JP2613743B2 - ヒートパイプ式ヒートシンクの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷却ブロックと、放熱
フィンを有するヒートパイプとを備えたヒートパイプ式
ヒートシンクの製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来技術及びその問題点】図１０は従来一般のヒート
パイプ式ヒートシンクの要部拡大斜視図である。図１０
に示す構成のヒートシンクでは、冷却ブロック１に形成
した通路１１に、放熱フィン３を有するヒートパイプ２
が嵌挿されており、冷却ブロック１とヒートパイプ２と
は、はんだ付け又はろう付けにより、或は溶接により、
接合されている。

【０００３】しかし、上記構成のヒートシンクでは、ヒ
ートパイプ２の外周面と冷却ブロック１の通路１１の内
周面とを密に接触させるのが困難であるため、接触熱抵
抗が大きく、熱交換効率が低かった。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、熱交換効率を向上できるヒー
トパイプ式ヒートシンクを製造する方法を提供すること
を目的とする。

【０００５】

【０００６】

【目的を達成するための手段】本発明のヒートパイプ式
ヒートシンクの製造方法は、冷却ブロックと、放熱フィ
ンを有するヒートパイプとを備えたヒートパイプ式ヒー
トシンクを製造する方法において、ヒートパイプは銅又
はアルミニウムでできており、ヒートパイプの一端の外
周面を、溶融状態にあるアルミニウム用のはんだ又はろ
う材の中に浸漬し、超音波振動を加えて上記外周面に上
記はんだ又はろう材を付着させ、ヒートパイプの上記一
端に、耐熱性の多孔質材料からなる中子の一端を嵌挿
し、ヒートパイプの上記はんだ又はろう材の付着部分及
び中子に、鋳造作業によってアルミニウム溶湯を接触さ
せることによって、上記付着部分及び中子をアルミニウ
ムで鋳くるんでなる冷却ブロックを形成し、上記中子を
冷却ブロック内から取出すことによって、冷却ブロック
内にヒートパイプに連通した通路を形成したことを特徴
としている。

【０００７】本発明の別のヒートパイプ式ヒートシンク
の製造方法は、冷却ブロックと、放熱フィンを有するヒ
ートパイプとを備えたヒートパイプ式ヒートシンクを製
造する方法において、ヒートパイプは、アルミニウム及
び銅を除く金属でできており、ヒートパイプの一端の外
周面に、予め、銅、アルミニウム、亜鉛、鉛、ケイ素、
カドミウム、スズ、及びこれらの１種以上を主成分とす
る合金、の内から任意に選択した金属からなるめっきを
施しておき、このめっき部分を、溶融状態にあるアルミ
ニウム用のはんだ又はろう材の中に浸漬し、超音波振動
を加えて上記めっき部分に上記はんだ又はろう材を付着
させ、ヒートパイプの上記一端に、耐熱性の多孔質材料
からなる中子の一端を嵌挿し、ヒートパイプの上記はん
だ又はろう材の付着部分及び中子に、鋳造作業によって
アルミニウム溶湯を接触させることによって、上記付着
部分及び中子をアルミニウムで鋳くるんでなる冷却ブロ
ックを形成し、上記中子を冷却ブロック内から取出すこ
とによって、冷却ブロック内にヒートパイプに連通した
通路を形成したことを特徴としている。

【０００８】

【０００９】

【作用】請求項１記載のヒートシンクの製造方法におい
ては、ヒートパイプの一端の外周面は、アルミニウム用
のはんだ又はろう材の中にあるために酸化が阻止され、
活性な状態を維持する。そのため、上記一端の外周面に
対して上記はんだ又はろう材の「ぬれ」が生じ、上記一
端の外周面には、上記はんだ又はろう材が強固に付着し
て上記はんだ又はろう材からなるめっき層が形成され
る。このめっき層は、アルミニウム溶湯に接すると、直
ちに溶解してアルミニウム溶湯中に拡散し消失する。こ
れにより、上記一端の外周面とアルミニウム溶湯とは直
接に「ぬれ」を生じ、上記一端の外周面と冷却ブロック
とは密に接合されることとなる。

【００１０】請求項２記載のヒートシンクの製造方法に
おいては、溶融状態にあるアルミニウム用のはんだ又は
ろう材の中にて、ヒートパイプの一端の外周面に予め形
成しためっき部分に、金属間化合物及び酸化物からなる
層が形成される。即ち、めっき部分の形成された上記一
端の外周面は、上記はんだ又はろう材の中において、酸
化が阻止される。超音波振動に伴なうキャビテーション
によって上記めっき部分が剥離していき、それにつれ
て、活性な上記一端の外周面が露出し、この外周面に対
して上記はんだ又はろう材の「ぬれ」が生じ、上記一端
の外周面には、上記はんだ又はろう材の成分とヒートパ
イプの成分とからなる化合物層が形成されるとともに、
その化合物層を介して上記はんだ又はろう材が強固に付
着し、上記はんだ又はろう材からなるめっき層が形成さ
れる。このめっき層は、アルミニウム溶湯に接すると、
直ちに溶解してアルミニウム溶湯中に拡散し消失する。
これにより、上記一端の外周面とアルミニウム溶湯とは
直接に「ぬれ」を生じ、上記一端の外周面と冷却ブロッ
クとは密に接合されることとなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。 （実施例１）図１は本実施例のヒートパイプ式ヒートシ
ンクを示す斜視図、図２は図１のII−II断面図である。
図において、１は冷却ブロック、２はヒートパイプ、３
は放熱フィンである。冷却ブロック１はアルミニウム鋳
物製であり、ヒートパイプ２及び放熱フィン３は銅製又
はアルミニウム製である。

【００１２】冷却ブロック１は通路１１を有しており、
通路１１の入口１１ａにはヒートパイプ２の一端２１が
接合しており、ヒートパイプ２と通路１１とは連通して
いる。一端２１は図２中のＸ部分であり、一端２１の外
周面と入口１１ａの壁面とが密に接合している。放熱フ
ィン３は多数枚がヒートパイプ２に直交して並設されて
いる。通路１１の、入口１１ａ以外の壁面１１ｂは、微
小な凹凸を多数有している。

【００１３】次に、上記構成のヒートシンクの製造方法
について説明する。まず、ヒートパイプ２の一端２１
を、図３に示すように、溶融状態にあるアルミニウム用
はんだ４中に浸漬し、超音波振動を適切なホーンを通じ
てヒートパイプ２又は浴７に加える。はんだ４として
は、例えば、９５％Ｚｎ−５％Ａｌを用いる。なお、は
んだ４の代わりにアルミニウム用ろう材を用いてもよ
い。超音波振動は、周波数１８ＫＨｚのものを出力５０
０Ｗで８秒間加えた。浴温度は４２０℃程度とした。こ
の際、次のような反応が生じると考えられる。即ち、ヒ
ートパイプ２の一端２１外周面は、はんだ４中にあるた
めに酸化が阻止され、活性な状態を維持する。そのた
め、一端２１外周面に対してはんだ４の「ぬれ」が生
じ、一端２１外周面には、図４に示すように、はんだ４
が強固に付着してはんだめっき層６が形成される。

【００１４】次に、図４に示すように、ヒートパイプ２
の一端２１内に、中子１０の一端１０１を嵌挿させる。
中子１０は、ヒートパイプ２に連通する通路１１と同じ
形状を有しており、耐熱性の多孔性材料でできている。
耐熱性の多孔性材料としては、例えば、珪砂に所定のバ
インダーを加えて混合し焼き固めてなるものが用いられ
る。所定のバインダーとしては、ベントナイト、石炭
粉、デンプン等の、有機物又は無機物が挙げられる。ま
た、中子１０として、所謂セラミック中子を用いてもよ
い。

【００１５】次に、図４の状態にあるヒートパイプ２の
一端２１及び中子１０を、図５に示すように、鋳型８内
に設置し、鋳型８内に７００℃程度のアルミニウム溶湯
９を注入し、アルミニウム鋳物である冷却ブロック１
（図６）を形成する。この工程において、はんだめっき
層６は、アルミニウム溶湯９に接すると、直ちに溶解し
てアルミニウム溶湯９中に拡散し消失する。これによ
り、はんだめっき層６が形成されていた一端２１外周面
とアルミニウム溶湯９との間には直接に「ぬれ」が生じ
ることとなり、冷却ブロック１はヒートパイプ２との間
に隙間を生じることなく形成される。即ち、冷却ブロッ
ク１の通路１１の入口１１ａとヒートパイプ２の一端２
１とは、密に接合される。

【００１６】次に、中子１０を、図６の状態の冷却ブロ
ック１内から取出す。例えば、中子１０を、予め複数の
分割体からなるものとして構成しておき、冷却ブロック
１を形成した後に、冷却ブロック１内で分割し、ヒート
パイプ２を通して外に取出す。中子１０は多孔性材料か
らなっているので、その表面には微孔が散在している。
従って、中子１０を取出した後の、通路１１の壁面１１
ｂ（図２）には中子１０の微孔に対応した微小な凹凸が
散在している。

【００１７】その後、バリ取り等の適当な機械加工を行
なって仕上げる。なお、放熱フィン３は、冷却ブロック
１を形成する前にヒートパイプ２に取付けてもよく、冷
却ブロック１を形成した後に取付けてもよい。

【００１８】以上のように、上記製造方法によれば、ヒ
ートパイプ２の一端２１外周面に、超音波振動を利用し
てはんだめっき層６を形成し、これにアルミニウム溶湯
９を接触させるようにしたので、一端２１外周面に隙間
なく即ち密に接合した冷却ブロック１を形成することが
できる。従って、得られたヒートシンクにおいては、ヒ
ートパイプ２と冷却ブロック１との接合部を通して作動
液が消失することはなく、作動液が冷却ブロック１に直
接接触するので、熱交換効率を向上できる。

【００１９】また、上記製造方法によれば、中子１０を
利用して冷却ブロック１内の通路１１を形成するように
したので、通路１１の壁面１１ｂを多数の微小な凹凸を
有するものにできる。従って、得られたヒートシンクに
おいては、通路１１の壁面１１ｂにおいてウィックの毛
細管作用に類似の効果を発揮でき、熱交換効率を向上で
きる。

【００２０】（実施例２）本実施例のヒートパイプ式ヒ
ートシンクは、ヒートパイプ２の材質が銅及びアルミニ
ウムを除く金属である点が、実施例１と異なっている。
その金属としては、例えば、チタンが用いられる。

【００２１】次に、本実施例のヒートシンクの製造方法
について説明する。まず、ヒートパイプ２の一端２１の
外周面に、図７に示すように、２μｍ程度の厚さの銅め
っき層３を形成する。この銅めっき層３を形成するため
のめっき処理は、通常の電気めっき法により行なうこと
ができるが、例えば、次の又はに示す前処理を行な
った後に施すのが好ましい。即ち、一端２１を、ギ
酸、酢酸、又はこれらの塩の内の、少なくとも１種を含
有した電解浴中で、１０〜３００Ｖの電圧で陽極酸化処
理する、一端２１を、フッ化物塩と、カルボン酸又は
カルボン酸塩と、カリウムイオンとを含み、且つｐＨが
３．５〜７．０の範囲にある水溶液中に浸漬し、一端２
１外周面に、微小ピットと、一端２１外周面の酸化を防
止するとともにめっき液中で消失する膜とを形成する。
なお、においては、水溶液中に過酸化水素水を添加し
てもよい。

【００２２】次に、一端２１の銅めっき層３の部分を、
図８に示すように、溶融状態にあるアルミニウム用はん
だ４中に浸漬し、超音波振動を適切なホーンを通じてヒ
ートパイプ２又は浴７に加える。はんだ４の材料及び超
音波振動の条件は実施例１の場合と同じである。この
際、次のような反応が生じると考えられる。銅めっき層
３とはんだ４との界面においては、金属間化合物及び酸
化物からなる層が形成される。即ち、一端２１外周面
は、はんだ４中において、酸化が阻止される。超音波振
動に伴なうキャビテーションによって銅めっき層３が剥
離していき、それにつれて、活性な一端２１外周面が露
出し、この一端２１外周面に対してはんだ４の「ぬれ」
が生じ、一端２１外周面には、図９中の拡大断面図に示
すように、はんだ４の成分とヒートパイプ２の成分とか
らなる化合物層５が形成されるとともに、その化合物層
５を介してはんだ４が強固に接合してはんだめっき層６
が形成される。

【００２３】次に、図９に示すように、ヒートパイプ２
の一端２１内に、中子１０の一端１０１を嵌挿させる。
中子１０は実施例１と同じものを用いている。

【００２４】次に、図９の状態にあるヒートパイプ２の
一端２１及び中子１０を、図５に示す場合と同様に処理
して、冷却ブロック１を形成する。この工程により、実
施例１の場合と同様に、冷却ブロック１の通路１１の入
口１１ａとヒートパイプ２の一端２１とが、密に接合さ
れる。

【００２５】次に、中子１０を、実施例１の場合と同様
に、冷却ブロック１内から取出す。その後、バリ取り等
の適当な機械加工を行なって仕上げる。なお、放熱フィ
ン３は、冷却ブロック１の形成前又は形成後の、いずれ
において取付けてもよい。

【００２６】本実施例の製造方法によっても、実施例１
の製造方法と同様に、一端２１外周面に隙間なく即ち密
に接合した冷却ブロック１を形成することができる。従
って、得られたヒートシンクにおいても、実施例１のヒ
ートシンクと同様に、作動液の消失はなく、作動液が冷
却ブロック１に直接接触するので、熱交換効率を向上で
きる。

【００２７】また、本実施例の製造方法によっても、実
施例１の製造方法と同様に、通路１１の壁面１１ｂを多
数の微小な凹凸を有するものにできる。従って、得られ
たヒートシンクにおいても、通路１１の壁面１１ｂにお
いてウィックの毛細管作用に類似の効果を発揮でき、熱
交換効率を向上できる。

【００２８】なお、本実施例においては、銅めっき層３
の代わりに、アルミニウム、亜鉛、鉛、ケイ素、カドミ
ウム、スズ、及びこれらの１種以上を主成分とする合
金、の内から任意に選択した金属からなるめっき層を形
成してもよい。

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【発明の効果】（１）請求項１記載のヒートシンクの製
造方法によれば、ヒートパイプ２の一端２１外周面に隙
間なく即ち密に接合した冷却ブロック１を形成すること
ができ、また、通路１１の壁面１１ｂを多数の微小な凹
凸を有するものにできる。従って、熱交換効率を向上で
きるヒートパイプ式ヒートシンクを得ることができる。

【００３２】（２）請求項２記載のヒートシンクの製造
方法によっても、ヒートパイプ２の一端２１外周面に隙
間なく即ち密に接合した冷却ブロック１を形成すること
ができ、また、通路１１の壁面１１ｂを多数の微小な凹
凸を有するものにできる。従って、熱交換効率を向上で
きるヒートパイプ式ヒートシンクを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１、２のヒートパイプ式ヒートシンク
を示す斜視図である。

【図２】 図１のII−II断面図である。

【図３】 実施例１の製造方法の一工程を示す断面図で
ある。

【図４】 実施例１の製造方法の一工程を示す部分断面
図である。

【図５】 実施例１の製造方法の一工程を示す断面図で
ある。

【図６】 実施例１の製造方法の一工程を示す部分断面
図である。

【図７】 実施例２の製造方法の一工程を示す側面図で
ある。

【図８】 実施例２の製造方法の一工程を示す断面図で
ある。

【図９】 実施例２の製造方法の一工程を示す部分断面
図である。

【図１０】 従来一般のヒートパイプ式ヒートシンクを
示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 冷却ブロック ２ ヒートパイプ ２１ （ヒートパイプの）一端 ３ 放熱フィン ４ （アルミニウム用）はんだ ６ はんだめっき層 １０ 中子 １０１ （中子の）一端 １１ 通路 １１ａ （通路の）入口 １１ｂ （通路の）壁面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平６−14764（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−83993（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却ブロックと、放熱フィンを有するヒ
   ートパイプとを備えたヒートパイプ式ヒートシンクを製
   造する方法において、 ヒートパイプは銅又はアルミニウムでできており、 ヒートパイプの一端の外周面を、溶融状態にあるアルミ
   ニウム用のはんだ又はろう材の中に浸漬し、超音波振動
   を加えて上記外周面に上記はんだ又はろう材を付着さ
   せ、 ヒートパイプの上記一端に、耐熱性の多孔質材料からな
   る中子の一端を嵌挿し、 ヒートパイプの上記はんだ又はろう材の付着部分及び中
   子に、鋳造作業によってアルミニウム溶湯を接触させる
   ことによって、上記付着部分及び中子をアルミニウムで
   鋳くるんでなる冷却ブロックを形成し、 上記中子を冷却ブロック内から取出すことによって、冷
   却ブロック内にヒートパイプに連通した通路を形成した
   ことを特徴とするヒートパイプ式ヒートシンクの製造方
   法。
2. 【請求項２】 冷却ブロックと、放熱フィンを有するヒ
   ートパイプとを備えたヒートパイプ式ヒートシンクを製
   造する方法において、 ヒートパイプは、アルミニウム及び銅を除く金属ででき
   ており、 ヒートパイプの一端の外周面に、予め、銅、アルミニウ
   ム、亜鉛、鉛、ケイ素、カドミウム、スズ、及びこれら
   の１種以上を主成分とする合金、の内から任意に選択し
   た金属からなるめっきを施しておき、 このめっき部分を、溶融状態にあるアルミニウム用のは
   んだ又はろう材の中に浸漬し、超音波振動を加えて上記
   めっき部分に上記はんだ又はろう材を付着させ、 ヒートパイプの上記一端に、耐熱性の多孔質材料からな
   る中子の一端を嵌挿し、 ヒートパイプの上記はんだ又はろう材の付着部分及び中
   子に、鋳造作業によってアルミニウム溶湯を接触させる
   ことによって、上記付着部分及び中子をアルミニウムで
   鋳くるんでなる冷却ブロックを形成し、 上記中子を冷却ブロック内から取出すことによって、冷
   却ブロック内にヒートパイプに連通した通路を形成した
   ことを特徴とするヒートパイプ式ヒートシンクの製造方
   法。