JP2022026160A - ヒートシンク及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱伝導性の低下を防ぐことができるヒートシンク及びその製造方法を提供すること【解決手段】ヒートシンク１０１は、グラファイトプレート１０２と、グラファイトプレートに隣接配置された２つのベース材１０３と、固定部材１０６とを備え、グラファイトプレートは、帯状であり、フィン部１０４と、フィン部の一端に設けられるベース部１０５とを有し、ベース材は、固定部材を挿入可能な孔部１０３Ａを有し、ベース材が、固定部材が２つのベース材の孔部に挿入されてベース部の厚さ方向の両側に隣接するように配置され、且つ、ベース部は、ベース部の厚さ方向の両側に隣接するベース材と互いに密着し、且つ、隣接するベース材は、互いに密着した状態で固定部材によりかしめ付けられて固定され、フィン部の表面粗さをＲａ１とし、ベース材の表面粗さをＲａ２とし、ベース部の表面粗さをＲａ３とした場合、Ｒａ１＞Ｒａ２≧Ｒａ３の関係である。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、電子装置等の熱源から放出される熱を管理することができるヒートシンク及びその製造方法に関する。

小型電子装置から熱を放散させる必要性が高まるに従い、電子製品の設計においては熱管理が益々重要な要素になっている。電子装置（例えば、デバイス）の性能（処理速度）、信頼性、及び期待される寿命が、デバイスの部品温度に逆比例する。例えば、典型的なデバイスであるシリコン半導体等の部品温度を減少させることにより、デバイスの処理速度、信頼性、及び期待される寿命を増加させることができる。中でも、デバイスの寿命又は信頼性を最大限に得るために最も重要なことは、デバイスの動作時の部品温度を、デバイスの設計者により設定される限度内に収まるように制御することである。

このような熱管理において優れた材料として注目されているのが、例えば、グラファイトなどのカーボン材である。グラファイトは、一般的な高熱伝導材料であるアルミニウム、又は銅などと同等の熱伝導率を備え、尚且つ、銅よりも優れた熱輸送特性を備えている。そのため、グラファイトは、ＬＳＩチップのヒートスプレッダ、又は半導体パワーモジュールのヒートシンクなどに用いられる放熱フィン用の材料として注目されている。

従来のグラファイトを用いたヒートシンクでは、例えば、特許文献１には、グラファイト製のフィンと金属製のベースとを接着剤で固定するヒートシンクが開示されている。
また、特許文献２には、図１０に示すように、グラファイト製のフィン２０４を挟持するために、フィン２０４の厚さ方向よりも大きい幅の溝２０６を金属製のベース２０３に設け、溝２０６にフィン２０４を挿入したのち、この溝２０６の近傍にかしめ溝２０２を形成して、フィン２０４にベース２０３の一部を金属圧入部２０１として楔状に圧入するヒートシンクが開示されている。

特表２００９－５０５８５０号公報 特開２０１９－８００４１号公報

しかしながら、特許文献１のヒートシンクでは、フィンとベースとの間に接着剤が介在するため、フィン－ベース間での熱伝導性が低下するという課題を有する。
また、特許文献２のヒートシンクでは、図１０に示すように、金属製のベース２０３の金属圧入部２０１をグラファイト製のフィン２０４に圧入させるが、金属圧入部２０１は、フィン２０４の溝挿入部分と溝２０６の側面との間の一部のみを閉塞し、閉塞されない部分には空洞２０５が生じてしまう。すなわち、金属圧入部２０１の圧入後の金属製のベース２０３とグラファイト製のフィン２０４とは、一部が接触して密着するものの、その他の部分が密着していないため、フィン２０４とベース２０３との接触面積にバラツキが生じてフィン－ベース間での熱伝導性が低下するという課題を有する。

従って、本発明の目的は、前記従来の課題を解決することにあって、フィン-ベース間での熱伝導性の低下を防ぐことができるヒートシンク及びその製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の１つの態様に係るヒートシンクは、
グラファイトプレートと、
前記グラファイトプレートにそれぞれ隣接配置された２つのベース材と、
固定部材とを備え、
前記グラファイトプレートは、帯状であって、フィン部と、前記フィン部の一端に設けられるベース部と、を有し、
前記各ベース材は、前記固定部材を挿入可能な孔部を有し、
前記２つのベース材が、前記固定部材が２つの前記ベース材の前記孔部にそれぞれ挿入されて前記グラファイトプレートの前記ベース部の厚さ方向の両側に隣接するようにそれぞれ配置され、且つ、前記グラファイトプレートの前記ベース部は、前記厚さ方向の両側に隣接する前記ベース材との間で、各前記ベース材の対向面とそれぞれ互いに密着し、且つ、隣接する前記２つのベース材は、それぞれの対向面同士が互いに密着した状態で、前記固定部材により前記２つのベース材と前記グラファイトプレートとがかしめ付けられて固定され、
前記グラファイトプレートの前記フィン部の表面粗さをＲａ１とし、前記ベース材の表面粗さをＲａ２とし、前記グラファイトプレートの前記ベース部の表面粗さをＲａ３とした場合、
Ｒａ１＞Ｒａ２≧Ｒａ３
の関係である。
本発明の別の態様に係るヒートシンクの製造方法は、
前記グラファイトプレートは、高分子フィルムを複数枚積層して印加圧力を制御しながら焼成して形成し、かつ、前記グラファイトプレートの前記ベース部として形成する部分のグラファイトを前記グラファイトプレートの長さ方向の端部から所定寸法だけ部分的に剥離させて、前記関係Ｒａ１＞Ｒａ３が成立する前記表面粗さＲａ３を有する前記ベース部としたのち、
前記グラファイトプレートの前記ベース部の厚さ方向の両側に設けられる平面と、前記関係Ｒａ１＞Ｒａ２≧Ｒａ３が成立する前記表面粗さＲａ２を有し且つ前記各平面に対向する前記各ベース材の開口面とがそれぞれ隣接するように、前記グラファイトプレートを２つの前記ベース材で挟むように配置して、前記各ベース材が有する前記孔部に前記固定部材を挿入し、
前記ベース材と前記グラファイトプレートと前記ベース材との順に隣接配置した状態で前記固定部材の前記ベース材から突出する両端部を変形させ、前記ベース部と前記ベース材とが密着して前記ベース材に凹部を形成しつつかしめ付けて前記各ベース材、及び前記グラファイトプレートを一体に固定して、前記グラファイトプレートの前記ベース部の表面を隣接する前記ベース材の前記凹部の側面とそれぞれ互いに密着させ、且つ、隣接する前記ベース材を互いに密着させる。

本発明の前記態様によれば、グラファイトプレートのベース部は、ベース部の厚さ方向の両側に隣接するベース材とそれぞれ互いに密着し且つ隣接するベース材は、互いに密着した状態で、固定部材によりかしめ付けられて固定される。このような構成により、グラファイトプレートとベース材とを固定するための接着剤が不要である。また、グラファイトプレートとベース材との接触部が密着するため空洞が生じにくい。
また、ベース材の表面粗さＲａ２の値が、グラファイトプレートのベース部の表面粗さＲａ３の値以上である。このような構成により、固定部材の両端部をかしめたとき、グラファイトプレートのベース部の表面のグラファイトが潰れにくい。そのため、ベース材の熱が、グラファイトプレートのベース部を介してグラファイトプレートに伝わりやすくなる。
また、グラファイトプレートのフィン部の表面粗さＲａ１の値が、ベース材の表面粗さＲａ２の値及びグラファイトプレートのベース部の表面粗さＲａ３の値よりも大きい。そのため、グラファイトプレートのフィン部の表面積がベース部の表面積よりも大きくなって放熱しやすくなる。
従って、熱源で発生した熱を放熱しやすいため、ヒートシンクの熱伝導性の低下を防ぐことができる。
また、グラファイトプレートのフィン部とベース部との間での前記した所定の表面粗さの関係を、グラファイトの部分的な剥離で簡単に形成することができる。

本発明の実施形態に係るヒートシンクの概略構成を示す正面視の断面図。 本発明の実施形態に係るヒートシンクの概略構成を示す側面視の断面図。 本発明の実施形態に係るヒートシンクが備えるグラファイトプレートの概略構成を示す正面視の断面図。 図１Ａに示すヒートシンクの組立途中であって、グラファイトプレートと、２つのベース材とを配置した様子を部分的に拡大して示す部分拡大断面図。 図１Ａに示すヒートシンクの組立途中であって、図２に示す段階に続いて固定部材を２つのベース材に挿入した様子を部分的に拡大して示す部分拡大断面図。 図１Ａに示すヒートシンクの組立途中であって、図３に示す段階と図５に示す段階との間で固定部材をかしめ付ける直前の様子を部分的に拡大して示す部分拡大断面図。 図１Ａに示すヒートシンクの概略構成を部分的に拡大し、固定部材によりかしめ付けられて固定され、グラファイトプレートのベース部とベース部の両側のベース材とがそれぞれ互いに密着し、ベース材同士も互いに密着する様子を部分的に拡大して示す部分拡大断面図。 本発明の実施例１～３、及び比較例１～２に係るヒートシンクの概略構成を示す正面視の断面図。 本発明の実施例４に係るヒートシンクの概略構成を示す正面視の断面図。 図７Ａに示すヒートシンクの概略構成を示す側面視の断面図。 本発明の実施例及び比較例における熱伝導性評価試験のＴＥＧ模式図。 熱伝導性評価試験の結果を示す図。 従来技術によるヒートシンクの概略構成図。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施形態）
発明の実施の形態に係るヒートシンク１０１は、少なくとも、１つのグラファイトプレート１０２と、２つのベース材１０３と、固定部材１０６と、を備える。一例として、図１Ａ及び図１Ｂでは、ヒートシンク１０１が１つのグラファイトプレート１０２と、２つのベース材１０３と、３つの固定部材１０６と、を備える様子を示す。

以下、本発明に係る実施の形態の説明において、図１Ａに示すヒートシンク１０１の紙面内の左右方向を厚さ方向とし、紙面内の上下方向を長さ方向とし、紙面に対して垂直な方向を幅方向とする。

グラファイトプレート１０２は、帯状部材であり、図１Ｂで紙面内の左右方向である幅方向において、ベース材１０３の幅方向の長さと略同様の長さを有する。グラファイトプレート１０２は、自由端側に配置されて熱を放熱するためのフィン部１０４と、固定端側に配置されて、２つの隣接するベース材１０３の間で各ベース材１０３と密着して、各ベース材１０３から伝達された熱をフィン部１０４に伝達するベース部１０５とを有する。図１Ｂで紙面内の左右方向である幅方向において、フィン部１０４の幅方向の長さと、ベース部１０５の幅方向の長さは、同一である。
グラファイトプレート１０２の帯状部材は、複数枚の高分子フィルムを積層して印加圧力を制御しながら焼成してグラファイト化されて構成される。黒鉛粉を圧縮させてグラファイトプレート１０２を形成すると、グラファイトプレート１０２が脆くなり、後述する表面粗さの調整が困難になるため、グラファイトプレート１０２は、高分子フィルムにより形成されることが好ましい。
グラファイトプレート１０２を構成する高分子フィルムは、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリピロメリットイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンベンゾイミタゾール、ポリフェニレンベンゾビスイミタゾール、ポリチアゾール、及びポリパラフェニレンビニレンからなるグループの少なくとも１種であってもよい。

図１Ｃに示すように、複数枚の高分子フィルムによりグラファイト化されたものが有する面のうち、各ベース材１０３とそれぞれ互いに対向する面内において各ベース材１０３と接触する部分１０５Ｂを部分的に剥離し、ベース部１０５を形成する。すなわち、グラファイトプレート１０２のベース部１０５を形成するために剥離する面は、グラファイトプレート１０２の厚さ方向の両側に設けられる面である。
グラファイトプレート１０２のベース部１０５以外の部分は、フィン部１０４である。フィン部１０４とベース部１０５との境界には、フィン部１０４の厚さよりもベース部１０５の厚さを小さくして段差１４５が形成されている。厚さの小さいベース部１０５を２つのベース材１０３で挟み込み、厚さの大きいフィン部１０４は２つのベース材１０３で挟み込まずに露出させるようにすれば、段差１４５により、グラファイトプレート１０２とベース材１０３との位置決めを容易にすることができる。このように、フィン部１０４とベース部１０５とが一体となってグラファイトプレート１０２が形成されている。

グラファイトプレート１０２のベース部１０５は、厚さ方向の両側にそれぞれ平面１０５Ｃを有する。また、グラファイトプレート１０２は、ベース部１０５の長さ方向の自由端部に、グラファイト結晶の六員環構造に垂直なノンベーサル面１０５Ａを有する。ベース部１０５が後述するベース材１０３の長さ方向の長さと同じ長さを有するとき、ノンベーサル面１０５Ａは、ベース材１０３が有する熱源に対向する面１０３Ｃと面一に配置される。なお、面一とは、略面一を含む。

ベース材１０３は、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス、又はダイキャスト用合金などの金属で構成される。図１Ｂに図示するように、ベース材１０３は、直方体の部材で構成され、ベース材１０３の厚さ方向に貫通している孔部１０３Ａを一例として３つ有する。各孔部１０３Ａは、後述する固定部材１０６を挿入可能に貫通している。図１Ｂで紙面内の左右方向である幅方向において、孔部１０３Ａは、ベース材１０３の幅方向に間隔をあけて中央付近及び両端付近に配置されている。また、ベース材１０３は、孔部１０３Ａの開口部を含む開口面１０３Ｂと、熱源に対向する面１０３Ｃとを有する。ベース材１０３の開口面１０３Ｂ及び熱源に対向する面１０３Ｃは、平面である。

固定部材１０６は、例えば、銅、鉄、ＳＵＳなどの金属で構成されるパイプなどの棒状の部材であり、特に、熱伝導性の高い銅で構成されることが好ましい。固定部材１０６は、各ベース材１０３が有する孔部１０３Ａに挿入可能である。図１Ｂでは、一例として、３つの固定部材１０６が３つの孔部１０３Ａに挿入されている。固定部材１０６の軸方向の長さは、２つのベース材１０３の孔部１０３Ａの軸方向の長さを足し合わせた長さを上回る長さである。
すなわち、２つのベース材１０３が接触した状態で固定部材１０６を挿入すると、固定部材１０６の両端部を２つのベース材１０３から突出させることができて、固定部材１０６の両端部をかしめることで、孔部１０３Ａの開口縁よりも径方向外向きに広がったかしめ部１０６Ａを設けて固定することができる。

実施の形態に係るヒートシンク１０１は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、グラファイトプレート１０２と、２つのベース材１０３と、固定部材１０６とを組み合わせることで構成される。また、ヒートシンク１０１は、グラファイトプレート１０２と、各ベース材１０３とが密着して構成される接触面１２３を有し、各ベース材１０３同士が密着して構成される接触面１３３を有する。本発明は、これらの接触面１２３と接触面１３３とにおける熱伝導性の低下を防止するために、以下の特徴を有するものである。

また、グラファイトプレート１０２のフィン部１０４の表面粗さをＲａ１とし、ベース材１０３の表面粗さをＲａ２とし、グラファイトプレート１０２のベース部１０５の表面粗さをＲａ３とする。以下、本発明に係る実施の形態の説明において表面粗さとは、ＪＩＳ（日本産業規格）Ｂ０６０１（２０１３）において定義される算術平均粗さ（Ｒａ）のことである。

ヒートシンク１０１が備えるグラファイトプレート１０２のフィン部１０４は、放熱のためにファン（図示せず）による風を受けるため、可能な限り表面積が広いことが望ましい。本発明に係る実施の形態において、グラファイトプレート１０２の製造における特性上、フィン部１０４の表面粗さＲａ１の値の範囲は、２．０μｍ＞Ｒａ１≧１．０μｍが好ましく、２．０μｍ＞Ｒａ１≧１．５μｍが特に好ましい。

また、グラファイトプレート１０２のベース部１０５の表面粗さＲａ３の値の範囲は、０．５μｍ≧Ｒａ３≧０．２μｍが好ましく、０．５μｍ≧Ｒａ３≧０．４μｍが特に好ましい。

ベース材１０３は、ベース材１０３の表面粗さＲａ２の値が、グラファイトプレート１０２のベース部１０５の表面粗さＲａ３の値に近く、かつ、グラファイトプレート１０２のベース部１０５の表面粗さＲａ３の値を下回らないように形成する。
このような構成によれば、固定部材１０６の両端部をかしめたとき、グラファイトプレート１０２のベース部１０５と各ベース材１０３との接触面１２３において微小な空洞の生成を抑制し、熱伝導性の低下を防ぐことができる。また、固定部材１０６の両端部をかしめたとき、ベース材１０３の表面がベース部１０５の表面と同等以上に粗いため、ベース部１０５の表面のグラファイトが潰れることを抑制し、熱伝導性の低下を防ぐことができる。つまり、ベース材１０３の表面粗さＲａ２の値がグラファイトプレート１０２のベース部１０５の表面粗さＲａ３の値以上であり、且つ、フィン部１０４の表面粗さＲａ１の値未満であるように形成する。従って、ベース材１０３の表面粗さＲａ２の値の範囲は、１．０μｍ＞Ｒａ２≧０．５μｍが好ましく、特に０．７μｍ≧Ｒａ２≧０．５μｍが特に好ましい。

このような３つの表面粗さＲａ１、Ｒａ２、及びＲａ３の数値範囲をとることにより、ヒートシンク１０１のベース材１０３に伝達された熱が、グラファイトプレート１０２のベース部１０５を介してフィン部１０４に効率良く伝達される。従って、ヒートシンク１０１の熱伝導性の低下を防ぐことができる。

以下では、ヒートシンク１０１の製造方法すなわち組み立て方法を、組み立ての順序に沿って説明する。

まず、図１Ｃに示すステップでは、グラファイトプレート１０２は、高分子フィルムを複数枚積層して印加圧力を制御しながら焼成して形成し、且つ、グラファイトプレート１０２のベース部１０５として形成する部分のグラファイトをグラファイトプレート１０２の長さ方向の端部から所定寸法だけ部分的に剥離させて、Ｒａ１＞Ｒａ３が成立する表面粗さＲａ３を有するベース部１０５とする。
続いて、図２に示すステップでは、グラファイトプレート１０２は、ベース部１０５の厚さ方向の両側に、式Ｒａ１＞Ｒａ２≧Ｒａ３が成立する表面粗さＲａ２を有する各ベース材１０３が隣接するように配置される。各ベース材１０３の長さ方向の長さは、後述するグラファイトプレート１０２のベース部１０５との接触を考慮して予め調整する。配置されたベース部１０５の厚さ方向の両側の平面１０５Ｃと、各ベース材１０３の開口面１０３Ｂとは、それぞれ互いに対向して配置されている。
すなわち、図２に示すステップでは、グラファイトプレート１０２のベース部１０５の厚さ方向の両側に設けられる平面１０５Ｃと、各ベース材１０３の開口面１０３Ｂとがそれぞれ隣接するように、グラファイトプレート１０２と各ベース材１０３とを配置する。
また、ベース部１０５が各ベース材１０３の孔部１０３Ａを閉塞しないように、グラファイトプレート１０２を配置する。グラファイトプレート１０２のフィン部１０４とベース部１０５との境界に設けられた段差１４５を２つのベース材１０３の上面に接触させることにより、厚さの小さいベース部１０５を２つのベース材１０３で挟み込み、厚さの大きいフィン部１０４を２つのベース材１０３で挟み込まずに露出させるようにして、グラファイトプレート１０２とベース材１０３との位置決めをする。孔部１０３Ａには、後のステップで固定部材１０６が挿入される。

続いて、図３に示すステップでは、各ベース材１０３が有する孔部１０３Ａに棒状の固定部材１０６を挿入する。固定部材１０６は、隣接するベース材１０３同士を、各孔部１０３Ａを介して、各ベース材１０３の孔部１０３Ａの軸方向を一列に揃えて整列させている。また、図４は、図３に示すステップと次の図５に示すステップとの間の状態を示している。図４では、グラファイトプレート１０２がベース材１０３に接しているが、各ベース材１０３同士は接していない。

更に続いて、図５に示すステップでは、固定部材１０６の軸方向の両端部を変形させて各ベース材１０３、及びグラファイトプレート１０２を一体にかしめ付けて、ヒートシンク１０１を形成する。各ベース材１０３、及びグラファイトプレート１０２が一体にかしめ付けられるとき、グラファイトプレート１０２のベース部１０５の厚さ方向の両側の平面１０５Ｃと、隣接する各ベース材１０３の開口面１０３Ｂとが、それぞれ互いに密着し、固定部材１０６の両端部にかしめ部１０６Ａが形成される。また、グラファイトプレート１０２のベース部１０５とベース材１０３とが密着してベース材１０３に凹部１３１を形成する。言い換えると、グラファイトプレート１０２のベース部１０５とベース材１０３との接触面１２３は、ベース部１０５が挿入されたベース材１０３の、グラファイトプレート１０２のベース部１０５により形成される凹部１３１の側面である。接触面１２３は、ベース部１０５の厚さ方向の両側の平面１０５Ｃと、ベース材１０３の開口面１０３Ｂとが密着している面でもある。また、接触面１３３は、各ベース材１０３の開口面１０３Ｂ同士が密着している面でもある。
また、グラファイトプレート１０２のフィン部１０４とベース部１０５との境界が各ベース材１０３の長さ方向の一端の端部と略面一である。つまり、グラファイトプレート１０２は、段差１４５により、ベース材１０３に対して位置決めされている。

すなわち、本発明の実施の形態に係るヒートシンク１０１は、グラファイトプレート１０２のベース部１０５が、ベース部１０５の厚さ方向の両側に隣接するベース材１０３との間で、各ベース材１０３の対向面とそれぞれ互いに密着する。更に、隣接する２つのベース材１０３が、それぞれの対向面同士が互いに密着するように構成される。
また、本発明の実施の形態に係るヒートシンク１０１は、グラファイトプレート１０２のフィン部１０４の表面粗さＲａ１と、ベース材１０３の表面粗さＲａ２と、ベース部１０５の表面粗さＲａ３とが、Ｒａ１＞Ｒａ２≧Ｒａ３の関係であるように構成される。

従って、本発明の実施の形態に係るヒートシンク１０１は、接着剤が不要で、且つ、金属製のベース材１０３とグラファイトプレート１０２との接触面１２３が密着して空洞が生じにくいため、接触面１２３における熱伝導性の低下を防ぐことができる。
また、ベース材１０３の表面粗さＲａ２の値が、グラファイトプレート１０２のベース部１０５の表面粗さＲａ３の値以上であり、ベース部１０５とベース材１０３とが密着する接触面１２３において、ベース部１０５の表面のグラファイトが潰れにくいため、熱伝導性の低下を防ぐことができる。更に、グラファイトプレート１０２のフィン部１０４の表面粗さＲａ１の値が、ベース材１０３の表面粗さＲａ２の値よりも大きい。すなわち、熱の伝達経路の上流から下流に向けて熱が伝達されやすくなるため、本発明の実施の形態に係るヒートシンク１０１は、熱伝導性の低下を防ぐことができる。
また、前記した組立方法によれば、ベース材１０３にベース部１０５を収納するための凹部を予め形成する必要がなく、かつ、段差１４５でベース材１０３とグラファイトプレート１０２との位置決めも容易である。また、グラファイトプレート１０２のフィン部１０４とベース部１０５との間での前記した所定の表面粗さの関係を、グラファイトの部分的な剥離で簡単に形成することができる。

以下、実施例及び比較例を示すことにより、本発明をさらに説明する。

（実施例１）
本願発明に係るヒートシンク１０１の実施例１として、図６に示すように、縦５０ｍｍ、横５５ｍｍ、厚み０．２ｍｍのグラファイトプレート１０２を８枚使用した。１枚あたりのグラファイトプレート１０２は、高分子フィルムとしてポリフェニレンベンゾビスイミタゾールからなるフィルムを複数枚積層して印加圧力を制御しながら焼成して形成した。グラファイトプレート１０２のベース部１０５を形成する部分のグラファイトをグラファイトプレート１０２の長さ方向の端部から５ｍｍ分だけ部分的に剥離した。フィン部１０４およびベース部１０５の表面粗さは、それぞれＲａ１＝１．７μｍ、Ｒａ３＝０．５μｍとした。
ベース材１０３は、アルミニウムで構成され、□５０×４．８×（厚さｔ＝５）ｍｍの寸法である。ベース材１０３の表面粗さは、Ｒａ２＝０．６μｍとした。ベース材１０３は、固定部材１０６としての外径１ｍｍの銅パイプを挿入可能な孔部１０３Ａを有する。ベース材１０３は、９枚使用した。
このようなグラファイトプレート１０２とベース材１０３とを銅パイプ１０６によってかしめ付けることでヒートシンク１０１を作製し、後述する熱伝導性試験によって性能評価を行った。
なお、実施例及び比較例における表面粗さの測定には、ＫＥＹＥＮＣＥ製のＬＫ－Ｇ８０を使用して、基準長さＬは、１ｍｍとした。

（実施例２）
実施例１において、Ｒａ１＝１．９μｍとし、それ以外の条件を実施例１と同じにしたヒートシンク１０１を作製した。

（実施例３）
実施例１において、Ｒａ２＝Ｒａ３＝０．２μｍとし、それ以外の条件を実施例１と同じにしたヒートシンク１０１を作製した。

（実施例４）
実施例１において、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、ノンベーサル面１０５Ａと熱源１１２に対向する面１０３Ｃとが面一になるようにベース材１０３の熱源に対向する面１０３Ｃまでグラファイトプレート１０２を貫通させたヒートシンク１０１を作成した。グラファイトプレート１０２には、一例として３つの孔部１０３Ａに、３つの固定部材１０６がそれぞれ挿入されている。実施例４では、それ以外の条件を実施例１と同じにしたヒートシンク１０１を作製した。このような構成により、熱源１１２に対する接触面積を十分に有しつつ、ノンベーサル面１０５Ａを介して熱を伝達し易くなる。なお、面一とは、略面一を含む。

（比較例１）
比較例として、Ｒａ２＝２μｍとし、それ以外の条件を実施例１と同じにしたヒートシンク１０１を作製した。

（比較例２）
比較例として、Ｒａ２＝Ｒａ３＝１．９μｍとし、それ以外の条件を実施例１と同じにしたヒートシンク１０１を作製した。

（熱伝導性評価試験）
実施例および比較例で作製したサンプルに対して、強制冷却環境における熱伝導性評価試験を行った。熱伝導性評価ＴＥＧを図８に示す。上述の実施例及び比較例において作製したヒートシンク１０１の中央直下に測温部１０８（□１０ｍｍ、（厚さt＝５）ｍｍ、銅製）と、ヒータ１１０（□１０ｍｍ、（厚さt＝１）ｍｍ、セラミック製）とを、支え板１１１で支持しながら接着した。ベース材１０３と測温部１０８との間、測温部１０８とヒータ１１０との間、及びヒータ１１０と支え板１１１との間には、それぞれグリス１０７を０．３ｍｍ塗布した。また、ヒートシンク１０１の直上には□５０ｍｍサイズのファン１０９（型番ＵＤＱＦ５６Ｃ１１ＣＥＴ（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ））を設置した。
このように構成される熱伝導性評価ＴＥＧにより、ヒータ及びファンを入力電圧１１Ｖで稼動した際のヒータ－ヒートシンク間の温度を測定して評価した。

（評価結果）
図９に、実施例１－４、及び比較例１－２の熱伝導性の評価結果を示す。熱伝導性評価は、従来のアルミヒートシンク、及び図１０に示す金属圧入ヒートシンクに対して同様の評価試験を行って得られた結果との比較により判断する。従来のアルミヒートシンク、及び金属圧入ヒートシンクにおいて得られた熱伝導性評価は、それぞれ摂氏５０．５度と４３．６度であった。すなわち、金属圧入ヒートシンクにおいて得られた熱伝導性評価である摂氏４３．６度を下回る熱伝導性評価を得た場合は、総合評価として、○（丸）で表し、最も低い温度であった場合には◎（二重丸）で表す。なお、金属圧入ヒートシンクにおいて得られた熱伝導性評価である摂氏４３．６度を上回る熱伝導性評価を得た場合は、×（バツ）で表す。

実施例１－３におけるヒートシンク１０１に対する総合評価は、熱伝導性評価がそれぞれ摂氏４１．６度、４１．１度、及び４０．４度であり、いずれも○であった。実施例１－３におけるヒートシンク１０１は、いずれもグラファイトプレート１０２のフィン部１０４の表面粗さＲａ１が粗くて表面積が大きく、ベース材１０３の表面粗さＲａ２及びグラファイトプレート１０２のベース部１０５の表面粗さＲａ３の値が近い。そのため、ファンからの風を効果的に受けることができ、且つ、ベース材１０３とグラファイトプレート１０２との間の熱伝導性が高くなるため、全体としてより熱伝導性の高いヒートシンク１０１を形成することができる。

また、実施例４におけるヒートシンク１０１に対する総合評価は、熱伝導性評価が摂氏３９．８度であり、◎であった。実施例４のように、ベース材１０３の熱源に対向する面１０３Ｃまでグラファイトプレート１０２が貫通して、ノンベーサル面１０５Ａと熱源に対向する面１０３Ｃとが面一である場合、熱源からの熱をグラファイトが直接受け取り、フィン部１０４に流すことができるため、より効率良く熱を伝達することができると言える。

一方、比較例１－２におけるヒートシンク１０１に対する総合評価は、熱伝導性評価がそれぞれ摂氏４５．８度と４６．１度であり、×であった。比較例１では、ベース材１０３における表面粗さＲａ２とグラファイトプレート１０２のベース部１０５の表面粗さＲａ３とが大きく異なる。また、フィン部１０４の表面粗さＲａ１よりもベース材１０３の表面粗さＲａ２の方が粗いと、ベース材１０３からグラファイトプレート１０２への熱伝導性が低下するため、ヒートシンク１０１としての熱伝導性が低下する。

また、比較例２では、ベース材１０３の表面粗さＲａ２とグラファイトプレート１０２のベース部１０５の表面粗さＲａ３の値が１．９μｍで同じである。しかしながら、フィン部１０４の表面粗さＲａ１の値が１．７μｍである。すなわち、グラファイトプレート１０２における熱伝達の出力部であるフィン部１０４の表面積よりも、入力部であるベース部１０５の表面積の方が広いため、グラファイトプレート１０２の熱伝導性が低下する。従って、ヒートシンク１０１としての熱伝導性が低下する。

つまり、フィン部１０４の表面粗さＲａ１と、ベース材１０３の表面粗さＲａ２と、ベース部１０５の表面粗さＲａ３とが、それぞれの値が０．２μｍ以上２．０未満であり且つＲａ１＞Ｒａ２≧Ｒａ３の関係を満たす場合、ヒートシンク１０１に係る熱伝導性評価の温度は、従来技術によるヒートシンクにおける熱伝導性評価の温度よりも低い温度であった。また、フィン部１０４の表面粗さＲａ１と、ベース材１０３の表面粗さＲａ２と、ベース部１０５の表面粗さＲａ３とが、Ｒａ１＞Ｒａ２≧Ｒａ３の関係を満たさない場合、ヒートシンク１０１に係る熱伝導性評価の温度は、従来技術によるヒートシンクにおける熱伝導性評価の温度よりも高い温度であった。
すなわち、ヒートシンク１０１において、フィン部１０４の表面粗さＲａ１の値と、ベース材１０３の表面粗さＲａ２の値と、ベース部１０５の表面粗さＲａ３の値とが、Ｒａ１＞Ｒａ２≧Ｒａ３の関係を満たすことで、熱を効率良く伝達することができる。言い換えると、ベース材１０３に入力された熱がベース部１０５を介してフィン部１０４に伝達され、最も表面積が大きいフィン部１０４から放熱しやすくなるため、熱の伝達がスムーズに行われる。従って、ヒートシンク１０１において、熱伝導性が低下することを防ぐことができる。

本発明の前記態様に係るヒートシンク及びその製造方法は、例えば、産業機器及び車載分野における発熱部の放熱用途として適用可能である。

１０１ ヒートシンク
１０２ グラファイトプレート
１０３ ベース材
１０３Ａ 孔部
１０３Ｂ 開口面
１０３Ｃ 熱源に対向する面
１０４ フィン部
１０５ ベース部
１０５Ａ ノンベーサル面
１０５Ｂ ベース材と接触する部分
１０５Ｃ 平面
１０６ 固定部材
１０６Ａ かしめ部
１０７ グリス
１０８ 測温部
１０９ ファン
１１０ ヒータ
１１１ 支え板
１２３ （グラファイトプレートのベース部とベース材との）接触面
１３１ 凹部
１３３ （ベース材同士の）接触面
１４５ 段差
２０１ 金属圧入部
２０２ かしめ溝
２０３ ベース
２０４ フィン
２０５ 空洞

Claims (10)

1. グラファイトプレートと、
   前記グラファイトプレートにそれぞれ隣接配置された２つのベース材と、
   固定部材とを備え、
   前記グラファイトプレートは、帯状であって、フィン部と、前記フィン部の一端に設けられるベース部と、を有し、
   前記各ベース材は、前記固定部材を挿入可能な孔部を有し、
   前記２つのベース材が、前記固定部材が２つの前記ベース材の前記孔部にそれぞれ挿入されて前記グラファイトプレートの前記ベース部の厚さ方向の両側に隣接するようにそれぞれ配置され、且つ、前記グラファイトプレートの前記ベース部は、前記厚さ方向の両側に隣接する前記ベース材との間で、各前記ベース材の対向面とそれぞれ互いに密着し、且つ、隣接する前記２つのベース材は、それぞれの対向面同士が互いに密着した状態で、前記固定部材により前記２つのベース材と前記グラファイトプレートとがかしめ付けられて固定され、
   前記グラファイトプレートの前記フィン部の表面粗さをＲａ１とし、前記ベース材の表面粗さをＲａ２とし、前記グラファイトプレートの前記ベース部の表面粗さをＲａ３とした場合、
   Ｒａ１＞Ｒａ２≧Ｒａ３
   の関係である、
   ヒートシンク。
2. 前記グラファイトプレートの前記ベース部と前記ベース材との接触面は、前記ベース部が挿入された前記ベース材の凹部の側面であり、前記ベース部と前記凹部の表面とが密着する、請求項１に記載のヒートシンク。
3. 前記Ｒａ１が、２．０μｍ＞Ｒａ１≧１．０μｍであり、
   前記Ｒａ２が、１．０μｍ＞Ｒａ２≧０．５μｍであり、
   前記Ｒａ３が、０．５μｍ≧Ｒａ３≧０．２μｍである、
   請求項１又は２に記載のヒートシンク。
4. 前記Ｒａ１が、２．０μｍ＞Ｒａ１≧１．５μｍであり、
   前記Ｒａ２が、０．７μｍ≧Ｒａ２≧０．５μｍであり、
   前記Ｒａ３が、０．５μｍ≧Ｒａ３≧０．４μｍである、
   請求項１又は２に記載のヒートシンク。
5. 前記グラファイトプレートは、
   複数枚の高分子フィルムを積層して焼成されてグラファイト化されたものである、
   請求項１～４のいずれか１つに記載のヒートシンク。
6. 前記グラファイトプレートが有するノンベーサル面は、前記ベース材の熱源に対向する面と面一であり、前記熱源に対向する面の対面にある熱源に接触可能に配置される、請求項１～５のいずれか１つに記載のヒートシンク。
7. 前記高分子フィルムは、
   ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリピロメリットイミド、芳香族ポリアミド、ポリフェニレンベンゾイミタゾール、ポリフェニレンベンゾビスイミタゾール、ポリチアゾール、及びポリパラフェニレンビニレンからなるグループの少なくとも１種である、
   請求項５に記載のヒートシンク。
8. 前記固定部材は、銅パイプである、請求項１～７のいずれか１つに記載のヒートシンク。
9. 前記フィン部と前記ベース部との境界には段差が設けられる、請求項１～８のいずれか１つに記載のヒートシンク。
10. 前記グラファイトプレートは、高分子フィルムを複数枚積層して印加圧力を制御しながら焼成して形成し、かつ、前記グラファイトプレートの前記ベース部として形成する部分のグラファイトを前記グラファイトプレートの長さ方向の端部から所定寸法だけ部分的に剥離させて、前記関係Ｒａ１＞Ｒａ３が成立する前記表面粗さＲａ３を有する前記ベース部としたのち、
    前記グラファイトプレートの前記ベース部の厚さ方向の両側に設けられる平面と、前記関係Ｒａ１＞Ｒａ２≧Ｒａ３が成立する前記表面粗さＲａ２を有し且つ前記各平面に対向する前記各ベース材の平面とがそれぞれ隣接するように、前記グラファイトプレートを２つの前記ベース材で挟むように配置して、前記各ベース材が有する前記孔部に前記固定部材を挿入し、
    前記ベース材と前記グラファイトプレートと前記ベース材との順に隣接配置した状態で前記固定部材の前記ベース材から突出する両端部を変形させ、前記ベース部と前記ベース材とが密着して前記ベース材に凹部を形成しつつかしめ付けて前記各ベース材、及び前記グラファイトプレートを一体に固定して、前記グラファイトプレートの前記ベース部の表面を隣接する前記ベース材の前記凹部の側面とそれぞれ互いに密着させ、且つ、隣接する前記ベース材を互いに密着させる、
    請求項１～９のいずれか１つに記載のヒートシンクの製造方法。

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