JP2022013309A - Heat conduction member and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱伝導部材およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a heat conductive member and a method for manufacturing the same.
従来から、熱伝導部材としてのベーパーチャンバーが提案されている。ベーパーチャンバーは、水などの作動媒体を封止する筐体を有する。筐体は、例えば凹部を有するベースと、平板状の蓋部と、を有する。蓋部は、ベースに被せられて凹部を密閉する。凹部には支持部が配置される。これにより、蓋部が支持部によって支えられ、筐体が潰れにくくなる。支持部は、例えば銅粉末の焼結によって形成される(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a vapor chamber as a heat conductive member has been proposed. The vapor chamber has a housing that seals a working medium such as water. The housing has, for example, a base having a recess and a flat plate-shaped lid. The lid is placed over the base to seal the recess. A support portion is arranged in the recess. As a result, the lid portion is supported by the support portion, and the housing is less likely to be crushed. The support portion is formed, for example, by sintering copper powder (see, for example, Patent Document 1).
ベースの凹部に支持部を形成するために、銅粉末を凹部に塗布すると、銅粉末の表面形状は、蓋部側に凸の形状となる。この状態で銅粉末を焼結して支持部を形成すると、支持部の頭部、つまり、支持部において凹部の底面とは反対側の端部が、蓋部側に凸となる曲面形状を有して形成される。 When copper powder is applied to the recesses in order to form a support portion in the recesses of the base, the surface shape of the copper powder becomes a convex shape toward the lid portion. When the copper powder is sintered to form the support portion in this state, the head portion of the support portion, that is, the end portion of the support portion opposite to the bottom surface of the recess, has a curved surface shape that is convex toward the lid portion. Is formed.
このとき、支持部の高さが凹部の深さよりも大きいと、つまり、支持部の頭部の頂点が、凹部から蓋部側にはみ出て位置すると、支持部が妨げになってベースに蓋部を接触させることが困難となる。このため、蓋部をベースに接合して、凹部を密閉することが困難となる。したがって、蓋部によって凹部を確実に密閉するためには、支持部の高さを高精度に管理して、支持部の高さを凹部の深さと一致させることが必要となる。しかし、支持部の高さを高精度で管理することは、ベーパーチャンバーの生産性を低下させる虞がある。 At this time, if the height of the support portion is larger than the depth of the recess, that is, if the apex of the head of the support portion protrudes from the recess to the lid portion side, the support portion becomes an obstacle and the lid portion is attached to the base. Will be difficult to contact. Therefore, it is difficult to join the lid portion to the base to seal the concave portion. Therefore, in order to securely seal the concave portion with the lid portion, it is necessary to control the height of the support portion with high accuracy so that the height of the support portion matches the depth of the concave portion. However, controlling the height of the support portion with high accuracy may reduce the productivity of the vapor chamber.
本発明は、上記の点に鑑み、生産性を向上させることができる熱伝導部材と、その製造方法とを提供することを目的とする。 In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a heat conductive member capable of improving productivity and a method for manufacturing the same.
本発明の例示的な熱伝導部材は、作動媒体を収容し、内部に空間を有する筐体と、前記筐体内に位置する少なくとも1つの支柱と、を備える熱伝導部材であって、前記筐体は、対向して配置される第1プレートおよび第2プレートを有し、前記第1プレートおよび前記第2プレートの少なくとも一方は、凹部を有し、前記支柱は、前記凹部内に位置し、前記支柱は、前記第1プレートと接触する本体部と、前記本体部に対して前記第1プレートとは反対側に位置する頭部と、を有し、前記頭部は、前記第2プレートと対向する平面部と、前記平面部とつながる曲面部と、を有する。 An exemplary heat-conducting member of the present invention is a heat-conducting member that accommodates a working medium and includes a housing having a space inside, and at least one support column located in the housing. Has a first plate and a second plate arranged to face each other, at least one of the first plate and the second plate has a recess, and the strut is located in the recess and said. The strut has a main body portion that comes into contact with the first plate and a head portion that is located on the opposite side of the main body portion from the first plate portion, and the head portion faces the second plate. It has a flat surface portion and a curved surface portion connected to the flat surface portion.
本発明の例示的な熱伝導部材の製造方法は、少なくとも一方が凹部を有する第1プレートおよび第2プレートを用い、前記第1のプレートに支柱を形成する支柱形成工程と、前記支柱の本体部に対して前記第1プレートとは反対側に位置する頭部の曲面部の一部を加工して、平面部を形成する平面部形成工程と、前記平面部と対向して前記第2プレートを配置して、前記第2プレートと前記第1プレートとをつなぎ合わせて、前記凹部内に前記支柱を位置させる接合工程と、を含む。 An exemplary method for manufacturing a heat conductive member of the present invention uses a first plate and a second plate having at least one recessed portion, a support column forming step of forming a support column on the first plate, and a main body portion of the support column. A flat surface portion forming step of forming a flat surface portion by processing a part of the curved surface portion of the head located on the opposite side of the first plate, and the second plate facing the flat surface portion. It comprises a joining step of arranging and joining the second plate and the first plate to position the column in the recess.
本発明によると、熱伝導部材の生産性を向上させることができる。 According to the present invention, the productivity of the heat conductive member can be improved.
以下、本発明の例示的な実施形態に係る熱伝導部材としてのベーパーチャンバー1について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面においては、適宜、3次元直交座標系としてXYZ座標系を示す。XYZ座標系において、Z軸方向は、鉛直方向(すなわち上下方向)を示し、+Z方向が上側(重力方向の反対側)であり、-Z方向が下側(重力方向)である。Z軸方向は、後述する第1プレート4と第2プレート5との対向方向でもある。X軸方向は、Z軸方向と直交する方向を指し、その一方向および逆方向を、それぞれ+X方向および-X方向とする。Y軸方向は、Z軸方向およびX軸方向の両方向と直交する方向を指し、その一方向および逆方向を、それぞれ+Y方向および-Y方向とする。
Hereinafter, the
本明細書において、粒子の「粒径」とは、粒子の最大外径を指す。例えば、粒子が球形である場合、粒子の最大外径である粒子の直径が「粒径」となる。一方、粒子が球形以外の形状である場合、粒子の外径は方向によって異なる。この場合、各方向について得られる外径のうちで最大となる外径が、粒子の「粒径」となる。 As used herein, the "particle size" of a particle refers to the maximum outer diameter of the particle. For example, when the particles are spherical, the diameter of the particles, which is the maximum outer diameter of the particles, is the "particle size". On the other hand, when the particles have a shape other than a sphere, the outer diameter of the particles differs depending on the direction. In this case, the largest outer diameter obtained in each direction is the "particle size" of the particles.
本明細書において、「焼結」とは、金属の粉末または上記金属を含むペーストを、上記金属の融点よりも低い温度まで加熱して、上記金属の粒子を焼き固める技術を指す。そして、「焼結体」とは、焼結によって得られる物体を指す。 As used herein, the term "sintering" refers to a technique of heating a metal powder or a paste containing the metal to a temperature lower than the melting point of the metal to bake the metal particles. The "sintered body" refers to an object obtained by sintering.
(1.ベーパーチャンバーの構成)
図1は、本発明の一実施形態のベーパーチャンバー1の概略の構成を示す断面図である。ベーパーチャンバー1は、発熱体Hの熱を輸送する熱伝導部材である。発熱体Hとしては、例えば、熱を発する電子部品またはその電子部品を搭載する基板が考えられる。発熱体Hは、ベーパーチャンバー1による熱の輸送によって冷却される。このようなベーパーチャンバー1は、例えば、スマートフォン、ノート型パーソナルコンピュータなどの、発熱体Hを有する電子機器に搭載される。
(1. Configuration of vapor chamber)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a
ベーパーチャンバー1は、被加熱部101と、放熱部102と、を備える。被加熱部101は、例えば発熱体Hと接して配置され、発熱体Hが発する熱によって加熱される。放熱部102は、被加熱部101で加熱された、後述の作動媒体2が有する熱を外部に放出する。
The
ベーパーチャンバー1は筐体1aを備える。筐体1aの一部は、被加熱部101に含まれる。筐体1aの他の一部は、放熱部102に含まれる。
The
筐体1aは内部に空間1bを有する。空間1bは密閉空間であり、例えば大気圧よりも気圧が低い減圧状態に維持される。空間1bが減圧状態であることにより、空間1bに収容される作動媒体2が蒸発しやすくなる。筐体1aのZ軸方向の厚みは、例えば100μm以上1000μm以下である。
The
筐体1aの内部の空間1bには、作動媒体2が収容される。作動媒体2は熱を輸送するために用いられる。作動媒体2は例えば水であるが、アルコールなどの他の液体であってもよい。すなわち、本実施形態のベーパーチャンバー1は、作動媒体2を収容し、内部に空間1bを有する筐体1aを備える。
The working
筐体1aは第1プレート4を有する。第1プレート4は、後述する支柱7を-Z方向側から支持する金属板である。すなわち、筐体1aは、支柱7を支持する第1プレート4を有する。本実施形態では、第1プレート4を構成する金属は銅である。なお、第1プレート4は、銅以外の金属の表面に銅メッキを施して形成されてもよい。銅以外の金属としては、例えばステンレス鋼が考えられる。第1プレート4は、-Z方向に凹む凹形状で形成されている。つまり、第1プレート4は、-Z方向に凹む凹部4aを有する。
The
筐体1aは第2プレート5をさらに有する。第2プレート5は、Z軸方向において第1プレート4と対向して位置する。より詳しくは、第2プレート5は、第1プレート4に対して+Z方向側に位置し、第1プレート4上の支柱7を+Z方向側から覆う。すなわち、筐体1aは、対向して配置される第1プレート4および第2プレート5を有する。第2プレート5は例えば平板で形成される。
The
第2プレート5は、第1プレート4と同じ金属材料で構成される。したがって、第1プレート4が銅である場合は、第2プレート5も銅で構成される。また、第1プレート4がステンレス鋼の表面に銅メッキを施した金属板で構成される場合、第2プレート5もステンレス鋼の表面に銅メッキを施した金属板で構成される。
The
本実施形態では、第1プレート4および第2プレート5の少なくとも一方は、凹部を有する。支柱7は、上記凹部内に位置する。なお、第2プレート5のみが凹部を有する構成、第1プレート4および第2プレートの両方が凹部を有する構成については後述する(図10、図11参照)。
In this embodiment, at least one of the
筐体1aは接合部6をさらに有する。接合部6は、第1プレート4と第2プレート5とをそれぞれの外縁でつなぎ合わせる接合構造である。接合部6は、筐体1aにおいて、1つ以上の支柱7をまとめて、X方向の両側(+X方向側、-X方向側)およびY方向の両
側(+Y方向側、-Y方向側)から挟む位置にある。すなわち、筐体1aは、第1プレート4と第2プレート5とをつなぎ合わせる接合部6を有する。接合部6は、第1プレート4と第2プレート5との対向方向に垂直な方向において、支柱7を挟んで位置する。
The
第1プレート4と第2プレート5との接合方法は、特に限定されない。例えば、ホットプレス、拡散接合、ろう材を用いた接合、などのいずれの接合方法であってもよい。
The method of joining the
なお、ホットプレスおよび拡散接合は、いずれも加熱および加圧によって2つの部材を接合する方法であるが、以下の点で互いに区別される。拡散接合では、例えば数時間の加熱および加圧により、2つの部材の接合界面付近の原子または粒子を拡散させて、2つの部材を接合する。 Both hot pressing and diffusion joining are methods of joining two members by heating and pressurizing, but they are distinguished from each other in the following points. In diffusion bonding, for example, by heating and pressurizing for several hours, atoms or particles near the bonding interface of the two members are diffused to bond the two members.
これに対して、ホットプレスでは、拡散接合よりも低温および短時間での加熱および加圧により、2つの部材の接合界面付近の一部の原子または粒子のみを拡散させて、2つの部材を接合する。 On the other hand, in the hot press, only some atoms or particles near the bonding interface of the two members are diffused by heating and pressurizing at a lower temperature and in a shorter time than the diffusion bonding, and the two members are bonded. do.
原子または粒子の拡散度合いの違いにより、拡散接合では、接合界面自体が消滅する。一方、ホットプレスでは、接合界面の一部が消滅し、残りがそのまま維持される。したがって、拡散接合によって形成された接合部6と、ホットプレスによって形成された接合部6とでは、接合界面付近の接合構造が互いに異なる。また、加熱および加圧の時間の相違により、ホットプレスのほうが拡散接合よりも製造のタクトタイムが短くなる。
In diffusion bonding, the bonding interface itself disappears due to the difference in the degree of diffusion of atoms or particles. On the other hand, in hot pressing, a part of the bonding interface disappears and the rest is maintained as it is. Therefore, the
なお、接合部6は、封止部を含んでいてもよい。封止部は、例えばベーパーチャンバー1の製造過程において、作動媒体2を筐体1a内に注入するための注入口を溶接によって封止した箇所である。
The
筐体1aにおいて、作動媒体2を収容する空間1bには、少なくとも1つの支柱7が位置する。すなわち、本実施形態のベーパーチャンバー1は、筐体1a内に位置する少なくとも1つの支柱7を備える。支柱7は、Z方向に延びる柱状の支持体または支持部である。XY面における支柱7の断面は、例えば円形であるが、楕円形をはじめ、他の形状であってもよい。
In the
支柱7は、第1プレート4上に位置し、第1プレート4で支持される。つまり、支柱7において、-Z方向側の端部は第1プレート4と接触する。一方、支柱7において、+Z方向側の端部は、第2プレート5と接触する。したがって、支柱7のZ方向の高さは、第1プレート4の凹部4aのZ方向の深さと一致する。筐体1a内に支柱7が位置することにより、筐体1a内に作動媒体2を収容する空間1bが確保されるとともに、筐体1aが外力によって潰れることが回避される。
The
なお、Z方向の高さが第1プレート4の凹部4aのZ方向の深さと一致する支柱7は、全ての支柱7でなくてもよい。
The
支柱7は、例えば多孔質の銅の焼結体で構成され、毛細管現象によって作動媒体2を内部で輸送するウィック構造を有する。つまり、支柱7は、多孔質のウィック構造である。なお、支柱7の構造の詳細については後述する。
The
本実施形態では、複数の支柱7が、第1プレート4上でX方向およびY方向に互いに離れて位置する。つまり、支柱7は、筐体1a内で点在する。
In this embodiment, the plurality of
上記の構成のベーパーチャンバー1では、発熱体Hで発生した熱により、被加熱部101が加熱される。被加熱部101の温度が上昇すると、筐体1aの内部の空間1bに収容された作動媒体2が気化する。気化した蒸気は、ベーパーチャンバー1の内部を放熱部102側に移動する。放熱部102では、放熱によって蒸気が冷却されて液化する。液化した作動媒体2は、筐体1aの内面を伝って、または毛細管現象によって支柱7の内部を流れて、被加熱部101に向かって移動する。なお、図1では、作動媒体2が気化した蒸気の流れを黒矢印で示し、液体の作動媒体2の流れを白抜き矢印で示す。上記のように作動媒体2が状態変化を伴いながら移動することにより、被加熱部101側から放熱部102側への熱の輸送が連続的に行われる。
In the
(2.支柱の構造)
次に、支柱7の構造について説明する。図2は、支柱7の構造を模式的に示す断面図である。また、図3は、支柱7の形成に用いられる金属ペースト70を模式的に示す断面図である。なお、図2および図3の断面は、任意の断面、つまり、Y軸方向の任意の位置での断面である。
(2. Strut structure)
Next, the structure of the
支柱7は、複数のマイクロ銅粒子71と、銅体72と、を含む。マイクロ銅粒子71は、複数の銅原子が凝集または結合した金属粒子である。すなわち、支柱7は、複数の金属粒子を含む。マイクロ銅粒子71の粒径は、1μm以上1mm未満である。マイクロ銅粒子71は例えば多孔質であり、内部に空隙となる孔部71pを有する。なお、図2では、マイクロ銅粒子71と銅体72とを明確に区別する目的で、便宜的に、マイクロ銅粒子71をハッチングなしで図示する。
The
銅体72は、図3に示すサブマイクロ銅粒子72aが焼結により溶融して固まった銅溶融体である。上記のサブマイクロ銅粒子72aは、複数の銅原子が凝集または結合した粒子である。溶融前のサブマイクロ銅粒子72aの粒径は、0.1μm以上1μm未満である。銅体72は、複数のマイクロ銅粒子71の周囲に位置する。
The copper body 72 is a copper molten body in which the
銅体72は、第1銅粒子連結部721と、第2銅粒子連結部722と、を含む。第1銅粒子連結部721は、隣り合うマイクロ銅粒子71同士を、1μm未満の距離で連結する。このような第1銅粒子連結部721は、隣り合うマイクロ銅粒子71の間に位置してこれらと接触するサブマイクロ銅粒子72aを焼結させることにより形成される。
The copper body 72 includes a first copper particle connecting portion 721 and a second copper particle connecting portion 722. The first copper particle connecting portion 721 connects adjacent
つまり、溶融前のサブマイクロ銅粒子72aの粒径は上記のように1μm未満である。したがって、隣り合うマイクロ銅粒子71の間に位置するサブマイクロ銅粒子72aが溶融して焼き固められると、第1銅粒子連結部721による隣り合うマイクロ銅粒子71の連結距離は1μm未満となる。
That is, the particle size of the
すなわち、支柱7は、複数の金属粒子としての、1μm以上の粒径を有する複数のマイクロ銅粒子71と、複数のマイクロ銅粒子71の周囲に位置する銅体72と、を含む。銅体72は、隣り合うマイクロ銅粒子71同士を、1μm未満の距離で連結する第1銅粒子連結部721を含む。支柱7において、マイクロ銅粒子71は、第1銅粒子連結部721を介して網目状につながる。
That is, the
第2銅粒子連結部722は、複数のマイクロ銅粒子71の一部と第1プレート4とを、1μm未満の距離で連結する。なお、複数のマイクロ銅粒子71の一部としては、例えば複数のマイクロ銅粒子71の中で、第1プレート4と1μm未満の距離で対向する位置にあるマイクロ銅粒子71が考えられる。
The second copper particle connecting portion 722 connects a part of the plurality of
このような第2銅粒子連結部722は、マイクロ銅粒子71と第1プレート4との間に位置するサブマイクロ銅粒子72aを焼結させることにより形成される。つまり、サブマイクロ銅粒子72aの粒径は上記のように1μm未満である。したがって、マイクロ銅粒子71と第1プレート4との間に位置するサブマイクロ銅粒子72aが溶融して焼き固められると、第2銅粒子連結部722によるマイクロ銅粒子71と第1プレート4との連結距離は1μm未満となる。
Such a second copper particle connecting portion 722 is formed by sintering
すなわち、銅体72は、第1銅粒子連結部721に加えて、第2銅粒子連結部722をさらに含む。第2銅粒子連結部722は、複数のマイクロ銅粒子71の一部と第1プレート4とを、1μm未満の距離で連結する。
That is, the copper body 72 further includes a second copper particle connecting portion 722 in addition to the first copper particle connecting portion 721. The second copper particle connecting portion 722 connects a part of the plurality of
支柱7は空隙部SPをさらに含む。空隙部SPは、上述したマイクロ銅粒子71の孔部71pとともに、作動媒体2の流路を形成する空間である。支柱7において、上述したマイクロ銅粒子71および銅体72のほかに、孔部71pおよび空隙部SPが存在することにより、多孔質状の支柱7が構成される。支柱7のZ軸方向の高さは、50μm以上200μm以下である。したがって、支柱7は、高さが比較的低い薄型である。
The
ここで、支柱7の全体積に対する空間の体積の割合を、空隙率と呼ぶ。空隙率の単位は%である。上記空間は、孔部71pおよび空隙部SPを含む。空隙率は以下の方法によって求められる。例えば、支柱7の断面写真から、空間の面積を測定し、空間の面積が全体に占める割合を算出することにより、空隙率を求めることができる。支柱7の断面の観察においては、被写界深度の深い走査型電子顕微鏡を用いることが好ましい。なお、断面の観察の方法は、金属部分と空間とを容易に判別できる方法であればよく、特に限定されない。また。断面の観察範囲は、少なくとも支柱7の高さ方向には全体の断面をカバーし、かつ、金属部分と空間とを判別できる視野範囲であることが好ましい。具体的には、断面の観察範囲は、断面の最大径として200μm以上1000μm以下をカバーする角度範囲である。また、観察写真に基づく空隙率の算出には、グレースケール画像の二値化により金属部分と空間とを分画して、各部の面積計算を行うことができる画像解析ソフトウェアを用いることが好ましい。
Here, the ratio of the volume of the space to the total volume of the
また、空隙率は、以下の計算によっても求められる。すなわち、支柱7の全体積をV0cm3とする。支柱7に含まれる銅の体積をV1cm3とする。支柱7に含まれる空間の体積をV2cm3とする。この場合、V0=V1+V2である。また、空隙率をPとすると、P=V2/V0=(V0-V1)/V0=1-(V1/V0)である。ここで、V1=(銅の質量)/(銅の密度)=(支柱の質量)/(銅の密度)である。銅の密度は既知であり、8.96g/cm3である。なお、質量の単位はgである。支柱7の質量および全体積V0については、測定または計算によって求めることができる。よって、P=1-(V1/V0)より、支柱7の空隙率Pを求めることができる。
The porosity can also be obtained by the following calculation. That is, the total product of the
(3.金属ペーストの詳細)
次に、支柱7の形成に用いる金属ペースト70の詳細について説明する。金属ペースト70は、図3に示すように、上記したマイクロ銅粒子71およびサブマイクロ銅粒子72aに加えて、樹脂73をさらに含む。
(3. Details of metal paste)
Next, the details of the
樹脂73は、マイクロ銅粒子71および銅体72を構成する銅の融点以下の温度で揮発する揮発性の樹脂である。このような揮発性の樹脂としては、例えば、メチルセルロース、エチルセルロースなどのセルロース樹脂、アクリル樹脂、ブチラール樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などを用いることができる。これらの中では、熱分解性の高いアクリル樹脂を用いることが好ましい。
The
金属ペースト70は、樹脂73を溶解する分散媒をさらに含む。分散媒としては、例えば、炭化水素系溶剤、環状エーテル系溶剤、ケトン系溶剤、アルコール系化合物、多価アルコールのエステル系溶剤、多価アルコールのエーテル系溶剤、テルペン系溶剤、およびこれらの混合物、などを用いることができる。これらの中では、例えば沸点が200℃近傍にあるテキサノール、テルピネオールを好ましく用いることができる。
The
マイクロ銅粒子71およびサブマイクロ銅粒子72aの粒径、金属ペースト70に含まれる各成分の配合比または重量比、などは、支柱7の所望の空隙率が得られるように適宜設定されればよい。
The particle size of the
(4.支柱の形状について)
図4は、支柱7を拡大して示す断面図である。支柱7は、本体部7Aと、頭部7Bと、を有する。本体部7Aは、第1プレート4と接触して位置する。頭部7Bは、本体部7Aに対して第1プレート4とは反対側に位置し、本体部7Aとつながる。すなわち、支柱7は、第1プレート4と接触する本体部7Aと、本体部7Aに対して第1プレート4とは反対側に位置する頭部7Bと、を有する。
(4. About the shape of the support)
FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing the
ここで、支柱7は、後述するように、金属ペースト70を第1プレート4上に塗布し、焼成して形成される。粘性を有する金属ペースト70を第1プレート4上に塗布すると、金属ペースト70の「裾」に相当する-Z方向側の端部がX方向およびY方向に広がる。したがって、上記金属ペースト70を焼成して支柱7を形成すると、支柱7は、-Z方向から+Z方向に向かうにつれて細くなり、かつ、+Z方向側の端部が第2プレート5側に突出する曲面形状を有する(図8参照)。本実施形態では、上記曲面形状を有する支柱7の+Z方向側の端部を加工することにより、上記端部を平坦にする。
Here, as will be described later, the
具体的には、図4に示すように、支柱7の頭部7Bが、平面部7Fと、曲面部7Rと、を有する。平面部7Fは、曲面部7Rの一部を加工することによって形成される。この結果、平面部7Fは、図1で示した第2プレート5と対向する。なお、曲面部7Rの一部を加工する方法としては、切削、押圧(プレス)、研磨などの方法がある。曲面部7Rは、平面部7Rとつながり、かつ、本体部7Aとつながる。すなわち、頭部7Bは、第2プレート5と対向する平面部7Fと、平面部7Fとつながる曲面部7Rと、を有する。
Specifically, as shown in FIG. 4, the
ここで、第1プレート4の凹部4aの深さをD(μm)とし、支柱7の高さをHt(μm)とすると、本実施形態では、全ての支柱7について、Ht=Dとなっている。なお、一部の支柱7について、Ht<Dであってもよいことは上述した通りである。
Here, assuming that the depth of the
(5.ベーパーチャンバーの製造方法)
次に、本実施形態のベーパーチャンバー1の製造方法について説明する。図5は、ベーパーチャンバー1の製造工程の流れを示すフローチャートである。図6および図7は、ベーパーチャンバー1の製造工程を示す断面図である。なお、図5において、Sはスタートを示し、Eはエンドを示す。また、図6では、便宜的に、第1プレート4と第2プレート5との接合位置、つまり、凹部4aの+Z方向側の端部の位置を破線Tで示す。ベーパーチャンバー1の製造方法は、支柱形成工程S1と、平面部形成工程S2と、接合工程S3と、を含む。
(5. Manufacturing method of vapor chamber)
Next, a method for manufacturing the
(5-1.支柱形成工程)
支柱形成工程S1では、凹部4aを有する第1プレート4を用い、凹部4a内に支柱7を形成する。なお、支柱形成工程S1では、平板状の第1プレート4と、凹部を有する第2プレート5とを用い、平板状の第1プレート4上に支柱7を形成してもよい。また、凹部4aを有する第1プレート4と、凹部を有する第2プレート5とを用い、第1プレート4の凹部4a内に支柱7を形成してもよい。すなわち、ベーパーチャンバー1の製造方法は、少なくとも一方が凹部を有する第1プレート4および第2プレート5を用い、第1プレート4に支柱7を形成する支柱形成工程S1を含む。
(5-1. Strut forming process)
In the support column forming step S1, the
具体的には、金属ペースト70を、50μm以上200μm以下の厚さで第1プレート4の凹部4aの内部に塗布する。金属ペースト70は、金属粒子と、樹脂73と、分散媒と、を含む。金属ペースト70は粘性を有するため、金属ペースト70を第1プレート4の凹部4aに塗布すると、金属ペースト70は+Z方向に向かってXY断面での断面積が狭くなる形状となる。この状態で、金属ペースト70とともに第1プレート4を加熱炉に入れて加熱する。このときの加熱温度は、例えば400℃であり、加熱時間は例えば1時間である。
Specifically, the
金属ペースト70の加熱により、金属ペースト70に含まれる樹脂73が揮発するとともに、サブマイクロ銅粒子72aが焼結によって溶融し、焼き固められる。この結果、第1銅粒子連結部721および第2銅粒子連結部722を含む支柱7が形成される。また、金属粒子の配合比等を適切に設定することにより、所定の空隙率を有する多孔質のウィック構造を含む支柱7が形成される。なお、マイクロ銅粒子71はサブマイクロ銅粒子72aよりも粒径が大きいため、サブマイクロ銅粒子72aよりも溶融が遅い。そのため、マイクロ銅粒子71は粒子の形状で残る。なお、金属ペースト70の焼成によって支柱7を形成する支柱形成工程S1を、「一次工程」とも呼ぶ。
By heating the
図8は、一次工程で第1プレート4に形成された支柱7を拡大して示す断面図である。上記形状の金属ペースト70を焼成して支柱7を形成すると、支柱7は、+Z方向側に向かうにつれてXY断面での断面積が狭くなる形状で形成される。この支柱7は、第1プレート4と接触する本体部7Aと、本体部7Aに対して第1プレート4とは反対側に位置する頭部7Bとを有して形成される。頭部7Bは、+Z方向側に凸となる曲面部7Rを有する。支柱7は、例えばZ方向の高さHtが凹部4aの深さDよりもΔ(μm)だけ大きい状態で形成される。
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view showing the
なお、加熱炉での加熱温度は、金属ペースト70に含まれるサブマイクロ銅粒子72aが溶融する温度以上であればよい。サブマイクロ銅粒子72aは400℃以上の温度で溶融することがわかっている。一方、銅の融点は約1085℃である。銅の融点近くまで金属ペースト70を加熱すると、マイクロ銅粒子71も溶融して、図2で示した構造の支柱7を得ることが困難となるおそれがある。このため、支柱形成工程S1では、金属ペースト70を400℃以上600℃以下の温度で加熱することが望ましい。特に、支柱形成工程S1では、金属ペースト70を400℃以上のできるだけ低い温度で加熱することが望ましい。
The heating temperature in the heating furnace may be higher than the temperature at which the
なお、支柱形成工程S1では、金属ペースト70にレーザー光を照射して金属ペースト70を加熱することにより、支柱7を形成してもよい。
In the support column forming step S1, the
(5-2.平面部形成工程)
平面部形成工程S2では、支柱7の頭部7Bの曲面部7Rの一部を、カッター、切削工具、切削装置などを用いて切削して平面部7Fを形成する。なお、曲面部7Rの一部を治具で押圧する、研磨機を用いて研磨するなどして、曲面部7Rの一部に平面部7Fを形成してもよい。すなわち、本実施形態のベーパーチャンバー1の製造方法は、支柱7の本体部7Aに対して第1プレート4とは反対側に位置する頭部7Bの曲面部7Rの一部を加工して、平面部7Fを形成する平面部形成工程S2を含む。
(5-2. Plane part forming process)
In the flat surface portion forming step S2, a part of the
また、平面部形成工程S2では、曲面部7Rの一部を、切削、押圧、研磨のいずれかによって加工して、平面部7Fを形成する。このように曲面部7Rの一部を加工して平面部7Fを形成することにより、支柱7の頭部7Bにおいて、凹部4aからΔ(μm)だけ+Z方向にはみ出た部分が除去される。これにより、図4で示したように、支柱7の高さHtを凹部4aの深さDに一致させることができる。なお、平面部形成工程S2を、上記の一次工程に対して、「二次工程」とも呼ぶ。
Further, in the flat surface portion forming step S2, a part of the
(5-3.接合工程)
接合工程S3では、第1プレート4に第2プレート5を重ねて配置して接合し、内部に空間1bを有する筐体1aを形成するとともに、筐体1a内に支柱7と作動媒体2(図1参照)とを封止する。これにより、ベーパーチャンバー1が完成する。このとき、支柱7の平面部7Fと対向して第2プレート5を配置して、第2プレート5と第1プレート4とをつなぎ合わせる。これにより、凹部4a内では、支柱7の平面部7Fが第2プレート5と接して位置する。
(5-3. Joining process)
In the joining step S3, the
すなわち、ベーパーチャンバー1の製造方法は、平面部7Fと対向して第2プレート5を配置して、第2プレート5と第1プレート4とをつなぎ合わせて、凹部4a内に支柱7を位置させる工程を含む。
That is, in the method of manufacturing the
接合工程S3における第1プレート4と第2プレート5とのつなぎ合わせは、例えばホットプレスによって行われる。なお、接合工程S3は、拡散接合やろう付けによって行われてもよい。また、接合工程S3では、作動媒体2の注入後、溶接によって注入口を封止する工程も行われる。
The joining of the
(6.効果)
以上のように、本実施形態では、支柱7の頭部7Bが、第2プレート5と対向する平面部7Fを有する。平面部7Fの形成は、上述したように切削、押圧、研磨などの方法で容易に行われる。したがって、例えば第1プレート4の凹部4aに支柱7を形成したときに(一次工程)、図8に示すように、支柱7の高さHtが凹部4aの深さDより大きくても、つまり、支柱7の頭部7Bの曲面部7Rの+Z方向側に位置する頂点7pが、凹部4aから第2プレート5側にはみ出ていても、曲面部7Rの一部を切削等して平面部7Fを形成する二次工程を行って、図4に示すように、支柱7の高さHtと凹部4aの深さDとを合わせることが可能となる。したがって、一次工程において、支柱7の高さHtを高精度で管理する必要がない。その結果、ベーパーチャンバー1の生産性を向上させることができる。
(6. Effect)
As described above, in the present embodiment, the
また、支柱7の頭部7Bが曲面部7Rを有することにより、曲面部7Rと第2プレート5との間に形成される隙間が、作動媒体2(例えば蒸気)を通過させる流路となる。このため、筐体1a内で、被加熱部101側で発生した蒸気を放熱部102側へ効率よく導くことができ、作動媒体2の移動による熱の輸送を効率よく行うことができる。
Further, since the
また、本実施形態のベーパーチャンバー1の製造方法は、上述した支柱形成工程S1と、平面部形成工程S2と、接合工程S3と、を含む。一次工程である支柱形成工程S1において、支柱7の高さHtが凹部4aの深さより大きくても、二次工程である平面部形成工程S2において支柱7に平面部7Fを形成することにより、支柱7の高さHtと凹部4aの深さとを合わせることができる。したがって、一次工程において、支柱7の高さHtを高精度で管理することなく、ベーパーチャンバー1の生産性を向上させることができる。
Further, the method for manufacturing the
特に、平面部形成工程S2では、支柱7の曲面部7Rの一部を切削等の方法で加工して、平面部7Fを形成する。これにより、曲面部7Rの一部を容易に加工して、平面部7Fを容易に形成することができる。
In particular, in the flat surface portion forming step S2, a part of the
(7.ベーパーチャンバーの他の製造方法)
図9は、ベーパーチャンバー1の他の製造工程を示す断面図である。平面部形成工程S2では、支柱7における平面部7Fの形成を、第2プレート5を用いて行ってもよい。具体的には、支柱形成工程S1で形成した支柱7の頭部7Bの曲面部7Rに対して、第2プレート5を+Z方向側から押し当てる。そして、第2プレート5を-Z方向側に押圧する。これにより、曲面部7Rの一部が潰れて平面部7Fが形成される。その後は、ホットプレス等により、第2プレート5を第1プレート4に接合すればよい。
(7. Other manufacturing methods of vapor chamber)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another manufacturing process of the
このように、平面部形成工程S2では、第2プレート5を曲面部7Rに押圧することにより、平面部7Fを形成する。第2プレート5を治具代わりに用いて平面部7Fを形成するため、平面部形成工程S2を簡素化することができる。つまり、第2プレート5以外に、押圧用の治具を用いて曲面部7Rを押圧する工程を削除することができる。これにより、ベーパーチャンバー1の生産性をさらに向上させることができる。
As described above, in the flat surface portion forming step S2, the
ところで、第2プレート5を支柱7の曲面部7Rに押圧して平面部7Fを形成する場合、上述のように曲面部7Rの一部が潰れる。このため、曲面部7Rを有する頭部7Bの空隙率は、本体部7Aの空隙率よりも低下する。つまり、支柱7の頭部7Bの空隙率は、本体部7Aの空隙率よりも小さい。例えば、第2プレート5で押圧する前の支柱7の高さHtが150μmであり、第2プレート5で押圧した後の支柱7の高さHtが120μmであったとき、頭部7Bの空隙率は41%であり、本体部7Aの空隙率は54%であることが、シミュレーションの結果わかった。なお、第2プレート5の代わりに、押圧用の治具を用いて曲面部7Rを押圧して平面部7Fを形成した場合でも、上記と同様に頭部7Bの空隙率が本体部7Aの空隙率よりも小さくなることがわかった。
By the way, when the
したがって、逆に、頭部7Bの空隙率が本体部7Aの空隙率よりも小さければ、第1プレート4に支柱7を形成する一次工程を行った後、曲面部7Rの一部を第1プレート4とは反対側から第1プレート4側に押圧して頭部7Bを潰したこと、つまり、押圧によって曲面部7Rの一部を加工して頭部7Bに平面部7Fを形成したことが言える。このように押圧加工によって平面部7Fを形成することにより、平面部7Fを容易に形成して、平面部7Fを有する支柱7を容易に実現することができる。
Therefore, conversely, if the porosity of the
(8.ベーパーチャンバーの他の構成)
本実施形態のベーパーチャンバー1は、図1等の構成には限定されない。図10は、ベーパーチャンバー1の他の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、第1プレート4は平板で形成され、第2プレート5は+Z方向に凹む凹部5aを有していてもよい。つまり、筐体1aは、平板の第1プレート4と凹形状の第2プレート5とを端部でつなぎ合わせて形成されてもよい。
(8. Other configurations of vapor chamber)
The
この構成では、筐体1aにおいて、支柱7は第2プレート5の凹部5a内に位置する。そして、支柱7のZ方向の高さは、第2プレート5の凹部5aのZ方向の深さと一致する。このようなベーパーチャンバー1においても、支柱7の頭部7Bに平面部7Fを形成する図4の構成を適用することができる。これにより、一次工程において、支柱7の高さHtを高精度で管理することなく、ベーパーチャンバー1の生産性を向上させることができるなど、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
In this configuration, in the
図11は、本実施形態のベーパーチャンバー1のさらに他の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、第1プレート4は-Z方向に凹む凹部4aを有し、かつ、第2プレート5は+Z方向に凹む凹部5aを有していてもよい。つまり、第1プレート4および第2プレート5が両方とも凹形状で形成されてもよい。そして、凹形状の第1プレート4と凹形状の第2プレート5とを端部でつなぎ合わせて筐体1aを形成するとともに、凹部4aと凹部5aとで筐体1aの空間1bを形成してもよい。
FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing still another configuration of the
この構成では、筐体1aにおいて、支柱7は第1プレート4の凹部4aと第2プレート5の凹部5aとの両方にわたって位置する。そして、支柱7のZ方向の高さは、第1プレート4の凹部4aのZ方向の深さと、第2プレート5の凹部5aのZ方向の深さとの和に一致する。このようなベーパーチャンバー1においても、支柱7の頭部7Bに平面部7Fを形成する図4の構成を適用することができる。これにより、一次工程において、支柱7の高さHtを高精度で管理することなく、ベーパーチャンバー1の生産性を向上させることができるなど、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
In this configuration, in the
図12は、本実施形態のベーパーチャンバー1のさらに他の構成を模式的に示す断面図である。同図に示すように、ベーパーチャンバー1は、筐体1a内に、ウィック材3をさらに有してもよい。ウィック材3は、シート状に形成され、第1プレート4における+Z方向側の面1c上に位置する。つまり、ベーパーチャンバー1は、ウィック材3をさらに有し、ウィック材3は、第1プレート4において第2プレート5と対向する面1c上に位置する。ウィック材3の厚みは、例えば0.02mm以下である。ウィック材3は、例えば銅の焼結体からなる多孔質のウィック構造を有する。面1cは、ここでは第1凹部4aの内側の底面である。
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing still another configuration of the
なお、ウィック材3は、毛細管現象によって作動媒体2を内部で輸送できる構造であればよい。したがって、ウィック材3には、上記した多孔質のウィック構造(焼結ウィック)のほか、金属メッシュからなるメッシュウィック、溝構造を有するグルーブウィックなども含まれる。
The
図12の構成では、筐体1a内で、作動媒体2が支柱7のみならず、シート状のウィック材3の内部を毛細管現象によって流れる。これにより、筐体1a内での作動媒体2の移動による熱の輸送効率をさらに向上させることができる。
In the configuration of FIG. 12, the working
特に、ウィック材3は、ウィック構造を有する。これにより、ウィック材3を、ウィック構造を有する支柱7と一体的に形成することができる。したがって、支柱7とウィック材3とを備えるベーパーチャンバー1を容易に製造することができる。
In particular, the
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。また、上記実施形態やその変形例は適宜任意に組み合わせることができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist of the invention. Further, the above-described embodiment and its modifications can be arbitrarily combined.
本発明の熱伝導部材は、例えば電子機器に搭載される基板または電子部品の放熱用の部材として利用可能である。 The heat conductive member of the present invention can be used, for example, as a member for heat dissipation of a substrate or an electronic component mounted on an electronic device.
1 ベーパーチャンバー(熱伝導部材)
1a 筐体
1b 空間
1c 内面
2 作動媒体
3 ウィック材
4 第1プレート
4a 凹部
5 第2プレート
5a 凹部
7 支柱
7A 本体部
7B 頭部
7F 平面部
7R 曲面部
1 Vapor chamber (heat conductive member)
Claims (7)
前記筐体内に位置する少なくとも1つの支柱と、を備える熱伝導部材であって、
前記筐体は、対向して配置される第1プレートおよび第2プレートを有し、
前記第1プレートおよび前記第2プレートの少なくとも一方は、凹部を有し、
前記支柱は、前記凹部内に位置し、
前記支柱は、
前記第1プレートと接触する本体部と、
前記本体部に対して前記第1プレートとは反対側に位置する頭部と、を有し、
前記頭部は、
前記第2プレートと対向する平面部と、
前記平面部とつながる曲面部と、を有する、熱伝導部材。 A housing that houses the working medium and has a space inside,
A heat conductive member comprising at least one support column located in the housing.
The housing has a first plate and a second plate arranged opposite to each other.
At least one of the first plate and the second plate has a recess and has a recess.
The strut is located in the recess and
The support is
The main body in contact with the first plate and
It has a head located on the opposite side of the first plate with respect to the main body portion, and has.
The head is
A flat surface portion facing the second plate and
A heat conductive member having a curved surface portion connected to the flat surface portion.
前記支柱の前記頭部の空隙率は、前記本体部の空隙率よりも小さい、請求項1に記載の熱伝導部材。 The column has a porous wick structure and has a porous wick structure.
The heat conductive member according to claim 1, wherein the porosity of the head of the column is smaller than the porosity of the main body.
前記ウィック材は、前記第1プレートにおいて前記第2プレートと対向する面上に位置する、請求項2に記載の熱伝導部材。 Has more wick material,
The heat conductive member according to claim 2, wherein the wick material is located on a surface of the first plate facing the second plate.
前記支柱の本体部に対して前記第1プレートとは反対側に位置する頭部の曲面部の一部を加工して、平面部を形成する平面部形成工程と、
前記平面部と対向して前記第2プレートを配置して、前記第2プレートと前記第1プレートとをつなぎ合わせて、前記凹部内に前記支柱を位置させる接合工程と、を含む、熱伝導部材の製造方法。 A strut forming step of forming a strut on the first plate using a first plate and a second plate having at least one recess.
A flat surface forming step of forming a flat surface portion by processing a part of the curved surface portion of the head located on the opposite side of the first plate to the main body portion of the support column.
A heat conductive member comprising a joining step of arranging the second plate facing the flat surface portion, connecting the second plate and the first plate, and locating the support column in the recess. Manufacturing method.
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2020
- 2020-07-03 JP JP2020115783A patent/JP2022013309A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023163200A1 (en) * | 2022-02-28 | 2023-08-31 | 古河電気工業株式会社 | Vapor chamber |
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