WO2005067036A1

WO2005067036A1 - ヒートシンク

Info

Publication number: WO2005067036A1
Application number: PCT/JP2005/000120
Authority: WO
Inventors: Mitsuo Honma
Original assignee: Jisouken Co., Ltd.
Priority date: 2004-01-07
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2005-07-21
Also published as: TW200527619A; HK1100831A1; CA2552592A1; JP4053568B2; US20090195990A1; KR20060126676A; JPWO2005067036A1; TWI381494B; EP1703556A4; EP1703556A1; KR100997765B1; CN1922729A; CN100511656C; AU2005204184A1; AU2005204184B2

Description

明細書

ヒートシンク

技術分野

[0001] 本発明は、ヒートシンクに関する。さらに詳しくは、主に半導体素子上に設置され、半導体素子の内部で発生する熱を流動する気体'液体に吸収させることによって半導体を冷却したり、その他、熱交換素子としての種々の用途に用いられるヒートシンクの技術分野に属する。

背景技術

[0002] 半導体素子は、性能の向上に伴い発熱量を増大させてきた。半導体の温度が上昇すると半導体自体の性能が低下し、特に接合部が高温になると寿命が短くなり、ひどい場合には破損する恐れさえある。そこで、 PCの CPU等には、半導体内部の熱を周囲の冷たい空気に拡散して冷却するためのヒートシンクが用いられてきた。

[0003] 従来のヒートシンクは、半導体素子を効率的に冷却するため、一般に、表面の形状等を工夫し、表面積を大きくして放熱性能を向上させている。

[0004] 例えば、（特許文献 1)には、複数の孔を有する板状のベース部に、同様に複数の孔を有する柱状のフィンが立設されたヒートシンクが開示されている。

この技術は、複数の孔を設けて表面積を大きくすることにより放熱性が高められているが、ダイカスト法や引抜き法により製造されるため、手間がかかり、また製造コストが高いという欠点があった。

[0005] 一方、（特許文献 2)には、半導体素子とリードとが電気的に接続されて封止されたノッケージの上部に金属板を設け、その金属板の上部に金属細線製のコイル形放熱器が搭載された半導体装置が記載されている。これによれば、コイルを放熱フィンとするため安価に製造できるという利点がある。

[0006] し力しながら、上記 (特許文献 2)の発明は、コイルと金属板とが点接合であるため、金属板からコイルへの熱伝導が十分でなぐ全体の放熱性能が低いという問題があつた。また、コイルの占める空間体積が大きいため金属板上に密に搭載することができず、そのため大きな放熱量が得られな、と、う問題もあった。 [0007] 特許文献 1：特開平 08— 330483号公報

特許文献 2：特開平 06— 275746号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] そこで本発明は、上記従来の状況に鑑み、コストが安く効率的に製造でき、また放熱性にも優れた新規なヒートシンクを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0009] 上記課題を解決するため、本発明のヒートシンクは、金属線材がコイル状に卷回されて卷回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する卷回単位が相互に位置ずれして空隙部及び接触部を有するフィンと、前記フィンを設ける熱伝導性の基板とを備えたことを特徴とする。

[0010] 上記構成によれば、コイル状の金属線材を利用して表面積の大きいヒートシンクが容易に得られる。また、卷回単位の密着している部位を介してフィンの全体に熱が伝導し、放熱性能が向上する。さらに、フィンには通気可能な隙間が形成される。なお、ここでコイル状とは、円形に巻いたものに限定されるものではなぐ三角形や四角形等の多角形、楕円形あるいは星形等の種々の形状を含んだものをいう。また、ここでいう熱伝導性の基板とは、放熱が要求される半導体装置等の基板をも含んだものをいう。

[0011] また、本発明は、上記のヒートシンクにおいて、接触部が熱的結合されていることを特徴とする。

[0012] 上記構成によれば、接触部が熱的に結合しているため熱伝導が速や力となり、フィンの全体に熱が伝導しやすくなる。なお、ここで熱的結合とは、接触部での熱伝導を損なうことなく固定することをいい、半田付け、半田メツキ、接着剤、粘着剤等の接着手段や、振動溶接、フラッシュ溶接等の接合手段により熱的結合が行なわれる。

[0013] また、本発明は、上記いずれかのヒートシンクにおいて、コイル状の金属線材力右巻きに卷回されるコイル状の金属線材及び左巻きに卷回されるコイル状の金属線材が相互に位置ずれして組み合わさったものであることを特徴とする。

[0014] 上記構成によれば、金属線材が密集して密に形成され、熱伝導性が向上し、放熱性能も向上する。また、右巻きと左巻にそれぞれ卷回される金属線材同士が良好に絡み合うため、形態の安定性が付与される。

[0015] また、本発明は、上記いずれかのヒートシンクにおいて、フィンが基板に対して立設されたことを特徴とするヒートシンク。

[0016] 上記構成によれば、基板上にフィンが起立した状態で配列し、全体の表面積が大きくなると共に、フィンに形成された隙間を介して基板の表面上が通気可能となる。また、扁平な面の端部 (フィンと基板との接触部分)は、金属線材が密集して密度が高いため、基板力熱が伝導する際の熱抵抗が低くなる。

[0017] また、本発明は、上記いずれかのヒートシンクにおいて、フィンが基板に設けられた溝に対して立設されたことを特徴とするヒートシンク。

[0018] 上記構成によれば、フィンが基板に対して確実に固定されるとともに、フィンと基板との接触面積が増大するため、基板とフィンとの間の熱伝導が速やかに行なわれる。

[0019] また、本発明は、上記のヒートシンクにおいて、フィンが溝に対して熱的結合されたことを特徴とするヒートシンク。

[0020] 上記構成によれば、フィンが基板に設けられた溝に対して接触部が熱的に結合しているため熱伝導が速や力となり、フィンの全体に熱が伝導しやすくなる。なお、ここで熱的結合とは、接触部での熱伝導を損なうことなく固定することをいい、半田付け、半田メツキ、接着剤、粘着剤等の接着手段や、振動溶接、フラッシュ溶接等の接合手段により熱的結合が行なわれる。

[0021] また、本発明は、上記のヒートシンクにおいて、フィンの扁平な面が熱伝導性の基板に対して平行となるように設けてなることを特徴とする。

[0022] 上記構成によれば、表面積が大きぐ全体に薄型に形成されたヒートシンクが得られる。なお、ここでコイル状とは、円形に巻いたものに限定されるものではなぐ三角形や四角形等の多角形、楕円形あるいは星形等の種々の形状を含んだものをいう。

[0023] また、本発明は、上記のヒートシンクにおいて、フィンと基板との間に空隙を形成し、前記空隙にフェライト粉末を充填したことを特徴とする。

[0024] 上記構成によれば、表面積が大きくなつて放熱性が向上すると共に、フライト粉末によって電磁波が吸収される。なお、ここでいうフェライトには、いわゆるソフトフェライト、ハードフェライト、及びその混合物が含まれる。

[0025] また、本発明は、コイル状に卷回されるコイル状の金属線材が扁平に形成され、隣接する卷回単位が相互に密着されたフィン力もなるヒートシンクである。

[0026] 上記構成によれば、放熱が要求される面に対して、直接に取り付け可能なフィンが提供される。なお、ここでコイル状とは、円形に巻いたものに限定されるものではなぐ三角形や四角形等の多角形、楕円形あるいは星形等の種々の形状を含んだものをいう。

[0027] また、本発明は、コイル状に卷回されるコイル状の金属線材が扁平に形成され、隣接する卷回単位が相互に密着されたフィンを、粘着剤層を設けた基材フィルムに備えてなるラベル状のヒートシンクである。なお、ここでコイル状とは、円形に巻いたものに限定されるものではなぐ三角形や四角形等の多角形、楕円形あるいは星形等の種々の形状を含んだものを、う。

[0028] 上記構成によれば、放熱が要求される面に対して貼着可能なラベル状 (長尺状のの場合にはテープ状)のヒートシンクが得られる。

[0029] また、本発明は、上記のいずれか記載のヒートシンクにおいて、金属線材の表面に

、フェライトを含む塗膜を形成したことを特徴とする。

[0030] 上記構成によれば、表面積が大きくなつて放熱性が向上すると共に、フライト粉末によって電磁波が吸収される。なお、ここでいうフェライトには、いわゆるソフトフェライト、ハードフェライト、及びその混合物が含まれる。

[0031] さらに、本発明は、上記いずれかのヒートシンクにおいて、金属線材が、アルミ-ゥムもしくはその合金であり、表面に陽極酸ィ匕皮膜処理が施されていることを特徴とする。

[0032] 上記構成によれば、金属線材として、熱伝導性が高くかつ低コストな材質が選択される。また、表面処理により耐蝕性が付与される。

[0033] また、本発明は、上記いずれかのヒートシンクにおいて、金属線材が、耐蝕性の金属であることを特徴とする。

[0034] 上記構成によれば、腐蝕性ガスが存在するような環境等に好適に使用されるヒートシンクが得られる。なお、耐蝕性の金属とは、酸、アルカリ等によって容易に侵されない金属をいい、具体的には、チタン及びその合金、ステンレス等が含まれる。

[0035] さらに、本発明は、上記いずれかのヒートシンクにおいて、金属線材の表面に、熱放射性の塗膜を形成したことを特徴とする。

[0036] 上記構成によれば、フィンによる放熱がさらに促進される。なお、熱放射性の塗膜とは、カーボンブラック等の熱放射効果を有する顔料を含んだ塗料によって形成された塗膜をいう。

発明の効果

[0037] 本発明によれば、コイル状に卷回された金属線材を有効利用することにより、従来のような複雑な切削加工等を必要とせず、大きい表面積を有し、したがって放熱性能が高、ヒートシンクを低コストに得ることができる。

[0038] 特に、金属線材を扁平に形成し、隣接する卷回単位を相互に密着させたため、フィンの全体に熱が速やかに伝導し、放熱性能を向上させることができる。また、扁平なフィンの場合には、基板に配列させる際に高い密度で設置することができる。さらに、フィンには通気孔として機能する空隙部が形成されるため、空気等の流路を確保することがでさる。

図面の簡単な説明

[0039] [図 1]本発明の実施の形態（1)に係るヒートシンクの斜視図である。

[図 2]フィンを示す図である。

[図 3]本発明の実施の形態（2)に係るヒートシンクに用いるフィンを示す図である。

[図 4]別の形態のフィンの製造方法を示す図である。

[図 5]別の形態のフィンの製造方法を示す図である。

[図 6]本発明の実施の形態（2)〖こ係るヒートシンクの長手方向の断面を示す拡大図である。

[図 7]本発明の実施の形態（2)〖こ係るヒートシンクの幅方向の断面を示す拡大図である。

[図 8]本発明の実施の形態（2)〖こ係るヒートシンクの別の例を示す幅手方向の断面を示す拡大図である。

[図 9]本発明の実施の形態（2)〖こ係るヒートシンクの別の例を示す幅手方向の断面を示す拡大図である。

圆 10]本発明の実施の形態（3)に係るヒートシンクの斜視図である。圆 11]本発明の実施の形態 (4)に係るヒートシンクの斜視図である。圆 12]本発明の実施の形態（5)に係るヒートシンクの斜視図である。圆 13]本発明の別の実施の形態に係るヒートシンクの斜視図である。

[図 14]本発明のヒートシンクの用途の一例を示す図である。

[図 15]ヒートシンクの用途の一例である熱交換素子を示す図である。

[図 16]図 15の C-C断面を示す拡大図である。

[図 17]本発明のヒートシンクの用途の一例を示す図である。

[図 18]本発明のヒートシンクの用途の一例を示す図である。

[図 19]本発明のヒートシンクの用途の一例を示す図である。

[図 20]本発明のヒートシンクの用途の一例を示す図である。

[図 21]図 20の D— D断面を示す拡大図である。

符号の説明

1 ヒートシンク

10 基板

100 溝

101 空隙

11 フィン

11a, l ib 卷回単位

l lc、 l id 端部

l ie 中央部

111 扁平な面

112 空隙部

113 接触部

12、 13 金属線材

16 はんだ

17 熱伝導性接着剤フェライト粉末半導体装置空調換気扇筐体吸気ファンモーター吸気通路排気通路熱交換素子建物壁

内壁外壁間隙通気ノ、部屋空気太陽光床下収納部床材枠部材壁部材ガスレンジ気装置フード体排気ダクト排気ファン油のミスト'蒸気 57 ポケット

6 太陽熱温水器

61 貯湯部

62 集熱部

63 給水管

64 管

65 出水管

66 透明部材

67 断熱材

発明を実施するための最良の形態

[0041] 以下、本発明を詳細に説明する。

まず、本発明の実施の形態（1)について図 1一 2に基づき説明する。図 1のヒートシンク 1は、基板 10に複数の溝 100を形成し、その溝 100に沿うように、コイル状に卷回された金属線材カゝら作製するフィン 11を配列させることによって概略構成されている。なお、図 1では、図の煩雑を避けるために、フィン 11を 1列のみ描き、他の列については一部省略している。

[0042] フィン 11は、コイル状に卷回された金属線材を、扁平に形成することによって作製されている。このとき、隣接する一巻き一巻きの卷回単位 l la、 l ib力相互に密着するようにする。これにより密着した接触部 113を介して熱がフィン 11全体に速やかに伝導する。また、コイル状の金属線材であるために、フィン 11の表面積が大きくなり、したがって高い放熱性能を得ることができる。

[0043] また、図 2に示すように、フィン 11は、コイル状に卷回された金属線材から形成するゆえに、扁平な面 111の端部 l lc、 l idが、金属線材が密集して密度が高くなつている。したがって、基板に配列させたときに、基板 10とフィン 11との間の熱抵抗が小さくなり、熱が速やかに移動する。

[0044] また、図 1の例では、溝 100に沿ってフィン 11を挿入している。そして、フィン 11は、熱伝導性の基板 10に対してフィン 11の扁平な面 111が垂直となるように立設されている。また、フィン 11には隙間が形成されており、この隙間が空気等の流れる空隙部 112として機能している。したがって、冷却ファン等を用いて基板上に空気等を十分に送り込むことができ、発生した熱を速やかに除去することができる。

[0045] コイル状に卷回された金属線材を扁平に形成するには、圧延等の公知の手段により押し潰す等して行うことができる。また、一方向に送られるコイルを連続的に圧延して、長尺状のフィン 11を得ることもできる。このとき、隣接する卷回単位 l la、 l ibが相互に適切に密着するように、圧延の圧力、圧延する角度等を適宜設定することが好ましい。なお、コイルを連続的に圧延すると、強度等の関係でコイルが伸びてしまい不適当な場合がある。このような場合には、例えば、左巻きコイルと右巻きコイルとを同軸に組み合わせ (絡み合わせ）、その組み合わせた状態で圧延すると乱れがなく良好に押し潰すことができる。

[0046] 基板 10としては、熱伝導性の高い材質を適宜選択して用いることができる。具体的には、アルミニウム、銅、銀、金等の金属材料、もしくはこれらとニッケル、マグネシゥム、亜鉛、ケィ素等との合金、あるいは炭素材料等を挙げることができる。

[0047] 基板 10上の溝 100は、平板状の基板の表面に切削加工を施すことによって形成することができる。また、ダイキャスト法、押出成形等により、溝 100が形成された基板 10を直接製造することもできる。なお、溝 100のピッチ、形状等は、要求される放熱性能や、フィン 11の大きさ等に応じて適宜設定することができる。

[0048] フィン 11についても、上記基板 10の場合と同様に種々の材質力も構成することができる。具体的には、アルミニウム、銅、銀、金等の金属材料、又はこれらとニッケル、マグネシウム、亜鉛、ケィ素等との合金等を挙げることができる。特に、アルミニウム系の材料は、熱伝導性が高くかつ低コストであるため好適に用いられる。

[0049] また、フィン 11の金属線材の材質として、耐蝕性の金属を用いることもできる。ヒートシンクの用途によっては、腐食しやすい環境で使用される場合があるため、そのような場合に適している。耐蝕性の金属の例としては、チタン、及びその合金、ステンレス等が挙げられる。

[0050] フィン 11を構成する金属線材には、必要に応じて、熱伝導性、耐蝕性を高めるために表面処理を施すことができる。具体的には、銅めつき、銀めつき等が挙げられる。また、アルミニウム又はその合金を素材とする場合には、表面に陽極酸ィ匕皮膜処理 (ァルマイト処理)を施すことが好ましい。これにより、耐蝕性が向上するとともに、卷回単位 l la、 l ibの相互に密着する接触部 113の熱抵抗が低下し、全体の放熱性をさらに高めることができる。処理の方法は、既知の工程を採用することができ、具体的には、処理物を陽極として、シユウ酸や硫酸、リン酸等の液中で電解を行うことにより酸化皮膜を形成することができる。なお、陽極酸ィ匕皮膜処理には、いわゆる白色アルマイトと黒色アルマイトとがある力いずれも適用可能である。

[0051] また、金属線材の表面には、必要に応じて、フェライトを含む塗膜を形成することもできる。これにより、フェライトが電磁波吸収能を有するため、全体として電磁波を効果的に吸収するヒートシンクを得ることができる。特に、フィン 11の表面は、金属線材力も構成するがゆえに凹凸形状であるため、電磁波が乱反射されて、電磁波吸収の効果が相乗的に大きくなる。

なお、フェライトとしては、軟磁性フェライト (ソフトフェライト）と、硬磁性フェライト (ハードフェライト）とが知られているが、いずれか一方を用いても良いし、複数種を混合して用いても良い。また、フェライトを分散させるバインダーとしては、特に限定されることなぐアクリル榭脂、シリコーン榭脂等の一般的な物質を用いることができる。

[0052] さらに、金属線材の表面には、必要に応じて、フィン 11中を伝導する熱を速やかに外部へ放熱するために、熱放射性の塗膜を形成することができる。

このような塗膜は、熱放射効果を有する種々の顔料を含有させた塗料から形成することができる。顔料の例としては、カーボンブラック、アルミナ、ジルコユア、チタ二了、シリカ、ジノレコン、マグネシア、イットリア（Y O )、コージライト（2MgO' 2Al O - 5Si

2 3 2 3

O )、チタン酸アルミニウム (Al O -TiO )等を挙げることができる。これらは、いずれ

2 2 3 2

かを単独で用いても良いし、複数を複合して用いても良い。また、塗料中の顔料の量は、所望の熱放射性に応じて適宜設定することができ、一般には塗膜の乾燥質量に対して 10— 90質量％程度が適当である。また、バインダーとしては、熱によって劣化し難い物質が好ましぐ例として、アクリル榭脂、シリコーン榭脂、ウレタン榭脂、ポリエステル樹脂、フッ素榭脂等が挙げられる。

なお、熱放射性の塗膜の厚さは、 1一 50 mが適当である。 1 μ m未満であると、熱放射効果が小さくなり好ましくない。 [0053] そして、フィン 11の径 (扁平な面 111の幅）は、特に限定されることなぐ要求される放熱性能に応じて適宜設定することができる。一般には、径が大きくなると表面積が増加し、放熱性が向上する。具体的には、製造したヒートシンクの用途によっても異なるが、数 mm—数 cm程度が適当である。

[0054] 上記のフィン 11は、基板 10の溝 100に沿って配列させ、基板 10に対して固定する力その際には熱伝導性を損なわないことを条件として種々の手段を採用することができる。例えば、はんだを用いて固定することができる。このとき、フィン 11を構成する金属線材の断面形状が円形であるので、四角形状の溝 100との間に空隙が形成される。この空隙にはんだを供給すると、毛細管現象によりフィン 11の表面に沿ってはんだが拡がり、確実な固定が行われて、基板 10からフィン 11への熱の移動が円滑になる。

[0055] また、別の固定手段として、熱伝導性接着剤を用いることもできる。熱伝導性接着剤の例としては、金、銀、ニッケル等の金属粉、アルミナ、窒化アルミナ、窒化ケィ素、カーボン粉等を、エポキシ榭脂、シリコーン榭脂、アクリル榭脂、ウレタン榭脂等のバインダーに配合したもの等を挙げることができる。

その他、例えば、基板 10を波型に形成しておき、その波の谷となる部分にフィン 11 を配置し、その後に全体を機械的に力しめることにより、谷の部分にフィン 11を挟み込んで固定しても良い。

[0056] なお、上記実施の形態（1)では、基板 10に形成した溝 100に沿ってフィン 11を配列させているが、溝を形成せずに、平板上の基板に対してフィンを直接固定したり、あるいは基板とフィンとの間に熱伝導性の層を介しても良!、。

[0057] また、図 1では、基板 10の溝 100に対してフィン 11を垂直に立設させている力これに限られることなぐ平板上の基板に対して直接フィン 11を垂直に立設させても良い。また、基板 10に対して斜め等になるように設けても良い。例えば、ヒートシンクの上に冷却ファンを取り付ける場合、冷却ファンからの通風の方向を考慮して、最も冷却効果が高くなるように、フィン 11の角度や、配置方法を設定することができる。

[0058] さらに、上記実施の形態（1)では、コイル状に卷回される金属線材を、押し潰す等して扁平に形成している力これに限定されるものではない。すなわち、隣接する卷回単位 l la、 l ibが相互に密着することを条件として、例えば、コイル状の金属線材を、その長さ方向の端面が湾曲（三日月形など）になるように押し潰したり、端面が多角形等になるよう成形する等して異形面に形成することができる。

[0059] なお、上記のヒートシンク 1を半導体等に設置する場合には、半導体等からヒートシンク 1への熱伝導を妨げな！/ヽように、上述の熱伝導性接着剤等を介して設置することが好ましい。

[0060] 続いて、本発明の実施の形態（2)について説明する。図 3に示すように、フィン 11 は金属線材 12、 13がコイル状に卷回されて卷回単位が形成されるとともに全体が扁平に連続形成され、各卷回単位 l la、 l ibが相互に幅方向と長手方向に位置ずれして交差して、空隙部 112と接触部 113を形成する。特に、各卷回単位 l la、 l ibが相互に位置ずれしているため多数の空隙部 112 (112a、 112b, · · ·、 112η)及び接触部113 (113&、 1131)、 ' ' '、 113η)が形成される。そして、金属線材 12、 13とが扁平に形成されているため、各卷回単位が相互に接触した接触部 113の接触面積が大きくなる。

[0061] 具体的には、図 4に示すように左巻きに卷回されたコイル状の金属線材 12と、右卷きに卷回されたコイル状の金属線材 13とが組み合わされる。そして、図 5に示すように、圧延等の手段により各金属線材 12、 13を扁平に形成することによって、フィン 11 が得られる。この加圧の際には、金属線材 12, 13の帯形の中心部分が内側（重合わせの内部側）に折曲げられるとともに、金属線材 12, 13の重合わせの表側の部分が圧潰されて中心部分に扁平な面 111が形成される。また、外側に突出している金属線材 12, 13の中心部分が内側に折曲げられて厚さが削減され、端部 l lc、 l idに金属線材が複雑に錯綜した凹凸構造が形成される。

[0062] このように製造されたフィン 11では、金属線材 12の卷回単位 11a及び金属線材 13 の卷回単位 l ibが隣接し、相互に密着している。そして、フィン 11には、隣接した卷回単位 1 la、 1 lbが相互に位置ずれして空隙部 112及び接触部 113が形成されている。具体的には、隣接する卷回単位 l la、 l ibが幅方向に長さ m、長手方向に長さ nの距離だけ位置ずれしている。幅方向の位置ずれの長さ mは、金属線材 12、 13の直径 dに対して 0.5— 2倍が好ましい。幅方向の位置ずれの長さ mが金属線材 12、 1 3の直径 dに対して 2倍以上の場合には、フィン 11の端部 l lc、 l idにおける金属線材の密度が低くなることがある。また、幅方向の位置ずれの長さ mが金属線材 12、 1 3の直径 dの 0.5倍未満の場合には、金属線材の重なりが大きく圧延等の手段により扁平に形成する際の成形性が低くなることがことがある。また、長手方向の位置ずれの長さ nは、卷回単位 l la、 l ibの長手方向の直径 kに対して 0. 3-0. 7倍が好ましぐ 0. 4-0. 6倍が特に好ましい。

[0063] フィン 11は、それぞれ異なる向きに卷回されたコイル状の金属線材 12、 13が組み合わさっているため、金属線材 12、 13が密集して接触部 113が密に形成され、熱伝導性が向上し、放熱性能も向上する。また、左巻きおよび右巻きの金属線材 12、 13 が絡み合うため、フィン 11の形態が安定し、コイルを連続的に圧延する際に強度等の関係でコイルが伸びてしまうことがない。

[0064] なお、各卷回単位 l la、 l ibが相互に接触した接触部 113は、半田付け、半田メッキ、接着剤、粘着剤等の接着手段や、振動溶接、フラッシュ溶接等の接合手段を用 V、て接触した線材同士が離れな、ように固定することで、伝熱抵抗を減少させるための熱的結合を行なうことができる。接触部 113が固定されることで、各卷回単位 l la、 l ibの相互の密着が確実に行われ、フィン 11全体の機械的安定性が向上し、また接触部 113を介した熱伝導性も向上する。

[0065] 上記のフィン 11は、上記実施の形態（1)と同様に、図 1に示すように基板 10の溝 1 00に沿って配列させ、基板 10に対して固定する。図 6及び図 7は、それぞれ実施の形態（2)に係るヒートシンクの長手方向（図 1における A— A線）、及び幅方向（図 1における B— B線)の断面を示す拡大図である。基板 10に対して固定する際には熱伝導性を損なわなヽように接着、接合等の種々の手段を用いて熱的結合を行なうことができ、例えば、図 6、 7に示すように、フィン 11を基板に対して接着する方法としてはんだ 14を用いて固定することができる。このとき、フィン 11を構成する金属線材の断面形状が円形であるので、四角形状の溝 100との間に空隙 101が形成される。この空隙 101にはんだ 14を供給すると、毛細管現象によりフィン 11の表面に沿ってはんだ 14が拡がり、確実な固定が行われて、基板 10からフィン 11への熱の移動が円滑になる。特に、金属線材の扁平に形成されているので、フィン 11と溝 100の側面 1 02との接触面積が大きくなる。

[0066] また、図 6に示すように溝の深さ hは、金属線材の密度が高い端部 l idの幅方向の長さと同程度であることが好ましい。これにより、フィン 11と溝 100の側面 102との接触面積が大きくなる。端部 l idが溝 100からはみ出る場合には、フィン 11と基板 10との接触面積が十分でないことがある。また、端部 11cが十分に入り、フィン 11の中央部 l ieまで溝 100に収まる場合には、空気等が流れる空隙部 112が溝 100の中に収まるため、放熱性能が低下する場合がある。

[0067] また、別の接着手段として、図 8に示すような熱伝導性接着剤 15を用いることもできる。熱伝導性接着剤 15の例としては、金、銀、ニッケル等の金属粉、アルミナ、窒化アルミナ、窒化ケィ素、カーボン粉等を、エポキシ榭脂、シリコーン榭脂、アクリル榭脂、ウレタン榭脂等のバインダーに配合したもの等を挙げることができる。

[0068] その他、フィン 11を基板に対して接合する方法が挙げられる。例えば、図 9に示すように基板 10を波型に形成しておき、その波の谷となる部分にフィン 11を配置し、その後に全体を機械的に力しめることにより、谷の部分にフィン 11を挟み込んで固定しても良い。

[0069] 実施の形態（2)によれば、フィン 11は隣接する卷回単位 l la、 l ibが相互に位置ずれして空隙部 112と接触部 113を有するので、接触部 113を介して熱がフィン 11 全体に速やかに伝導することとなる。また、コイル状の金属線材 12、 13から形成されるために、平板等を用いたフィンと比較してフィン 11全体の表面積が大きくなり、した力て高い放熱性能を得ることができる。また、特に金属線材 12、 13の外気との接触面積が大きいため、空隙部 112が空気等の流れる通気孔として機能し、熱を速やかに外部へ放出することができる。

[0070] なお、上記実施の形態（2)では、フィン 11として、それぞれ異なる向きに卷回されたコイル状の金属線材 12、 13の 2本用いている力 2本に限定されることなぐ 3本以上のコイル状の金属線材を組み合わせることでフィン 11を構成することもできる。

[0071] 続いて、本発明の実施の形態（3)を図 10に示す。図 10のヒートシンク 1は、上記図 1の例と同様に、基板 10に複数の溝 100が形成され、その溝 100に沿って、フィン 11 が設けられている。 [0072] そして、この実施の形態（3)では、基板 10が湾曲し、溝 100が曲線状に形成されている。ここでフィン 11は、扁平な面 111に垂直な方向への可撓性に特に優れるため、曲線状の溝 100にも容易に追従させることができる。したがって、例えば、単一の半導体素子上ではなぐ離れた位置にある複数の半導体素子上に一連のヒートシンクを設ける場合等に適して、る。

[0073] フィン 11の材質等、その他の構成については上記実施の形態（1)に準ずる。なお、図 11に示すように、本発明におけるフィン 11は可撓性に優れるため、図 11の湾曲した基板 10に限らず、例えば複数の基板を同心円状に配置したり、渦巻状に形成した基板等に対しても良好に追従させることができる。

[0074] 次に、本発明の実施の形態 (4)を図 11に基づき説明する。図 11のヒートシンク 1は、コイル状に卷回された金属線材が扁平に形成され、隣接する卷回単位 l la、 l ib が相互に密着してヽるフィン 11を、扁平な面 111が熱伝導性の基板 10に対して平行となるように設けたことを特徴として、る。

[0075] この実施の形態 (4)にお、ても、コイル状の金属線材であるために表面積が大きくなり、それゆえ高い放熱性能を得ることができる。また、図 1の例に比べると、ヒートシンク全体を薄型に形成でき、狭いスペースに設置するのに適している。なお、フィン 1 1を基板 10に固定する際には、はんだ等の適宜手段を用いることができる。

[0076] 図 12には、本発明の実施の形態（5)を示す。図 12のヒートシンク 1は、上記実施の形態 (4)と同様に、コイル状に卷回された金属線材を扁平に形成して作製したフィン 11を、扁平な面 111が熱伝導性の基板 10に対して平行となるように設けて、る。

[0077] そして、この実施の形態（5)では、フィン 11を幅方向に湾曲させて基板 10との間に空隙を形成し、この空隙にフェライト粉末 14を充填したことを特徴としている。これによって、発生した熱を速やかに放散すると共に、フェライト粉末 14によって電磁波を吸収することができる。近年の半導体素子では、信号スピードの高速ィ匕によって、熱と電磁波の問題が大きくなつており、このヒートシンクによって両方の問題に対応することができる。

[0078] なお、フライト粉末 14には、さらにグラフアイト等の炭素粉末や、金属粉末等を配合することができる。 [0079] 上記実施の形態（1)一（5)に係るヒートシンクは、基板 10に対してフィン 11を設けることにより基本的に構成される力必要に応じて、基板 10を省略することもできる。

[0080] また、図 13に示すように、本発明に係るヒートシンクの別の形態として、コイル状に卷回される金属線材から形成されるフィン 11を、半導体装置 17の放熱が要求される面に直接取り付けることができる。そして、半導体装置 17の放熱が要求される面には、フィン 11を立設させて取付けるための溝 100を設けられている。フィン 11を溝 100 に取り付ける際には、上述のような熱伝導性の高い接着剤、半田等の接着手段、溶接、機械的力しめ等の接合手段を用いることが好ましい。

[0081] なお、上述のように溝 100にフィン 11を立設させて固定する方法以外にも、半導体装置 17に溝 100を設けることなく直接フィン 11を接合あるいは接着させることも可能である。また、上記実施の形態 (3)、（4)に準じて、半導体装置等の放熱が要求される面に対して、フィン 11の扁平な面 111が放熱が要求される面に対して平行となるように直接備えることも可能である。フィン 11を立設させる以外にも溝 100をさらに、取り付ける面とフィン 11との間を電気的に絶縁する必要がある場合は、熱伝導性接着剤に用いる添加剤として窒化アルミ等の高抵抗の物質を用いる。

[0082] また、基材フィルム、粘着剤層、及び使用時に取り外す剥離紙から構成されるラベルに対して、フィン 11を一体ィ匕させ、これによつてラベル状 (テープ状)の放熱用フィンを構成することができる。フィン 11は、基材フィルムの上に接着して設ける。このラベル状の放熱用フィンは、放熱が要求される面に対して、剥離紙を剥がすことにより簡単に設置できるため好ましい。なお、基材フィルムや粘着剤層は、金属から構成したり、上記窒化アルミ等の添加剤を含有させる等して熱伝導性を高くすることが好ましい。

[0083] また、上記実施の形態（1)一（5)に係るヒートシンクは、円形のコイル状に卷回された金属線材 12、 13を用いてフィン 11を構成している力円形に限定されることなぐ三角形や四角形等の多角形、楕円形あるいは星形等の種々の形状のコイル状に卷回された金属線材を用いることができる。

[0084] 以上のようなヒートシンクは、主に、冷却ファン等とともに CPU等の半導体素子上に設置されて素子に発生する熱を放散させるために使用されるが、その他にも、放熱性が求められる用途であれば適宜用いることができる。特に、本発明に係るヒートシンクは、非常に安価でかつ効率的に製造することができるため、比較的大面積の場所に設置するのに有利である。

[0085] 図 14は、本発明のヒートシンクを空調換気扇の熱交換素子に応用した例である。図 14に示すように、空調換気扇 2は、箱型の筐体 21内に、吸気ファン 22と排気ファン（図示せず）とが設置され、モータ 23によって駆動されるようになっている。そして、吸排気ファンによって吸気通路 24及び排気通路 25が形成され、 2つの通路が熱交換素子内で交差するようになって!/、る。

[0086] 図 15に示すように、基板 10によって層状に仕切られて、吸気通路 24と排気通路 2 5が交互に形成されている。そして、それぞれの基板 10にはフィン 11が設けられている。

したがって、図 16に示すように排気通路 25の気体の熱が速やかに吸気通路 24に移動して熱交換が効率的に行われる。その際に、フィン 11には空隙部 112が形成されているため、気体の流れを妨げることがない。なお、従来の熱交換素子は、ダンボ一ル等を層状に組み合わせることによって構成されており、本発明のヒートシンクによつて熱交換効率を大幅に高めることができる。

[0087] 次に、本発明のヒートシンクを部屋壁に設置する例について、図 17に基づき説明する。図 17に示すように、建物 3の壁 31は、部屋 32内に面する内壁 311と、外部に面する外壁 312の 2層構造となっており、 2つの壁の間には間隙 313が形成されている。内壁 311と外壁 312にはそれぞれ通気穴 314、 315が形成され、それによつて、部屋 32内と外部とが連通している。そして、間隙 313内には、フィン 11が外壁 312に対して設けられている。なお、図 17の場合には、外壁 312がそのまま熱伝導性の基板として機能しているが、別の場合として、通常の外壁に対して熱伝導性の基板を別途積層させ、その基板にフィン 11を設けても良い。また、内壁 311は断熱性を有することが好ましい。

[0088] 図 17の構造によれば、通気穴 315から、間隙 313及び通気穴 314を通って、外部力も部屋 32内へ空気 33が流入する。その際に太陽光 33の熱エネルギーがフィン 11 に伝わり、間隙 313内に放熱されて、空気 33が暖められ、暖房が行われる。なお、従来、部屋の壁の内部に間隙を形成し、その間隙を通じて空気を流入させる技術は知られている力その流入経路にフィンを設置して太陽光による自然暖房を行うものはなぐこの点において新規なものである。

[0089] 続いて、本発明のヒートシンクを床下収納に応用する場合について説明する。図 1 8は床下収納部 4の断面を表している。まず、床材 40には開口部 401が形成され、その開口部 401内には、枠部材 41を介して、壁部材 42が箱型に組み立てられ収納空間が形成されている。そして、壁部材 42の外側には、フィン 11が設けられている。

[0090] このような構造とすると、収納空間内の熱が速やかに床下に放熱され、熱がこもるのを防止することができる。なお、図 18では、壁部材 42が、フィン 11を設けるための熱伝導性の基板として機能している力別の場合として、通常の壁材の外側に熱伝導性の基板を別途積層させ、その基板にフィン 11を取り付けても良い。

[0091] 図 19は、本発明のヒートシンクを、ガスレンジ 51の上に設置する換気装置 52に備えた例である。換気装置 52は、フード体 53と排気ダクト 54とから概略構成されている。排気ダクト 54内には排気ファン 55が備えられており、ガスレンジ 52からの油のミスト •蒸気 56を含む空気が排気ダクト 54を通じて外部に排出されるようになっている。そして、基板 10とフィン 11とから構成されるヒートシンクがフード体 53の内側に設置されている。なお、フード体 53に備えられるフィルタ等は図示を省略している。

[0092] この例では、油のミスト'蒸気 56がフィン 11の位置まで達すると、熱を急速に奪われて液ィ匕する。液ィ匕した油は、ポケット 57に流れ込み、回収することができる。なお、基板 10には、液ィ匕させた油を下側に落としたり、ポケット 57側へ流し易くするため、貫通孔を形成したり、溝を形成することができる。

[0093] さらに、図 20及び図 21は、太陽熱温水器に応用する例である。図 20の太陽熱温水器 6は、貯湯部 61と、太陽光の熱エネルギーを受けて温水化させる集熱部 62とから概略構成されている。給水管 63を通じて貯湯部 61に供給された水は、集熱部 62 の内部に配置された管 64を通じて温水化されつつ循環し、貯湯部 61に貯められる。そして、出水管 65を通じて風呂その他に供給されるようになって、る。

[0094] 集熱部 62の内部は、図 21に示すように、上側にガラス等の透明部材 66が配置されて太陽光が通過可能となっており、その内部に熱伝導性の基板 10と、基板 10に設けられたフィン 11と、断熱材 67とが備えられている。フィン 11の部分が水が通過する管として機能し、水はフィン 11の空隙部 112を通じて移動可能となっている。

[0095] 上記の例によれば、太陽光の熱エネルギーが、基板 10からフィン 11を介して速やかに水に伝達され、効率的に温水を生成することができる。

なお、図 21の基板 10は、水を流す方向に沿うように直線的な形状であるが、例えば波形に形成することもできる。これによつて、水の乱流を生じ、熱伝達をより効率的に行うことができる。

[0096] その他、本発明のヒートシンクは上述の応用例に限定されず、様々な放熱用途、熱交換素子としての用途に適用することができる。

産業上の利用可能性

[0097] 本発明のヒートシンクは、半導体の冷却用のみならず、換気扇の熱交換素子等の様々な用途に利用することができる。

Claims

請求の範囲

[I] 金属線材カ Sコイル状に卷回されて卷回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する卷回単位が相互に位置ずれして空隙部及び接触部を有するフィンと、前記フィンを設ける熱伝導性の基板とを備えたヒートシンク。

[2] 請求項 1記載のヒートシンクにおいて、接触部が熱的結合されていることを特徴とするヒートシンク。

[3] 請求項 1又は 2記載のヒートシンクにおいて、コイル状の金属線材力右巻きに卷回されるコイル状の金属線材及び左巻きに卷回されるコイル状の金属線材が相互に位置ずれして組み合わさったものであることを特徴とするヒートシンク。

[4] 請求項 1又は 2記載のヒートシンクにおいて、フィンが基板に対して立設されたことを特徴とするヒートシンク。

[5] 請求項 3記載のヒートシンクにお! 、て、フィンが基板に対して立設されたことを特徴とするヒートシンク。

[6] 請求項 4記載のヒートシンクにお!、て、フィンが基板に設けられた溝に対して立設されたことを特徴とするヒートシンク。

[7] 請求項 5記載のヒートシンクにお!、て、フィンが基板に設けられた溝に対して立設されたことを特徴とするヒートシンク。

[8] 請求項 6記載のヒートシンクにお!、て、フィンが溝に対して熱的結合されたことを特徴とするヒートシンク。

[9] 請求項 7記載のヒートシンクにぉ、て、フィンが溝に対して熱的接合されたことを特徴とするヒートシンク。

[10] 請求項 1又は 2記載のヒートシンクにおいて、フィンの扁平な面が熱伝導性の基板に対して平行となるように設けてなるヒートシンク。

[II] 請求項 3記載のヒートシンクにおいて、フィンの扁平な面が熱伝導性の基板に対して平行となるように設けてなるヒートシンク。

[12] 請求項 10記載のヒートシンクにおいて、フィンと基板との間に空隙を形成し、前記空隙にフェライト粉末を充填したことを特徴とするヒートシンク。

[13] 請求項 11記載のヒートシンクにおいて、フィンと基板との間に空隙を形成し、前記空隙にフェライト粉末を充填したことを特徴とするヒートシンク。

[14] 金属線材カ Sコイル状に卷回されて卷回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する卷回単位が相互に位置ずれして空隙部及び接触部を有するフィン力なるヒートシンク。

[15] 金属線材カコイル状に卷回されて卷回単位が形成されるとともに全体が扁平に形成され、隣接する卷回単位が相互に位置ずれして空隙部及び接触部を有するフィンを、粘着剤層を設けた基材フィルムに備えてなるラベル状のヒートシンク。

[16] 請求項 14又は 15記載のヒートシンクにおいて、コイル状の金属線材が、右巻きに卷回されるコイル状の金属線材及び左巻きに卷回されるコイル状の金属線材が相互に位置ずれして組み合わさったものであることを特徴とするヒートシンク。

[17] 請求項 1、 2、 14、 15のいずれか記載のヒートシンクにおいて、金属線材の表面に、フェライトを含む塗膜を形成したことを特徴とするヒートシンク。

[18] 請求項 1、 2、 14、 15のいずれか記載のヒートシンクにおいて、金属線材が、アルミ -ゥムもしくはその合金であり、表面に陽極酸ィ匕皮膜処理が施されていることを特徴とするヒートシンク。

[19] 請求項 1、 2、 14、 15のいずれか記載のヒートシンクにおいて、金属線材が、耐蝕性の金属であることを特徴とするヒートシンク

[20] 請求項 1、 2、 14、 15のいずれか記載のヒートシンクにおいて、金属線材の表面に、熱放射性の塗膜を形成したことを特徴とするヒートシンク。