JP2005317962A - ヒートシンク及びその表面処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 体積を変化せずに表面積のみを広げるとともに、従来よりも表面の粗度を大きくすることで放熱性能を向上できるヒートシンク及びその表面処理方法を提供する。
【解決手段】 発熱素子に付着されたベース52と、前記ベース52に少なくとも一つ設置された放熱ピン54と、を含み、前記ベース52または放熱ピン54の表面に多数の微細ワイヤー56が形成されることでヒートシンクを構成する。
【選択図】 図3
【解決手段】 発熱素子に付着されたベース52と、前記ベース52に少なくとも一つ設置された放熱ピン54と、を含み、前記ベース52または放熱ピン54の表面に多数の微細ワイヤー56が形成されることでヒートシンクを構成する。
【選択図】 図3
Description
本発明は、発熱素子の放熱作用を行うヒートシンクに関するもので、詳しくは、表面に放熱可能な多数の微細ワイヤーが成長されたヒートシンク及びその表面処理方法に関するものである。
図1は、従来のヒートシンクを示した斜視図であり、図2は、従来のヒートシンクを示した断面図である。
図1及び図2に示したように、従来のヒートシンク10は、印刷回路基板2に組込まれたパワーモジュール、CPU及びトランジスタなどの発熱素子4に装着され、この発熱素子4の劣化を防止するために放熱を行う装置である。
このようなヒートシンク10は、前記発熱素子4に装着されるベース12と、このベース12上に所定間隔を有して多数個設置された放熱ピン14と、から構成されており、一般に、低廉でかつ放熱性の良いアルミニウム合金により成形される。
一方、前記ヒートシンク10は、輻射による放熱が円滑に行われるように、アルミニウム合金の酸化被膜法であるアルマイト処理または陽極酸化処理により表面に酸化被膜16を形成する。
すなわち、電解液中の陽極に前記ヒートシンク10の表面に被覆する金属を連結し、陰極に不活性金属を連結した後、電解液に前記ヒートシンク10を入れることで電解液に電流が流れると、前記ヒートシンク10の表面に前記酸化被膜16が形成される。
このように表面処理されたヒートシンク10は、酸化被膜16により酸化が抑制されて耐食性が良くなり、表面が無光沢であるため、表面から光線状に放出される輻射エネルギーが乱反射されて、放熱効果が表面処理前よりもほぼ3〜10%向上する。
しかしながら、このような従来の技術は、前記酸化被膜16の乱反射率を一層高めることが困難であるため、通常、前記ヒートシンク10の放熱性が向上するように、前記ヒートシンク10の容量を増大するか、または、前記放熱ピン14の目を一層細かく設置して前記ヒートシンク10の熱交換面積を広げているが、この場合、体積が膨大になるだけでなく、前記放熱ピン14の目を細かく設置するのに空間的な制約が伴う、という問題点があった。
本発明は、このような従来の問題点を解決するためになされたもので、体積を変化せずに表面積のみを広げるとともに、従来よりも表面の粗度を大きくすることで放熱性能を向上できるヒートシンク及びその表面処理方法を提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明によるヒートシンクは、発熱素子に装着されたベースと、前記ベースに少なくとも一つ設置された放熱ピンと、を含んで構成されており、前記ベースまたは放熱ピンの表面には、多数の微細ワイヤーが形成されたことを特徴とする。
また、前記微細ワイヤーは、銅酸化物であることを特徴とする。
また、前記微細ワイヤーは、前記ベースまたは放熱ピンの表面から長さが0.1μm〜100μmであり、且つ微細ワイヤーの断面積の幅が1nm〜100nmであることを特徴とする。
また、前記ベースまたは放熱ピンは、アルミニウムまたは銅材質により成形されたことを特徴とする。
また、前記微細ワイヤーは、前記ベースまたは放熱ピンの表面から長さが0.1μm〜100μmであり、且つ微細ワイヤーの断面積の幅が1nm〜100nmであることを特徴とする。
また、前記ベースまたは放熱ピンは、アルミニウムまたは銅材質により成形されたことを特徴とする。
また、このような目的を達成するために、本発明によるヒートシンクは、銅材質により成形され、その表面には、銅酸化物である多数の微細ワイヤーが形成されたことを特徴とする。
ここで、前記微細ワイヤーは、前記ベースまたは放熱ピンの表面から長さが0.1μm〜100μmであり、断面積の幅が1nm〜100nmであることを特徴とする。
ここで、前記微細ワイヤーは、前記ベースまたは放熱ピンの表面から長さが0.1μm〜100μmであり、断面積の幅が1nm〜100nmであることを特徴とする。
また、このような目的を達成するために、本発明によるヒートシンクの表面処理方法は、ヒートシンクを酸化溶液に浸すことで、前記ヒートシンクの表面に酸化物である微細ワイヤーを成長させることを特徴とする。
また、前記ヒートシンクは、アルミニウム材質により成形され、前記微細ワイヤーが成長されるように、表面が銅材質によりコーティングされたことを特徴とする。
また、前記ヒートシンクは、表面の酸化により前記微細ワイヤーが成長されるように、銅材質により成形されたことを特徴とする。
また、前記ヒートシンクは、表面の酸化により前記微細ワイヤーが成長されるように、銅材質により成形されたことを特徴とする。
また、前記酸化溶液は、NaOHまたはNaClO2であることを特徴とする。
また、前記微細ワイヤーの成長温度は、60℃〜100℃であることを特徴とする。
また、前記微細ワイヤーの成長時間は、1分〜10分であることを特徴とする。
また、前記微細ワイヤーの成長温度は、60℃〜100℃であることを特徴とする。
また、前記微細ワイヤーの成長時間は、1分〜10分であることを特徴とする。
本発明によるヒートシンク及びその表面処理方法は、酸化過程により前記ヒートシンクのベース及び放熱ピンの表面にナノ及びマイクロ単位の多数の微細ワイヤーが成長されるため、前記ヒートシンクのベース及び放熱ピンの体積がほとんど変わらない場合でも、前記ヒートシンクのベース及び放熱ピンの表面積が大幅に広くなり、従来よりも表面粗度が増大して、前記ヒートシンクの単位体積当たりの放熱性を一層向上できるという効果がある。
以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明によるヒートシンク及びその表面処理方法には、多数の実施形態があるが、このうち最も好ましい実施形態を説明する。ただ、ヒートシンクをなす基本的な構造は、前述した従来の技術と同一であるため、詳細な説明は省略する。
本発明によるヒートシンク及びその表面処理方法には、多数の実施形態があるが、このうち最も好ましい実施形態を説明する。ただ、ヒートシンクをなす基本的な構造は、前述した従来の技術と同一であるため、詳細な説明は省略する。
図3は、本発明によるヒートシンクを示した断面図である。
図3に示したように、本発明の一実施形態によるヒートシンク50は、発熱素子に装着されるベース52と、前記ベース52に少なくとも一つ設置された放熱ピン54と、から構成されており、特に、前記ベース52または放熱ピン54の表面には、表面積及び粗度を向上する微細ワイヤー56が全面にかけて均一に分布される。
図3に示したように、本発明の一実施形態によるヒートシンク50は、発熱素子に装着されるベース52と、前記ベース52に少なくとも一つ設置された放熱ピン54と、から構成されており、特に、前記ベース52または放熱ピン54の表面には、表面積及び粗度を向上する微細ワイヤー56が全面にかけて均一に分布される。
前記微細ワイヤー56は、前記ヒートシンク50の放熱効果を向上するように熱伝導効率の良い金属により形成される。ここで、熱伝導性の良い金属は、次の表<物質の熱伝導性>に示したとおりである。
表1:<物質の熱伝導性>
物質 熱伝導性(W/mK)
銀 422
銅 402
金 298
アルミニウム 226
鋼鉄 73.3
鉛 34.8
物質 熱伝導性(W/mK)
銀 422
銅 402
金 298
アルミニウム 226
鋼鉄 73.3
鉛 34.8
前記表1の<物質の熱伝導性>によると、金属のうち銀が最も熱伝導性に優れているが、銀は、高価であるため費用面で競争力が低下する。また、銅よりもアルミニウムや鉛などが一層低廉であるが、銅がアルミニウムや鉛よりもはるかに熱伝導性に優れているため、費用及び熱伝導性を全て考慮する場合、前記微細ワイヤー56は、銅により形成されることが最も好ましい。
前記微細ワイヤー56は、前記ヒートシンク50の体積の変化なしに表面積のみを広げるとともに、表面粗度を増大するために、前記ヒートシンク50の表面から長さが0.1μm〜100μmであり、且つ微細ワイヤーの断面積の幅が1nm〜100nmであることが好ましい。
すなわち、前記微細ワイヤー56が前述した大きさに形成されると、前記微細ワイヤー56は、前記ヒートシンク50の表面と密着して接触形成されるため、空気の抵抗をほとんど受けない。したがって、前記微細ワイヤー56は、別途の接着剤に依存することなく、前記ヒートシンク50の表面に堅固に付着される。
以下、本発明の一実施形態によるヒートシンクの表面処理過程を、図3乃至図7に基づいて説明する。
まず、前記ヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54を成形した形状を備える。このとき、前記ヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54は、良好な放熱性を有するとともに、低廉に成形されるように、全てアルミニウム材質により成形されることが好ましい。
まず、前記ヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54を成形した形状を備える。このとき、前記ヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54は、良好な放熱性を有するとともに、低廉に成形されるように、全てアルミニウム材質により成形されることが好ましい。
このように、前記ヒートシンク52のベース52及び放熱ピン54がアルミニウム材質により成形されると、前記ヒートシンク52のベース52及び放熱ピン54を銅電解液に入れた後、通電することで、前記ヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54の表面を銅によりコーティングする。その結果、前記ヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54の表面には、図4に示したように、銅コーティング膜56’が形成される。
ここで、銅は、アルミニウム合金よりも熱伝導効率が良い反面に高価であるが、アルミニウム合金材質からなる前記ヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54は、その表面に銅が数um〜数十um程度の厚さでコーティングされると、銅材質からなるヒートシンクの熱伝導効率を有しつつ比較的低廉に実現される。
次に、前記銅コーティング膜56’が形成されたヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54を所定温度の酸化溶液に所定時間の間浸す。すると、図5乃至図7に示したように、酸化時間の経過によって前記ヒートシンク50の銅コーティング膜56’が酸化されることで、銅酸化物である微細な毛がもじゃもじゃに起きるが、この銅酸化物が前記微細ワイヤー56になる。
すなわち、前記酸化溶液は、銅酸化物である前記微細ワイヤー56が良好に成長するように、NaOHまたはNaClO2からなる。また、前記微細ワイヤー56は、酸化条件である酸化溶液の温度及び組成によって、大きさ、密度及び成長速度に影響を受けるが、産業現場で容易に実現するとともに、生産性にも符合するように、酸化溶液の温度は、約60℃〜100℃、酸化時間は、1分〜10分にすることが好ましい。
最後に、前記ヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54の表面に前記微細ワイヤー56が充分に成長された後、この微細ワイヤー56の成長されたヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54の表面を洗浄して不純物を除去すると、前記ヒートシンク50の表面処理過程が終了される。
以下、本発明の他の実施形態によるヒートシンクの表面処理方法を説明する。参考に、本発明の他の実施形態は、前述した本発明の一実施形態と技術的思想及び基本的な構造が同一であるため、その詳細な説明は省略し、本発明の一実施形態による図3乃至図7を引用する。
まず、前記ヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54を熱伝導性が良くて費用面で量産可能な銅材質により成形した後、このように成形されたヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54を直ちに所定温度の酸化溶液に所定時間の間浸す。
その結果、前記ヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54の表面が酸化されることで、銅酸化物である微細ワイヤー56が成長される。このとき、前記ヒートシンク50のベース52及び放熱ピン54の表面のみが軽く酸化されるように作業を行う。
一方、前記ヒートシンクのベース、放熱ピン、微細ワイヤーの材質、及びこの微細ワイヤーの成長条件である酸化溶液、酸化温度、酸化時間としては、好ましい一実施形態を述べただけで、本発明の技術的思想の範囲で前記ヒートシンクに要求される放熱性及び費用などの多様な要素を考慮して、当業者によって多様に応用される。
50 ヒートシンク
52 ベース
54 放熱ピン
56 微細ワイヤー
52 ベース
54 放熱ピン
56 微細ワイヤー
Claims (11)
- 発熱素子に装着されたベースと、
前記ベースに少なくとも一つ設置された放熱ピンと、を含んで構成されており、
前記ベースまたは放熱ピンの表面には、多数の微細ワイヤーが形成されたことを特徴とするヒートシンク。 - 前記微細ワイヤーは、銅酸化物であることを特徴とする請求項1記載のヒートシンク。
- 前記微細ワイヤーは、前記ベースまたは放熱ピンの表面から長さが0.1μm〜100μmであることを特徴とする請求項1記載のヒートシンク。
- 前記微細ワイヤーは、断面積の幅が1nm〜100nmであることを特徴とする請求項1記載のヒートシンク。
- 前記ヒートシンクは、表面の酸化により前記微細ワイヤーが形成されるように、銅材質により成形されたことを特徴とする請求項1記載のヒートシンク。
- ヒートシンクを所定温度の酸化溶液に浸すことで、前記ヒートシンクの表面に酸化物である微細ワイヤーを成長させることを特徴とするヒートシンクの表面処理方法。
- 前記ヒートシンクは、前記微細ワイヤーが成長されるように、表面が銅材質によりコーティングされたことを特徴とする請求項6記載のヒートシンクの表面処理方法。
- 前記ヒートシンクは、表面の酸化により前記微細ワイヤーが成長されるように、銅材質により成形されたことを特徴とする請求項6記載のヒートシンクの表面処理方法。
- 前記微細ワイヤーの成長温度は、60〜100℃であることを特徴とする請求項6記載のヒートシンクの表面処理方法。
- 前記微細ワイヤーの成長時間は、1分〜10分であることを特徴とする請求項6記載のヒートシンクの表面処理方法。
- 前記酸化溶液は、NaOHまたはNaClO2であることを特徴とする請求項6記載のヒートシンクの表面処理方法。
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