JP2002151637A

JP2002151637A - 中空積層体およびそれを用いたヒートシンクの製造方法

Info

Publication number: JP2002151637A
Application number: JP2000344645A
Authority: JP
Inventors: Kinji Saijo; 謹二西條; Tsugio Kawamura; 次男河村; Shinji Osawa; 真司大澤; Hiroaki Okamoto; 浩明岡本; Kazuo Yoshida; 一雄吉田
Original assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Current assignee: Toyo Kohan Co Ltd
Priority date: 2000-11-13
Filing date: 2000-11-13
Publication date: 2002-05-24

Abstract

(57)【要約】【課題】放熱特性が優れたヒートシンクおよびそれに用
いられる中空積層体の製造方法の提供。【解決手段】複数の金属板の対向面に所定の形状の中空
部を形成し、極低圧下で活性化処理を施した後積層接合
して中空積層体とし、前記中空部の中に放熱作動体とし
て水を封入してヒートシンクとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、パーソナルコンピ
ュータのＭＰＵ等の放熱等に用いられるヒートシンクお
よびそのヒートシンクに用いられる中空積層体の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】パーソナルコンピュータのＭＰＵ等のコ
ンピュータ機器においては、その高性能化が急速に進め
られているが、この高性能化を実現していくためには、
ＭＰＵ等から発生する熱を効率よく放熱させることがで
きる放熱器が必要とされていた。

【０００３】このような放熱器として、近年、アルミニ
ウム合金材を複数枚積層圧着し、積層境界面に蛇行した
細径のトンネルをロールボンド法により形成し、そのト
ンネル内に作動液としてフロン１３４ａ等を封入した熱
拡散板に用いられるプレート型ヒートパイプが提案され
ている（特開平１０−１８５４６５）。図１の（Ａ）お
よび（Ｂ）に示すように、このプレート型ヒートパイプ
１は２枚の金属薄板３、４を積層し熱間圧延にて接合し
て、予め圧着防止剤を所定のパターンで塗布し未圧着と
なった境界面のパターン部を膨管して前記蛇行した細径
のトンネル２を形成しており、単位幅あたりの蛇行ター
ン数を格段に増加させることにより放熱性能を向上させ
るものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来のプレート型ヒートパイプを用いた放熱器で
は、近年の環境問題からフロン系冷媒の使用が規制され
る状況には対応できず、さらに一層のＭＰＵの高性能化
に対しては放熱効率が追いつかない等の問題点が生じて
いる。また熱間圧延により金属薄板を接合するため、母
材の変形が大きく、中空部形状を精度良く形成できない
ばかりでなく、接合面における異種金属間の合金化等に
より接合強度が低下する等の問題点も生じている。さら
に圧着防止剤の塗布むらが発生して圧着部と圧着防止部
との境界が精度良く形成できないばかりでなく、圧着防
止剤の洗浄等に余分な工程を必要とし、洗浄しても圧着
防止剤を完全には除去できない等の問題点も生じてい
る。

【０００５】本発明は、上記のような技術的背景に鑑
み、環境上の制約を受けることなく軽量でしかも放熱効
率のより一層の向上を図ることができる放熱器等に用い
られるヒートシンクおよびそのヒートシンクに用いられ
る中空積層体の製造方法を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の中空積層
体の製造方法は、複数枚の金属板の内少なくとも１枚の
金属板に所定の形状の凹部を形成し、ついで真空槽内で
前記凹部を形成した金属板と他の金属板の互いに対向さ
せる面側を活性化処理し、ついで前記真空槽内で活性化
処理された面同士が対向するように前記複数枚の金属板
を当接して重ね合わせて所定形状の中空部を形成するよ
うに冷間圧接する製造方法とした。また、活性化処理は
１０〜１×１０^−３Paの極低圧不活性ガス雰囲気中で、
金属板をアース接地した一方の電極Ａとし、絶縁支持さ
れた他の電極Ｂとの間に１〜５０MHzの交流を印加して
グロー放電を行わせ、かつグロー放電によって生じたプ
ラズマ中に露出する電極Ａの面積が、電極Ｂの面積の１
／３以下となるようにスパッタエッチング処理するのが
好ましい。本発明のヒートシンクの製造方法は、このよ
うにして作成した中空積層体の中空部内にヒートシンク
作動体を封入する製造方法とした。

【０００７】

【発明の実施の形態】図２は、本発明の製造方法を用い
た中空積層体の一実施形態を示すもので、（Ｃ）は概略
平面図、（Ｄ）は金属板２枚で中空部を形成した例を示
す。図３は、本発明の製造方法を用いた中空積層体の他
の実施形態を示すもので、（Ｅ）は金属板２枚で形成さ
れた中空部の一方の側にさらに別の金属板を積層接合し
た例を示し、（Ｆ）は金属板２枚で形成された中空部の
両側にさらに別の金属板を積層接合した例を示す。

【０００８】図２の（Ｃ）に示される中空積層体１０に
おいて、１１は中空部である。この中空部１１は（Ｄ）
に示すように、２枚の金属板の少なくとも一方をプレス
加工や圧延加工等を施して中空部となるように凹部を形
成し、前記２枚の金属板の対向面に活性化処理を施した
後、積層接合して中空部を形成したものである。

【０００９】具体的には、２枚の金属板として、それぞ
れ銅板１２、１３を用いる。銅板材料としては、銅板ま
たは銅合金板が利用できる。銅合金板としては、例えば
ＪＩＳＨ３１００に示す合金番号としてＣ１０００
番台やＣ２０００番台の銅合金、および黄銅、快削黄
銅、すず入り黄銅、アドミラルティ黄銅、ネーバル黄
銅、アルミニウム青銅、白銅等が利用できる。熱伝導の
観点からは、純銅であることが望ましい。また銅板ある
いは銅合金板の厚みは、０．０１〜１．５mmとすること
が好ましい。０．０１mm未満では充分な強度や耐食性が
得られず、１．５mmより厚くなれば重くなりすぎる。こ
れらの銅板あるいは銅合金板の少なくともいずれか一方
に中空部１１の平面形状に対応したパターンでプレス加
工や圧延加工等を施して金属板に凹部を形成させる。圧
延加工においては、中空部形状に対応して一方のロール
に凸部を設け、他方のロールに前記凸部が嵌合するよう
に凹部を設け、同調した両者のロールの間に金属板を通
すことにより金属板に凹部を形成させる。これらの加工
により中空部となる凹部と接合部となる接合予定部を形
成する。この際に金属板は、所定の大きさに切り出した
後に前記凹部形成をしてもよいし、前記凹部形成をした
後に所定の大きさに切り出してもよい。その後、下記に
示す活性化処理を行う。

【００１０】活性化処理は、以下のようにして実施す
る。すなわち、少なくともいずれかに凹部形成加工を施
した銅板１２、１３を真空槽内に装填し、所定の状態に
保持し、銅板１２、１３をそれぞれアース接地した一方
の電極Ａとし、絶縁支持された他の電極Ｂとの間に１０
〜１×１０^−３Paの極低圧不活性ガス雰囲気好ましくは
アルゴンガス中で、１〜５０MHzの交流を印加してグロ
ー放電を行わせ、かつ、グロー放電によって生じたプラ
ズマ中に露出される電極Ａの面積が、電極Ｂの面積の１
／３以下で、スパッタエッチング処理する。このスパッ
タエッチング処理により、金属板上に付着している金属
酸化物、ゴミ付着物あるいは油などの異物が除去され、
後工程の圧接工程での他方の金属板との密着性を向上さ
せることができる。なお不活性ガス圧力が１×１０^−３
Pa未満では安定したグロー放電が行いにくく高速エッチ
ングが困難であり、１０Paを超えると活性化処理効率が
低下する。印加する交流は、１MHz未満では安定したグ
ロー放電を維持するのが難しく連続エッチングが困難で
あり、５０MHzを超えると発振し易く電力の供給系が複
雑となり好ましくない。また、効率よくエッチングする
ためには電極Ａの面積を電極Ｂの面積より小さくする必
要があり、１／３以下とすることにより充分な効率でエ
ッチング可能となる。

【００１１】その後、両金属板を以下に示すように積層
接合する。すなわち、銅板１２、１３のいずれか一方ま
たは両方に形成させた凹部により中空部を形成するよう
に、かつ活性化処理された面が対向するようにして両者
を当接して重ね合わせて、接合部となる接合予定部を冷
間圧接して積層接合する。この冷間圧接は、プレス加工
や圧延加工等で行われ、圧接面に中空部形状に対応した
凹部を設けることにより、接合予定部のみを接合するこ
とが可能である。この際の積層接合は、低温度・低圧延
率下で可能であり、熱間圧接や高圧延率の圧接における
ような金属板ならびに積層接合に組織変化や合金化、破
断等といった悪影響を軽減または排除することが可能で
ある。また中空積層体の変形や延びを低く押さえること
が可能であり、中空部形状を精度良く加工できる。本発
明の方法を用いた場合、Ｔを金属板の温度（℃）、Ｒを
圧延率（％）とするとき、Ｔは３００℃以下が好まし
い。より好ましくは、０℃＜Ｔ≦３００℃の範囲がよ
い。３００℃を超えると、接合界面に合金層が形成し、
接合強度が低下し、好ましくない。Ｒは３０％以下が好
ましい。より好ましくは０．１〜３０％の範囲が良い。
３０％を超えると、材料の変形が大きくなり、好ましく
ない

【００１２】上記のように積層接合することにより、形
成される中空部に悪影響を及ぼすことなく接合予定部の
みが圧接される。このようにして中空部１１が形成され
る。以上のようにして本発明の中空積層体の製造方法を
用いた中空積層体１０が製造される。なお真空槽内には
１対の金属板のみならず複数対の金属板を装填してバッ
チ処理することも可能であり、対となる金属板を活性化
処理部に搬送して垂直または水平等の位置に処理すべき
面を対向または並置した状態等で設置または把持して固
定してもよい。さらに金属板を保持する装置部が圧接装
置を兼ねる場合には活性化処理後に設置または把持した
まま圧接してもよいし、そうでない場合には圧接装置に
搬送して圧接を行ってもよい。

【００１３】本発明のヒートシンクの製造方法は、上記
のようにして中空積層体を作成した後、中空積層体の封
入口１１ａを通じて内部を真空状態または減圧状態にし
てヒートシンク作動体を所定量封入し、封入口を溶接等
の方法を用いて密封する。ヒートシンク作動体としては
取り扱いの容易な液体、特に脱フロン化の観点等から、
水、純水または超純水を用いる。このようにして本発明
のヒートシンクの製造方法を用いたヒートシンクが製造
される。

【００１４】また、図３の（Ｅ）に示すように、中空部
の一方の側に用いる金属板として銅板１２にアルミニウ
ム板１４を積層接合した２層の積層接合金属板を用いて
も良い。この場合、予め銅板１２とアルミニウム板１４
とを積層接合して積層接合金属板を製造しておき、その
後、銅板１３と前記積層接合金属板の銅板１２側を対向
させた状態で上記の如くに製造する。

【００１５】図３の（Ｆ）に示すように、中空部の両側
に用いる金属板として銅板１２、１３にそれぞれアルミ
ニウム板１４、１５を積層接合した２層の積層接合金属
板を用いても良い。この場合も、予め銅板１２、１３と
アルミニウム板１４、１５とをそれぞれ積層接合して積
層接合金属板を製造しておき、その後２枚の２層の積層
接合金属板の銅板面同士を対向させた状態で上記の如く
に製造する。

【００１６】なお銅板あるいは銅合金板を用いるのは、
水に対する耐食性が高いためであり、銅−アルミニウム
の積層接合金属板を用いるのは、銅のみの場合よりも軽
量化が図れ比強度を高くできるからである。アルミニウ
ム板材料としては、アルミニウム板またはアルミニウム
合金板が利用できる。アルミニウム合金板としては、例
えばＪＩＳＨ４０００あるいは４１６０に記載の２
０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０
００系の合金番号のものが利用できる。さらにこの積層
接合金属板においては、銅板あるいは銅合金板の厚みを
０．０１〜１．５mmとすることが好ましい。０．０１mm
未満では充分な耐食性が得られず、１．５mmより厚くな
れば重くなりすぎるとともに強度面から積層接合して補
強する必要もなくなる。またアルミニウム板あるいはア
ルミニウム合金板の厚みは０．０５〜１．０mmとするこ
とが好ましい。０．０５mm未満では充分な強度を得られ
ず、１．０mmより厚くなれば重くなりすぎるため好まし
くない。

【００１７】次に、本発明に用いる２層の積層接合金属
板の製造方法を、図３の（Ｅ）または（Ｆ）の銅−アル
ミニウム接合を例にとり説明する。図４の積層接合金属
板製造装置において、巻き戻しリール２０、２１からそ
れぞれ巻き戻された銅板材２２とアルミニウム板材２３
は、その一部がエッチングチャンバ２４内において、前
記した条件でスパッタエッチング処理され活性化する。
その後、真空槽２７内に設けた圧延ユニット２８によっ
て前記した条件で冷間圧延され、一体化した積層接合金
属板２９は巻き取りリール３０に巻き取られる。

【００１８】なお銅−銅接合の場合は、前記説明のアル
ミニウム板材２３を銅板材と置き換えることによって達
成される。中空部を形成するための接合や積層接合金属
板を製造するための接合では、銅−銅接合、銅−アルミ
ニウム接合の他、アルミニウム−アルミニウム接合や金
属板と積層接合金属板の接合、積層接合金属板同士の接
合、その他の金属板間の組み合わせにおける接合も可能
である。

【００１９】図４に示した装置のスパッタエッチング処
理工程の前に、所定パターンの中空部を形成するために
金属板に凹部を形成させる加工工程を設け、図４に示し
た装置のロール部すなわち電極ロール、圧延ユニットロ
ールに中空部形状に対応した凹部を設けることにより、
中空部形状に対応した所定パターンで凹部が形成された
金属板の接合予定部のみを、金属板凹部に悪影響を及ぼ
すことなく上記の如く積層接合することにより所要の中
空部形状を持つ積層接合金属板を得ることができる。な
お巻き取りロール部の代わりに所定の大きさに切り出す
切り出し工程を設けても良い。

【００２０】また前記の真空槽内の冷間圧延装置を、プ
レス加工装置等と置き換えることによっても積層接合が
達成される。この場合、プレス金型にロールに設けたよ
うな中空部形状に対応した凹部を設けることにより、接
合予定部のみを接合することが可能である。さらに中空
部となる凹部の形成加工後にスパッタエッチング処理を
行い、ついで銅板材等を所定の大きさに切り出した後積
層し、積層接合のためのプレス加工を行うことも可能で
ある。

【００２１】なお中空部となる凹部の形成加工後に切り
出した後スパッタエッチング処理を行って積層し、中空
部形成のための積層接合加工を行うことも可能であり、
また先に銅板材等を所定の大きさに切り出した後に、中
空部となる凹部の形成加工後スパッタエッチング処理を
行って積層し、中空部形成のための積層接合加工を行う
ことも可能である。これらのように、先に切り出した後
にスパッタエッチング処理する場合には必要により、金
属板を絶縁支持された一方の電極Ａとし、アース接地し
た他の電極Ｂとの間で活性化処理を行ってもよい。

【００２２】以上のようにして本発明の製造方法により
製造された中空積層体を用いたヒートシンクに対して本
実施例においては、発熱源を表面平坦部または裏面平坦
部に取り付けており、コンピュータのＭＰＵに適用した
場合優れた冷却効果が得られる。また本実施例において
は、角形の中空部を設ける形態をとっているが、中空部
の形態はこれに限定されることはなく、例えば、半円形
の丸形でも良く、自由度の高い形状設計が可能である。
しかも中空部は、片面にのみ凹部を有する形態のみなら
ず、両向かい合う双方に凹部、あるいは金属板の表裏両
面に凹部を設けることも可能であり、両凹部は同形状で
も異形状でも良い。このとき、両凹部は中空部を形成で
きればよく、その凹状の向きは同方向でも異方向でも良
い。さらに中空部内に変形を抑止する補強材等を挿入し
ておくことも可能である。なお中空部の一部または全て
をトンネル状とすることも可能であり、トンネル状中空
部の幅方向の両側部にヒートシンク作動体を毛細管力に
よって保持する引き込み部を形成させて、ヒートシンク
の保持姿勢に影響されることなく放熱特性を発揮させる
ことも可能である。

【００２３】

【実施例】以下実施例について説明する。（実施例１）金属板として厚み１００μｍの銅板と、厚
み１００μｍのアルミニウム板を用いた。活性化処理金属板巻き戻しリール２０から巻き戻された銅板２２、
および金属板巻き戻りリール２１から巻き戻されたアル
ミニウム板２３はエッチングチャンバ２４内の電極ロー
ル２５，２６においてそれぞれ巻き付け、スパッタエッ
チング法により、銅板２２およびアルミウム板２３のそ
れぞれの片面を活性化した。圧接表面を活性化処理した銅板２２およびアルミニウム板２
３は、次の圧延ユニット２８で活性化処理した面同士
を、０．５％の低圧下率で圧接し、銅板／アルミニウム
板の積層板を得た。プレス加工得られた銅板／アルミニウム板の積層板を板状に裁断
後、プレス加工により銅板側からポンチにより図２
（Ｃ）および図３（Ｅ）に示すような張り出し加工を行
い、中空部１１を成形した。活性化処理中空部１１を成形した銅板／アルミニウム板の積層板の
銅板面側と厚み１００μｍの銅板をそれぞれスパッタエ
ッチング法で活性化処理を行った。圧接活性化処理後、の活性化処理した雰囲気で、そのまま
プレス加工装置を使って、銅板／アルミニウム板の積層
板の銅板面側の接合部１８と厚み１００μｍの銅板の活
性化処理した面を０．５％の圧下率で圧接した。このよ
うにして、銅板／アルミニウム板の積層板に中空部を有
する銅板／銅板／アルミニウムからなる中空積層体を得
た。このようにして作成した中空積層体の中空部に純水
からなるヒートシンク作動体を封入してヒートシンクを
得ることができた。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の中空積層体
の製造方法は、薄い金属板を低圧延率で接合するので、
高精度の中空積層体を提供する方法であり、その中空積
層体を用いて作ったヒートシンクは、ヒートシンク作動
体として水が使えるため、放熱効率がよく、更に環境に
優しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のプレート型ヒートパイプを示すもので、
（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は概略断面図である。

【図２】本発明の製造方法を用いた中空積層体の一例を
示すもので、（Ｃ）は概略平面図、（Ｄ）は概略断面図
である。

【図３】本発明の製造方法を用いた中空積層体の他の一
例を示すもので、（Ｅ）は他の一例の概略断面図、
（Ｆ）はさらに他の一例の概略断面図である。

【図４】本発明に用いる積層接合金属板の製造装置の概
略断面正面図である。

【符号の説明】

１・・・プレート型ヒートパイプ２・・・トンネル３・・・金属薄板４・・・金属薄板５・・・接合部６・・・膨管部１０・・・中空積層体１１・・・中空部１１ａ・・・封入口１２・・・銅板１３・・・銅板１４・・・アルミニウム板１５・・・アルミニウム板１６・・・凹部１８・・・接合部（銅−銅）１９・・・接合部（銅−アルミニウム）２０・・・巻き戻しリール２１・・・巻き戻しリール２２・・・銅板材２３・・・アルミニウム板材２４・・・エッチングチャンバ２５・・・電極ロール２６・・・電極ロール２７・・・真空槽２８・・・圧延ユニット２９・・・積層接合金属板３０・・・巻き取りロールＡ・・・電極ＡＢ・・・電極Ｂ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡本浩明山口県下松市東豊井1296番地の１東洋鋼鈑株式会社技術研究所内 (72)発明者吉田一雄山口県下松市東豊井1296番地の１東洋鋼鈑株式会社技術研究所内Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BB60 BD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数枚の金属板の内少なくとも１枚の金
属板に所定の形状の凹部を形成し、ついで真空槽内で前
記凹部を形成した金属板と他の金属板の互いに対向させ
る面側を活性化処理し、ついで前記真空槽内で活性化処
理された面同士が対向するように前記複数枚の金属板を
当接して重ね合わせて所定形状の中空部を形成するよう
に冷間圧接することを特徴とする中空積層体の製造方
法。
【請求項２】前記活性化処理が１０〜１×１０^−３Pa
の極低圧不活性ガス雰囲気中で、金属板をアース接地し
た一方の電極Ａとし、絶縁支持された他の電極Ｂとの間
に１〜５０MHzの交流を印加してグロー放電を行わせ、
かつグロー放電によって生じたプラズマ中に露出する電
極Ａの面積が、電極Ｂの面積の１／３以下となるように
スパッタエッチング処理することを特徴とする請求項１
に記載の中空積層体の製造方法。
【請求項３】請求項１または２に記載の中空積層体の
前記中空部内にヒートシンク作動体を封入することを特
徴とするヒートシンクの製造方法。