JP2019090101A - 多孔質吸液芯及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板の表面上に直接に、毛管力及び浸透度に優れる多孔質構造が得られ、当該多孔質構造が作動液の輸送上で有利となる均熱板の多孔質吸液芯を提供。【解決手段】（ａ）第１の電着用電解液として、０．５−１．８ｍｏｌ／Ｌの硫酸と、０．１−０．５ｍｏｌ／Ｌの硫酸銅とを含む水溶液を調製するステップと、（ｂ）第２の電着用電解液として、０．２−０．９ｍｏｌ／Ｌの硫酸と、０．４−０．９ｍｏｌ／Ｌの硫酸銅とを含む水溶液を調製するステップと、（ｃ）界面活性剤と塩基性化合物との混合溶液で金属基板の表面を洗浄し、さらに希塩酸で活性化させた後、洗浄するステップと、（ｄ）前記第１の電着用電解液中で、処理された基板に対して第１の電着を行った後、前記第２の電着用電解液中で第２の電着を行うステップ、このとき、第２の電着における電流密度が第１の電着における電流密度よりも小さい、とを含む多孔質吸液芯の製造方法を提供する。【選択図】図１Ａ
Description
本発明は、均熱板の多孔質吸液芯（ｐｏｒｏｕｓ ｗｉｃｋ）構造に関し、特に、ソフトテンプレート法（ｓｏｆｔ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｍｅｔｈｏｄ）によって製造された均熱板の貫通孔を有する多孔質吸液芯及びその製造方法に関する。
科学技術の発展に伴って、電気製品が微細化する傾向にある。電気製品はその機能がますます増えているので、その発熱・放熱素子がさらに小さい範囲に集中する傾向にある。そのため、電子製品の放熱は、製品の設計及び生産組立の過程において考慮する必要がある重要な問題となっている。
製品の機能に適した良好な放熱性を確保する電気製品の放熱部材であって、相変化に伴う放熱に基づくヒートパイプや均熱板などの電気製品の放熱部材が提案された。結果として、このような放熱部材は、製造メーカに大きな価値と利益をもたらした。均熱板などの放熱部材の放熱パワーには、さらなる改善が求められている。発明特許ＣＮ１０３５４２７４９Ａに、バイオミメティック均熱板の吸液芯が開示されている。当該吸液芯は構造的に作動物質の輸送に好適であり均熱板の放熱能力を高めるものの、その構造が複雑なためフォトリソグラフィ装置といった複雑で高価な装置が必要となった。発明特許ＣＮ１０６４３５６６５Ａに、ヒートパイプや均熱板の吸液芯構造として、電気化学堆積法により製造された、天然のマルチスケール樹枝状の銅マイクロピンフィンの表面構造を有するものが開示されている。しかしながら、当該構造によって、作動物質が空気流によって運ばれることが起こりやすくなることで、熱伝達効率が低下する。また、電気化学堆積法により製造された多孔質構造は基板との結合力が弱く、機械的強度が劣るなどの問題があり、製品にとって信頼性及び寿命の面で大きな挑戦となっている。
本発明は、上記のような欠点及び不足を克服するために、（ａ）第１の電着用電解液として、０．５−１．８ｍｏｌ／Ｌの硫酸と、０．１−０．５ｍｏｌ／Ｌの硫酸銅とを含む水溶液を調製するステップと、（ｂ）第２の電着用電解液として、０．２−０．９ｍｏｌ／Ｌの硫酸と、０．４−０．９ｍｏｌ／Ｌの硫酸銅とを含む水溶液を調製するステップと、（ｃ）界面活性剤と塩基性化合物との混合溶液で金属基板の表面を洗浄し、さらに希塩酸で活性化させた後、洗浄するステップと、（ｄ）前記第１の電着用電解液中で、処理された基板に対して第１の電着を行った後、前記第２の電着用電解液中で第２の電着を行い、第２の電着における電流密度が第１の電着における電流密度よりも小さいであるステップとを含む多孔質吸液芯の製造方法を提供することを目的としている。
本発明は、さらに、上記の方法により製造された多孔質吸液芯に関する。多孔質吸液芯は、上層よりも下層のほうが孔隙サイズが小さくなり、また下層よりも上層のほうが孔壁が緻密になる。
本発明では、電着を２回行うことで、形成された多孔質構造がより強くなり、後の焼結を行う必要がなくなる。従来の技術に較べ、プロセスが最適化され、エネルギーが節約される。本発明に係る方法は、様々な形状のヒートパイプや均熱板の製品に適用可能となる。多孔質構造の厚さは、１０μｍ以上であれば任意に調整してもよく、これにより、製品の個性的な設計に新たな指針を与える。本発明に係る方法によれば、基板表面に直接に、特定の配列を有し、且つ毛管力及び浸透度に優れる多孔質構造が得られ、これは作動液の輸送上で有利となる。
以下、具体的な実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明の保護範囲は以下の実施例に限定されない。
実施例１
一定量の硫酸銅を量り取り、脱イオン水に溶解させて硫酸銅溶液とし、その後、濃硫酸を適切な量でこの硫酸銅溶液に添加して、０．１ｍｏｌ／Ｌの硫酸銅と、０．５ｍｏｌ／Ｌの硫酸との混合液を第１の電着用電解液として得る。
一定量の硫酸銅を量り取り、脱イオン水に溶解させて硫酸銅溶液とし、その後、濃硫酸を適切な量でこの硫酸銅溶液に添加して、０．１ｍｏｌ／Ｌの硫酸銅と、０．５ｍｏｌ／Ｌの硫酸との混合液を第１の電着用電解液として得る。
一定量の硫酸銅を量り取り、脱イオン水に溶解させて硫酸銅溶液とし、その後、濃硫酸を適切な量でこの硫酸銅溶液に添加して、０．５ｍｏｌ／Ｌの硫酸銅と、０．２ｍｏｌ／Ｌの硫酸との混合液を第２の電着用電解液として得る。
ドデシルスルホン酸ナトリウムと水酸化ナトリウムの混合液中で、金属基板に対して超音波洗浄を行い、さらに脱イオン水で洗浄する。
処理された基板を第１の電着用電解液に浸入し、２５℃で、０．５Ａ／ｃｍ２の定電流密度にて電着を１０ｍｉｎで行う。
その後、第１の電着で得られた生成物を第２の電着用電解液中に置き、２０℃で、０．０１Ａ／ｃｍ２の定電流密度にて電着を１５ｍｉｎで行う。
最後、製造された多孔質吸液芯を水洗する。
多孔質吸液芯を放熱効果試験用製品に製造する。
実施例２
硫酸銅の濃度を０．５ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を１．８ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第１の電着用電解液を製造する。
硫酸銅の濃度を０．５ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を１．８ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第１の電着用電解液を製造する。
硫酸銅の濃度を０．５ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を０．２ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第２の電着用電解液を製造する。
基板を実施例１と同様にして予備処理する。
処理された基板を第１の電着用電解液に浸入し、２５℃で、０．８Ａ／ｃｍ２の定電流密度にて電着を２０ｓで行う。
その後、第１の電着で得られた生成物を第２の電着用電解液中に置き、２０℃で、０．０２Ａ／ｃｍ２の定電流密度にて電着を１０ｍｉｎで行う。
最後、製造された多孔質吸液芯を水洗する。
実施例３
硫酸銅の濃度を０．２ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を０．８ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第１の電着用電解液を製造する。
硫酸銅の濃度を０．２ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を０．８ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第１の電着用電解液を製造する。
硫酸銅の濃度を０．４ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を０．２ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第２の電着用電解液を製造する。
基板を実施例１と同様にして予備処理する。
処理された基板を第１の電着用電解液に浸入し、２５℃で、１．５Ａ／ｃｍ２の定電流密度にて電着を５０ｓで行う。
その後、第１の電着で得られた生成物を第２の電着用電解液中に置き、２０℃で、０．０５Ａ／ｃｍ２の定電流密度にて電着を１０ｍｉｎで行う。
最後、製造された多孔質吸液芯を水洗する。
実施例４
硫酸銅の濃度を０．１ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を０．９ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第１の電着用電解液を製造する。
硫酸銅の濃度を０．１ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を０．９ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第１の電着用電解液を製造する。
硫酸銅の濃度を０．９ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を０．９ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第２の電着用電解液を製造する。
基板を実施例１と同様にして予備処理する。
処理された基板を第１の電着用電解液に浸入し、２５℃で、５．０Ａ／ｃｍ２の定電流密度にて電着を２０ｓで行う。
その後、第１の電着で得られた生成物を第２の電着用電解液中に置き、２０℃で、０．１Ａ／ｃｍ２の定電流密度にて電着を１０ｍｉｎで行う。
最後、製造された多孔質吸液芯を水洗する。
実施例５
硫酸銅の濃度を０．３ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を０．７ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第１の電着用電解液を製造する。
硫酸銅の濃度を０．３ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を０．７ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第１の電着用電解液を製造する。
硫酸銅の濃度を０．５ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を０．２ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第２の電着用電解液を製造する。
基板を実施例１と同様にして予備処理する。
処理された基板を第１の電着用電解液に浸入し、２５℃で、１．０Ａ／ｃｍ２の定電流密度にて電着を９０ｓで行う。
その後、第１の電着で得られた生成物を第２の電着用電解液中に置き、２０℃で、０．０８Ａ／ｃｍ２の定電流密度にて電着を５ｍｉｎで行う。
最後、製造された多孔質吸液芯を水洗する。
実施例６
硫酸銅の濃度を０．４５ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を０．５５ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第１の電着用電解液を製造する。
硫酸銅の濃度を０．４５ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を０．５５ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第１の電着用電解液を製造する。
硫酸銅の濃度を０．５ｍｏｌ／Ｌとし、硫酸の濃度を０．２ｍｏｌ／Ｌとする以外は、実施例１と同様にして第２の電着用電解液を製造する。
基板を実施例１と同様にして予備処理する。
処理された基板を第１の電着用電解液に浸入し、２５℃で、１．０Ａ／ｃｍ２の定電流密度にて電着を１０ｓで行う。
その後、第１の電着で得られた生成物を第２の電着用電解液中に置き、２０℃で、０．０５Ａ／ｃｍ２の定電流密度にて電着を１０ｍｉｎで行う。
最後、製造された多孔質吸液芯を水洗する。
比較例１
実施例１で製造された多孔質吸液芯と、同サイズの銅シートとに対し、同様にして放熱効果試験を行う。その結果を図３に示す。
実施例１で製造された多孔質吸液芯と、同サイズの銅シートとに対し、同様にして放熱効果試験を行う。その結果を図３に示す。
図１Ａに、実施例１で製造された多孔質吸液芯の表面の走査型電子顕微鏡写真を示し、図１Ｂに、実施例１で製造された多孔質吸液芯の断面の走査型電子顕微鏡写真を示す。当該図からわかるように、多孔質吸液芯の上層がより緻密であり下層がよりゆるいであり、これにより、作動液の輸送が有利となる。図１Ａ及び図１Ｂからわかるように、多孔質構造は、その孔隙が均一に分布し、孔隙率が高く、且つ機械的強度が大きい。図２は実施例１で製造された多孔質吸液芯の実物の写真であり、濃色部分が本発明で製造された多孔質構造を示すものである。当該図より分かるように、多孔質構造は基板と良好に結合し、また任意の形状に製造することが可能である。図３は実施例１で製造された多孔質吸液芯と純銅シートの、放熱器としての放熱効果を比較した図である。比較例１の銅シートと実施例１の多孔質吸液芯とは同一の方法により測定される。図３から、実施例１の多孔質吸液芯が比較例１よりはるかに放熱効果が高くなり、放熱効果が優れることが確認された。
本発明により提供されたその他の実施例では、得られた生成物の結果は実施例１と同一又は類似したものであるので、ここで省略する。
本発明はその他の多種な実施例を含み得る。当業者は、本発明の精神及び趣旨を逸脱することなく、本発明に基づき様々な変更及び変形を行うことができ、これらの変更及び変形は本願に添付した特許請求の範囲の保護範囲に属す。
本出願は、２０１７年１１月１６日付で出願された中国特許出願２０１７１１１３７８７７．５に基づいており、その全体が引用により援用される。
Claims (8)
- （ａ）第１の電着用電解液として、０．５−１．８ｍｏｌ／Ｌの硫酸と、０．１−０．５ｍｏｌ／Ｌの硫酸銅とを含む水溶液を調製するステップと、
（ｂ）第２の電着用電解液として、０．２−０．９ｍｏｌ／Ｌの硫酸と、０．４−０．９ｍｏｌ／Ｌの硫酸銅とを含む水溶液を調製するステップと、
（ｃ）界面活性剤と塩基性化合物との混合溶液で金属基板の表面を洗浄し、さらに希塩酸で活性化させた後、洗浄するステップと、
（ｄ）前記第１の電着用電解液中で、処理された基板に対して第１の電着を行った後、前記第２の電着用電解液中で第２の電着を行い、第２の電着における電流密度が第１の電着における電流密度よりも小さいであるステップとを含むことを特徴とする、多孔質吸液芯の製造方法。 - 前記第１の電着用電解液における硫酸と硫酸銅のモル比を５．５：４．５〜９：１とすることを特徴とする、請求項１に記載の多孔質吸液芯の製造方法。
- 前記第１の電着用電解液における硫酸と硫酸銅のモル比を７：３〜８：２とすることを特徴とする、請求項２に記載の多孔質吸液芯の製造方法。
- 前記第１の電着における電流密度を０．５〜５Ａ／ｃｍ２とし、電着時間を１０ｓ〜１０ｍｉｎとすることを特徴とする、請求項１に記載の多孔質吸液芯の製造方法。
- 前記第１の電着における電流密度を０．８〜１．５Ａ／ｃｍ２とし、電着時間を５０ｓ〜９０ｓとすることを特徴とする、請求項４に記載の多孔質吸液芯の製造方法。
- 前記第２の電着における電流密度を０．０１〜０．１Ａ／ｃｍ２とし、電着時間を５〜１５ｍｉｎとすることを特徴とする、請求項１に記載の多孔質吸液芯の製造方法。
- 前記第２の電着における電流密度を０．０２〜０．０５Ａ／ｃｍ２とし、電着時間を１０〜１５ｍｉｎとすることを特徴とする、請求項６に記載の多孔質吸液芯の製造方法。
- 請求項１〜７のいずれか１項に記載の多孔質吸液芯の製造方法により製造され、上層よりも下層のほうが孔隙サイズが小さくなり、また下層よりも上層のほうが孔壁が緻密になることを特徴とする、多孔質吸液芯。
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