CN107850400A - 热导管、散热元件、热导管的制造方法 - Google Patents

热导管、散热元件、热导管的制造方法 Download PDF

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Abstract

热导管(100)具备导管框体(90)、多孔芯(30)和密封构件(191、192)。导管框体(90)的两端部(91、92)由密封构件(191、192)密封。密封构件(191、192)由第1金属箔(116)和金属间化合物相(119)构成。在导管框体(90)的内部封入有工作液。多孔芯(30)利用多个孔(80)对工作液产生毛细管力。多孔芯(30)设置于导管框体(90)的内部。由此，导管框体(90)和多孔芯(30)形成延伸于导管框体(90)的长边方向的空洞(95)。多孔芯(30)由第1金属粒子(106)、第2金属粒子(107)和金属间化合物相(109)构成。

Description

热导管、散热元件、热导管的制造方法
技术领域
本发明涉及热导管、具备该热导管的散热元件以及该热导管的制造方法。
背景技术
以往，已知对电子元件等的发热体进行冷却的热导管。例如，专利文献1公开了一种具备导管框体和多孔芯的热导管。导管框体的长边方向的两端部由通过与发热体接触而被加热的加热部和例如被自然冷却的冷却部构成。导管框体封入有工作液。工作液由在规定的温度下相变的物质构成。工作液例如为水、醇类或氨水等。
多孔芯具有多个孔，对工作液产生毛细管力。多孔芯设置于导管框体的内部。由此，导管框体和多孔芯形成延伸于导管框体的长边方向的空洞。空洞与多个孔连通。多孔芯连接于导管框体中的加热部与冷却部之间。一般而言，多孔芯由将铜粒子在导管框体的内部烧结而成的烧结体构成。
根据以上，专利文献1的热导管中，工作液在加热部因发热体的热而蒸发成气体。该气体通过空洞向冷却部移动，在冷却部被散热而液化。液化的工作液渗透至多孔芯。然后，因基于多孔芯的毛细管力，工作液从冷却部朝向加热部回流。由此，专利文献1的热导管冷却发热体。现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5685656号公报
发明内容
然而，专利文献1的热导管中，多孔芯是通过将铜粒子在导管框体的内部烧结而构成的。因此，需要将导管框体加热至稍微低于铜粒子的熔点(1084℃)的温度。
此外，导管框体通常通过焊接、硬钎焊来进行密封。因此，需要将导管框体加热至高的温度(例如硬钎焊的情况下为450℃)。
因此，在专利文献1的热导管中，存在导管框体由于高的温度而劣化(氧化等)的问题。
本发明的目的在于提供一种能够大幅度抑制导管框体劣化的热导管、散热元件以及热导管的制造方法。
本发明的热导管具备导管框体和多孔芯。导管框体内封入有工作液。多孔芯设置于导管框体的内部。多孔芯包含至少含有第1金属和熔点高于第1金属的第2金属的金属间化合物。其中，多孔芯可以由包含第1金属、第2金属和金属间化合物的材料构成。
该构成中，第2金属例如是选自CuNi合金、CuMn合金、CuAl合金和CuCr合金中的至少1种的合金。第1金属例如是选自Sn或Sn系合金中的至少1种的金属。Sn的熔点为231.9℃。
该构成中，通过在第1金属的熔点以上的温度下加热，至少第1金属与第2金属反应而生成至少含有第1金属和第2金属的金属间化合物。该反应中生成的金属间化合物构成多孔芯。因此，该构成的热导管中，可以在与上述烧结温度相比极低的温度下在导管框体的内部得到多孔芯。
因此，该构成的热导管可以抑制导管框体劣化。
此外，本发明的热导管具备导管框体、芯和密封构件。导管框体内封入有工作液。芯设置于导管框体的内部。密封构件密封导管框体。密封构件例如密封导管框体的端部。密封构件包含至少含有第1金属和熔点高于第1金属的第2金属的金属间化合物。其中，密封构件可以由包含第1金属和金属间化合物的材料构成。
该构成中，第2金属例如是选自CuNi合金、CuMn合金、CuAl合金和CuCr合金中的至少1种的合金。第1金属例如是选自Sn或Sn系合金中的至少1种的金属。Sn的熔点为231.9℃。
该构成中，通过在第1金属的熔点以上的温度下加热，至少第1金属与第2金属反应而生成至少含有第1金属和第2金属的金属间化合物。该反应中生成的金属间化合物构成密封构件。因此，该构成的热导管中可以在与上述烧结温度相比极低的温度下得到密封构件。
因此，该构成的热导管可以抑制导管框体劣化。
此外，本发明的散热元件具备本发明的热导管。因此，本发明的散热元件具有与本发明的热导管同样的效果。
此外，本发明的热导管的制造方法包括设置工序和加热工序。设置工序中，将金属组合物设置于导管框体的内部。金属组合物包含第1金属和熔点高于第1金属的第2金属。金属组合物优选包含助焊剂。加热工序中，例如将金属组合物加热至第1金属的熔点以上且第2金属的熔点以下的范围内的温度，在导管框体的内部形成多孔芯。多孔芯由包含通过第1金属与第2金属反应而生成的金属间化合物的材料构成。其中，金属组合物可以为膏状，设置工序可以是将金属组合物涂布于导管框体的内部的工序。
该热导管的制造方法是制造具备上述多孔芯的本发明的热导管的方法。因此，本发明的热导管的制造方法具有与具备上述多孔芯的本发明的热导管同样的效果。
此外，本发明的热导管的制造方法包括设置工序和加热工序。设置工序中，将金属组合物设置于导管框体的端部。金属组合物包含第1金属和熔点高于第1金属的第2金属。金属组合物优选包含助焊剂。加热工序中，例如将金属组合物加热至第1金属的熔点以上且第2金属的熔点以下的范围内的温度，在导管框体的端部形成密封构件。密封构件由包含通过第1金属与第2金属反应而生成的金属间化合物的材料构成。
该热导管的制造方法是制造具备上述密封构件的本发明的热导管的方法。因此，本发明的热导管的制造方法具有与具备上述密封构件的本发明的热导管同样的效果。
本发明可以抑制导管框体劣化。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的热导管100的外观的立体图。
图2是表示图1所示的热导管100的第1端部91的截面图。
图3是表示图1所示的热导管100的中央部93的截面图。
图4是表示图1所示的热导管100的制造方法的流程图。
图5是表示图4所示的热导管100的制造方法中准备的导管框体90的外观的立体图。
图6的图6(A)是表示图4所示的热导管100的制造方法中准备的金属膏105的截面图。图6(B)是表示图4所示的热导管100的制造方法中准备的金属片材155的截面图。
图7是表示图4所示的涂布工序的样子的截面图。
图8是表示图4所示的贴附工序的样子的截面图。
图9是表示通过图4所示的加热工序而由金属膏105生成的金属间化合物相109的样子的放大截面图。
图10是表示通过图4所示的加热工序而由金属片材155生成的金属间化合物相119的样子的放大截面图。
图11是表示本发明的第2实施方式所涉及的热导管200的中央部的截面图。
图12是表示图11所示的热导管200的制造方法中进行的涂布工序的样子的截面图。
图13是表示本发明的第3实施方式所涉及的热导管300的外观的立体图。
图14是表示图13所示的热导管300的制造方法的流程图。
图15是表示图14所示的涂布工序的样子的截面图。
图16是表示图14所示的缠绕工序的样子的截面图。
图17是表示本发明的第4实施方式所涉及的热导管400的中央部的截面图。
图18是表示图17所示的热导管400的制造方法的流程图。
图19是表示图18所示的热导管400的制造方法中准备的多个箔491、492、493的外观和涂布工序的样子的立体图。
图20是表示图18所示的层叠工序的样子的截面图。
图21是表示图18所示的插入工序的样子的截面图。
图22是表示本发明的第5实施方式所涉及的热导管500的中央部的截面图。
图23是表示图22所示的热导管500的制造方法的流程图。
图24是表示图23所示的热导管500的制造方法中准备的多个箔591、592、593、594的外观和涂布工序的样子的立体图。
图25是表示图23所示的层叠工序的样子的截面图。
图26是表示本发明的第6实施方式所涉及的热导管600的外观的立体图。
图27是表示图26所示的热导管600的第1端部91的截面图。
图28是表示图26所示的热导管600的制造方法中的贴附工序的样子的截面图。
图29是表示本发明的第7实施方式所涉及的热导管700的中央部的截面图。
图30是表示图29所示的热导管700的制造方法中进行的涂布工序的样子的截面图。
具体实施方式
以下，对本发明的第1实施方式所涉及的热导管100进行说明。
图1是表示本发明的第1实施方式所涉及的热导管100的外观的立体图。图2是表示图1所示的热导管100的第1端部91的截面图。图3是表示图1所示的热导管100的中央部93的截面图。图3是图1所示的S-S线的截面图。
热导管100具备导管框体90、多孔芯30和密封构件191、192。将热导管100装于散热元件中，对电子元件等发热体进行冷却。散热元件例如为吸热装置、散热器等。
导管框体90为圆筒形状。导管框体90具有导管框体90的长边方向的两端部91、92以及位于两端部91、92之间的中央部93。导管框体90的第1端部91构成通过与发热体接触而被加热的加热部91，第2端部92构成例如被自然冷却的冷却部92。导管框体90的材料例如为Cu。
导管框体90的两端部91、92由密封构件191、192密封。密封构件191由第1金属箔116和金属间化合物相119构成。密封构件192也由第1金属箔116和金属间化合物相119构成。
另外，关于热导管100，第2端部92的构成与第1端部91的构成相同，密封构件192的构成与密封构件191的构成相同。因此，省略导管框体90的第2端部92和密封构件192的说明。
导管框体90在内部封入工作液。工作液由在规定的温度下相变的物质构成。工作液例如为水、醇类、氨水等。
如图2、图3所示，多孔芯30具有多个孔80。多个孔80基本上为与多孔芯30的外部连通的开口孔。多孔芯30的气孔率例如为20～70％。多孔芯30利用多个孔80对工作液产生毛细管力。
多孔芯30为圆筒形状。多孔芯30设置于导管框体90的内部。多孔芯30在导管框体90的长边方向延伸，连接于导管框体90中的加热部91与冷却部92之间。
由此，导管框体90和多孔芯30形成在导管框体90的长边方向延伸的空洞95。空洞95与多个孔80连通。多孔芯30由第1金属粒子106、第2金属粒子107和金属间化合物相109构成。
根据以上内容，在热导管100中，工作液在加热部91因发热体的热而蒸发成气体。该气体通过空洞95向冷却部92移动，在冷却部92被散热而液化。液化的工作液渗透至多孔芯30的多个孔80。然后，因基于多孔芯30的毛细管力，工作液从冷却部92朝向加热部91回流。由此，热导管100冷却发热体。
应予说明，图2和图3的孔80是示意性地表示的。多孔芯30中也存在图2和图3中未显现的微小的孔80、粒子界面水平的孔80。因此，工作液在多孔芯30中沿着这些孔80向导管框体90的长边方向移动。
这里，金属间化合物相109和金属间化合物相119是由金属间化合物构成的相。对于金属间化合物相109和金属间化合物相119的不同点，在后面叙述。金属间化合物由第1金属和第2金属构成。第1金属的材料为Sn或Sn系合金。Sn系合金例如为SnAgCu合金、SnAg合金、SnCu合金、SnBi合金、SnSb合金、SnAu合金、SnPb合金、SnZn合金等。第2金属是与熔融的第1金属反应而生成金属间化合物的金属。第2金属的材料是选自CuNi合金、CuMn合金、CuAl合金和CuCr合金中的至少1种。金属间化合物的材料例如为(Cu，Ni)6Sn5、Cu4Ni2Sn5、Cu5NiSn5、(Cu，Ni)3Sn、CuNi2Sn、Cu2NiSn等。
第2金属的熔点高于第1金属的熔点。金属间化合物的熔点高于第1金属的熔点。金属间化合物的熔点例如为400℃以上。第1金属粒子106的材料为Sn时，第1金属粒子106的熔点为231.9℃。应予说明，图3所示的第1金属粒子106和第2金属粒子107是指在后述的加热工序中未反应而残留的金属粒子。
这里，热导管100中，通过在第1金属的熔点以上的温度下加热，熔融的第1金属与第2金属反应而生成由第1金属和第2金属构成的金属间化合物。该反应中生成的金属间化合物相109构成多孔芯30。此外，该反应中生成的金属间化合物相119构成密封构件191、192。
因此，热导管100中可以在与上述烧结温度相比极低的温度下在导管框体90的内部得到多孔芯30。同样地，热导管100中可以在与上述烧结温度相比极低的温度下在导管框体90的两端部91、92得到密封构件191、192。
因此，热导管100和具备热导管100的散热元件可以抑制导管框体90劣化。
此外，金属间化合物相109具有高的熔点(例如400℃以上)。因此，由金属间化合物相109构成的多孔芯30具有高的耐热性。此外，金属间化合物相119也具有高的熔点(例如400℃以上)。因此，由金属间化合物相119构成的密封构件191、192具有高的耐热性。
尤其是金属间化合物具有高于第1金属的熔点，因此在将热导管100进一步通过回流焊等的加热而安装于其它装置、元件、基板等时，不会损害多孔芯30和密封构件191、192的结构，可以维持热导管100的功能。
以上所示的热导管100例如可以通过以下制造方法制造。
图4是表示图1所示的热导管100的制造方法的流程图。图5是表示图4所示的热导管100的制造方法中准备的导管框体90的外观的立体图。图6(A)是图4所示的热导管100的制造方法中准备的金属膏105的截面图。图6(B)是图4所示的热导管100的制造方法中准备的金属片材155的截面图。图7是表示图4所示的涂布工序的样子的截面图。图8是表示图4所示的贴附工序的样子的截面图。图9是表示通过图4所示的加热工序而由金属膏105生成的金属间化合物相109的样子的放大截面图。图10是表示通过图4所示的加热工序而由金属片材155生成的金属间化合物相119的样子的放大截面图。
首先，如图5、图6(A)(B)所示，准备导管框体90、金属膏105和金属片材155。应予说明，金属膏105和金属片材155分别相当于本发明的金属组合物的一个例子。
如图6(A)所示，金属膏105包含金属成分110和有机成分108。金属成分110由第1金属粒子106和第2金属粒子107构成。第1金属粒子106和第2金属粒子107均匀地分散于有机成分108中。
如图6(B)所示，金属片材155是具有涂膜115和第1金属箔116的片材。涂膜115是作为金属成分的第2金属粒子107均匀地分散于有机成分118中而成的膜。
另外，热导管100的制造方法中，在第1金属粒子106的材料中使用Sn，在第2金属粒子107的材料中使用CuNi合金。CuNi合金是与熔融的Sn反应而生成属于金属间化合物的CuNiSn合金的材料。
第1金属粒子106的平均粒径(D50)优选为1～100μm的范围内。而且，第2金属粒子107的平均粒径(D50)优选为0.1～30μm的范围内。尤其是第2金属粒子107的平均粒径对金属间化合物的生成量有显著影响。这里，平均粒径(D50)例如是指通过激光衍射·散射法而求出的粒度分布中的积算值50％的粒径。
在第1金属粒子106的平均粒径小于1μm时，Sn粒子的表面积增加。因此，存在如下趋势：更多的氧化物形成于Sn粒子的表面，Sn粒子对于第2金属粒子107的湿润性下降，生成反应被抑制。另一方面，在第1金属粒子106的平均粒径大于100μm时，有可能Sn的量变得过剩，多孔芯30的气孔率显著下降。
此外，在第2金属粒子107的平均粒径小于0.1μm时，CuNi合金粒子的表面积增加。因此，存在如下趋势：更多的氧化物形成于CuNi合金粒子的表面，CuNi合金粒子对于熔融的Sn的湿润性下降，阻碍生成反应。
另一方面，在第2金属粒子107的平均粒径大于30μm时，CuNi合金粒子间的隙间的尺寸增大。由此，无法直至CuNi合金粒子的中心部分为止利用金属间化合物的生成反应，可利用于生成反应的CuNi合金变不足。因此，金属间化合物的生成量减少。
此外，金属膏105中，第1金属粒子106与第2金属粒子107的配合比以重量比计优选为第2金属粒子107：第1金属粒子106＝50：50～20：80的范围内。
此外，金属膏105和金属片材155的涂膜115中，金属成分与有机成分的配合比以重量比计优选为金属成分：有机成分＝75：25～99.5：0.5的范围内。若金属成分的配合量多于上述配合量，则有可能无法得到充分的粘性而金属成分从有机成分剥落。另一方面，若金属成分的配合量少于上述配合量，则有可能无法使第1金属充分地反应而在金属间化合物相109或金属间化合物相119中大量地残留未反应的第1金属粒子106。
接着，有机成分108包含助焊剂、溶剂、触变剂等。有机成分108的粘性低于有机成分118的粘性。另外，其它构成与有机成分108相同，因此省略有机成分118的说明。
助焊剂包含松香和活性剂。助焊剂起到还原功能，去除导管框体90、第1金属粒子106和第2金属粒子107各自的表面的氧化被膜。
松香例如为天然松香、氢化松香、歧化松香、聚合松香、不饱和二元酸改性松香、丙烯酸改性松香等松香衍生物等或它们的混合材料等。松香例如使用聚合松香R-95。
此外，活性剂促进助焊剂的还原反应。活性剂例如为一元羧酸(例如，甲酸、乙酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、苯甲酸等)、二羧酸(例如，草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、邻苯二甲酸等)、溴醇类(例如，1-溴-2-丁醇等)、有机胺的氢卤酸盐类、溴烷烃类、溴烯烃类、苄基溴类、多胺类、氯系活性剂等。活性剂例如使用己二酸。
溶剂用于调整金属膏105的粘度。同样地，溶剂用于调整金属片材155的涂膜115的粘度。溶剂例如为醇、酮、酯、醚、芳香族类、烃类等。溶剂例如使用己基二甘醇(HeDG)。
触变剂是在将金属成分和有机成分均匀混和后维持金属成分与有机成分不分离。触变剂例如为氢化蓖麻油、巴西棕榈蜡、酰胺类、羟基脂肪酸类、二亚苄基山梨糖醇、双(对甲基苯亚甲基)山梨糖醇类、蜜蜡、硬脂酸酰胺、羟基硬脂酸亚乙基双酰胺等。
另外，金属膏105和金属片材155可以包含Ag、Au、Al、Bi、C、Co、Cu、Fe、Ga、Ge、In、Mn、Mo、Ni、P、Pb、Pd、Pt、Si、Sb、Zn等作为添加物。此外，金属膏105和金属片材155中不仅可包含这些添加物，也可以包含作为添加剂的金属络合物、金属化合物等。
接着，如图7所示，将金属膏105涂布于导管框体90的内表面，制成均匀的厚度(S1：涂布工序)。即，该涂布工序以均匀的厚度将金属膏105设置于导管框体90的内表面。作为具体的涂布方法，例如，可以通过将金属膏105以压缩空气压送至导管框体90而涂布于管90的内表面。
接着，如图1、图2所示，为了利用密封构件191密封导管框体90的第1端部91，如图8所示，将金属片材155贴附于导管框体90的第1端部91(S2：贴附工序)。即，该贴附工序中，将金属片材155设置于导管框体90的第1端部91。
接着，例如使用回流焊装置加热导管框体90(S3：加热工序)。加热工序中，将金属膏105和金属片材155加热至Sn的熔点以上且CuNi合金的熔点以下的范围内的温度。Sn的熔点为231.9℃。CuNi合金的熔点根据Ni的含量而发生变化，例如为从1220℃到1300℃。例如，加热工序中，在150℃～230℃进行预热后，以加热温度250℃～400℃在2分钟～10分钟之间加热。峰温度达到400℃。
若通过加热而金属膏105达到Sn的熔点以上，则第1金属粒子106熔融。通过熔融的Sn与第2金属粒子107的反应，生成例如图9所示的金属间化合物相109。该反应例如是伴随液相扩散接合(“TLP接合：Transient Liquid Phase Diffusion Bonding”)的反应。
同样地，若通过加热而金属片材155达到Sn的熔点以上，则第1金属箔116熔融。通过熔融的Sn与第2金属粒子107的反应，生成例如图10所示的金属间化合物相119。该反应例如是伴随液相扩散接合(“TLP接合：Transient LiquidPhase Diffusion Bonding”)的反应。
另外，有机成分108、118所含的溶剂在从加热工序开始加热到结束预热为止的期间挥发或蒸发。
在回流焊设备停止加热后，熔融的Sn与第2金属粒子107的反应结束。由此，得到如图2、图3、图9、图10所示的多孔芯30和密封构件191。在回流焊设备停止加热后，多孔芯30和密封构件191自然冷却至常温。
另外，第1金属粒子106的一部分和第2金属粒子107的一部分如图3所示那样未反应而残留于多孔芯30中。因此，多孔芯30由第1金属粒子106、第2金属粒子107和金属间化合物相109构成。
此外，第1金属箔116的一部分也如图2所示那样未反应而残留。这里，如图2所示，过剩的Sn在金属间化合物相119的外周流动，覆盖金属间化合物相119。即，过剩的Sn更可靠地密封导管框体90。
接着，将工作液填充于导管框体90的内部(S4：填充工序)。
接着，与图8所示的S2的贴附工序同样地，将金属片材155贴附于导管框体90的第2端部92(S5：贴附工序)。即，该贴附工序将金属片材155设置于导管框体90的第2端部92。
接着，与S3的加热工序同样地，例如使用回流焊设备加热导管框体90的第2端部92(S6：加热工序)。加热工序将贴附于导管框体90的第2端部92的金属片材155加热至Sn的熔点以上且CuNi合金的熔点以下的范围内的温度。
这里，Sn的熔点为231.9℃。CuNi合金的熔点根据Ni的含量而产生变化，例如为1220℃到1300℃。因此，加热工序例如是在150℃～230℃进行预热后，以加热温度250℃～400℃在2分钟～5分钟之间加热。峰温度达到400℃。
若通过加热而金属片材155达到Sn的熔点以上，则第1金属粒子106熔融。通过熔融的Sn与第2金属粒子107的反应，生成例如图9所示的金属间化合物相109。该反应例如是伴随液相扩散接合(“TLP接合：Transient Liquid Phase Diffusion Bonding”)的反应。
另外，有机成分118所含的溶剂在从加热工序开始加热到结束预热为止的期间挥发或蒸发。
在回流焊设备停止加热后，熔融的Sn与第2金属粒子107的反应结束。由此，与图2所示的密封构件191同样地得到密封构件192。在回流焊设备停止加热后，密封构件192自然冷却至常温。
另外，密封构件192中的第1金属箔116的一部分也与图2所示的密封构件191同样地未反应而残留。与图2所示的密封构件191同样地，过剩的Sn在金属间化合物相119的外周流动，覆盖金属间化合物相119。即，过剩的Sn更可靠地密封导管框体90。
通过以上制造方法，可得到热导管100。通过以上制造方法实际制造热导管100的结果，得到了如下的多孔芯30和密封构件191、192。多孔芯30的气孔率为60％(参照图9)。多孔芯30的气孔直径为1μm～60μm。多孔芯30的热传导率例如为21～23(W/m·K)。另一方面，密封构件191、192的气孔率为2％以下(参照图10)。另外，本实施方式中，气孔率以单位体积(cm3)所占的气孔的体积表示。
以上制造方法中，第2金属是与第1金属反应而生成金属间化合物的材料。第2金属为CuNi合金。第1金属为Sn。Sn的熔点为231.9℃。
以上制造方法中，通过以第1金属的熔点以上的温度进行加热，熔融的第1金属与第2金属反应，生成由第1金属和第2金属构成的金属间化合物。该反应中生成的金属间化合物相109构成多孔芯30。同样地，该反应中生成的金属间化合物相119构成密封构件191、192。
因此，热导管100的制造方法可以在与上述烧结温度相比极低的温度下将多孔芯30形成于导管框体90的内部。同样地，热导管100的制造方法可以在与上述烧结温度相比极低的温度下将密封构件191、192形成于导管框体90的两端部91、92。
因此，热导管100的制造方法可以抑制导管框体90劣化。
此外，金属间化合物相109具有高的熔点(例如400℃以上)。因此，通过以上制造方法制成的多孔芯30具有高的耐热性。此外，金属间化合物相119具有高的熔点(例如400℃以上)。因此，通过以上制造方法制成的密封构件191、192具有高的耐热性。
尤其是金属间化合物具有比第1金属高的熔点，因此即使将热导管100进一步通过回流焊等的加热安装于其它装置、元件、基板等时，也不会损害多孔芯30和密封构件191、192的结构，能够维持热导管100的功能。
此外，如上所述，密封构件191、192的金属间化合物相119具有气孔率极小的致密的结构(参照图10)。因此，热导管100可以可靠地防止封入至导管框体90的内部的工作液的泄露。此外，密封构件191、192的耐冲击性也优异。
此外，热导管100的制造方法中，即使导管框体90的内表面弯曲，也可以仅通过将金属膏105在导管框体90的内表面涂布成均匀的厚度，能够在导管框体90的内表面得到具有均匀的厚度的多孔芯30。
此外，如上所述，热导管100的制造方法可以将气孔率高的多孔芯30形成于导管框体90的内部(参照图9)。因此，热导管100可以具有高的液渗透性和高的毛细管力。即，热导管100可以具有高的热传导率。
另外，热导管100的制造方法中，可以通过调整用于金属膏105、金属片材155的材料、各材料的含量或加热温度等而能够将多孔芯30或密封构件191、192的气孔率设定在1％～80％的范围。
这里，热导管100的制造方法中，在将多孔芯30的气孔率设定为20％以上时，可以提高热导管100的散热特性。尤其是热导管100的制造方法中，能够将多孔芯30的气孔率设定为45％以上，能够实现用烧结体无法实现的气孔率。
此外，热导管100的制造方法可以通过调整用于金属膏105、金属片材155的材料、含量或加热温度等，从而能够将多孔芯30的气孔直径设定在1μm～100μm的范围。这里，从基于毛细管现象的输送性的观点出发，多孔芯30的气孔直径优选较小。例如，热导管100的制造方法中可以根据导管框体90的长度、倾斜度或工作液的比重等条件而能够将多孔芯30的气孔直径设定在5μm～40μm的范围、10μm～30μm的范围。
以下，对本发明的第2实施方式所涉及的热导管200进行说明。
图11是表示本发明的第2实施方式所涉及的热导管200的中央部的截面图。热导管200与热导管100的不同的点是导管框体290和多孔芯230的形状。导管框体90为圆筒形状，与此相对，导管框体290为方筒形状。多孔芯30为圆筒形状，与此相对，多孔芯230为长方体形状。
多孔芯230与图1，图2所示的多孔芯30同样地在导管框体290的长边方向延伸，连接于导管框体290中的加热部91与冷却部92之间。进而，导管框体290和多孔芯230形成在导管框体290的长边方向延伸的空洞295。对于其它构成，由于相同省略其说明。
接着，对热导管200的制造方法进行说明。
图12是表示图11所示的热导管200的制造方法中进行的涂布工序的样子的截面图。热导管200的制造方法与热导管100的制造方法不同的点是图4所示的S1的工序。对于其它工序，由于相同省略其说明。
热导管200的制造方法中，使用压粉体205代替金属膏105。压粉体205包含第1金属粒子106、第2金属粒子107和有机成分218。有机成分218的粘性高于有机成分108的粘性。另外，其它构成与有机成分108相同，因此省略有机成分218的说明。
然后，如图12所示，将压粉体205设置于导管框体290的短边方向的中央部。
其后，若经由S2～S6的工序，则可得到在导管框体290的短边方向的中央部具备多孔芯230的热导管200。热导管200与热导管100同样地，通过在第1金属的熔点以上的温度下加热，从而熔融的第1金属与第2金属反应而生成由第1金属和第2金属构成的金属间化合物。该反应中生成的金属间化合物相109构成多孔芯230。
因此，热导管200中，可以在与上述烧结温度相比极低的温度下在导管框体290的内部得到多孔芯230。
因此，热导管200和具备热导管200的散热元件具有与热导管100同样的效果。同样地，热导管200的制造方法具有与热导管100的制造方法同样的效果。
以下，对本发明的第3实施方式所涉及的热导管300进行说明。
图13是表示本发明的第3实施方式所涉及的热导管300的外观的立体图。另外，图13中为了简化说明而省略密封构件191、192的图示。
热导管300与热导管100的不同的点是导管框体390和多孔芯330的形状。导管框体390和多孔芯330各自的截面为螺旋状。进而，导管框体390和多孔芯330分别在导管框体390的长边方向以大致相同的截面形状延伸。
多孔芯330与图1、图2所示的多孔芯30同样地连接于导管框体390中的加热部391与冷却部392之间。进而，导管框体390和多孔芯330形成延伸于导管框体390的长边方向的空洞395。对于其它构成，由于与热导管100相同，省略其说明。
接着，对热导管300的制造方法进行说明。
图14是表示图13所示的热导管300的制造方法的流程图。图15是表示图14所示的涂布工序的样子的截面图。图16是表示图14所示的缠绕工序的样子的截面图。
热导管300的制造方法与热导管100的制造方法不同的点是将图4所示的S1替换为S31～S33。对于其它工序，由于相同，省略其说明。
热导管300的制造方法中，准备芯材396和箔380。箔380的材料例如为铜。
然后，如图15所示，将金属膏105涂布于箔380的表面(图14：S31)。
接着，如图16所示，以箔380的设置有金属膏105的一侧的面成为内侧的方式，以芯材396为轴而缠绕箔380(图14：S32)。由此，可得到具有螺旋状的截面的金属膏105和导管框体390。
接着，将金属片材155贴附于导管框体390的第1端部391(S2：贴附工序)。
接着，将导管框体390例如使用回流焊设备进行加热(S3：加热工序)。由此，通过熔融的Sn与第2金属粒子107的反应而生成金属间化合物相109，得到具有螺旋状的截面的多孔芯330。
接着，经过S2、S3的工序后，将芯材396从多孔芯330和导管框体390拔出(图14：S33)。由此，芯材396所存在的区域成为空洞395。
其后，经由S4～S6的工序，则可得到热导管300。热导管300中，也与热导管100同样地，通过在第1金属的熔点以上的温度下加热，熔融的第1金属与第2金属反应而生成由第1金属和第2金属构成的金属间化合物。该反应中生成的金属间化合物相109构成多孔芯330。
因此，热导管300中，可以在与上述烧结温度相比极低的温度下在导管框体390的内部得到多孔芯330。
因此，热导管300和具备热导管300的散热元件具有与热导管100同样的效果。同样地，热导管300的制造方法具有与热导管100的制造方法同样的效果。
以下，对本发明的第4实施方式所涉及的热导管400进行说明。
图17是表示本发明的第4实施方式所涉及的热导管400的中央部的截面图。热导管400是将图11所示的热导管200的多孔芯230替换成层叠体430而成的。层叠体430是层叠有箔491、多孔芯431、箔492、多孔芯432和箔493的层叠体。导管框体290和层叠体430形成在导管框体290的长边方向延伸的空洞495。对于其它构成，由于相同，省略其说明。
接着，对热导管400的制造方法进行说明。
图18是表示图17所示的热导管400的制造方法的流程图。图19是表示图18所示的热导管400的制造方法中准备的多个箔491、492、493的外观和涂布工序的样子的立体图。图20是表示图18所示的层叠工序的样子的截面图。图21是表示图18所示的插入工序的样子的截面图。
热导管400的制造方法是如图18所示那样将图4所示的S1替换成S41～S43而成的。对于其它构成，由于相同，省略其说明。
热导管400的制造方法中，如图19所示，准备箔491、箔492和箔493。箔491具有多个开口部440。箔493具有多个开口部440。箔491、箔492和箔493的材料例如为铜。
然后，如图19所示，将金属膏105涂布于箔491的多个开口部440、箔492的两面和箔493的多个开口部440(图18：S41)。
接着，如图20所示，层叠箔491、箔492和箔493(图18：S42)。
接着，如图21所示，将箔491、箔492和箔493的层叠体插入到导管框体290的内部(图18：S43)。
接着，将金属片材155贴附于导管框体290的端部(S2：贴附工序)。
接着，例如使用回流焊设备加热导管框体290(S3：加热工序)。由此，通过熔融的Sn与第2金属粒子107的反应而生成金属间化合物相109，得到多孔芯431和多孔芯432。
其后，经由S4～S6的工序，则得到热导管400。与热导管100同样地，热导管400通过在第1金属的熔点以上的温度下加热，从而熔融的第1金属与第2金属反应而生成由第1金属和第2金属构成的金属间化合物。该反应中生成的金属间化合物相109构成多孔芯431、432。
因此，热导管400中，可以在与上述烧结温度相比极低的温度下在导管框体290的内部得到多孔芯431、432。
因此，热导管400和具备热导管400的散热元件具有与热导管100同样的效果。同样地，热导管400的制造方法与热导管100的制造方法具有同样的效果。
另外，热导管400的制造方法使用了3片箔491～493，但不限于此。在实施时，例如也可以使用3片金属板。此外，层叠的箔、金属板等的片数不限于3片，只要是2片以上的复数即可。
以下，对本发明的第5实施方式所涉及的热导管500进行说明。
图22是表示本发明的第5实施方式所涉及的热导管500的中央部的截面图。热导管500是将图11所示的热导管200的多孔芯230替换成多孔芯531、532而成的。导管框体290和多孔芯531、532形成在导管框体290的长边方向延伸的空洞595。对于其它构成，由于相同，省略其说明。
接着，对热导管500的制造方法进行说明。
图23是表示图22所示的热导管500的制造方法的流程图。图24是表示图23所示的热导管500的制造方法中准备的多个箔591、592、593、594的外观和涂布工序的样子的立体图。图25是表示图23所示的层叠工序的样子的截面图。
热导管500的制造方法中，为了得到图22所示的结构，如图24所示，准备箔591、箔592、箔593和箔594。箔592具有开口部540。箔593具有开口部540。箔591、箔592、箔593和箔594的材料例如为铜。
然后，如图24所示，将金属膏105涂布于与箔594相对的箔591的面和与箔591相对的箔594的面(图23：S51)。
接着，如图25所示，层叠箔591、箔592、箔593和箔594(图23：S52)。
接着，将箔591、箔592、箔593和箔594的层叠体例如使用回流焊设备加热(图23：S53)。由此，通过熔融的Sn与第2金属粒子107的反应，生成金属间化合物相109，得到如图22所示的多孔芯531、532和导管框体290。回流焊设备停止加热后，多孔芯531、532和导管框体290自然冷却至常温。
接着，将工作液填充于导管框体290的内部(S4：填充工序)。
接着，为了密封导管框体290的第2端部292，将图25所示的层叠体590与导管框体290的第2端部292接合(S54：接合工序)。层叠体590是层叠有4片箔的层叠体。该接合例如通过将导管框体290的第2端部292的接合面和层叠体590的接合面活性化后进行加热而实施。
通过以上制造方法得到热导管500。与热导管100同样地，热导管500通过在第1金属的熔点以上的温度下加热，从而熔融的第1金属与第2金属反应而生成由第1金属和第2金属构成的金属间化合物。该反应中生成的金属间化合物相109构成多孔芯531、532。
因此，热导管500中，可以在与上述烧结温度相比极低的温度下在导管框体290的内部得到多孔芯531、532。
因此，热导管500和具备热导管500的散热元件具有与热导管100同样的效果。同样地，热导管500的制造方法具有与热导管100的制造方法同样的效果。
另外，热导管500的制造方法使用了4片箔591～594，但不限于此。在实施时，例如也可以使用4片金属板。此外，层叠的箔、金属板等的片数不限于4片，只要是2片以上的复数即可。
以下，对本发明的第6实施方式所涉及的热导管600进行说明。
图26是表示本发明的第6实施方式所涉及的热导管600的外观的立体图。图27是表示图26所示的热导管600的第1端部91的截面图。热导管600与热导管100的不同的点是密封构件691、692。对于其它构成，由于相同，省略其说明。
导管框体90的两端部91、92由密封构件691、692密封。密封构件691由第2金属箔616、第1金属箔116和金属间化合物相119构成。
另外，关于热导管600，第2端部92的构成与第1端部91的构成相同，密封构件692的构成与密封构件691的构成相同。因此，省略导管框体90的第2端部92和密封构件692的说明。
接着，对热导管600的制造方法进行说明。
图28是表示图26所示的热导管600的制造方法中的贴附工序的样子的截面图。热导管600的制造方法与热导管100的制造方法的不同点是在图4所示的S2、S5的贴附工序中使用金属片材655和涂膜115代替图6(B)所示的金属片材155。如图28所示，金属片材655是具有第2金属箔616和第1金属箔116的片材。对于其它方面，由于相同，省略其说明。
热导管600的制造方法中，如图28所示，将涂膜115涂布于导管框体90的第1端部91后，将金属片材655贴附于导管框体90的第1端部91(图4：S2)。如上所述，涂膜115是第2金属粒子107均匀地分散于有机成分118中的膜。
接着，例如使用回流焊设备加热导管框体90的第1端部91(图4：S3)。由此，通过熔融的Sn与第2金属粒子107的反应，生成金属间化合物相119，在第1端部91得到如图26、图27所示的密封构件691。
同样地，将涂膜115涂布于导管框体90的第2端部92后，将金属片材655贴附于导管框体90的第2端部92(图4：S5)。
接着，例如使用回流焊设备加热导管框体90的第2端部92(图4：S3)。由此，通过熔融的Sn与第2金属粒子107的反应而生成金属间化合物相119，在第2端部92得到如图26所示的密封构件692。
通过以上制造方法得到热导管600。热导管600与热导管100同样地，通过在第1金属的熔点以上的温度下加热，熔融的第1金属与第2金属反应而生成由第1金属和第2金属构成的金属间化合物。该反应中生成的金属间化合物相119构成密封构件691、692。
因此，热导管600中，可以在与上述烧结温度相比极低的温度下在导管框体90的两端部91、92得到密封构件691、692。此外，密封构件691、692的金属间化合物相119具有气孔率极小的致密的结构(参照图10)。因此，热导管600可以可靠地防止封入导管框体90的内部的工作液的泄露。此外，密封构件691、692的耐冲击性也优异。
因此，热导管600和具备热导管600的散热元件具有与热导管100同样的效果。同样地，热导管600的制造方法具有与热导管100的制造方法同样的效果。
以下，对本发明的第7实施方式所涉及的热导管700进行说明。
图29是表示本发明的第7实施方式所涉及的热导管700的中央部的截面图。热导管700与热导管100的不同的点是多孔芯730的气孔率高于多孔芯30的气孔率。多孔芯730具有孔780。多孔芯730由如下成分构成：由第1金属构成的第1金属粒子106、由上述的第2金属构成的第2金属粒子107、由第3金属构成的第3金属粒子727和由金属间化合物构成的金属间化合物粒子709。多孔芯730中，多个金属间化合物粒子709接合各第3金属粒子727。
多孔芯730与图1、图2所示的多孔芯30同样地在导管框体90的长边方向延伸，连接于导管框体90中的加热部91与冷却部92之间。然后，导管框体90和多孔芯730形成在导管框体90的长边方向延伸的空洞95。对于其它工序，由于相同，省略其说明。
接着，对热导管700的制造方法进行说明。
图30是表示图29所示的热导管700的制造方法中进行的涂布工序的样子的截面图。热导管700的制造方法与热导管100的制造方法的不同的点是图4所示的S1的工序。对于其它工序，由于相同，省略其说明。
热导管700的制造方法中，使用金属膏705代替金属膏105。然后，如图30所示，将金属膏705设置于导管框体90的短边方向的中央部。
金属膏705除了包含第1金属粒子106、第2金属粒子107和有机成分108以外，包含第3金属粒子727。第3金属例如为Cu。
这里，第3金属粒子727满足以下条件。
·第3金属的熔点高于第1金属的熔点。
·第3金属粒子727的直径的大小大于第2金属粒子107的直径的大小。
·第3金属与第1金属化学反应。
·在第3金属粒子727的表面生成金属间化合物。
·第3金属粒子727与第1金属粒子106反应而生成金属间化合物时的反应速度慢于第2金属粒子107与第1金属粒子106反应而生成金属间化合物时的反应速度。
·第3金属粒子727不溶于水等工作液。
另外，通过使第3金属粒子727的直径的大小大于第2金属粒子107的直径的大小，第2金属粒子107的比表面积与第3金属粒子727相比变大。进而，第1金属粒子106容易与比表面积大的第2金属粒子107优先反应而生成由第2金属粒子107和第1金属粒子106构成的金属间化合物，能够将第3金属粒子727彼此介由该金属间化合物粘结。此外，通过增大第3金属粒子727，粒子间的隙间变大，因此可以增大加热后的孔780。
结束涂布工序后，经由S2～S6的工序，则得到在导管框体90的短边方向的中央部具备多孔芯730的热导管700。与热导管100同样地，热导管700通过在第1金属的熔点以上的温度下加热，熔融的第1金属与第2金属反应而生成由第1金属和第2金属构成的金属间化合物。该反应中生成的金属间化合物粒子709构成多孔芯730。
因此，热导管700中，可以在与上述烧结温度相比极低的温度下在导管框体90的内部得到多孔芯730。
因此，热导管700和具备热导管700的散热元件具有与热导管100同样的效果。同样地，热导管700的制造方法具有与热导管100的制造方法同样的效果。
另外，本实施方式中，第3金属粒子727由Cu构成，但不限于此。在实施时，第3金属也可以是Cu以外的金属。例如，第3金属也可以是Ni。此外，也可以第2金属为CuNiCo，第3金属为CuNi。此外，图29和图30中所有的第3金属粒子727是以球形描绘，但也可以是不定形。
《其它实施方式》
另外，上述实施方式中，示出了导管框体为圆筒形状、方筒形状等的例子，但不限于此。导管框体可以是截面为多边形状、椭圆形状等的筒形状，可以是外观形状为圆锥形状的尖细的筒形状，此外，也可以是开口部的面积与侧壁的面积为相同程度的筒形状。
此外，本实施方式的制造方法中金属膏105为膏的形态，但不限于此。在实施时，金属组合物例如也可以是腻子状的形态。
此外，本实施方式的制造方法中第1金属粒子106的材料为Sn单质，但不限于此。在实施时，第1金属粒子106的材料也可以是Sn系合金。Sn系合金例如为SnAgCu合金、SnAg合金、SnCu合金、SnBi合金、SnSb合金、SnAu合金、SnPb合金、SnZn合金等。
此外，本实施方式的制造方法中第2金属粒子107的材料为CuNi合金，但不限于此。在实施时，第2金属粒子107的材料例如可以是选自CuMn合金粒子、CuAl合金粒子和CuCr合金粒子中的至少1种合金。优选Ni、Mn、Al、Cr的比例为5～20重量％的Cu合金粒子。
在使用CuMn合金粒子时，通过熔融的Sn与CuMn合金粒子的反应，生成包含选自Cu、Mn和Sn中的至少2种的金属间化合物。该金属间化合物例如为(Cu,Mn)6Sn5、Cu4Mn2Sn5、Cu5MnSn5、(Cu,Mn)3Sn、Cu2MnSn、CuMn2Sn。
此外，本实施方式的加热工序中进行了热风加热，但不限于此。在实施时，例如也可以使用远红外线加热或高频感应加热、加热板等。
此外，本实施方式的加热工序中在大气中进行了热风加热，但不限于此。在实施时，例如也可以在N2、H2、甲酸或真空中进行热风加热。
此外，本实施方式的加热工序中在加热中没有加压，但不限于此。在实施时，例如也可以在加热中进行数MPa左右的加压。在这种情况下，可得到致密的金属间化合物，接合强度增大。
最后，上述实施方式的说明在所有方面都只是例示，不应认为是限制。本发明的范围并非由上述实施方式，而且是由权利要求请求保护的范围表示。而且，本发明的范围包含与权利要求请求保护的范围等同的范围。
符号说明
30、730…多孔芯
80、780…孔
90…导管框体
91…第1端部(加热部)
92…第2端部(冷却部)
93…中央部
95…空洞
100、200、300、400、500、600、700…热导管
105、705…金属膏
106…第1金属粒子
107…第2金属粒子
108…有机成分
109…金属间化合物相
110…金属成分
115…涂膜
116…第1金属箔
118…有机成分
119…金属间化合物相
155…金属片材
191、192…密封构件
205…压粉体
218…有机成分
230…多孔芯
250…加热温度
290…导管框体
291…第1端部(加热部)
292…第2端部(冷却部)
295…空洞
330…多孔芯
380…箔
390…导管框体
391…第1端部(加热部)
392…第2端部(冷却部)
395…空洞
396…芯材
430…层叠体
431、432…多孔芯
440…开口部
491、492、493…箔
495…空洞
531…多孔芯
540…开口部
590…层叠体
591、592、593、594…箔
595…空洞
616…第2金属箔
655…金属片材
691、692…密封构件
709…金属间化合物粒子
727…第3金属粒子

Claims (13)

1.一种热导管，具备：
封入有工作液的导管框体、以及
设置于所述导管框体的内部的多孔芯，
所述多孔芯包含至少含有第1金属和熔点高于所述第1金属的第2金属的金属间化合物。
2.根据权利要求1所述的热导管，其中，所述多孔芯由包含所述第1金属、所述第2金属和所述金属间化合物的材料构成。
3.根据权利要求1或2所述的热导管，其中，所述多孔芯的气孔率为20％以上。
4.一种热导管，具备：
封入有工作液的导管框体、
设置于所述导管框体的内部的芯、以及
密封所述导管框体的密封构件，
所述密封构件包含至少含有第1金属和熔点高于所述第1金属的第2金属的金属间化合物。
5.根据权利要求4所述的热导管，其中，所述密封构件密封所述导管框体的端部。
6.根据权利要求4或5所述的热导管，其中，所述密封构件由包含所述第1金属和所述金属间化合物的材料构成。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的热导管，其中，
所述第1金属是选自Sn或Sn系合金中的至少1种的金属，
所述第2金属是选自CuNi合金、CuMn合金、CuAl合金和CuCr合金中的至少1种的合金。
8.一种散热元件，具备权利要求1～7中任一项所述的热导管。
9.一种热导管的制造方法，包括如下工序：
设置工序，将包含第1金属和熔点高于所述第1金属的第2金属的金属组合物设置于导管框体的内部；以及
加热工序，将所述金属组合物加热，在所述导管框体的所述内部形成多孔芯，所述多孔芯由包含通过使所述第1金属与所述第2金属进行反应而生成的金属间化合物的材料构成。
10.一种热导管的制造方法，包括如下工序：
设置工序，将包含第1金属和熔点高于所述第1金属的第2金属的金属组合物设置于导管框体的端部；以及
加热工序，将所述金属组合物加热，在所述导管框体的所述端部形成密封构件，所述密封构件由包含通过使所述第1金属与所述第2金属进行反应而生成的金属间化合物的材料构成。
11.根据权利要求9所述的热导管的制造方法，其中，
所述金属组合物为膏状，
所述设置工序是将所述金属组合物涂布于所述导管框体的所述内部的工序。
12.根据权利要求9～11中任一项所述的热导管的制造方法，其中，所述金属组合物包含助焊剂。
13.根据权利要求10～12中任一项所述的热导管的制造方法，其中，所述加热工序中，将所述金属组合物加热至所述第1金属的熔点以上且所述第2金属的熔点以下的范围内的温度。
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