特開 2023-126048 ヒートシンクの熱分散構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023126048

(43)【公開日】2023-09-07

(54)【発明の名称】ヒートシンクの熱分散構造

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20230831BHJP

   H01L 23/373 20060101ALI20230831BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20230831BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 D

H01L23/36 M

H05K7/20 E

H05K7/20 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022030495

(22)【出願日】2022-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】594043122

【氏名又は名称】株式会社アカネ

(71)【出願人】

【識別番号】000000206

【氏名又は名称】ＵＢＥ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100132964

【弁理士】

【氏名又は名称】信末 孝之

(72)【発明者】

【氏名】砂本 健市

(72)【発明者】

【氏名】吉村 正文

(72)【発明者】

【氏名】稲森 太

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AB01

5E322AB02

5E322AB03

5E322FA04

5E322FA09

5F136BA03

5F136BC06

5F136DA27

5F136FA02

5F136FA03

5F136FA23

5F136FA41

5F136FA63

5F136FA88

5F136GA02

5F136GA12

5F136GA17

5F136GA31

(57)【要約】

【課題】比較的大型のヒートシンクにおいて、熱源から放熱板に伝わった熱をヒートシンクの上面に広く分散することのできるヒートシンクの熱分散構造を提供する。
【解決手段】ヒートシンク３の上面に分離して配置された複数の放熱板１０（２０）と、複数の放熱板１０（２０）を連結する熱継手３０とを有し、熱源から放熱板１０（２０）に伝わった熱を熱継手３０によりヒートシンク３の上面に分散することを特徴とするヒートシンクの熱分散構造１００である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒートシンクの上面に分離して配置された複数の放熱板と、前記複数の放熱板を連結する熱継手とを有し、
熱源から放熱板に伝わった熱を前記熱継手により前記ヒートシンクの上面に分散することを特徴とするヒートシンクの熱分散構造。

【請求項2】

前記複数の放熱板は、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料からなり、
前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向がヒートシンクの上面に対して平行方向となるように配置されている放熱板から構成されることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンクの熱分散構造。

【請求項3】

前記複数の放熱板は、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料からなり、
前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向がヒートシンクの上面に対して垂直方向となるように配置されている放熱板から構成されることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンクの熱分散構造。

【請求項4】

前記複数の放熱板は、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料からなり、
前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向がヒートシンクの上面に対して平行方向となるように配置されている放熱板と、
前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向がヒートシンクの上面に対して垂直方向となるように配置されている放熱板と、
から構成されることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンクの熱分散構造。

【請求項5】

前記熱継手は、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料からなり、
前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向が連結方向に直交する方向となるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンクの熱分散構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＩＧＢＴ等の半導体素子などの熱源を冷却するためのヒートシンクに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、ＩＧＢＴ等の半導体素子などの熱源を冷却するためのヒートシンクが用いられている。ヒートシンクには、熱源から発生する熱を放熱させるための放熱板（放熱基板）が部材として使用されている。

【0003】

例えば、特許文献１には、Ｃｕ－Ｃ複合材（黒鉛－銅複合材料）からなる放熱基板に関する発明が記載されており、Ｃｕ－Ｃ複合材の表側と裏側に薄膜状のＣｕ層を形成して温度上昇に伴う応力発生に対応するようになっている。

【0004】

また、特許文献２及び特許文献３には、鱗片状黒鉛粒子を積層した黒鉛－銅複合材料からなる放熱板に関する発明が記載されており、鱗片状黒鉛粒子の積層方向による熱伝導率の大きさの違いについて言及されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１４２５６９号公報

【特許文献2】特開２０１９－１９２８９０号公報

【特許文献3】特開２０２０－１１３７５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ヒートシンクには用途に応じて様々な大きさのものがあるが、例えば５００～１０００ｍｍ四方といった比較的大型のヒートシンクの場合には、コスト面や強度面の問題があるため、ヒートシンク全体を、特許文献１～３に記載したようなＣｕ－Ｃ複合材（黒鉛－銅複合材料）からなる放熱基板で構成することは困難である。そのため、比較的大型のヒートシンクの材料としては、例えばアルミニウムが用いられている。そして、アルミニウム製のヒートシンクの上面には、ＩＧＢＴ等の半導体素子などの熱源を載置するための放熱板が配置されるようになっている。

【0007】

しかしながら、比較的大型のヒートシンクの場合、熱源から放熱板に伝わった熱がヒートシンクの上面で分散せず、熱の伝わり方が局所的になってしまい、ヒートシンクの冷却機能を効果的に利用することができない。

【0008】

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、比較的大型のヒートシンクにおいて、熱源から放熱板に伝わった熱をヒートシンクの上面に広く分散することのできるヒートシンクの熱分散構造を提供するものである。

【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の熱分散構造は、ヒートシンクの上面に分離して配置された複数の放熱板と、前記複数の放熱板を連結する熱継手とを有し、熱源から放熱板に伝わった熱を前記熱継手により前記ヒートシンクの上面に分散することを特徴とする。

【0010】

また好ましくは、前記複数の放熱板は、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料からなり、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向がヒートシンクの上面に対して平行方向となるように配置されている放熱板から構成されることを特徴とする。

【0011】

また好ましくは、前記複数の放熱板は、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料からなり、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向がヒートシンクの上面に対して垂直方向となるように配置されている放熱板から構成されることを特徴とする。

【0012】

また好ましくは、前記複数の放熱板は、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料からなり、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向がヒートシンクの上面に対して平行方向となるように配置されている放熱板と、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向がヒートシンクの上面に対して垂直方向となるように配置されている放熱板と、から構成されることを特徴とする。

【0013】

また好ましくは、前記熱継手は、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料の焼結体からなり、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向が連結方向に直交する方向となるように配置されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明のヒートシンクの熱分散構造は、ヒートシンクの上面に分離して配置された複数の放熱板と、複数の放熱板を連結する熱継手とを有しているので、熱源から放熱板に伝わった熱を熱継手によりヒートシンクの上面に分散することができる。

【0015】

また、複数の放熱板が、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料からなり、鱗片状黒鉛粒子の積層方向がヒートシンクの上面に対して平行方向となるように配置されている放熱板から構成される場合には、熱源から放熱板に伝わった熱をヒートシンクの上面に対して垂直方向に効果的に放熱することができる。

【0016】

また、複数の放熱板が、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料からなり、鱗片状黒鉛粒子の積層方向がヒートシンクの上面に対して垂直方向となるように配置されている放熱板から構成される場合には、熱源から放熱板に伝わった熱をヒートシンクの上面に対して平行方向に効果的に放熱することができる。

【0017】

また、複数の放熱板が、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料からなり、鱗片状黒鉛粒子の積層方向がヒートシンクの上面に対して平行方向となるように配置されている放熱板と、前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向がヒートシンクの上面に対して垂直方向となるように配置されている放熱板と、から構成される場合には、熱源から放熱板に伝わった熱をヒートシンクの上面に対して垂直方向と平行方向とに組み合わせながら効果的に放熱することができる。

【0018】

また、熱継手が、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料からなり、鱗片状黒鉛粒子の積層方向が連結方向に直交する方向となるように配置されている場合には、放熱板から放熱板への連結方向に熱を効果的に放熱することができる。

【0019】

このように、本発明によれば、比較的大型のヒートシンクにおいて、熱源から放熱板に伝わった熱をヒートシンクの上面に広く分散することのできるヒートシンクの熱分散構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係るヒートシンクの熱分散構造を示す平面図である。

【図2】本発明の実施形態に係るヒートシンクの熱分散構造を示す正面図である。

【図3】黒鉛－銅複合材料の焼結体を示す斜視図である。

【図4】放熱板を示す平面図である

【図5】放熱板の組立図である。

【図6】放熱板の焼結方法を示す断面図である。

【図7】放熱板の焼結方法を示す断面図である。

【図8】放熱板を示す平面図である

【図9】放熱板の組立図である。

【図10】放熱板の焼結方法を示す断面図である。

【図11】放熱板の焼結方法を示す断面図である。

【図12】熱継手を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）ａ－ａ断面図である。

【図13】熱継手の組立図である。

【図14】放熱板の焼結方法を示す断面図である。

【図15】放熱板の焼結方法を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

次に、図１～図１５を参照して、本発明の実施形態に係るヒートシンクの熱分散構造について説明する。図１及び図２は、本実施形態に係るヒートシンクの熱分散構造１００を示す平面図及び正面図である。

【0022】

熱分散構造１００は、ヒートシンク３の上面に配置されている。ヒートシンク３は、上面が例えば５００～１０００ｍｍ四方といった比較的大型のものであり、下部に複数のフィンが設けられている。フィンの冷却は、空冷及び水冷のいずれであってもよい。また、ヒートシンク３の材料としては、例えばアルミニウムが用いられる。

【0023】

熱分散構造１００は、５つの放熱板１０（２０）及び４つの熱継手３０から構成されている。放熱板１０（２０）は、例えば２００ｍｍ四方以下の大きさであって、上面に絶縁層を介して熱源を載置するものである。熱源としては、ＩＧＢＴ等の半導体素子などが挙げられる。

【0024】

放熱板１０（２０）は、ヒートシンク３の上面に分離して配置されている。本実施形態では、同じ大きさの５つの放熱板１０（２０）を用い、１つが中央に配置され、他の４つが四隅に配置されている。放熱板１０（２０）の下面は、ヒートシンク３の上面にグリス、ハンダ、ロウ付け等により接合されている。

【0025】

中央の放熱板１０（２０）は、四隅の放熱板１０（２０）の各々と熱継手３０により連結されている。放熱板１０（２０）と熱継手３０とは、ネジ４により固定されている。また、熱継手３０の下面も、ヒートシンク３の上面にグリス、ハンダ、ロウ付け等により接合されている。なお、放熱板１０（２０）の熱継手３０との連結部分には、熱継手３０の端部と勘合する切り欠き部（図示しない）が形成されている。

【0026】

そして、複数の放熱板１０（２０）を熱継手３０で連結することにより、熱源から放熱板１０（２０）に伝わった熱が熱継手３０によりヒートシンク３の上面に分散するようになっている。ヒートシンク３の上面に分散した熱は、一部のフィンだけではなく多くのフィンを経由して放熱される。

【0027】

このように、本実施形態に係るヒートシンクの熱分散構造１００は、ヒートシンク３の上面に分離して配置された複数の放熱板１０（２０）と、複数の放熱板１０（２０）を連結する熱継手３０とを有しているので、熱源から放熱板１０（２０）に伝わった熱を熱継手３０によりヒートシンク３の上面に分散することができる。

【0028】

次に、本実施形態に係る放熱板１０（２０）及び熱継手３０について詳細に説明する。まず、図３を参照して、放熱板１０（２０）及び熱継手３０の本体部となる黒鉛－銅複合材料の焼結体について説明する。

【0029】

（黒鉛－銅複合材料）
図３（Ａ）は、黒鉛－銅複合材料の焼結体９を示す斜視図である。黒鉛－銅複合材料の焼結体９は、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含むものである。図３（Ａ）において、符号１の楕円は鱗片状黒鉛粒子、符号２の直線は積層された鱗片状黒鉛粒子の層を模式的に示したものである。以降の図においても同様である。

【0030】

図３（Ａ）において、鱗片状黒鉛粒子１は下から上に向かって積層されており、白矢印Ｚは鱗片状黒鉛粒子の積層方向を示している。そして、黒矢印Ｘ及び黒矢印Ｙは白矢印Ｚと直交しており、鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向となっている。

【0031】

ここで、黒鉛－銅複合材料の焼結体９の熱伝導率を各方向で比較すると、黒矢印Ｘ及び黒矢印Ｙの方向での熱伝導率の方が、白矢印Ｚの方向での熱伝導率よりも大きい。すなわち、鱗片状黒鉛粒子２の積層方向に垂直な方向（Ｘ、Ｙ）での熱伝導率が、積層方向（Ｚ）での熱伝導率よりも大きい。これは、熱伝導率の大きな鱗片状黒鉛粒子２が隣り合う方向（Ｘ、Ｙ）においては、隣り合う鱗片状黒鉛粒子２の間で熱伝導が行われやすいのに対して、上下の鱗片状黒鉛粒子２の間には黒鉛よりも熱伝導率の小さい銅層が存在するためである。

【0032】

図３（Ｂ）は、黒鉛－銅複合材料の焼結体９を切断した状態を示すものである。このように、黒鉛－銅複合材料の焼結体９を所望の長さや厚みに切断することにより、所望の形状とすることができる。

【0033】

黒鉛－銅複合材料の焼結体９は、鱗片状黒鉛粒子と銅粒子とを原料として得られた焼結体であり、黒鉛粒子に前処理を施して所望の鱗片状黒鉛粒子を得、所定の銅粒子と混合して成形原料とし、これを成形して所定条件で焼結して製造することができる。

【0034】

黒鉛粒子の前処理は、薄層化と称するものであり、黒鉛粒子にせん断力を付与して厚みを低減することにより行われる。例えば、特開２０１９－９４２４８号公報に、薄層黒鉛の製造方法として開示されている。

【0035】

鱗片状黒鉛粒子と銅粒子とを所定の割合で混合し、有機溶媒により湿式混合を行って成形原料を得る。そして、成形原料を所定の成形型に充填して多軸通電焼結法により焼結する。多軸通電焼結法は、上下方向の加圧軸と水平方向の２つの通電軸とを有する多軸通電焼結装置を用いた焼結方法であり、均一な温度分布で焼結されるので、安定した品質の複合材料を製造することができる。

【0036】

（放熱板１０）
次に、図４～図７を参照して、放熱板１０について説明する。図４は、放熱板１０を示す平面図である。放熱板１０は、本体部１１、フレーム部１２及びコーナー部１３から構成されている。放熱板１０の厚さは例えば０．５～５ｍｍである。

【0037】

本体部１１は、黒鉛－銅複合材料の焼結体９から形成された平面視八角形の板状部材である。また、本体部１１における鱗片状黒鉛粒子の積層方向（Ｚ）は、ヒートシンク３の上面に対して平行方向（図４の上下方向）となるように配置されている。従って、ヒートシンク３の上面に対して垂直方向（図４の紙面を貫く方向）の熱伝導率が大きくなっている。

【0038】

このように、放熱板１０は、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料からなり、鱗片状黒鉛粒子の積層方向（Ｚ）がヒートシンク３の上面に対して平行方向となるように配置されているので、熱源から放熱板１０に伝わった熱をヒートシンク３の上面に対して垂直方向に効果的に放熱することができる。

【0039】

フレーム部１２は、本体部１１を周囲から保持するための部材である。また、コーナー部１３は、本体部１１の四隅とフレーム部１３との間に配置される部材であり、熱継手３０を固定するネジ４を取り付けるためのものである。フレーム部１２及びコーナー部１３は、いずれも銅部材である。なお、フレーム部１２及びコーナー部１３は必ずしも必要ではなく、放熱板１０の保持や放熱板１０と熱継手３０との固定を別の構成により行うようにしてもよい。

【0040】

次に、放熱板１０の製造方法について説明する。図５は、放熱板１０の組立図であり、各部材を黒鉛型の内部にセットして焼結する。

【0041】

図６は、放熱板１０の焼結方法を示す断面図である。図６に示す焼結方法は、本体部１１の焼結と、本体部１１、フレーム部１２及びコーナー部１３の接合とを別工程で行うものである。

【0042】

黒鉛型６，６の内部には、放熱板１０の材料として、本体部１１となる黒鉛－銅複合材料の焼結体９、フレーム部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ及びコーナー部１３，１３，１３，１３がセットされている。各部材は、焼結後に切断することにより複数の放熱板１０を得ることができるように、図６の紙面を貫く方向に厚みを持った部材が用いられている。また、各部材の接合部分（図中に太線で示す部分）には、接合を促すための銅粉末（０．５～５μｍの微粉をアルコール等に混合したもの）が塗布されている。以降の焼結方法についても同様である。

【0043】

図６に示す焼結方法では、予め本体部１１の焼結を別工程で行い、焼結体９を形状加工してからセットする。そして、上下のパンチ５，５により加圧しながら焼結することにより、本体部１１となる黒鉛－銅複合材料の焼結体９、フレーム部１２及びコーナー部１３の接合が行われる。焼結が完了したら、ワイヤーソー等により所望の厚さに切断して、放熱板１０が完成する。

【0044】

なお、放熱板１０の焼結方法として、本体部１１の焼結と、本体部１１、フレーム部１２及びコーナー部１３の接合とを１つの工程で行うこともできる。図７は、１つの工程で行う場合の放熱板１０の焼結方法を示す断面図である。

【0045】

黒鉛型６，６の内部には、放熱板１０の材料として、本体部１１となる黒鉛－銅複合材料の粉体８、フレーム部１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ及びコーナー部１３，１３，１３，１３がセットされている。各部材は、焼結後に切断することにより複数の放熱板１０を得ることができるように、図５の紙面を貫く方向に厚みを持った部材が用いられている。

【0046】

黒鉛－銅複合材料の粉体８は、加圧されて上下方向に圧縮されるため、予め上側のパンチ５の左右端部とフレーム部１２ｃ，１２ｄの上端との間に、隙間７，７が設けられており、フレーム部１２ｃ，１２ｄの長さも若干長めになっている。

【0047】

そして、上下のパンチ５，５により加圧しながら焼結することにより、本体部１１となる黒鉛－銅複合材料の焼結体９の焼結と、本体部１１、フレーム部１２及びコーナー部１３の接合とが同時に行われる。焼結が完了したら、ワイヤーソー等により所望の厚さに切断して、放熱板１０が完成する。フレーム部１２ｃ，１２ｄの突出部分はカットする。

【0048】

（放熱板２０）
次に、図８～図１１を参照して、放熱板２０について説明する。図８は、放熱板２０を示す平面図である。放熱板２０は、本体部２１、フレーム部２２及びコーナー部２３から構成されている。放熱板２０の厚さは例えば０．５～５ｍｍである。

【0049】

本体部２１は、黒鉛－銅複合材料の焼結体９から形成された平面視八角形の板状部材である。また、本体部２１における鱗片状黒鉛粒子の積層方向（Ｚ）は、ヒートシンク３の上面に対して垂直方向（図４の紙面を貫く方向）となるように配置されている。従って、ヒートシンク３の上面に対して平行方向（図４の上下左右方向）の熱伝導率が大きくなっている。

【0050】

このように、放熱板２０は、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料からなり、鱗片状黒鉛粒子の積層方向（Ｚ）がヒートシンク３の上面に対して垂直方向となるように配置されているので、熱源から放熱板２０に伝わった熱をヒートシンク３の上面に対して平行方向に効果的に放熱することができる。

【0051】

フレーム部２２は、本体部２１を周囲から保持するための部材である。また、コーナー材２３は、本体部２１の四隅とフレーム部２３との間に配置される部材であり、熱継手３０を固定するネジ４を取り付けるためのものである。フレーム部２２及びコーナー部２３は、いずれも銅部材である。なお、フレーム部２２及びコーナー部２３は必ずしも必要ではなく、放熱板２０の保持や放熱板２０と熱継手３０との固定を別の構成により行うようにしてもよい。

【0052】

次に、放熱板２０の製造方法について説明する。図９は、放熱板２０の組立図であり、各部材を黒鉛型の内部にセットして焼結する。

【0053】

図１０は、放熱板２０の焼結方法を示す断面図である。図１０に示す焼結方法は、本体部２１の焼結と、本体部２１、フレーム部２２及びコーナー部２３の接合とを別工程で行うものである。

【0054】

黒鉛型６，６の内部には、放熱板２０の材料として、本体部２１となる黒鉛－銅複合材料の焼結体９、フレーム部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ（図示しない），２２ｄ（図示しない）及びコーナー部２３，２３，２３（図示しない），２３（図示しない）がセットされている。各部材は、焼結後に切断することにより複数の放熱板２０を得ることができるように、図１０の上下方向に厚みを持った部材が用いられている。

【0055】

図１０に示す焼結方法では、予め本体部２１の焼結を別工程で行い、焼結体９を形状加工してからセットする。そして、上下のパンチ５，５により加圧しながら焼結することにより、本体部２１となる黒鉛－銅複合材料の焼結体９、フレーム部２２及びコーナー部２３の接合が行われる。焼結が完了したら、ワイヤーソー等により所望の厚さに切断して、放熱板２０が完成する。

【0056】

なお、放熱板２０の焼結方法として、本体部２１の焼結と、本体部２１、フレーム部２２及びコーナー部２３の接合とを１つの工程で行うこともできる。図１１は、１つの工程で行う場合の放熱板２０の焼結方法を示す断面図である。

【0057】

黒鉛型６，６の内部には、放熱板２０の材料として、本体部２１となる黒鉛－銅複合材料の粉体８、フレーム部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ（図示しない），２２ｄ（図示しない）及びコーナー部２３，２３，２３（図示しない），２３（図示しない）がセットされている。各部材は、焼結後に切断することにより複数の放熱板２０を得ることができるように、図１１の上下方向に厚みを持った部材が用いられている。

【0058】

黒鉛－銅複合材料の粉体８は、加圧されて上下方向に圧縮されるため、予め上側のパンチ５の左右端部とフレーム部２２ａ，２２ｂの上端及びコーナー部２３，２３の上端との間に、隙間７，７が設けられており、フレーム部２２及びコーナー部２３の長さも若干長めになっている。

【0059】

そして、上下のパンチ５，５により加圧しながら焼結することにより、本体部２１となる黒鉛－銅複合材料の焼結体９の焼結と、本体部２１、フレーム部２２及びコーナー部２３の接合とが同時に行われる。焼結が完了したら、ワイヤーソー等により所望の厚さに切断して、放熱板２０が完成する。フレーム部２２及びコーナー部２３の突出部分はカットする。

【0060】

ヒートシンク３に配置する複数の放熱板は、放熱板１０で構成することもできるし、放熱板２０で構成することもできる。また、放熱板１０と放熱板２０とで構成し、それぞれを組み合わせて配置することもできる。放熱板１０と放熱板２０とを組み合わせて配置した場合には、熱源から放熱板に伝わった熱をヒートシンク３の上面に対して垂直方向と平行方向とに組み合わせながら効果的に放熱することができる。

【0061】

（熱継手３０）
次に、図１２を参照して、熱継手３０について説明する。図１２は、熱継手３０を示す（Ａ）平面図、（Ｂ）ａ－ａ断面図である。熱継手３０は、本体部３１及び固定部３２，３２，３４から構成されている。熱継手３０の厚さは例えば０．５～５ｍｍである。

【0062】

本体部３１は、黒鉛－銅複合材料の焼結体９から形成された板状部材である。また、本体部３１における鱗片状黒鉛粒子の積層方向（Ｚ）は、熱継手の連結方向（＝長手方向）に直交する方向（図１０（Ａ）の上下方向）となるように配置されている。従って、本体部３１の連結方向（＝長手方向）の熱伝導率が大きくなっている。

【0063】

このように、熱継手３０は、銅層を介して積層された鱗片状黒鉛粒子を含み、鱗片状黒鉛粒子の積層方向に垂直な方向での熱伝導率が積層方向での熱伝導率よりも大きな黒鉛－銅複合材料の焼結体９からなり、鱗片状黒鉛粒子の積層方向（Ｚ）が連結方向に直交する方向となるように配置されているので、放熱板から放熱板への連結方向に熱を効果的に放熱することができる。

【0064】

固定部３２，３２は、本体部３１の両端部に設けられた部材であり、放熱板１０（２０）に固定するネジ４を取り付けるためのものである。固定部３２，２３には、切り欠き３３，３３が形成されており、切り欠き３３，３３にネジ４を通過させることができるようになっている。切り欠き３３，３３により、本体部３１の両端部は二股状を呈している。

【0065】

固定部３４は、本体部３１の中央部に設けられた部材であり、ヒートシンク３の上面に固定するネジ（図示しない）を取り付けるためのものである。固定部３４には、孔３５が形成されており、孔３５にネジ（図示しない）を通過させることができるようになっている。固定部３２，３２，３４は、いずれも銅部材である。

【0066】

次に、熱継手３０の製造方法について説明する。図１３は、熱継手３０の組立図であり、各部材を黒鉛型の内部にセットして焼結する。放熱板３０は、本体部３１ａ，３１ｂとなる黒鉛－銅複合材料の焼結体９，９及び固定部３２，３２，３４により組み立てられる。本体部３１ａ，３１ｂには、それぞれ固定部３２，３２，３４が嵌合する凹部が形成されている。

【0067】

図１４は、熱継手３０の焼結方法を示す断面図である。図１２に示す焼結方法は、本体部３１ａ，３１ｂの焼結と、本体部３１ａ，３１ｂ及び固定部３２，３２，３４の接合とを別工程で行うものである。

【0068】

黒鉛型６，６の内部には、熱継手３０の材料として、本体部３１ａ，３１ｂとなる黒鉛－銅複合材料の焼結体９，９及び固定部３２，３２，３４がセットされている。各部材は、焼結後に切断することにより複数の放熱板３０を得ることができるように、図１４の紙面を貫く方向に厚みを持った部材が用いられている。

【0069】

図１４に示す焼結方法では、予め本体部３１ａ，３１ｂの焼結を別工程で行い、焼結体９，９を形状加工してからセットする。そして、上下のパンチ５，５により加圧しながら焼結することにより、本体部３１ａ，３１ｂとなる黒鉛－銅複合材料の焼結体９，９及び固定部３２，３２，３４の接合が行われる。焼結が完了したら、ワイヤーソー等により所望の厚さに切断して、熱継手３０が完成する。

【0070】

なお、熱継手３０の焼結方法として、本体部３１の焼結と、本体部３１及び固定部３２，３２，３４の接合とを１つの工程で行うこともできる。図１５は、１つの工程で行う場合の熱継手３の焼結方法を示す断面図である。

【0071】

黒鉛型６，６の内部には、熱継手３０の材料として、本体部３１となる黒鉛－銅複合材料の粉体８及び固定部３２，３２，３４がセットされている。各部材は、焼結後に切断することにより複数の放熱板３０を得ることができるように、図１５の紙面を貫く方向に厚みを持った部材が用いられている。

【0072】

そして、上下のパンチ５，５により加圧しながら焼結することにより、本体部３１となる黒鉛－銅複合材料の焼結体９の焼結と、本体部３１及び固定部３２，３２，３４の接合とが同時に行われる。焼結が完了したら、ワイヤーソー等により所望の厚さに切断して、熱継手３０が完成する。

【0073】

このように、本実施形態に係るヒートシンクの熱分散構造によれば、比較的大型のヒートシンクにおいて、熱源から放熱板に伝わった熱をヒートシンクの上面に広く分散することができる。

【0074】

以上、本発明の実施形態に係るヒートシンクの熱分散構造について説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるわけではなく、その他種々の変更が可能である。

【0075】

例えば、放熱板の数、大きさ、形状等は、上記実施形態に限定されるものではない。また、複数の放熱板は、同じ大きさでなくてもよい。また、複数の放熱板は、ヒートシンクの上面にバランスよく配置することが好ましいが、これに限定されるものではない。

【0076】

また、熱継手の数、長さ、形状等は、上記実施形態に限定されるものではない。また、熱継手により連結する放熱板の選択についても、限定されるものではない。

【符号の説明】

【0077】

１ 鱗片状黒鉛粒子
２ 層
３ ヒートシンク
４ ネジ
５ パンチ
６ 黒鉛型
７ 隙間
８ 黒鉛－銅複合材料の粉体
９ 黒鉛－銅複合材料の焼結体
１０ 放熱板
１１ 本体部
１２ フレーム部
１３ コーナー部
２０ 放熱板
２１ 本体部
２２ フレーム部
２３ コーナー部
３０ 熱継手
３１ 本体部
３２ 固定部
３３ 切り欠き
３４ 固定部
３５ 孔
１００ 熱分散構造

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】