JP2010123882A - コールドプレート - Google Patents

Abstract

【課題】ベースプレートと、これを覆って内部に密閉状態の空間を形成するトップカバーと、前記空間内に配された複数枚のフィンを備えたコールドプレートを製造する際、そのベースプレートもしくはトップカバーへのフィンのロウ付けの困難性を解消する。
【解決手段】フィン４として、長方形状の中央板部４１とこの中央板部の両端部からほぼ直角方向に延びる２つの接合板部４２、４２とからなる断面形状が略コ字状のものを用い、その２つの接合板部のいずれか一方がベースプレート２に、他方がトップカバー３にロウ付けにより接合されている。フィンの中央板部に、その短手方向に伸縮する伸縮部が形成されていてもよい。
【選択図】図２

Description

この発明は、電子機器等に実装される半導体素子を冷却するためのコールドプレートに関する。

電子機器に搭載される中央演算装置、マイクロプロセッサなどの半導体素子は、高速化、高集積化に伴い、その発熱量、発熱密度が増大している。
従来、中央演算装置、マイクロプロセッサなどの半導体素子を冷却するために、ヒートパイプ方式や空冷ファン方式のヒートシンクが使用されてきたが、半導体素子の発熱量、発熱密度によっては、十分に冷却できない場合が増えてきている。

このため、冷却能力が高いコールドプレートを用いて冷却する方式が採用されつつある。
コールドプレートは、通常銅合金などの熱伝導性の良好な金属からなる扁平な中空の箱状のもので、半導体素子に直接接触した状態で用いられ、その内部に冷媒を強制循環させて半導体素子からの熱を奪い、これを冷却する構造となっている。

図５および図６は、従来のコールドプレートの例を示すものである。この例のコールドプレート１は、ベースプレート２とトップカバー３と複数枚のフィン４、４・・と冷媒流入管５と冷媒流出管６とから構成されている。
ベースプレート２は、銅、アルミニウムなど良熱伝導性金属からなる平板状のものであり、このベースプレート２が半導体素子に直接接することにより、半導体素子からの熱を奪うものである。

トップカバー３は、ベースプレート２を覆うフード状の金属製の部材であって、ベースプレート２の周縁部において周端部がロウ付けされて一体化され、コールドプレート本体７となっている。コールドプレート本体７内部には、気密状の空間が形成されている。
トップカバー３の両端部付近には、冷媒流入管５と冷媒流出管６とが設けられ、コールドプレート本体７内部の空間に水、アルコール、フレオンなどの冷媒が流入し、かつ流出するように構成されている。

コールドプレート本体７内の空間には、複数枚のフィン４、４・・が設けられている。このフィン４は、厚さ０．１〜１．０ｍｍのアルミニウム、銅などからなる長方形状の薄板であって、その一方の長辺部がトップカバー３の内面にロウ付けされており、他方の長辺部がベースプレート２の内面と一体化されている。
フィン４は、その長手方向がベースプレート２の長手方向に平行となるように、かつフィン４間の間隔が０．１〜１．０ｍｍとなるように互いに平行に配されている。

また、フィン４の２つの短辺部は、図示のように、冷媒流入管５および冷媒流出管６の内方側に位置しており、これによって冷媒流入管５および冷媒流出管６の付近には流入ヘッダＢおよび流出ヘッダＣとなる空間がぞれぞれ形成されている。
この構成により、冷媒流入管５から流入した冷媒は、流入ヘッダＢに流れ、ここで流れが分散してフィン４、４・・の間隙を流れ、フィン４、４・・から熱を奪い、流出ヘッダＣに集まり、冷媒流出管６から流出することになる。冷媒流出管６から流出した冷媒は図示しない冷却回路に送られ、ここで冷却された後、再度冷媒流入管５に送られる。

このような構成のコールドプレート１は、そのベースプレート２が直接半導体素子に接するようにして使用され、半導体素子からの熱がベースプレート１からフィン４、４・・に伝わり、フィン４、４・・から冷媒に伝導して、半導体素子を冷却する。

このような構造のコールドプレート１は、例えば、以下のようにして製造される。
まず、金属ブロックを用意し、これに切削加工を施してベースプレート２とこのベースプレート２上に立設状態で一体的に形成された複数枚のフィン４、４・・を有する中間製品を作成する。ついで、フード状のトップカバー３を用意し、これをその周縁部においてベースプレート２にロウ付けすると同時にフィン４、４・・の上端部をトップカバー３の内面にロウ付けする。この後、トップカバー３に冷媒流入管５と冷媒流出管６を取り付ける。
フィン４は、冷媒の流れで変形しないように、その上端部と下端部とがそれぞれトップカバー３とベースプレート２に固定される必要があり、このような製造方法が採られている。

ところが、このような製造方法では、前述の中間製品のフィン４の高さとトップカバー３の内面の深さとが完全に一致する必要がある。しかし、これらの寸法を完全に一致させることは難しく、フィン４をトップカバー３にロウ付けしようとすると、トップカバー３とベースプレート２とに隙間が生じたり、逆にトップカバー３にベースプレート２をロウ付けしようとすると、フィン４とトップカバー３とに隙間が生じたりして、完全な両者のロウ付けが困難となる。

また、ロウ付けが温度６００〜８００℃程度で行われ、かつフィン４の厚さが０．１〜０．３ｍｍと薄いため、ロウ付け時の熱によりフィン４が軟化、変形し、フィン４の寸法が小さくなってトップカバー３との間に隙間が生じ、これによっても良好なロウ付けが困難となることがある。
特開２００５−１３９９７８号公報 特開２００７−１８４４３５号公報 特開２００６−９３６３７号公報 特開２００７−１２３５４７号公報 特開２００７−１０３７０２号公報 特開２００８−１２４１８７号公報

本発明の課題は、コールドプレートを製造する際、そのベースプレートもしくはトップカバーへのフィンのロウ付けの困難性を解消することにある。

かかる課題を解決するため、
請求項１にかかる発明は、ベースプレートと、これを覆って内部に密閉状態の空間を形成するトップカバーと、前記空間内に配された複数枚のフィンを備え、
前記フィンが、長方形状の中央板部とこの中央板部の両端部からほぼ直角方向に延びる２つの接合板部とからなる断面形状が略コ字状のものであって、
２つの接合板部のいずれか一方がベースプレートに、他方がトップカバーに接合されていることを特徴とするコールドプレートである。

請求項２にかかる発明は、前記フィンの中央板部に、中央板部の短手方向に伸縮する伸縮部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のコールドプレートである。

本発明によれば、ベースプレートとトップカバーとフィンとをそれぞれ別体で作成しておき、これをロウ付けにより組み付ける製造方法を採用できるので、ベースプレートと多数のフィンとからなる中間製品を切削加工により作成する必要がなくなり、製造コストを低減できる。

また、フィンの高さ方向の寸法をわずかに大きめにすることにより、一方の接合板部をベースプレートもしくはトップカバーにロウ付けしたのち、他方の接合板部をトップカバーもしくはベースプレートにロウ付けする際、他方の接合板部とトップカバーもしくはベースプレートとの間に隙間を生じることがなく、逆にフィン全体の高さ方向の寸法が大きい場合には、中央板部をわずかに撓ませてやれば、接合板部とトップカバーもしくはベースプレートに密着することになり、フィンの高さ方向の寸法が調整可能になって、ロウ付けが容易にかつ確実に行える。
特に、中央板部に伸縮部を設けた場合には、中央板部を撓ませなくとも高さ方向の寸法が調整可能となる。

図１および図２は、本発明のコールドプレートの実施形態を示すもので、図５および図６に示した従来のコールドプレートと同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
この例のコールドプレート１にあっては、フィン４に図３に示す形状のものを用い、このフィン４をベースプレート２とトップカバー３とにロウ付けした点に特徴がある。

この実施形態でのフィン４は、中央板部４１と２つの接合板部４２、４２とから構成されている。中央板部４１は、銅合金、アルミニウム合金などの金属からなる厚さ０．１〜１．０ｍｍの長方形状の平坦な板体である。
この中央板部４１の短手方向の両端部には、これからほぼ直角に延びる２つの接合板部４２、４２が一体に形成されている。

この接合板部４２は、銅合金、アルミニウム合金などの金属からなる厚さ０．１〜１ｍｍ、幅０．２〜２．０ｍｍの帯状の平坦な板体である。
このようなフィン４は、一方の接合板部４２がトップカバー３の内面にロウ付けされ、他方の接合板部４２がベースプレート２の内面にロウ付けされて、フィン４がトップカバー３およびベースプレート２に固定されている。

フィン４、４・・をベースプレート２とトップカバー３とに固定した状態では、図２に示すように、隣り合うフィン４、４のそれぞれの接合板部４２、４２・・が互いに直接接触した状態となっており、中央板部４１、４１間に隙間が形成され、この隙間に冷媒が流れることになる。

次に、このようなコールドプレート１の製造方法を説明する。
予め、ベースプレート２、トップカバー３および複数のフィン４、４・・を用意する。
ついで、例えばトップカバー３の内面に複数のフィン４、４・・の一方の接合板部４２、４２・・をロウ付けして、トップカバー３の内面に複数のフィン４、４・・が立設した状態の中間製品を作成する。このロウ付けは、幅のある接合板部４２をロウ付けするものであるので、作業が簡便に行え、かつ確実に接合がなされる。

ついで、この中間製品のトップカバー３の周端部およびフィン４、４・・の他方の接合板部４２をベースプレート２の内面にロウ付けする。この際、すべてのフィン４の高さ方向の寸法をトップカバー３の深さよりもわずかに大きくしておけば、フィン４、４・・の中央板部４１が少し撓んで変形し、その他方の接合板部４２がベースプレート２の内面に密着する。このため、この部分のロウ付けが完全に行える。
これにより、フィン４の２つの接合板部４２、４２は、ベースプレート２およびトップカバー３に良好に接合される。

図４は、フィン４の変形例を示すものである。
このフィン４は、その中央板部４１の短手方向の中間部分に伸縮部４３が設けられているものである。この伸縮部４３は、帯状の中板部４３ａとこれの短手方向からほぼ直角に延びる２つの側板部４３ｂ、４３ｂとからなる断面コ字状の樋状の部材である。この伸縮部４３は、それぞれの側板部４３ｂ、４３ｂが中央板部４１に接合一体化されている。また、伸縮部４３の凹部の向きが、フィン４の中央板部４１と２つの接合板部４２、４２とで形成される凹部の向きと反対になっている。

このフィン４にあっては、その伸縮部４３がフィン４の短手方向に弾性変形が可能となって、フィンの高さ方向にその寸法がわずかに変動可能となる。
この形態のものでも、フィン４の高さ寸法の融通性が得られるので、寸法精度の精密さが要求されず、しかもロウ付けが良好に行える。

本発明のコールドプレートの実施形態を示す概略断面図である。 本発明のコールドプレートの実施形態を示す概略断面図である。 本発明のコールドプレートの実施形態におけるフィンの形状を示す側面図である。 本発明のコールドプレートの実施形態におけるフィンの他の例の形状を示す側面図である。 従来のコールドプレートを示す概略断面図である。 従来のコールドプレートを示す一部断面視した平面図である。

符号の説明

１・・コールドプレート、２・・ベースプレート、３・・トップカバー、４・・フィン、４１・・中央板部、４２・・接合板部、４３・・伸縮部

Claims (2)

1. ベースプレートと、これを覆って内部に密閉状態の空間を形成するトップカバーと、前記空間内に配された複数枚のフィンを備え、
   前記フィンが、長方形状の中央板部とこの中央板部の両端部からほぼ直角方向に延びる２つの接合板部とからなる断面形状が略コ字状のものであって、
   ２つの接合板部のいずれか一方がベースプレートに、他方がトップカバーに接合されていることを特徴とするコールドプレート。
2. 前記フィンの中央板部に、中央板部の短手方向に伸縮する伸縮部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のコールドプレート。

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