JP2008255452A - 冷却板 - Google Patents

Abstract

【課題】従来のバッキングプレートは、冷却能力が十分であるとはいえず、構造上、冷却能力を高めることが難しいといえる。また、通路内の冷媒の入口部分と出口部分の温度差が大きく、冷却能力が不均一となり、冷却ムラが生じやすいという問題がある。
【解決手段】平板状の本体内部において、対向する２辺から夫々反対側の対向する辺に向かって交互に延びる平行な畝を複数本形成すると共に、これら畝と畝との間の間隔をもって冷媒の通路となる蛇行する溝を形成し、この溝を一枚の蓋によって一括して塞ぐと共に、畝の幅（Ｗ１）と、畝と畝との間の溝の幅（Ｗ）とが、Ｗ＞Ｗ１であり、前記蓋の周縁部を連続する接続線をもって前記本体に一体に接合すると共に、前記蓋の前記畝に対応する位置を夫々複数本の接合線をもって畝に一体に接合してなることを特徴とする冷却板。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷却板に関し、特に、平板状の本体内部に複数本の溝を形成し、この本体と別途作成した蓋とによって本体内部に複数本の冷媒通路を形成した冷却板に関するものである。

冷却板は、工業的に広く利用されており、例えば、スパッタリング装置（スパッター装置）に使用されている。スパッタリング装置は、半導体素子、各種センサー、磁気記録メディア、フラットパネルディスプレイなど多くの電子部品分野の製造プロセスにおいて使われている。このとき、スパッタリングターゲット材を貼り付ける裏板（バッキングプレート）は、ターゲット材の裏板としての役割だけでなく、冷却板としての機能を備えている。

冷却板には、効率的な冷却能力が必要とされる。例えば、上記スパッタリング装置では、スパッタリングによりターゲット材から発生する熱を効率的に放散することが、基板上に形成される薄膜の性能（品質）等に影響を及ぼすため、バッキングプレートに効率的な冷却能力が求められる。

特に、大型液晶パネル等製造用のスパッタリング装置では、被成膜基板（ガラス板等）と共にターゲット材が大きくなり、発生する熱も非常に大きくなるので、ターゲット材を冷却するために大型のバッキングプレートが用いられる。

バッキングプレートは、平板状の平滑な本体内部に冷媒を流す通路を有し、この通路にチラーを用いて冷却水を流してターゲット材を冷却する機構となっている。バッキングプレートのほかに、本体内部に冷媒を流す通路を有する同様の冷却板としては、各種の水冷ジャケットや水冷チルなどがある。

図３は、従来のバッキングプレート１０´の構造の一例を示し、（Ａ）は本体１´内部に夫々冷媒の通路２´となる３本のＵ字状の溝３´を形成した平板状本体の平面図、（Ｂ）は前記溝３´の形状に沿って相似形に形成された夫々Ｕ字状の蓋４´を一体に接合してなるバッキングプレートの平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のｂ−ｂ断面図である。

この図３に示すバッキングプレート１０´において、平板状の本体１´と蓋４´とは、銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金のいずれかの板により構成され、平板状の本体１´と蓋４´との接合は、一般に電気溶接または接合の際の熱による影響が少ない摩擦攪拌接合により行われる。太い線で描かれたところが摩擦攪拌接合による接合部７´である。

このようなバッキングプレート１０とスパッタリングターゲット材８との接合には、図２に示すように、通常双方の部材よりも融点が低い半田９が用いられる。ここで、ターゲット材８の大型化とスパッタリング電力の増加によりターゲット材８の温度上昇が従来に増して顕著になり、バッキングプレート１０の冷却能力が不十分であると、半田９が溶融してバッキングプレート１０とスパッタリングターゲット材８との接合部が剥がれ、それに伴ってスパッタリング操作を止めなければならない不都合が生じる。一方、融点が高い特殊な半田合金を使用すると、コストが上昇する。また、ターゲット材の種類によっては、バッキングプレートとの間の熱膨張係数の差が大きいことが原因で、熱応力によりターゲット材が割れを起こすことがある。また、冷却能力不足と共に冷却能力の不均一は、基板上に形成される薄膜の品質にも影響を及ぼすことがある。

特開２００２−２４８５８４

従来のバッキングプレートは、冷却能力が十分であるとはいえず、構造上、冷却能力を高めることが難しいといえる。この結果、スパッタリングターゲット材の温度上昇化傾向に十分対応できず、上記のような問題が生じる恐れがある。また、本体の通路内の冷媒の入口部分と出口部分の温度差が大きく、冷却能力が不均一となり、冷却ムラが生じやすいという問題がある。

したがって、本発明の目的は、冷媒通路を大きくすることにより冷却能力の向上が図れると共に、冷却ムラが生じにくい構造の冷却板を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、平板状の本体内部において、対向する２辺から夫々反対側の対向する辺に向かって交互に延びる平行な畝を複数本形成すると共に、これら畝と畝との間の間隔をもって冷媒の通路となる蛇行する溝を形成し、この溝を前記本体と同程度の大きさの一枚の蓋によって一括して塞ぐと共に、畝の幅（Ｗ１）と、畝と畝との間の溝の幅（Ｗ）とが、Ｗ＞Ｗ１であり、前記蓋の周縁部を連続する接続線をもって前記本体に一体に接合すると共に、前記蓋の前記畝に対応する位置を夫々複数本の接合線をもって畝に一体に接合してなることを特徴とする冷却板を提供する。

この冷却板において、前記畝の幅Ｗ１が２０〜４０mmであることが好ましい。この理由は、摩擦攪拌接合により形成される接合部の幅は、接合ツールの寸法形状にもよるが通常１０mm程度であり、畝に沿ってその幅の範囲内の接合部を形成するためには少なくとも２０mmは必要であり、一方、冷媒の通路をできるだけ大きく形成するという発明の本来の目的から４０mmを最大としたものである。

また、前記蓋の前記周縁部が前記本体内に嵌合されるように前記本体内の相当部に段差を形成すると共に、この段差の低位置が前記畝の高さと同一の高さレベルにあることが好ましい。このようにすれば、蓋の嵌合が容易であると共に、蓋の厚さによっては蓋を嵌合したときに本体と蓋との間に段差が生じないで済む。

また、前記蓋と前記本体との接合は、いずれも摩擦攪拌接合によるものであることが好ましい。摩擦攪拌接合によれば、接合の際の熱による影響を小さく抑えることができる。

また、前記本体および蓋が銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金のいずれかからなることが好ましい。

本発明の構成によれば、夫々閉じた回路の冷媒の通路となる複数本のＵ字状の溝を形成した平板状本体と、前記溝に対応して夫々相似形に形成されたＵ字状の蓋とを一体に接合した従来の冷却板と比較して、溝の幅および冷媒の通路の幅を大きくすることができ、また、溝と溝の間の畝の幅を小さくして蓋の接合部の幅を小さくすることができる。これにより、冷却板としては、冷媒通路について回路的におよび構造的に冷却能力が優れたものとすることができると共に、蛇行する溝内の冷媒の蛇行する流れによって冷媒が攪拌されるために温度差および冷却ムラの少ないものとすることができる。

図１は、本発明冷却板の一実施形態としてのバッキングプレート１０の構造を示し、（Ａ）は本体内部に冷媒の通路２となる溝３を形成した平板状の本体１の平面図、（Ｂ）は前記本体１の溝３に対し蓋４を一体に接合してなるバッキングプレート１０の平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のａ−ａ断面図である。

この図１に示すバッキングプレート１０は、（Ａ）に示すように、本体１内部において、長辺側の対向する２辺から夫々反対側の対向する辺に向かって交互に延びる畝５を複数本形成すると共に、これら畝５と畝５との間の間隔をもって冷媒の通路２となる連続蛇行する溝３を形成し、この溝３を本体１より一回り小さい同程度の大きさの一枚の蓋４によって一括して塞ぐようにしている。溝３の幅Ｗは６０mmであり、溝３と溝３との間の畝５の幅Ｗ1は３０mmであり、Ｗ＞Ｗ１となっている。６は蓋４の周縁部に対応する本体の相当部に形成された段差であり、（Ｃ）に示すように、この段差６の低位置が畝５の高さと同一の高さレベルとなっており、本体１の上部に蓋４が嵌合されて、蓋４の頭が本体１の頂面と同一面となっている。

本体１と蓋４との接合は、摩擦攪拌接合により行われ、（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、太線で描かれたところが摩擦攪拌接合による接合部である。蓋４の周縁部と、本体１内部において対向する２辺から夫々反対側の対向する辺に向かって交互に延びた複数本の畝５に対応する蓋４の位置に、夫々接合部７が存在することが分かる。

なお、図２は、図１に示すバッキングプレート１０の平滑面上にスパッタリングターゲット材８が半田９によって一体に接合された状態を示す。

図１において、本体および蓋をいずれも無酸素銅で製造し、平板状本体の大きさとしては、縦×横×高さを夫々６１０mm×４００mm×２０mmとし、本体の溝の幅Ｗを６０mm、畝の幅Ｗ１を３０mmとし、本体と蓋を摩擦攪拌接合により一体に接合してバッキングプレートを製造した。

ここで、図１に示すバッキングプレートと、図３に示すバッキングプレートの冷却能力の差を簡単に調べたところ、冷却能力に２倍近い大きな差があることが分かった。

また、本実施例によれば、バッキングプレートの面積に占める冷媒通路の面積の割合が大きく、面全体にわたって迅速に冷却されるために、冷却ムラが生じないことが分かった。

本発明冷却板の一実施形態としてのバッキングプレートの構造を示す説明図である。 バッキングプレート上にスパッタリングターゲット材を貼り合わせた状態を示す説明図である。 従来の冷却板（バッキングプレート）の構造の一例を示す説明図である。

符号の説明

１ 平板状の本体
２ 通路
３ 溝
４ 蓋
５ 畝
６ 段差
７ 接合部
８ スパッタリングターゲット材
９ 半田
１０ バッキングプレート

Claims (5)

1. 平板状の本体内部において、対向する２辺から夫々反対側の対向する辺に向かって交互に延びる平行な畝を複数本形成すると共に、これら畝と畝との間の間隔をもって冷媒の通路となる蛇行する溝を形成し、この溝を一枚の蓋によって一括して塞ぐと共に、畝の幅（Ｗ１）と、畝と畝との間の溝の幅（Ｗ）とが、Ｗ＞Ｗ１であり、前記蓋の周縁部を連続する接続線をもって前記本体に一体に接合すると共に、前記蓋の前記畝に対応する位置を夫々複数本の接合線をもって畝に一体に接合してなることを特徴とする冷却板。
2. 請求項１において、前記畝の幅Ｗ１が２０〜４０mmであることを特徴とする冷却板。
3. 請求項１または２において、前記蓋の前記周縁部が前記本体内に嵌合されるように前記本体内の相当部に段差を形成すると共に、この段差の低位置が前記畝の高さと同一のレベルにあることを特徴とする冷却板。
4. 請求項１から３のいずれかにおいて、前記蓋と前記本体との接合は、いずれも摩擦攪拌接合によるものであることを特徴とする冷却板。
5. 請求項１から４のいずれかにおいて、前記本体および蓋が銅、銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金のいずれかからなることを特徴とする冷却板。

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