JP5942182B2 - ヒートシンクの製造方法 - Google Patents
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Description
また、上記ヒートシンクは、一般的に絶縁体とされる1010Ω・cm以上の体積抵抗率を有する多孔質セラミックスによって構成されている。このため、アース電極と接続するなどの対策を取らなくても、前述のように高周波ノイズを発生させないようにすることができる。
一方、50体積%以下であると、多孔質セラミックス内部に断熱性の高い空気が少なくなるため、放熱性が良好になる。
この平均粒径が150μm以下であると、以下の利点がある。すなわち、
(1)そこから得られる多孔質セラミックスからなるヒートシンクの絶縁性をより高くできる。すなわち体積抵抗率をより高くして、1010Ω・cm以上の数値を容易に達成し得る。これは炭化ケイ素の平均粒径が150μmを超えると、多孔質セラミックスのマトリクス内における個々の炭化ケイ素同士が接近して、その離間距離が短くなってしまうために、該炭化ケイ素を伝わって導電し易くなるためである。
(2)上記造粒粒子が容易に、すなわち短時間で造粒可能となる。これは、造粒粒子を構成する粒子の一つである炭化ケイ素が細かいと、該造粒粒子内で均質に分散し易いためである。このように各原料が均質に分散した造粒粒子からは、物性が安定化した多孔質セラミックス、すなわちヒートシンクが得られる。
本発明のヒートシンクは、上記多孔質セラミックスが、60〜85重量%の炭化ケイ素と、少なくとも10重量%以上の二酸化ケイ素とを含むものであってもよい。その場合、前述の体積抵抗率及び気孔率を有する多孔質セラミックスを、一層安定してかつ容易に製造することができる。
具体的には、上記炭化ケイ素が60重量%以上であると、より十分な放熱性が得られる。これは、熱伝導性が良好な炭化ケイ素がマトリクス中にリッチな状態となるため、熱伝導経路の確保が十分となることと、相対的に二酸化ケイ素やアルミナが減少することで気孔率が高くなるため、熱の対流効果も低下してしまうことに起因する。
上記二酸化ケイ素が10重量%以上であると、ヒートシンクの強度が増すので、例えば多数の突起等を備えて脆くなることが考えられる形状でも、ヒートシンクとして十分な強度が得られる。
このアルミナが1重量%以上であると、ヒートシンクの強度が更に増すので、例えば多数の突起等を備えて脆くなることが考えられる形状でも、ヒートシンクとして十分な強度が得られる。すなわち、本発明のヒートシンクはこのように突起を有する形状であってもよく、本発明でいう「積層」とは、少なくとも重ねて配設された状態であればよい。
上記の他、上記焼結は、酸素雰囲気下(例えば大気中)でなされると好ましい。この場合、表面に露出する炭化ケイ素は、その炭素部分が酸化により二酸化炭素として脱離すると共に、ケイ素部分が二酸化ケイ素化する。
本発明のヒートシンクには、表面に、熱放射率が0.9以上の放熱性塗料が塗布されてもよい。その場合、ヒートシンクの放熱性を一層向上させることができ、ひいては、前述のような電子回路に適用された場合に電子部品の過熱を一層良好に抑制することができる。なお、上記0.9とは、炭化ケイ素の熱放射率が0.7であることを考慮してそれよりも高い値として適宜設定した値である。
1.セラミックス原料については表1右側欄に示す配合比率(重量%)に従って、そこに所要量の他成分(セラミックス原料100重量部に対して1重量部以下の酸化鉄)、バインダーを混合して、その粒径を所要の大きさとした造粒粒子を製造する。なお、バインダーは、得るべき試験体(ヒートシンク)の気孔率となるように混合量を決定した。
2.上記造粒粒子から、焼成後に20×20×3mmの板状の試験体(ヒートシンク)にとなる板状体を成形する。
3.上記板状体を、大気雰囲気下、1350℃の条件で焼成して試験体を得る。
4.板状体の取り扱い性(成形性)及び得られた試験体の気孔率、体積抵抗率、放熱特性を、以下の方法により測定・評価した。
・取り扱い性(成形性):上記2.の段階で板状体に成形した際に、成形可能で、かつ、その形状を保持したまま焼成炉に投入・焼成完了できれば「○」、(例えばポロポロと崩れて)成形できない、成形できたが、焼成炉に投入できない、焼成できない場合は「×」と評価した。
・気孔率:試験機(製品名:AutoPore IV 9500、Micromeritics製)を使用して測定した。
・体積抵抗率:試験機(製品名:ハイレスター、三菱化学製)を使用して測定した。そして、その値が1×1010Ω・cm未満なら「×」、1×1010Ω・cm〜2×1010Ω・cmの範囲内であれば「△」、2×1010Ω・cm以上なら「○」と評価した。
・放熱特性:熱源をその表面温度が90℃になるように設定し、その表面上に試験体を載置して、放置して30分後に安定した熱源の表面温度をK型熱電対を用いて計測した。そして、同条件下で放熱特性を測定したアルミニウム板(20×20×3mm)の値である20.9℃低下(69.1℃)を基準として、低下温度が20℃未満なら「×」、20〜20.9℃の範囲内なら「△」、20.9℃以上なら「○」と評価した。
また使用した各原料は、以下の通りである。
・SiC:製品名:GP1000、信濃電気精錬(株)製(平均粒径12μm)
・ 〃 :製品名:GP400、信濃電気精錬(株)製(平均粒径35μm)
・ 〃 :製品名:GC100、信濃電気精錬(株)製(平均粒径150μm)
・ 〃 :製品名:GC80、信濃電気精錬(株)製(平均粒径180μm)
・SiO2:製品名:酸化けい素(IV), powder, 1.0 micron, 99.9%、和光純薬工業(株)製(平均粒径1μm)
・Al2O3:製品名:AL-43-L、昭和電工(株)製(平均粒径1μm)
・酸化鉄(Fe2O3):製品名:酸化鉄(III)、和光純薬工業(株)製(平均粒径1μm)
・バインダー:PVA(製品名:JP-05、日本酢ビポバール(株)製)
炭化ケイ素の配合比率が60〜85重量%の範囲であれば、炭化ケイ素の平均粒径に関係なく、1×1010Ω・cm以上の体積抵抗率と高い放熱特性とが確保できることが確認された。
10…ヒートシンク 11…気孔 13…多孔質セラミックス
15…放熱性塗料 17…熱伝導性テープ
Claims (1)
- 1010Ω・cm以上の体積抵抗率を有し、気孔率が15〜50体積%の多孔質セラミックスによって、ヒートシンクを製造するヒートシンクの製造方法であって、
上記多孔質セラミックスを、少なくとも二酸化ケイ素と、アルミナと、平均粒径が150μm以下の炭化ケイ素とを混合して得られる粒径10μm以上の造粒粒子を焼結して製造し、
上記多孔質セラミックスが、60〜85重量%の炭化ケイ素と、少なくとも10重量%以上の二酸化ケイ素を含むことを特徴とするヒートシンクの製造方法。
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