JP4160026B2 - 電気部品用の放熱体 - Google Patents

Description

本発明は、チップ等の発熱する電気部品に装着して該電気部品の放熱を行なう電気部品用の放熱体に関する。

従来発熱する電気部品の放熱を行なうためのパーツとしてシート（テープ）状のヒートシンク（放熱シート）が公知となっている（例えば非特許文献１参照）。該放熱シートは電気部品に貼り付けることによって放熱を行なう。
"放熱シート"、［online］、沖電線株式会社、［平成１６年７月２９日検索］、インターネット＜URL： http://www.okidensen.co.jp/seihin/mazu_haruichiban/mazu_haruichiban.htm＞

ただし近年電気製品の高能率化によって使用されている電気部品の発熱量は増加する傾向にあり、且つ電気製品の小型化によって電気部品の取り付けスペースが小さく放熱条件が悪化する傾向がある。このためさらに放熱効果が高い放熱パーツが望まれている。

上記課題を解決するための本発明の電気部品用の放熱体は、両面に共に熱伝導性を有する絶縁層と接着層とを設けたアルミニウム板の一方の接着層面を発熱する電気部品に接着し、他方の接着層面をヒートシンクに接着した放熱体であって、前記ヒートシンクは、
上方が開口したＵ字状の断面を有するフィンと、ベース板と、からなり、前記フィン及びベース板が、アルミニウムからなる部材の表面に、亜鉛、ニッケル及び錫を順次メッキしてなるメッキ層が形成され、前記錫メッキ表面上にウレタン樹脂を付着させたものからなり、前記ベース板の上面に所定間隔でカシメ突起を設けると共に、前記フィンの底面に前記カシメ突起が挿入されるカシメ孔を設け、前記カシメ突起を前記カシメ孔に挿入して前記フィンを前記ベース板にカシメ固定されていることを第１の特徴としている。

第２に両面に共に熱伝導性を有する絶縁層と接着層とを設けたアルミニウム板の一方の接着層面を発熱する電気部品に接着し、他方の接着層面をヒートシンクに接着した放熱体であって、前記ヒートシンクは、複数のフィンと、前記フィンが装着されるベース板と、
前記フィンに取り付けられるヒートパイプとからなり、前記フィン及びベース板が、アルミニウムからなる部材の表面に、亜鉛、ニッケル及び錫を順次メッキしてなるメッキ層が形成され、前記錫メッキ表面上にウレタン樹脂を付着させたものからなり、前記各フィンが上記ベース板に設けられた溝に挿入されカシメ固定され、前記各フィンに設けられている孔に前記ヒートパイプが挿入され、前記ヒートパイプが前記各フィンと半田付けされていることを特徴としている。

第３に前記ヒートシンクは、左右の最外側に位置するフィンの少なくとも一方を、鉄を材料とする板材から形成されたものであることを特徴としている。

以上のように構成される本発明の電気部品用の放熱体は、絶縁層と熱伝導性を有する接着層を有するため、電気部品から放出される熱が効率よくアルミニウムを材料とする金属板に伝わり、電気部品の熱を高い効率で放熱することができるという効果がある。本放熱体は、テープ状に薄く形成することができ、ヒートシンクを取り付けるスペースがない部分に設けられる電気部品に容易に取り付け、放熱させることができる。

一方アルミニウム板における電気部品との接着側の反対側の面に、熱伝導性を有する絶縁層と接着層を設けることによって、ヒートシンクを取り付けて効率よく熱伝導することができ、放熱効率を向上させることができる。

特にアルミニウム板における電気部品との接着側の反対側の面にも、接着層を設けることによって、上記ヒートシンクの取り付けを接着層によって簡単に行い、放熱効率を向上させることができる。この場合本放熱体は高い熱伝導率を有する両面テープとして機能し、結果的に電気部品にヒートシンクを接着して取り付けることができる。

そして上記ヒートシンクを、アルミニウム製のベース板の上面に、ベース板から突出したカシメ突起に、放熱プレートのカシメ孔を挿入して放熱プレートをベース板に固定する構造とすることによって、フィンの反対側の面となるヒートシンクの取り付け面に必要な平面度を後加工することなく簡単に出すことができ、ヒートシンクの接着層への貼り付け強度が高くなり、電気部品への取り付け後電気部品から容易に外れることがないという利点がある。またヒートシンクの製造を簡単に行うことができるという利点もある。

なおヒートシンクのベース板及びフィンを、アルミニウムからなる部材の表面に、亜鉛、ニッケル、錫を順次メッキしてなるメッキ層を設けたアルミニウム合金によって形成することによって、ベース板あるいは放熱プレートの半田濡れ性を向上させることができる。

またヒートシンクの左右の最外側に位置する放熱プレートの少なくとも一方を鉄を材料とする板材から形成することによって、誘導起電力を発生させるような電気部品、例えば電源トランスの側方にヒートシンクが位置した場合でも、放熱プレートがシールドとなり、鉄製の放熱プレートを挟んだ反対側に位置する電気部品に対する上記誘導起電力の悪影響を防止することができる。

図１は本発明の放熱体１を基板２上に取り付けられた電子パーツのチップ３に装着した状態を示す側面図である。本放熱体１は、全体として概ね0.2mm程度の厚さの可撓性を有するシート状をなし、チップ３の熱を放熱する。

図２は、放熱体１の拡大断面図である。放熱体１は、アルミニウムを材料とする金属板（アルミニウム板）７と、該金属板７の裏面に貼着される両面テープ８とからなる。両面テープ８が、金属板７の裏面に接着層５Ｄを形成している。両面テープ８には剥離シートが設けられている。

両面テープ８は、アクリル系の熱伝導性を備えたものであり、例えば住友スリーエム株式会社販売のSCOTCH（登録商標）９８８２番を使用することができる。放熱体１は、接着層５Ｄによってチップ３に貼り付け装着される。

金属板７は、チップ３との装着側の面に陽極酸化処理が施され、アルミニウム層４の外側に多孔質型酸化皮膜(アルマイト層６Ｄ)が形成された構造となっている。なおアルマイト層６Ｄは高い熱伝導性を有する絶縁体である。金属板７におけるチップ３の装着側の反対側の面（金属板７の表面）が放熱面１０をなす。上記構造により本発熱体１自体がテープ状をなす。

アルマイト層６Ｄが物理特性として高い絶縁性を持つため、本放熱体１は、アルマイト層６Ｄによって、略完全に絶縁された状態でチップ３に装着される。またアルマイト層６Ｄは、後述するように吸熱性及び熱伝導性が高く、チップ３から放出される熱が効率よく金属板７のアルミニウム層４に伝熱される。これによって放熱面１０から効率よく放熱が行なわれる。

本放熱体１は、上記のように薄くテープ状に形成されているため、通常のヒートシンクを取り付けるスペースがない部分に設けられる電気部品に貼り付けによって容易に取り付け、上記のように高い放熱効率で放熱させることができる。

図３は、金属板７を他の構造とした放熱体１の拡大断面図である。金属板７は、表裏両面に、陽極酸化処理が施され、多孔質型酸化皮膜(アルマイト層）６Ｕ，６Ｄが形成された構造となっている。上記同様金属板７におけるチップ３の装着側のアルマイト層６Ｄに両面テープ８が設けられ、アルマイト層６Ｄの外面に接着層５Ｄが形成されている。

ただし金属板７におけるチップ３の装着側の反対側の面（金属板７の表面）は、アルマイト層６Ｕを備え、放熱面１０はアルマイト層６Ｕの外面となっている。両面テープ８は、アクリル系の熱伝導性を備えたものであり、例えば住友スリーエム株式会社販売のSCOTCH（登録商標）９８８２番を使用することができる。

これにより前述の構造の金属板７を使用した放熱体１と同様に、チップ３に装着された状態ではアルマイト層６Ｄによって略完全に絶縁され、且つチップ３から放出される熱が効率よく金属板７のアルミニウム層４に伝熱される。加えて本放熱体１は、放熱面１０側のアルマイト層６Ｕがアルミニウム層４からの熱を高い効率で吸熱するため、放熱面１０からの放熱効率は更に向上する。

上記により放熱面１０に更に他の放熱用の部品等を配置することもできる。例えばヒートシンクを載置することができる。この場合放熱面１０の吸熱効果が高いため、本発熱体１からヒートシンクへの熱伝導効率が高く、チップ３の冷却をさらに効率よく行うことができる。

なお図４（ａ），（ｂ）に示されるように、放熱面１０の表面（外面）に接着層５Ｕを設け、該接着層５Ｕによって上記ヒートシンク等を装着するように構成することによって、ヒートシンク等の他のパーツを本放熱体１の放熱面１０に簡単に装着することができる。接着層５Ｕは、放熱面１０の表面に前述と同様の両面テープ８を装着することによって、簡単に設けることができる。

上記のように金属板７の表裏両方に接着層５Ｕ，５Ｄを設けることによって、放熱体１自体が両面テープとして機能する。このため図５に示されるように、接着面５Ｄによって本放熱体１をチップ３に装着し、接着層５Ｕにヒートシンク１１を装着することは、本放熱体１を両面テープとしてヒートシンク１１をチップ３に装着することになる。放熱体１はヒートシンク１１と一体となり、チップ３に取り付けられる。

この場合、本放熱体１は吸熱性及び熱伝導率が高い両面テープとなり、ヒートシンク１１によるチップ３の放熱を効率よく行わせることができる。図６はヒートシンクを所定のチップに、通常のアルミニウムからなる両面テープによって取り付けた場合と、金属板７の表裏両方に接着層５Ｕ，５Ｄを設けて両面テープ状をなす本放熱体１によって取り付けた場合のチップの消費電力と温度上昇を示すグラフ図である。

図６において一点鎖線がアルミニウムからなる両面テープを使用した場合、実線が両面テープ状をなす本放熱体１を使用した場合を示している。図に示されるように、本放熱体１によってヒートシンクをチップに取り付けた場合の方がチップの温度上昇が最大で約１０％程度抑えられている。つまりチップから熱を効率よく吸熱し、ヒートシンクに伝導し、チップを効率よく冷却することができ、この結果より本放熱体１を形成するアルマイト層の吸熱性及び熱伝導率が高いと考えられる。

図７は上記ヒートシンク１１の分解斜視図である。該ヒートシンク１１はアルミニウムを材料とする金属板であるベース板１２の上面に、上方が開口したＵ字状の断面を有する放熱プレート１３が複数取り付けられた構造となっている。放熱プレート１３のベース板１２への取り付け状態で、放熱プレート１３の両側面１３Ｓが所定間隔で配置され、フィンをなす。ベース板１２の底面に、上記放熱体１が貼り付けられる。

上記ベース板１２の表面には、所定間隔で行列状にカシメ用の突起（カシメ突起）１４が突設されている。上記ヒートシンク１１の放熱プレート１３の底面には所定間隔で上記カシメ突起が挿入されるカシメ孔１６が穿設されている。カシメ孔１６にカシメ突起１４を挿入するようにベース板１２に放熱プレート１３を取り付け、カシメ固定することによってベース板１２に放熱プレート１３が固定され、ヒートシンク１１が形成される。

ベース板１２から突出したカシメ突起１４に、放熱プレート１３のカシメ孔１６を挿入して放熱プレート１３をベース板１２にカシメ固定するため、カシメ固定時にフィン（放熱プレート１３）の反対側の面となるヒートシンク１１の取り付け面に悪影響を与えることがない。このためヒートシンク１１の取り付け面に必要な平面度を後加工することなく簡単に出すことができ、放熱体１との接着強度が高くなる。

これによりヒートシンク１１と放熱体１とが強固に接着され、放熱体１を両面テープとしてヒートシンク１１をチップ９に取り付けた場合でも、ヒートシンク１１が電気部品側から容易に外れることがない。またヒートシンク１１の製造を簡単に行うことができ、ヒートシンク１１のコストダウンを図ることができる。

一方放熱プレート１３は、アルミニウムを材料とする金属板（アルミ板）又は鉄を材料とする金属板（鉄板）で形成されている。ヒートシンク１１が誘導起電力を発生させるような電気部品、例えば電源トランスの側方に配置される場合は、電源トランスに近接する最外側の放熱プレート１３を鉄板で形成したものとする。これにより放熱プレート１３がシールドとなり、この鉄製の放熱プレート１３を挟んだ反対側に位置する電気部品に対する上記誘導起電力の悪影響を避けることができる。

図８に示されるようなヒートシンク２１を放熱体１の放熱面１０に貼着等によって装着する（放熱体１を両面テープとしてヒートシンク２１をチップ３に装着する）こともできる。図９は本ヒートシンクの分解斜視図である。

該ヒートシンク２１は、アルミニウムからなる部材の表面に、亜鉛、ニッケル、錫を順次メッキしてなるメッキ層を設けたアルミニウム合金によって形成された複数のフィン２２と、該フィン２２が装着されるアルミニウムを材料とする金属板（アルミ板）からなるベース板２３と、上記フィン２２に取り付けられるヒートパイプ２４とから構成されている。

各フィン２２はベース板２３に形成された溝２６に挿入され、ベース板２６にカシメ固定され、半田付けされる。各フィン２２はヒートパイプ挿入用の孔２７が設けられている。該孔２７は本実施形態においては、バーリング加工により形成されている。

フィン２２のメッキ層は、両面又は一方の面に形成されている。該メッキは、アルミニウムに亜鉛メッキし、亜鉛に対してニッケルメッキし、さらにニッケルに対して錫メッキし、表面が錫となるものである。図１０に示されるように、メッキ層Ｐはアルミニウム板Ａｌに接して亜鉛層Ｚｎが形成され、該亜鉛層Ｚｎに接してニッケル層Ｎｉが形成され、該ニッケル層Ｎｉに接して錫層Ｓｕが形成されたものとなっている。

なお上記メッキ工程においてニッケルメッキあるいは錫メッキに際して、亜鉛層Ｚｎが非常に薄くなる場合や、ケースによっては亜鉛層Ｚｎが消滅する場合もある。ただし表面は必ず錫層Ｓｎとなり、この表面の錫層において半田付けを行うことによって全体として半田濡れ性の高いアルミニウム合金板となる。

上記ヒートパイプ２４は銅管からなる。従って半田濡れ性は高い。ヒートパイプ２４をフィン２２の孔２７に挿入し、ヒートパイプ２４とフィン２２とを半田付けすることによってヒートシンク２１にヒートパイプ２４が固定される。フィン２２におけるメッキ層Ｐ及びヒートパイプ２４は上記のように半田濡れ性が高いため、フィン２２におけるメッキ層Ｐにおいて半田付けすることによって、ヒートシンク２１（フィン２２）とヒートパイプ２４との半田固定は容易である。

上記のようにヒートパイプ２４とフィン２２とが半田付けによって固定されるため、フィン２２におけるメッキ層Ｐは最低限半田付けを行なう側の面のみでよい。また上記のように半田濡れ性が高いため、鉛フリー半田による半田付けも容易に行うことができる。またベース板２６もフィン２２と同様のメッキ層を備えたものとすることによって、ベース板２６とフィン２２との半田付けも鉛フリー半田により容易に行うことができる。

上記のように鉛フリー半田を使用することによって、本ヒートシンク２１が鉛フリーとなる（鉛が含まれない）ため、本ヒートシンク２１を廃棄する場合は、半田を融解させ、本ヒートシンク２１とヒートパイプ２４とを分離させた後は、そのまま廃棄しても環境への悪影響は少なく、またリサイクルに回して容易に再利用することができる。

なお前述のヒートシンク１１のフィン１３及びベース板１２の少なくとも一方を、上記アルミニウムからなる部材の表面に、亜鉛、ニッケル、錫を順次メッキしてなるメッキ層を設けたアルミニウム合金の金属板によって形成し、ヒートシンク１１の必要な部分の半田濡れ性を向上させることもできる。

そして上記メッキ層における錫層Ｓｎの表面に、ウレタン樹脂を乾燥厚みが０．０５μｍ程度となるように、塗布（付着）させて腐食防止を行なうこともできる。この場合も上記厚み程度であれば半田濡れ性が低下することはほとんどない。

基板上に取り付けられたチップに放熱体を装着した状態を示す拡大側面図である。 放熱体の拡大断面図である。 他の実施形態の放熱体の拡大断面図である。 （ａ）は図２の放熱体の表面に接着層を設けた拡大断面図、（ｂ）は図３の放熱体の表面に接着層を設けた拡大断面図である。 放熱体を両面テープとしてチップにヒートシンクを取り付ける状態を示す拡大側面図である。 通常の両面テープによって上記ヒートシンクをチップに取り付けた場合と、金属板の表裏両方に接着層を設けて両面テープ状をなす本放熱体によって上記ヒートシンクをチップに取り付けた場合のチップの消費電力と温度上昇を示すグラフ図である。 ヒートシンクの分解斜視図である。 他の形態のヒートシンクの斜視図である。 他の形態のヒートシンクの分解斜視図である。 フィンの拡大断面図である。

符号の説明

４ アルミニウム層
５Ｄ 接着面層
５Ｕ 接着面層
６Ｄ アルマイト層
６Ｕ アルマイト層
７ 金属板
１０ 放熱面
１１ ヒートシンク
１２ ベース板
１３ 放熱プレート
１４ カシメ突起
１６ カシメ孔

Claims (3)

1. 両面に共に熱伝導性を有する絶縁層と接着層とを設けたアルミニウム板の一方の接着層面を発熱する電気部品に接着し、
   他方の接着層面をヒートシンクに接着した放熱体であって、
   前記ヒートシンクは、
   上方が開口したＵ字状の断面を有するフィンと、
   ベース板と、からなり、
   前記フィン及びベース板が、
   アルミニウムからなる部材の表面に、亜鉛、ニッケル及び錫を順次メッキしてなるメッキ層が形成され、
   前記錫メッキ表面上にウレタン樹脂を付着させたものからなり、
   前記ベース板の上面に所定間隔でカシメ突起を設けると共に、
   前記フィンの底面に前記カシメ突起が挿入されるカシメ孔を設け、
   前記カシメ突起を前記カシメ孔に挿入して前記フィンを前記ベース板にカシメ固定されて
   いることを特徴とする電気部品用の放熱体。
2. 両面に共に熱伝導性を有する絶縁層と接着層とを設けたアルミニウム板の一方の接着層面を発熱する電気部品に接着し、
   他方の接着層面をヒートシンクに接着した放熱体であって、
   前記ヒートシンクは、
   複数のフィンと、
   前記フィンが装着されるベース板と、
   前記フィンに取り付けられるヒートパイプとからなり、
   前記フィン及びベース板が、
   アルミニウムからなる部材の表面に、亜鉛、ニッケル及び錫を順次メッキしてなるメッキ層が形成され、
   前記錫メッキ表面上にウレタン樹脂を付着させたものからなり、
   前記各フィンが上記ベース板に設けられた溝に挿入されカシメ固定され、
   前記各フィンに設けられている孔に前記ヒートパイプが挿入され、
   前記ヒートパイプが前記各フィンと半田付けされていることを特徴とする電気部品用の放熱体。
3. 前記ヒートシンクは、左右の最外側に位置するフィンの少なくとも一方を、鉄を材料とする板材から形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の電気部品用の放熱体。

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