JP7404845B2 - ヒートシンク - Google Patents

Description

本発明は、発熱性素子等の発熱体の熱を放熱するヒートシンクに関する。

ここで、本明細書及び特許請求の範囲では、本発明に係るヒートシンクの構成を理解し易くするため、ヒートシンクにおける発熱体が設置される側をヒートシンクの上側、及びその反対側をヒートシンクの下側と定義し、また、ヒートシンクのベースプレートの厚さ方向に垂直な面方向をベースプレートの平面方向という。

さらに、本明細書及び特許請求の範囲では、文中に特に明示した場合を除き、「アルミニウム」の語は純アルミニウム及びアルミニウム合金の双方を含む意味で用いられるとともに、「銅」の語は純銅及び銅合金の双方を含む意味で用いられる。

金属－炭素粒子複合材として、例えば特許第５１５０９０５号公報（特許文献１）や（特許第５１４５５９１号公報（特許文献２）に記載されているように、金属層と炭素繊維層が交互に複数積層された状態で接合一体化された金属－炭素繊維複合材が知られている。また、国際公開第２００９／０５１０９４号（特許文献３）は、炭素粒子として鱗片状黒鉛粒子を用いた金属－鱗片状黒鉛粒子複合材を開示している。

金属－炭素粒子複合材について開示したその他の特許文献として、特開２０１５－２５１５８号公報（特許文献４）、特開２０１５－２１７６５５号公報（特許文献５）、特開２０１７－８８９１３号公報（特許文献６）等が知られている。

上述した金属－炭素粒子複合材は熱伝導率に異方性を有するものであり、高い熱伝導性が要求される部材の材料としての利用が期待されている。

ところで、発熱体として発熱性素子（例：半導体素子）を冷却する冷却装置は、一般に発熱性素子の熱を放散するヒートシンクを備えている。このヒートシンクには高い放熱性能を得るために高い熱伝導性が要求される。そこで、ヒートシンクの材料として金属－炭素粒子複合材を用いることが特開２０１７－２２０５３９号公報（特許文献７）、特開２０１９－４１０７６号公報（特許文献８）及び特開２０１９－１７６０９１号公報（特許文献９）に提案されている。

特許第５１５０９０５号公報 特許第５１４５５９１号公報 国際公開第２００９／０５１０９４号 特開２０１５－２５１５８号公報 特開２０１５－２１７６５５号公報 特開２０１７－８８９１３号公報 特開２０１７－２２０５３９号公報 特開２０１９－４１０７６号公報 特開２０１９－１７６０９１号公報

近年、発熱性素子の高性能化及び発熱量の増加に伴い、ヒートシンクには益々高い放熱性能が要求されてきている。

そこで本発明は、高い放熱性能を有するヒートシンクを提供することを目的とする。

本発明は以下の手段を提供する。

１） ベースプレートと、前記ベースプレートにその厚さ方向に突出して設けられた複数のフィンとを備え、
前記ベースプレートはその平面方向の熱伝導率に異方性を有しており、
前記ベースプレートの上面視において、前記フィンは、前記ベースプレートの平面方向の最高熱伝導率方向に対して交差する方向に延びている、ヒートシンク。

２） 前記複数のフィンはストレートフィン及び波フィンの少なくとも一方を含む前項１記載のヒートシンク。

３） 前記ベースプレートの材料として、金属マトリックスと金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む第１の金属－炭素粒子複合材が用いられている前項１又は２記載のヒートシンク。

４） 前記第１複合材の炭素粒子の最長軸方向が前記ベースプレートの厚さ方向に配向している前項３記載のヒートシンク。

５） 前記第１複合材の前記金属マトリックスの金属としてアルミニウムが用いられている前項３又は４記載のヒートシンク。

６） 前記フィンの材料として、金属マトリックスと金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む第２の金属－炭素粒子複合材が用いられている前項１～５のいずれかに記載のヒートシンク。

７） 前記第２複合材の前記金属マトリックスの金属としてアルミニウムが用いられている前項６記載のヒートシンク。

本発明は以下の効果を奏する。

前項１では、ベースプレートの上面視において、フィンは、ベースプレートの平面方向の最高熱伝導率方向に対して交差する方向に延びていることにより、発熱体からベースプレートに伝達された熱がベースプレートの平面方向の全体に広がり易くなるため、ヒートシンクの放熱性能を高めることができる。

前項２では、複数のフィンがストレートフィン及び波フィンの少なくとも一方を含むことにより、ヒートシンクの放熱性能をより高くすることができる。

前項３では、ベースプレートの材料として第１の金属－炭素粒子複合材が用いられていることにより、ヒートシンクの放熱性能をより高くすることができる。

前項４では、第１複合材の炭素粒子の最長軸方向がベースプレートの厚さ方向に配向していることにより、ベースプレートからフィンへの熱伝導速度が速いので、ヒートシンクの放熱性能をより高くすることができる。

前項５では、第１複合材の金属マトリックスの金属としてアルミニウムが用いられていることにより、ヒートシンクの軽量化を図ることができるしベースプレートの加工性を高めることができる。

前項６では、フィンの材料として第２の金属－炭素粒子複合材が用いられていることにより、フィン自体の熱伝導性を高めることができ、これにより、ヒートシンクの放熱性能をより高くすることができる。

前項７では、第２複合材の金属マトリックスの金属としてアルミニウムが用いられていることにより、ヒートシンクの軽量化を図ることができるしフィンの加工性を高めることができる。

図１は本発明の第１実施形態に係るヒートシンクを模式的に示す側面図である。 図２は同ヒートシンクを模式的に示す斜視図である。 図３は同ヒートシンクを模式的に示す上面図である。 図４は炭素粒子としての鱗片状黒鉛粒子を模式的に示す斜視図である。 図５は同ヒートシンクのベースプレートの一部を模式的に示す部分拡大断面斜視図である。 図６は本発明の参考形態に係るヒートシンクを模式的に示す斜視図である。 図７は本発明の第２実施形態に係るヒートシンクのベースプレートの一部を模式的に示す部分拡大断面斜視図である。 図８は本発明の第３実施形態に係るヒートシンクのベースプレートの一部を模式的に示す部分拡大断面斜視図である。 図９は本発明の第４実施形態に係るヒートシンクを模式的に示す上面図である。

本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。

図１～５は本発明の第１実施形態に係るヒートシンク１を説明するための図である。図６は本発明の参考形態に係るヒートシンク１Ａを説明するための図である。

図１に示すように、本第１実施形態のヒートシンク１は、発熱体（二点鎖線で示す）２０に発生した熱を冷却媒（図示せず）へ放散することにより発熱体２０を冷却するものである。

このヒートシンク１は、図１及び２に示すように、平板状のベースプレート２と複数のフィン３とを備えている。ベースプレート２は略水平状に配置されている。ベースプレート２の上面視形状は図３に示すように方形状（詳述すると長方形状）である。

図２において矢印「Ｘ」、「Ｙ」及び「Ｚ」はそれぞれベースプレート２の幅方向、長さ方向及び厚さ方向を示している。その他の図面でも同様である。

複数のフィン３はベースプレート２の厚さ方向Ｚの片側としての下方向に突出してベースプレート２に設けられている。さらに、フィン３は、ベースプレート２の所定方向に連続的に延びている。フィン３が延びる方向については後述する。

発熱体２０は、半導体素子等の発熱性素子を含むものであり、ベースプレート２（詳述するとベースプレート２の上面２ａ）上にベースプレート２に接触し且つ固定された状態に設置される。

このヒートシンク１では、冷却媒は互いに隣り合う二つのフィン３、３の間４を流れる。発熱体２０の熱は発熱体２０からベースプレート２及びフィン３に順次伝導してフィン３から冷却媒へ放散される。冷却媒としては冷却液（例：水、ロングライフクーラント）、冷却ガス（例：空気）などが用いられる。

ベースプレート２はその平面方向の熱伝導率に異方性を有するものである。ベースプレート２の材料としては金属－非金属粒子複合材が用いられており、すなわちベースプレート２は金属－非金属粒子複合材からなる。以下ではベースプレート２用のこの金属－非金属粒子複合材を「第１複合材」ともいう。

第１複合材は、図５に示すように、金属マトリックス８と、フィラーとしての非金属粒子７とを含むものである。非金属粒子７は熱伝導率に異方性を有するものであり、金属マトリックス８中に分散している。ベースプレート２の上述した平面方向の熱伝導率の異方性は、非金属粒子７自体の熱伝導率の異方性と非金属粒子７の配向とにより発現している。

第１複合材において、金属マトリックス８の金属としてはアルミニウム、銅などが用いられる。非金属粒子７としては炭素粒子などが用いられる。

炭素粒子としては、炭素繊維（例：ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維）、鱗片状黒鉛粒子、鱗状黒鉛粒子、膨張黒鉛粒子及び熱分解黒鉛粒子（例：高配向熱分解黒鉛粒子）からなる群より選択される少なくとも一種を用いることができる。炭素粒子として鱗片状黒鉛粒子は高い熱伝導率を有しているため特に好適に用いられる。

第１複合材の製造方法は限定されるものではない。例えば、第１複合材の製造方法として、金属箔上に非金属粒子が塗工された複数の塗工箔が積層された積層体を加熱焼結装置（例：ホットプレス焼結装置、放電プラズマ焼結装置）によって加熱焼結することにより、第１複合材を製造する方法が挙げられる。

本第１実施形態では、詳述すると、第１複合材の金属マトリックス８の金属としてアルミニウムが用いられており、第１複合材の非金属粒子（炭素粒子）７として鱗片状黒鉛粒子７ａが用いられている。したがって、第１複合材は詳述するとアルミニウム－炭素粒子複合材であり、更に詳述するとアルミニウム－鱗片状黒鉛粒子複合材である。金属マトリックス８の金属としてアルミニウムが用いられることにより、ヒートシンク１の軽量化を図ることができるしベースプレート２の加工性を高めることができる。

図４中の「Ｄ」は非金属粒子（炭素粒子）７としての鱗片状黒鉛粒子７ａの最長軸方向を示している。なお、鱗片状黒鉛粒子７ａ等の非金属粒子７の最長軸方向Ｄ及びその長さとは非金属粒子７の最も長い方向の軸及びその長さを意味する。したがって、非金属粒子７が例えば炭素繊維７ｂである場合（後述する第２及び第３実施形態の場合）、非金属粒子７の最長軸とは炭素繊維７ｂの繊維軸を意味し、非金属粒子７の最長軸方向Ｄの長さとは炭素繊維７ｂの繊維長さを意味する。図４中の「Ｅ」は非金属粒子（炭素粒子）７としての鱗片状黒鉛粒子７ａの幅方向を示している。

ここで以下では、鱗片状黒鉛粒子７ａの厚さ方向に垂直な面方向を鱗片状黒鉛粒子７ａの平面方向という。

鱗片状黒鉛粒子７ａは熱伝導率に異方性を有している。具体的には一般に、鱗片状黒鉛粒子７ａの厚さ方向の熱伝導率は低く、鱗片状黒鉛粒子７ａの平面方向（即ち鱗片状黒鉛粒子の最長軸方向Ｄ及び幅方向Ｅ）の熱伝導率は高い。

非金属粒子７の粒子径は限定されるものではなく、好ましくは非金属粒子７の最長軸方向Ｄの平均長さは０．１０ｍｍ以上であることがよい。その理由は、非金属粒子７と金属マトリックス８との間の界面熱抵抗を確実に低減し得て、これによりベースプレート２の熱伝導率を確実に高めることができるからである。非金属粒子７の最長軸方向Ｄの平均長さの上限は限定されるものではなく、通常２．０ｍｍである。

非金属粒子７のアスペクト比は限定されるものではないが、一般に非金属粒子７のアスペクト比が大きい方が非金属粒子７の熱伝導率が高いことから、非金属粒子７の平均アスペクト比は３０以上であることが好ましい。この平均アスペクト比の上限は限定されるものではなく例えば２００である。

ベースプレート２は上述したようにその平面方向の熱伝導率に異方性を有するものである。具体的には、図２及び３に示すように、本第１実施形態では、ベースプレート２の平面方向の熱伝導率における最も高い熱伝導率の方向Ａ（以下ではこの方向Ａをベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａという）がベースプレート２の長さ方向Ｙに設定されている。ベースプレート２の平面方向の熱伝導率における最も低い熱伝導率の方向Ｂ（以下ではこの方向Ｂをベースプレート２の平面方向の最低熱伝導率方向Ｂという）がベースプレート２の幅方向Ｘに設定されている。ベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａと平面方向の最低熱伝導率方向Ｂとは交差しており、本第１実施形態では詳述すると直交している。

このような異方的な熱伝導率を有するベースプレート２では、図５に示すように、第１複合材の鱗片状黒鉛粒子７ａの最長軸方向Ｄ及び幅方向Ｅはベースプレート２の幅方向Ｘ（即ちベースプレート２の平面方向の最低熱伝導率方向Ｂ）に対して垂直な面方向（即ち、ベースプレート２の長さ方向Ｙ及び厚さ方向Ｚに平行な面方向）に配向しており、鱗片状黒鉛粒子７ａの厚さ方向はベースプレート２の幅方向Ｘ（即ちベースプレート２の平面方向の最低熱伝導率方向Ｂ）に配向している。この場合、ベースプレート２の長さ方向Ｙの熱伝導率（即ちベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率）及びベースプレート２の厚さ方向Ｚの熱伝導率は、ベースプレート２の幅方向Ｘの熱伝導率（即ちベースプレート２の平面方向の最低熱伝導率）よりも高い。

図１及び２に示すように、複数のフィン３は互いに同形及び同寸である。図３に示すように、ベースプレート２の上面視において、フィン３は、ベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａ（即ちベースプレート２の長さ方向Ｙ）に対して交差する方向に連続的に延びるとともに、ベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａ（即ちベースプレート２の長さ方向Ｙ）に等間隔に並列状に配置されており、この状態でフィン３がベースプレート２（詳述するとベースプレート２の下面２ｂ）にろう付けにより接合されている。

さらに、フィン３はストレートフィン３Ａであり、すなわち、フィン３はベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａに対して交差する方向に真っ直ぐに連続的に延びている。互いに隣り合う二つのフィン３、３は平行である。

図３中の「Ｆ」は、ベースプレート２の上面視におけるフィン３（ストレートフィン３Ａ）の中心軸を示している。「θ」は、ベースプレート２の上面視において、ベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａとフィン３（ストレートフィン３Ａ）の中心軸Ｆとがなす角度である。θの好ましい範囲については後述する。

フィン３の材料は限定されるものではなく、フィン３の材料として、例えば、アルミニウム、銅などの金属が用いられるか金属－非金属粒子複合材が用いられる。以下ではフィン３用のこの金属－非金属粒子複合材を「第２複合材」ともいう。

第２複合材としては好ましくは上述した第１複合材と同種のものが用いられる。フィン３の材料として第２複合材が用いられる場合、ヒートシンク１の放熱性能を高めることができる。また、第２複合材の金属マトリックスの金属としてアルミニウムが用いられる場合、ヒートシンク１の軽量化を図ることができるしフィン３の加工性を高めることができる。

さらに、フィン３において、第２複合材の炭素粒子（例：鱗片状黒鉛粒子）の配向方向は限定されるものではなく、好ましくは炭素粒子の最長軸方向Ｄはベースプレート２に対するフィン３の突出方向Ｇ(図２参照）に配向していることが好ましい。この場合、ベースプレート２からフィン３に伝導した熱がフィン３の先端に向かって迅速に伝導するため、ヒートシンク１の放熱性能をより高めることができる。

次に、本第１実施形態のヒートシンク１の利点について、図６に示した参考形態に係るヒートシンク１Ａと比較して以下に説明する。なお、図６において、本参考形態のヒートシンク１Ａの各要素には本第１実施形態のヒートシンク１で用いた符号と同じ符号が付されている。

本第１実施形態のヒートシンク１によれば、上述したように、ベースプレート２の上面視において（図３参考）、フィン３（ストレートフィン３Ａ）はベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａ（即ちベースプレート２の長さ方向Ｙ）に対して交差する方向に延びている。

したがって、発熱体２０に発生した熱が発熱体２０からヒートシンク１のベースプレート２に伝達されると、当該熱は、ベースプレート２の発熱体２０との接触部からベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａに主に伝導するとともに、さらにベースプレート２のフィン３との接続部２ｃにてフィン３が延びる方向（即ちベースプレート２の平面方向の最低熱伝導率方向Ｂ）にも伝導する。そのため、発熱体２０からベースプレート２に伝達された熱はベースプレート２の平面方向の全体に広がり易い。そして、この熱がベースプレート２から略全てのフィン３に伝導してこれらのフィン３から冷却媒に放散される。すなわち、冷却媒への放熱に貢献するフィン３の数や部分が多い。そのため、ヒートシンク１の放熱性能は高い。

一方、本参考形態のヒートシンク１Ａでは、ベースプレート２の上面視において、フィン３（ストレートフィン３Ａ）はベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａ（即ちベースプレート２の長さ方向Ｙ）に対して平行な方向に連続的に延びるとともに、ベースプレート２の平面方向の最低熱伝導率方向Ｂ（即ちベースプレート２の幅方向Ｘ）に等間隔に並列状に配置されている。

したがって、発熱体２０に発生した熱が発熱体２０からヒートシンク１Ａのベースプレート２に伝達されると、当該熱は、ベースプレート２の発熱体２０との接触部からベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａに主に伝導するが、フィン３がベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａに対して平行な方向に延びているためにベースプレート２の平面方向の最低熱伝導率方向Ｂには伝導しにくい。そのため、発熱体２０からベースプレート２に伝達された熱はベースプレート２の平面方向の全体には広がりにくく、冷却媒への放熱に貢献するフィン３の数や部分が本第１実施形態のヒートシンク１よりも少ない。したがって、ヒートシンク１Ａの放熱性能は本第１実施形態のヒートシンク１に比べて低い。

本第１実施形態のヒートシンク１では、ベースプレート２の上面視において（図３参照）、ベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａとフィン３の中心軸Ｆとがなす角度θは９０°±３０°の範囲であることが好ましい。この場合、発熱体２０からベースプレート２に伝達された熱はベースプレート２の平面方向の全体に確実に広がり、そのためヒートシンク１の放熱性能を確実に高くすることができる。より好ましいθの範囲は９０°±１５°であり、特に好ましいθは９０°である。なお、θが９０°の場合、フィン３（詳述するとフィン３の中心軸Ｆ）はベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａに対して直交する方向に延びている。

さらに、フィン３はストレートフィン３Ａであるから、ヒートシンク１の放熱性能をより高くすることができる。

さらに、ベースプレート２の材料として第１の金属－炭素粒子複合材（詳述すると金属－鱗片状黒鉛粒子複合材）が用いられているので、ヒートシンク１の放熱性能をより高くすることができる。

図７は本発明の第２実施形態に係るヒートシンクを説明する図であり、図８は本発明の第３実施形態に係るヒートシンクを説明する図であり、図９は本発明の第４実施形態に係るヒートシンクを説明する図である。これらの図において、ヒートシンクの各要素には上記第１実施形態のヒートシンク１で用いた符号と同じ符号が付されている。以下、第２～第４実施形態の各ヒートシンクについて上記第１実施形態のヒートシンク１との相異点を中心に説明する。

図７に示した第２実施形態のヒートシンクでは、ベースプレート２の材料としてアルミニウム－炭素繊維複合材（第１複合材）が用いられている。すなわち、この第１複合材では炭素粒子（非金属粒子７）として炭素繊維７ｂが用いられている。

このベースプレート２では、第１複合材の炭素繊維７ｂの最長軸方向Ｄ（即ち炭素繊維７ｂの繊維軸方向）はベースプレート２の長さ方向Ｙに配向している。したがって、ベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａはベースプレート２の長さ方向Ｙであり、ベースプレート２の平面方向の最低熱伝導率方向Ｂはベースプレート２の幅方向Ｘである。さらに、ベースプレート２の長さ方向Ｙの熱伝導率はベースプレート２の幅方向Ｘの熱伝導率及び厚さ方向Ｚの熱伝導率よりも高い。

図８に示した第３実施形態のヒートシンクでは、ベースプレート２の材料としてアルミニウム－炭素繊維複合材（第１複合材）が用いられている。すなわち、この第１複合材では炭素粒子（非金属粒子７）として炭素繊維７ｂが用いられている。

このベースプレート２では、第１複合材の炭素繊維７ｂの最長軸方向Ｄ（即ち炭素繊維７ｂの繊維軸方向）はベースプレート２の厚さ方向Ｚに配向している。さらに、第１複合材のアルミニウムマトリックス（金属マトリックス８として）中に炭素繊維７ｂが分散した炭素繊維分散層１０と、アルミニウムマトリックス中に炭素繊維７ｂなどの炭素粒子が実質的に存在していないアルミニウム層１１（金属層として）とがベースプレート２の幅方向Ｘに交互に複数積層した状態に配列している。

炭素繊維分散層１０とアルミニウム層１１とがこのように配列している場合、アルミニウム層１１が連続的に延びる方向の熱伝導率であるベースプレート２の長さ方向Ｙの熱伝導率が炭素繊維分散層１０とアルミニウム層１１との積層方向の熱伝導率であるベースプレート２の幅方向Ｘの熱伝導率よりも高い。

したがって、ベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａはベースプレート２の長さ方向Ｙであり、ベースプレート２の平面方向の最低熱伝導率方向Ｂはベースプレート２の幅方向Ｘである。さらに、上述したように炭素繊維７ｂの最長軸方向Ｄ（炭素繊維７ｂの繊維軸方向）がベースプレート２の厚さ方向Ｚに配向していることから、ベースプレート２の厚さ方向Ｚの熱伝導率はベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａであるベースプレート２の長さ方向Ｙの熱伝導率よりも高い。

このヒートシンクでは、炭素繊維７ｂの最長軸方向Ｄ（炭素繊維７ｂの繊維軸方向）がベースプレート２の厚さ方向Ｚに配向しているので、ベースプレート２からフィンへの熱伝導速度が速い。そのため、ヒートシンクの放熱性能をより高くすることができる。

図９に示した第４実施形態のヒートシンク１では、各フィン３は波フィン３Ｂであり、即ち、フィン３はベースプレート２の上面視においてベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａに対して交差する方向に波状に連続的に延びている。θの好ましい範囲は上述した第１実施形態のヒートシンク１のそれと同じである。

以上で本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々に変更可能である。

例えば、上記第１実施形態のヒートシンク１では、フィン３はベースプレート２（詳述するとベースプレート２の下面２ｂ）にろう付け等の接合手段によって接合されているが、本発明に係るヒートシンクでは、その他に例えば、フィンはベースプレートに鍛造加工などによって一体に形成されたものであってもよい。

本発明の具体的な実施例及び比較例を以下に示す。下記実施例を理解し易くするため、上記第１実施形態のヒートシンク１の各要素に付された符号を用いて実施例を説明する。ただし、本発明は下記実施例に限定されるものではない。なお、下記実施例では、ヒートシンクの各部位の熱伝導率はいずれも室温（２０℃）での熱伝導率である。

＜実施例＞
本実施例では図１～５に示した上記第１実施形態のヒートシンク１を以下の方法で製造した。

炭素粒子としての鱗片状黒鉛粒子７ａと、バインダーとしてのポリエチレンオキサイドの１０質量％水溶液及びポリビニルアルコールの１０質量％水溶液と、バインダー用溶剤としてのイソプロピルアルコール及び水と、分散剤と、表面調整剤とを混合容器内に入れてディスパーにより撹拌混合することで塗工液を得た。塗工液の粘度は２５℃で５０００ｍＰａ・ｓであった。

鱗片状黒鉛粒子７ａの最長軸方向Ｄの平均長さは０．１５ｍｍであり、その平均アスペクト比は３０であった。塗工液に含まれる鱗片状黒鉛粒子７ａの含有量はバインダーと鱗片状黒鉛粒子７ａとの合計質量に対して９０質量％であった。

次いで、アルミニウム箔の条材上に塗工液をロールｔｏロール方式のコンマナイフコーターにより塗工速度１ｍ／ｍｉｎで塗工しそして乾燥炉内を通過させることにより塗工液中の溶剤を乾燥除去した。これにより、アルミニウム箔の条材上に鱗片状黒鉛粒子７ａが塗工された鱗片状黒鉛粒子塗工箔の条材を得た。この塗工箔の条材上に塗工された鱗片状黒鉛粒子７ａの塗工量は３０ｇ／ｍ^２であった。

アルミニウム箔の材料はＪＩＳ（日本工業規格）で規定されたアルミニウム合金番号１Ｎ３０であり、その厚さは２０μｍ及びその幅は３００ｍｍであった。

そして、塗工箔の条材を正方形状（その寸法：幅８０ｍｍ×長さ８０ｍｍ）に多数裁断することにより、多数の正方形状の塗工箔を得た。

次いで、塗工箔を３２００枚積層することによりベースプレート２用の第１積層体を形成した。そして、ホットプレス焼結装置により第１積層体を真空中にて第１積層体の厚さ方向（即ち塗工箔の積層方向）に加圧しながら所定の焼結条件で加熱することにより、第１積層体を焼結した。これにより、ベースプレート２用の第１のアルミニウム－鱗片状黒鉛粒子複合体を製造した。この第１複合体の寸法は幅８０ｍｍ×長さ８０ｍｍ×厚さ８０ｍｍであった。

上述した焼結条件は次のとおりであった。焼結温度は６２０℃、焼結温度の保持時間は３時間、室温からの昇温速度は２０℃／ｍｉｎ、第１積層体への加圧力は２０ＭＰａ、真空度は３Ｐａであった。また、第１積層体を室温から焼結温度まで加熱する途中で昇温を一旦停止することで第１積層体中のバインダーを熱分解・昇華し、これにより第１積層体からバインダーを除去した。その際に適用したバインダーの除去条件は、バインダーを除去するための積層体の加熱温度が４５０℃であり、その保持時間が３０ｍｉｎであった。

次いで、第１複合体から幅６０ｍｍ×長さ６０ｍｍ×厚さ２ｍｍの平板状のベースプレート２をその厚さ方向Ｚの熱伝導率が最も高くなるように切り出した。

このベースプレート２では、鱗片状黒鉛粒子７ａの最長軸方向Ｄ及び幅方向Ｅがベースプレート２の長さ方向Ｙ及び厚さ方向Ｚに平行な面方向に配向しており、鱗片状黒鉛粒子７ａの厚さ方向がベースプレート２の幅方向Ｘに配向していた。したがって、ベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａがベースプレート２の長さ方向Ｙであり、ベースプレート２の平面方向の最低熱伝導率方向Ｂがベースプレートの幅方向Ｘであった。さらに、ベースプレート２の長さ方向Ｙ及び厚さ方向Ｚの熱伝導率は同程度であり、これらはベースプレート２の幅方向Ｘの熱伝導率よりも高かった。

また、上述した塗工箔を２６枚積層することによりフィン３用の第２積層体を形成した。そして、第２積層体を上述した第１積層体の焼結条件と同じ条件で焼結することにより、フィン３用の第２のアルミニウム－鱗片状黒鉛粒子複合体を製造した。この第２複合体の寸法は幅８０ｍｍ×長さ８０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍであった。

次いで、第２複合体から幅８ｍｍ×長さ５０ｍｍ×厚さ０．６ｍｍのストレートフィン３Ａを３０枚切り出した。

このストレートフィン３Ａでは、鱗片状黒鉛粒子７ａの最長軸方向Ｄ及び幅方向Ｅがストレートフィン３Ａの幅方向（即ちベースプレート２に対するストレートフィン３Ａの突出方向Ｇ）及び長さ方向に平行な面方向に配向していた。

次いで、３０枚のストレートフィン３Ａを、ストレートフィン３Ａがベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａ（即ちベースプレート２の長さ方向Ｙ）に対して直交する方向（即ちベースプレート２の幅方向Ｘ）に連続的に延びるように且つベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａ（即ちベースプレート２の長さ方向Ｙ）に等間隔に並列状に配置されるようにベースプレート２の下面にアルミニウム系ろう材箔（その厚さ０．０４ｍｍ）を用いてろう付けにより接合した。したがって、θは９０°であった。また、これらのストレートフィン３Ａにおいて互いに隣り合う二つのストレートフィン３Ａ、３Ａの間４の隙間は０．９ｍｍであった。

以上の方法によりヒートシンク１を製造した。

このヒートシンク１のベースプレート２の上面２ａの中央部に発熱体２０をろう付けにより接合した。そして、発熱体２０を発熱させた状態でヒートシンク１の各ストレートフィン間４に冷却媒として温度６０℃の冷却水を流速１０Ｌ／ｍｉｎで流した。その結果、冷却水の温度が６０℃から８６．３℃に上昇した。

＜比較例＞
本比較例では図６に示した上記参考形態のヒートシンク１Ａを以下の方法で製造した。

３０枚のストレートフィン３Ａを、ストレートフィン３Ａがベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａ（即ちベースプレート２の長さ方向Ｙ）に対して平行な方向に連続的に延びるように且つベースプレート２の平面方向の最高熱伝導率方向Ａに対して直交する方向（即ちベースプレート２の幅方向Ｘ）に等間隔に並列状に配置されるようにベースプレート２の下面にろう付けにより接合したこと以外は、上記実施例と同様にヒートシンク１Ａを製造した。このヒートシンク１Ａではθは０°であった。

このヒートシンク１Ａのベースプレート２の上面２ａの中央部に上記実施例で用いた発熱体と同じ発熱体２０をろう付けにより接合した。そして、発熱体２０を発熱させた状態でヒートシンク１Ａの各ストレートフィン間４に温度６０℃の冷却水を上記実施例と同じ条件で流した。その結果、冷却水の温度が６０℃から８５．６℃に上昇した。

以上のように、実施例のヒートシンク１では冷却水の温度は８６．３℃であり、この温度は比較例の冷却水の温度８５．６℃よりも高い。したがって、実施例のヒートシンク１の放熱性能は比較例のヒートシンク１Ａよりも高いことを確認し得た。

本発明は、発熱性素子等の発熱体の熱を放散するヒートシンクに利用可能である。

１：ヒートシンク
２：ベースプレート
３：フィン
３Ａ：ストレートフィン
３Ｂ：波フィン
７ａ：鱗片状黒鉛粒子（炭素粒子）
７ｂ：炭素繊維（炭素粒子）
８：金属マトリックス
Ａ：ベースプレートの平面方向の最高熱伝導率方向
Ｂ：ベースプレートの平面方向の最低熱伝導率方向
Ｄ：炭素粒子の最長軸方向
Ｅ：炭素粒子の幅方向

Claims (5)

1. ベースプレートと、前記ベースプレートにその厚さ方向に突出して設けられた複数のフィンとを備え、
   前記ベースプレートはその平面方向の熱伝導率に異方性を有しており、
   前記ベースプレートの材料として、金属マトリックスと金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む第１の金属－炭素粒子複合材が用いられるとともに、
   前記第１複合材の炭素粒子の最長軸方向が前記ベースプレートの厚さ方向に配向しており、
   前記ベースプレートの上面視において、前記フィンは、前記ベースプレートの平面方向の最高熱伝導率方向に対して交差する方向に延びている、ヒートシンク。
2. 前記複数のフィンはストレートフィン及び波フィンの少なくとも一方を含む請求項１記載のヒートシンク。
3. 前記第１複合材の前記金属マトリックスの金属としてアルミニウムが用いられている請求項１又は２記載のヒートシンク。
4. 前記フィンの材料として、金属マトリックスと金属マトリックス中に分散した炭素粒子とを含む第２の金属－炭素粒子複合材が用いられている請求項１～３のいずれかに記載のヒートシンク。
5. 前記第２複合材の前記金属マトリックスの金属としてアルミニウムが用いられている請求項４記載のヒートシンク。
   

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