WO2017212982A1 - ヒートシンク及び冷却器 - Google Patents

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    • H10W70/02—Manufacture or treatment of conductive package substrates serving as an interconnection, e.g. of metal plates

Definitions

  • the present invention relates to a heat sink and a cooler for cooling a heating element such as a heat generating element, and a method for manufacturing the heat sink.
  • an electronic element is mounted on a mounting surface of an insulating substrate by soldering.
  • the insulating substrate is bonded to the cooling surface composed of one surface in the thickness direction of the base plate portion of the heat sink or the cooling surface of the cooler by brazing or the like in order to cool the heat generated electronic elements (for example, Patent Literature 1-4).
  • Heat sinks and coolers are required to have high cooling performance (including heat dissipation performance) in order to reliably cool the generated electronic elements.
  • the present invention has been made in view of the above-described technical background, and an object thereof is to provide a heat sink and a cooler having high cooling performance, and a method of manufacturing the heat sink. Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following preferred embodiments.
  • the present invention provides the following means.
  • a plurality of fin portions are integrally formed on the base plate portion so as to protrude from the base plate portion, A heat sink in which carbon particles existing in the fin portion are oriented in a protruding direction of the fin portion with respect to the base plate portion.
  • a cooler provided with the heat sink described in 1 or 2 above.
  • a method of manufacturing a heat sink wherein the heat sink according to 1 or 2 is formed by hot forging a forged material made of a composite material of aluminum and carbon particles.
  • a method of manufacturing a heat sink wherein the heat sink according to item 2 is formed from an extruded mold obtained by extruding a billet made of a composite material of aluminum and carbon particles.
  • the present invention has the following effects.
  • the carbon particles present in the fin portion of the base plate portion of the heat sink are oriented in the protruding direction of the fin portion with respect to the base plate portion, the thermal conductivity in the protruding direction of the fin portion is increased. As a result, the heat sink has a high cooling performance.
  • the scaly graphite particles are used as the carbon particles, whereby the cooling performance of the heat sink can be further enhanced.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a heat sink according to a first embodiment of the present invention together with an insulating substrate.
  • FIG. 2a is a perspective view of the heat sink.
  • FIG. 2 b is a partially cutaway side view showing the extrusion apparatus in a state where the billet is being extruded.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cooler including the heat sink together with an insulating substrate.
  • FIG. 4 is a perspective view of a heat sink according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in the middle of hot forging a forging material for forming the heat sink.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a heat sink according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a heat sink according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 and 2 are diagrams for explaining a first embodiment of the present invention.
  • the heat sink 1 ⁇ / b> A is a heat generating element (indicated by a two-dot chain line) as a heating element joined to the mounting surface 20 a of the insulating substrate 20 by soldering or the like.
  • the heat generating element 25 is cooled by dissipating 25 heat.
  • Specific examples of the heat-generating element 25 include electronic elements such as semiconductor elements.
  • the insulating substrate 20 includes a wiring layer 21 having a mounting surface 20a, an electrical insulating layer 22 made of ceramic, a buffer layer 23 made of metal, and the like, and these layers 21, 22, and 23 are joined and integrated in a stacked manner.
  • a DBA substrate or a DBC substrate is used.
  • the heat sink 1A is made of a composite material of aluminum and carbon particles 5, and includes a base plate portion 2 and a large number of fin portions 3 for heat dissipation.
  • the carbon particles 5 are anisotropic with respect to thermal conductivity.
  • the carbon particles 5 are drawn in a short line shape.
  • the linear direction (length direction) of the carbon particle 5 drawn in drawing shows the high heat conduction direction of the carbon particle 5. The same applies to other drawings.
  • FIG. 1 hatching is omitted in the cross section of the heat sink 1 ⁇ / b> A for easy understanding of the direction of the carbon particles 5 existing in the heat sink 1 ⁇ / b> A (that is, the high heat conduction direction of the carbon particles 5).
  • hatching is omitted in the cross section of the heat sink 1 ⁇ / b> A for easy understanding of the direction of the carbon particles 5 existing in the heat sink 1 ⁇ / b> A (that is, the high heat conduction direction of the carbon particles 5).
  • hatching is omitted in the cross section of the heat sink 1 ⁇ / b> A for easy understanding of the direction of the carbon particles 5 existing in the heat sink 1 ⁇ / b> A (that is, the high heat conduction direction of the carbon particles 5).
  • the large number of fin portions 3 are integrally formed with the base plate portion 2 so as to protrude from at least one side of both sides in the thickness direction with respect to the base plate portion 2.
  • each fin part 3 is integrally formed in the base plate part 2 continuously in the length direction of the base plate part 2 (direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1). Accordingly, each fin portion 3 is a so-called straight fin portion 3a.
  • the insulating substrate 20 is joined by brazing or the like to the cooling surface 2a formed of the surface on the side where the large number of straight fin portions 3a are not provided among both surfaces in the thickness direction of the base plate portion 2.
  • the cooling surface 2a of the base plate part 2 is formed in a substantially flat shape.
  • Ni plating layer may be formed on the surface of the heat sink 1A in order to improve solderability and corrosion resistance before the insulating substrate 20 is bonded to the cooling surface 2a.
  • the Ni plating layer may be formed by an electroless Ni plating method or an electric Ni plating method.
  • the type of the carbon particles 5 is not limited, but has a high thermal conductivity as much as possible and is a composite of aluminum. Those that can be easily formed are desirable.
  • the carbon particles 5 are desirably at least one selected from the group consisting of carbon fibers, carbon nanotubes, graphene, natural graphite particles and artificial graphite particles, and further, carbon fibers, carbon nanotubes, graphene and It is more desirable that it is at least one selected from the group consisting of natural graphite particles.
  • carbon fiber pitch-based carbon fiber, PAN-based carbon fiber, or the like is preferably used.
  • carbon nanotubes single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, vapor-grown carbon fibers (including VGCF (registered trademark)) and the like are preferably used.
  • graphene single layer graphene, multilayer graphene, or the like is preferably used.
  • artificial graphite particles anisotropic graphite particles, pyrolytic graphite particles and the like are preferably used.
  • the size of the carbon particles 5 is not limited. However, when the carbon particles 5 are carbon fibers, short carbon fibers are preferably used, and in particular, short carbon fibers having an average fiber length of 10 ⁇ m to 2 mm are preferably used. When the carbon particles 5 are carbon nanotubes, carbon nanotubes having an average length of 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less are particularly preferably used. When the carbon particles 5 are natural graphite particles and artificial graphite particles, natural graphite particles and artificial graphite particles having an average particle diameter of 10 ⁇ m or more and 3 mm or less are particularly preferably used.
  • the type of composite material of aluminum and carbon particles 5 is not limited.
  • the composite material is obtained by sintering and integrating a plurality of coated foils obtained by coating a carbon particle layer on an aluminum foil in a laminated state (hereinafter referred to as “laminated sintered mold” for convenience of explanation.
  • Composite material or aluminum particles (e.g., aluminum powder) and carbon particles (e.g., carbon powder) mixed and sintered (this composite material is referred to as " It may also be a particle-sintered composite ").
  • aluminum is used as a matrix metal and carbon particles 5 are used as a filler. Many carbon particles 5 are dispersed in the aluminum throughout the composite material.
  • the carbon particles 5 present in each straight fin portion 3a are oriented in the protruding direction P of the straight fin portion 3a with respect to the base plate portion 2, and accordingly, the carbon particles 5 present in each straight fin portion 3a
  • the high heat conduction direction is oriented in the protruding direction P of the straight fin portion 3 a with respect to the base plate portion 2.
  • carbon particles having good thermal conductivity in the surface direction of the particles are used as the carbon particles 5, that is, carbon particles whose direction of high thermal conductivity is the surface direction of the particles are used. Yes. Specifically, scaly graphite particles are used as such carbon particles 5.
  • the thermal conductivity in the surface direction of the scaly graphite particles is much higher than the thermal conductivity in the thickness direction. Therefore, in this 1st Embodiment, the surface direction of the scale-like graphite particle which exists in each straight fin part 3a is orientated in the protrusion direction P of the straight fin part 3a, and, thereby, the scale in each straight fin part 3a The high heat conduction direction of the graphite particles is oriented in the protruding direction P of the straight fin portion 3a.
  • the heat sink 1A of the first embodiment is formed of an extrusion mold material.
  • the symbol “E” in FIG. 2 a indicates the extrusion direction of the extrusion mold material.
  • the manufacturing method of the heat sink 1A of the first embodiment is as follows.
  • a substantially cylindrical billet (that is, an extruded material) 45 made of a composite material of aluminum and scaly graphite particles as the carbon particles 5 is extruded by an extrusion apparatus 40, whereby a heat sink 1A is obtained.
  • a long extruded mold member 46 having the same cross-sectional shape as the above-described cross-sectional shape is obtained.
  • the billet 45 is provided with dot hatching so that the billet 45 can be easily distinguished from other members.
  • the extrusion apparatus 40 includes a container 41, an extrusion die 42, a stem 44, and the like.
  • the extrusion die 42 includes an extrusion hole 43 having the same cross-sectional shape as that of the heat sink 1A.
  • the heat sink 1A formed of the extrusion mold 46 shown in FIG. 2a is obtained by cutting the extrusion mold 46 into a predetermined length.
  • the continuous direction of the straight fin portions 3 a coincides with the extrusion direction E of the extrusion mold material 46.
  • each straight fin portion 3a can be reliably oriented in the protruding direction P of the straight fin portion 3a, and the heat sink 1A having such a large number of straight fin portions 3a can be reliably and easily provided. Can be manufactured.
  • the billet 45 may be composed of the above-described laminated sintered composite material, may be composed of the above-described particle sintered composite material, or other composite material of aluminum and carbon particles. It may consist of.
  • the heat sink 1A of the first embodiment since the carbon particles 5 present in each straight fin portion 3a are oriented in the protruding direction P of the straight fin portion 3a with respect to the base plate portion 2, the straight fin portions 3a The thermal conductivity in the protruding direction P is high. Therefore, the heat sink 1A has high cooling performance (including heat dissipation performance).
  • the heat sink 1A has a very high cooling performance.
  • carbon particles 5 are not carbon particles in which the direction of high thermal conductivity is the surface direction of the particles, such as scaly graphite particles, carbon particles in which the direction of high thermal conductivity is only one direction of the particles.
  • carbon fiber when a heat sink is formed with an extrusion mold material obtained by extruding a billet made of a composite material of aluminum and the carbon particles, the present in each straight fin portion There is a tendency that the carbon particles are less likely to be oriented in the protruding direction P of the straight fin portion.
  • the heat sink when the heat sink is formed of an extrusion mold, it is particularly desirable to use carbon particles (for example, scaly graphite particles) having a high thermal conductivity direction of the particles as the carbon particles 5, and such carbon particles By using this, even when the heat sink is formed of an extrusion mold material, the carbon particles 5 can be reliably oriented in the protruding direction P of the straight fin portion 3a.
  • carbon particles for example, scaly graphite particles
  • FIG. 3 includes a heat sink 1A according to the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2 and a housing body 11.
  • the housing body 11 is made of metal, for example, and has an opening.
  • the heat sink 1A is disposed in the housing body 11, the opening of the housing body 11 is closed by the base plate portion 2 of the heat sink 1A, and the inside of the housing body 11 is partitioned by a number of straight fin portions 3a of the heat sink 1A.
  • a flow path 12 through which a cooling fluid (for example, a cooling liquid) flows is formed in the housing body 11.
  • the heat sink 1A is joined and integrated to the housing body 11 by brazing, whereby the cooler 10 is manufactured.
  • the heat sink 1 ⁇ / b> A is used as a lid body whose base plate portion 2 closes the opening of the housing body 11, and a large number of straight fin portions 3 a are provided inside the housing body 11 as cooling fluid. It is used as a partition wall part (inner fin part) that forms the flow path 12.
  • the insulating substrate 20 is joined to the cooling surface 2a of the base plate portion 2 of the heat sink 1A as the cooling surface of the cooler 10 by brazing or the like.
  • a double-sided brazing sheet for brazing the insulating substrate 20 to the cooling surface 2a may be disposed on the cooling surface 2a of the base plate portion 2 of the heat sink 1A.
  • the housing body 11 may be formed of an internal brazing sheet for brazing the heat sink 1A to the housing body 11.
  • each fin portion 3 has a pin shape, that is, a pin fin portion 3b. And many pin fin parts 3b are integrally formed in the baseplate part 2 in the state which protruded in the shape of a pin only to the one side of the thickness direction with respect to the baseplate part 2.
  • FIG. The cross-sectional shape of each pin fin portion 3b is substantially circular.
  • the carbon particles 5 are selected from the group consisting of carbon fibers, carbon nanotubes, graphene, natural graphite particles, and artificial graphite particles. At least one kind is used.
  • each pin fin portion 3b The carbon particles 5 present in each pin fin portion 3b are oriented in the protruding direction P of the pin fin portion 3b with respect to the base plate portion 2, so that the high heat conduction direction of the carbon particles 5 present in each pin fin portion 3b is relative to the base plate portion 2. It is oriented in the protruding direction P of the pin fin portion 3b.
  • the heat sink 1 ⁇ / b> B uses a hot forging device equipped with a hot forging die 30 to form a substantially plate-like forging material 35 made of a composite material of aluminum and carbon particles 5. Is formed by hot forging (more specifically, hot die forging).
  • the mold 30 includes a mold body 31 and a punch 32 for pressing the forging material 35 disposed in the mold body 31.
  • Reference sign “D” in FIG. 5 indicates the pressing direction of the forging material 35 by the punch 32.
  • a number of fin portion forming holes 33 for forming the pin fin portions 3b are provided at the tip portion of the punch 32.
  • the forging material 35 When the forging material 35 is pressed by the punch 32 in the die body 31, the forging material 35 plastically flows so that the material of the forging material 35 enters each fin portion forming hole 33 of the punch 32.
  • the orientation of the carbon particles 5 in the material that has entered the part forming hole 33 is aligned with the direction in which each fin part forming hole 33 extends.
  • the carbon particles 5 present in each pin fin portion 3b are oriented in the protruding direction P of the pin fin portion 3b (that is, the high heat conduction direction of the carbon particles 5 in each pin fin portion 3b is that of the pin fin portion 3b. Oriented in the protruding direction P).
  • the carbon particles 5 present in each pin fin portion 3b can be reliably oriented in the protruding direction P of the pin fin portion 3b, and thus Thus, the heat sink 1B having a large number of pin fin portions 3b can be reliably and easily manufactured.
  • each fin portion 3 has a pin shape, that is, a pin fin portion 3b.
  • many pin fin parts 3b are integrally formed in the baseplate part 2 in the state which protruded in the pin shape at the both sides of the thickness direction with respect to the baseplate part 2, respectively.
  • the position of the pin fin portion 3b protruding to one side in the thickness direction of the base plate portion 2 and the position of the pin fin portion 3b protruding to the other side in the thickness direction of the base plate portion 2 are the width of the base plate portion 2. In the direction (the left-right direction in FIG. 6), they coincide.
  • each fin portion 3 has a pin shape, that is, a pin fin portion 3b, as in the heat sink 1C of the third embodiment.
  • many pin fin parts 3b are integrally formed in the baseplate part 2 in the state which protruded in the shape of a pin at the both sides of the thickness direction with respect to the baseplate part 2 respectively.
  • the position of the pin fin portion 3b protruding on one side in the thickness direction of the base plate portion 2 and the position of the pin fin portion 3b protruding on the other side in the thickness direction of the base plate portion 2 are the width of the base plate portion 2. It is shifted in the direction (left-right direction in FIG. 7).
  • At least one selected from the group consisting of carbon fibers, carbon nanotubes, graphene, natural graphite particles, and artificial graphite particles is used as the carbon particles 5, respectively.
  • the carbon particles 5 present in each pin fin portion 3b are oriented in the protruding direction P of the pin fin portion 3b with respect to the base plate portion.
  • the thermal conductivity in the protruding direction P of the part 3b is high. Therefore, the heat sinks 1B to 1D have high cooling performance.
  • These heat sinks 1B to 1D may be used by being arranged in the main body of the cooler, or may be used without being arranged in the main body of the cooler.
  • a heat sink having a plurality of straight fin portions as a plurality of fin portions is particularly preferably formed of an extrusion mold material as in the first embodiment.
  • a heat sink may be formed by, for example, hot forging (for example, hot die forging).
  • the heat sink 1A of the first embodiment shown in FIG. 1 was manufactured as follows.
  • a billet 45 made of a composite material of aluminum and scaly graphite powder as the carbon particles 5 was prepared.
  • the composite material is manufactured by mixing and sintering aluminum powder and scaly graphite powder.
  • the billet 45 was extruded to obtain a long extruded mold 46 having the same cross-sectional shape as that of the desired heat sink 1A.
  • the heat sink 1A was obtained by cut
  • the cooling performance of the obtained heat sink 1A was superior to that of the aluminum heat sink.
  • the heat sink 1B of the second embodiment shown in FIG. 4 was manufactured as follows.
  • a plate-like forging material 35 made of a composite material of aluminum and short carbon fibers as carbon particles 5 was prepared.
  • the composite material is manufactured by mixing and sintering aluminum powder and short carbon fibers.
  • the heat sink 1B was obtained by subjecting the forging material 35 to hot die forging.
  • the cooling performance of the obtained heat sink 1B was superior to that of the aluminum heat sink.
  • the present invention can be used for a heat sink and a cooler for cooling a heating element such as a heat generating element, and a method for manufacturing the heat sink.
  • heat sink 2 base plate portion 3: fin portion 3a: straight fin portion 3b: pin fin portion 5: carbon particle 10: cooler 20: insulating substrate 30: hot forging die 35: forging material 45: billet 46 : Extrusion mold P: Protrusion direction of fin

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Abstract

ヒートシンク（１Ａ）はアルミニウムと炭素粒子（５）との複合材製である。ヒートシンク（１Ａ）のベースプレート部（２）に複数のフィン部（３）がベースプレート部（２）に対して突出した状態に一体形成されている。フィン部（３）中に存在する炭素粒子（５）はベースプレート部（２）に対するフィン部（３）の突出方向（Ｐ）に配向している。

Description

ヒートシンク及び冷却器
　本発明は、発熱性素子等の発熱体を冷却するためのヒートシンク及び冷却器並びにヒートシンクの製造方法に関する。
　発熱性素子として例えば電子素子は、絶縁基板の搭載面上にはんだ付けにより接合されて搭載されている。絶縁基板は、発熱した電子素子を冷却するため、ヒートシンクのベースプレート部の厚さ方向の片側の表面からなる冷却面や冷却器の冷却面上にろう付け等により接合されている（例えば、特許文献１－４参照）。
　ヒートシンクや冷却器（放熱器を含む）には、発熱した電子素子を確実に冷却できるようにするため高い冷却性能（放熱性能を含む）が要求される。
特開２０１４－１６０７６４号公報 特開２０１４－１６０７６３号公報 特開２０１４－５０８４７号公報 特開２０１３－２２２９０９号公報
　近年、電子素子の高性能化や使用温度の上昇化に伴い、ヒートシンクや冷却器には益々高い冷却性能が要求されてきている。
　本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、高い冷却性能を有するヒートシンク及び冷却器並びにヒートシンクの製造方法を提供することにある。本発明のその他の目的及び利点は、以下の好ましい実施形態から明らかにされるであろう。
　本発明は以下の手段を提供する。
　［１］　アルミニウムと炭素粒子との複合材製であり、
　ベースプレート部に複数のフィン部が前記ベースプレート部に対して突出した状態に一体形成されており、
　前記フィン部中に存在する炭素粒子が前記ベースプレート部に対する前記フィン部の突出方向に配向しているヒートシンク。
　［２］　前記炭素粒子として鱗片状黒鉛粒子が用いられている前項１記載のヒートシンク。
　［３］　前項１又は２記載のヒートシンクを備えた冷却器。
　［４］　前項１又は２記載のヒートシンクを、アルミニウムと炭素粒子との複合材からなる鍛造素材を熱間鍛造加工することにより形成するヒートシンクの製造方法。
　［５］　前項２記載のヒートシンクを、アルミニウムと炭素粒子との複合材からなるビレットを押出加工することにより得られた押出型材で形成するヒートシンクの製造方法。
　本発明は以下の効果を奏する。
　前項［１］では、ヒートシンクのベースプレート部のフィン部中に存在する炭素粒子がベースプレート部に対するフィン部の突出方向に配向していることにより、フィン部の突出方向の熱伝導率が高くなる。これにより、ヒートシンクは高い冷却性能を有するものとなる。
　前項［２］では、炭素粒子として鱗片状黒鉛粒子が用いられていることにより、ヒートシンクの冷却性能を更に高めることができる。
　前項［３］では、冷却器は前項１又は２記載のヒートシンクを備えているので、高い冷却性能を有している。
　前記［４］では、前項１又は２記載のヒートシンクを確実に且つ容易に得ることができる。
　前項［５］では、前項２記載のヒートシンクを確実に且つ容易に得ることができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係るヒートシンクを絶縁基板と一緒に示す断面図である。 図２ａは、同ヒートシンクの斜視図である。 図２ｂは、押出加工装置を、ビレットを押出加工する途中の状態で示す一部切欠き側面図である。 図３は、同ヒートシンクを備えた冷却器を絶縁基板と一緒に示す断面図である。 図４は、本発明の第２実施形態に係るヒートシンクの斜視図である。 図５は、同ヒートシンクを形成するための鍛造素材を熱間鍛造加工する途中の状態を示す断面図である。 図６は、本発明の第３実施形態に係るヒートシンクの断面図である。 図７は、本発明の第４実施形態に係るヒートシンクの断面図である。
　次に、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及び２は、本発明の第１実施形態を説明する図である。
　図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るヒートシンク１Ａは、絶縁基板２０の搭載面２０ａ上にはんだ付け等により接合される発熱体としての発熱性素子（二点鎖線で示す）２５の熱を放散して発熱性素子２５を冷却するものである。発熱性素子２５としては具体的に半導体素子等の電子素子が挙示される。
　絶縁基板２０は、搭載面２０ａを有する配線層２１、セラミックからなる電気絶縁層２２、金属からなる緩衝層２３などを備えるとともに、これらの層２１、２２、２３が互いに積層状に接合一体化されて形成されたものであり、例えばＤＢＡ基板やＤＢＣ基板からなる。
　ヒートシンク１Ａは、アルミニウムと炭素粒子５との複合材製であり、ベースプレート部２と放熱用の多数のフィン部３とを備えている。炭素粒子５は熱伝導率について異方性を有するものである。
　ここで、図１では、炭素粒子５は短線状に描かれている。そして、図面に描かれた炭素粒子５の線方向（長さ方向）が炭素粒子５の高熱伝導方向を示している。他の図面でも同じである。
　さらに、図１では、ヒートシンク１Ａ中に存在する炭素粒子５の向き（即ち炭素粒子５の高熱伝導方向）を分かり易くするため、ヒートシンク１Ａの断面にはハッチングが省略されている。他の図面でも同じである。
　多数のフィン部３は、ベースプレート部２に対してその厚さ方向の両側のうち少なくとも一方側に突出した状態にベースプレート部２に一体形成されている。
　本第１実施形態では、多数のフィン部３は、ベースプレート部２に対してその厚さ方向の片側だけに突出した状態にベースプレート部２に一体形成されている。さらに、各フィン部３は、ベースプレート部２の長さ方向（図１の紙面に垂直な方向）に連続してベースプレート部２に一体形成されている。したがって、各フィン部３はいわゆるストレートフィン部３ａである。
　絶縁基板２０は、ベースプレート部２の厚さ方向の両表面のうち多数のストレートフィン部３ａが配設されていない側の表面からなる冷却面２ａ上にろう付け等により接合されている。ベースプレート部２の冷却面２ａは略平坦状に形成されている。
　ヒートシンク１Ａの表面には、絶縁基板２０が冷却面２ａに接合される前に、はんだ付け性や耐食性を良好にするためにＮｉめっき層が形成されていても良い。Ｎｉめっき層は無電解Ｎｉめっき法で形成されても良いし電気Ｎｉめっき法で形成されても良い。
　本第１実施形態のヒートシンク１Ａの素材であるアルミニウムと炭素粒子５との複合材において、炭素粒子５の種類は限定されるものではないが、なるべく高い熱伝導率を有し且つアルミニウムとの複合化が容易であるものが望ましい。具体的には、炭素粒子５は、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子からなる群より選択される少なくとも一種であることが望ましく、更に、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン及び天然黒鉛粒子からなる群より選択される少なくとも一種であることがより望ましい。
　炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維などが好適に用いられる。
　カーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ（登録商標）を含む）などが好適に用いられる。
　グラフェンとしては、単層グラフェン、多層グラフェンなどが好適に用いられる。
　天然黒鉛粒子としては、鱗片状黒鉛粒子などが好適に用いられる。
　人造黒鉛粒子としては、異方性黒鉛粒子、熱分解黒鉛粒子などが好適に用いられる。
　炭素粒子５の大きさは限定されるものではない。しかるに、炭素粒子５が炭素繊維である場合、短炭素繊維が好適に用いられ、特に平均繊維長が１０μｍ以上２ｍｍ以下の短炭素繊維が好適に用いられる。炭素粒子５がカーボンナノチューブである場合、平均長さが１μｍ以上１０μｍ以下のカーボンナノチューブが特に好適に用いられる。炭素粒子５が天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子である場合、平均粒子径が１０μｍ以上３ｍｍ以下の天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子が特に好適に用いられる。
　アルミニウムと炭素粒子５との複合材の種類は限定されるものではない。例えば、複合材は、アルミニウム箔上に炭素粒子層が塗工されてなる複数の塗工箔が積層状態で焼結一体化されたもの（この複合材を以下では説明の便宜上「積層焼結型複合材」という）であっても良いし、アルミニウム粒子（例：アルミニウム粉末）と炭素粒子（例：炭素粉末）とが混合されて焼結されたもの（この複合材を以下では説明の便宜上「粒子焼結型複合材」）であっても良い。これらの複合材は、いずれも、アルミニウムがマトリックス金属として用いられるとともに炭素粒子５がフィラーとして用いられている。炭素粒子５は複合材の全体に亘ってアルミニウム中に多数、分散している。
　ヒートシンク１Ａにおいて、各ストレートフィン部３ａ中に存在する炭素粒子５はベースプレート部２に対するストレートフィン部３ａの突出方向Ｐに配向しており、したがって、各ストレートフィン部３ａ中に存在する炭素粒子５の高熱伝導方向がベースプレート部２に対するストレートフィン部３ａの突出方向Ｐに配向している。
　本第１実施形態では、炭素粒子５として、粒子の面方向に熱伝導率が良好な炭素粒子が用いられており、すなわち高熱伝導率の方向が粒子の面方向である炭素粒子が用いられている。具体的にはそのような炭素粒子５として鱗片状黒鉛粒子が用いられている。
　鱗片状黒鉛粒子の面方向の熱伝導率は、その厚さ方向の熱伝導率よりも格段に高い。したがって、本第１実施形態では、各ストレートフィン部３ａ中に存在する鱗片状黒鉛粒子の面方向がストレートフィン部３ａの突出方向Ｐに配向しており、これにより各ストレートフィン部３ａ中の鱗片状黒鉛粒子の高熱伝導方向がストレートフィン部３ａの突出方向Ｐに配向している。
　本第１実施形態のヒートシンク１Ａは押出型材で形成されたものである。図２ａ中の符号「Ｅ」は押出型材の押出方向を示している。
　本第１実施形態のヒートシンク１Ａの製造方法は次のとおりである。
　図２ｂに示すように、アルミニウムと炭素粒子５としての鱗片状黒鉛粒子との複合材からなる略円柱状のビレット（即ち押出素材）４５を押出加工装置４０により押出加工し、これにより、ヒートシンク１Ａの断面形状と同じ断面形状を有する長尺な押出型材４６を得る。なお、図２ｂにおいて、ビレット４５を他の部材と区別し易くするためビレット４５にはドットハッチングが付されている。
　押出加工装置４０は、コンテナ４１、押出加工ダイス４２、ステム４４等を具備している。押出加工ダイス４２は、ヒートシンク１Ａの断面形状と同じ断面形状を有する押出孔４３を備えている。ビレット４５を押出加工する際には、ビレット４５はコンテナ４１内に装填される。ビレット４５は必要に応じて所定温度に加熱される。そして、ビレット４５がステム４４により押出方向Ｅに押圧されて押出加工ダイス４２の押出孔４３を通過する。これにより、上述した長尺な押出型材４６が得られる。
　次いで、押出型材４６を所定の長さに切断することにより、図２ａに示した、押出型材４６で形成されたヒートシンク１Ａが得られる。ヒートシンク１Ａにおいて、ストレートフィン部３ａの連続する方向が押出型材４６の押出方向Ｅと一致している。
　このように、アルミニウムと炭素粒子５としての鱗片状黒鉛粒子との複合材からなるビレット４５を押出加工することにより得られた押出型材４６でヒートシンク１Ａを形成することにより、各ストレートフィン部３ａ中に存在する炭素粒子５としての鱗片状黒鉛粒子をストレートフィン部３ａの突出方向Ｐに確実に配向させることができるし、このような多数のストレートフィン部３ａを有するヒートシンク１Ａを確実に且つ容易に製造することができる。
　ビレット４５は、上述した積層焼結型複合材からなるものであっても良いし、上述した粒子焼結型複合材からなるものであっても良いし、その他のアルミニウムと炭素粒子との複合材からなるものであっても良い。
　本第１実施形態のヒートシンク１Ａによれば、各ストレートフィン部３ａ中に存在する炭素粒子５がベースプレート部２に対するストレートフィン部３ａの突出方向Ｐに配向しているので、各ストレートフィン部３ａの突出方向Ｐの熱伝導率は高い。したがって、ヒートシンク１Ａは高い冷却性能（放熱性能を含む）を有している。
　さらに、炭素粒子５として鱗片状黒鉛粒子が用いられているので、ヒートシンク１Ａは非常に高い冷却性能を有している。
　ここで、もし仮に、炭素粒子５として、鱗片状黒鉛粒子のような高熱伝導率の方向が粒子の面方向である炭素粒子ではなく、高熱伝導率の方向が粒子の一方向のみである炭素粒子（例：炭素繊維）が用いられている場合、アルミニウムと当該炭素粒子との複合材からなるビレットを押出加工することにより得られる押出型材でヒートシンクを形成すると、各ストレートフィン部中に存在する当該炭素粒子がストレートフィン部の突出方向Ｐに配向しにくくなる傾向がある。したがって、ヒートシンクを押出型材で形成する場合、炭素粒子５として、高熱伝導率の方向が粒子の面方向である炭素粒子（例：鱗片状黒鉛粒子）を用いることが特に望ましく、このような炭素粒子を用いることにより、ヒートシンクを押出型材で形成する場合でも炭素粒子５をストレートフィン部３ａの突出方向Ｐに確実に配向させることができる。
　図３に示した冷却器（放熱器を含む）１０は、図１及び２で示した第１実施形態のヒートシンク１Ａと、筐体本体１１とを備えている。
　筐体本体１１は例えば金属製であり、開口部を有している。ヒートシンク１Ａは筐体本体１１内に配置されて筐体本体１１の開口部がヒートシンク１Ａのベースプレート部２で閉塞されるとともに、筐体本体１１の内部がヒートシンク１Ａの多数のストレートフィン部３ａで区画されて筐体本体１１の内部に冷却流体（例：冷却液）が流通する流路１２が形成されている。そしてこの状態で、ヒートシンク１Ａが筐体本体１１にろう付けにより接合一体化されており、これにより冷却器１０が製作されている。
　したがって、冷却器１０において、ヒートシンク１Ａは、そのベースプレート部２が筐体本体１１の開口部を閉塞する蓋体として用いられるとともに、その多数のストレートフィン部３ａが筐体本体１１の内部に冷却流体用流路１２を形成する仕切り壁部（インナーフィン部）として用いられている。
　絶縁基板２０は、冷却器１０の冷却面としてのヒートシンク１Ａのベースプレート部２の冷却面２ａに、ろう付け等により接合されている。
　なお、ヒートシンク１Ａのベースプレート部２の冷却面２ａ上には、絶縁基板２０を冷却面２ａにろう付けするための両面ブレージングシートが配置されていても良い。また、筐体本体１１は、ヒートシンク１Ａを筐体本体１１にろう付けするために内面ブレージングシートで形成されていても良い。
　図４に示した本発明の第２実施形態に係るヒートシンク１Ｂでは、各フィン部３は、ピン状であり、すなわちピンフィン部３ｂである。そして、多数のピンフィン部３ｂは、ベースプレート部２に対してその厚さ方向の片側だけにピン状に突出した状態にベースプレート部２に一体形成されている。各ピンフィン部３ｂの断面形状は略円形状である。
　本第２実施形態のヒートシンク１Ｂの素材であるアルミニウムと炭素粒子５との複合材において、炭素粒子５としては、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子からなる群より選択される少なくとも一種が用いられる。
　各ピンフィン部３ｂ中に存在する炭素粒子５はベースプレート部２に対するピンフィン部３ｂの突出方向Ｐに配向しており、したがって各ピンフィン部３ｂ中に存在する炭素粒子５の高熱伝導方向がベースプレート部２に対するピンフィン部３ｂの突出方向Ｐに配向している。
　図５に示すように、このヒートシンク１Ｂは、熱間鍛造加工用金型３０を備えた熱間鍛造加工装置を用いて、アルミニウムと炭素粒子５との複合材からなる略板状の鍛造素材３５を熱間鍛造加工（詳述すると熱間型鍛造加工）することにより、形成されたものである。
　金型３０は、金型本体３１と、金型本体３１内に配置された鍛造素材３５を押圧するためのパンチ３２とを備えている。図５中の符号「Ｄ」は、パンチ３２による鍛造素材３５の押圧方向を示している。パンチ３２の先端部にはピンフィン部３ｂを形成するための多数のフィン部形成孔３３が設けられている。
　鍛造素材３５は金型本体３１内にてパンチ３２で押圧されることにより、鍛造素材３５の材料がパンチ３２の各フィン部形成孔３３に進入するように塑性流動し、これに伴い、各フィン部形成孔３３に進入した材料中の炭素粒子５の向きが各フィン部形成孔３３の延びる方向に揃う。その結果、ヒートシンク１Ｂにおいて、各ピンフィン部３ｂ中に存在する炭素粒子５がピンフィン部３ｂの突出方向Ｐに配向する（即ち、各ピンフィン部３ｂ中の炭素粒子５の高熱伝導方向がピンフィン部３ｂの突出方向Ｐに配向する）。
　このように、熱間鍛造加工による製造方法によりヒートシンクを形成することにより、各ピンフィン部３ｂ中に存在する炭素粒子５をピンフィン部３ｂの突出方向Ｐに確実に配向させることができるし、このような多数のピンフィン部３ｂを有するヒートシンク１Ｂを確実に且つ容易に製造することができる。
　図６に示した本発明の第３実施形態に係るヒートシンク１Ｃでは、各フィン部３は、ピン状であり、すなわちピンフィン部３ｂである。そして、多数のピンフィン部３ｂは、ベースプレート部２に対してその厚さ方向の両側にそれぞれピン状に突出した状態にベースプレート部２に一体形成されている。また、ベースプレート部２の厚さ方向の一方の片側に突出したピンフィン部３ｂの位置と、ベースプレート部２の厚さ方向の他方の片側に突出したピンフィン部３ｂの位置とは、ベースプレート部２の幅方向（図６において左右方向）において一致している。
　図７に示した本発明の第４実施形態に係るヒートシンク１Ｄでは、上記第３実施形態のヒートシンク１Ｃと同じく、各フィン部３は、ピン状であり、すなわちピンフィン部３ｂである。そして、多数のピンフィン部３ｂは、ベースプレート部に２対してその厚さ方向の両側にそれぞれピン状に突出した状態にベースプレート部２に一体形成されている。しかるに、ベースプレート部２の厚さ方向の一方の片側に突出したピンフィン部３ｂの位置と、ベースプレート部２の厚さ方向の他方の片側に突出したピンフィン部３ｂの位置とは、ベースプレート部２の幅方向（図７において左右方向）においてずれている。
　第３及び第４実施形態のヒートシンク１Ｃ、１Ｄでは、それぞれ、炭素粒子５として、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラフェン、天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子からなる群より選択される少なくとも一種が用いられる。
　上述した第２～第４実施形態のヒートシンク１Ｂ～１Ｄは、いずれも、各ピンフィン部３ｂ中に存在する炭素粒子５がベースプレート部に対するピンフィン部３ｂの突出方向Ｐに配向しているので、各ピンフィン部３ｂの突出方向Ｐの熱伝導率は高い。したがって、ヒートシンク１Ｂ～１Ｄは高い冷却性能を有している。
　これらのヒートシンク１Ｂ～１Ｄは、冷却器の筐体本体内に配置されて使用されても良いし、冷却器の筐体本体内に配置されないで使用されても良い。
　以上で本発明の幾つかの実施形態を説明したが、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。
　上記第１実施形態のヒートシンク１Ａのように、複数のフィン部として複数のストレートフィン部を有するヒートシンクは、上記第１実施形態のように押出型材で形成することが特に望ましいが、本発明ではそのようなヒートシンクは、その他に例えば熱間鍛造加工（例：熱間型鍛造加工）により形成しても良い。
　次に、本発明の具体的な実施例を以下に説明する。ただし本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
　＜実施例１＞
　図１に示した第１実施形態のヒートシンク１Ａを次のように製造した。
　アルミニウムと炭素粒子５としての鱗片状黒鉛粉末との複合材からなるビレット４５を準備した。複合材は、アルミニウム粉末と鱗片状黒鉛粉末とを混合して焼結することにより製造されたものである。
　次いで、ビレット４５を押出加工することにより、所望するヒートシンク１Ａの断面形状と同じ断面形状を有する長尺な押出型材４６を得た。そして、押出型材４６を所定の長さに切断することにより、ヒートシンク１Ａを得た。
　得られたヒートシンク１Ａの冷却性能は、アルミニウム製ヒートシンクのそれよりも優れていた。
　＜実施例２＞
　図４に示した第２実施形態のヒートシンク１Ｂを次のように製造した。
　アルミニウムと炭素粒子５としての短炭素繊維との複合材からなる板状の鍛造素材３５を準備した。複合材は、アルミニウム粉末と短炭素繊維とを混合して焼結することにより製造されたものである。
　次いで、鍛造素材３５を熱間型鍛造加工することにより、ヒートシンク１Ｂを得た。
　得られたヒートシンク１Ｂの冷却性能は、アルミニウム製ヒートシンクのそれよりも優れていた。
　本願は、２０１６年６月７日付で出願された日本国特許出願の特願２０１６－１１３２０６号の優先権主張を伴うものであり、その開示内容は、そのまま本願の一部を構成するものである。
　ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではなく、ここに示され且つ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、この発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。
　本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものであるが、この開示は本発明の原理の実施例を提供するものと見なされるべきであって、それら実施例は、本発明をここに記載しかつ／または図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、多くの図示実施形態がここに記載されている。
　本発明の図示実施形態を幾つかここに記載したが、本発明は、ここに記載した各種の好ましい実施形態に限定されるものではなく、この開示に基づいていわゆる当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ（例えば、各種実施形態に跨る特徴の組み合わせ）、改良及び／又は変更を有するありとあらゆる実施形態をも包含するものである。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施例に限定されるべきではなく、そのような実施例は非排他的であると解釈されるべきである。例えば、この開示において、「preferably」という用語は非排他的なものであって、「好ましいがこれに限定されるものではない」ということを意味するものである。
　本発明は、発熱性素子等の発熱体を冷却するためのヒートシンク及び冷却器並びにヒートシンクの製造方法に利用可能である。
１Ａ～１Ｄ：ヒートシンク
２：ベースプレート部
３：フィン部
３ａ：ストレートフィン部
３ｂ：ピンフィン部
５：炭素粒子
１０：冷却器
２０：絶縁基板
３０：熱間鍛造用金型
３５：鍛造素材
４５：ビレット
４６：押出型材
Ｐ：フィン部の突出方向

Claims (5)

  1. 　アルミニウムと炭素粒子との複合材製であり、
    　ベースプレート部に複数のフィン部が前記ベースプレート部に対して突出した状態に一体形成されており、
    　前記フィン部中に存在する炭素粒子が前記ベースプレート部に対する前記フィン部の突出方向に配向しているヒートシンク。
  2. 　前記炭素粒子として鱗片状黒鉛粒子が用いられている請求項１記載のヒートシンク。
  3. 　請求項１又は２記載のヒートシンクを備えた冷却器。
  4. 　請求項１又は２記載のヒートシンクを、アルミニウムと炭素粒子との複合材からなる鍛造素材を熱間鍛造加工することにより形成するヒートシンクの製造方法。
  5. 　請求項２記載のヒートシンクを、アルミニウムと炭素粒子との複合材からなるビレットを押出加工することにより得られた押出型材で形成するヒートシンクの製造方法。
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