CN116888424A - 热器件 - Google Patents

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CN116888424A CN202280017057.5A CN202280017057A CN116888424A CN 116888424 A CN116888424 A CN 116888424A CN 202280017057 A CN202280017057 A CN 202280017057A CN 116888424 A CN116888424 A CN 116888424A
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藤田尚也
平野义宜
阿部裕一
锅岛宽
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Abstract

本公开的热器件具有陶瓷制的容器、流体以及密封部。容器具有内部空间、与内部空间相连的开口部、以及连接内部空间与开口部的连通路。流体位于内部空间。密封部堵塞开口部。另外,密封部具有芯部以及与芯部相连的凸缘部。凸缘部在开口部的周围与容器接合。芯部位于开口部内。芯部的一部分与开口部的壁面接触。

Description

热器件
技术领域
本公开涉及热器件。
背景技术
以往,已知有利用了相变物质的潜热的热器件。例如,作为热器件的一种的均热板利用随着封入到内部的工作液的蒸发及冷凝的潜热而从高温部向低温部输送热,由此从发热部件释放热(参照专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本实开昭54-42973号公报
发明内容
本公开的一方式的热器件具有陶瓷制的容器、流体以及密封部。容器具有内部空间、与内部空间相连的开口部、以及连接内部空间与开口部的连通路。流体位于内部空间。密封部堵塞开口部。另外,密封部具有芯部以及与芯部相连的凸缘部。凸缘部在开口部的周围与容器接合。芯部位于开口部内。芯部的一部分与开口部的壁面接触。
附图说明
图1是实施方式的散热器件的立体图。
图2是从Z轴负方向侧向Z轴正方向观察实施方式的第一构件的图。
图3是从Z轴正方向侧向Z轴负方向观察实施方式的第二构件的图。
图4是从Z轴正方向侧向Z轴负方向观察的实施方式的中间构件的图。
图5是将图2所示的第一槽形成区域及图3所示的第二槽形成区域相对于图4所示的中间构件重叠而成的图。
图6是用于说明实施方式的散热器件中的工作液的流动的图。
图7是用于说明实施方式的散热器件中的工作液的流动的图。
图8是表示连通路的结构例的示意性的剖视图。
图9是表示密封部的结构的示意性的剖视图。
图10是图9所示的X-X射线向视中的示意性的剖视图。
图11是表示环状体的结构的一例的示意性的剖视图。
图12是表示环状体的结构的另一例的示意性的剖视图。
图13是表示环状体的结构的另一例的示意性的剖视图。
图14是表示环状体的结构的另一例的示意性的剖视图。
图15是表示环状体的结构的另一例的示意性的剖视图。
图16是表示块状体的结构的另一例的示意性的剖视图。
图17是表示块状体的结构的另一例的示意性的剖视图。
图18是表示块状体以及环状体的结构的另一例的示意性的剖视图。
图19是表示连通路的结构的另一例的示意性的剖视图。
图20是用于说明密封工序的一例的图。
图21是用于说明密封工序的一例的图。
图22是用于说明密封工序的一例的图。
图23是表示第一变形例的散热器件的结构的示意性的剖视图。
图24是表示第二变形例的散热器件的结构的示意性的剖视图。
具体实施方式
以下,参照附图对本公开的用于实施热器件的方式(以下,记载为“实施方式”)进行详细说明。需要说明的是,本公开并不被该实施方式所限定。另外,各实施方式能够在不使处理内容矛盾的范围内适当组合。另外,在以下的各实施方式中,对相同的部位标注相同的附图标记,省略重复的说明。
另外,在以下所示的实施方式中,有时使用“恒定”、“正交”、“垂直”或“平行”这样的表现,但这些表现不需要是严格意义上的“恒定”,“正交”、“垂直”或者“平行”。即,上述的各表现允许例如制造精度、设置精度等的偏差。
另外,在以下参照的各附图中,为了易于理解说明,有时示出规定相互正交的X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向并将Z轴正方向设为铅垂朝上方向的正交坐标系。
在上述的以往技术中,在提高密闭性这一点上存在进一步改善的余地。
本公开的热器件具有陶瓷制的容器、流体以及密封部。容器具有内部空间、与内部空间相连的开口部、以及连接内部空间与开口部的连通路。流体位于内部空间。密封部封闭开口部。密封部具有芯部、以及与芯部相连的凸缘部。凸缘部在开口部的周围与容器接合。芯部位于开口部内。芯部的一部分与开口部的壁面接触。具有该结构的热器件的密闭性高。
凸缘部可以经由由金属构成的接合层而与所述容器接合。具有该结构的热器件的密闭性更高。
芯部可以具有主体部、以及位于主体部的整周上并与凸缘部相连的大径部。在该情况下,大径部的厚度可以比凸缘部的厚度薄。在设为该结构的情况下,大径部与凸缘部相比难以弹性变形,且向大径部的应力集中得到缓和。由此,能够抑制连通路的开口缘部中的裂纹的产生。
大径部的前端部可以具有尖细形状。由此,能够抑制连通路的壁面中产生裂纹。
密封部可以与开口部的缘部分离。由此,能够使连通路的开口缘部不易产生裂纹。
密封部在上表面可以具有凹部或凸部。例如在密封部具有凸部的情况下,容易使密封部与热源抵接。由此,容易经由密封部而向热器件的内部传递热,因此能够提高热器件的热交换效率。
容器可以具有主面、以及相对于所述主面凹陷的凹陷面。在该情况下,开口部可以在凹陷面开口,凸缘部可以位于凹陷面。通过采用该结构,能够抑制热器件的厚度。
在以下所示的实施方式中,对密封部包括块状体及环状体这两个构件的情况的例子进行说明,但密封部不一定需要包含多个构件,也可以由一个构件构成。
另外,以下,作为本公开的热器件的一例,举出利用随着工作液(流体或相变物质的一例)的蒸发及冷凝的潜热而使热从高温部向低温部高效地移动的散热器件,具体而言,列举均热板进行说明。
首先,参照图1对实施方式的散热器件的整体构成进行说明。图1是实施方式的散热器件的立体图。
如图1所示,散热器件1具有陶瓷制的容器2。容器2具有第一构件10、第二构件20以及中间构件30。第一构件10、第二构件20以及中间构件30均为板状,且以利用第一构件10和第二构件20夹着中间构件30的方式层叠。
容器2具有工作区域100及框区域200。工作区域100具有内部空间,在该内部空间封入有作为相变物质的工作液。作为工作液,例如可以使用水、烃系化合物、有机液体(例如乙醇及甲醇等)、氨等液体。
框区域200是包围工作区域100的区域。换言之,框区域200是散热器件1中的比工作区域100靠外侧的区域。工作区域100大致为中空状,与此相对地,框区域200大致为实心状。
框区域200为了抑制例如工作液或工作液的蒸汽从第一构件10与中间构件30的界面或第二构件20与中间构件30的界面漏出,或者外部的气氛从上述界面进行工作区域100的内部空间(即,确保密闭性)而特意形成为宽幅的区域。
容器2具有将工作区域100的内部空间与外部连通的多个(在此为两个)的连通路14、15。连通路14、15中的、例如连通路14用作工作液注入孔,连通路15用作气体排出孔。在该情况下,在散热器件1的制造工序中,从连通路14向工作区域100的内部空间注入工作液,伴随于此,存在于工作区域100的内部空间的气体从连通路15向外部排出。连通路14位于第一构件10的四角中的一个角部的附近,连通路15位于处于连通路14的对角线上的角部的附近。
需要说明的是,散热器件1未必需要具有多个连通路14、15。例如,散热器件1也可以是仅具有连通路14、15中的一方的结构。
连通路14及连通路15被密封部5封堵。通过利用密封部5将连通路14及连通路15封堵,从而成为将散热器件1的内部空间密闭而将工作液密封于工作区域100的状态。这样,散热器件1是内部被密闭的密闭容器。
工作液例如以相对于工作区域100的内部空间的总体积为10体积%以上且95体积%以下的比例填充。优选上述比例为30体积%以上且75体积%以下。进一步优选上述比例为40体积%以上且65体积%以下。另外,工作区域100的内部空间中的工作液以外的剩余部分成为包含一部分蒸汽化后的工作液的真空状态。由此,即使在高温环境下也能够保持气液平衡,因此难以干涸,另外,在低温环境下也高效地热扩散,因此能够在各种温度域提高热扩散性。
第一构件10、第二构件20以及中间构件30由陶瓷构成。作为构成第一构件10、第二构件20以及中间构件30的陶瓷,例如可使用氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)、氮化铝(AlN)、堇青石(Mg2Al3(AlSi5O18))、硅浸渍碳化硅(SiSiC)等。另外,构成第一构件10、第二构件20以及中间构件30的陶瓷也可以是单结晶体。
金属制的散热器件由于材质、工法上的理由而难以得到刚性,难以实现轻薄化。另外,金属制的散热器件的与工作液接触的部分为金属,因此在耐腐蚀性方面存在改善的余地。与此相对地,在实施方式的散热器件1中,由于第一构件10、第二构件20以及中间构件30全部由陶瓷构成,因此与金属制的散热器件相比,轻薄化容易,耐腐蚀性也优异。
在图1所示的例子中,散热器件1以使第一构件10朝上的姿势设置,但散热器件1的姿势不限于图1的例子。例如,散热器件1也可以以使第一构件10朝下的姿势设置。另外,散热器件1不限于图1所示的横向设置,也可以纵向设置。
具有陶瓷制的容器的散热器件由于陶瓷是脆性材料,因此如何确保例如因工作液的相变而产生的应力等的耐久性成为重要的课题。
在此,专利文献1所记载的均热板在工作区域设置有用于注入工作液的连通路。对于工作区域而言,陶瓷的厚度变薄与内部空间对应的量。因此,在工作区域设置有连通路的专利文献1所记载的均热板,对应力的耐久性容易不足,有可能在容器产生破裂等。另外,由于在容器产生破裂,有可能产生封入到内部空间的工作液的干涸而使散热效率恶化。
与此相对地,在实施方式的散热器件1中,连通路14、15位于框区域200。框区域200与工作区域100不同,且为实心状。通过连通路14、15位于该框区域200,从而与连通路14、15位于工作区域100的情况相比,能够提高耐久性。这样,根据实施方式的散热器件1,能够实现耐久性的提高。
另外,根据实施方式的散热器件1,与连通路14、15位于工作区域100的情况相比,能够确保工作区域100的有效空间较大,因此能够提高散热特性。
另外,连通路14、15所处的框区域200是与工作区域100同质的陶瓷制,因此不易产生因热膨胀差引起的应力。因此,实施方式的散热器件1的可靠性高。
接下来,参照图2对第一构件10的结构进行说明。图2是从Z轴负方向侧向Z轴正方向观察实施方式的第一构件10的图。
在图2中示出了第一构件10的下表面、具体而言示出与中间构件30的上表面(第一面)对置的面(第三面)。如图2所示,第一构件10在第三面具有格子状的第一槽部11。
第一槽部11具有相对于第三面凹陷的第一凹部11a、以及位于第一凹部11a内的多个第一凸部11b。第一凹部11a位于第三面的中央部,且俯视观察下的轮廓为例如四边形。多个第一凸部11b在第一凹部11a内相互隔开间隔地在纵向及横向上排列。通过这些第一凹部11a及多个第一凸部11b,第一槽部11具有格子状。
以下,将第一构件10的第三面中的、第一槽部11所处的区域记载为“第一槽形成区域110”。第一槽形成区域110构成工作区域100的一部分。另外,第一构件10具有包围第一槽形成区域110的矩形框状的第一框区域210。第一框区域210构成框区域200的一部分。
沿厚度方向(在此为Z轴方向)贯穿第一构件10的多个(在此为两个)的贯穿孔141a、151a位于第一框区域210。贯穿孔141a构成连通路14中的第一部位141的一部分,贯穿孔151a构成连通路15中的第一部位151的一部分。
在位于第一构件10的下表面(第三面)的相反侧的上表面(第五面)的中央部配置有热源。
接下来,参照图3对第二构件20的结构进行说明。图3是从Z轴正方向侧向Z轴负方向观察实施方式的第二构件20的图。
在图3中示出了第二构件20的上表面、具体而言、示出与中间构件30的下表面(第二面)对置的面(第四面)。如图3所示,第二构件20在第四面具有格子状的第二槽部21。
第二槽部21具有相对于第四面凹陷的第二凹部21a、以及位于第二凹部21a内的多个第二凸部21b。第二凹部21a位于第四面的中央部,俯视观察下的轮廓例如为四边形。多个第二凸部21b在第二凹部21a内相互隔开间隔地在纵向及横向上排列。通过这些第二凹部21a及多个第二凸部21b,第二槽部21具有格子状。
以下,将第二构件20的第四面中的、第二槽部21所处的区域记载为“第二槽形成区域120”。第二槽形成区域120构成工作区域100的一部分。另外,第二构件20具有包围第二槽形成区域120的矩形框状的第二框区域220。第二框区域220构成框区域200的一部分。
第二构件20中的第二槽形成区域120的大小与第一构件10中的第一槽形成区域110的大小相同。另外,第二构件20的第四面中的第二槽形成区域120的位置与第一构件10的第三面中的第一槽形成区域110的位置相同。
这样,通过将第一槽部11及第二槽部21的形状设为格子状,能够使工作液在散热器件1的内部空间中高效地循环。需要说明的是,第一槽部11及第二槽部21的形状不一定需要为格子状。
相对于第二构件20的上表面(第四面)凹陷的多个(在此为两个)凹部141b、151b位于第二框区域220。凹部141b构成连通路14中的第一部位141的一部分,凹部151b构成连通路15中的第一部位151的一部分。
另外,槽部142b、152b位于第二框区域220。槽部142b是沿与连通路14中的第一部位141的延伸方向(第一方向、在此为Z轴方向)交叉的第二方向(在此为Y轴方向)延伸的通路,其一端在第一部位141中的凹部141b开口,另一端在第二槽形成区域120开口。槽部152b是沿与连通路15中的第一部位151的延伸方向(第一方向、在此为Z轴方向)交叉的第二方向(在此为Y轴方向)延伸的通路,其一端在第一部位151中的凹部151b开口,另一端在第二槽形成区域120开口。
接下来,参照图4对中间构件30的结构进行说明。图4是从Z轴正方向侧向Z轴负方向观察实施方式的中间构件30的图。
如图4所示,中间构件30具有矩形框状的第三框区域230。第三框区域230构成框区域200的一部分。另外,中间构件30具有位于第三框区域230的内侧的俯视圆形的中央部32、以及位于中央部32与第三框区域230之间且将中央部32和第三框区域230相连的多个连接部33。在图4所示的例中,中央部32位于中间构件30的中央。另外,多个连接部33相互隔开间隔地一边从中央部32朝向第三框区域230扩宽一边呈放射状延伸。
中间构件30还具有多个蒸汽孔36和多个回流孔37。多个蒸汽孔36以及多个回流孔37均贯穿中间构件30的上表面(第一面)以及下表面(第二面)。
多个蒸汽孔36作为工作液的蒸汽的流路的一部分而发挥功能。多个蒸汽孔36位于相邻的两个连接部33之间。即,多个蒸汽孔36与多个连接部33在周向上交替地配置。多个蒸汽孔36与多个连接部33同样地相互隔开间隔,一边从中央部32朝向第三框区域230扩宽一边呈放射状延伸。
多个回流孔37作为工作液的流路的一部分而发挥功能。回流孔37是开口面积比上述的蒸汽孔36小的微细的孔。具体而言,回流孔37小到能够使通过回流孔37的工作液产生毛细管现象的程度。
沿厚度方向(在此为Z轴方向)贯穿中间构件30的多个(在此为两个)的贯穿孔141c、151c位于第三框区域230。贯穿孔141c构成连通路14中的第一部位141的一部分,贯穿孔151c构成连通路15中的第一部位151的一部分。
图5是使图2所示的第一槽形成区域110以及图3所示的第二槽形成区域120相对于图4所示的中间构件30重叠的图。需要说明的是,在图5中,为了容易理解,省略了连通路14、15。
如图5所示,第一槽形成区域110及第二槽形成区域120与中间构件30的第三框区域230重叠。即,第一槽形成区域110及第二槽形成区域120比在中间构件30中形成多个蒸汽孔36以及多个回流孔37的区域(以下,记载为“孔形成区域”)向外侧扩展。
这样,通过使第一构件10的第一槽形成区域110及第二构件20的第二槽形成区域120比中间构件30的孔形成区域宽,与将第一槽形成区域110及第二槽形成区域120设为与孔形成区域相同程度的情况相比,能够使散热器件1的内部空间向外侧扩展。
热源配置于散热器件1的中央部。因此,越远离热源,即越接近散热器件1的外周部,散热器件1的温度越低。另外,工作液的蒸汽通过向低温区域移动而冷凝,从而成为液体。因此,通过将散热器件1的内部空间向外侧扩展,从而更容易产生工作液的冷凝。因此,能够使干涸难以产生。
需要说明的是,在此,示出了第一槽形成区域110及第二槽形成区域120比中间构件30的孔形成区域向外侧扩展的情况的例子,但不限于此,中间构件30的孔形成区域也可以比第一槽形成区域110及第二槽形成区域120向外侧扩展。
散热器件1的工作区域100具有被第一槽形成区域110及第二槽形成区域120夹着的内部空间,在该内部空间中封入有工作液。另外,在内部空间中的第一槽形成区域110与第二槽形成区域120之间夹设有中间构件30,由此,工作区域100被分隔为由第一槽形成区域110与中间构件30夹着的第一空间、以及由第二槽形成区域120与中间构件30夹着的第二空间。这些第一空间和第二空间通过形成于中间构件30的蒸汽孔36以及回流孔37相连。
接下来,参照图6以及图7对实施方式的散热器件1中的工作液的流动进行说明。图6以及图7是用于说明实施方式的散热器件1中的工作液的流动的图。需要说明的是,图6是从图5所示的图中省略了第三框区域230的图,图7是图6中的VII-VII向视剖视图。另外,在图6以及图7中,用空心的箭头表示蒸汽的流动,用涂黑的箭头表示液体的流动。
工作液通过由热源加热而气化,从而成为蒸汽。如上述那样,热源配置于第一构件10(参照图1、图2)的上表面(第五面)的中央部。因此,工作液的蒸汽在第一空间(由第一构件10和中间构件30夹着的空间)的中央部产生。
工作液的蒸汽通过第一槽形成区域110的第一槽部11向散热器件1的面内方向(XY平面方向)扩散(参照图6所示的空心的箭头),并通过多个蒸汽孔36向第二空间(由第二构件20和中间构件30夹着的空间)移动(参照图7所示的涂白的箭头)。
向第二空间移动的蒸汽因温度的降低而冷凝,从而成为液体。液体化后的工作液通过第二槽部21的毛细管力,使第二槽形成区域120朝向散热器件1的中央部移动(参照图6所示的涂黑的箭头)。在该过程中,工作液进入回流孔37,通过回流孔37的毛细管力返回第一空间(参照图7所示的涂黑的箭头)。通过重复以上的循环,散热器件1能够使热从热源移动。
接下来,参照图8对连通路14、15的结构进行说明。图8是表示连通路14的结构例的示意性的剖视图。在图8中,作为一例,图示了连通路14,但连通路15也具有连通路14相同的结构。
如图8所示,连通路14将工作区域100的内部空间与外部连通。连通路14具有沿容器2的厚度方向(在此为Z轴方向)延伸并向外部开口的第一部位141、以及沿容器2的面方向(在此为Y轴方向)延伸并在工作区域100的内部空间开口的第二部位142。
第一部位141由第一构件10的贯穿孔 141a、第二构件20的凹部141b以及中间构件30的贯穿孔141c形成。另外,第二部位142由第二构件20的槽部142b与中间构件30的下表面302(第二面)形成。需要说明的是,在图8中,示出了连通路14的凹部141b比第二部位142的槽部142b凹陷的情况的例子,但凹部141b与槽部142b也可以为同一面。
这样,连通路14具有在第一方向(在此为Z轴方向)上延伸的第一部位141、以及在与第一方向交叉的方向(在此为Y轴方向)上延伸的第二部位142。换言之,连通路14弯曲。因此,根据实施方式的散热器件1,即使在工作区域100中产生了较高的压力的情况下,也不易对密封部5施加较高的压力,因此可靠性较高。
第一部位141在第一构件10的上表面开口,在框区域200中跨工作区域100的第一空间及第二空间而延伸。并且,第二部位142在框区域200中位于工作区域100的第二空间侧。
在散热器件1中,第一空间及第二空间中的第一空间侧变为高压。换言之,第一空间及第二空间中的第二空间侧的压力相对较低。因此,通过第二部位142位于第二空间侧,从而能够抑制对连通路14施加高的压力。
如图1所示,连通路14位于与连通路15之间夹着工作区域100的位置。通过这样配置两个连通路14、15,与例如两个连通路14、15横向排列配置的情况相比,能够抑制耐久性局部地降低。
需要说明的是,连通路14中的第一部位141中的、贯穿孔141a相当于具有第一开口且向外部开口的第一通路141a。另外,贯穿孔141c相当于与贯穿孔141a连续且直径比所述第一通路小的第二通路141c。
接下来,对密封部5的结构进行说明。图9是表示密封部5的结构的示意性的剖视图。
如图9所示,密封部5具有块状体51及环状体52。块状体51及环状体52构成密封部5的芯部及凸缘部。块状体51及环状体52例如由金属构成。作为构成块状体51及环状体52的金属,例如可举出Cu(铜)。需要说明的是,块状体51及环状体52也可以由Cu以外的金属构成。作为Cu以外的金属,例如可举出Al、Cr、Ni、Co、Sn、Au、Fe、Co等。另外,作为构成块状体51及环状体52的金属,也可以是含有Cu、A1、Cr、Ni、Co、Sn、Au、Fe、Co中的至少两种的合金,例如不锈钢。需要说明的是,作为构成块状体51及环状体52的金属,优选为以Cu为主成分的金属。主成分例如是占该材料的50质量%以上或80质量%以上的材料。
块状体51是块状的构件。例如,块状体51大致为球体状。在实施方式中,块状体51在第一构件10的厚度方向上的第一端部(在此为块状体51的上端部)以及第二端部(在此为块状体51的下端部)分别具有平坦面511、512。平坦面511、512相互平行。在以与平坦面511、512垂直的截面切割块状体51的截面观察(即,图9所示的截面观察)下,平坦面511、512以凸状的曲面相连。这样,实施方式的块状体51是在第一端部及第二端部具有平坦面511、512的球体。
环状体52具有直径比贯穿孔141a中的外部侧的开口(第一开口的一例)的开口直径(第一构件10的上表面中的直径)小的开口520(第二开口的一例),以开口520与贯穿孔141a的第一开口重叠的方式位于第一构件10之上。
环状体52具有位于第一构件10的上表面的第一部位521、和位于贯穿孔141a的壁面的第二部位522。第一部位521是薄板状的部位,沿着第一构件10的上表面延伸。第一部位521通过由例如钎料等接合材料构成的接合层55与第一构件10的上表面接合。
第一部位521在俯视时为大致环状,开口520位于中央部。第二部位522是从开口520的缘部朝向贯穿孔141a的深部延伸的部位。需要说明的是,贯穿孔141a的深部只要是比开口520的缘部更深的位置即可,并不限定于特定的(某一个)部位。第二部位522沿着贯穿孔141a的壁面延伸。需要说明的是,第二部位522不一定需要沿着贯穿孔141a的壁面。另外,第二部位522不一定需要与贯穿孔141a的壁面接触,也可以在第二部位522与贯穿孔141a的壁面之间存在间隙。
图10是图9所示的X-X射线向视中的示意性的剖视图。如图10所示,环状体52所具有的第二部位522位于第一构件10与块状体51之间。块状体51位于比第二部位522靠贯穿孔141a的径向内侧,在整周上与第二部位522接触。另外,块状体51在与第二部位522的接触部位与环状体52物理上一体化。在此,“物理上一体化”是指块状体51与环状体52在物理上无间隙地接合。另外,“物理上一体化”是指扩散接合的比例为零或较少。
块状体51将第二部位522朝向贯穿孔141a的壁面按压。换言之,块状体51经由第二部位522按压贯穿孔141a。如上述那样,第二部位522也可以不一定与贯穿孔141a的壁面接触。即使在该情况下,也由于第一部位521与第一构件10的上表面通过接合材料而被接合,因此不会损害散热器件1的密闭性。
这样,实施方式的密封部5通过利用块状体51和环状体52堵塞贯穿孔141a来密封散热器件1。根据该结构,例如与仅使用块状体51堵塞贯穿孔141a的情况、即在金属与陶瓷之间进行密封的情况相比,能够抑制在第一构件10产生裂纹,并且堵塞贯穿孔141a。
另外,实施方式的密封部5利用环状体52中的位于贯穿孔141a的内部的第二部位522和块状体51堵塞贯穿孔141a。根据该结构,通过以块状体51与第二部位522相互按压的方式发挥作用,从而能够提高散热器件1的密闭性。
另外,在实施方式的密封部5中,块状体51进入贯穿孔141a。通过设为该结构,例如能够抑制工作液附着于贯穿孔141a的壁面。
另外,在实施方式的散热器件1中,作为第二通路的贯穿孔141c位于块状体51的下方。换言之,在俯视观察散热器件1的情况下,贯穿孔141c设置于与块状体51重叠的位置。并且,在实施方式的密封部5中,块状体51堵塞贯穿孔141c。具体而言,块状体51具有平坦面511,在该平坦面511堵塞贯穿孔141c的开口部。通过设为该结构,能够更可靠地抑制工作液向连通路14(贯穿孔141a)的浸入。另外,能够进一步提高散热器件1的密闭性。
另外,在此省略图示,但也可以在中间构件30的上表面(第一面),在与块状体51的平坦面511对置的位置存在多个凹凸。在该情况下,能够抑制块状体51向水平方向(与散热器件1的厚度方向正交的方向)的位置偏移。
在实施方式的散热器件1中,贯穿孔141c设置于陶瓷构成的中间构件30。根据该结构,在将块状体51压入连通路14时,即使在块状体51与中间构件30接触的情况下,与在该接触部位未设置贯穿孔141c的情况相比,也能够抑制中间构件30的破裂。
另外,实施方式的散热器件1是陶瓷制的密闭容器。即,第一构件10、第二构件20以及中间构件30由陶瓷构成。
陶瓷与金属相比杨氏模量大致大,换言之,刚性高。作为金属制的密封部5的块状体51(金属块)在热作用下向按压扩张连通路14(贯穿孔141a)的方向变形。假设在散热器件为金属制的情况下,若块状体51向按压扩张连通路14的方向变形,则伴随该变形,贯穿孔141a也容易向扩径方向变形。与此相对地,作为陶瓷制的散热器件1即使块状体51向按压扩张贯穿孔141a的方向变形,与金属制的散热器件相比,贯穿孔141a也不易变形。因此,陶瓷制的散热器件1与金属制的散热器件相比,容易确保相对于温度变化(特别是温度上升)的密闭性。
另外,根据另一观点,陶瓷与除例如W(钨)、Mo(钼)、Ti(钛)、Nb(铌)、Zr(锆)等一部分的金属以外的大多数的金属相比,热膨胀系数小。即,作为陶瓷制的散热器件1与金属制的散热器件相比不易发生热变形。因此,陶瓷制的散热器件1与金属制的散热器件相比,容易维持块状体51经由环状体52按压贯穿孔141a的状态。因此,根据陶瓷制的散热器件1,与金属制的散热器件相比,容易确保相对于热循环的密闭性。另外,根据陶瓷制的散热器件1,与金属制的散热器件相比,即使暴露于酸、高温水蒸汽也不易被腐蚀,另外,即使在高温下也不易氧化。
需要说明的是,关于构成第一构件10、第二构件20以及中间构件30的陶瓷的例子,如上述那样,可以举出氧化铝、氧化锆以及碳化硅等。在这些的陶瓷中,作为构成第一构件10、第二构件20以及中间构件30的陶瓷,从廉价、对环境的损害少、加工性优异的方面考虑,优选使用氧化铝。
实施方式的散热器件1的内部在第一构件10的上表面(第五面)未配置热源的状态下为减压状态(包括真空)。另一方面,若在第一构件10的上表面配置热源,则工作液气化而体积膨胀,由此散热器件1的内部成为加压状态。这样,散热器件1的内部的压力状态根据热源的有无而在减压状态与加压状态之间交替地变化。
与此相对地,实施方式的密封部5利用块状体51将环状体52朝向连通路14的壁面按压,因此容易确保减压状态下的密闭性以及加压状态下的密闭性这两方。
另外,如图8及图9所示,连通路14的贯穿孔141a具有从第一构件10的上表面朝向下表面(第三面)扩径的锥形状。通过设为该结构,即使在散热器件1的内部成为加压状态的情况下,块状体51也难以从连通路14脱离,因此能够更可靠地确保加压状态下的密闭性。
需要说明的是,并不局限于本例,连通路14的贯穿孔141a也可以具有从第一构件10的上表面朝向下表面(第三面)缩径的锥形状。在该情况下,在将块状体51压入贯穿孔141a内时,能够使施加于贯穿孔141a的应力也向第一构件10的厚度方向分散,因此能够使在块状体51的压入时不易在贯穿孔141a产生裂纹。
在实施方式的密封部5中,环状体52具有第一部位521,第一部位521在贯穿孔141a的周围与第一构件10的上表面接合。根据该结构,能够抑制龟裂从贯穿孔141a的周围产生或进展。
在实施方式的密封部5中,环状体52所具有的开口520的直径比贯穿孔141a的直径小。换言之,环状体52所具有的第一部位521比贯穿孔141a的开口缘部(即,第一开口的缘部)更向贯穿孔141a的径向内侧延伸。通过设为该结构,能够抑制龟裂从贯穿孔141a的周围、特别是贯穿孔141a的开口缘产生或进展。
在实施方式的密封部5中,环状体52经由接合层55而与第一构件10的上表面接合。通过采用该结构,能够提高第一构件10的上表面与密封部5的密闭性。
在实施方式的密封部5中,在比较块状体51与环状体52的情况下,块状体51从第一构件10的上表面的突出量(突出高度)比环状体52更多(更高)。即,块状体51比环状体52更从第一构件10的上表面突出。通过设为该结构,在块状体51的上表面配置有热源的情况下,容易使块状体51与热源抵接。通过使由金属构成的块状体51与热源抵接,从而容易经由块状体51而向散热器件1的内部传递热,因此能够提高散热器件1的热交换效率。
需要说明的是,在实施方式的散热器件1中,优选施加于容器2的应力不超过容器2的破坏强度。另外,优选利用块状体51施加于容器2的残余应力中的、未与环状体52相接的区域的残余应力大于与环状体52相接的区域的残余应力。
图11是表示环状体52的结构的一例的示意性的剖视图。如图11所示,环状体52中的、第二部位522的厚度T2可以比第一部位521的厚度T1薄。块状体51向按压环状体52的方向施加应力。该应力集中于连通路14的开口缘部101,从而有可能在连通路14的开口缘部101产生裂纹。与此相对地,在使第二部位522的厚度T2比第一部位521的厚度T1薄的情况下,第二部位522的弹性变形量相对减少,由此应力集中得到缓和,因此能够抑制连通路14的开口缘部101中的裂纹的产生。
另外,连通路14的开口缘部101与环状体52可以分离。例如,如图11所示,连通路14的开口缘部101可以是在截面观察时被倒角成R状的形状。换言之,开口缘部101可以在截面观察时弯曲成凸状。由此,能够在连通路14的开口缘部101与环状体52的角部之间形成间隙。即,能够使连通路14的开口缘部101与环状体52分离。
这样,通过使连通路14的开口缘部101与环状体52分离,由第一构件10与环状体52的热膨胀差引起的应力难以向连通路14的开口缘部101传递,因此能够使连通路14的开口缘部101不易产生裂纹。
图12及图13是表示环状体52的结构的另一例的示意性的剖视图。如图12所示,环状体52可以在与连通路14的开口缘部101对置的第一部位521与第二部位522的角部具有凹部527。凹部527呈圆周状延伸,且向远离连通路14的开口缘部101的方向凹陷。即使在该情况下,也能够使连通路14的开口缘部101与环状体52分离。另外,如图13所示,关于环状体52,与连通路14的开口缘部101对置的第一部位521与第二部位522的角部523也可以位于比连通路14的开口缘部101靠连通路14的径向内侧的位置。即使在该情况下,也能够使连通路14的开口缘部101与环状体52分离。
如图11所示,第二部位522的前端部525可以具有尖细形状。换言之,第二部位522的前端部525可以是厚度朝向前端变薄的形状。这样,通过将第二部位522的前端部525设为尖细形状,能够缓和由块状体51对贯穿孔141a的壁面进行扩径的应力集中,因此能够抑制贯穿孔141a的壁面的裂纹的产生。
如图11所示,第二部位522中的前端部525的最前端也可以靠近贯穿孔141a的壁面侧。在环状体52的第二部位522与贯穿孔141a接触的情况下,若第二部位522的最前端靠近贯穿孔141a的壁面侧,则第二部位522与贯穿孔141a的壁面的接触面积大,因此散热器件1的密闭性高。
图14及图15是表示环状体52的结构的另一例的示意性的剖视图。如图14及图15所示,第二部位522中的前端部525的最前端可以靠近块状体51侧。在该情况下,第二部位522与块状体51的接触面积大,因此散热器件1的密闭性高。需要说明的是,如图11~图14所示,第二部位522的前端部525可以在截面观察时呈凸状弯曲,也可以如图15所示在截面观察时呈凹状弯曲。
图16及图17是表示块状体51的结构的另一例的示意性的剖视图。如图16所示,块状体51的第二端部(在此为块状体51的下端部)可以进入贯穿孔141c。通过设为该结构,能够更可靠地抑制工作液向贯穿孔141a的浸入。另外,能够进一步提高散热器件1的密闭性。另外,如图17所示,块状体51可以与中间构件30的上表面(第一面)分离。在该情况下,块状体51可以仅在第一端部(在此为块状体51的上端部)及第二端部(在此为块状体51的下端部)中的、第一端部具有平坦面512。
图18是表示块状体51及环状体52的结构的另一例的示意性的剖视图。如图18所示,环状体52可以仅由第一部位521构成。在该情况下,块状体51与环状体52中的开口520的壁面接触,在该接触部与环状体52物理上一体化。根据该结构,能够更可靠地抑制裂纹从连通路14的周围、特别是连通路14的开口缘部101产生或进展。这样,环状体52不一定需要具有第二部位522。
图19是表示连通路14的结构的另一例的示意性的剖视图。如图19所示,连通路14可以位于工作区域100。在该情况下,连通路14可以仅由相当于上述的贯穿孔141a(例如参照图8)的部分构成。在图19中,块状体51成为从第二构件20的上表面浮起的状态,但块状体51可以与第二构件20的上表面相接。
接下来,对实施方式的散热器件1的制造方法的一例进行说明。首先,使用第一构件10、第二构件20以及中间构件30的原料,利用刮刀法或辊压缩法等形成生片,通过层叠多个生片而得到层叠体。
接着,对得到的层叠体实施激光加工、模具的冲裁,由此得到第一构件10、第二构件20以及中间构件30的各成形体。例如,通过对层叠体实施激光加工,从而能够得到形成有贯穿孔141c、151c、多个蒸汽孔36以及多个回流孔37的中间构件30的成形体。另外,通过对得到的层叠体实施激光加工,从而得到形成有贯穿孔141a、151a以及第一槽形成区域110的第一构件10的成形体。另外,通过对得到的层叠体实施激光加工,从而得到形成有凹部141b、151b、槽部142b、152b以及第二槽形成区域120的第二构件20的成形体。
接着,将第一构件10、第二构件20以及中间构件30的各成形体以第二构件20、中间构件30以及第一构件10的顺序层叠并烧制,从而得到第一构件10、第二构件20以及中间构件30一体化的容器2的烧结体。这样,第一构件10、第二构件20以及中间构件30为一体成形。因此,不需要粘合剂等,因此能够得到可靠性高的散热器件1。
需要说明的是,作为得到第一构件10、第二构件20以及中间构件30的各成形体的方法,不限于上述的方法,例如,也可以在对生片实施加工之后,通过层叠生片而得到各成形体。另外,在上述的例子中,在分别制作第一构件10、第二构件20以及中间构件30的各成形体之后,通过将它们层叠而得到容器2的成形体,但也可以通过依次层叠例如加工后的生片来得到容器2的成形体。
接着,例如从连通路14、15中的一方向烧结体的内部注入工作液。存在于烧结体的内部的气体随着工作液的注入而从连通路14、15中的另一方向外部排出。
接着,使用真空泵等减压装置,经由连通路14、15而对烧结体的内部进行抽真空。需要说明的是,烧结体的内部优选为真空状态,但不需要严格地处于真空状态,例如也可以是接近真空状态的减压状态。
接着,在烧结体的内部被抽真空的状态下密封连通路14、15。参照图20~图22对该密封工序的一例进行说明。图20~图22是用于说明密封工序的一例的图。
首先,准备图20所示的压入前环状体52X和图21所示的压入前块状体51X。压入前环状体52X例如是薄板状的金属,在中央部具有开口520X。作为这样的压入前环状体52X,例如能够使用金属制的垫圈。另外,压入前块状体51X例如是球体状的金属。压入前块状体51X的直径比开口520X的直径大,且比连通路14的直径小。
如图20所示,将压入前环状体52X经由接合层55与第一构件10的上表面接合。需要说明的是,压入前环状体52X以开口520X的中心与连通路14中的贯穿孔141a的中心一致的方式载置于第一构件10的上表面。开口520X的直径比贯穿孔141a的直径小,位于开口520X侧的压入前环状体52X的一部分比连通路14的开口缘部更向连通路14的径向内侧延伸。接合层55不位于压入前环状体52X中的、比连通路14的开口缘部更向连通路14的径向内侧延伸的部分。
接着,如图21所示,在压入前环状体52X的开口520X上载置压入前块状体51X。并且,如图22所示,例如使用冲压装置300,从上方对压入前块状体51X按压压入前块状体51X。由此,压入前块状体51X被压入贯穿孔141a。压入前环状体52X随着压入前块状体51X的压入而以开口520X的周边朝向贯穿孔141a的内部折弯的方式变形。由此,压入前环状体52X成为具有第一部位521及第二部位522的环状体52。另外,压入前块状体51X通过上端部被按压于冲压装置300的冲压面而成为具有平坦面512的块状体51。另外,压入前块状体51X在被压入至与中间构件30的上表面接触的情况下,成为具有平坦面511的块状体51。
压入前块状体51X在被压入贯穿孔141a时,一边对压入前环状体52X施加应力,一边与压入前环状体52X相互摩擦。由此,压入前块状体51X与压入前环状体52X无间隙地接合。即,块状体51与环状体52在物理上一体化。这样,连通路14、15被密封部5密封,得到散热器件1。
(实施例)
使用氧化铝作为第一构件、第二构件以及第三构件,使用Cu(铜)作为环状体以及环状体,通过上述的制造方法制造了散热器件。所制造的散热器件(以下,记载为“实施例的散热器件”)的尺寸如下所述。
外部尺寸(宽度×长度×厚度):50mm×50mm×0.5mm
位于比槽形成区域靠外侧的框区域的宽度:10mm
贯穿孔的开口直径:1.7mm
压入前环状体的尺寸(外径×内径×厚度):8mm×0.9mm×0.2mm
压入前块状体的外径:1.2mm
并且,对实施例的散热器件的密闭性进行了试验。具体而言,将实施例的散热器件在真空中放置规定时间(数天),确认其前后的重量的变化的有无。其结果为,实施例的散热器件在放置于真空中之前和放置后未发现重量的变化。这意味着位于散热器件的内部空间的工作液未泄漏到散热器件的外部。由该结果确认了实施例的散热器件的密闭性得到确保。
(第一变形例)
图23是表示第一变形例的散热器件1的结构的示意性的剖视图。如图23所示,散热器件1的容器2可以在第一构件10的上表面111(第五面)具有凹陷面112。在该情况下,贯穿孔141a(开口部的一例)可以在凹陷面112开口。另外,作为凸缘部的一部分的环状体52的第一部位521也可以位于凹陷面112。通过采用该结构,能够使散热器件1轻薄化。另外,在该情况下,密封部5的平坦面512(密封部5中的从凹陷面112最突出的面)可以比第一构件10的上表面111低。通过设为该结构,从而能够实现散热器件1的进一步的轻薄化。
(第二变形例)
在上述的实施方式中,对密封部5包括块状体51及环状体52这两个构件的情况下的例子进行了说明,但密封部5也可以是单一的构件。参照图24对该情况下的例子进行说明。图24是表示第二变形例的散热器件1的结构的示意性的剖视图。
如图24所示,散热器件1所具备的密封部5具有芯部501、以及与芯部501相连的凸缘部502。芯部501是密封部5中的、位于开口部115的内部的部分,凸缘部502是位于开口部115的外部的部分。芯部501及凸缘部502的边界部分是开口部115的缘部116。即,在图24中,位于比开口部115的缘部116靠下侧的部分是芯部501,位于上侧的部分是凸缘部502。
凸缘部502在开口部115的周围与容器2接合。具体而言,凸缘部502经由接合层55而与位于开口部115的周围的容器2的上表面111接合。
芯部501的一部分与开口部115的壁面接触。具体而言,芯部501具有主体部505和位于主体部505的整周上并与凸缘部502相连的大径部506。大径部506在整周上与凸缘部502相连。
在上述的实施方式中,对贯穿孔141a、151a具有锥形状的情况的例子进行了说明,但贯穿孔141a、151a的形状并不限定于锥形状。例如,贯穿孔141a、151a的形状也可以是直径大致恒定的直线状。
另外,在上述的实施方式中,对块状体51为大致球体状的情况的例子进行了说明,但块状体51不一定需要为球体状。例如,块状体51也可以具有楔形、即块状体51从向散热器件1的外部露出的第一端部(在此为块状体51的上端部)朝向位于连通路14的内部的第二端部(在此为块状体51的下端部)宽度逐渐变窄的形状。
如上所述,实施方式的热器件(作为一例,为散热器件1)是利用相变物质(作为一例,为工作液)的潜热的热器件。实施方式的热器件具有陶瓷制的容器(作为一例,为容器2)、密封部(作为一例,为密封部5)。陶瓷制的容器具有封入有相变物质的相变区域(作为一例,为工作区域100)、和将相变区域与外部连通的连通路(作为一例,为连通路14、15)。密封部堵塞连通路。另外,密封部具有金属制的环状体(作为一例,为环状体52)和块状体(作为一例,为块状体51)。环状体具有直径比连通路小的开口,开口以与连通路重叠的方式位于容器之上。块状体与环状体相比位于连通路的径向内侧,在整周上与环状体接触,并且在接触部位与环状体一体化。
因此,根据实施方式的热器件,能够提高密闭性。
本公开的热器件不限于散热器件。例如,本公开的热器件也可以是将伴随蓄热材料(相变物质的一例)的相变的潜热储存为热能的蓄热器件。在该情况下,蓄热材料使用进行固液相变的材料、进行固固相变的材料。这样,相变物质不一定需要进行气液相变。换言之,相变物质不一定是液体,也可以是固体。
本次公开的实施方式应该认为在所有方面均为例示而非限制。实际上,上述的实施方式能够以各种方式呈现。另外,上述的实施方式也可以在不脱离所附的技术方案及其主旨的情况下以各种方式进行省略、置换、变更。
附图标记说明
1 散热器件
5 密封部
10 第一构件
11 第一槽部
11a 第一凹部
11b 第一凸部
14、15 连通路
20 第二构件
21 第二槽部
21a 第二凹部
21b 第二凸部
30 中间构件
36 蒸汽孔
37 回流孔
51 块状体
52 环状体
100 工作区域
141 第一部位
141a 贯穿孔、第一通路
141b 凹部
141c 贯穿孔、第二通路
142 第二部位
142a 单独通路
200 框区域
501 芯部
502 凸缘部
520 开口。

Claims (11)

1.一种热器件,其中,
所述热器件具有:
陶瓷制的容器,其具有内部空间、与所述内部空间相连的开口部、以及连接所述内部空间与所述开口部的连通路;
流体,其位于所述内部空间;以及
密封部,其堵塞所述开口部,
所述密封部具有芯部以及与所述芯部相连的凸缘部,
所述凸缘部在所述开口部的周围与所述容器接合,
所述芯部位于所述开口部内,
所述芯部的一部分与所述开口部的壁面接触。
2.根据权利要求1所述的热器件,其中,
所述凸缘部经由由金属构成的接合层而与所述容器接合。
3.根据权利要求2所述的热器件,其中,
所述芯部具有:
主体部;以及
大径部,其位于所述主体部的整周上,且与所述凸缘部相连,
所述大径部的厚度比所述凸缘部的厚度薄。
4.根据权利要求3所述的热器件,其中,
所述大径部的前端部具有尖细形状。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热器件,其中,
所述密封部与所述开口部的缘部分离。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的热器件,其中,
所述密封部在上表面具有凹部或凸部。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的热器件,其中,
所述容器具有主面以及相对于所述主面凹陷的凹陷面,
所述开口部在所述凹陷面开口,
所述凸缘部位于所述凹陷面。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的热器件,其中,
所述容器具有:
平板状的中间构件,其具有贯穿第一面和位于所述第一面的相反侧的第二面的多个回流孔;
第一构件,其在与所述中间构件的所述第一面对置的第三面具有第一槽部;以及
第二构件,其在与所述中间构件的所述第二面对置的第四面具有第二槽部。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的热器件,其中,
所述连通路具有:
第一通路,其与所述开口部相连;以及
第二通路,其与所述第一通路相连,且位于所述内部空间侧,
所述第二通路的直径小于所述第一通路的直径,
所述第二通路被所述芯部堵塞。
10.根据权利要求9所述的热器件,其中,
所述芯部的一部分进入所述第二通路。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的热器件,其中,
所述连通路在截面观察的情况下具有锥状的部分。
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