JPS623985B2

JPS623985B2 -

Info

Publication number: JPS623985B2
Application number: JP3874381A
Authority: JP
Inventors: Tooru Morimoto; Toshihisa Oogaki; Kyoshi Nakanishi
Original assignee: NDC Co Ltd
Current assignee: NDC Co Ltd
Priority date: 1981-03-19
Filing date: 1981-03-19
Publication date: 1987-01-28
Also published as: JPS57153458A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、放熱材料に係り、詳しくは、例え
ば、サイリスタやLSI素子その他のエレクトロニ
クス機器のヒートシンクとして好適であつて、放
熱性に優れるとともに、加工性に優れる加熱材料
に係る。従来から、例えばエレクトロニクス機器等のヒ
ートシンクとして種々の放熱材料が用いられ、こ
の放熱材料の一つとしてAl若しくはその合金か
ら成つて表面にフインを多数具えるものや、フイ
ンを具えずAl若しくはその合計を平板状に成形
したもの等が用いられている。前者のフイン付き
の放熱材料はフインの存在により伝熱面積が拡大
し、空気と接触する機会が多くなるため、放熱材
料として空気中への放熱量が多くなり、冷却効果
が向上する。しかしながら、このように放熱効率の向上のた
めに、表面にフインを形成すると、フインの存在
によつて空気の流動抵抗が増加し、熱対流が適正
に生じない。このため、この熱対流の妨げになら
ない範囲内にフインの数を制限することになり、
とくに、エレクトロニクス機器に用いる場合に
は、放熱材料は小型化されて用いられることもあ
つて、フインを具えたものとして構成するのは難
しいことが多い。後者の平板状の放熱材料は空気
等の流動抵抗を損なうことがないが、伝熱面積を
増加させることが困難であり、放熱効率の向上は
望めない。本発明は、上記欠点の解決を目的とし、具体的
には、平板状の放熱材料と同等に周囲の空気等の
流動抵抗が損なわれることがないにも拘らず、フ
インを具えるもの以上に伝熱面積が増大できる放
熱材料を提案する。すなわち、本発明は金属粉末粒子間の空隙が連
通する多孔質焼結層と熱伝性ベース材とを層状に
被着して成ることを特徴とする。また、この多孔質焼結層の表面には更に黒色層
を形成するのが好ましく、この黒色層は黒色染料
で染めて形成しても、黒色に塗装しても形成でき
る。このように表面に黒色層を形成すると、熱放
射や熱吸収等の熱的特性を大巾に向上させること
ができる。また、この放熱材料においては表面の多孔質焼
結層はAl若しくはその合金粉末粒子の焼結体か
ら構成し、この焼結体の厚さは0.5〜2.0mm、とく
に、0.7〜1.5mm程度にするのが好ましい。また、焼結体として構成する場合は、金属粒子
としては30〜250メツシユ程度のものが好まし
く、更に、多孔質焼結層の連通孔の占める割合
（以下、孔隙率という）は20％以上、とくに30〜
50％、なかでも35〜45％が好ましい。以下、本発明について詳しく説明する。なお、第１図は本発明の一つの実施例に係る放
熱材料の一部を示す断面図であり、第２図は放熱
特性の測定方法の説明図であり、第３図は第２図
のＤ部分の拡大断面図である。まず、第１図において符号１は熱伝導性ベース
材を示し、この熱伝導性ベース材はAl若しくは
その合金か、ステンレス鋼から構成し、このベー
ス材の表面に多孔質焼結層２を被着する。この多
孔質焼結層２は第１図に示す通り金属粉末の焼結
体から構成しても、Al若しくはその合金から構
成でき、金属粒子２ａを粉末冶金法により被着し
て成る焼結体の場合は、粒子２ａとしてはAl若
しくはその合金粉末で、粒度が20〜250メツシユ
のものが好ましい。この理由は２０メツシユより
大きくしても放熱性がそれほど向上せず、かえつ
て、周囲の空気の熱対流が損なわれて放熱効率が
低下するからであり、また、250メツシユより小
さいと伝熱材料としての効果が失なわれるからで
ある。また、多孔質焼結層２において各金属粒子２ａ
の間には空隙２ｂが存在し、これら空隙２ｂが互
いに連通していることが必要であり、この際の孔
隙率は20％以上、好ましく30〜50％、なかでも35
〜45％が好ましい。すなわち、放熱時には、加熱媒体によりベース
材１が加熱され、その熱の一部は各金属粒子２ａ
に流れる。従つて、連通する空隙２ｂを通つて侵
入する空気はベース材１に接触して加熱されると
同時に、各空隙２ｂの通過の間に金属粒子２ａの
表面と接触して加熱される。このため、加熱空気
は膨張してベース材表面や金属粒子表面から離
れ、多孔質焼結層２の表面に移行するにしたがつ
て密度は序々に小さくなり、更に、表面から所定
の離間したところで加熱されない空気と密度が一
致した状態になる。また、この加熱空気の挙動と
対応して加熱されない空気、つまり冷気が空隙２
ｂに入り、要するに、連通する空隙２ｂを介して
加熱空気と冷気が流動し、所謂平板状のものの表
面の自然対流と相違して、空隙２ｂがあたかもパ
イプ的役割を果して、放熱時の熱移動を規制し、
放熱効果が向上する。この場合、放熱交率はこの
空隙２ｂによる熱移動の規制によつて決まり、こ
の点からは少なくとも孔隙率は20％は必要であ
り、好ましくは30〜50％、とくに、35〜45％が必
要である。また、この空気による熱移動が円滑に行なわれ
るのには、多孔質焼結層２があまり厚くない方が
好ましく厚さは0.5〜２mm、とくに、0.7〜1.5mm程
度が好ましい。なお、この孔隙率の大きい多孔質焼結層２を、
Al若しくはその合金粒子から構成する場合は粒
径ならびに融点相違する２種のAl若しくはAl合
金粒子を混合して低融点のAl合金粒子のみが溶
融する状態で焼結するのが好ましい。このように
焼結すると、低融点のAl合金粒子は焼結時にお
いて、高融点のAl若しくはその合金粒子に対し
融着し、その間に空隙が形成される。また、焼結
条件は非酸化性雰囲気、とくに、水素等の還元性
雰囲気で行ない、ベース材上にそれらの混合粉末
を散布し、この状態で焼結させれば良い。また、上記構成の伝熱材料は主として、連通す
る空隙間の空気の流動を介して放熱が行なわれる
が、ベース材１から多孔質焼結層２の表面に伝熱
された熱は、表面に接触する空気によつて放熱さ
れる。この放熱は、通常の平板状材表面の放熱の
如く、自然対流であるが、表面が金属粒子から成
つて空気との接触面積が大きいため放熱量が多く
なる。また、多孔質焼結層の表面は例えば黒染するこ
とにより黒色層を形成することができる。すなわ
ち、黒色層の形成により熱吸収や熱放射が向上
し、放熱効果が高められる。また、この黒染処理
は、処理液中に浸せきして化学的に黒染めするこ
ともでき、黒鉛等を顔料とした塗料を20ミクロン
程度の厚さに吹付塗装することにより容易に焼結
層の空隙を詰ますことなく黒染することもでき、
更に、ベース材自体も黒染して熱的特性を向上さ
せることも出来る。次に、実施例について説明する。実施例１まず、粒度−10〜＋60メツシユ、−60〜100メツ
シユ、100〜200メツシユ、150〜250メツシユ、−
250メツシユの５種の混合粉｛Al粉（以下、ベー
ス粉とする。）に対しこのAl粉より融点が40℃程
度低いAl合金粉（以下、低融点合金粉という。）
を混合しその混合比率は多孔質焼結層の孔隙率に
よつて変化させた。｝を厚さ0.5mmのアルミニウム
板上に散布し、この状態で水素ガス雰囲気中で温
度620〜630℃のもとで焼結した。この結果、これら５種の放熱材料について多孔
質焼結層の孔隙率は35〜45％、厚さは0.7mmとし
て、熱伝達係数を求めたところ第１表の通りであ
つた。なお、熱伝達係数は第２図ならびに第３図に示
す装置によつて求めた。すなわち、２枚の放熱材料の間にヒーター３を
狭み、ヒーター３の両面との間はシリコン系接着
剤９を充填して接着し、ヒーター３への入力はス
ライダツク８より可変した。また、放熱材料の表
面には熱電対４を接触させ、記録計７によつて表
面温度Twを計測して記録し、その測定の際の風
の影響をさけるため、周囲はビニール幕６によつ
て包囲し、内部の温度（Ｔ∞）は温度計５にて測
定した。また、熱伝達率ｈ〔Ｗ／m²℃〕は表面温度
（Tw）と気温（Ｔ∞）とから、ｈ＝ｑ／Ｔｗ−Ｔ∞ ……(1) として求めた。また、上記式のｑは単位時間における単位面積
当りのエネルギの流れを示す熱流束であつて、熱
流束ｑは、ｑ＝Ｗ／２Ｓ＝ＶＡ／２Ｓ ……(2) Ｗ：ヒーターの電力Ｓ：放熱板及びヒーターの面積Ｖ：ヒーターの印加電圧Ａ：ヒータに流れる電流から求めた。

【表】実施例２実施例１と同様に−60〜100メツシユの混合粉
を用いて厚さ0.7mmの多孔質焼結層を形成し、そ
の孔隙率を15％、20％、30％、35％、40％、45
％、50％、55％と変化させ、これら放熱材料の電
伝達率を実施例１と同様に求めたところ、第２表
の通りの結果が得られた。

【表】実施例３実施例１と同様に−60〜100メツシユの混合粉
を用いて孔隙率40％の多孔質焼結層を形成し、こ
の結焼層の厚さは0.4mm、0.7mm、0.9mm、1.2mm、
1.5mm、2.1mmに変化させて、実施例１と同様に熱
伝達率を求めたところ、第３表の通りであつた。

【表】実施例４第１表に示す種別５の放熱材料の上に更に黒染
により黒色層を形成し、この材料に対し、表面に
多孔質焼結層を被着されることのないアルミニウ
ム板を用いて、第２図ならびに第３図に示す通り
ヒーターで加熱し、この際の表面温度の推移を求
めたところ、第４図に示す通りの関係が得られ
た、この第４図においてイは種別５の放熱材料の
表面に黒色層を形成したもの、ロはアルミニウム
板のみの場合を示し、イとロの曲線から明らかな
通り、印加電圧が50、80、100Vの場合、それぞ
れの表面温度は７℃、17℃、33℃の降下を示し、
放熱効果が向上していることがわかる。なお、第
４図においてＡ，Ｂ，Ｃはそれぞれヒーターへの
印加電圧50V、80V、100Vの場合を示しており、
各場合は表面温度が平衝に達したときに電圧を切
り換えた。実施例５ベース材としてステンレス鋼板（厚さ0.5mm、
18−８オーステナイト系）の上に孔隙率40％の多
孔質焼結層（−20〜100メツシユの混合粉で厚さ
0.7mm）を形成したものと、同材質のステンレス
鋼とについて上記のところと同様に表面温度を測
定したところ第５図の通りの結果が得られた。第
５図においてハは表面に多孔質焼結層を有するも
の、ニはステンレス鋼板のみの場合を示すが、こ
の場合も、第４図と同等の結果が得られた。すな
わち、印加電圧が50、80、100Vの各場合にそれ
ぞれ16℃、29℃、30℃の温度降下を示し、放熱性
が向上していることがわかる。以上、詳しく説明したように、本発明において
は、ベース材上に金属多孔質焼結層を被着形成
し、この焼結層の各空隙は互いに連通され、しか
も、孔隙率、厚さ、粉末粒子の寸法が適正範囲内
にあるため、放熱性が大巾に向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一つの実施例に係る放熱材料
の断面図、第２図は放熱性能の測定態様を示す説
明図、第３図は第２図中Ｄ部の拡大図、第４図な
らびに第５図は放熱時の表面温度の推移を示すグ
ラフである。符号１……熱伝導性ベース材、２……多孔質焼
結層、２ａ……金属粒子、２ｂ……空隙、３……
ヒーター、４……熱電対、５……温度計、６……
ビニール幕、７……記録計、８……スライダツ
ク、９……シリコン系接着剤。

Claims

【特許請求の範囲】１ Al若しくはその合金の粉末粒子が焼結され
て一体化され、この粉末粒子間に、孔隙率35〜45
％でしかも互いに連通するよう、空隙が存在し、
更に、厚さが0.7〜1.5mmである多孔質焼結層と、
熱伝性ベース材とを層状に被着して成ることを特
徴とする放熱材料。２ Al若しくはその合金の粉末粒子が焼結され
て一体化され、この粉末粒子間に、孔隙率35〜45
％でしかも互いに連通するよう、空隙が存在し、
更に、厚さが0.7〜1.5mmである多孔質焼結層と、
熱伝性ベース材とを層状に被着し、更に、この多
孔質焼結層上に黒色層を形成して成ることを特徴
とする放熱材料。