CN1474928A - 中空层叠体以及使用中空层叠体的散热装置 - Google Patents
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Abstract
一种散热特性优异的散热装置以及散热装置使用的中空层叠体。在多张金属板的相对面上形成规定形状的中空部，在极低压下进行活性化处理之后，层叠结合，制成中空层叠体，在上述中空部中封入水作为散热工作介质，制成散热装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于个人计算机的MPU等散热用的散热装置以及该散热装置所使用的中空层叠体。
背景技术
个人计算机的MPU等计算机器件方面，虽然其高性能在飞速发展，但为了实现其高性能，需要一种能高效地将MPU等产生的热散发掉的散热器。
这样的散热器，近年来提出了用于散热板的板式热管(日本专利公报特开平10-185465)，这种散热板层叠压接多张铝合金材料，用滚接法在层叠分界面上形成S形的小直径的隧道，在该隧道内封入氟隆134a等作为工作介质。如图1的(A)和(B)所示，该板式热管1层叠2张金属薄板3、4，通过热轧进行结合，预先以规定的图案涂敷防压接剂，使为未压接的分界面的图案部膨胀成管，形成上述S形的小直径的隧道2，通过显著地增加单位宽度上的S形的隧道的圈数，就能提高散热性能。
但是，使用上述那样的现有的板式热管的散热器产生的问题是，出于近年来的环境问题的考虑，不能适应限制使用氟隆系列的制冷剂的状况，再有，相对越发提高的MPU的性能来说，散热效率落伍了等。另外，还存在以下问题，由于用热轧结合金属薄板，所以，母材的变形量大，不仅不能高精度地形成中空部形状，而且由于结合面上的不同金属之间的合金化等原因，结合强度降低了等。再有，涂敷防压接剂出现不均匀，不仅不能高精度地形成压接部和防压接部的边界，而且还需要清洗防压接剂等多余的工序，即使清洗也不能完全除去防压接剂等。
发明内容
本发明是鉴于上述那样的技术背景而提出的，其目的是提供一种不受环境方面的制约、重量轻、而且能进一步提高散热效率的、用于散热器等的散热装置以及该散热装置所使用的中空层叠体。
技术方案1所记载的本发明的中空层叠体，是一种层叠结合多张金属板、在相邻的金属板的相对面上形成有规定形状的中空部的中空层叠体，其特征是：该金属板的层叠结合，是在真空槽内预先对该金属板的结合面进行活性化处理之后，使该金属板的活性化处理的面相互对向地接触、重叠，进行冷压接。上述活性化处理，在10～1×10-3Pa的极低压惰性气体氛围中，将金属板作为接地的一个电极A，在与绝缘支承着的另一电极B之间施加1～50MHz的交流电压，进行辉光放电，且暴露于由于辉光放电产生的等离子体中的电极A的面积在电极B的面积的1/3以下，进行溅射蚀刻处理较为理想。上述多张金属板至少在1张上设有规定形状的凹部，以封闭该凹部的方式，层叠结合另一金属板，由此形成规定形状的上述中空部较为理想。中空层叠体的上述中空部是隧道状部较为理想。上述金属板由铜板或铜合金板构成较为理想。
上述金属板的至少一个由2层的层叠结合金属板构成，中空部一侧的金属板是铜板或铜合金板，与中空部隔离的一侧的金属板是铝板或铝合金板较为理想。
铜板或铜合金板的厚度是0.01～1.5mm，铝板或铝合金板的厚度是0.05～1.0mm较为理想。
本发明的散热装置，其特征是：在上述中空层叠体的上述中空部内封入有散热装置工作介质。
本发明的散热装置的工作介质是水较为理想。
附图说明
图1所示是现有的板式热管，(A)是简要俯视图，(B)是简要剖视图。
图2所示是本发明的中空层叠体的一个例子，(C)是简要俯视图，(D)是简要剖视图。
图3所示是本发明的中空层叠体的另一个例子，(E)是另一个例子的简要剖视图，(F)是另一个例子的简要剖视图。
图4是本发明所使用的层叠结合金属板的制造装置的正面剖视简图。
具体实施方式
图2所示是本发明的中空层叠体的一实施例，(C)是简要俯视图，(D)所示是用2张金属板形成中空部的例子。图3所示是本发明的中空层叠体的另一实施例，(E)所示是在用2张金属板形成的中空部的一侧再层叠结合其它金属板的例子，(F)所示是在用2张金属板形成的中空部的两侧再层叠结合其它金属板的例子。
在图2的(C)所示的中空层叠体10上，11是中空部。该中空部11，如(D)所示，对2张金属板的至少一个进行冲压或轧制等，形成凹部作为中空部，在对上述2张金属板的相对面进行活性化处理后，层叠结合，形成中空部。
具体地说，2张金属板分别使用铜板12、13。铜板材料可以使用铜板或铜合金板。铜合金板可以使用如日本标准JIS H 3100所示的合金号为C1000或C2000的铜合金、以及黄铜、易切黄铜、锡黄铜、海军黄铜、船用黄铜、铝青铜、白铜等。出于热传导的考虑，最好是纯铜。另外，铜板的厚度为0.01～1.5mm较为理想。小于0.01mm不能获得足够的强度或耐腐蚀性能，如果比1.5mm厚则会过重。对这些铜板的至少一侧用与中空部11的平面形状相对应的图案进行冲压加工或轧制等，在金属板上形成凹部。在轧制时，与中空部形状相对应，在一个轧辊上设置凸部，在另一个轧辊上设置凹部与上述凸部嵌合，使金属板在同步的两个轧辊之间通过，由此在金属板上形成凹部。通过这些加工，形成为中空部的凹部和为结合部的预定结合部。此时，金属板既可以在裁成规定的尺寸之后形成上述凹部，也可以在形成上述凹部之后裁成规定的尺寸。然后，进行以下所述的活性化处理。
象以下那样进行活性化处理。即，将至少在其中之一上进行了形成凹部加工的铜板12、13装入到真空槽内，保持规定的状态，将铜板12、13分别作为接地的一个电极A、和绝缘支承着的另一个电极B，在电极A和电极B之间，在10～1×10-3Pa的极低压的惰性气体氛围、最好是氩气中，施加1～50MHz的交流电压，进行辉光放电，而且，暴露于由辉光放电产生的等离子体中的电极A的面积在电极B的面积的1/3以下，进行溅射蚀刻处理。通过该溅射蚀刻处理，能除去附着在金属板上的金属氧化物、垃圾附着物或油等异物，能提高在以后的压接工序中与其它金属板的密合性能。惰性气体压力小于1×10-3Pa时，难以进行稳定的辉光放电，高速蚀刻很困难，若超过10Pa，则活性化处理的效率会降低。施加的交流电压小于1MHz时，难以保持稳定的辉光放电，连续蚀刻很困难，若超过50MHz，则容易振荡，电力供给系统复杂，不理想。另外，为了高效地进行蚀刻，必须使电极A的面积比电极B的面积小，通过使电极A的面积为电极B面积的1/3以下，能充分高效地进行蚀刻。
然后，如以下所示那样将两金属板层叠结合。即，由在铜板12、13的任意一个或两个上形成的凹部形成中空部地，而且，使活性化处理过的面相对地使两者接触且重叠，冷压接作为结合部的预定结合部，进行层叠结合。用冲压加工或轧制等工艺进行该冷压接，通过在压接面上设置与中空部形状对应的凹部，可仅结合预定结合部。此时的层叠结合能在低温、低压延率条件下进行，能减轻或排除在热压接或高压延率压接的金属板以及层叠结合面上产生的称为组织变化或合金化、断裂等现象所带来的不利影响。另外，能降低中空层叠体的变形或延伸，能高精度地加工中空部的形状。在使用本发明的方法的场合，在设T为金属板的温度(℃)，R为压延率(％)时，T在300℃以下较为理想。最好在0℃＜T≤300℃的范围内。若温度超过300℃，则结合面上形成合金层，结合强度降低，不理想。R在30％以下较为理想。最好在0.1～30％的范围内。若R超过30％，则材料的变形量大，不理想。
如以上所述，通过层叠结合，不会给形成的中空部带来不利的影响，仅有预定结合部被压接。这样一来就形成了中空部11。能象以上那样制造本发明的具有中空部11的中空层叠体10。而且，不仅1对金属板，也能将多对金属板装入真空槽内进行批量处理，也可以将成对的金属板输送到活性化处理部，以相对或并排的状态等将应处理的面设置或夹持固定在垂直或水平等的位置上。再有，在保持金属板的装置部兼作压接装置的情况下，可以在活性化处理后设置或夹持着进行压接，在其不兼作压接装置的情况下，也可以输送到压接装置进行压接。
在本发明的散热装置如以上所述的那样制成中空层叠体之后，通过中空层叠体的封口11a，使内部处于真空状态或减压状态，封入规定量的散热装置工作介质，用焊接等方法密封封口，由此制成散热装置。作为散热装置工作介质，使用容易使用的液体，特别是出于脱氟化的考虑，使用水、纯水或超纯水。如此制成本发明的散热装置。
另外，如图3的(E)所示，作为在中空部的一侧使用的金属板，也可以使用将铝板14层叠结合在铜板12上的2层的层叠结合金属板。在这种场合，预先层叠结合铜板12和铝板14，制成层叠结合金属板，然后，在使铜板13与上述层叠结合金属板的铜板12一侧相向的状态下，如以上所述的那样进行制造。
如图3的(F)所示，作为在中空部的两侧使用的金属板，也可以使用分别将铝板14、15层叠结合在铜板12、13上的2层的层叠结合金属板。在这种场合也是预先分别层叠结合铜板12、13和铝板14、15，制成层叠结合金属板，然后，在使2张2层的层叠结合金属板的铜板面相互相向的状态下，如以上所述的那样进行制造。
而且，使用铜板或铜合金板是由于对水的耐腐蚀性好，使用铜-铝的层叠结合金属板是因为能比只有铜的场合轻、强度高。作为铝板材料可以使用铝板或铝合金板。作为铝合金板，可以使用如日本标准JIS H 4000或4160所记载的2000系列、3000系列、5000系列、6000系列、7000系列等的合金号的材料。再有，该层叠结合金属板，使铜板的厚度为0.01～1.5mm较为理想。小于0.01mm不能获得足够的耐腐蚀性能，若厚度大于1.5mm则会过重，而且，从强度方面考虑也不需要层叠结合进行加强。另外，铝板或铝合金板的厚度为0.05～1.0mm较为理想。小于0.05mm不能获得足够的强度，厚度大于1.0mm则会过重，因此不理想。
以下，以图3的(E)或(F)的铜-铝结合为例，对本发明所使用的2层层叠结合金属板的制造方法进行说明。在图4的层叠结合金属板制造装置，分别从开卷卷筒20、21放出的铜板材22和铝板材23，其一部分在蚀刻室24内按上述条件进行溅射蚀刻处理，使其活性化。然后，由设置在真空槽27内的轧制装置28按上述条件进行冷轧，制成一体的层叠结合金属板29被卷绕在卷绕卷筒30上。
而且，在铜-铜结合的场合，能通过将上述说明的铝板材23与铜板材进行置换来完成。在用于形成中空部的结合或用于制造层叠结合金属板的结合中，除了铜-铜结合、铜-铝结合之外，也可以进行铝-铝结合或金属板和层叠结合金属板的结合、层叠结合金属板之间的相互结合、以及其它金属板之间的组合的结合。
在图4所示装置的溅射蚀刻处理工序之前，为了形成规定图案的中空部，设置用于在金属板上形成凹部的加工工序，通过在图4所示装置的辊部，也就是在电极辊、轧制装置辊上设置与中空部形状相对应的凹部，通过如以上所述那样不给金属板凹部带来不利影响地、仅对以与中空部形状对应的规定图案形成了凹部的金属板的预定结合部进行层叠结合，能获得具有所需要的中空部形状的层叠结合金属板。而且，也可以取代卷绕辊部，设置能裁成规定的尺寸的裁剪工序。
另外，通过将上述真空槽内的冷轧装置与冲压加工装置等进行置换，也能达到层叠结合的目的。在这种场合，通过在冲压模上设置与设置在辊子上的中空部形状相对应的凹部，能仅结合预定结合部。再有，也可以在加工形成为中空部的凹部之后，进行溅射蚀刻处理，接着，在将铜板材等裁成规定的尺寸之后进行层叠，进行用于层叠结合的冲压加工。
而且，也可以在加工形成为中空部的凹部之后，进行裁剪，然后进行溅射蚀刻处理，再层叠，进行用于形成中空部的层叠结合加工，另外，也可以在先将铜板材等裁成规定的尺寸之后，加工形成为中空部的凹部，然后进行溅射蚀刻处理，再层叠，进行用于形成中空部的层叠结合加工。这样，在先裁剪之后进行溅射蚀刻处理的场合，也可以根据需要，将金属板作为绝缘支承着的一个电极A，在与接地的另一电极B之间进行活性化处理。
对于使用象以上那样制造的中空层叠体的散热装置来说，在本实施例，热源安装在表面平坦部或里面平坦部上，在应用于计算机的MPU的场合，能获得优异的冷却效果。另外，在本实施例，虽然采用设置矩形的中空部的形式，但中空部的形式并不限于此，例如，也可以是半圆形，也可以设计高自由度的形状。而且，中空部不光是仅在一面上具有凹部的形式，也可以在相对的双方设置凹部，或在金属板的表里两面上设置凹部，两凹部既可以是相同的形状，也可以是不同的形状。此时，最好是表里两面的两凹部能形成中空部，其凹状的朝向既可以是相同方向，也可以是不同方向。再有，也可以在中空部内插入用于减小变形的加强材料等。而且，也可以将中空部的一部分或全部制成隧道状，在隧道状中空部的宽度方向的两侧部形成由毛细管力保持散热装置工作介质的吸入部，也能不影响散热装置的保持状态，使其发挥散热特性。
实施例
对以下实施例进行说明。
(实施例1)
使用厚度为130μm的铜板和厚度为120μm的铝板作为金属板。
①活性化处理
从金属板开卷卷筒20放出的铜板22、以及从金属板开卷卷筒21放出的铝板23分别卷绕在蚀刻箱24内的电极辊25、26上，用溅射蚀刻法，分别使铜板22和铝板23的一面活性化。
②压接
对表面进行了活性化处理的铜板22和铝板23，用接下来的轧制装置28，以0.5％的低压下率压接活性化处理过的各面，获得铜板/铝板的层叠板。
③冲压加工
在将获得的铜板/铝板的层叠板裁成板状后，通过冲压加工，由冲头从铜板一侧进行图2(C)和图3(E)所示那样的外伸成形加工，形成中空部11。
④活性化处理
用溅射蚀刻法分别对形成中空部11的铜板/铝板的层叠板的铜板面一侧和厚度为100μm的铜板进行活性化处理。
⑤压接
在活性化处理后，在④的活性化处理的氛围中，原封不动地使用冲压加工装置，以0.5％压下率压接铜板/铝板的层叠板的铜板面一侧的结合部18和厚度为100μm的铜板的活性化处理过的面。
这样一来，能获得在铜板/铝板的层叠板上具有中空部的、由铜板/铜板/铝板构成的中空层叠体。
在这样制成的中空层叠体的中空部中封入由纯水构成的散热装置工作介质，能获得散热装置。
如以上说明的那样，本发明的中空层叠体，在多张邻接的金属板的至少1张上形成凹部，在对形成有凹部的金属板和另一金属板的相互对向的表面进行活性化处理后，使活性化处理的面相互对向地接触重叠，以低压延率冷压接，形成中空部。另外，本发明的散热装置，在该中空部内封入有散热装置工作介质，由于可以取代氟隆系列的制冷剂将水作为散热装置工作介质封入到散热装置中，所以，对环境无害，能提高散热效率。另外，由于以低压延率结合薄金属板，所以，中空层叠体的形状精度高，而且重量轻。
Claims (9)
1.一种中空层叠体，层叠结合多张金属板，在相邻的金属板的相对面上形成有规定形状的中空部，其特征是：该金属板的层叠结合，是在真空槽内预先对该金属板的结合面进行活性化处理之后，使该金属板的活性化处理的面相互对向地接触、重叠，进行冷压接。
2.根据权利要求1的中空层叠体，其特征是：上述活性化处理，在10～1×10-3Pa的极低压惰性气体氛围中，将金属板作为接地的一个电极A，在与绝缘支承着的另一电极B之间施加1～50MHz的交流电压，进行辉光放电，且暴露于由于辉光放电产生的等离子体中的电极A的面积在电极B的面积的1/3以下，进行溅射蚀刻处理。
3.根据权利要求1或2的中空层叠体，其特征是：在上述多张金属板的至少1张上设有规定形状的凹部，以封闭该凹部的方式层叠结合另一金属板，由此形成规定形状的上述中空部。
4.根据权利要求1～3任意一项的中空层叠体，其特征是：上述中空部具有隧道状部。
5.根据权利要求1～4任意一项的中空层叠体，其特征是：上述金属板由铜板或铜合金板构成。
6.根据权利要求1～5任意一项的中空层叠体，其特征是：上述金属板的至少一个由2层的层叠结合金属板构成，中空部一侧的金属板是铜板或铜合金板，与中空部隔离的一侧的金属板是铝板或铝合金板。
7.根据权利要求6的中空层叠体，其特征是：铜板或铜合金板的厚度是0.01～1.5mm，铝板或铝合金板的厚度是0.05～1.0mm。
8.一种散热装置，其特征是：在权利要求1～7的任意一项所记载的中空层叠体的上述中空部内封入有散热装置工作介质。
9.根据权利要求8的散热装置，其特征是：上述散热装置的工作介质是水。
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