JP4326086B2

JP4326086B2 - ヒートシンクの製造方法

Info

Publication number: JP4326086B2
Application number: JP28354999A
Authority: JP
Inventors: 敏博山本
Original assignee: Inoac Corp
Current assignee: Inoac Corp
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2019-10-04
Also published as: JP2001108773A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は携帯情報機器のＣＰＵ等の放熱に好適なヒートシンクの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年ノートパソコンやＰＤＡと呼ばれる携帯情報機器が普及してきている。これらの携帯情報機器には、ＣＰＵ等のように、使用により高温になる部品が組み込まれている。前記ＣＰＵ等は、一般的に温度が高くなりすぎると誤動作を生じ易くなり、最悪の場合壊れることもある。しかも、ＣＰＵ等は処理速度を高くすると発熱量が増大する傾向にある。そのため、常に高い処理能力が求められている携帯情報機器においては、ＣＰＵ等の冷却をどのようにするか重要であった。
【０００３】
従来、デスクトップパソコン等に対しては、ＣＰＵ等に装着する簡易な冷却装置として、図１０に示すようなヒートシンク５０が知られている。このヒートシンク５０は、鋳造や研削等で作製された金属製品からなるもので、金属製基板５１とその上面に形成された多数の放冷用金属製フィン５２とからなり、前記基板５１をＣＰＵ等の表面に密着させて使用される。このヒートシンク５０にあっては、電源を必要としない利点があり、ＡＣ電源の使用に制約がある携帯情報機器には好適なものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の金属製ヒートシンクを、コンパクトな携帯情報機器に使用しようとすると、サイズを小さくしなければならず、鋳造や、研削等では、正確かつ容易に製造することができなかった。しかも、従来の金属製ヒートシンクは重いため、携帯情報機器の軽量性を損なう問題がある。
【０００５】
この発明は、上記の点に鑑みなされたもので、軽量性に優れ、サイズを小さくしても正確かつ容易に製造できるヒートシンクの製造方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係るヒートシンクの製造方法の発明は、複数の孔を形成したプラスチック製基板の表面に、プラスチック製フィンを固着して前記基板とフィンが一体となったプラスチック製ヒートシンク本体を形成する工程と、前記プラスチック製ヒートシンク本体にめっき処理を施して前記基板の全表面、孔内周面及びフィンの表面に一連の金属めっき皮膜を形成する工程とを備え、前記プラスチック製ヒートシンク本体を形成する際、治具表面の両側に該治具表面よりも高い突縁が対向して形成され、前記両突縁に対向するスリットが複数組所定間隔で形成された治具を用い、フィン用プラスチックフィルムを当該フィン用プラスチックフィルムの両縁下部で前記治具のスリットに差し込んで保持し、複数の孔を形成したプラスチック製基板の表面を前記フィン用プラスチックフィルムの上側縁部に押し付けて前記基板とフィンを固着し、一体にすることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係るヒートシンクの製造方法の発明は、複数の孔を形成したプラスチック製基板の表面に、プラスチック製フィンを固着して前記基板とフィンが一体となったプラスチック製ヒートシンク本体を形成する工程と、前記プラスチック製ヒートシンク本体にめっき処理を施して前記基板の全表面、孔内周面及びフィンの表面に一連の金属めっき皮膜を形成する工程とを備え、前記プラスチック製ヒートシンク本体を形成する際、複数のピンを所定間隔離れる二列とし、かつ各列におけるピン間を所定間隔として前記ピンを表面に立設した治具を用い、前記二列のピン間にフィン用テープ状のプラスチックフィルムを掛け渡して保持した後、前記ピンの二列間より幅が狭く、かつ複数の孔を形成したプラスチック製基板の表面をテープ状のプラスチックフィルムの縁部に押し付けて前記基板とフィンを固着し、次いで、前記基板の端からはみ出たテープ状のプラスチックフィルムを切断することによって、前記基板とフィンの一体化を行うことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下この発明の実施の形態について図を用いて説明する。図１はこの発明によって得られた一実施例に係るヒートシンクの斜視図、図２は図１の２−２拡大部分断面図、図３は基板部分の拡大部分断面図、図４はヒートシンク本体の斜視図、図５はヒートシンクの製造方法の一実施例に係る治具の斜視図、図６はプラスチック製フィルムの保持時を示す斜視図、図７はプラスチック製フィルムと基板の固着時を示す斜視図、図８は切断前後のヒートシンク本体を示す斜視図、図９は他の製造実施例におけるフィンの保持時を示す斜視図である。
【０００９】
図１に示すヒートシンク１０は、図２ないし図４に示すヒートシンク本体１１とその表面に形成された金属めっき皮膜２１とよりなり、特に携帯情報機器のような小型の機器における放熱用に好適なものである。
【００１０】
ヒートシンク本体１１は、プラスチック製基板１２とプラスチック製フィン１５とで構成され、プラスチック製のため軽量性に優れている。基板１２は、ＣＰＵ等の対象物品にヒートシンク１０を取付ける際に、対象部品に密着して固定される部分であって、取付け対象物品に応じた大きさに形成されている。この基板１２は、前記取付けの他に放熱及びフィン１５の保持のためのもので、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、アクリロニトリル・スチレン樹脂（ＡＳ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）等、適宜のプラスチックで構成され、その表面には複数の孔１３が貫通形成されている。基板１２の厚みは適宜とされるが、強度、剛性及び加工性、成形性等の点から０．１〜３ｍｍ程度とされる。
【００１１】
孔１３は、前記基板１２と密着する対象物品の熱を、その対象物品とは反対側の基板１２表面に位置するフィン１５へ、この孔１３を介する空気の対流作用や、この孔１３内周面に設けられた金属めっき皮膜による伝熱作用によって、効率良く熱を導くためのものであり、フィン１５間にも位置するように設けるのが好ましい。孔１３の大きさは、基板１２の強度低下防止のためと効率よい放熱のため、直径０．１〜３ｍｍが好ましい。より好ましくは、めっき後の開口比、すなわち、（めっき後の孔１３の合計開口面積）／（孔形成前の基板１２の片面面積）の値が０．００１〜０．８となるようにするのが好ましい。この範囲とすることにより、基板１２の極端な強度低下を防止しながら、効率よく熱を基板の取付け側からフィンのある表側へ導くことができる。なお、前記孔１３の合計開口面積は、基板１２の片面におけるものをいう。
【００１２】
フィン１５は、空気との接触面積を増して放熱作用を高めるためのもので、前記基板１２の片側の表面に立設されている。このフィン１５の材質は、適宜のプラスチックとされ、前記基板１２と同材質、異材質のいずれでもよいが、基板１２に接着する場合における接着剤の選択やめっきの前処理工程の選択が容易となるよう、基板１２と同種の材質が好ましい。
【００１３】
また、前記フィン１５は、通常、接着により基板１２表面に固着されるが、フィン１５の厚みが大の場合等にあっては、射出成形等によって基板１２（または孔１３形成前の基板）と一体成形されたものでもよい。前記接着による場合は、溶剤型接着剤、シアノアクリレート型接着剤、ホットメルト型接着剤等のような接着剤を用いたり、溶剤単独、超音波融着、レーザー溶着等のようなフィルム１５と基板１２材料以外の物質が介在しない接着方法を用いたりして行われる。なお、前記接着剤でフィン１５が基板１２表面に固着される場合は、通常接着剤がフィン１５の基部両側にはみ出し、そのはみ出した接着剤表面にもめっき処理が行われるため、めっきの析出、密着が良好な接着剤が使用される。
【００１４】
前記フィン１５の厚みは、プラスチックの種類やフィン１５の強度、前記基板１２のサイズ、フィン１５の数等を考慮して定められるが、特に厚さ０．０１〜１ｍｍが好ましい。フィン１５の高さについては、このヒートシンク１０が用いられる機器のハウジング内空間等に応じて定められるが、２〜４０ｍｍが好ましい。２ｍｍ未満では放熱性が充分ではなく、４０ｍｍを超えるものは成形が困難である。またフィン１５の間隔については、効率の良い空気の流動及び放熱性の点から、この例のようにフィン１５が平行に配置する場合、フィン１５の面間隔を０．５〜５ｍｍとするのが好ましい。さらに、この実施例では、各フィン１５は、長方形をした基板１２の一辺１２ａと平行に立設されて前記基板１２の両端まで一連となっているが、これに限るものではない。例えば、フィン１５を基板１２の中心から放射状に配設したり、あるいは、前記基板１２の一辺１２ａに沿って横幅の短い短冊形状のフィンを複数配列して、従来技術で示した図９のようにしたりしてもよい。
【００１５】
金属めっき皮膜２１は、前記基板１２及びフィン１５の全表面と全ての孔１３の内周面を覆って一連に形成されている。この金属めっき皮膜２１が、一連に形成され、途中で分断していないため、ヒートシンク１０表面に優れた熱伝導性を賦与することができる。しかも、前記基板１２の孔１３内周面にも、金属めっき皮膜２１が形成されているため、基板１２の取付け側と接触する対象物の熱が孔１３を通って基板１２のフィン１５側表面へ移動する際に、孔１３内周面の金属めっき皮膜と接触して速やかに熱がフィン１５や基板１２全体に伝わり、高い放熱作用が得られる。
【００１６】
前記孔１３における金属めっき皮膜２１の伝熱性を、一層優れたものとするには、基板１２をその表面とは水平な面で切断した横断面において、全ての孔１３内周の金属めっき皮膜２１に対する切断面面積の合計と、孔１３部分を含む基板１２の全体横断面積（例えば一辺２０ｍｍの正方形基板の場合、全体横断面積は４００ｍｍ^２である。）との比が０．０１〜０．７であるのが好ましい。一般的に、前記比は大きいほど孔１３部分における金属めっき皮膜２１による伝熱性が大きくなるが、前記比が０．７を超えても殆ど伝熱性が向上しないばかりかコストが嵩むようになり、逆に比が０．０１未満の場合には金属めっき皮膜による良好な伝熱性が期待できなくなる。
【００１７】
前記金属めっき皮膜２１の厚みは、ヒートシンク本体１１の軽量性を損なわず、しかも良好な熱伝導性や耐久性を得ることができるように、１０〜１００μｍの厚みが好ましい。また金属めっき皮膜２１を構成する金属は適宜とされる。この実施例の金属めっき被膜２１は、図３に示す基板１２部分の拡大断面図から理解されるように、内側から無電解ニッケル２１ａ、ストライクニッケル２１ｂ、電解銅２１ｃ、電解ニッケル２１ｄの四層で構成され、めっき被膜の耐久性及び熱伝導性の向上が図られている。
【００１８】
次に、前記ヒートートシンクに対する製造方法の発明について、その実施例を説明する。このヒートシンクの製造方法は、まず、図４に示したような、前記構造のプラスチック製ヒートシンク本体１１を形成し、次いでそのヒートシンク本体１１に対して公知のめっき処理を施すことにより、ヒートシンク本体１１の基板１２及びフィン１５の全表面と、基板１２の孔１３の全内周面に一連の金属めっき皮膜２１を形成し、前記ヒートシンク１０を得るものである。
【００１９】
前記ヒートシンク本体１１の形成は、可能な場合には、孔１３の開いた基板１２とフィン１５を射出成形等により一体成形することにより、あるいは孔１３形成前の基板とフィン１５を射出成形等により一体成形し、その後孔１３をドリル等で形成することにより行い、また、フィン１５が薄くて、射出成形等によっては基板１２あるいは孔１３形成前の基板とフィン１５とを一体成形できない場合には、次のようにして行う。すなわち、射出成形等によって得た孔形成前の基板に、ドリル等で前記孔１３を所要数穿孔して前記プラスチック製基板１２を形成し、その後、図５に示した治具３１にフィン１５またはフィン用プラスチックフィルム（プラスチックシートとも称される。以下同じ。）を立てて保持し、該フィン１５またはフィン用プラスチックフィルムを基板１２に固着することによって行う。
【００２０】
この実施例における治具３１は、台３２の表面に複数のピン３３を所要間隔離れる平行な二列３５，３６にして立設したものからなる。ピン３３の列３５，３６同士の間隔は、前記基板１２の幅よりも大とされ、また、各列におけるピン３３のサイズ及びピン３３間隔は、基板１２に立設するフィン間隔等によって最適なものが選択される。
【００２１】
前記治具３１表面の二列３５，３６のピン３３間に、図６のように、フィン用の一連のテープ状プラスチックフィルム１５ａをジグザグ状に掛け渡し、プラスチックフィルム１５ａを立てて保持する。テープ状プラスチックフィルム１５ａは、所要幅の帯状からなり、その両端１６，１６が一方の列３５における一端のピン３３ａと他方の列３６における反対端のピン３３ｂに接着テープ等で固定される。
【００２２】
その後、前記治具３１に保持されたプラスチックフィルム１５ａの縦方向ｄの縁部（治具３１表面から遠い側の上端部）１７に、図７のように、前記基板１２の表面を押し付け、プラスチックフィルム１５ａを基板１２の表面に固着する。その際、固着方法に応じた処理が行われる。例えば、接着剤を使用する場合には、前記プラスチックフィルム１５ａの縁部１７に所望の接着剤が塗布される。
【００２３】
前記プラスチックフィルム１５ａの固着後、前記基板１２の両縁１２ａ，１２ｂに沿ってプラスチックフィルム１５ａを刃物１８等で切断し、基板１２の両縁１２ａからはみ出しているプラスチックフィルムの部分を分離する。それにより、図８のＡ図に示すように、前記切断によって基板１２表面に残ったプラスチックフィルムからなるフィン１５と、基板１２が一体になったヒートシンク本体１１を得る。その後、ヒートシンク本体１１は、必要に応じて所要のサイズに切断される。図８のＢ図は、前記ヒートシンク本体１１を二分したものを示す。このようにして得たヒートシンク本体は、その後、定法にしたがってめっき処理される。
【００２４】
また、前記フィン１５と基板１２の一体化の際における、治具によるフィン用プラスチックフィルムの保持は、前記の方法に限られるものではない。図９に示す治具４１は、フィン用プラスチックフィルム１５ｂが、厚みや材質によって自己形状保持性を有する場合の例である。図示の治具４１は、両側に治具表面４２よりも高い突縁４３，４４が対向して形成され、その両突縁４３，４４に所定間隔でスリット４５，４６が複数組形成され、両突縁４３、４４間でスリット４５，４６の各組が互いに対向している。そして、所要長に切断された所要上下幅のフィン用プラスチックフィルム１５ｂが、その両縁下部で、前記スリット４５，４６に差し込まれて保持される。その後、基板１２の表面をプラスチックフィルム１５ｂの縁部に押し付け、前記と同様にしてプラスチックフィルム１５ｂ、すなわちフィン１５と基板１２との固着一体化が行われ、前記ヒートシンク本体１１が形成される。このヒートシンク本体に対しても、前記と同様のめっき処理が行われ、前記金属めっき皮膜２１が形成される。
【００２５】
【実施例】
以下、具体的数値を示しながら、一実施例を説明する。まず、ＡＢＳ（商品名：サイコラックＥＰＸ；宇部サイコン社製）を用いて、幅１５ｍｍ、長さ４００ｍｍ、厚さ１ｍｍのＡＢＳ板を射出成形し、そのＡＢＳ板の全面にわたり、直径１ｍｍの孔をピッチ２ｍｍの格子パターンとなるようにドリルで穿孔し、基板を形成した。
【００２６】
また、直径１ｍｍ、高さ９ｍｍのクロムめっき仕上げの鉄製ピンを、図４のように２５ｍｍ離れる２列にし、各列におけるピンのピッチを２ｍｍにして立設した治具を用意する。そして、厚さ２５μｍのＡＢＳフィルム（シート）を、幅１０ｍｍのテープ状に切断したものを、図５のように治具の２列のピン間に掛け渡して、ピン間にプラスチックフィルムが平行に所要本数掛け渡された状態にする。その状態で、プラスチックフィルムの上端に、ＡＢＳをトルエンで溶解して固形分を１０％にした接着剤を塗布し、その接着剤の付着したプラスチックフィルムの上端に基板の表面を押し付け、プラスチックフィルムと基板を一体化した。また、図６のように、基板の両側からはみ出す部分のプラスチックフィルムをダイヤモンドカッターで切り取り、さらに、基板を長さ４０ｍｍごとに切断して１０個のヒートシンク本体を得た。
【００２７】
前記ヒートシンク本体を、フィン及びフィン間のスリット（空間）が垂直となるようにして、めっき用治具に取付け、脱脂後、無水クロム酸４２０ｇ／リットルと９８％硫酸３８０ｇ／リットルからなるエッチング液に、６８℃で５分間浸漬処理し、取り出した後に水洗してヒートシンク本体の表面及び孔内周面を粗化した。次に、３５％塩酸１００ｍｌ／リットルで中和して十分にクロム酸を除去した後、キャタリストＣ（スズパラジウム塩化物錯体；奥野製薬社製）３０ｍｌ／リットルと３５％２００ｍｌ／リットルからなる触媒液に、３０℃で３分浸漬し、４０℃の９８％硫酸１００ｍｌ／リットル溶液でスズ分を除去し、水洗してパラジウム金属微粒子を表面に付着させた。
【００２８】
次いで、無電解ニッケル（化学ニッケルＨＲ−Ｔ；奥野製薬社製）の標準濃度で３０℃、１０分めっきし、活性化（トップサン；奥野製薬社製）の後、フィン側が陽極に対向するようにしてストライクニッケルめっき浴（硫酸ニッケル１５０ｇ／リットル、塩化アンモニウム３０ｇ／リットル、ホウ酸３０ｇ／リットル）中で５０℃、４分間、１Ａ／ｄｍ^２でニッケルをめっきした。さらに、プリント基板用硫酸銅めっき浴キューブライトＴＨ（荏原ユージライト社製）の標準処方により、２５℃、４０分間、４．５Ａ／ｄｍ^２でめっきし、ヒートシンクを得た。このヒートシンクの基板において、めっき後の孔の開口比は０．１９６であった。また、前記基板をその表面とは水平な面で切断した横断面において、孔周囲の金属めっき皮膜の切断面面積と、孔部分を含む基板の全体横断面積との比は０．０３０２であった。
【００２９】
【発明の効果】
以上図示し説明したように、本発明の製造方法で得られたヒートシンクは、複数の孔を形成したプラスチック製基板とプラスチック製フィンの全表面及び孔の内周面に金属めっき被膜を設けたため、プラスチックによる軽量性のみならず、基板の複数の孔及び表面の金属めっき被膜による優れた放熱性及び熱伝導性をも備えたヒートシンクを得ることができる。しかも、プラスチック製基板は射出成形等によって容易に製造でき、基板に対するプラスチック製フィンの固着も可能なため、ヒートシンクをコンパクトに形成するのが容易である。したがって請求項１の発明によって得られるヒートシンクは、コンパクト及び軽量性が求められる携帯情報機器用として、特に好適である。
【００３０】
また、基板の孔の径が０．１〜３ｍｍであるため、ヒートシンクに必要な十分な強度を保持しつつ、効率良い放熱が可能となる。
【００３１】
さらに、プラスチック製フィンの厚みが０．０１〜１ｍｍであるため、フィン間における空気の流れを良好にして放熱性を高め、しかもめっき処理性を損なうことなく、多数のフィンを基板表面に設けることができる。
【００３２】
さらにまた、金属めっき皮膜の厚みが１０〜１００μｍであるため、ヒートシンクの軽量性を損なうことなく、金属めっき被膜の耐久性及び熱伝導性を優れたものにできる。
【００３３】
また、請求項１及び２の発明によれば、複数の孔を形成したプラスチック製基板の表面に、プラスチック製フィンを固着して前記基板とフィンが一体となったプラスチック製ヒートシンク本体を形成する工程と、前記基板及びフィンにめっき処理を施して前記基板の全表面、孔内周面及びフィンの表面に一連の金属めっき皮膜を形成する工程とを備えるため、基板とフィンとを一体成形できない場合でも、接着等の技術によってコンパクトなヒートシンク本体を形成することができ、そのヒートシンク本体にめっき処理を行えばよいので、簡単にコンパクトなヒートシンクを製造することができる。
【００３４】
さらに請求項１の発明によれば、プラスチック製ヒートシンク本体を形成する際、プラスチック製フィンを治具に保持し、複数の孔を形成したプラスチック製基板の表面を前記フィンの縁部に押し付け、前記基板とフィンを固着し、一体にするため、基板とフィンの一体化を容易に、かつ確実に行うことができる。特に、射出成形等によっては基板と一体成形できないようなフィンを基板表面に設ける場合にも、容易にヒートシンクを製造することができる。
【００３５】
また、請求項２の発明によれば、プラスチック製ヒートシンク本体を形成する際、治具表面に立設したピン間にフィン用テープ状プラスチックフィルムを掛け渡して保持し、複数の孔を形成したプラスチック製基板の表面をテープ状プラスチックフィルムの縁部に押し付けて基板とフィンを固着し、次いで、前記基板の縁からはみ出たテープ状のプラスチックフィルムを切断するため、多数の薄いフィンを簡単、かつ確実に基板と一体にすることができ、作業性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の製造方法によって得られた一実施例に係るヒートシンクの斜視図である。
【図２】図１の２−２拡大部分断面図である。
【図３】基板部分の拡大部分断面図である。
【図４】ヒートシンク本体の斜視図である。
【図５】ヒートシンクの製造方法の一実施例に係る治具の斜視図である。
【図６】プラスチック製フィルムの保持時を示す斜視図である。
【図７】プラスチック製フィルムと基板の固着時を示す斜視図である。
【図８】切断前後のヒートシンク本体を示す斜視図である。
【図９】他の製造実施例におけるフィンの保持時を示す斜視図である。
【図１０】従来のヒートシンクの斜視図である。
【符号の説明】
１０ヒートシンク
１１ヒートシンク本体
１２プラスチック製基板
１３孔
１５プラスチック製フィン
１５ａプラスチックフィルム
１５ｂプラスチックフィルム
２１金属めっき被膜
３１治具
３３ピン

Claims

複数の孔を形成したプラスチック製基板の表面に、プラスチック製フィンを固着して前記基板とフィンが一体となったプラスチック製ヒートシンク本体を形成する工程と、
前記プラスチック製ヒートシンク本体にめっき処理を施して前記基板の全表面、孔内周面及びフィンの表面に一連の金属めっき皮膜を形成する工程とを備え、
前記プラスチック製ヒートシンク本体を形成する際、治具表面の両側に該治具表面よりも高い突縁が対向して形成され、前記両突縁に対向するスリットが複数組所定間隔で形成された治具を用い、フィン用プラスチックフィルムを当該フィン用プラスチックフィルムの両縁下部で前記治具のスリットに差し込んで保持し、複数の孔を形成したプラスチック製基板の表面を前記フィン用プラスチックフィルムの上側縁部に押し付けて前記基板とフィンを固着し、一体にすることを特徴とするヒートシンクの製造方法。
複数の孔を形成したプラスチック製基板の表面に、プラスチック製フィンを固着して前記基板とフィンが一体となったプラスチック製ヒートシンク本体を形成する工程と、
前記プラスチック製ヒートシンク本体にめっき処理を施して前記基板の全表面、孔内周面及びフィンの表面に一連の金属めっき皮膜を形成する工程とを備え、
前記プラスチック製ヒートシンク本体を形成する際、複数のピンを所定間隔離れる二列とし、かつ各列におけるピン間を所定間隔として前記ピンを表面に立設した治具を用い、前記二列のピン間にフィン用テープ状のプラスチックフィルムを掛け渡して保持した後、前記ピンの二列間より幅が狭く、かつ複数の孔を形成したプラスチック製基板の表面をテープ状のプラスチックフィルムの縁部に押し付けて前記基板とフィンを固着し、次いで、前記基板の端からはみ出たテープ状のプラスチックフィルムを切断することによって、前記基板とフィンの一体化を行うことを特徴とするヒートシンクの製造方法。