被覆する陽極酸化膜と、前記略水平な面上に一体的に形成されたパターン状の導電層とを有するヒートシンク。