(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【0012】
〈第1の実施の形態〉
[第1の実施の形態に係る放熱部品の構造]
まず、第1の実施の形態に係る放熱部品の構造について説明する。
図1は、第1の実施の形態に係る放熱部品を例示する部分断面模式図である。
図1を参照するに、放熱部品1は、基材10と、複合めっき層20とを有する。
【0013】
基材10は、複合めっき層20が積層形成される部分である。基材10は、熱伝導率が良好な金属から構成することが好ましく、具体的には、例えば銅(Cu)、アルミニウム(Al)、又はこれらの合金等を用いることができる。但し、基材10は、樹脂やシリコン等であっても構わない。
【0014】
複合めっき層20は、基材10上に形成された、金属23中に第1カーボンナノチューブ21及び第2カーボンナノチューブ22(以降、第1CNT21及び第2CNT22とする)が分散された層である。複合めっき層20の厚さT
1は、例えば、5〜20μm程度とすることができる。
【0015】
第1CNT21と第2CNT22とは、互いに直径が異なるカーボンナノチューブである。第1CNT21の直径は、例えば、100〜150nm程度とすることができる。第2CNT22の直径は、例えば、0.8〜20nm程度とすることができる。
【0016】
第1CNT21の長さは、例えば、10〜20μm程度とすることができる。第2CNT22の長さは、例えば、1〜10μm程度とすることができる。但し、第1CNT21と第2CNT22とは、同じ長さであっても構わない。第1CNT21及び第2CNT22の本数は、例えば、各々数万本程度とすることができる。
【0017】
第1CNT21及び第2CNT22は、各々単層カーボンナノチューブであってもよいし、多層カーボンナノチューブであってもよい。又、第1CNT21及び第2CNT22のうち何れか一方が単層カーボンナノチューブで、他方が多層カーボンナノチューブであってもよい。
【0018】
但し、大径の第1CNT21を多層カーボンナノチューブとし、小径の第2CNT22を単層カーボンナノチューブとすると好適である。単層カーボンナノチューブは多層カーボンナノチューブよりも熱伝導率が高いため、大径の第1CNT21間に小径の第2CNT22として単層カーボンナノチューブを多数分散させることにより、複合めっき層20の熱放射性の更なる向上が期待できるからである。
【0019】
又、多層カーボンナノチューブは単層カーボンナノチューブよりも剛性が高く直線性に優れている。そのため、大径の第1CNT21として多層カーボンナノチューブを用い、ある程度の長さで金属23中に分散させると、基材10の熱を複合めっき層20の表面に伝達し易くなる。例えば、一端が基材10の表面に接し、他端が複合めっき層20の表面から突出する第1CNT21が多数存在することにより、複合めっき層20の熱放射性の更なる向上が期待できる。
【0020】
第1CNT21及び第2CNT22は、基材10の表面に対してランダムな方向に配されており、第1CNT21及び第2CNT22の一部は、金属23の表面から突出している。以降、第1CNT21及び第2CNT22の金属23の表面から突出している部分を、第1CNT21の突出部及び第2CNT22の突出部と称する。
【0021】
第1CNT21の突出部の金属23の表面からの突出量Lは、第1CNT21ごとに異なるが、例えば、10μm程度とすることができる。第1CNT21の突出部の投影面積は、複合めっき層20の表面に対して3%以上とすることができる。第2CNT22の突出部の金属23の表面からの突出量、及び第2CNT22の突出部の投影面積は、第1CNT21の場合と同程度とすることができる。但し、第2CNT22の突出部の金属23の表面からの突出量を、第1CNT21の突出部の金属23の表面からの突出量より小さくしても構わない。
【0022】
第2CNT22の直径は第1CNT21の直径よりも小さいため、隣接する第1CNT21の形成する隙間に第2CNT22が入り込むことが可能となり、金属23中に分散する第1CNT21及び第2CNT22の密度を向上できる。特に、小径の第2CNT22の長さを大径の第1CNT21の長さよりも短くすることにより、隣接する第1CNT21の形成する隙間に第2CNT22が入り込み易くなり、いっそう密度を向上できる。
【0023】
金属23は、熱伝導率が良好で錆び難い金属から構成することが好ましく、具体的には、例えば、ニッケル(Ni)とリン(P)との合金(Ni−P合金)等を用いることができる。
【0024】
なお、第1CNT21及び第2CNT22に代えて、フッ素化カーボンナノチューブ等を含むカーボンナノチューブの誘導体、カーボンナノファイバ、グラファイト、カーボンブラック等の炭素材料を用いても構わない。又、これらの炭素材料が混合したものを用いても構わない。
【0025】
なお、放熱部品1は、例えば、ベーパーチャンバー、ヒートパイプ、ヒートスプレッダ、LEDの筺体等に適用することができる。つまり、放熱部品1の基材10は半導体素子等の発熱体に取り付けられ、半導体素子等の発する熱を基材10を介して複合めっき層20の表面に迅速に伝達する。
【0026】
金属23中には互いに直径の異なる第1CNT21及び第2CNT22が高密度に分散され、第1CNT21及び第2CNT22の一部が金属23の表面から突出している。そのため、第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部からは、基材10から伝熱された熱が直ちに放熱され、複合めっき層20の熱放射性を向上できる。
【0027】
なお、本実施の形態では、金属中に直径の異なる2種類のカーボンナノチューブを分散させる例を示したが、金属中に直径の異なる3種類以上のカーボンナノチューブを分散させてもよい。金属中に直径の異なる複数種類のカーボンナノチューブを分散させることにより、金属中に分散するカーボンナノチューブを高密度化できるため、放熱部品の熱放射性を向上可能となる。
【0028】
[第1の実施の形態に係る放熱部品の製造方法]
次に、第1の実施の形態に係る放熱部品の製造方法について説明する。まず、基材10を準備する。基材10は、熱伝導率が良好な金属から構成することが好ましく、具体的には、例えば銅(Cu)、アルミニウム(Al)、又はこれらの合金等を用いることができる。但し、基材10は、樹脂やシリコン等であっても構わない。
【0029】
そして、準備した基材10の表面に、金属23中に第1CNT21及び第2CNT22が分散されためっき液を用いて無電解めっきを施す。これにより、金属23中に第1CNT21及び第2CNT22が分散された複合めっき層20を形成できる。複合めっき層20は、第1CNT21及び第2CNT22の各々の一部が金属23の表面から突出した複数の突出部を含むように形成する。
【0030】
複合めっき層20の厚さは、例えば、5〜20μm程度とすることができる。第1CNT21及び第2CNT22の各々の直径、長さ、突出量、投影面積等は前述の通りであるため、説明は省略する。
【0031】
本実施の形態で用いる無電解めっき液としては、例えば、Ni−Pめっき液を用いることができる。以下、無電解めっき液としてNi−Pめっき液を用いる場合を例にして説明する。
【0032】
Ni−Pめっき液は、カチオン系の界面活性剤であるトリメチルセチルアンモニウム塩を含むと好適である。トリメチルセチルアンモニウム塩の添加量は、めっき浴中の第1CNT21及び第2CNT22の濃度に応じた最適な添加量とすることができる。例えば、第1CNT21及び第2CNT22の濃度が2g/lである場合には、トリメチルセチルアンモニウム塩の添加量を0.5〜1.0g/l程度とすると好適である。トリメチルセチルアンモニウム塩としては、例えば、トリメチルセチルアンモニウムクロリドを用いることができる。
【0033】
Ni−Pめっき液がトリメチルセチルアンモニウム塩を含むことにより、第1CNT21及び第2CNT22を、無電解めっき液であるNi−Pめっき液中に良好に分散させることができる。カチオン系の界面活性剤であるトリメチルセチルアンモニウム塩はNi−Pめっき液中で正に帯電し、直鎖状の長い分子で第1CNT21及び第2CNT22によく絡みつき、第1CNT21及び第2CNT22を正に帯電させる。そして、正に帯電した第1CNT21及び第2CNT22はNi−Pめっき皮膜に強く吸着され、この状態で更にNi−Pめっき皮膜が積み上がっていくため、第1CNT21及び第2CNT22がNi−Pめっき皮膜中に良好に取り込まれると考えられる。
【0034】
なお、正に帯電した第1CNT21及び第2CNT22は、一端においてNi−Pめっき皮膜に強く吸着され、この状態でNi−Pめっき皮膜が積み上がっていく。このことから、第1CNT21及び第2CNT22は、Ni−Pめっき皮膜中で斜めに取り込まれるものが多くなる。又、第1CNT21及び第2CNT22は、Ni−Pめっき皮膜の表面では、先端が突出した状態となる。
【0035】
以上のように、第1の実施の形態によれば、基材10上に、金属23中に互いに直径の異なる第1CNT21及び第2CNT22を高密度に分散させ、第1CNT21及び第2CNT22の一部を金属23の表面から突出させた複合めっき層20を形成する。これにより、第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部からは、基材10から伝熱された熱が直ちに放熱され、複合めっき層20の熱放射性を向上できる。
【0036】
なお、本実施の形態では、無電解めっき法を用いて複合めっき層を形成する例を示した。これは、無電解めっき法を用いることにより、電解めっき法を用いた場合よりも均一な膜厚で複合めっき層を形成できるからである。この点は、特に複雑な形状物に対して複合めっき層を形成する際に有利である。
【0037】
又、無電解めっき法を用いることにより、導電性のない試料に対しても複合めっき層を形成できる。例えば、基材10が金属ではなく、樹脂やシリコン等であっても、その上に無電解めっき法により複合めっき層を形成できる。しかしながら、電解めっき法を用いても膜厚均一性に対する要求仕様を満足できる場合や、導電性のある試料に対して複合めっき層を形成する場合等には、電解めっき法を用いて複合めっき層を形成してもよい。
【0038】
〈第2の実施の形態〉
第2の実施の形態では、複合めっき層上に触媒層を介して表面めっき層を積層形成する例を示す。
【0039】
[第2の実施の形態に係る放熱部品の構造]
まず、第2の実施の形態に係る放熱部品の構造について説明する。
図2は、第2の実施の形態に係る放熱部品を例示する部分断面模式図である。
図2を参照するに、放熱部品2は、複合めっき層20上に触媒層(図示せず)を介して表面めっき層30が積層形成されている点が放熱部品1(
図1参照)と相違する。
【0040】
触媒層(図示せず)は、複合めっき層20の表面(すなわち、第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部の表面及び金属23の表面)を覆うように形成されている。触媒層は、表面めっき層30を形成する前に触媒として付与される触媒物質からなる層であり、隣接する突出部間を充填しない程度の層厚に制御されている。
【0041】
触媒層の材料としては、例えば、パラジウム(Pd)を用いることができる。触媒層の材料として、銀(Ag)やSn/Pd(錫とパラジウムを混合したもの)等を用いても構わない。触媒層は、存在することにより所定の効果が得られ、特にその厚さは問題とならないが、触媒層の厚さは、例えば、10〜40nm程度とすることができる。
【0042】
表面めっき層30は、触媒層の表面(すなわち、触媒層が形成された第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部の表面及び金属23の表面)を覆うように形成されている。表面めっき層30は、第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部の脱落を防止するために設けられている。表面めっき層30を、触媒層が形成された第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部全体を覆うように形成すると熱放射性が低下する。そこで、表面めっき層30は触媒層が形成された隣接する突出部間を充填しない程度の層厚に制御されている。
【0043】
但し、少なくとも大径の第1CNT21の隣接する突出部間を充填しない程度に表面めっき層30の層厚を制御すれば、一定の熱放射性を確保できる。つまり、小径の第2CNT22の隣接する突出部間は、表面めっき層30により充填されてもよい。
【0044】
なお、触媒層及び表面めっき層30は、第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部の表面及び金属23の表面に一様に付着しなくてもよい。例えば、第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部の表面及び金属23の表面に、触媒層を介さずに表面めっき層30が直接形成されている部分が存在してもよい。部分的にこのような形態となっても、全体的にみれば触媒層が形成された第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部の表面及び金属23の表面を覆うように表面めっき層30が形成されているため、熱放射性の向上という所定の効果が得られるからである。
【0045】
なお、第1CNT21及び第2CNT22等の炭素材料は親水性が悪く、触媒層との密着不良を起こす虞があるため、触媒層は、所定の表面処理が施されて親水化された複合めっき層20の表面上に形成されている。所定の表面処理については、後述する。
【0046】
表面めっき層30は、例えば電解めっき法により形成することができ、その材料としては、例えば、ニッケル(Ni)を用いることができる。表面めっき層30として電解めっき法により形成されたニッケル(Ni)を用いた場合、表面めっき層30の厚さT
2は、0.5μm以上2μm以下とすることが好ましい。表面めっき層30の厚さT
2が0.5μmよりも薄いと、第1CNT21及び第2CNT22の脱落を防止することが困難となる。一方、表面めっき層30の厚さT
2が2μmよりも厚いと、熱放射性が低下する。
【0047】
表面めっき層30を、電解めっき法により形成された銅(Cu)や銀(Ag)としても構わない。表面めっき層30として電解めっき法により形成された銅(Cu)や銀(Ag)を用いた場合、表面めっき層30の厚さT
2は、0.5μm以上2μm以下とすることが好ましい。表面めっき層30の厚さT
2が0.5μmよりも薄いと、第1CNT21及び第2CNT22の脱落を防止することが困難となる。一方、表面めっき層30の厚さT
2が2μmよりも厚いと、熱放射性が低下する。
【0048】
このように、第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部を極薄の触媒層及び表面めっき層30で覆うことにより、第1CNT21及び第2CNT22の突出部の脱落による熱放射性の低下を防止できる。
【0049】
[第2の実施の形態に係る放熱部品の製造方法]
次に、第2の実施の形態に係る放熱部品の製造方法について説明する。まず、第1の実施の形態と同様にして、基材10上に、金属23中に第1CNT21及び第2CNT22を分散させ、第1CNT21及び第2CNT22の一部を金属23の表面から突出させた複合めっき層20を形成する。
【0050】
次に、触媒層を形成する前に、複合めっき層20の表面に表面処理を施す。表面処理を施す理由は、第1CNT21及び第2CNT22は親水性が悪く、触媒層と第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部との間で密着不良を起こす虞があるためである。複合めっき層20の表面に表面処理を施すことにより第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部は親水化するため、触媒層との密着性を大幅に向上することができる。表面処理には、例えば、2−アミノエタノール、ポリオキシエチレン−オクチルフェニルエーテルを主成分とする界面活性剤を用いると好適である。
【0051】
次に、表面処理が施された複合めっき層20上に、第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部の表面及び金属23の表面を覆うように、触媒層を形成する。触媒層は隣接する突出部間を充填しない程度の層厚に制御する。そして、第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部の表面を覆う触媒層及び金属23の表面を覆う触媒層上に、例えば電解めっき法により表面めっき層30を形成する。表面めっき層30は触媒層が形成された隣接する第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部間を充填しない程度の層厚に制御する。触媒層や2めっき層30の材料や厚さ等は、前述の通りである。
【0052】
なお、触媒層を形成する工程よりも前に、酸浸漬工程を設け、触媒層を形成する工程と表面めっき層30を形成する工程(電解めっき工程)との間に、還元処理工程を設けてもよい。酸浸漬工程は、被めっき面を活性化させ、触媒層を付き易くする工程である。酸浸漬工程では、例えば、塩酸を主成分とする溶液を用いることができる。還元処理工程は、被めっき面に付与された触媒物質(触媒層を構成する物質)を還元して金属化する工程である。還元処理工程では、例えば、還元剤である次亜リン酸ナトリウムを主成分とする溶液を用いることができる。
【0053】
以上のように、第2の実施の形態によれば、複合めっき層20上に触媒層を介して表面めっき層30を積層形成する。これにより、第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部は極薄の触媒層及び表面めっき層30で覆われるため、第1CNT21及び第2CNT22の各々の突出部の脱落による熱放射性の低下を防止できる。
【0054】
なお、表面めっき層30は、無電解めっき法により形成してもよい。この場合、表面めっき層30の材料としては、例えば、Ni−Pを用いることができる。無電解めっき法により表面めっき層30を形成しても、上記と同様の効果を奏する。
【0055】
〈実施例〉
実施例では、第1の実施の形態に係る製造方法で放熱部品1を作製した。具体的には、基材10として銅板を用い、その上に、無電解めっき液としてNi−Pめっき液を用いて膜厚5μmの複合めっき層20を形成した。以下に詳細を示す。
【0056】
Ni−Pめっき液の組成は表1の通りとし、第1CNT21及び第2CNT22の直径、長さ、濃度は表2の通りとした。なお、表1に示すように、Ni−Pめっき液には、界面活性剤(分散剤)として、トリメチルセチルアンモニウムクロリド(TMSAC)を1.7×10
−3mol/l添加した。
【0059】
被めっき物(基材10)、めっき条件、及び熱処理条件を以下に示す。
【0060】
[基材10]
銅板(3cm×3cm×0.3cm)
[前処理]
通常法(感受性化+活性化)
[めっき条件]
温度:40℃
時間:10〜240分
pH:9
かく拌:スターラーかく拌(かく拌スピード1500rpm)
以上の条件で基材10上に作製した複合めっき層20の表面のSEM写真を
図3((a)は低倍率、(b)は高倍率)に示す。
図3に示すように、第1CNT21及び第2CNT22が金属23(Ni−Pめっき皮膜)中に良好に分散している。又、大径の第1CNT21間に、小径の第2CNT22が多数入り込み、金属23中に分散する第1CNT21及び第2CNT22の密度が向上している。
【0061】
このように、本実施例によれば、第1の実施の形態に係る製造方法で放熱部品1を製造することにより、金属23中に互いに直径の異なる第1CNT21及び第2CNT22が高密度に分散されることが確認された。
【0062】
以上、好ましい実施の形態及び実施例について詳説したが、上述した実施の形態及び実施例に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態及び実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。