JP2017084883A - グラファイトを用いたヒートシンク、および、発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】グラファイトを用いたフィンと、放熱性の高い皮膜を表面に備えたベースとを用いて、高い放熱性能を有するヒートシンクを提供する。【解決手段】金属製のベースと、ベースに固定されたフィンとを有する。フィンは、グラファイトシートを含み、ベースの表面は、当該ベースを構成する金属よりも放熱性の高い皮膜で被覆されている。ベース表面のフィンが固定される領域は、皮膜が除かれ、フィンがベースを構成する金属に固定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ヒートシンクに係り、特に、グラファイトをフィンに用いるヒートシンクに関する。

近年、電子機器や自動車部品などを代表とする応用製品の高性能化に伴い、機器に搭載される電子部品の発熱量が増加している。また、応用製品の小型・薄型化に関する要求が高まっており、電子部品の発熱密度が増大している。応用製品の機能や信頼性を確保するためには、部品を適切な温度に保持する必要がある。特に、電子機器や自動車部品に用いられる発光ダイオード（以下、ＬＥＤ）やレーザーダイオード（以下、ＬＤ）などの光半導体素子は、自身が発する熱により性能や寿命が低下するという性質を有する。発光素子との組み合わせにより発光色を変化させる目的で使用される蛍光体においても熱に対して性能が低下する特性を有する。従って、ＬＥＤ、ＬＤや蛍光体などを用いた応用製品においては、これらを適切な温度以下にコントロールしなければならない。

一般的に発熱体の放熱にはヒートシンクなどの放熱器が用いられ、発熱体から生じた熱を周囲の空気に放散する機構が設けられる。ヒートシンクは、包絡体積により、凡その放熱性能が決定付けられ、その包絡体積が大きいほど潜在的な性能が高まる。一方で、製品の小型化や薄型化に対する要求が高まっているため、包絡体積を単純に大きくすることは、実際の製品では難しい。従って、限られたスペースの中でいかに効率よく発熱体の熱を空気へ放散させるかが重要な課題である。最近では、特に軽量化が求められており、放熱器を同一容積で放熱性能を低下させることなく、いかに重量低減できるかについても重要な課題となっている。

特許文献１には、シート状のグラファイトと金属板の積層体をフィンとして用いることにより、軽量化を図ったヒートシンクが提案されている。

特開２００９−９９８７８号公報

特許文献１に開示されているヒートシンクは、グラファイトが高い熱伝導率を有するため、高い放熱性能を期待できる。また、金属薄板によってグラファイトに剛性を付与することができるため、シート状のグラファイトを使用可能であり、薄肉化および軽量化も期待できる。

しかしながら、グラファイトをフィンに用いるヒートシンクであっても、ベースは熱伝導性が高く剛性も大きい金属で構成する必要があるため、一般的なヒートシンクのように、金属製のフィンとベースとを一体成型することができない。そのため、グラファイトを用いたフィンと金属製のベースとを何等かの手法で、構造的に、かつ、熱的に接続する必要がある。特許文献１には、フィンの金属薄板とベースとをはんだ等で接合することが開示されている。

また、ベースは、ベース自体の放熱特性を向上させるために、表面に放熱性能の高い皮膜を備えていることが望ましい。例えば、ベースがアルミ製である場合、陽極酸化法等によって、表面にアルマイト皮膜が形成される。また、放熱性の高い皮膜を塗布法により形成する手法も知られている。

発明者らは、ヒートシンクの軽量化および高放熱性能を実現するため、ベースの表面に放熱性の高い皮膜を配置し、フィンには、グラファイトと金属薄膜を積層したものを用いるヒートシンクの放熱性能を、実験およびシミュレーションにより求めたところ、高い放熱性能を得ることは困難であった。その原因は、ベースとフィンとの接続部における熱抵抗が大きいため、ベースからフィンのグラファイトシートへ熱を効率よく伝導できないことにあることが分かった。

本発明の目的は、グラファイトを用いたフィンと、放熱性の高い皮膜を表面に備えたベースとを用いて、高い放熱性能を有するヒートシンクを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために、金属製のベースと、ベースに固定されたフィンとを有するヒートシンクを提供する。フィンは、グラファイトシートを含み、ベースの表面は、当該ベースを構成する金属よりも放熱性の高い皮膜で被覆されている。ベース表面のフィンが固定される領域は、ベースの熱をフィンに伝導させる構造が設けられている。

本発明によれば、グラファイトを用いたフィンと、放熱性の高い皮膜を表面に備えたベースとを用いて、高い放熱性能を有するヒートシンクを提供することができる。

第１の実施形態のヒートシンクの断面図。 （ａ）および（ｂ）第１の実施形態のフィンの断面図。 第１の実施形態のヒートシンクのベースの上面の写真。 ヒートシンクに熱源を設置した状態の斜視図。 （ａ）および（ｂ）第１の実施形態の別の形態のヒートシンクの斜視図とその拡大図。 （ａ）〜（ｃ）図１のヒートシンクのフィンのバリエーションを示す断面図。 第２の実施形態のヒートシンクの断面図。 （ａ）充填層７１を配置していない場合の皮膜１１とフィン２との接合部の断面図、（ｂ）ベース１の表面のアルマイト層の皮膜１１の断面図。 図６（ａ）〜（ｃ）のフィンの熱抵抗比を示す説明図。

本発明の実施形態について以下説明する。

発明者らは、放熱性の高い皮膜を表面に備えるベースに、グラファイトを用いたフィンを搭載した構造のヒートシンクの放熱性能が、接続部の熱抵抗によって向上しない理由について検討した。その結果、ベースの表面に備える高放熱性皮膜は、放熱性は高いが、熱伝導性は高くなく、しかも、フィンとの接触熱抵抗が大きいため、ベースの熱をフィンのグラファイトに効率よく伝導できず、放熱性の向上を妨げていることがわかった。高放熱性皮膜の熱伝導性が高くないのは、その材質によるものであり、接触熱抵抗が大きいのは、皮膜表面に微細凹凸が高密度に存在するためである。皮膜表面の微細凹凸構造は、放熱性の向上に役立っている。

そこで、本発明では、ベース表面のフィンが固定される領域に、ベースの熱をフィンに伝導させる構造を設け、ベースの熱を、グラファイトを用いたフィンに高効率で伝導させて放熱させる。

熱を伝導させる構造としては例えば、フィンが固定される領域から、高放熱性の皮膜を除去し、フィンをベースを構成する金属に固定する構造を用いることができる。また、例えば、熱を伝導させる構造として、フィンが固定される領域の皮膜の表面に、皮膜の表面の凹凸を充填する層を配置することも可能である。この層は、空気よりも熱伝導性の高い材料で構成し、特に、皮膜を構成する材料よりも熱伝導性の高い材料で構成することが望ましい。

＜第１の実施形態＞
第１の実施形態では、ヒートシンクを以下のような構成とする。図１は、第１の実施形態のヒートシンクの断面図、図２は、フィンの断面図、図３は、ヒートシンクのベースの上面の写真、図４は、ヒートシンクに熱源を設置した状態の斜視図である。図１に示すように、本実施形態のヒートシンクは、金属製のベース１と、ベース１に固定されたフィン２とを有し、フィン２は、図２（ａ），（ｂ）のように、グラファイトシート２０を含む。ベース１の表面は、ベース１を構成する金属よりも放熱性の高い皮膜１１で被覆されているが、ベース１表面のフィン２が固定される領域１２は、熱を伝導させる構造として、皮膜１１が除かれ、フィン２がベースを構成する金属に固定されている。

このような構成にすることにより、ベース１の熱を、表面の放熱性の高い皮膜１１から放熱することができる。しかも、皮膜１１を、フィン２が固定される領域１２から除いているため、皮膜１１を介することなく、フィン２を、ベース１を構成する金属に固定することができ、ベース１とフィン２との接触熱抵抗を低下させることができる。よって、ベース１の熱をフィン２に効率よく伝導し、熱伝導性の高いグラファイトシート２０によって、面内方向全体に素早く熱を拡散させ、フィン２の大きな面積から放熱することができる。

よって、本実施形態では、放熱性の高い皮膜１１で覆われた金属製のベース１と、グラファイトシート２０を用いたフィン２との組み合わせのヒートシンクでありながら、ベース１とフィン２との固定部における接触熱抵抗を抑制し、ベース１の熱をフィン２に効率よく伝導し、放熱することができる。

また、グラファイトシート２０は、厚さが薄くても高い熱伝導性を有するため、グラファイトシートを用いたフィン２を薄く、しかも、軽量化することができる。よって、放熱性が高く、軽量化したヒートシンクを提供できる。

ベース１を構成する金属としては、熱伝導性が高いアルミや銅などの金属やそれらの合金や比重が小さいマグネシウムなどの合金を用いることができる。

ベース１を被覆する高放熱性の皮膜１１としては、金属製のベースの放射放熱を促進するものであればどのようなものであってもよく、例えば、陽極酸化処理などの表面処理をベース１に施すことによって形成された皮膜や、塗料を塗布することによって形成された皮膜や、予め成形されたシートなどを貼りつけることによって形成される皮膜を用いることができる。例えば、アルミ製のベース１の場合、陽極酸化法によりアルマイト皮膜１１を形成することにより、放熱特性を向上させる技術が知られている。これらの皮膜１１は、表面に微細な凹凸を備えたり、表面の反射率を低下させる（放射率を向上させる）ことによって放熱特性を向上させる作用を生じさせる。そのため、皮膜１１の材質そのものは、ベース１よりも熱伝導率が低いことが多い。例えば、アルマイト皮膜は、反射率が低く、かつ、表面に微細な凹凸を高密度に備えることにより放熱特性を向上させる。そのため、ベース１とフィン２との間に皮膜１１が介在していると、接触熱抵抗が増大するが、本実施形態では、図１、図３のように、ベース１のフィン２が取り付けられる領域１２から皮膜１１が除かれているため、ベース１とフィン２との間に皮膜１１が介在せず、ベース１からフィン２への接触熱抵抗が小さい。

ベース１のフィン２が取り付けられる領域１２から皮膜１１を除く方法としては、皮膜１１をベース１上に形成する工程において、フィン２が取り付けられる領域１２をマスキングしておく方法を用いることができる。または、ベース１の全体に皮膜１１を形成した後、磨き加工等により、フィン２が取り付けられる領域１２の皮膜１１を除く方法を用いることも可能である。図３は、アルマイト皮膜１１を設けたアルミ製のベース１の上面の写真であるが、フィン２が取り付けられる領域１２からは皮膜１１が除去されている。なお、ベース１のフィン２が取り付けられる上面全体の皮膜１１を除去することも可能である。

なお、ベース１の皮膜１１は、図４のように、熱源４１が設置される領域からも除かれていることが望ましい。例えば熱源４１としては、基板に実装されたＬＥＤやＬＤ等がある。熱源４１の基板と、ベース１と間には部品間の熱抵抗を低減するために、グリス、熱伝導シートや熱伝導接着材などのTIM(Thermal Interface Materials：熱伝導部材)を介在させることが望ましい。

フィン２は、グラファイトシート２０単体で構成することも可能であるし、図２（ａ），（ｂ）のように金属薄板２１とグラファイトシート２０とを積層した構成にすることも可能である。金属薄板２１を剛性の小さいグラファイトシート２１に積層することにより、金属薄板２１がグラファイトシートを支持して剛性を付与し、しかも、熱伝導の妨げにはならない。よって、薄いグラファイトシート２０と薄い金属薄板２１でフィンを構成できるため、フィン２を薄く、かつ、軽量化することができる。グラファイトシート２０と金属薄板２１の積層数に制限はなく、多層構造にすることも可能である。また、フィン２は、グラファイトシート２０に樹脂フィルムを接着した積層体にすることも可能である。

グラファイトシート２０は、シートの面内方向にグラファイト結晶の層が広がっており、面内方向の熱伝導率が厚さ方向よりも大きい。本実施形態のグラファイトシート２０は、面内方向の熱伝導率が、金属薄板２１の熱伝導率よりも大きいものであれば、どのようなものであってもよく、その厚みもどのような厚さであってもよい。

フィン２を、グラファイトシート２０と金属薄板２１との積層構造にする場合、図２（ａ）のようにグラファイトシート２０を、２枚の金属薄板２１によって両面から挟んだ積層体で構成することが可能である。また、図２（ｂ）のように、グラファイトシート２０の片面のみに金属薄板２１を配置した積層体にすることも可能である。図２（ａ）のように、グラファイトシート２０を金属薄板２１によって両面から挟んだ積層体は、グラファイトシート２０と金属薄板２１との熱膨張係数が異なる場合であっても、温度上昇時に積層体が反りを生じにくく、グラファイトシート２０と金属薄板２１間の剥がれが生じにくい。一方、図２（ｂ）の構造は、グラファイトシート２０の表面が直接空気に触れるため、金属薄板２１の熱伝導率や放熱特性の影響を受けず、直接グラファイトシート２０から放熱することができる。

また、図２（ｂ）のようにグラファイトシート２０の片面にのみ金属薄板２１を配置した積層体を、ベース１に固定する場合、図５（ａ）のように、金属薄板２１側の面がベース１の金属に接するように固定することも可能であるし、図５（ｂ）のようにグラファイトシート２０側の面がベース１の金属に接するように固定することも可能である。図５（ａ）のように金属薄板２１側の面がベース１と接するように固定した場合、ベース１の熱が、金属薄板２１を厚み方向に伝導してグラファイトシート２０に受け渡され、ベース１に接するグラファイトシート２０の面内方向に大きな熱伝導率が広がり、さらにベース１に対して立設しているグラファイトシート２０の面内方向にも大きな熱伝導率で広がり空気中に放熱される。一方、図５（ｂ）のようにグラファイトシート２０側の面がベース１に接するように固定した場合、ベース１の熱がグラファイトシート２０に伝導し、グラファイトシート２０の面内方向に大きな熱伝導率で広がることにより、ベース１に対して立設したグラファイトシート２０の面内方向にも大きな熱伝導率で広がり、空気中に放熱される。

グラファイトシート２０と金属薄板２１とを積層する場合、積層界面は接着材等を用いて固定することができる。接着剤としては、公知のものを用いることができる。例えば、特開２０１２−１３６０２２号公報に記載されているものを用いることができる。

フィン２の形状は、どのような形状であってもよいが、例えば、図１に示したように、所定形状の山折りの屈曲部２ａと谷折りの屈曲部２ｂが交互に複数設けられた蛇腹構造にすることができる。この場合、フィン２の谷折りの屈曲部２ｂをベース１の上面に固定する。

また、フィン２の形状は、蛇腹構造に限られるものではなく、図５（ａ）、（ｂ）のように、複数枚のフィン２をベース１上に立設させた構造にすることも可能である。例えば、複数枚のフィン２をそれぞれ屈曲させ、屈曲させた一方の側をベース１の金属に固定する。

図１のように蛇腹構造のフィン２は、図５のように複数のフィン２をそれぞれ自立させた構造よりも、グラファイトシート２０と金属薄板２１との積層体自体の剛性が小さくても、蛇腹構造によってフィン２に剛性を生じさせ、フィン形状を維持することができる。よって、図１の蛇腹構造のフィン２の方が、図５の構造よりも、フィン２をより軽量化することができるというメリットがある。一方、図５のように複数のフィン２をそれぞれベース１上に立設させる構造は、図１の蛇腹構造のフィン２と比較して、フィン２間の空気の流れる方向の自由度が大きいため、ヒートシンク２を設置する向きの自由度が大きいというメリットがある。よって、ヒートシンクに必要とされる仕様に合わせて、フィン２の形状を選択することが可能である。

フィン２を、皮膜１１の除かれたベース１に固定する方法は、どのような方法を用いてもよい。例えば、図１のように、接着剤、溶接、ろう付け、半田付け等のように何らかの接合材料１３を介して接合する方法を用いることも可能であるし、ねじ止めやかしめ等により機械的にフィン２を、皮膜１１の除かれたベース１に押し付けて固定する方法を用いることも可能である。

つぎに、フィン２の屈曲部について説明する。グラファイトシート２０は、面内方向の熱伝導率が高いが、シートが断裂すると熱伝導が妨げられて放熱性能の低下を招く。フィン２の屈曲部におけるグラファイトシート２０の断裂を防ぐため、フィン１の折り目は直角よりも大きい角度（鈍角）であるか、もしくは、湾曲面であることがより好ましい。すなわち、図１の蛇腹構造のフィンの場合、山折りの屈曲部２ａおよび谷折りの屈曲部２ｂは、図６（ａ）のように９０度の矩形であってもよいが、山折りの屈曲部２ａおよび谷折りの屈曲部２ｂの少なくとも一方が、図６（ｃ）のように屈曲角が９０度より大きい鈍角であることがより望ましい。また、図６（ｂ）のように、山折りの屈曲部２ａおよび谷折りの屈曲部２ｂの少なくとも一方を、湾曲面にすることも望ましい。これにより、グラファイトシート２０の断裂を防ぎ、高い熱伝導を維持することができる。

ここで、フィン２に、グラファイトシート２０を用いるメリットについて下式（１）を用いて説明する。
式（１）は、一次元の伝導熱抵抗の式である。ベース１とフィン２の熱抵抗は、小さい方が、熱源４１の温度を低下させることができる。式（１）から、熱伝導率が高く、長さが短く、断面積が大きなベース１およびフィン２形状が、熱抵抗が小さく、有利であることがわかる。

熱源４１からベース１に伝わり、ベース１に広がった熱は、フィン２に伝導し、フィン２から放射と対流により放熱される。ベース１が同一の形状で同一の熱伝導率であるヒートシンクは、フィン２の形状と熱伝導率が放熱性能を決定付ける。一般的な、ダイカスト鋳造により製造されるアルミ製のフィンの熱伝導率は、例えば、ダイカスト用のアルミ合金ADC12の場合92W/mKである。アルミ合金ADC12は、フィンの成型条件において、抜き勾配が必要であるため、ベース１に近いフィンの根本が太く、先端の方が細いフィン形状にする必要があるが、フィンの厚さは1〜2mm程度になる。一方、グラファイトシートの熱伝導率は面内方向が800〜1500W/mKであり、厚さは、一般的に数μm〜数100μmである。そのため、グラファイトシートを、フィン２に用いた場合、アルミ合金ADC12と比べて、厚みが薄いため、フィン２の断面積が小さくなるが、アルミ合金よりも熱伝導率が格段に大きいため、式（１）よりアルミ合金よりも熱抵抗を小さくすることができることがわかる。よって、フィン２にグラファイトシート２０を用いることにより、薄く軽いフィン２でありながら、放熱性に優れたフィン２を備えたヒートシンクを提供できる。

なお、本実施形態のヒートシンクのフィン２の間隔は、自然空冷のヒートシンクの場合、5〜10mm程度の略等間隔であることが好ましい。また、フィン２の高さは、全て一定でなくてもよい。熱源の近くはある程度高いフィンが形成されることが好ましいが、ヒートシンクの周辺部品などとの干渉が問題になる場合は、フィン高さがベース幅の位置において可変のヒートシンクであってもよい。

なお、上述の実施形態では、フィン２の表面には放熱特性を向上させる皮膜１１を形成していないが、フィン２の表面にも皮膜１１を形成することも可能である。例えば、フィン２の金属薄板２１としてアルミを用いる場合には、グラファイトシート２０が貼り付けられる面を除いて、アルマイト皮膜１１を形成することができる。また、フィン２の全面に、塗布等により、皮膜１１を形成することも可能である。

本実施形態のヒートシンクは小型で軽量なヒートシンクであり、その熱源は電子部品等であり、特に限定されないが、LEDやLDなどの光半導体素子を光源とする車両用灯具および照明機器の光源の放熱に用いるのに好適である。本実施形態は、ファンなど使用せずに自然空冷効果で放熱するヒートシンクとして好適であり、高性能でかつ軽量なヒートシンクを提供することができる。

よって、本実施形態のヒートシンクを車両前照灯、照明機器、FOGランプ、DRL等に用いることにより、軽量かつ小型でありながら光源の熱を効率よく放熱させることができるため、軽量かつ小型な機器を提供できる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態のヒートシンクについて、図７を用いて説明する。

図７に示すように、第２実施形態のヒートシンクは、図１の第１のヒートシンクと同様の構成であるが、ベース１にフィン２が固定される領域１２の構造が第１の実施形態とは異なる。第２の実施形態では、領域１２の構造として、皮膜１１を除去せず、領域１２の皮膜１１の表面に、皮膜１１の表面の凹凸を充填する層７１を配置する。この充填層７１は、空気よりも熱伝導性の高い材料で構成され、特に、皮膜１１を構成する材料よりも熱伝導性の高い材料で構成されていることが望ましい。

金属合金から成るベース部１の皮膜１１と、フィン２との接触部は、充填層７１を配置しない場合、図８（ａ）に示すようにマクロ的に存在するベース１や皮膜１１ならびにフィン２の部材表面のうねりと、ミクロ的に存在する皮膜１１およびフィン２の表面粗さとにより、微細な接点の集合体となっている。特に、ベース１がアルミニウムであり、皮膜１１がベース１のアルミニウムを陽極酸化処理して形成されたアルマイト層である場合、その表面は、図８（ｂ）のように多孔質であり、微細な凹凸が高密度に存在する。そのため、アルマイト層の皮膜１１とフィン２との接触熱抵抗が大きくなる。

そこで、第２の実施形態では、図７に示すようにベース１の皮膜１１とフィン２と間に、熱伝導性の高い材料で構成された充填層７１を配置し、皮膜１１のうねりおよび微細な凹凸を充填する構造とする。これにより、部品間のうねりや微細な凹凸により生じた接触熱抵抗を低減させることができる。充填層７１を構成する材料としては、耐熱性が高く、柔らかく、薄く、接着性を有する材料を用いる。具体的にはシリコーンやエポキシなどの樹脂をベース材料として、金属や炭素、セラミックなどの熱伝導フィラーや粒子を混合した材料が好ましい。このような材料の熱伝導率は１〜３０Ｗ／ｍＫを達成することができるため、空気の熱伝導率０．０２５７Ｗ／ｍＫに対して、最大１，０００倍以上に改善され、接触熱抵抗が大きく低減される。また、接着性に優れない材料を充填層７１の材料として用いることも可能であり、その場合は、フィン２のベース１との接合部を金属や樹脂で強化し、ねじやナットなどで機械的に固定すればよい。

第２の実施形態のヒートシンクの他の構造は、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

第２の実施形態のヒートシンクは、グラファイトシートを用いたフィン２とベースとの接合部の皮膜１１を残した構造でありながら、皮膜１１の表面の凹凸を充填する充填層７１を配置することにより、高い放熱性能を有するヒートシンクを提供することができる。

（実施例１）
実施例１として、図５（ａ）、（ｂ）の構造のヒートシンクを製造し、放熱性能をシミュレーションにより算出した。

具体的には、金属薄板２１として、0.2mm程度の薄いアルミ製の金属薄板を用意し、図５（ａ），（ｂ）のように、所定枚数の金属薄板２１の片面にグラファイトシート２０を積層した後、９０度に折り曲げ、フィン２を用意した。折り曲げる向きは、図５（ａ）のヒートシンクでは、金属薄板２１が外側になるように、図５（ｂ）のヒートシンクでは、グラファイトシート２０が外側になるように設定する。

ベース１は、予め定めた大きさのアルミ板を用意し、陽極酸化法により、表面にアルマイトの皮膜１１を形成した。なお、陽極酸化を施す前に、予めフィン２が固定される領域１２をマスクで覆い、領域１２にはアルマイトの皮膜１１が形成されないようにした。マスクを除去したベース１の領域１２に、フィン２をシリコーンなどの樹脂をベース材料として、セラミック粒子を混合した熱伝導性接着剤により固定した。以上により、図５（ａ），（ｂ）の実施例のヒートシンクを製造した。

また、比較例として、グラファイトシートを用いず、金属薄板２１のみをフィンとして用い、他の構成は、図５（ａ）、（ｂ）の実施例と同様としたヒートシンクを製造した。

図５（ａ），（ｂ）の構造の実施例のヒートシンク、および、比較例のヒートシンクのベース１の裏面に同一発熱量の熱源を固定し、熱源の温度をシミュレーションにより算出した。その結果、比較例のアルミ製の金属薄板のみをフィンとするヒートシンクの熱源温度は、５１．４℃であったのに対し、図５（ａ）のようにフィン２の金属薄板２１側の面をベース１に固定するヒートシンクは、４６．９℃、図５（ｂ）のようにフィン２のグラファイトシート２０側の面をベースに固定するヒートシンクは、４６．８℃であった。

このシミュレーション結果から、アルミ製の金属薄板のみをフィンとする比較例と比べて、実施例の図５（ａ）、（ｂ）のヒートシンクは、放熱性能が向上していることがわかる。また、図５（ａ），（ｂ）のヒートシンクは、熱源の温度にほとんど差がなく、金属薄板２１のどちら側の面にグラファイトシート２０を貼りつけたフィン２であっても、放熱性能はほぼ同一であることがわかる。

グラファイトシート２０は先述の通り、面内方向の熱伝導率が大きいが、厚さ方向の熱伝導率は小さいため、ベース１と金属薄板２１との間にグラファイトシート２０が挟まれる図５（ｂ）の構造は、熱抵抗の増大になる可能性があると予測していたが、実際には、図５（ｂ）のヒートシンクと図５（ａ）のヒートシンクで、放熱特性に大きな差は生じないことが確認された。これは、本実施例では、ベース１の皮膜１１をフィン２が接触する領域１２から除去しているため、ベース１とフィン２との接触熱抵抗を小さくなっているために、ベースからグラファイトシート２０に効率よく熱を伝導させることができるためであると考えられる。

（実施例２）
実施例２として、図１のように蛇腹構造のフィン２であって、図２（ａ）のようにグラファイトシート２０を両面から金属薄板２１で挟んだ積層体を用い、しかも、フィン２の山折りの屈曲部２ａの形状が、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のようにそれぞれ２回の直角折り（矩形コルゲート）、湾曲面（円形コルゲート）、３回の鈍角折り（鈍角コルゲート）、の形状であるフィンの熱抵抗比をシミュレーションにより算出した。その結果を、図９に示す。

図９から、矩形コルゲートのフィンに対して、円形コルゲートのフィンは、放熱性能が向上し、鈍角コルゲートのフィンは放熱性能が低下することがわかった。同一包絡体積において、円形コルゲートフィンは、最も伝熱面積が大きくなるため放熱性能が高くなったと考えられる。また、円形コルゲートフィンは、折り目が、谷折りの屈曲部２ｂのみになるため、折り目の数が、矩形コルゲートの半分以下に抑えられる。これにより、性能低下の確率を低減することができる。

１・・・ベース、２・・・フィン、２ａ・・・山折りの屈曲部、２ｂ・・・谷折りの屈曲部、１１・・・皮膜、１２・・・フィンが固定される領域、１３・・・接合部材、２０・・・グラファイトシート、２１・・・金属薄板、４１・・・熱源、７１・・・充填層

Claims (10)

1. 金属製のベースと、前記ベースに固定されたフィンとを有し、
   前記フィンは、グラファイトシートを含み、
   前記ベースの表面は、当該ベースを構成する金属よりも放熱性の高い皮膜で被覆され、少なくとも前記ベース表面の前記フィンが固定される領域は、前記ベースの熱を前記フィンに伝導させる構造が設けられていることを特徴とするヒートシンク。
2. 請求項１に記載のヒートシンクであって、前記熱を伝導させる構造として、少なくとも前記フィンが固定される領域から前記皮膜が除かれ、前記フィンが前記ベースを構成する金属に固定されていることを特徴とするヒートシンク。
3. 請求項１に記載のヒートシンクであって、前記熱を伝導させる構造として、前記フィンが固定される領域の前記皮膜の表面には、前記皮膜の表面の凹凸を充填する層が配置され、
   前記充填する層は、空気よりも熱伝導性の高い材料で構成されていることを特徴とするヒートシンク。
4. 請求項１に記載のヒートシンクであって、前記フィンは、金属薄板とグラファイトシートとを積層した構成であることを特徴とするヒートシンク。
5. 請求項４に記載のヒートシンクであって、前記フィンは、前記グラファイトシートを、２枚の前記金属薄板によって両面から挟んだ構成であることを特徴とするヒートシンク。
6. 請求項４に記載のヒートシンクであって、前記フィンは、前記金属薄板側の表面が前記ベースに固定されていることを特徴とするヒートシンク。
7. 請求項１に記載のヒートシンクであって、前記フィンは、所定形状の山折りの屈曲部と谷折りの屈曲部が交互に複数設けられた蛇腹構造であり、
   前記フィンの前記谷折りの屈曲部が、前記ベースの前記領域に固定されていることを特徴とするヒートシンク。
8. 請求項７に記載のヒートシンクであって、前記山折りの屈曲部および前記谷折りの屈曲部の少なくとも一方は、屈曲角が９０度より大きいことを特徴とするヒートシンク。
9. 請求項７に記載のヒートシンクであって、前記山折りの屈曲部および前記谷折りの屈曲部の少なくとも一方は、湾曲面によって構成されていることを特徴とするヒートシンク。
10. 光半導体素子と、前記光半導体素子の熱を放熱するヒートシンクとを有する発光装置であって、
    前記ヒートシンクは、金属製のベースと、前記ベースに固定されたフィンとを有し、
    前記フィンは、グラファイトシートを含み、
    前記ベースの表面は、当該ベースを構成する金属よりも放熱性の高い皮膜で被覆され、前記ベース表面の前記フィンが固定される領域は、前記ベースの熱を前記フィンに伝導させる構造が設けられていることを特徴とする発光装置。