JP2007294785A - 熱伝達子集合体部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 高分子や有機系のシートやグリースを用いることなく、且つ熱抵抗となる隙間も生じさせることなく、被接触体に密着して取り付けることができ、熱の移動効率が高い新たな熱伝達子を備えた部材を提供する。
【解決手段】 熱伝達子として柱状体２の集合体を有する熱伝達子集合体部材であって、その柱状体２の全体／あるいは一部が保持体１に対して斜めに傾斜して被接触体と接し、柱状体２が被接触体との接触面の形状に沿って弾性変形及び／又は塑性変形することにより被接触体のうねりや粗さに沿って直接接触する。この柱状体２の集合体を介して、被接触体から伝わった熱を直ちに放熱させ、又は被接触体へ熱を直ちに与えるなど、熱を効率的に移動させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器、家電製品、工業製品の必要な箇所から素早く熱を奪い、あるいは必要な箇所へ素早く熱を供給するための、熱伝達子を備えた部材に関するものである。

テレビ（ＴＶ）で画面に映像を投影する手法として、従来からブラウン管を用いた電子銃方式が一般的であった。しかし、この方式のテレビは１台の電子銃を用いてブラウン管上に走査するため、画面を大型化すると外周に対する角度がきつくなり、画面が歪むことから大型化には限界があった。この画面の歪みを防ぐためには、画面を湾曲させて電子銃からブラウン管までの距離を一定に保つ方法があるが、特に大型テレビにおいては平面画面の方が見やすいうえ、最近では小型テレビでさえ平面画面の人気が高いため、湾曲画面が大画面のテレビで採用されることはない。また、ブラウン管テレビは、画面の大型化に伴い厚みが非常に増大してしまうため、一般家庭のリビングに設置する大画面のテレビとしては相応しくない。

そのため、テレビの大画面化、薄型化を達成できる方式として、リアプロジェクション（リアプロ）テレビ、液晶テレビ、プラズマテレビ（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）等が脚光を浴び、従来のブラウン管テレビに置き換わりつつある。また、ホームシアタ用として、大画面スクリーンにプロジェクタを用いて画像を投影する方式も普及しつつある。しかも、画面やスクリーンは迫力を得るために大型化が進行しながら、画面やスクリーン以外の装置は室内スペースを占有しないように薄型化、軽量化が求められる。また、大画面になった分、光が広がって画面が暗くなると鑑賞し難いため、高輝度化に対する要求も高い。

上記のリアプロテレビも背面からプロジェクタを用いて画面へ投射する方式だが、反射鏡を１枚あるいは複数枚用いることにより、薄型の筐体内でプロジェクタと画面間の距離を稼ぐことができるため薄型化が可能である。リアプロも従来はＣＲＴ方式で背面からスクリーンに投影していたが、薄型化、軽量化、高画質化のために、最近ではＭＤ（Ｍｉｃｒｏ Ｄｉｓｐｌａｙ）方式に切り替わりつつある。ＭＤ方式には、光学デバイスとして透過型の液晶方式（ＨＴＰＳ：Ｈｉｇｈ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｉ−Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いたものと、反射型のＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）方式及びＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）方式とがある。

液晶方式やＰＤＰ方式は、スクリーン自体に、画素数に応じた数の小型シャッターとしての液晶素子や、小型のプラズマ電極を画面上に並べて形成するため、投影用の距離を必要とせず、薄型のまま大型化が容易である。そのため、リアプロテレビを含めて、上記液晶テレビ、プラズマテレビが大画面テレビの本命として急速に広がりつつある。その一方、このような画面の大型化に伴い、素子や画面からの発熱量や発熱密度が大きくなっている。また、同じ出力で大画面を映し出すと単位面積当たりの光量が不足してしまうため、一般に大画面ほど消費電力は上がり、それに伴う発熱量も増大する。その結果、効率的に熱を系外に排出しないと、素子やその周辺機器が熱劣化してしまうため、排熱を効率よく行う必要性が高まってきている。

また、コンピュータについても、デスクトップパソコン、ノートパソコン、サーバを初め、大型のメインフレームコンピュータ等は、大容量の情報を高速で処理するために、その中心となるＭＰＵはますます高集積化され、高速処理のためのクロック数の増大が求められ、年々ＭＰＵの発熱量は増大する傾向にある。しかしながら、あまりの発熱量の増加に多さに、排熱技術が追いついていない現状である。そのため、ＭＰＵ素子が自身の発熱で誤動作を起こしてしまうため、クロック数増大の開発を一時ストップせざるを得ない状況も生まれつつあり、より効率的な排熱技術に対する必要性が高まっている。

尚、最近の冷却技術として、特開２００４−３１９９４２号公報には、放熱部に金属発泡体を用いたヒートシンクが開示されている。しかし、金属発泡体は内部に無数の空孔を持つため、その使用方法を誤れば、放熱特性が得られるどころか、内部の気孔により断熱性能が高い発泡スチロールなどのように断熱層の働きをする恐れがある。また、特開２００５−０３２８８１号公報には、低気孔率部と高気孔率部を有する多孔質放熱体が開示されている。しかしながら、この高気孔率部は、例として多孔質焼結体やセラミックス繊維が列挙されているように、変形しないために放熱部に直接隙間なく接触させることが難しい。

また、工業部品や家電製品において、必要な箇所に熱を素早く与えて処理するためのヒータが色々な箇所で用いられている。例えば半導体製造装置において、ヒータと冷却モジュールを併用して温度を素早く上げたり下げたりして、あるプロセスから次のプロセスへ移行する際の時間をできるだけ短縮して、スループットを上げたいという要求がある。そのためヒータと冷却モジュールを接触させた状態で、冷却したい時は冷却モジュール内に冷媒を流して冷却したり、冷却モジュールを可動式にして加熱時はヒータ単体で製品を加熱し、高速冷却したい時だけ冷却モジュールをヒータに接触させて冷却したりする、ということがなされている。
特開２００４−３１９９４２号公報 特開２００５−０３２８８１号公報

最近のテレビの排熱技術として、液晶テレビやプラズマテレビでは、例えば、Ａｌシートを画面背面に貼り、熱をＡｌシート背面に逃がしてから、ファンでエアをＡｌシート背面に当てて大気に放熱し、筐体の隙間から外部に熱を逃がす方式を採っている。また、リアプロテレビやプロジェクタの反射方式では、光学チップの背面にＡｌフィン付きのＡｌヒートシンクを押し付け、ファンでエアを送り込んで空冷し、同じように筐体の隙間から外部に熱を逃がしている。

リアプロテレビやプロジェクタでは、大画面化に伴い総熱量も多いうえ、１０〜２０ｍｍ角程度の小型素子（Ｍｉｃｒｏ Ｄｉｓｐｌａｙ）に光を集約して画像化し、それを大画面のスクリーンに投影するため、素子に集中する熱密度は非常に大きい。そのため、特に熱を効率よく排出する必要があるが、透過型のＨＴＰＳ方式では、液晶チップは光が透過するため、上記のごとく冷却モジュール面を押付けて冷却することはできない。そこで、液晶チップの外周フレームをＡｌやＭｇのような高熱伝導金属で構成して熱を伝え、これをファンで空冷し、更に外周フレームにフィンを付けて空冷効果を上げる等の手法が採られている。

また、ＤＬＰ方式では、特に熱が大きく掛かるシアタ用の大画面用プロジェクタにおいて、ＤＬＰチップ背面を水冷することも行われている。しかし、電気装置内に水を回すことは、水漏れによるショートや電気部品の劣化等の危険を常にはらんだ状態で稼動することになるため、出来るだけ空冷方式が望ましい。しかも、素子の部分で水冷しても、通常その液体を使い捨てにすることは稀であり、循環させて使用するため、別の場所で熱は熱交換器を通じて大気放出せざるをえず、効率的な空冷構造は不可欠である。

しかしながら、上記したヒートシンクやフィンにより熱を素子等から奪ってファンで空冷する方法では、大画面化に伴って増大する発熱を十分に冷却するには限界があった。即ち、素子等からヒートシンクに伝わった熱は、ヒートシンク背面に伝わる前に周辺部材に広がって温度が低下してしまうため、そのヒートシンク背面をファンで冷却しても、低い冷却効率しか得られなかった。しかも、ファンによる空冷は、筐体内に熱を撒き散らしてしまうため、他の部品に影響を及ぼしやすいという問題があった。更に、筐体の隙間から出てくる熱風は、装置の傍にいる人に熱風を吹きかけ、また室内の温度を上げてしまうため、不快な面が多々あった。また、ファンの風切り音は、静かなリビングで映像を楽しむ際の最大の不快要因でもあった。

また、素子を搭載するセラミックスの基板やパッケージ等には必ず焼結時の反りが存在し、例えば０.１〜０.１５ｍｍ程度反っているため、ヒートシンク等を押付けると隙間ができ、この隙間に残った空気は非常に大きな熱抵抗になる。そこで、基板やパッケージ等とヒートシンクとの間に、厚さ１〜２ｍｍの柔軟性のある熱伝導性のシートやコンパウンド樹脂を挟み込み、隙間をなくして取り付ける方法が採られていた。熱伝導性のシートやコンパウンドは出来るだけ熱伝導率の高いものが選ばれるが、それでも数Ｗ／ｍ・Ｋから１０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であるため、せっかく２３７Ｗ／ｍ・Ｋという高熱伝導率のアルミニウムや４０３ｗ／ｍ・Ｋの銅をヒートシンクに用いても、その界面層の低熱伝導性が律速になって効率的な熱の排出が行えなかった。

デスクトップパソコンやサーバ等においても、ＭＰＵの冷却技術は、リアプロテレビやプロジェクタの素子冷却技術とほぼ同じ空冷技術が採用されている。即ち、ＭＰＵ背面に設けた熱伝導シートや熱伝導樹脂を介してＡｌヒートシンクに熱を伝え、背面からファンで大気をあてて放熱している。あるいはヒートパイプを用いてＭＰＵから熱を筐体近傍まで運び、そこで大型のフィンとファンで熱を筐体外へ排出している。しかし、冷却効率が低い問題は依然としてあり、ＭＰＵの発熱量増大に伴って放熱が追いつかなくなってきている現状である。また、ヒートパイプは熱を運搬する装置でしかないため、熱の運搬先で大型のフィンとファンによって大気放熱し、筐体外へ熱を排出する必要があるのは同じであり、小型化の妨げになっている。

また、工業部品や家電製品において、用いられているヒータと冷却モジュールが色々な箇所で用いられており、例えば半導体製造装置において、ヒータと冷却モジュールを併用して温度を素早く上げたり下げたりして、あるプロセスから次のプロセスへ移行する際の時間をできるだけ短縮して、スループットを上げたいという要求があるが、ヒータと冷却モジュールの間には微視的に見ると、うねりや反りや粗さに起因する隙間が存在し、熱抵抗が高くなるため素早く冷却できないという課題があった。

本発明は、このような従来の事情に鑑み、高分子や有機系のシートやグリースを用いることなく、且つ熱抵抗となる隙間も生じさせることなく、セラミックス等の被接触体に密着して取り付けることができ、被接触体から伝わった熱を直ちに冷媒へ放熱させることや、被接触体へ熱を直ちに与えることができ、従って従来の高分子や有機系のシートやグリースを用いた接触に比べて熱の移動効率が高い、冷却あるいは加熱のための新たな熱伝達子を備えた部材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明が提供する新たな熱伝達子を備えた部材は、熱伝達子として柱状体の集合体を有する部材であって、その柱状体の全体／あるいは一部が保持体に対して斜めに傾斜して被接触体と接し、柱状体が被接触体との接触面の形状に沿って弾性変形及び／又は塑性変形することにより被接触体のうねりや粗さに沿って直接接触し、その柱状体を介して熱を移動させることを特徴とするものである。

本発明によれば、素子やそれを搭載する基板等の被冷却体に反りや面粗さ等があっても、従来のように高分子や有機系のシートやグリースを用いず、しかも熱抵抗となる隙間を生じさせることなく、熱伝達子集合体部材を弾性変形能及び／又は塑性変形能を有する柱状体構造によって被冷却体に密着して取り付けることができ、その柱状体構造を介して被接触体から伝わった熱を直ちに冷媒へ放熱し、あるいは被接触体を素早く加熱することができる。

従って、本発明の熱伝達子集合体部材を用いることによって、従来の高分子や有機系のシートやグリースを用いたヒートシンク、フィンとファン等の冷却手段等に比べて熱の排出効率を高めたり、あるいは被接触体を素早く加熱したりすることができることができるため、例えばテレビ、プロジェクタ、パソコン、自動車などの電子機器や電気製品における最近の発熱量の増大に対応することもでき、また半導体製造装置や各種ヒ−タ等の高スループット、高均熱性に対応することができる。

一般に被冷却体には完全に抑えきれない反り、うねり、面粗さ等があり、そのためヒートシンクとの接触面に隙間が発生し、その隙間は熱伝導率がほぼゼロになってしまうため、熱伝導を大きく妨げる要因となる。例えば、剛性の高い部品同士を面接触させる場合、平面度を上げ且つ面粗度をいくら小さくしても、微視的に見て完全にフラットな面は形成できない。その結果、最も突き出た３点で接触して他の部分は浮いてしまうため、部品同士の間に生じた隙間は熱伝導に寄与せず、冷却能力は低くならざるを得なかった。

そこで従来はやむなく、空間を埋める効果の高い高分子や有機系のシートやグリースを用いて、部品同士の隙間を埋めていた。しかし、これらの高分子や有機系のシートやグリースは熱伝導率が非常に低く、高熱伝導率タイプでもせいぜい５Ｗ／ｍ・Ｋ程度しかない。従って、部品同士の間に生じた隙間が埋められて熱伝導率ゼロの部分はなくなるが、これらの高分子や有機系のシートやグリースからなる熱伝導率の低い層が部品間に介在することになるため、その層が大きな熱抵抗となり、冷却能力向上の妨げになっていた。

これに対し、本発明の熱伝達子集合体部材は、熱伝達子として複数の柱状体の集合体を備えている。熱伝達子集合体部材の柱状構造自体に特に制限はないが、多数の柱状体が保持体に対して斜めに傾斜して設けられた構造にすることが好ましい。このような柱状構造をとることによって、複雑な形状にすることなく安定したクッション性を容易に得ることができるうえ、形状が簡単であるため種々の製造方法を採用することが可能であり、熱伝達子集合体部材を非常に安価に製造することができる。

熱伝達子集合体部材は、例えば図１に示すように、保持体１上に複数の柱状体２を有する部材であって、この柱状体２の全体／あるいは一部が保持体１に対して斜めに傾斜して被接触体（図示せず）と接するようになっている。また、図２に示すように、柱状体２の先端につば部３を設け、被接触体との接触面積を増やすこともできる。被接触体と接触したとき、柱状体は被接触体との接触面の形状に沿って弾性変形及び／又は塑性変形することにより、被接触体のうねりや粗さに沿って直接接触することができる。その結果、高分子や有機系のシートやグリースを用いなくても、被接触体に直接隙間なく接触し、柱状体を介して熱を移動させることができる。従って、例えば被接触体から奪った熱は柱状体を介して放熱部へ速やかに伝えるため、熱が被接触体側にこもることがない。

上記柱状体２は、図３に示すように、保持体１に対する垂直線から１０°〜８０°の角度θで斜めに傾斜していることにより、より有効にクッション性を得ることができる。傾斜角度θが８０°よりも大きくなると、押付け応力に対する強度が弱くなり、特に柱状体２の根元に応力が集中して折れやすくなるため、高いクッション性を確保できない。また、傾斜角度θが１０°より小さくなると、柱状体２が撓まなくなってしまい、十分なクッション性が得られなくなる。尚、柱状体２の傾斜角度θは、柱状体２の先端と柱状体の根元を繋いだ線分が保持体１に対する垂直線となす角度である。

また、図３に示すように、柱状体２の中央から根元側の保持体１に対する垂直線からの傾斜角度をθ１、柱状体２の中央から先端側の保持体１に対する垂直線からの傾斜角度をθ２としたとき、その比θ１／θ２が１以下であることが好ましい。柱状体２の根元側の傾斜角度θ１と柱状体２の先端側の傾斜角度θ２との比θ１／θ２を１以下とすることにより、柱状体の先端部分が十分なクッション性を有し、根元部分がしっかりと柱状体全体を保持して、しなやかに被接触体に接することが出来るため好ましい。尚、柱状体が曲線を描いている場合も含め、根元側の傾斜角度θ１は、柱状体２の根元と中心を繋いだ線分が保持体１に対する垂直線となす角度である。また、先端側の傾斜角度θ２は、柱状体の中心と先端を繋いだ線分が保持体１に対する垂直線となす角度である。

柱状体の太さについては、先端の断面面積Ｓ１と根元の断面面積Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２を１以下にすることにより、柱状体の先端が十分なクッション性を有して被接触体に接触し、根元部分がしっかりと柱状体全体を保持して、しなやかに被接触体に接することが出来るため好ましい。また、個々の柱状体の径を５００μｍ以下とし、アスペクト比を５以上とすることにより、十分な変形能と放熱特性とを兼ね備えることができるため好ましい。また、柱状体上に更に枝状体を形成することによって、柱状体からの放熱面積を大きくでき、しかも流体の流れを乱して放熱しやすくできるため好ましい。

柱状体は、その一部あるいは全体に曲線を含む構造になっていることにより、柱状体の側面で被冷却体に接触できるため、接触面積を大きくでき且つ曲線部分による弾性を活用できるため、被冷却体により高いクッション性をもって押付けすことが可能となる。また、柱状体を被接触体に押付けた際に、柱状体の根元あるいは途中の屈曲部に応力が集中し、その部分が完全に塑性変形してクッション性を失ってしまうことを防ぐことができる。

また、柱状体の一部あるいは全体に曲線を含む場合、根元から中央までの曲率半径ｒ１と中央から先端までの曲率半径ｒ２の比ｒ１／ｒ２を１以下にすることが好ましい。このような曲率半径の比とすることによって、柱状体の先端が十分なクッション性を有して被接触体に接触し、根元部分がしっかりと柱状体全体を保持して、しなやかに被接触体に接することが出来る。

一部あるいは全体に曲線を含む柱状体としては、例えば、図４に示すように曲線部の片側だけ柱状体の保持板に固定してあっても良いが、図５に示すように両側を固定してアーチ状にすることにより、安定した高いクッション性をもって被冷却体に押付けることが可能となるため好ましい。また、柱状体の一部あるいは全体が、図６に示すように曲線を複数含む形状でも良く、らせん形状、あるいは図７に示すようにＳ字状であっても良い。

本発明の熱伝達子集合体部材では、上記柱状体全数のうち５０％以上の数の柱状体が被接触体に接していることにより、熱を伝える効果が大きくなるため、冷却や加熱能力を大きくできる。好ましくは全数の７０％以上の柱状体が被接触体に接していると、冷却や加熱速度を飛躍的に大きくできるため更に好ましい。また、上記被接触体に接している柱状体のうち、５０％以上の数の柱状体が側面で被接触体に接していることにより、柱状体の曲げ弾性を有効に使えるため十分なクッション性が得られ、且つ柱状体の先端より側面で接触した方がより広い接触面積が得られるため好ましい。柱状体の先端で被接触体に接触している場合は、押付け量を増大していくと、ある押付け量から先端と側面の境目のエッジだけで接触するようになる範囲が存在し、その際は点接触になるので急に接触熱抵抗が大きくなってしまう。そのため最初から側面接触にしておけば、押付け量を増加する過程でこの点接接触になる恐れがなくなり、安定した接触が得られるため冷却や加熱能力を大きく出来る。

上記柱状体を被接触体に押付ける応力は、柱状体１本当たり０.０１ｇ以上にすることにより、個々の柱状体が被接触体に十分押付けられる。十分な押付けを狙って押付け過ぎると、押付け応力により被接触体を破損してしまうため、被接触体に押付ける総応力は被接触体の破壊応力の９５％以下にすることが好ましい。

上記柱状体の存在する面積は、被接触体側の発熱体の存在する範囲の面積より大きいことが好ましい。この場合、発熱体で発生した熱が横方向に広げられながら熱を伝えるヒートスプレッド効果を使えるため、高効率な冷却を行うことができるからである。また、上記柱状体と被接触体の間の接触熱抵抗は、０.３Ｋ／ｍｍ^２・Ｗ以下とすることにより、従来の熱伝導シートやグリースより高効率に熱を伝えることができるため、冷却や加熱を効率よく行うことができる。更に、柱状体と被接触体の間の接触熱抵抗を０.１Ｋ／ｍｍ^２・Ｗ以下にすることにより、一層高効率で熱を伝えることができるため、冷却や加熱を更に効率よく行うことができる。

他の好ましい柱状体としては、金属多孔体やハニカム構造体がある。金属多孔体は、例えば樹脂の発泡体にめっきした後、樹脂発泡体を焼き飛ばすことにより、安価に製造することができ、しかも比較的均一な空間を有する構造が得やすいため好ましい。また、ハニカム構造体は、そのハニカムの軸を被冷却体との接触面に対し平行に配置することにより、比較的均一で安定した剛性とクッション性を有し、且つ内部に空間を有する構造が得やすいため好ましい。

更に他の好ましい柱状体として、金属線を絡み合わせた構造あるいはカーボンファイバを絡み合わせた構造があり、これらを保持体で被冷却体に押付けることにより、安価に柱状体の集合体を被接触体に押付けた構造が得られる。金属線を絡み合わせた構造による柱状体はほぼあらゆる金属に適用可能であるし、カーボンファイバは製造条件次第でｃ軸方向の熱伝導率が５００〜８００Ｗ／ｍ・Ｋと高い熱伝導率を有することも可能であるし、比較的安価であるため容易に被接触に押付けた構造が得られるため好ましい。

これらの柱状体は、ワイヤー放電加工、ナノインプリント、ＬＩＧＡ（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈ Ｇａｌｖａｎｏｆｏｒｍｕｎｇ Ａｂｆｏｒｍｕｇ）法、エッチング箔積層法、ＭＥＭＳなどにより形成することができる。ワイヤー放電加工は、電圧を掛けたワイヤーあるいは加工したい形状の逆パターンに加工した電極を、導電性材料に近づけることにより、放電が発生して導電性材料を揮散あるいは溶融させて加工していく方法である。また、ナノインプリント法は、例えば被加工物を加熱しながら金型を押付けることにより、金型に沿った型を付ける方法であって、安価で大量生産に向いている。

上記ＬＩＧＡ法により、例えば図１に示す多数の柱状体２の集合体を製造する場合には、保持体１となる金属板上にレジストを塗布乾燥した後、柱状体２の断面に相当するパターンのマスクを載せ、例えば斜め４５°の方向からＸ線を照射する。現像液で洗浄してＸ線のあたった箇所のレジストを除去し、レジストが除去された空間に電気めっきで金属を柱状に埋めた後、残っているレジストを酸素プラズマで除去することによって、保持体１上に斜めに傾斜した多数の柱状体２の集合体が得られる。また、この多数の柱状体２の先端に銀ロウ等を挟んで金属箔を載せ、加熱処理して接合した後、レーザで金属箔を升目状に切り離すことによって、図２に示すように柱状体２の先端につば部３を設け、被接触体との接触面積を増やした柱状体を得ることができる。

また、上記エッチング箔積層法では、例えば、０.１ｍｍ厚みのＣｕ箔の一辺に沿って０.１ｍｍ間隔で残してエッチングすることにより、図８に示すようにＣｕ箔の一辺に並んだ０.１×０.１ｍｍの柱状体が得られる。従って、例えばＣｕ箔を０.３ｍｍ間隔でエッチングして得た１辺に柱状体が０.３ｍｍ間隔で並んだＣｕ箔を、０.３ｍｍ厚みのＣｕ箔を間に挟んで積層すれば、柱状体が平面状に０.３ｍｍ間隔で並んだ集合体が得られる。箔同士は溶接等で完全に接合しても良いし、ねじ等で締上げて安価に固定することも可能である。

柱状体に樹脂を用いることにより、射出成形等で容易に熱伝達子集合体部材が量産化できる。樹脂は高熱伝導率の材料であるほど良いが、近年３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上という高い熱伝導率を有する樹脂も開発され、本願の熱伝達子集合体部材として好ましい。しかし、ＣｕやＡｌを含む金属に比べると熱伝導率がまだ低いため、樹脂を射出成形した後、表面に高熱伝導率の金属や無機物をコーティングして熱伝導率を補うことも可能である。その場合の金属は、Ｎｉめっき、Ｃｕめっき、Ａｕめっき、あるいはＮｉやＣｕやＡｕ等の金属スパッタ、あるいは金属溶射等がある。また、有機金属のスラリーをコートして熱分解で金属を析出させたり、導電性が十分な樹脂の場合は電離誘導等で金属を析出させたり、特に手法は限定されない。

また、上記熱伝達子集合体部材において、高熱伝導率の金属で形成した柱状体が耐酸化性や耐腐食性等の劣る金属の場合、その表面に耐酸化性や耐腐食性の高い金属をコートして、耐酸化性や耐腐食性等を向上させて接触の長期信頼性を確保することも可能である。

本発明の熱伝達子集合体部材では、柱状体の間に凹凸形状の溝を形成した構造を形成すると、大気等の冷媒の流れを乱して放熱が促進されるため好ましい。例えば、図８に示すように一辺に多数の柱状体を並べた箔と図９に示すように一辺に凹凸形状の溝を形成した箔を積層した熱伝達子集合体部材は、大気等の冷媒の流れを乱して放熱が促進されるため好ましい。ただし、凹凸形状の深さが柱状体の厚みに対して１０倍より深くなると、作製が難しくなりコストが上がるうえ、冷媒の流れを乱す効果はもはや大きくならないため、凹凸形状の溝の深さは柱状体の厚みに対して１０倍以内が好ましい。

柱状体の隙間に柱状体の厚み以内の板状体を形成することでも、大気等の冷媒の流れを乱して放熱が促進されるため好ましい。上記板状体の表面粗さＲａは０.０１μｍ以上であることにより、冷媒との間で固体／気体間の摩擦により大気等の冷媒に乱れが生じて放熱が促進されやすくなるため好ましく、更に０.１μｍ以上であるとその効果は非常に大きくなる。また、板状体の表面粗さＲｍａｘは０.１μｍ以上であることにより、冷媒との間で固体／気体間の摩擦で大気等の冷媒に乱れが生じて放熱が促進されやすくなるため好ましく、更に０.５μｍ以上であるとその効果は非常に大きくなる。

柱状体の集合体の厚みは、被接触体の接触面に対し垂直方向において０.０１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。上記柱状体集合体の厚みを０.０１ｍｍ未満に加工することは難しく、また送り精度が高精度の加工機が必要となるため、コストが高くなりすぎる。また、柱状体集合体の厚みが５０ｍｍを超えると、その構造の加工コストが高くなりすぎるだけでなく、機器の薄型化に対する要求を満たせなくなるため好ましくない。

また、上記柱状体の集合体の厚みは、被接触体の接触面に垂直方向において０.３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが更に好ましい。上記柱状体集合体の厚みが０.３ｍｍ未満になると変形能が十分得られず、被冷却体に隙間なく接触することができないため、冷却効率が低下する。また、柱状体集合体の厚みが５ｍｍを超える場合には、柱状体が厚過ぎるため、背面側に設けた放熱部への熱伝達が速やかに行われなくなり、やはり冷却効率が低下する。

本発明の熱伝達子集合体部材は、被接触体が被冷却体の場合、その被冷却体との接触面以外の面に放熱部を設けることができる。この放熱部は、その全体あるいは一部が上記した複数の柱状体の集合体と同じ構造であってもよいし、あるいは公知のフィン又は複数の板状体を並べたフィン状放熱部であってもよい。この放熱部から放熱することによって、被冷却体からの熱の排出効率を一層高めることができる。

上記放熱部の厚み、即ち、複数の柱状体の集合体からなる放熱部の厚み、あるいは複数の板状体を並べたフィン状放熱部が構成する空間の厚みは、０.０１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。上記放熱部の厚みを０.０１ｍｍ未満に加工することは難しいため、送り精度が高精度の加工機が必要となり、コストが高くなり過ぎる。また、上記放熱部の厚みが５０ｍｍを超えても、加工コストが高くなり過ぎるうえ、機器の薄型化に対する要求を満たせなくなるため好ましくない。

また、上記放熱部の厚みは、０.３ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが更に好ましい。上記放熱部の厚みが０.３ｍｍ未満になると、十分な放熱面積が得られず、冷却効率が低下してしまう。逆に、上記放熱部の厚みが５ｍｍを超えると、放熱の距離が長くなり過ぎるため、放熱部全体への熱伝達が速やかに行われなくなり、またフィン状放熱部では各フィンの根元まで大気が入り込み難くなるため、冷却効率が低下する。

上記した本発明の熱伝達子集合体部材は、例えば４０３Ｗ／ｍ・Ｋの銅や２３６Ｗ／ｍ・Ｋのアルミニウムのような高い熱伝導率を有した材料で構成できるため、従来のようにせいぜい５Ｗ／ｍ・Ｋ程度しかないため熱抵抗の大きな熱伝導シートに比べ熱抵抗を小さくすることができる。従って、従来の熱伝導シートの代わりに熱伝達子集合体部材で置き換えて、柱状体の保持板の背面から気体を送って冷却することにより、高い冷却効果を有することが可能である。また、背面の放熱フィンを柱状体構造にして、薄型の冷却デバイスとすることも可能である。

本発明の熱伝達子集合体部材においては、柱状体を保持する保持体の背面及び／又は柱状体の集合体に大気等の冷媒を送って冷却すれば、放熱する面積を増加させることが可能であるため、冷却効率が向上して好ましい。例えば、柱状体の保持体に大気等の冷媒を通す穴を形成して、この穴を通して背面から大気等の冷媒を流すと、特に大きな付加設備を設けることなく冷却効率が向上するため好ましい。冷却効率を上げるために、発熱体に接している柱状体にはポンプやコンプレッサ等で大気等の冷媒を送り込み、背面はファンで大気等の冷媒を送り込むことを行っても良い。

柱状体の集合体内部の圧力損失が大きくなり、真空引きや加圧した際に大気等の冷媒の圧力が下がった箇所が生ずると、その箇所においては熱を受け取る分子密度が減少することになるので、冷却効率が低下してしまう。そのため、柱状体の集合体内部の圧力損失が大きくならない冷媒の流れを作ることは、冷却効率を上げるうえで好ましい。例えば、中央１点で背面からポンプ引きすると、中央の出口付近の圧力が最も低くなり、中央部の冷却効率は低下する。そのため、例えば、その周囲に圧力を分散するための補助穴を開けると、圧力損失が低下して冷却効率は向上する。更に、大気の導入部とポンプ引き部を交互に形成する等の対応を行うことにより、圧力損失が一層低下して、冷却効率が向上するため更に好ましい。

本発明の熱伝達子集合体部材では、柱状体と被接触体の接触状態での対向面積に対して、複数の柱状体が被接触体と接触している部分が占める接触面積の割合が０.０１％以上であることが好ましい。上記対向面積に対し上記接触面積の割合を０.０１％以上とすることにより、被接触体から接触で熱を奪う効率を高く保持することができる。しかし、上記対向面積に対し上記接触面積の割合が０.０１％未満になると、接触熱抵抗が大きくなり過ぎるため好ましくない。

熱伝達子である柱状体の集合体の空隙率は、５０％以上であることが好ましい。上記柱状体集合体の空隙率が５０％以上であれば、その柱状体からの放熱も利用できるため、より一層冷却効率が向上して好ましい。また、柱状体の弾性変形量及び／又は塑性変形量は、被接触体の接触面に対する垂直方向において５０μｍ以上であることが好ましい。上記弾性変形量と塑性変形量の両方又は片方が５０μｍ以上であることにより、被冷却体の反りやうねりを十分吸収できる能力を有するため好ましい。

また、柱状体はヤング率が７０ＧＰａ以上の材料で構成されていることが好ましい。これは柱状体を被接触体に押付けた際に、強く被接触体に押付ける弾性力で安定した接触を得られるためである。冷却や加熱に用いる場合、柱状体は常温より温度が上がる。温度が上がるとヤング率は低下傾向にあるが、少なくとも６０℃におけるヤング率が６０ＧＰａ以上であることが好ましい。

柱状体としては、全体的に弾性力が高く、且つ被接触体に接触する先端では低い応力で塑性変形して被接触体に沿って潰れ、個々の柱状体において十分な接触面積を確保できるのが理想である。材料としては一見相反する特性の要求であるが、それを満足するために柱状体のハイブリッド化を行い、柱状体自身はヤング率の高い材料を用い、先端の表面には軟らかく且つ熱伝導率の高い材料を被覆することが好ましい。例えば、Ｃｕ柱状体の表面に、銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）のめっきや蒸着を行うとことが考えられる。

また、柱状体は、熱伝導率１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料で構成されていることが好ましい。柱状体の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であれば、その柱状体に伝わった熱を素早く背面側に伝えることができるからである。また、柱状体の表面に柱状体材料よりも熱伝導率の高い材料を被覆することにより、接触部を通じた熱伝導がより効率よく起こる。例えば、Ｃｕ柱状体の表面に、銀（Ａｇ）や金（Ａｕ）、カーボン（Ｃ）、ダイヤモンド等の被覆をめっきや蒸着等によって行うことが考えられる。

柱状体の構成材料の純度は、９０％以上であることが好ましい。１０％以上の不純物を多く含むと、その材料が本来有する熱伝導率が急激に低下し、且つ発熱体に押付けた際の実質の接触面積を広げるための延展性も低下するため、接触熱抵抗が増加してしまうからである。

柱状体の表面粗さＲａは０.０１μｍ以上であることにより、冷媒との間で固体／気体間の摩擦による大気等の冷媒に乱れが生じて放熱が促進されやすくなるため好ましく、更に０.１μｍ以上であるとその効果は非常に大きくなる。また、柱状体の表面粗さＲｍａｘは０.１μｍ以上であることにより、冷媒との間で固体／気体間の摩擦により大気等の冷媒に乱れが生じて放熱が促進されやすくなるため好ましく、更に０.５μｍ以上であるとその効果は非常に大きくなる。尚、柱状体は径が細いため、表面粗さの測定は触針式の粗さ計では難しい。表面粗さやうねりを測定できる三次元ＳＥＭ（３Ｄ-ＳＥＭ）は、非接触にて高倍率で表面粗さを測定できるため好ましい。

柱状体の強度が３５０ＭＰａより高いと、クッション性や、発熱体に押付けた際の実質の接触面積を広げるための延展性が低下して、接触熱抵抗が増加してしまうため好ましくない。また、柱状体の接触部の表面粗さＲａが１０μｍ以上になると、発熱体との接触面積が小さくなり、熱抵抗が大きくなってしまうため好ましくなく、できればＲａを１μｍ以下に抑えることが好ましい。

また、被接触体に対して柱状体を押付ける応力は、柱状体１本当たり１ｇ以上掛けるのが好ましい。１ｇ未満では柱状体が十分に被接触体に押付けられず、クッション性や表面の変形による接触が不十分となってしまうためである。押付け量の最大値は、被接触体が破損する総応力の９５％以内にする必要がある。それを越えると、被接触体が破損する確率が高くなってしまうためである。

熱伝達子集合体部材における柱状体は、少なくとも銅又はアルミニウム、若しくはこれらを含む材料からなることが好ましい。例えば、ヤング率は銅が１２０ＧＰａ及びアルミニウムが８０ＧＰａであって十分な変形能を有し、熱伝導率は銅が４０３Ｗ／ｍ・Ｋ及びアルミニウムが２３７Ｗ／ｍ・Ｋと高いため好ましい。他の材料としては、金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）も高い熱伝導率と変形能を有するため好ましいが、コスト的にかなり高価になるため、工業的見地からは好ましくない。

また、熱伝達子集合体部材における放熱部は、表面の輻射率が０.１以上あることが好ましい。放熱部の表面の輻射率が０.１以上であることにより、対流放熱だけでなく、輻射放熱も十分活用できるため、冷却効率が一層向上する。更に、放熱部を含めた熱伝達子集合体部材の表面の輻射率が０.１以上であれば、被接触体との接触部分においても、接触熱伝導だけでなく輻射を介した熱伝導が活用できるため、接触熱抵抗が小さくなって熱を伝えやすくなり、冷却効率の向上に寄与できるため好ましい。

本発明の熱伝達子集合体部材においては、放熱部に冷媒を強制的に流すことにより、自然対流に比べて放熱効率を大幅に向上させることができる。例えば、冷媒が気体であることにより、機器内での熱の循環が行いやすく好ましい。冷媒が気体の中でも大気であれば、気体供給用のボンベ等を設置したり交換したりする必要がなくなるうえ、機器周辺から取り込んで簡単に使用でき、漏れた際の人体に対する影響もないため特に好ましい。

また、冷媒として液体を用いることにより、熱容量が大きくなるため、特に冷却能力を上げたい場合に好ましい。冷媒である液体として冷却水を用いることによって、安価で且つ交換も容易であるため特に好ましい。尚、寒冷地等での凍結の恐れのある場合や冷却能力を更に上げたい場合には、コストは掛かるが、液体の冷媒としてガルデンを用いることも有効である。

本発明の熱伝達子集合体部材を被接触体に取り付けるには、その熱伝達子集合体部材を被接触体に対して押付けるだけで良いが、熱伝達子集合体部材がロウ付けや半田付け等に耐える場合には、押付けた状態でロウ付けや半田付けにより完全に接合しても構わない。その際、柱状体が容易に変形して、被接触体との間でクッションとなって熱応力を吸収できるので、被接触体と間の熱膨張係数を合わせるために熱膨張係数優先で熱伝導率やヤング率を犠牲にしたり、応力緩和のためのコンパウンド樹脂などを介して接合したりする必要がない。そのため、無駄な隙間や応力緩和層による熱抵抗がなくなるため、高い冷却特性を達成することができる。

上記した本発明の熱伝達子集合体部材を、被接触体であるテレビ、プロジェクタ、コンピュータ等の電子機器あるいは電気製品の冷却に用いることにより、従来のヒートシンクやファン等の冷却手段に比べて、被冷却体の熱を極めて効率よく放熱して冷却することができ、熱によるチップ等の誤動作や寿命低下や破損を防ぐことができるため、最近の発熱量の増大に対応することができるうえ、電子機器の薄型化を達成することができる。また、本発明の熱伝達子集合体部材は、ヒータを有する電子機器あるいは電気製品に使用することによって、高効率加熱や均一加熱が可能となる。

［実施例１］
図１０に示すように、半導体素子の代用として縦２０×横２０×厚さ１ｍｍのＡｌＮヒータ４を用い、このＡｌＮヒータ４を純度９２％の縦４０×横４０×厚さ２.５ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３基板５に、Ａｇグリ−ス（熱伝導率：９Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いて接着した。この被接触体であるＡｌ_２Ｏ_３基板５の裏面中央の接触領域は、縦２０×横２０ｍｍであり且つ凹状に０.０５ｍｍ反っていた。

一方、熱伝達子集合体部材として、保持体であるＣｕ基材６の片面に多数のＣｕの柱状体が集合した柱状体集合体７をワイヤー放電加工により形成した。Ｃｕ基材６の他方の面は放熱用のＣｕ板状体８とし、そのＣｕ板状体８の背面には一体加工でフィン９が形成してある。この柱状体集合体７の柱状体を上記Ａｌ_２Ｏ_３基板５の裏面中央の接触領域に押し付け、Ａｌ_２Ｏ_３基板５とＣｕ板状体８をＳＵＳねじで締め込んで、図１０に示すように固定して組上げた。更に、Ｃｕ板状体８の背面のフィン９に、通常のごとくファン１０で大気を流すようにした。

上記熱伝達子集合体部材をＣｕの保持体のワイヤー放電加工により形成する際に、柱状体が５０×５０×３ｍｍのＣｕ基材（保持体）に対する垂直線となす角度θ（図３参照）を試料ごとに変えて、０°(試料１)、５°(試料２)、１０°(試料３)、２０°(試料４)、４５°(試料５)、７０°(試料６)、８０°(試料７)、８５°(試料８)と傾斜の異なる試料を作製した。尚、各試料の柱状体集合体は、断面０.１×０.１ｍｍの多数の柱状体が、保持体であるＣｕ基材６上に互いに０.３ｍｍずつ間を空けて規則的に配列した構造を有している。

上記試料１〜８の各冷却系を、それぞれ縦３００×横３００×高さ６００ｍｍの筐体内に入れ、系外の影響を受けない状態において、室温を空調で２０℃に制御し、ＡｌＮヒータ４への供給電力を７Ｗに設定して冷却実験を行った。その際、柱状体集合体７の内部には特に大気は流さず、フィン９を備えた背面側からファン１０で大気を送って冷却した。背面側のフィン１０は保持体８と一体で、２０×５０×１ｍｍのフィンを１４枚立てた形状のものを用いた。

上記の試料１〜８について、上記の冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１が４０℃、試料２が３９℃、試料３が３５℃、試料４が３１℃、試料５が３０℃、試料６が３１℃、試料７が３６℃及び試料８が４０℃であった。

［比較例１］
上記実施例１で作製した熱伝達子集合体部材の代わりに、柱状体の存在しない平滑なＣｕ基材を使用した。即ち、図１１に示すように、平滑なＣｕ基材６とＡｌ_２Ｏ_３基板５の間に、熱伝導率５Ｗ／ｍ・Ｋの樹脂シート１１（厚み１.５ｍｍ）を挟み込んで固定した以外は上記実施例１と同様にして、比較例の試料９を作製した。

この比較例の試料９について、上記実施例1と同じ条件で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は５２℃であった。

［実施例２］
上記実施例１と同様にして熱伝達子集合体部材を作製したが、柱状体の根元〜中央がＣｕ基材（保持体）に対する垂直線となす角度θ１（図３参照）と、柱状体の中央〜先端がＣｕ基材（保持体）に対する垂直線となす角度θ２（図３参照）を変えて、両者の比率（θ１／θ２）を、０.１（試料１０）、０.３（試料１１）、０.６（試料１２）、０.８（試料５）、０.９５（試料１３）、１.０（試料１４）、１.５（試料１５）、２.０（試料１６）とした。

上記本発明の試料１０〜１６の熱伝達素子集合体部材について、上記実施例１と同じ条件で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１０が３０℃、試料１１が３１℃、試料１２が３３℃、試料５が３５℃、試料１３が３５℃、試料１４が３９℃、試料１５が４０℃、及び試料１６が４２℃であった。

［実施例３］
２０×５×０.１ｍｍのＣｕ箔をエッチングして、１辺に曲線を含む柱状体が並んだ柱状体集合体を形成した。この１辺に柱状体集合体を有するＣｕ箔と、２０×４×０.１ｍｍの柱状体を有しないＣｕ箔とを交互に積層して、外形２０×２０×５ｍｍの熱伝達素子集合体部材を作製した。

その際、上記曲線を含む柱状体について、その根元〜中央までの曲率半径ｒ１と中央〜先端までの曲率半径ｒ２を変えて、両者の比ｒ１／ｒ２を、０.１（試料１７）、０.３（試料１８）、０.６（試料１９）、０.８（試料２０）、０.９５（試料２１）、１.０（試料２２）、１.５（試料２３）、２.０（試料２４）とした。これらの熱伝達素子集合体部材を、上記実施例１の柱状体を無くした形状の無垢のＣｕ基材（保持体）上にＡｇロウ付けして、それぞれ上記実施例１と同様の冷却系を構成した。

上記本発明の試料１７〜２１の熱伝達素子集合体部材について、上記実施例１と同じ条件で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料１７が２４℃、試料１８が２６℃、試料１９が２７℃、試料２０が２９℃、試料２１が２９℃、試料２２が３０℃、試料２３が３３℃、及び試料２４が３５℃であった。

［実施例４］
上記実施例１と同様にして柱状体集合体を作製する際に、ワイヤー放電加工前の反り量が異なるＣｕ基板を用いて、被接触体としてのＡｌ_２Ｏ_３基板への柱状体の接触本数確率が異なる試料を作製した。即ち、Ａｌ_２Ｏ_３基板への柱状体の接触本数確率を、１０％（試料２５）、３０％（試料２６）、５０％（試料２７）、８０％（試料２８）、９５％（試料２９）とした。

上記の試料２５〜２９の熱伝達素子集合体部材について、上記実施例１と同じ条件で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、柱状体の接触本数確率７０％の上記試料５が３０℃であるのに対し、試料２５が４２℃、試料２６が３９℃、試料２７が３３℃、試料２８が２７℃、及び試料２９が２５℃であった。

［実施例５］
上記実施例１と同じ柱状体集合体を多数作製し、それぞれＡｌ_２Ｏ_３基板と締上げて、被接触体としてのＡｌ_２Ｏ_３基板への柱状体の側面接触確率（側面接触本数／（側面接触本数＋先端接触本数））の異なる熱伝達素子集合体部材を作製した。即ち、Ａｌ_２Ｏ_３基板への柱状体の側面接触確率を、２０％（試料３０）、４０％（試料３１）、５０％（試料３２）、６０％（試料３３）、８０％（試料３４）、９０％（試料３５）とした。

上記試料３０〜３５の熱伝達素子集合体部材について、上記実施例１と同じ条件で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、試料３０が３０℃、試料３１が２９℃、試料３２が２７℃、試料３３が２６℃、試料３４が２５℃、及び試料３５が２５℃であった。

［実施例６］
上記実施例１において冷却系を構成する際に、その締付け応力を変化させて、柱状体を被接触体のＡｌ_２Ｏ_３基板に押付ける柱状体１本あたりの押付け応力を、５ｍｇ／本（試料３６）、９ｍｇ／本（試料３７）、１０ｍｇ／本（試料３８）、１５ｍｇ／本（試料３９）、５００ｍｇ／本（試料４０）、１０００ｍｇ／本（試料４１）、５０００ｍｇ／本（試料４２）とした。

上記試料３６〜４２の熱伝達素子集合体部材について、上記実施例１と同じ条件で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、上記押付け応力が１００ｍｇ／本の試料５では３０℃であるのに対して、試料３６が４２℃、試料３７が４０℃、試料３８が３６℃、試料３９が３５℃、試料４０が２９℃、試料４１が２８℃、及び試料４２が２６℃であった。

［実施例７］
上記実施例１において冷却系を構成する際に、その締付け応力を変化させて、柱状体を被接触体のＡｌ_２Ｏ_３基板に押付ける総応力を、被接触体であるＡｌ_２Ｏ_３基板の破壊強度に対して、５０％（試料４３）、７０％（試料４４）、９５％（試料４５）、９７％（試料４６）、１００％（試料４７）とした。

上記試料４３〜４７熱伝達素子集合体部材について、締上げ後の各試料２０個について破損確率を求めたところ、総応力３０％の試料５では０／２０であったのに対して、試料４３は０／２０、試料４４は０／２０、試料４５は１／２０、試料４６は７／２０、及び試料４７は２０／２０であった。

［実施例８］
上記実施例１と同様にして柱状体集合体を作製する際に、柱状体の存在する面積を変えることにより、ＡｌＮヒータの存在面積Ｓ１に対する柱状体の存在面積Ｓ２の比Ｓ２／Ｓ１を、０.５（試料４８）、０.９（試料４９）、１.０（試料５０）、１.５（試料５１）とした。

上記試料４８〜５１の冷却系について、上記実施例１と同じ条件で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、上記面積比が１.２の試料５では３０℃であったのに対して、試料４８は３８℃、試料４９は３７℃、試料５０は３４℃、及び試料５１は２７℃であった。

［実施例９］
上記実施例１において、熱伝達素子集合体部材とＡｌ_２Ｏ_３基板の締付け後の接触熱抵抗を変えて、０.０１Ｋ／ｍｍ^２・Ｗ（試料５２）、０.０５Ｋ／ｍｍ^２・Ｗ（試料５３）、０.２Ｋ／ｍｍ^２・Ｗ（試料５４）、０.３Ｋ／ｍｍ^２・Ｗ（試料５５）、０.４Ｋ／ｍｍ^２・Ｗ（試料５６）、０.５Ｋ／ｍｍ^２・Ｗ（試料５７）とした。

上記試料５２〜５７の冷却系について、上記実施例１と同じ条件で冷却実験を行ったところ、ＡｌＮヒータにＲＴＤ素子を埋込んで測定した温度は、接触熱抵抗が０.１Ｋ／ｍｍ^２・Ｗの試料５で３０℃であるのに対して、試料５２は２５℃、試料５３は２７℃、試料５４は３２℃、試料５５は３５℃、試料５６は３９℃、及び試料５７は４０℃であった。

本発明の熱伝達素子集合体部材の一具体例を示す概略の断面図である。 熱伝達素子集合体部材の他の具体例を示す概略の断面図である。 熱伝達素子集合体部材の傾斜角度を説明するための概略の側面図である。 本発明に係る曲線を含む柱状体の一具体例を示す概略の断面図である。 曲線を含む柱状体の他の具体例を示す概略の断面図である。 曲線を含む柱状体の別の具体例を示す概略の断面図である。 曲線を含む柱状体の更に別の具体例を示す概略の断面図である。 熱伝達素子集合体部材の形成に用いる一辺に柱状体を並べた箔を示す概略の断面図である。 熱伝達素子集合体部材の形成に用いる一辺に凹凸形状の溝を形成した箔を示す概略の断面図である。 本発明の冷却部材を用いた冷却実験装置を示す概略の断面図である。 比較例による冷却実験装置を示す概略の断面図である。

符号の説明

１ 保持体
２ 柱状体
３ つば部
４ ＡｌＮヒータ
５ Ａｌ_２Ｏ_３基板
６ Ｃｕ基材
７ 柱状体集合体
８ Ｃｕ板状体
９ フィン
１０ ファン
１１ 樹脂シート

Claims (13)

1. 熱伝達子として柱状体の集合体を有する部材であって、その柱状体の全体／あるいは一部が保持体に対して斜めに傾斜して被接触体と接し、柱状体が被接触体との接触面の形状に沿って弾性変形及び／又は塑性変形することにより被接触体のうねりや粗さに沿って直接接触し、その柱状体を介して熱を移動させることを特徴とする熱伝達子集合体部材。
2. 前記柱状体が保持体に対する垂直線から１０〜８０°の角度で傾斜して形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱伝達子集合体部材。
3. 前記柱状体の中央から根元側の保持体に対する垂直線からの角度θ１と、柱状体の中央から先端側の保持体に対する垂直線からの角度θ２の比θ１／θ２が、１以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の熱伝達子集合体部材。
4. 前記柱状体の先端の断面面積Ｓ1と根元の断面面積Ｓ２の比Ｓ１／Ｓ２が、１以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の熱伝達子集合体部材。
5. 前記柱状体が一部あるいは全体に曲線を含む構造となっていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の熱伝達子集合体部材。
6. 前記柱状体の根元から中央までの曲率半径ｒ１と、中央から先端までの曲率半径ｒ２の比ｒ１／ｒ２が、1より小さいことを特徴とする、請求項５に記載の熱伝達子集合体部材。
7. 前記柱状体のうちの５０％以上が被接触体に接していることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の熱伝達子集合体部材。
8. 前記被接触体に接している柱状体のうちの５０％以上が、側面部分で被接触体に接していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の熱伝達子集合体。
9. 前記柱状体を被接触体に押付ける応力が柱状体１本あたり０.０１ｇ以上であり、且つ柱状体を被接触体に押付ける総応力が被接触体の破壊応力の９５％以下であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の熱伝達子集合体部材。
10. 前記柱状体の存在する面積が、被接触体側の発熱体の存在する面積より大きいことを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の熱伝達子集合体部材。
11. 前記柱状体と被接触体の間の接触熱抵抗が０.３Ｋ／ｍｍ^２・Ｗ以下であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の熱伝達子集合体部材。
12. 前記柱状体と被接触体の間の接触熱抵抗が０.１Ｋ／ｍｍ^２・Ｗ以下であることを特徴とする、請求項１１に記載の熱伝達子集合体部材。
13. 前記請求項１〜１２のいずれかに記載の熱伝達子集合体部材を有する電子機器あるいは電気製品。
    
    
    

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