JP2005344984A - 熱伝達部材の接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 メッキ処理を行なうことなく、ヒートパイプの接合部に対してのみ、選択的にはんだ付けの接合性を良好に改善する。
【解決手段】 熱輸送するヒートパイプ11をヒートシンク１の案内溝18や、受熱部４の案内溝12や、放熱部15の接合部16に接合したものにおいて、これらの案内溝12，18や接合部16に、はんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜を溶射形成する。こうすると、はんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜を、案内溝12，18や接合部16に溶射形成するだけで、ヒートパイプ11とのはんだ付け接合を良好に行なうことができる。しかも、こうした皮膜は、溶射によってはんだ付けの必要な部分である案内溝12，18や接合部16にのみ、選択的に形成することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばパソコン（パーソナルコンピュータ）などの発熱部品を内蔵する電子機器内において、熱輸送するヒートパイプがその接合部に接合される熱伝達部材の接合構造に関する。

近年、パソコンなどのコンピュータ機器は高速化が進み、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）などの発熱部品に熱接続する受熱部は、その受熱エネルギーが増大している。加えて、機器の薄型化が推進されるのに伴い、内蔵する冷却モジュールの構造も、受熱部や放熱部を一体にしたもの（一体型）から、瞬時に熱輸送することが可能なヒートパイプを、ヒートシンク，受熱部および放熱部などの熱伝達部材間に介在させて、こうした熱伝達部材を機器内の任意箇所に配置する分離型が求められている。

このような分離型の冷却モジュールとして、例えば特許文献１には、扁平形状のケーシング内に送風体としてのファンを収容し、このファンの外周に複数枚の放熱板を含む放熱部としての放熱ブロックを配置すると共に、ケーシングとは分離して設けられた受熱部たる受熱部材と前記放熱ブロックとの間を、ヒートパイプにより熱的および機械的に結合したものが開示されている。
特開２００２−９００７９号公報

上記分離型の冷却モジュールにおいて、ヒートシンク，受熱部および放熱部などの熱伝達部材は、熱伝導性が良好でしかも軽量であることが求められており、その構成材料としてアルミニウムが多く使用されている。ところが、アルミニウムははんだ濡れ性が悪く、ヒートパイプとのはんだ付けには不向きな材料であることが知られている。

こうした点を改善するには、アルミニウムやその合金からなる熱伝達部材に、はんだ付け性を改善するための銅（Ｃｕ）または錫（Ｓｎ）などのメッキ部を形成するのが好ましいとされる。しかし、こうしたメッキ処理を熱伝達部材に施す必要があることから、生産性の低下を来たす上に、熱伝達部材を溶融金属中に浸漬させてメッキ処理を行なうために、ヒートパイプとの接合部のみならず、他の部位を含めた熱伝達部材の表面全体に無駄なメッキが施される問題を生じていた。

そこで本発明は上記問題に鑑み、メッキ処理を行なうことなく、ヒートパイプの接合部に対してのみ、選択的にはんだ付けの接合性を良好に改善することができる熱伝達部材の接合構造を提供することをその目的とする。

本発明における熱伝達部材の接合構造は、熱輸送するヒートパイプを接合部に接合してなる熱伝達部材の接合構造において、前記接合部にはんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜を溶射形成したことを特徴とする。

このようにすると、従来のようなメッキ処理をわざわざ行なわなくても、はんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜を接合部に溶射形成するだけで、ヒートパイプとのはんだ付け接合を良好に行なうことができる。しかも、こうした皮膜は、溶射によってはんだ付けの必要な部分である接合部にのみ、選択的に形成することができるので、熱伝達部材に対する無駄な皮膜形成を回避することができる。

本発明は、以上説明したようなものであるから、以下に記載されるような効果を奏する。

本発明における熱伝達部材の接合構造によれば、メッキ処理を行なうことなく、ヒートパイプの接合部に対してのみ、選択的にはんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜を形成して、ヒートパイプとのはんだ付けの接合性を良好に改善することが可能になる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明における熱伝達部材の接合構造の好ましい実施例を説明する。

図１〜図３は、本実施例における冷却モジュールに適用した熱伝達部材の接合構造を示したものである。先ず、図１に基づき冷却モジュールの全体構成を説明すると、１はアルミニウムなどの軽量で熱伝導性に優れた金属材料からなる扁平状のヒートシンクで、ここでのヒートシンク１は、送風部であるファンモータ２を収容する有底状のファンケース部３と、このファンケース部３の側部にある受熱部４とを一体にダイカスト形成している。ファンケース部３は、ファンモータ２の回転軸方向にある底面に吸気孔５を有すると共に、この吸気孔と直交するファンモータ２の放射方向一側面に排気孔６を有している。また、７はファンケース部３の上面開口部を覆う薄板状のカバーであり、これもヒートシンク１と同様に、アルミニウムなどの軽量で熱伝導性に優れた金属材料で形成される。当該カバー７には、ファンモータ２の回転軸方向に対向して吸気孔８が設けられている。ファンモータ２は、回転するカップ状のロータ９の外周側面に、複数枚のファンブレード10を備えて構成され、図示しないステータ（固定子）に電力を供給することにより、ロータ９を含むファンブレード10が回転するようになっている。

受熱部４は図示しないＭＰＵなどの発熱部品と熱的に接続するもので、この受熱部４の一方の面には、ヒートパイプ11の一端部11Ａを接合するための凹状の案内溝12が形成される。また、ヒートシンク１の排気孔６側には、アルミニウム製の複数のフィン14を所定の間隔で略平行に配置してなる放熱部15が設けられる。当該放熱部15の上面には、ヒートパイプ11の他端部11Ｂを結合するための平坦面状の接合部16が形成されると共に、受熱部４とファンケース部３とを繋ぐヒートシンク１の連結部17には、前記案内溝12に連続して、ヒートパイプ11を嵌入する凹状の案内溝18が形成される。

ヒートパイプ11は周知のように、熱伝導性に優れた銅などの管状の外装体内部に微小量の作動液を注入し、この作動液を外装体の内部で還流させて熱輸送を行うもので、音速で移動する作動液によって極めて優れた熱応答性が得られる。これにより、発熱部品から受熱部４に伝達した熱を、ヒートパイプ11から放熱部15に効率よく導くことができるようになっている。なお、図１に示す構成の冷却モジュールは、ＭＰＵを搭載したノート型パソコンなどの薄型電子機器内に配置されるが、それ以外の発熱部品を備えたあらゆる機器に適用可能である。

そして上記構成では、ファンモータ２のステータに電力が供給され、このステータとロータ９との磁気作用によりロータ９を含むファンブレード10の回転が開始すると、ケース７よりも上側にある空気が、吸気孔８からファンケース部３の内部に取込まれると共に、これとは反対側にあるファンケース部３の下側にある空気が、別の吸気孔５からファンケース部３の内部に取込まれ、排出孔６から外部に排出される。その際、排出孔６側には放熱部15が設けられているので、排出孔６からの排気によって放熱部15の熱が奪われ、ヒートパイプ11でつながれた受熱部４と放熱部15との間に温度差を生じる。したがって、発熱部品から受熱部４に達した熱は、その大部分がヒートパイプ11によって速やかに放熱部15に導かれると共に、一部はヒートシンク１を構成する連結部17によって放熱部15に導かれ、そこから排出孔６からの排気に熱交換されて、冷却モジュールの外部に効率よく排出される。

次に、ヒートパイプ11と熱伝達部材であるヒートシンク１，受熱部４および放熱部15とのはんだによる接合構造について、より詳しく説明する。図２は、アルミダイカストで一体整形されたヒートシンク１単体の外観図を示しているが、ここではいずれもヒートパイプ11との接合部である凹状に形成された案内溝12，18の内壁面に、例えば銅または錫などのアルミニウムに比べてはんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜21を、溶射により設けている。こうした溶射加工は、ヒートパイプ11と接触し、かつはんだ付けが必要なヒートシンク１や受熱部４の接合部（案内溝12，18）にのみ選択して行なうことができ、しかも従来のようなメッキ処理も不要になる。

そして、上記皮膜21を形成した後に、案内溝12，18に適量のはんだ（図示せず）を入れ、ヒートパイプ11を案内溝12，18に嵌め込んで、はんだが溶解する温度に加熱する。はんだは案内溝12，18に溶射形成した皮膜21の表面に広がって、ヒートパイプ11と案内溝12，18とを密着した状態で接合することができる。

図３は、別な変形例を示す受熱部４の要部断面図である。ヒートシンク１そのもの形状は、図２に示すものと共通している。受熱部４を含むヒートシンク１が、例えばアルミダイカストなどで形成され、その表面が比較的平滑でかつ緻密な場合には、上記銅または錫などのはんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜21の膜厚ｔ１を、好ましくは５０〜１２０μｍ（ミクロン）に溶射形成すれば、ヒートシンク１の材料に対してはんだ付けに許容し得る密着性を確保できる。なお、この変形例では、皮膜21が案内溝12だけでなく、受熱部４の表面の一部にも溶射形成されている。

また、これらの図２や図３には示していないが、放熱部15の上面にあるヒートパイプ11との接合部16も、銅または錫などのアルミニウムに比べてはんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜21が、溶射加工により形成される。この場合もヒートパイプ11と接触し、かつはんだ付けが必要な放熱部15の接合部16にのみ選択して皮膜21を溶射形成でき、従来のようなメッキ処理も不要になる。

そしてこの場合は、上記皮膜21を形成した後に、放熱部15の接合部16に適量のはんだ（図示せず）を載せ、ヒートパイプ11の他端部11Ｂをこの接合部16に位置させて、はんだが溶解する温度に加熱する。はんだは接合部16に溶射形成した皮膜21の表面に広がって、ヒートパイプ11と接合部16とを密着した状態で接合することができる。

以上のように本実施例では、熱輸送するヒートパイプ11を接合部であるヒートシンク１の案内溝18や、受熱部４の案内溝12や、放熱部15の接合部16に接合したものにおいて、これらの案内溝12，18や接合部16に、はんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜21を溶射形成している。

このようにすると、従来のようなメッキ処理をわざわざ行なわなくても、はんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜21を、案内溝12，18や接合部16のようなはんだ付けを必要とする箇所に溶射形成するだけで、ヒートパイプ11とのはんだ付け接合を良好に行なうことができる。しかも、こうした皮膜21は、溶射によってはんだ付けの必要な部分である案内溝12，18や接合部16にのみ、選択的に形成することができるので、熱伝達部材であるヒートシンク１や受熱部４や放熱部15に対する無駄な皮膜21の形成を回避することができる。

図４〜図１０は、本発明の第２実施例を示す熱輸送ユニットを示すもので、第１実施例と同一部分には同一符号を付し、その共通する箇所の説明は重複するため極力省略する。

熱輸送ユニットの全体構成を示す図４において、ここでは受熱部４が第１実施例のようなヒートシンクとは別体に設けられているが、受熱部４の一方の面に、ヒートパイプ11の一端部11Ａを接合するための凹状の案内溝12が形成される一方で、放熱部15の上面に、ヒートパイプ11の他端部11Ｂを結合するための平坦面状の接合部16が形成される構成は、第１実施例と共通している。そして、図５に示すように、案内溝12の内壁面には、例えば銅または錫などのアルミニウムに比べてはんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜21が、溶射加工により形成されると共に、図６に示すように、放熱部15の上面にある接合部16にも、同様の皮膜21が溶射加工により形成される。

本実施例における熱輸送ユニットは、好ましくは上述したファンモータ２を内蔵する単体の送風装置（図示せず）と組み合わせて利用される。この場合、送風装置に吸引または排出される風の流れを妨げない方向に、複数のフィン14を有する放熱部15を配置すれば、受熱部４と放熱部15との間に温度差を生じ、発熱部品から受熱部４に達した熱が、ヒートパイプ11の一端部11Ａから他端部Ｂに速やかに移動して、放熱部15に導かれる。

そしてこの実施例でも、案内溝12に適量のはんだ（図示せず）を入れ、ヒートパイプ11の一端部11Ａを案内溝12に嵌め込んで、はんだが溶解する温度に加熱する。はんだは案内溝12に溶射形成した皮膜21の表面に広がって、ヒートパイプ11の一端部11Ａと案内溝12が密着した状態で接合される。また、放熱部15の接合部16に適量のはんだ（図示せず）を載せ、ヒートパイプ11の他端部11Ｂをこの接合部16に位置させて、同様にはんだが溶解する温度に加熱すれば、はんだは接合部16に溶射形成した皮膜21の表面に広がって、ヒートパイプ11の他端部11Ｂと接合部16が密着した状態で接合される。

別な変形例として、図４と同形状の受熱部４の断面図を図７に示す。ここでの受熱部４は、アルミニウム製の押出し材で形成され、その表面が比較的平滑でかつ緻密な場合には、皮膜21の膜厚ｔ２を好ましくは５０〜１２０μｍに溶射形成すれば、受熱部４の材料に対してはんだ付けに許容し得る密着性を確保できる。なお、この変形例では、皮膜21が案内溝12だけでなく、受熱部４の表面の一部にも溶射形成されている。

また図８は、前記図６に示す放熱部15のＡ−Ａ線要部断面図である。アルミニウム製の放熱部15を構成する各フィン14は、その上端および下端に折曲げ部28が形成されており、各フィン14を積層したときに、一方のフィン14の折曲げ部28先端が、他方のフィン14の折曲げ部28基端に当接するようになっている。また、放熱部15の上面にある接合部16は、その上端を折り曲げたフィン14が重なり合っている関係で、フィン14，14間に凹部29が形成される。このように、放熱部15の表面に比較的凹凸がある場合は、皮膜21の膜厚ｔ３を好ましくは８０〜２００μｍに溶射形成すれば、放熱部15の材料に対してはんだ付けに許容し得る密着性を確保できる。

このように、本実施例のような熱輸送ユニットでも、案内溝12や接合部16に、はんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜21を溶射形成すれば、従来のようにメッキ処理をわざわざ行なう必要がなく、ヒートパイプ11とのはんだ付け接合を良好に行なうことができる。しかも、こうした皮膜21は、溶射によってはんだ付けの必要な部分である案内溝12や接合部16にのみ、選択的に形成することができるので、熱伝達部材である受熱部４や放熱部15に対する無駄な皮膜21の形成を回避できる。

なお、図４および図５に示す例では、受熱部４の上面からヒートパイプ11が突出しないように、ヒートパイプ11の接合部としての案内溝12を設けているが、例えば図９に示すように、こうした案内溝12を設けず、受熱部４の平坦な上面の一部をヒートパイプ11の接合部31として形成し、この接合部31に相当する箇所に、銅または錫などのはんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜21を溶射により設けてもよい。この場合、受熱部４に案内溝12を設ける必要がない分、当該受熱部４を薄型化することができる。

また、図１０に示すように、放熱部15の一方の面である上面側にヒートパイプ11の他端部11Ｂを接合するための凹状の案内溝32を設け、この案内溝32に銅または錫などのはんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜21を溶射により設けてもよい。こうすれば、放熱部15の上面からヒートパイプ11が突出しないようにすることができる。

図１１は、本発明の第３実施例を示すもので、第１実施例や第２実施例と同一部分には同一符号を付し、その共通する箇所の説明は重複するため極力省略する。41は、前記ヒートシンク，受熱部４，放熱部15などの熱伝導部材で、この熱伝導部材41の一方の平坦面には、ヒートパイプ11の形状に応じた接合部31が設けられる。当該接合部31には上述したような皮膜21が溶射形成されるが、図１１（ａ）に示すように、溶射加工中の熱によって皮膜21の表面に酸化皮膜35が発生すると、はんだ濡れ性が低下する。そこで、この実施例では不活性ガス雰囲気中で溶射加工を行って皮膜21を形成し、図１１（ｂ）に示すように、溶射した皮膜21の酸化を抑制する。これにより、はんだ濡れ性が向上して、特に後処理を行うことなく、皮膜21による良好なはんだ付けを行うことが可能になる。なお、こうした不活性ガス雰囲気中での皮膜21の溶射形成は、第１実施例や第２実施例にも適用可能なことは云うまでもない。

図１２は、本発明の第４実施例を示すもので、第１実施例〜第３実施例と同一部分には同一符号を付し、その共通する箇所の説明は重複するため極力省略する。熱伝導部材41の一方の平坦面には、ヒートパイプ11の形状に応じた接合部31が設けられ、当該接合部31に上述したような皮膜21が溶射形成される。ここでは、図１２（ａ）に示すような微細な凹凸を有する皮膜21の表面を例えばサンドペーパーなどで磨き、図１２（ｂ）に示すような平滑面36を皮膜21の表面に形成する。このことにより、ヒートパイプ11とのはんだ付けを行う際に、その接合強度を高めることが可能になると共に、熱伝導部材41に対するヒートパイプ11の組立寸法精度を向上させることができる。そして、このような平滑面36の形成は、第１実施例〜第３実施例にも適用可能なことは云うまでもない。

なお、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能である。はんだ濡れ性の良好な金属材料としては、銅や錫以外のものを使用することも可能である。また、案内溝12，18，32の形状は、ヒートパイプ11の外形形状に合せて、例えばＶ溝状，Ｕ溝状など適宜変更してよい。

本発明の第１実施例における冷却モジュールの全体斜視図である。 同上、受熱部を含むヒートシンク単体の斜視図である。 第１実施例の別な変形例を示す受熱部の要部断面図である。 本発明の第２実施例における熱輸送ユニットの全体斜視図である。 同上、受熱部単体の斜視図である。 同上、放熱部単体の斜視図である。 第２実施例の別な変形例を示す受熱部の要部断面図である。 図６に示す放熱部のＡ−Ａ線要部断面図である。 第２実施例の別な変形例を示す受熱部の斜視図である。 第２実施例の別な変形例を示す放熱部の斜視図である。 本発明の第３実施例に関し、（ａ）は酸化皮膜のある状態を示した熱伝達部材の要部断面図であり、（ｂ）は酸化皮膜のない状態を示した熱伝達部材の要部断面図である。 本発明の第４実施例に関し、（ａ）は表面を平滑化する前の状態を示した熱伝達部材の要部断面図であり、（ｂ）は表面を平滑した後の状態を示した熱伝達部材の要部断面図である。

符号の説明

１ ヒートシンク（熱伝達部材）
４ 受熱部（熱伝達部材）
11 ヒートパイプ
12，18，32 案内溝（接合部）
15 放熱部（熱伝達部材）
16，31 接合部
21 皮膜
41 熱伝達部材

Claims (1)

1. 熱輸送するヒートパイプを接合部に接合してなる熱伝達部材の接合構造において、前記接合部にはんだ濡れ性の良好な金属材料からなる皮膜を溶射形成したことを特徴とする熱伝達部材の接合構造。
   

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