特許 7603279 ヒートシンク部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-12

(45)【発行日】2024-12-20

(54)【発明の名称】ヒートシンク部材

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20241213BHJP

   H01L 23/373 20060101ALI20241213BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20241213BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 Z

H01L23/36 M

H05K7/20 D

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021054922

(22)【出願日】2021-03-29

(65)【公開番号】P2022152230

(43)【公開日】2022-10-12

【審査請求日】2024-03-22

(73)【特許権者】

【識別番号】594043122

【氏名又は名称】株式会社アカネ

(73)【特許権者】

【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

【審査官】清水 稔

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１１／１０４３６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第６４８２５２０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１８－０８７３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２０５３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－００５５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１０２６６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１００４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３８１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－１９３８９６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００８－２７０６０９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２３／３６

Ｈ０１Ｌ ２３／３７３

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面に熱源を載置する第１の放熱板と、該第１の放熱板の下面から下方に延設された第２の放熱板とからなるヒートシンク部材であって、
前記第１の放熱板及び前記第２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水平方向となるように配置されていることを特徴とするヒートシンク部材。

【請求項2】

前記第１の放熱板と前記複数の第２の放熱板とが一体成形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部材。

【請求項3】

前記第１の放熱板と前記複数の第２の放熱板とが接合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部材。

【請求項4】

前記第１の放熱板のうち、熱源を載置する中央部における前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向と、前記中央部の両側部における前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向とが直交するように配置されていることを特徴とする請求項３に記載のヒートシンク部材。

【請求項5】

複数の前記第２の放熱板の間に乱流を発生させる乱流発生部を有することを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク部材。

【請求項6】

前記第２の放熱板が、前記第１の放熱板の両端部を両側から囲うように上方に延設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部材。

【請求項7】

前記第１の放熱板の上面周縁部に段差が設けら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部材。

【請求項8】

複数の前記第２の放熱板の間隔を保持する保持部を有することを特徴とする請求項３に記載のヒートシンク部材。

【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使用されるヒートシンク部材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】

【文献】特開２０１８－１４２５６９号公報

【文献】特開２０１９－１９２８９０号公報

【文献】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】

近年のＩＯＴ、ＡＩや電気自動車などの新しい技術の躍進により、ヒートシンクの放熱部材として使用される放熱板には、より一層の高い熱伝導率が求められている。鱗片状黒鉛を積層した黒鉛－銅複合材料からなる放熱板は、大きな熱伝導率を示すものであるが、ヒートシンク部材として使用するためには、鱗片状黒鉛粒子の積層方向に留意しなければならない。

【0007】

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、鱗片状黒鉛粒子を積層した黒鉛－銅複合材料を使用して放熱性に優れたヒートシンク部材を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、本発明のヒートシンク部材は、上面に熱源を載置する第１の放熱板と、該第１の放熱板の下面から下方に延設された第２の放熱板とからなるヒートシンク部材であって、前記第１の放熱板及び前記第２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水平方向となるように配置されていることを特徴とする。

【0009】

また好ましくは、前記第１の放熱板と前記複数の第２の放熱板とが一体成形されていることを特徴とする。

【0010】

また好ましくは、前記第１の放熱板と前記複数の第２の放熱板とが接合されていることを特徴とする。

【0011】

また好ましくは、前記第１の放熱板のうち、熱源を載置する中央部における前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向と、前記中央部の両側部における前記鱗片状黒鉛粒子の積層方向とが直交するように配置されていることを特徴とする。

【0012】

また好ましくは、複数の前記第２の放熱板の間に乱流を発生させる乱流発生部を有することを特徴とする。

【0013】

また好ましくは、前記第２の放熱板が、前記第１の放熱板の両端部を両側から囲うように上方に延設されていることを特徴とする。

【0014】

また好ましくは、前記第１の放熱板の上面周縁部に段差が設けられていることを特徴とする。

【0015】

また好ましくは、複数の前記第２の放熱板の間隔を保持する保持部を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明のヒートシンク部材は、上面に熱源を載置する第１の放熱板と、第１の放熱板の下面から下方に延設された第２の放熱板とからなるヒートシンク部材である。第１の放熱板及び第２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、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－銅複合材料である。そして、鱗片状黒鉛粒子の積層方向が水平方向となるように配置されている。従って、垂直方向の熱伝導率が大きくなるような配置となっており、上面に載置した熱源から発生した熱を垂直方向に効果的に放熱することができる。

【0017】

また、第１の放熱板と複数の第２の放熱板とが一体成形されている場合には、放熱板同士の接合が不要であり、また第１の放熱板と第２の放熱板との境界部分での放熱をスムーズに行うことができる。

【0018】

また、第１の放熱板と複数の第２の放熱板とが接合されている場合には、第１の放熱板と第２の放熱板とを別体とすることにより、熱伝導の大きさの方向性を様々に組み合わせることができる。

【0019】

また、第１の放熱板のうち、熱源を載置する中央部における鱗片状黒鉛粒子の積層方向と、中央部の両側部における鱗片状黒鉛粒子の積層方向とが直交するように配置されている場合には、中央部と両側部とで熱伝導の大きさの方向性を変えて、垂直方向の放熱と水平方向の放熱とを必要に応じて変化させることができる。

【0020】

また、複数の第２の放熱板の間に乱流を発生させる乱流発生部を有する場合には、第２の放熱板同士の間の流体（空気、水）に乱流を発生させて、第２の放熱板を効果的に冷却することができる。

【0021】

また、第２の放熱板が、第１の放熱板の両端部を両側から囲うように上方に延設されている場合には、熱源から発生した熱を周囲に発散させないようにして放熱することができる。

【0022】

また、第１の放熱板の上面周縁部に段差が設けられている場合には、取付板と第１の放熱板との間に段差を利用した隙間を設けることにより、熱膨張による第１の放熱板の反りを防止することができる。

【0023】

また、複数の第２の放熱板の間隔を保持する保持部を有する場合には、第２の放熱板に力が加わって第１の放熱板との接合部が剥離してしまうのを防止することができる。

【0024】

このように、本発明によれば、鱗片状黒鉛粒子を積層した黒鉛－銅複合材料を使用して放熱性に優れたヒートシンク部材を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の実施形態に係るヒートシンク部材に使用する黒鉛－銅複合材料を示す斜視図である。

【図2】実施形態１に係るヒートシンク部材及び取付板を示す斜視図である。

【図3】実施形態１に係るヒートシンク部材の取付状態を示す斜視図である。

【図4】実施形態２に係るヒートシンク部材を示す斜視図である。

【図5】実施形態３、４に係るヒートシンク部材を示す斜視図である。

【図6】実施形態５、６に係るヒートシンク部材を示す斜視図である。

【図7】実施形態７、８に係るヒートシンク部材を示す斜視図である。

【図8】実施形態９に係るヒートシンク部材を示す斜視図である。

【図9】実施形態１０に係るヒートシンク部材を示す斜視図である。

【図10】実施形態１１、１２に係るヒートシンク部材を示す断面図である。

【図11】実施形態１３に係るヒートシンク部材を示す（Ａ）正面図、（Ｂ）側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

次に、本発明の実施形態に係るヒートシンク部材について説明する。本実施形態に係るヒートシンク部材は、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。また、材料は黒鉛－銅複合材料である。

【0027】

（黒鉛－銅複合材料）
図１を参照して、本実施形態において使用する黒鉛－銅複合材料について説明する。図１（Ａ）は、黒鉛－銅複合材料９を示す斜視図である。黒鉛－銅複合材料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１（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。以降の図においては楕円及び直線のみを示し、符号を省略する。

【0028】

図１（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。

【0029】

ここで、黒鉛－銅複合材料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。

【0030】

図１（Ｂ）は、黒鉛－銅複合材料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９を所望の長さや厚みに切断することにより、板状に形成することができる。

【0031】

黒鉛－銅複合材料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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

次に、黒鉛－銅複合材料９を使用したヒートシンク部材について説明する。以降に鱗片状黒鉛粒子の積層方向（Ｚ）の違いによる複数の実施形態を示すが、いずれの実施形態においても、鱗片状黒鉛粒子の積層方向（Ｚ）は水平方向であり、垂直方向にならないように構成されている。これは、上面に載置した熱源が発生する熱を放熱するためには、垂直方向の熱伝導が小さくなるような構成は適していないからである。なお、各図面における白矢印は鱗片状黒鉛粒子の積層方向（Ｚ）（以下、単に「積層方向」という。）を示している。

【0035】

（実施形態１）
図２は、実施形態１に係るヒートシンク部材１０及び取付板３を示す斜視図である。取付板３は、ヒートシンク部材１０を取り付けるための板材であり、例えば銅板を用いることができる。取付板３の中央にはヒートシンク部材３０を挿通させるための孔Ｈが形成されている。孔Ｈの周縁部にはプレス成形等によりフランジ４が形成されている。また取付板３の四隅には、取付板３を図示しないヒートシンク容器等に固定するための孔５が形成されている。

【0036】

ヒートシンク部材１０は、第１の放熱板１１と第２の放熱板１２とから構成されている。第１の放熱板１１は、上面に熱源を載置するものである。第２の放熱板１２は、第１の放熱板１１の下面から下方に延設されている。本実施形態では、第２の放熱板１２を４枚とし、図２における左右方向に並べて配置している。ただし、第２の放熱板の数は特に限定されない。

【0037】

第１の放熱板１１と第２の放熱板１２とは一体成形されている。一体成形する方法としては、直方体状に製造した黒鉛－銅複合材料９の下面を、溝を掘るように部分的に除去すればよい。

【0038】

第１の放熱板１１及び第２の放熱板１２の積層方向は、いずれも図２における前後方向（奥行方向）となっている。従って、前後方向（奥行方向）の熱伝導率よりも上下方向及び左右方向の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、左右方向に放熱しながら４枚の第２の放熱板１２を有効に活用することができる。

【0039】

図３は、実施形態１に係るヒートシンク部材１０の取付状態を示す斜視図である。取付板３の孔Ｈにヒートシンク部材１０の第１の放熱板１１を挿通させて、第１の放熱板１１の上部がフランジ４よりも若干突出するような位置にする。このとき、第１の放熱板１１の上部側面とフランジ４の内側面とが当接するようになっており、ロウ付け又はハンダ付けにより固定する。なお、水冷式ヒートシンクの場合には冷却水が放熱板の内部に浸透するおそれがあるため、水分の浸透を防止できるように、ヒートシンク部材１０には予めメッキ処理（銅、ニッケルなど）を施しておくことが好ましい。取付板３及び取付板３へのヒートシンク部材の取付方法については、以下の実施形態においても同様であるため、説明を省略する。

【0040】

（実施形態２）
図４は、実施形態２に係るヒートシンク部材２０を示す斜視図である。ヒートシンク部材２０は、第１の放熱板２１と第２の放熱板２２とから構成されている。第１の放熱板２１は、上面に熱源を載置するものである。第２の放熱板２２は、第１の放熱板２１の下面から下方に延設されている。本実施形態では、第２の放熱板２２を４枚とし、図２における左右方向に並べて配置している。ただし、第２の放熱板の数は特に限定されない。

【0041】

図４（Ａ）に示すように、第１の放熱板２１と第２の放熱板２２とは接合部６で接合されている。図４（Ｂ）に示すように、直方体状に製造した黒鉛－銅複合材料９を切断して各板２１，２２を形成し、第１の放熱板２１の下面に第２の放熱板２２の上面を接合すればよい。接合方法としては、ロウ付けや銅粉末を間に挟んだ拡散接合などが挙げられる。

【0042】

第１の放熱板２１及び第２の放熱板２２の積層方向は、いずれも図４における前後方向（奥行方向）となっている。従って、前後方向（奥行方向）の熱伝導率よりも上下方向及び左右方向の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、左右方向に放熱しながら４枚の第２の放熱板２２を有効に活用することができる。

【0043】

（実施形態３）
図５（Ａ）は、実施形態３に係るヒートシンク部材３０を示す斜視図である。ヒートシンク部材３０は、第１の放熱板３１と第２の放熱板３２とから構成されている。第１の放熱板３１は、上面に熱源を載置するものである。第２の放熱板３２は、第１の放熱板３１の下面から下方に延設されている。本実施形態では、第２の放熱板３２を４枚とし、図５（Ａ）における左右方向に並べて配置している。ただし、第２の放熱板の数は特に限定されない。

【0044】

第１の放熱板３１と第２の放熱板３２とは一体成形されている。一体成形する方法としては、直方体状に製造した黒鉛－銅複合材料９の下面を、溝を掘るように部分的に除去すればよい。

【0045】

第１の放熱板３１及び第２の放熱板３２の積層方向は、いずれも図５（Ａ）における左右方向となっている。従って、左右方向の熱伝導率よりも上下方向及び前後方向（奥行方向）の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、前後方向（奥行方向）に放熱しながら第２の放熱板３２の全長を有効に活用することができる。

【0046】

（実施形態４）
図５（Ｂ）は、実施形態４に係るヒートシンク部材４０を示す斜視図である。ヒートシンク部材４０は、第１の放熱板４１と第２の放熱板４２とから構成されている。第１の放熱板４１は、上面に熱源を載置するものである。第２の放熱板４２は、第１の放熱板４１の下面から下方に延設されている。本実施形態では、第２の放熱板４２を４枚とし、図５（Ｂ）における左右方向に並べて配置している。ただし、第２の放熱板の数は特に限定されない。

【0047】

図５（Ｂ）に示すように、第１の放熱板４１と第２の放熱板４２とは接合部６で接合されている。直方体状に製造した黒鉛－銅複合材料９を切断して各板４１，４２を形成し、第１の放熱板４１の下面に第２の放熱板４２の上面を接合すればよい。接合方法としては、ロウ付けや銅粉末を間に挟んだ拡散接合などが挙げられる。

【0048】

第１の放熱板４１及び第２の放熱板４２の積層方向は、いずれも図５（Ｂ）における左右方向となっている。従って、左右方向の熱伝導率よりも上下方向及び前後方向（奥行方向）の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、前後方向（奥行方向）に放熱しながら第２の放熱板４２の全長を有効に活用することができる。

【0049】

（実施形態５）
図６（Ａ）は、実施形態５に係るヒートシンク部材５０を示す斜視図である。ヒートシンク部材５０は、第１の放熱板５１と第２の放熱板５２とから構成されている。第１の放熱板５１は、上面に熱源を載置するものである。第２の放熱板５２は、第１の放熱板５１の下面から下方に延設されている。本実施形態では、第２の放熱板５２を４枚とし、図６（Ａ）における左右方向に並べて配置している。ただし、第２の放熱板の数は特に限定されない。

【0050】

図６（Ａ）に示すように、第１の放熱板５１と第２の放熱板５２とは接合部６で接合されている。直方体状に製造した黒鉛－銅複合材料９を切断して各板５１，５２を形成し、第１の放熱板５１の下面に第２の放熱板５２の上面を接合すればよい。接合方法としては、ロウ付けや銅粉末を間に挟んだ拡散接合などが挙げられる。

【0051】

第１の放熱板５１の積層方向は、図６（Ａ）における前後方向（奥行方向）となっている。従って、前後方向（奥行方向）の熱伝導率よりも上下方向及び左右方向の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、左右方向に放熱しながら４枚の第２の放熱板５２を有効に活用することができる。一方、第２の放熱板５２の積層方向は、図６（Ａ）における左右方向となっている。従って、左右方向の熱伝導率よりも上下方向及び前後方向（奥行方向）の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、前後方向（奥行方向）に放熱しながら第２の放熱板５２の全長を有効に活用することができる。

【0052】

（実施形態６）
図６（Ｂ）は、実施形態６に係るヒートシンク部材６０を示す斜視図である。ヒートシンク部材６０は、第１の放熱板６１と第２の放熱板６２とから構成されている。第１の放熱板６１は、上面に熱源を載置するものである。第２の放熱板６２は、第１の放熱板６１の下面から下方に延設されている。本実施形態では、第２の放熱板６２を４枚とし、図６（Ｂ）における左右方向に並べて配置している。ただし、第２の放熱板の数は特に限定されない。

【0053】

図６（Ｂ）に示すように、第１の放熱板６１と第２の放熱板６２とは接合部６で接合されている。直方体状に製造した黒鉛－銅複合材料９を切断して各板６１，６２を形成し、第１の放熱板６１の下面に第２の放熱板６２の上面を接合すればよい。接合方法としては、ロウ付けや銅粉末を間に挟んだ拡散接合などが挙げられる。

【0054】

第１の放熱板６１の積層方向は、図６（Ｂ）における左右方向となっている。従って、左右方向の熱伝導率よりも上下方向及び前後方向（奥行方向）の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、前後方向（奥行方向）に放熱しながら第２の放熱板６２の全長を有効に活用することができる。一方、第２の放熱板６２の積層方向は、図６（Ｂ）における前後方向（奥行方向）となっている。従って、前後方向（奥行方向）の熱伝導率よりも上下方向及び左右方向の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、左右方向に放熱しながら第２の放熱板６２の左右側面を有効に活用することができる。

【0055】

（実施形態７）
図７（Ａ）は、実施形態７に係るヒートシンク部材７０を示す斜視図である。ヒートシンク部材７０は、第１の放熱板７１と第２の放熱板７２とから構成されている。第１の放熱板７１は、上面に熱源を載置するものである。第２の放熱板７２は、第１の放熱板７１の下面から下方に延設されている。本実施形態では、第２の放熱板７２を４枚とし、図７（Ａ）における左右方向に並べて配置している。ただし、第２の放熱板の数は特に限定されない。

【0056】

図７（Ａ）に示すように、第１の放熱板７１は、熱源を載置する中央部７１ａと、中央部７１ａの両側部７１ｂ，７１ｂに３区分されており、接合部６で接合されている。また、第１の放熱板７１と第２の放熱板７２とは接合部６で接合されている。直方体状に製造した黒鉛－銅複合材料９を切断して各板７１ａ，７１ｂ，７２を形成し、第１の放熱板７１の下面に第２の放熱板７２の上面を接合すればよい。接合方法としては、ロウ付けや銅粉末を間に挟んだ拡散接合などが挙げられる。

【0057】

第１の放熱板７１のうち中央部７１ａの積層方向は、図７（Ａ）における左右方向となっている。従って、左右方向の熱伝導率よりも上下方向及び前後方向（奥行方向）の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、前後方向（奥行方向）に放熱しながら第２の放熱板７２の全長を有効に活用することができる。第１の放熱板７１のうち両側部７１ｂ，７１ｂの積層方向は、図７（Ａ）における前後方向（奥行方向）となっている。従って、前後方向（奥行方向）の熱伝導率よりも上下方向及び左右方向の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、左右方向に放熱しながら４枚の第２の放熱板７２を有効に活用することができる。このように、ヒートシンク部材７０の第１の放熱板７１においては、中央部７１ａにおける積層方向と両側部７１ｂ，７１ｂにおける積層方向とが直交している。

【0058】

一方、第２の放熱板７２の積層方向は、図７（Ａ）における前後方向（奥行方向）となっている。従って、前後方向（奥行方向）の熱伝導率よりも上下方向及び左右方向の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、左右方向に放熱しながら第２の放熱板７２の左右側面を有効に活用することができる。

【0059】

（実施形態８）
図７（Ｂ）は、実施形態８に係るヒートシンク部材８０を示す斜視図である。ヒートシンク部材８０は、第１の放熱板８１と第２の放熱板８２とから構成されている。第１の放熱板８１は、上面に熱源を載置するものである。第２の放熱板８２は、第１の放熱板８１の下面から下方に延設されている。本実施形態では、第２の放熱板８２を４枚とし、図７（Ｂ）における左右方向に並べて配置している。ただし、第２の放熱板の数は特に限定されない。

【0060】

図７（Ｂ）に示すように、第１の放熱板８１は、熱源を載置する中央部８１ａと、中央部８１ａの両側部８１ｂ，８１ｂに３区分されており、接合部６で接合されている。また、第１の放熱板８１と第２の放熱板８２とは接合部６で接合されている。直方体状に製造した黒鉛－銅複合材料９を切断して各板８１ａ，８１ｂ，８２を形成し、第１の放熱板８１の下面に第２の放熱板８２の上面を接合すればよい。接合方法としては、ロウ付けや銅粉末を間に挟んだ拡散接合などが挙げられる。

【0061】

第１の放熱板８１のうち中央部８１ａの積層方向は、図７（Ｂ）における前後方向（奥行方向）となっている。従って、前後方向（奥行方向）の熱伝導率よりも上下方向及び左右方向の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、左右方向に放熱しながら４枚の第２の放熱板８２を有効に活用することができる。第１の放熱板８１のうち両側部８１ｂ，８１ｂの積層方向は、図７（Ｂ）における左右となっている。従って、左右方向の熱伝導率よりも上下方向及び前後方向（奥行方向）の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、前後方向（奥行方向）に放熱しながら第２の放熱板８２の全長を有効に活用することができる。このように、ヒートシンク部材８０の第１の放熱板８１においては、中央部８１ａにおける積層方向と両側部８１ｂ，８１ｂにおける積層方向とが直交している。

【0062】

一方、第２の放熱板８２の積層方向は、図７（Ｂ）における左右方向となっている。従って、左右方向の熱伝導率よりも上下方向及び前後方向（奥行方向）の熱伝導率が大きくなっており、上面に載置された熱源が発生した熱を下方にスムーズに放熱するとともに、前後方向（奥行方向）に放熱しながら第２の放熱板８２の全長を有効に活用することができる。

【0063】

（実施形態９）
図８は、実施形態９に係るヒートシンク部材９０を示す斜視図である。ヒートシンク部材９０は、第１の放熱板９１と第２の放熱板９２とから構成されている。第１の放熱板９１は、上面に熱源を載置するものである。第２の放熱板９２は、第１の放熱板９１の下面から下方に延設されている。本実施形態では、第２の放熱板９２を４枚とし、図８における左右方向に並べて配置している。ただし、第２の放熱板の数は特に限定されない。なお、ヒートシンク部材９０における積層方向は、前後方向（奥行方向）又は左右方向、すなわち水平方向であればよく、特に図示していない。

【0064】

第２の放熱板９２の間には、第２の放熱板９２を連結する断面半円形の乱流発生部７が設けられている。乱流発生部７は、隣接する第２の放熱板９２の間に乱流を発生させるものである。隣接する第２の放熱板９２の間には、熱伝達の効率が悪い部分が生じる場合があり、これを抑制するために空気又は水の流れに乱流を発生させるものである。なお、乱流発生部７は、実施形態１０のように第２の放熱板９２を連結する断面半円形の部材である必要はなく、例えば第２の放熱板９２の表面に凹凸を形成するものであってもよい。

【0065】

（実施形態１０）
図９は、実施形態１０に係るヒートシンク部材１００を示す斜視図である。ヒートシンク部材１００は、第１の放熱板１０１と第２の放熱板１０２とから構成されている。第１の放熱板１０１は、上面に熱源を載置するものである。第２の放熱板１０２は、第１の放熱板１０１の下面から下方に延設されている。本実施形態では、第２の放熱板１０２を４枚とし、図９における左右方向に並べて配置している。ただし、第２の放熱板の数は特に限定されない。なお、ヒートシンク部材１００における積層方向は、前後方向（奥行方向）又は左右方向、すなわち水平方向であればよく、特に図示していない。

【0066】

第２の放熱板１０２のうち、左右両端の放熱板の上部は上方に延設されており、第１の放熱板１０１の両端部を両側から囲うようになっている。これにより、熱源から発生した熱を周囲に発散させないようにして放熱することができる。

【0067】

（実施形態１１）
図１０（Ａ）は、実施形態１１に係るヒートシンク部材１１０を示す断面図である。ヒートシンク部材１１０は、第１の放熱板１１１と第２の放熱板１１２とから構成されている。第１の放熱板１１１は、上面に熱源を載置するものである。第２の放熱板１１２は、第１の放熱板１１１の下面から下方に延設されている。本実施形態では、第２の放熱板１１２を４枚とし、図１０（Ａ）における左右方向に並べて配置している。ただし、第２の放熱板の数は特に限定されない。なお、ヒートシンク部材１１０における積層方向は、前後方向（奥行方向）又は左右方向、すなわち水平方向であればよく、特に図示していない。

【0068】

第１の放熱板１１１の上面周縁部には、段差２００が設けられている。段差２００は、第１の放熱板１１１の上面周縁部を切削することにより形成することができる。ヒートシンク部材１１１を取り付ける取付板８にはフランジが形成されておらず、取付板８の下面と第１の放熱板１１１の段差２００水平面とをロウ付け又はハンダ付けすることにより、固定されるようになっている。このとき、第１の放熱板１１１の段差２００垂直面と取付板８端面との間には、隙間が設けられている。このように、段差を利用した隙間を設けることにより、熱膨張による第１の放熱板の反りを防止することができる。

【0069】

（実施形態１２）
図１０（Ｂ）は、実施形態１２に係るヒートシンク部材１２０を示す断面図である。ヒートシンク部材１２０は、第１の放熱板１２１と第２の放熱板１２２とから構成されている。第１の放熱板１２１は、上面に熱源を載置するものである。第２の放熱板１２２は、第１の放熱板１２１の下面から下方に延設されている。本実施形態では、第２の放熱板１２２を４枚とし、図１０（Ｂ）における左右方向に並べて配置している。ただし、第２の放熱板の数は特に限定されない。なお、ヒートシンク部材１２０における積層方向は、前後方向（奥行方向）又は左右方向、すなわち水平方向であればよく、特に図示していない。

【0070】

第１の放熱板１２１の上面周縁部には、段差２００が設けられている。段差２００は、第１の放熱板１２１の上部を別体として下部より小さく形成し、接合部６で接合することにより形成することができる。ヒートシンク部材１２１を取り付ける取付板８にはフランジが形成されておらず、取付板８の下面と第１の放熱板１２１の段差２００水平面とをロウ付け又はハンダ付けすることにより、固定されるようになっている。このとき、第１の放熱板１２１の段差２００垂直面と取付板８端面との間には、隙間が設けられている。このように、段差を利用した隙間を設けることにより、熱膨張による第１の放熱板の反りを防止することができる。

【0071】

（実施形態１３）
図１１は、実施形態１３に係るヒートシンク部材１３０を示す（Ａ）正面図、（Ｂ）側面図である。ヒートシンク部材１３０は、第１の放熱板１３１と第２の放熱板１３２とから構成されている。第１の放熱板１３１は、上面に熱源を載置するものである。第２の放熱板１３２は、第１の放熱板１３１の下面から下方に延設されている。本実施形態では、第２の放熱板１３２を４枚とし、図１１（Ａ）における左右方向に並べて配置している。ただし、第２の放熱板の数は特に限定されない。なお、ヒートシンク部材１３０における積層方向は、前後方向（奥行方向）又は左右方向、すなわち水平方向であればよく、特に図示していない。

【0072】

図１１に示すように、第１の放熱板１３１と第２の放熱板１３２とは接合部６で接合されている。直方体状に製造した黒鉛－銅複合材料９を切断して各板１３１、１３２を形成し、第１の放熱板１３１の下面に第２の放熱板１３２の上面を接合すればよい。接合方法としては、ロウ付けや銅粉末を間に挟んだ拡散接合などが挙げられる。

【0073】

複数の第２の放熱板１３２の下端部には、保持部１３が設けられている。保持部１３は、複数の第２の放熱板１３２を貫く方向に延びる本体部１３ａと、本体部１３ａから直立する複数の保持片１３ｂ，１３ｃとから構成されている。そして、保持片１３ｂ，１３ｃの間又は保持片１３ｃ，１３ｃの間に、第２の放熱板１３２の下端部が差し込まれている。複数の保持片１３ｂ，１３ｃは、第２の放熱板１３２の下端部がちょうど収まるように配置されており、保持部１３により複数の第２の放熱板１３２の間隔が保持されるようになっている。

【0074】

保持部１３を設けて複数の第２の放熱板１３２の間隔を保持することにより、第２の放熱板１３２に力が加わったときに、第１の放熱板１３２との接合部６が剥離してしまうのを防止することができる。例えば、ヒートシンク部材１３０の取り扱いに際しては、複数の第２の放熱板１３２に対して、図１１（Ａ）の矢印に示す方向に両側から強い力が加わることが想定される。このとき、保持部１３がなければ、両側の第２の放熱板１３２が内側に折れ曲がって接合部６が剥離してしまうが、保持部１３があれば、複数の第２の放熱板１３２の間隔を保ったまま両側からの強い力が保持部１３により吸収された形になるので、接合部６が剥離することがない。

【0075】

なお、保持部１３の本体部１３ａからは乱流発生部７が直立しており、複数の第２の放熱板１３２の間に乱流を発生させるようになっている。乱流発生部７の作用効果は、実施形態９と同様である。もちろん、乱流発生部７を設けずに保持片のみを設けてもよい。

【0076】

本実施形態に係るヒートシンク部材は、上面に熱源を載置する第１の放熱板と、第１の放熱板の下面から下方に延設された第２の放熱板とからなるヒートシンク部材である。第１の放熱板及び第２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、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－銅複合材料である。そして、鱗片状黒鉛粒子の積層方向が水平方向となるように配置されている。従って、垂直方向の熱伝導率が大きくなるような配置となっており、上面に載置した熱源から発生した熱を垂直方向に効果的に放熱することができる。

【0077】

また、第１の放熱板と複数の第２の放熱板とが一体成形されている場合には、放熱板同士の接合が不要であり、また第１の放熱板と第２の放熱板との境界部分での放熱をスムーズに行うことができる。

【0078】

また、第１の放熱板と複数の第２の放熱板とが接合されている場合には、第１の放熱板と第２の放熱板とを別体とすることにより、熱伝導の大きさの方向性を様々に組み合わせることができる。

【0079】

また、第１の放熱板のうち、熱源を載置する中央部における鱗片状黒鉛粒子の積層方向と、中央部の両側部における鱗片状黒鉛粒子の積層方向とが直交するように配置されている場合には、中央部と両側部とで熱伝導の大きさの方向性を変えて、垂直方向の放熱と水平方向の放熱とを必要に応じて変化させることができる。

【0080】

また、複数の第２の放熱板の間に乱流を発生させる乱流発生部を有する場合には、第２の放熱板同士の間の流体（空気、水）に乱流を発生させて、第２の放熱板を効果的に冷却することができる。

【0081】

また、第２の放熱板が、第１の放熱板の両端部を両側から囲うように上方に延設されている場合には、熱源から発生した熱を周囲に発散させないようにして放熱することができる。

【0082】

また、第１の放熱板の上面周縁部に段差が設けられている場合には、取付板と第１の放熱板との間に段差を利用した隙間を設けることにより、熱膨張による第１の放熱板の反りを防止することができる。

【0083】

また、複数の第２の放熱板の間隔を保持する保持部を有する場合には、第２の放熱板に力が加わって第１の放熱板との接合部が剥離してしまうのを防止することができる。

【0084】

このように、本発明によれば、鱗片状黒鉛粒子を積層した黒鉛－銅複合材料を使用して放熱性に優れたヒートシンク部材を提供することができる。

【0085】

以上、本発明の実施形態に係るヒートシンク部材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。

【符号の説明】

【0086】

１ 鱗片状黒鉛粒子
２ 層
３ 取付板
４ フランジ
５ 孔
６ 接合部
７ 乱流発生部
８ 取付板
９ 黒鉛－銅複合材料
１３ 保持部
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０ ヒートシンク部材
１１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１ 第１の放熱板
１２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２，９２ 第２の放熱板
１００，１１０，１２０ １３０ ヒートシンク部材
１０１，１１１，１２１ １３１ 第１の放熱板
１０２，１１２，１２２ １３２ 第２の放熱板
２００ 段差

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】