WO2016152824A1 - ヒートシンク及び電子機器 - Google Patents

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metal
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aluminum
heat
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西村　淳一
細江　晃久
知陽 竹山
健吾 後藤
英彰 境田
隼一 本村
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/20—Arrangements for cooling
    • H10W40/25—Arrangements for cooling characterised by their materials

Definitions

  • the present invention relates to a heat sink, and more particularly to a heat sink used for cooling a semiconductor element or the like used in an electronic device such as a personal computer or a mobile electronic device, and an electronic device using the heat sink.
  • heat sources such as CPUs, GPUs, chipsets, and memory chips
  • High performance is required.
  • a heat sink or a heat radiating sheet is attached to the surface of the heat source.
  • a metal block having a high thermal conductivity or a block shape having a large number of radiating fins is used.
  • a cooling fan may be used in order to improve heat dissipation, when it does so, the problem that an electronic device will enlarge will arise.
  • the demand for miniaturized mobile electronic devices has increased, and various improvements have been studied in order to enhance the heat dissipation performance of a heat sink by a natural convection cooling method capable of cooling in a small space.
  • Patent Document 1 in order to improve heat dissipation performance, a metal wire having high thermal conductivity such as aluminum or copper is knitted to form a knitted tape, which is wound and compression molded. There has been proposed a heat sink having a heat sink body composed of a thing.
  • the heat sink described in Patent Document 1 uses a main body formed by compressing and molding a metal wire material as a heat radiating part.
  • the apparent specific gravity of the heat radiating part is large, and as a result, the air flow also deteriorates, resulting in heat dissipation.
  • an object of the present invention is to provide a heat sink that has high heat dissipation performance even in the case of natural convection cooling and can be downsized.
  • the heat sink according to one embodiment of the present invention is: (1) having a main body part and a substrate thermally connected to the main body part;
  • the main body is a heat sink, which is a porous metal body having a three-dimensional network structure with a metal ratio of 2 volume% or more and 15 volume% or less.
  • a heat sink according to an aspect of the present invention is A main body, and a substrate thermally connected to the main body,
  • the main body is a heat sink, which is a porous metal body having a three-dimensional network structure with a metal ratio of 2 volume% or more and 15 volume% or less.
  • the surface of the skeleton of the porous metal body is preferably blackened. Thereby, the thermal emissivity from a heat sink main body is high, and cooling performance can be improved more.
  • the thermal emissivity of the surface of the skeleton of the porous metal body is 0.50 or more. Since the heat emissivity from the heat sink body is high, the cooling performance can be further improved.
  • the thickness of the metal porous body is preferably 5 mm or less. Accordingly, it is possible to provide a heat sink that can be used even in a small electronic device that requires cooling in a small space.
  • the porous metal body preferably has a pore diameter of 0.2 mm or greater and 4.0 mm or less. Thereby, it is possible to provide a heat sink excellent in heat dissipation performance even in a small electronic device that requires cooling in a small space.
  • the metal constituting the metal porous body is preferably aluminum, copper, nickel, iron, silver, gold, chromium, or tin. Since the said metal has high heat conductivity, cooling performance can be improved more by comprising a metal porous body with these metals.
  • An electronic device is an electronic device using the heat sink according to any one of (1) to (6). Thereby, the electronic device which can cool a heat generating source in a small space can be provided.
  • the heat sink according to the embodiment of the present invention has a main body portion and a substrate.
  • the main body is composed of a porous metal body having a three-dimensional network structure, and the metal ratio is 2% by volume or more and 15% by volume or less.
  • substrate are connected thermally.
  • the substrate is used in contact with a heat source. Thereby, the heat transmitted from the heat source to the substrate is transmitted to the main body through the substrate. Since the main body is made of metal and the skeleton has a three-dimensional network structure, heat is quickly transferred to the entire main body. Since the main body portion is a gap other than the metal skeleton portion, the heat transmitted to the main body portion is radiated from the entire skeleton surface.
  • substrate should just be excellent in thermal conductivity, and can use a metal thing preferably. By aligning the thermal expansion coefficient using the same metal as that constituting the main body, the thermal contact property between the substrate and the main body can be increased, and the thermal resistance can be lowered.
  • the substrate for example, aluminum, copper, iron, nickel, silver, gold, chromium, tin, or an alloy thereof can be used.
  • the size and thickness of the substrate may be appropriately designed according to the space in the electronic device using the heat sink, and may be, for example, about 5 mm or less.
  • the main body is composed of a porous metal body having a three-dimensional network structure.
  • the skeleton of the porous metal body does not have a structure in which linear skeletons are folded and contacted at an intersecting portion intertwined three-dimensionally, but has a structure in which the intersecting portions are integrated. For this reason, the thermal conductivity is very high, and the porosity can be further increased.
  • the porous metal body can be obtained, for example, by performing metal plating on the surface of the skeleton of a resin molded body having a three-dimensional network structure such as urethane foam, and then removing the resin molded body by a method such as combustion. .
  • the resin molding used as the base material for metal plating can be not only a foamed resin but also a non-woven resin molding. Moreover, as a metal porous body which has the said three-dimensional network structure, the thing by a sintering method and the casting method can be used not only by such a plating method.
  • a metal having excellent thermal conductivity may be used, and examples thereof include aluminum, copper, nickel, iron, silver, gold, chromium, and tin.
  • the heat sink can be reduced in weight, and when copper is used, the heat sink can be further reduced in weight.
  • the metal porous body having the three-dimensional network structure for example, aluminum cermet (made of aluminum, registered trademark) manufactured by Sumitomo Electric Industries, Ltd., celmet (made of nickel, registered trademark), and the like can be preferably used.
  • the metal porous body Since the metal porous body has a metal ratio of 2 volume% or more and 15 volume% or less, a high porosity, and a very large surface area, it has excellent heat dissipation performance.
  • a metal rate means the ratio of the volume which the metal which comprises a metal porous body actually occupies in the apparent volume of a metal porous body. If the metal ratio of the metal porous body is less than 2% by volume, the skeleton of the metal porous body becomes too thin, and the speed at which the heat from the substrate is transmitted to the entire metal porous body is delayed. Further, if the metal ratio of the metal porous body is more than 15% by volume, the lightness is impaired and the production cost is increased.
  • the metal ratio is more preferably 3% by volume or more and 10% by volume or less, and further preferably 4% by volume or more and 8% by volume or less.
  • the metal ratio of the metal porous body can be adjusted by, for example, a method of adjusting the thickness of the plating film to adjust the thickness of the skeleton, or compressing the metal porous body after production.
  • the surface area of the porous metal body increases as the pore diameter decreases, but the air permeability tends to deteriorate. Further, when the pore diameter is large, the air permeability is improved, but the surface area is reduced.
  • the pore diameter of the metal porous body is preferably 0.2 mm or more and 4.0 mm or less. Thereby, even in a mobile electronic device or the like that is required to be downsized, it is possible to provide a heat sink having excellent heat dissipation performance while adopting a natural convection cooling method.
  • the pore diameter is more preferably 0.6 mm or more and 4.0 mm or less, and further preferably 0.8 mm or more and 2.5 mm or less.
  • the surface of the skeleton of the porous metal body is preferably blackened.
  • the surface of the skeleton of the metal porous body is a portion that is in contact with air and contributes to heat dissipation. If the surface of this skeleton is blackened, the thermal emissivity increases and the cooling performance improves.
  • the thermal emissivity is preferably 0.50 or more, more preferably 0.80 or more, and further preferably 0.90.
  • the thermal emissivity increases as the surface of the skeleton becomes darker. Therefore, it is preferable to blacken the surface of the skeleton so that the thermal emissivity of the surface of the skeleton of the porous metal body is 0.50 or more.
  • the thermal emissivity takes a value from 0 to 1, and can be measured with a radiation thermometer. Specifically, the emissivity set so that the measured value of the surface temperature by the contact thermometer when the sample is heated and the measured value of the radiation thermometer are the same becomes the emissivity of the sample.
  • the surface of the skeleton of the porous metal body can be blackened by, for example, a method of forming an oxide film on the surface of the skeleton and applying a liquid in which a black dye is dissolved in the fine pores of the oxide film.
  • the formation of the oxide film may be performed, for example, by an anodic oxidation treatment.
  • the blackening of the surface of the skeleton of the metal porous body can be performed by a method such as spraying a black paint on the metal porous body.
  • the thickness of the porous metal body is preferably 5 mm or less.
  • electronic devices have been reduced in size, and a space for housing a heat dissipation component such as a heat sink is also limited. For this reason, it is preferable that the thickness of the metal porous body is 5 mm or less because heat can be radiated in a small space.
  • the heat sink according to the embodiment of the present invention uses a metal porous body having a very large porosity as a main body portion, it has excellent heat dissipation performance even with a natural convection cooling method, and even when the thickness is 5 mm or less, a heat source Can be cooled well.
  • the size of the metal porous body is not particularly limited, and may be appropriately designed according to the size of the heat source. In order to process the metal porous body with high accuracy in millimeters, for example, it may be processed by a method such as laser light irradiation or electric discharge machining.
  • thermo connection between the main body and the board In the heat sink according to the embodiment of the present invention, it is only necessary that the main body and the substrate are thermally connected.
  • a connection method for example, a method of connecting the main body portion and the substrate by brazing or soldering can be cited.
  • the electronic device according to the embodiment of the present invention is an electronic device using the heat sink according to the embodiment of the present invention.
  • the heat sink according to the above-described embodiment of the present invention can exhibit excellent heat dissipation performance by being brought into contact with a heat source in an electronic device.
  • the electronic device is not particularly limited, but it is more effective to use the heat sink in the case where a miniaturization is required like a mobile electronic device.
  • the heat sink substrate may be used in contact with various heat sources such as a CPU, GPU, chip set, and memory chip.
  • the heat source and the substrate may be contacted with an adhesive having a high thermal conductivity.
  • Such an electronic device using the heat sink according to the embodiment of the present invention can cool the heat source in a small space.
  • Example 1 An aluminum metal porous body 1 (hereinafter referred to as aluminum porous body 1) having a three-dimensional network structure was prepared by the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-225950.
  • the aluminum porous body 1 had a metal ratio of 15.0% by volume, a pore diameter of 1.7 mm, an aluminum purity of 99.9% by mass, and a thickness of 5 mm.
  • This aluminum porous body 1 was cut into a size of 30 mm ⁇ 30 mm.
  • substrate As the substrate, an aluminum foil having a thickness of 1 mm, a size of 30 mm square, and an aluminum purity of 99.9% by mass was prepared.
  • Thermal connection between the main body and the board The aluminum porous body 1 and the aluminum foil were brazed to thermally connect them to produce a heat sink 1.
  • Thermal emissivity The aluminum porous body 1 was heated to 50 ° C., and the thermal emissivity was measured with a contact-type thermometer (TAS-110 manufactured by TASCO JAPAN) and a radiation thermometer (FT3700 manufactured by Hioki Electric). The results are shown in Table 1.
  • a ceramic heater (hereinafter referred to as a heater) of 30 mm ⁇ 30 mm ⁇ thickness 1.75 mmt was prepared as a heat source, and the output was set to 0.8 W.
  • the heater was placed on a heat insulating material (styrofoam) of 150 mm ⁇ 150 mm ⁇ 80 mm thickness.
  • thermocouple was put between the heat insulating material and the heater, and fixed using a Kapton tape made of polyimide. On the heater, it mounted so that the board
  • the heat insulating material, the heater, and the heat sink 1 prepared as described above were left in the atmosphere at room temperature of 23 ° C.
  • a corrugated cardboard (300 mm ⁇ 360 mmt ⁇ 300 mm) with an open top surface was provided around the heat sink 1 and the like to eliminate the influence of changes in the airflow in the room. After the heater temperature reached a steady state, the heater temperature was measured for 10 minutes, and the average value was defined as T [heater].
  • Example 2 An aluminum porous body 2 having the same configuration as that of the aluminum porous body 1 was prepared except that the pore diameter was 3.0 mm and the metal ratio was 5.0% by volume. A heat sink 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the aluminum porous body 2 was used. ⁇ Evaluation> In the same manner as in Example 1, the thermal emissivity of the aluminum porous body 2 and the heat dissipation of the heat sink 2 were measured. The results are shown in Table 1.
  • Example 3 An aluminum porous body 3 having the same configuration as that of the aluminum porous body 1 was prepared except that the pore diameter was 0.45 mm and the metal ratio was 2.0% by volume. A heat sink 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the aluminum porous body 3 was used. ⁇ Evaluation> In the same manner as in Example 1, the thermal emissivity of the aluminum porous body 3 and the heat dissipation of the heat sink 3 were measured. The results are shown in Table 1.
  • Example 4 An aluminum porous body 4 having a black skeleton surface was prepared by subjecting the aluminum porous body 1 to alumite treatment (usually referred to as anodized in Table 1). The alumite treatment was performed by connecting an aluminum porous body to the anode in 20% sulfuric acid aqueous solution at 10 ° C. and performing electrolysis at 30 V for 30 minutes. A heat sink 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the aluminum porous body 4 was used. ⁇ Evaluation> In the same manner as in Example 1, the thermal emissivity of the aluminum porous body 4 and the heat dissipation of the heat sink 4 were measured. The results are shown in Table 1.
  • Example 5 An aluminum porous body 5 whose surface of the skeleton was blackened by applying a black paint to the aluminum porous body 1 was prepared. The surface of the porous aluminum skeleton was blackened by applying a black pigment to the surface of the skeleton using a black dye spray (pigment is carbon) manufactured by Taiho Kozai. A heat sink 5 was produced in the same manner as in Example 1 except that the aluminum porous body 5 was used. ⁇ Evaluation> In the same manner as in Example 1, the thermal emissivity of the aluminum porous body 5 and the heat dissipation of the heat sink 5 were measured. The results are shown in Table 1.
  • Example 6 A porous aluminum body 6 having a black skeleton surface was prepared by subjecting the porous aluminum body 2 to an alumite treatment. The alumite treatment was performed in the same manner as in Example 4. A heat sink 6 was produced in the same manner as in Example 1 except that the aluminum porous body 6 was used. ⁇ Evaluation> In the same manner as in Example 1, the thermal emissivity of the aluminum porous body 6 and the heat dissipation of the heat sink 6 were measured. The results are shown in Table 1.
  • Example 7 By subjecting the aluminum porous body 3 to alumite treatment, an aluminum porous body 7 having a black skeleton surface was prepared. The alumite treatment was performed in the same manner as in Example 4. A heat sink 7 was produced in the same manner as in Example 1 except that the aluminum porous body 7 was used. ⁇ Evaluation> In the same manner as in Example 1, the thermal emissivity of the porous aluminum body 7 and the heat dissipation of the heat sink 7 were measured. The results are shown in Table 1.
  • a heat sink 8 was produced in the same manner as in Example 1 except that an aluminum foil with a purity of 99.9% by mass and 30 mm ⁇ 30 mm ⁇ thickness 0.75 mmt was used.
  • the metal amount of this aluminum foil is equivalent to the metal amount of the aluminum porous body 1 whose metal ratio is 15.0 volume%.
  • the heat sinks 1 to 7 using the aluminum porous body having a metal ratio of 2% by volume or more and 15% by volume or less have ⁇ T higher than that of the heat sink 8 using the aluminum foil instead of the aluminum porous body.
  • the heat dissipation performance of the heat sink was high.
  • the heat sinks 4 to 7 in which the surface of the skeleton of the metal porous body is blackened have a thermal emissivity of 0.50 or more on the surface of the skeleton of the metal porous body, which is more than that of the heat sinks 1 to 3 that are not blackened. It was found to have high heat dissipation performance.

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Abstract

　本体部と、前記本体部と熱的に接続された基板と、を有し、前記本体部は金属率が２体積％以上、１５体積％以下の三次元網目状構造を有する金属多孔体であるヒートシンク。このヒートシンクにおいて、好ましくは、金属多孔体の骨格の表面が黒色化されており、前記表面の熱放射率が０．５０以上である。

Description

ヒートシンク及び電子機器
　本発明はヒートシンクに関し、より詳しくはパーソナルコンピュータやモバイル電子機器などの電子機器に用いられる半導体素子などを冷却するために用いられるヒートシンク及び当該ヒートシンクを用いた電子機器に関する。
　パーソナルコンピュータやモバイル電子機器の高機能化、高密度実装化に伴い、ＣＰＵやＧＰＵ、チップセット、メモリーチップ等の発熱源の単位面積あたりの発熱量が飛躍的に増大しており、放熱装置の高性能化が求められている。発熱源を冷却するための手段としては、例えば、発熱源の表面にヒートシンクや放熱シートなどを貼り付けることが行われている。
　前記ヒートシンクとしては、熱伝導率が高い金属製のブロックや、多数の放熱フィンを有するブロック状のものが使用されている。また、放熱性を高めるために冷却ファンが用いられる場合もあるが、そうすると電子機器が大型化してしまうという問題が生じる。特に近年は小型化したモバイル電子機器の需要が高まっており、小スペースでの冷却が可能な自然対流冷却方式によるヒートシンクの放熱性能を高めるため、種々の改良が検討されている。
　例えば、特開２００５－０６４２７１号公報（特許文献１）には、放熱性能を高めるために、アルミニウムや銅などの高熱伝導性の金属線材を編んで編成テープとし、これを巻き回して圧縮成形したものから構成されるものをヒートシンク本体として有するヒートシンクが提案されている。
特開２００５－０６４２７１号公報
　前記特許文献１に記載のヒートシンクは、金属線材を編み込んで圧縮成形した本体を放熱部としているが、放熱部分の見かけの比重が大きく、その結果、空気の流動も悪くなってしまい、放熱性にも改善の余地がある。
　そこで本発明は、自然対流冷却の場合にも高い放熱性能を有し、かつ、小型化が可能なヒートシンクを提供することを課題とする。
　本発明の一実施形態に係るヒートシンクは、
（１）本体部と、前記本体部と熱的に接続された基板と、を有し、
　前記本体部は金属率が２体積％以上、１５体積％以下の三次元網目状構造を有する金属多孔体であるヒートシンク、である。
　本発明により、自然対流冷却の場合においても、高い放熱性能を有し、かつ、小型化が可能なヒートシンクを提供することができる。
［本発明の実施形態の説明］
　最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
（１）本発明の一態様に係るヒートシンクは、
　本体部と、前記本体部と熱的に接続された基板と、を有し、
　前記本体部は金属率が２体積％以上、１５体積％以下の三次元網目状構造を有する金属多孔体であるヒートシンク、である。
　上記（１）に記載の構成により、自然対流冷却の場合においても、高い放熱性能を有し、かつ、小型化が可能なヒートシンクを提供することができる。
（２）上記（１）に記載のヒートシンクは、前記金属多孔体の骨格の表面が黒色化されていることが好ましい。これにより、ヒートシンク本体からの熱放射率が高く、冷却性能をより向上させることができる。
（３）上記（２）に記載のヒートシンクは、前記金属多孔体の骨格の表面の熱放射率が０．５０以上であることが好ましい。ヒートシンク本体からの熱放射率が高いため、冷却性能を一層向上させることができる。
（４）上記（１）から上記（３）に記載のヒートシンクは、前記金属多孔体の厚さが５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、小スペースでの冷却が必要な小型電子機器においても利用可能なヒートシンクを提供することができる。
（５）上記（１）から上記（４）に記載のヒートシンクは、前記金属多孔体の気孔径が０．２ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、小スペースでの冷却が必要な小型電子機器においても放熱性能に優れたヒートシンクを提供することができる。
（６）上記（１）から上記（５）に記載のヒートシンクは、前記金属多孔体を構成する金属がアルミニウム、銅、ニッケル、鉄、銀、金、クロム、又はスズであることが好ましい。上記金属は熱伝導率が高いため、これらの金属で金属多孔体を構成することによって、冷却性能をより向上させることができる。
（７）本発明の一態様に係る電子機器は、上記（１）から上記（６）のいずれか一項に記載のヒートシンクを用いた電子機器、である。これにより、発熱源を小スペースで冷却することが可能な電子機器を提供することができる。
［本発明の実施形態の詳細］
　本発明の実施形態に係るヒートシンクについての具体例を以下に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲の記載によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
　本発明の実施形態に係るヒートシンクは本体部と基板とを有する。本体部は三次元網目状構造を有する金属多孔体によって構成されており、金属率は２体積％以上、１５体積％以下となっている。そして、本体部と基板とは熱的に接続されている。
　ヒートシンクとして使用する場合には基板が発熱源に接触するようにして用いる。これにより発熱源から基板へと伝わった熱は、基板を通じて本体部へと伝わる。本体部は金属製であり骨格が三次元網目状構造を有しているため、熱は素早く本体部全体に伝わる。本体部は、金属製の骨格部分以外は空隙であるため、本体部に伝わった熱は骨格表面全体から放熱される。
（基板）
　前記基板は熱伝導性に優れるものであればよく、金属製のものを好ましく用いることができる。本体部を構成する金属と同じ金属を用いて熱膨張係数を揃えることにより、基板と本体部との間の熱的接触性を高め、熱抵抗を下げることができる。前記基板としては、例えば、アルミニウム、銅、鉄、ニッケル、銀、金、クロム、スズあるいはこれらの合金などを用いることができる。
　基板の大きさや厚さは、ヒートシンクを用いる電子機器内のスペース等に応じて適宜設計すればよく、例えば、５ｍｍ以下程度の厚さにすればよい。
（本体部）
　前記本体部は三次元網目状構造を有する金属多孔体により構成されている。前記金属多孔体の骨格は、三次元的に絡み合う交差部分において、線状の骨格が折り重なって接触した構造となっているのではなく、交差部分が一体となった構造を有している。このため熱伝導性が非常に高く、更に気孔率を高くすることが可能となっている。
　金属多孔体は、例えば、発泡ウレタン等の三次元網目状構造を有する樹脂成形体の骨格の表面に金属めっきを施し、その後、燃焼等の方法によって樹脂成形体を除去することで得ることができる。金属めっきの基材となる樹脂成形体は、発泡樹脂だけでなく、不織布状の樹脂成形体を用いることもできる。また、前記三次元網目状構造を有する金属多孔体としては、このようなめっき法によるもののみならず、焼結法や鋳造法によるものも用いることができる。
　前記金属多孔体を構成する金属としては、熱伝導性に優れるものを用いればよく、例えば、アルミニウムや銅、ニッケル、鉄、銀、金、クロム、スズなどを挙げることができる。アルミニウムを用いる場合にはヒートシンクを軽量化することができ、銅を用いる場合にはヒートシンクをより軽量化することができる。
　前記三次元網目状構造を有する金属多孔体としては、例えば、住友電気工業株式会社製のアルミセルメット（アルミニウム製、登録商標）やセルメット（ニッケル製、登録商標）などを好ましく用いることができる。
　前記金属多孔体は金属率が２体積％以上、１５体積％以下であって空隙率が高く、表面積が非常に大きいため、放熱性能に優れている。なお、金属率とは、金属多孔体のみかけの体積において金属多孔体を構成する金属が実際に占める体積の割合のことをいう。
　金属多孔体の金属率が２体積％未満であると、金属多孔体の骨格が細くなり過ぎてしまい、基板からの熱が金属多孔体全体に伝わる早さが遅くなってしまう。また、金属多孔体の金属率が１５体積％超であると、軽量性を損ない、また、製造コストが高くなってしまう。これらの観点から、前記金属率は３体積％以上、１０体積％以下であることがより好ましく、４体積％以上、８体積％以下であることが更に好ましい。
　金属多孔体の金属率は、例えば、めっき膜の厚さを調整して骨格の太さを調整したり、金属多孔体を作製後に圧縮したりするなどの方法によって調整することができる。
　前記金属多孔体は気孔径が小さいほど表面積が大きくなるが、空気の通気性が悪くなる傾向にある。また、気孔径が大きい場合には空気の通気性は良くなるが、表面積が小さくなってしまう。これらを勘案し、前記金属多孔体の気孔径は、０．２ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、小型化が要求されるモバイル電子機器などにおいても、自然対流冷却方式を採用しつつ、放熱性能に優れたヒートシンクを提供することができる。前記気孔径は、０．６ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下であることがより好ましく、０．８ｍｍ以上、２．５ｍｍ以下であることが更に好ましい。
　なお、前記金属多孔体の気孔径は、金属多孔体表面を顕微鏡写真等で拡大し、１インチ（２５．４ｍｍ）あたりの気孔数をセル数として計数して、平均気孔径＝２５．４ｍｍ/セル数として平均的な値を求めるものとする。
　前記金属多孔体の骨格の表面は黒色化されていることが好ましい。金属多孔体の骨格の表面は空気と接触していて放熱に寄与する部分である。この骨格の表面が黒色化されていると熱放射率が大きくなり冷却性能が向上する。熱放射率は、０．５０以上であることが好ましく、０．８０以上であることがより好ましく、０．９０であることが更に好ましい。また、熱放射率は骨格の表面がより黒いほど大きくなる。従って、金属多孔体の骨格の表面の熱放射率が０．５０以上となるように骨格の表面を黒色化することが好ましい。
　なお、前記熱放射率は０～１の値をとるものであり、放射温度計によって測定することができる。具体的には、試料を加熱した際の接触式温度計による表面温度の測定値と、放射温度計の測定値が同じになるように設定した放射率が、その試料の放射率となる。
　前記金属多孔体の骨格の表面の黒色化は、例えば、骨格の表面に酸化皮膜を形成し、その酸化皮膜の微細孔に黒色染料を溶解した液を塗布するなどの方法によって行うことができる。酸化皮膜の形成は、例えば、陽極酸化処理などにより行えばよい。
　また、前記金属多孔体の骨格の表面の黒色化は、他にも、金属多孔体に黒色塗料をスプレーするなどの方法によっても行うことができる。
　前記金属多孔体の厚さは５ｍｍ以下であることが好ましい。近年の電子機器は小型化が進んでおり、ヒートシンクのような放熱部品を収容するスペースも限られている。このため、金属多孔体の厚さを５ｍｍ以下とすることで、小スペースでの放熱が可能となり好ましい。本発明の実施形態に係るヒートシンクは、空隙率が非常に大きい金属多孔体を本体部としているため、自然対流冷却方式であっても放熱性能に優れており、厚さを５ｍｍ以下としても発熱源を良好に冷却することが可能である。
　また、前記金属多孔体の大きさは特に限定されるものではなく、発熱源の大きさに応じて適宜設計すればよい。前記金属多孔体をミリメートル単位で高精度に加工するには、例えば、レーザー光照射や放電加工などの方法によって加工すればよい。
（本体部と基板との熱的接続）
　本発明の実施形態に係るヒートシンクにおいて前記本体部と前記基板とは熱的に接続されていればよい。このような接続方法としては、例えば、本体部と基板とを、ろう付けや半田付けなどによって接続する方法などを挙げることができる。
＜電子機器＞
　本発明の実施形態に係る電子機器は、本発明の実施形態に係るヒートシンクを用いた電子機器である。前述の本発明の実施形態に係るヒートシンクは電子機器における発熱源に接触させることで優れた放熱性能を発揮することができる。電子機器は特に限定されるものではないがモバイル電子機器のように小型化が要求されるものの場合に、前記ヒートシンクを用いるとより効果的である。ＣＰＵやＧＰＵ、チップセット、メモリーチップなど種々の発熱源に、前記ヒートシンクの基板を接触させて用いればよい。発熱源と基板との接触は、高熱伝導率の接着剤などを介在させて行えばよい。
　このような本発明の実施形態に係るヒートシンクを用いた電子機器は、発熱源を小スペースで冷却することが可能である。
　以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、これらの実施例は例示であって、本発明のヒートシンクはこれらに限定されるものではない。本発明の範囲は請求の範囲の記載によって示され、請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
［実施例１］
（本体部）
　特開２０１１－２２５９５０号公報に記載の方法により、三次元網目状構造を有するアルミニウム製の金属多孔体１（以下、アルミニウム多孔体１という）を用意した。
　アルミニウム多孔体１は、金属率が１５．０体積％、気孔径が１．７ｍｍ、アルミニウム純度が９９．９質量％、厚さが５ｍｍとなるようにした。このアルミニウム多孔体１を３０ｍｍ×３０ｍｍの大きさに切断した。
（基板）
　基板として、厚さが１ｍｍ、大きさが３０ｍｍ角、アルミニウム純度９９．９質量％のアルミニウム箔を用意した。
（本体部と基板との熱的接続）
　前記アルミニウム多孔体１と前記アルミニウム箔とをろう付けすることにより両者を熱的に接続し、ヒートシンク１を作製した。
＜評価＞
（熱放射率）
　前記アルミニウム多孔体１を５０℃に加熱し、接触式温度計（タスコジャパン製のＴＮＡ－１１０）と放射温度計（日置電機製のＦＴ３７００）とによって熱放射率を測定した。結果を表１に表す。
（放熱性）
　発熱源として、３０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み１．７５ｍｍｔのセラミックヒータ（以下、ヒータという）を用意し、出力が０．８Ｗとなるようにした。１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×厚み８０ｍｍｔの断熱材（発泡スチロール）の上に前記ヒータを載せた。断熱材とヒータとの間に熱電対を入れ、ポリイミド製のカプトンテープを用いて固定した。ヒータの上に、前記ヒートシンク１の基板側（アルミニウム箔側）が接触するようにして載せた。
　上記のようにして用意した断熱材、ヒータ及びヒートシンク１を室温が２３℃の大気中に静置した。ヒートシンク１等の周りには、天面が開放された段ボール（３００ｍｍ×３６０ｍｍｔ×３００ｍｍ）を設け、室内の気流の変化による影響を排除した。
　ヒータの温度が定常状態になった後、ヒータの温度を１０分間測定し、その平均値をＴ［ヒータ］とした。同様に、前記段ボールの内側の天面から５０ｍｍ下の付近の温度を１０分間測定し、その平均値をＴ［外気］とした。そして、ヒータの温度上昇値ΔＴをΔＴ＝Ｔ［ヒータ］－Ｔ［外気］として求め、放熱性の指標とした。ヒートシンクの放熱性能が高いほどΔＴは低い値となる。結果を表１に示す。
［実施例２］
　気孔径が３．０ｍｍであり、金属率が５．０体積％である以外はアルミニウム多孔体１と同じ構成のアルミニウム多孔体２を用意した。アルミニウム多孔体２を用いた以外は実施例１と同様にしてヒートシンク２を作製した。
＜評価＞
　実施例１と同様にして、アルミニウム多孔体２の熱放射率と、ヒートシンク２の放熱性を測定した。結果を表１に示す。
［実施例３］
　気孔径が０．４５ｍｍであり、金属率が２．０体積％である以外はアルミニウム多孔体１と同じ構成のアルミニウム多孔体３を用意した。アルミニウム多孔体３を用いた以外は実施例１と同様にしてヒートシンク３を作製した。
＜評価＞
　実施例１と同様にして、アルミニウム多孔体３の熱放射率と、ヒートシンク３の放熱性を測定した。結果を表１に示す。
［実施例４］
　アルミニウム多孔体１をアルマイト処理（表１中では通常アルマイトと記す）することによって、骨格の表面が黒色化したアルミニウム多孔体４を用意した。アルマイト処理は、１０℃の２０％硫酸水溶液中で、アルミニウム多孔体を陽極に接続し、３０Ｖで３０分間の電気分解を行なうことによって行なった。アルミニウム多孔体４を用いた以外は実施例１と同様にしてヒートシンク４を作製した。
＜評価＞
　実施例１と同様にして、アルミニウム多孔体４の熱放射率と、ヒートシンク４の放熱性を測定した。結果を表１に示す。
［実施例５］
　アルミニウム多孔体１に黒塗料を塗布することによって骨格の表面が黒色化したアルミニウム多孔体５を用意した。アルミニウム多孔体の骨格の表面の黒色化は、タイホーコーザイ社製の黒染めスプレー（顔料はカーボン）を用いて黒顔料を骨格の表面に塗布することによって行った。アルミニウム多孔体５を用いた以外は実施例１と同様にしてヒートシンク５を作製した。
＜評価＞
　実施例１と同様にして、アルミニウム多孔体５の熱放射率と、ヒートシンク５の放熱性を測定した。結果を表１に示す。
［実施例６］
　アルミニウム多孔体２をアルマイト処理することによって、骨格の表面が黒色化したアルミニウム多孔体６を用意した。アルマイト処理は実施例４と同様の方法によって行なった。アルミニウム多孔体６を用いた以外は実施例１と同様にしてヒートシンク６を作製した。
＜評価＞
　実施例１と同様にして、アルミニウム多孔体６の熱放射率と、ヒートシンク６の放熱性を測定した。結果を表１に示す。
［実施例７］
　アルミニウム多孔体３をアルマイト処理することによって、骨格の表面が黒色化したアルミニウム多孔体７を用意した。アルマイト処理は実施例４と同様の方法によって行なった。アルミニウム多孔体７を用いた以外は実施例１と同様にしてヒートシンク７を作製した。
＜評価＞
　実施例１と同様にして、アルミニウム多孔体７の熱放射率と、ヒートシンク７の放熱性を測定した。結果を表１に示す。
［比較例］
　アルミニウム多孔体１の替わりに、純度が９９．９質量％で３０ｍｍ×３０ｍｍ×厚み０．７５ｍｍｔのアルミニウム箔を用いた以外は実施例１と同様にしてヒートシンク８を作製した。なお、このアルミニウム箔の金属量は、金属率が１５．０体積％のアルミニウム多孔体１の金属量に相当する。
＜評価＞
　実施例１と同様にして、アルミニウム箔の熱放射率と、ヒートシンク８の放熱性を測定した。結果を表１に示す。
［参考例］
　実施例１の評価において用いたヒータにヒートシンクを載せなかった以外は実施例１と同様にして放熱性を評価した。結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示す通り、金属率が２体積％以上、１５体積％以下のアルミニウム多孔体を用いたヒートシンク１～７はいずれも、アルミニウム多孔体の代わりにアルミニウム箔を用いたヒートシンク８よりもΔＴは低い値となりヒートシンクの放熱性能が高かった。
　特に、金属多孔体の骨格の表面が黒色化されたヒートシンク４～７は、金属多孔体の骨格の表面の熱放射率が０．５０以上であり、黒色化していないヒートシンク１～３よりもより高い放熱性能を有することがわかった。

Claims (7)

  1. 　本体部と、前記本体部と熱的に接続された基板と、を有し、
    　前記本体部は金属率が２体積％以上、１５体積％以下の三次元網目状構造を有する金属多孔体であるヒートシンク。
  2. 　前記金属多孔体の骨格の表面が黒色化されている請求項１に記載のヒートシンク。
  3. 　前記金属多孔体の骨格の表面の熱放射率が０．５０以上である請求項２に記載のヒートシンク。
  4. 　前記金属多孔体の厚さが５ｍｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のヒートシンク。
  5. 　前記金属多孔体の気孔径が０．２ｍｍ以上、４．０ｍｍ以下である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のヒートシンク。
  6. 　前記金属多孔体を構成する金属がアルミニウム、銅、ニッケル、鉄、銀、金、クロム、又はスズである請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のヒートシンク。
  7. 　請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のヒートシンクを用いた電子機器。
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