JP6311279B2 - Heat dissipation member, manufacturing method thereof, and structure using heat dissipation member - Google Patents
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本発明は、放熱部材と構造体に係り、特に作動液の蒸発と凝縮を応用したヒートパイプに使用可能な放熱部材と構造体、および、放熱部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a heat radiating member and a structure, and more particularly to a heat radiating member and a structure that can be used for a heat pipe to which evaporation and condensation of hydraulic fluid are applied, and a method for manufacturing the heat radiating member.
ヒートパイプは、作動液が高温部で蒸発(潜熱の吸収)し、低温部で凝縮(潜熱の放出)してヒートパイプ内を循環することにより、高温部から低温部への熱移動が生じるものである。このような作動液の気化(潜熱の吸収)と凝縮(潜熱の放出)を放熱や熱輸送に利用して、ヒートパイプはCPU等のデバイスの冷却等、種々の用途に使用されている。
このようなヒートパイプでは、作動液の効率的な循環が重要であり、凝縮した作動液を低温部で滞留させることなくヒートパイプ内の高温部に速やかに分散させるために、例えば、ヒートパイプの内壁面に沿って線条体を配置(特許文献1)したり、ヒートパイプの内壁面を粗化(特許文献2)することが提案されている。
一方、PCやスマートフォンに代表される携帯機器は、年々高機能化され、電子部品からの発熱量が増大傾向にある。特に、携帯機器を動作させるメインの半導体素子は、高機能化に伴って高集積化され、発熱量が増大している。また、電子機器の動作に必要な電力量も増加傾向にあり、電池からの発熱量も増大している。
A heat pipe is a fluid that evaporates (absorbs latent heat) in the high-temperature part, condenses (releases latent heat) in the low-temperature part, and circulates in the heat pipe, causing heat transfer from the high-temperature part to the low-temperature part. It is. Utilizing such vaporization (absorption of latent heat) and condensation (release of latent heat) of hydraulic fluid for heat dissipation and heat transport, heat pipes are used for various purposes such as cooling of devices such as CPUs.
In such a heat pipe, efficient circulation of the hydraulic fluid is important, and in order to disperse the condensed hydraulic fluid quickly in the high temperature part in the heat pipe without stagnation in the low temperature part, for example, It has been proposed to arrange the linear body along the inner wall surface (Patent Document 1) or to roughen the inner wall surface of the heat pipe (Patent Document 2).
On the other hand, portable devices typified by PCs and smartphones are becoming more sophisticated year by year, and the amount of heat generated from electronic components tends to increase. In particular, main semiconductor elements that operate portable devices are highly integrated with increasing functionality, and the amount of heat generated is increased. In addition, the amount of electric power required for the operation of the electronic device is also increasing, and the amount of heat generated from the battery is also increasing.
しかし、特許文献1に開示されているヒートパイプは、作動液の一部が線条体を乗り越えて筋状に流下し、液膜状に拡がらず、これにより作動液が蒸発する面積が狭くなるという問題があった。また、特許文献2に開示されているヒートパイプでも、粗化が大きくなった場合、作動液の戻りが遅くなり、かえって作動液の循環効率が低下して熱交換が阻害されるという問題があった。また、特許文献1や特許文献2に開示されている構造のヒートパイプは、PCやスマートフォン等の携帯機器に使用するための薄型化が困難であるという問題もあった。
本発明は上述のような実情に鑑みてなされたものであり、作動液の蒸発、凝縮による循環が良好であるヒートパイプを可能とする放熱部材とその製造方法および構造体を提供することを目的とする。
However, in the heat pipe disclosed in Patent Document 1, a part of the hydraulic fluid passes over the striatum and flows down in a streak shape, and does not spread into a liquid film, thereby narrowing the area where the hydraulic fluid evaporates. There was a problem of becoming. Further, even in the heat pipe disclosed in Patent Document 2, when the roughening becomes large, there is a problem that the return of the hydraulic fluid is delayed, and the circulation efficiency of the hydraulic fluid is lowered, and heat exchange is hindered. It was. Moreover, the heat pipe of the structure currently disclosed by patent document 1 and patent document 2 also had the problem that thickness reduction for using for portable apparatuses, such as PC and a smart phone, was difficult.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a heat radiating member, a manufacturing method thereof, and a structure that enable a heat pipe having good circulation due to evaporation and condensation of hydraulic fluid. And
このような課題を解決するために、本発明の放熱部材は、基材と、該基材を貫通する少なくとも1個の貫通孔とを有し、前記貫通孔内の内壁が粗面化されており、前記貫通孔の開口部の平面視形状は、扇形の円弧部分に内側に屈曲する部位が2箇所以上存在する形状であるような構成とした。 To solve such problems, the heat radiation member of the present invention comprises a substrate, and at least one through-hole penetrating the base material, the inner wall of the pre-Symbol through-holes are roughened and has a plan view shape of the opening of the through hole was to be such a structure in a shape portion which is bent inwardly in an arcuate portion of the sector is present two or more locations.
本発明の他の態様として、複数の前記貫通孔が、前記開口部の平面視形状の向きを180°交互に変えながら配列されているような構成とした。
本発明の他の態様として、粗面化されている前記内壁は、表面粗さRaが1〜3μmの範囲であるような構成とした。
本発明の他の態様として、粗面化されている前記内壁は、表面積比が1.5〜2.5の範囲であるような構成とした。
本発明の他の態様として、前記基材は、前記内壁が前記貫通孔内へ突出する突出部を有するような構成とした。
Another aspect of the present invention, a plurality of the through holes was the direction a so that is arranged by changing the 180 ° alternating structure of the plan view shape of the opening.
As another aspect of the present invention, the roughened inner wall has a configuration in which the surface roughness Ra is in the range of 1 to 3 μm.
As another aspect of the present invention, the roughened inner wall has a surface area ratio in the range of 1.5 to 2.5.
Another aspect of the present invention, the base material, the inner wall is configured so as to have a protrusion protruding into said through hole.
本発明の放熱部材の製造方法は、扇形の円弧部分に内側に屈曲する部位が2箇所以上存在する平面視形状の開口部を有するレジスト層を基材の両面に形成する工程と、前記レジスト層を介して前記基材を両面からエッチングして貫通孔を形成する工程と、前記レジスト層を残した状態で前記貫通孔内に露出している前記基材の内壁に粗面化処理を施す工程と、前記レジスト層を除去する工程と、を有するような構成とした。 The method for manufacturing a heat radiating member of the present invention includes a step of forming a resist layer having openings in a planar view in which two or more portions bent inwardly exist in a fan-shaped arc portion on both surfaces of the substrate, and the resist layer Etching the base material from both sides via a step, forming a through hole, and applying a roughening treatment to the inner wall of the base material exposed in the through hole with the resist layer left And a step of removing the resist layer.
本発明の他の態様として、前記基材を介して対向する前記開口部の平面視形状が一致するように前記レジスト層を形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、複数の前記貫通孔が前記開口部の平面視形状の向きを180°交互に変えながら配列されるように前記レジスト層を形成するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記粗面化処理は、前記内壁の表面粗さRaが1〜3μmの範囲、表面積比が1.5〜2.5の範囲となるように施すような構成とした。
Another aspect of the present invention, has a configuration so as to form the resist layer as the plan view shape of the opening that faces through the substrate coincident.
Another aspect of the present invention, a plurality of the through hole is configured so as to form the resist layer so that are arranged while changing the direction of the plan view shape of the opening in the 180 ° turn.
As another aspect of the present invention, the roughening treatment is performed so that the surface roughness Ra of the inner wall is in the range of 1 to 3 μm and the surface area ratio is in the range of 1.5 to 2.5. did.
本発明の構造体は、上述の本発明の放熱部材を、前記貫通孔の位置が一致するように複数積層してなり積層方向に沿った内部空間を有する本体と、該本体において前記内部空間の開口部が露出する二方の端面に、前記内部空間を密封するようにそれぞれ配設されたカバー部材と、を備えるような構成とした。 The structure of the present invention includes a main body having an internal space along the stacking direction in which a plurality of the heat dissipation members of the present invention described above are stacked so that the positions of the through holes coincide with each other. Cover members respectively disposed so as to seal the internal space are provided on the two end faces where the openings are exposed.
本発明の他の態様として、前記カバー部材の一方は、放冷用フィンを有するような構成とした。
本発明の他の態様として、前記放熱部材は複数の貫通孔を有し、前記カバー部材の少なくとも一方は、前記本体の複数の前記内部空間を連通するための流路を前記本体との当接面側に有するような構成とした。
As another aspect of the present invention, one of the cover members is configured to have a cooling fin.
As another aspect of the present invention, the heat radiating member has a plurality of through holes, and at least one of the cover members has a flow path for communicating the plurality of internal spaces of the main body with the main body. It was set as the structure which has in the surface side.
本発明の放熱部材は、貫通孔内の基材の内壁が粗面化されているとともに、貫通孔の開口部の平面視形状は内側に屈曲する部位を2箇所以上有しているので、内壁における作動液の適度な滞留、広がりが可能となり、これにより放熱部材を使用して作製するヒートパイプ等において、作動液の蒸発、凝縮による良好な循環が得られる。
本発明の構造体は、内部に存在する密閉空間に作動液を封入することにより、蒸発、凝縮による作動液の良好な循環が得られ、放熱や熱輸送を効率的に行えるヒートパイプ等として機能することができる。また、本体を構成する放熱部材の寸法、形状、積層数の設定により、薄型の構造体が可能であり、PCやスマートフォン等の携帯機器においてヒートパイプとして使用することが可能である。
本発明の放熱部材の製造方法は、開口形状が内側に屈曲する部位を2箇所以上有しているような貫通孔を基材に形成し、また、内壁を粗面化しながらも、基材の他の部位には粗面化処理が施されないので、放熱部材を拡散接合で積層する際に、良好な接合性が得られる。
In the heat radiating member of the present invention, the inner wall of the base material in the through hole is roughened, and the plan view shape of the opening of the through hole has two or more portions bent inward. Therefore, in the heat pipe or the like manufactured using the heat radiating member, good circulation by evaporation and condensation of the working fluid can be obtained.
The structure of the present invention functions as a heat pipe or the like capable of efficiently radiating heat and transporting heat by encapsulating the working fluid in a sealed space present inside, thereby obtaining good circulation of the working fluid by evaporation and condensation. can do. Further, a thin structure can be formed by setting the size, shape, and number of layers of the heat dissipating member constituting the main body, and it can be used as a heat pipe in a portable device such as a PC or a smartphone.
The manufacturing method of the heat radiating member of the present invention forms through holes in the base material such that the opening shape has two or more portions bent inward, and the inner wall is roughened while the inner wall is roughened. Since the other parts are not roughened, good bonding properties can be obtained when the heat dissipation member is laminated by diffusion bonding.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
尚、図面は模式的または概念的なものであり、各部材の寸法、部材間の大きさの比等は、必ずしも現実のものと同一とは限らず、また、同じ部材等を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比が異なって表される場合もある。
[放熱部材]
図1は、本発明の放熱部材の一実施形態を説明するための平面図であり、図2は、図1に示される放熱部材のI−I線における縦断面図である。図1および図2において、放熱部材11は、基材12と、この基材12を貫通する貫通孔14と、を有し、基材12は貫通孔14内の内壁12′が粗面化されており、貫通孔14の開口部の平面視形状は内側に屈曲する部位15を2箇所以上(図示例では4箇所)有している。尚、基材12を貫通する貫通孔14は、図示例では、1個であるが、2個以上の貫通孔14を備えるものであってよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that the drawings are schematic or conceptual, and the dimensions of each member, the ratio of sizes between the members, etc. are not necessarily the same as the actual ones, and represent the same members. However, in some cases, the dimensions and ratios may be different depending on the drawing.
[Heat dissipation member]
FIG. 1 is a plan view for explaining an embodiment of a heat radiating member of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view taken along line II of the heat radiating member shown in FIG. 1 and 2, the
放熱部材11を構成する基材12は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、真鍮、ニッケル、ニッケル合金、クロム合金、ステンレス鋼等の材質であってよく、熱伝導の点から特に銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等のいずれかであることが好ましい。この基材12の厚みは、放熱部材11を使用して作製する構造体、ヒートパイプ等の構造、使用する材質の強度、熱伝導率等を考慮して設定することができ、例えば、50〜500μmの範囲で適宜設定することができる。
基材12における貫通孔14内の内壁12′の粗面の状態は、表面粗さRaが1〜3μmの範囲にあることが好ましい。表面粗さRaは、接触式の表面粗さ計や、光干渉式の3次元形状測定器を用いて測定することができる。表面粗さRaが1μm未満であると、内壁12′を粗面とする効果が奏されず、表面粗さRaが3μmを超えると、凝縮した作動液が貫通孔14内の内壁12′に必要以上に滞留して作動液の循環に悪影響が及ぶおそれがある。
The
The rough surface of the
また、基材12における貫通孔14内の内壁12′の粗面の状態は、表面積比が1.5〜2.5の範囲にあることが好ましい。表面積比は、見かけの面積に対する表面粗さの形状も含めた実測表面積の比であって、S−Ratioと呼ばれるパラメータであり、光干渉式の3次元形状測定器、例えば、菱化システム(株)製 バートスキャンR3300H Liteを用いて測定することができる。表面積比が1.5未満であると、内壁12′を粗面とする効果が奏されず、表面積比が2.5を超えると、凝縮した作動液が貫通孔14内の内壁12′に必要以上に滞留して作動液の循環に悪影響が及ぶおそれがある。
The rough surface of the
放熱部材11を構成する貫通孔14の開口部の平面視形状は、上述のように、4箇所に内側屈曲部位15を有するものである。このように、貫通孔14の開口部の平面視形状が、内側に屈曲する部位を2箇所以上有することにより、内側に屈曲する部位が存在しない場合に比べ、平面視形状の周長が増加し、貫通孔14内の基材12の内壁12′の面積が増大し、作動液の広がりがより容易となる。ここで、内側に屈曲する部位が存在しない場合の周長は、屈曲する部位を取り去った残りの部位で決定される単純な円形状、あるいは、直線を連結した形状における周長であり、例えば、図1に点線で示すような円形状の周長である。本発明では、内側屈曲部位15を有していない場合の貫通孔14の開口部における周長に対し、内側屈曲部位15を有する場合の貫通孔14の開口部における周長は、1.1倍以上、好ましくは1.6倍以上であることが好適である。
内側屈曲部位15を2箇所以上有する貫通孔14の開口部の平面視形状には、特に制限はなく、例えば、図3(A)に示すように、内側屈曲部位15が円周上の8箇所に均等に位置するような形状であってもよい。この例における内側屈曲部位15が存在しない場合の周長は、点線で示すような円形状の周長である。また、図3(B)のような扇形の円弧部分に内側屈曲部位15が位置するような形状であってよく、この例では、複数の貫通孔14が平面視形状の向きを180°交互に変えながら配列されている。この例における内側屈曲部位15が存在しない場合の周長は、図中の1個の貫通孔に点線で示すような扇形状の周長である。尚、図3では、基材12の内壁12′の粗面状態は省略している。
As described above, the plan view shape of the opening of the through
There is no particular limitation on the shape of the opening of the through
上記の例のように、放熱部材11が複数の貫通孔14を有する場合、貫通孔14の開口部の平面視形状は全て同じであってよく、また、放熱部材11における貫通孔14の配置等に応じて、貫通孔14の開口部の平面視形状が異なるように設定されたものであってもよい。
また、本発明では、図4に示されるように、基材12の貫通孔14内の壁面12′が、貫通孔14へ突出する突出部13を有するものであってもよい。図4(A)に示される放熱部材11′では、基材12の内壁12′が具備する突出部13のうち、貫通孔14に最も突出している先端13aの位置が、貫通孔14の深さ方向の中間にある。すなわち、貫通孔14の深さ方向において、先端13aから基材12の一方の面12aにおける開口部までの距離d1と、先端13aから基材12の他方の面12bにおける開口部までの距離d2が等しいものとなっている。また、本発明では、基材12の内壁12′が具備する突出部13の先端13aの位置は、貫通孔14の深さ方向の中間から外れるものであってもよい。すなわち、図4(B)に示される放熱部材11″では、先端13aから基材12の一方の面12aにおける開口部までの距離d1が、先端13aから基材12の他方の面12bにおける開口部までの距離d2よりも大きいものとなっている。また、図4(C)に示される放熱部材11″では、先端13aから基材12の一方の面12aにおける開口部までの距離d1が、先端13aから基材12の他方の面12bにおける開口部までの距離d2よりも小さいものとなっている。このように基材12の内壁12′が具備する突出部13の先端13aの位置を適宜設定することにより、作動液の滞留を制御することができる。尚、放熱部材11が複数の貫通孔14を有する場合、突出部13の先端13aの位置が全ての貫通孔において同じであってよく、また、放熱部材11における貫通孔14の配置等に応じて、突出部13の先端13aの位置が異なるものであってもよい。
When the
Moreover, in this invention, as FIG. 4 shows, the wall surface 12 'in the through-
このように基材12の内壁12′が貫通孔14へ突出するように突出部13を具備することにより、図4(A)に示されるように、貫通孔14の内部の突出部13の先端13aが存在する部位における開口寸法Wは、基材12の表面12aにおける貫通孔14の開口寸法Wa、基材12の表面12bにおける貫通孔の開口寸法Wbよりも小さいものとなっている。貫通孔14の開口寸法Wa,Wbは、放熱部材11を使用して作製する構造体、ヒートパイプ等の構造、使用する作動液、基材12の材質の強度、熱伝導率等を考慮して設定することができ、例えば、50μm〜2mmの範囲で適宜設定することができる。また、上記の先端13aが存在する部位における開口寸法Wは、開口寸法Wa,Wbとの差(Wa−W、Wb−W)が15〜200μm程度となるように設定することができる。開口寸法Wと開口寸法Wa,Wbとの差が15μm未満であると、突出部13を設けた効果が奏されず、また、200μmを超えると、凝縮した作動液が突出部13に必要以上に滞留して作動液の循環に悪影響が及ぶおそれがある。上記の開口寸法W,Wa,Wbの測定は、反射光と透過光を使って開口部の輪郭を認識させることができる2次元形状測定器、例えば、(株)ニコン製CNC画像測定システムNEXIシリーズを用いて行うことができる。尚、放熱部材11が複数の貫通孔14を有する場合、全ての貫通孔の開口寸法W,Wa,Wbが同じであってよく、また、放熱部材11における貫通孔14の配置等に応じて、貫通孔14間で開口寸法W,Wa,Wbが異なるものであってもよい。
Thus, by providing the
このような本発明の放熱部材11は、貫通孔14内の基材12の内壁12′が粗面化されているとともに、貫通孔14の開口部の平面視形状は内側に屈曲する部位15を2箇所以上有しているので、内壁12′における作動液の適度な滞留、広がりが可能となり、放熱部材11を使用して作製する構造体、ヒートパイプ等において、作動液の蒸発、凝縮による良好な循環が得られる。
上述の実施形態は例示であり、本発明の放熱部材はこれらの実施形態に限定されるものではない。
In the
The above-mentioned embodiment is an illustration and the heat radiating member of this invention is not limited to these embodiment.
[構造体]
図5は、本発明の構造体の一実施形態を説明するための部分断面図である。図5において、構造体31は、上述の本発明の放熱部材11を、貫通孔14の位置が一致するように複数(図示例では4個)積層してなり、積層方向(図5に矢印aで示す方向)に沿った内部空間34を有する本体32と、この本体32において内部空間34の開口部が露出する二方の端面32a,32bに、内部空間34を密封するようにそれぞれ配設されたカバー部材35,37と、を備えている。尚、放熱部材11同士の接合面、本体32とカバー部材35,37との接合面は鎖線で示している。以下の実施形態においても同様である。
構造体31の本体32を構成する放熱部材11の積層数は、放熱部材11の厚み、本体32に要求される厚み、内部空間34として必要な容積等を考慮して適宜設定することができる。尚、放熱部材11の積層は、例えば、拡散接合により行うことができる。
構造体31を構成するカバー部材35,37は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、真鍮、ニッケル、ニッケル合金、クロム合金、ステンレス鋼等の材質であってよく、熱伝導性の点から特に銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金等のいずれかであることが好ましく、放熱部材11と同じ材質であることが好適である。図示例では、カバー部材35,37は、本体32が有する内部空間34に対応した位置に凹部35a,37aを有しており、この凹部35a,37aと内部空間34により密閉空間が形成されている。本体32とカバー部材35,37の接合は、例えば、拡散接合により行うことができる。尚、凹部35a,37aのいずれか一方の内壁が粗面化されていてもよい。
[Structure]
FIG. 5 is a partial cross-sectional view for explaining an embodiment of the structure of the present invention. In FIG. 5, the
The number of stacked
The
図示例では、本体32が同じ放熱部材11で構成されているが、例えば、上述の図4に示されるような放熱部材11′、あるいは、放熱部材11″を積層して本体32を構成してもよく、さらに、貫通孔の数、位置、および、開口部の平面視形状は共通するが、基材12の内壁12′が具備する突出部13の先端13aの位置が異なる複数種の放熱部材を適宜組み合わせて本体32を構成してもよい。
また、本発明の構造体は、一方のカバー部材に冷却用フィンを有するものであってよい。図6に示される構造体31は、カバー部材35に冷却用フィン36を備えている。このような冷却用フィン36は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、真鍮等の材質であってよく、熱伝導性の点から特に銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金のいずれかであることが好ましく、カバー部材35と同じ材質であることが好適である。冷却用フィン36の数、形状、厚み、面積、配置ピッチは、材質、構造体の用途等を考慮して適宜設定することができる。
In the illustrated example, the
Moreover, the structure of this invention may have a fin for cooling in one cover member. A
上述の構造体31の例では、本体32が有する内部空間34は1個であるが、2個以上の内部空間34を備えるものであってよい。図7は、このような本発明の構造体の例を説明するための部分断面図である。図7において、構造体41は、複数の貫通孔を有する本発明の放熱部材11を、貫通孔の位置が一致するように複数(図示例では4個)積層してなり、積層方向(図7に矢印aで示す方向)に沿った内部空間44を複数有する本体42と、この本体42において内部空間44の開口部が露出する二方の端面42a,42bに、内部空間44を密封するようにそれぞれ配設されたカバー部材45,47と、を備えている。
構造体41を構成するカバー部材45,47は、本体42が有する複数の内部空間44に対応した位置に凹部45a,47aを有しており、この凹部45a,47aと内部空間44からなる密閉空間が複数形成されている。本体42とカバー部材45,47の接合は、例えば、拡散接合により行うことができる。カバー部材45,47の材質は、上述のカバー部材35,37と同様とすることができる。また、一方のカバー部材、例えば、カバー部材45に冷却用フィンを有するものであってもよい。
In the example of the
The
図8は、本発明の構造体の他の実施形態を説明するための部分断面図である。図8において、構造体51は、複数の貫通孔を有する本発明の放熱部材11を、貫通孔の位置が一致するように複数(図示例では4個)積層してなり、積層方向(図8に矢印aで示す方向)に沿った内部空間54を複数有する本体52と、この本体52において内部空間54の開口部が露出する二方の端面52a,52bに、内部空間54を密封するようにそれぞれ配設されたカバー部材55,57と、を備えている。
構造体51を構成するカバー部材55,57は、本体52が有する複数の内部空間54を連通するための流路55A,57Aを、本体52の端面52a,52bとの当接面側に有している。すなわち、カバー部材55,57は、本体52の端面52a,52bに対応する形状の基部55a、57aにピラー部55c,57cを介して蓋部55b,57bが接合された構造であり、基部55a、57aと蓋部55b,57bとの間が流路55A,57Aを構成している。これにより、流路55A,57Aと複数の内部空間54からなる密閉空間が形成され、各内部空間54は流路55A,57Aを介して連通した状態となっている。
FIG. 8 is a partial cross-sectional view for explaining another embodiment of the structure of the present invention. In FIG. 8, the
The
このような本体52とカバー部材55,57の接合は、例えば、拡散接合により行うことができる。カバー部材55,57の材質は、上述のカバー部材35,37と同様とすることができる。また、一方のカバー部材、例えば、カバー部材55が冷却用フィンを有するものであってもよい。
このような本発明の構造体は、内部に存在する密閉空間に作動液を封入することにより、蒸発、凝縮による作動液の良好な循環が得られ、放熱や熱輸送を効率的に行えるヒートパイプ等として機能することができる。また、本体を構成する放熱部材の寸法、形状、積層数の設定により、薄型の構造体が可能であり、PCやスマートフォン等の携帯機器においてヒートパイプとして使用することが可能である。
上述の実施形態は例示であり、本発明の構造体はこれらの実施形態に限定されるものではない。
Such joining of the
Such a structure of the present invention is a heat pipe which can efficiently radiate heat and transport heat by enclosing the working fluid in a sealed space existing inside, thereby obtaining good circulation of the working fluid by evaporation and condensation. And so on. Further, a thin structure can be formed by setting the size, shape, and number of layers of the heat dissipating member constituting the main body, and it can be used as a heat pipe in a portable device such as a PC or a smartphone.
The above-described embodiments are examples, and the structure of the present invention is not limited to these embodiments.
[放熱部材の製造方法]
図9は、本発明の放熱部材の製造方法の一実施形態を説明するための工程図である。この図9では、上述の本発明の放熱部材11の作製を例として説明する。
本発明の製造方法は、基材12の両面12a,12bに、所望の開口部21a,22aを有するレジスト層21,22を形成する(図9(A))。この開口部21a,22aの平面視形状は、内側に屈曲する部位を2箇所以上有しているものとする。また、本発明では、内側に屈曲する部位を有していない場合の開口部21a,22aにおける周長に対し、内側に屈曲する部位を有する場合の開口部21a,22aにおける周長を、1.1倍以上、好ましくは1.6倍以上とすることが好適である。
基材12は、上述のように、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、真鍮等の材質であってよい。
レジスト層21,22は、例えば、基材12上に感光性レジストを塗布した後、所望のマスクを介して露光し、現像することにより形成することができる。また、感光性ドライフィルムを基材12にラミネートした後、所望のマスクを介して露光し、現像することにより形成することもできる。このレジスト層21,22は、基材12を介して対向する開口部21a,22aの平面視形状が一致するように形成する。
[Method of manufacturing heat dissipation member]
FIG. 9 is a process diagram for explaining an embodiment of a method for producing a heat radiating member of the present invention. In FIG. 9, the production of the above-described
In the manufacturing method of the present invention, resist
As described above, the
The resist layers 21 and 22 can be formed, for example, by applying a photosensitive resist on the
次に、レジスト層21,22を介して基材12を両面から同時にエッチングして貫通孔14を形成する(図9(B))。図示例では、貫通孔14内の内壁12′は略ストレートであり、貫通孔14へ突出する突出部を有していない。このような形状の貫通孔14を形成する場合、基材12のエッチングは、スプレー方式とし、高温に保持した高濃度のエッチング液を比較的高圧でスプレーすることが好ましい。例えば、エッチング液として、塩化第二銅、塩化第二鉄等を使用し、これらを35〜45ボーメ程度の濃度に調整し、液温を45〜55℃の範囲で設定して、4kg/cm2以上の圧力で基材12にスプレーすることができる。
次いで、レジスト層21,22を残した状態で、貫通孔14内に露出している基材12の内壁12′に粗面化処理を施す(図9(C))。この粗面化処理は、基材12の材質に応じた処理液、例えば、基材12が銅である場合、メック(株)製 メックエッチボンドCZシリーズ等の処理液を使用することができ、基材12がアルミニウムである場合、メック(株)製 メックアルマットARシリーズ等の処理液を使用することができる。このように、レジスト層21,22を除去することなく粗面化処理を施すことにより、基材12の両面12a,12bを保護することができ、上述の本発明の構造体の作製において、放熱部材を拡散接合で積層する際に、良好な接合性が得られる。
その後、レジスト層21,22を除去することにより、本発明の放熱部材11が得られる(図9(D))。
Next, the
Next, with the resist
Thereafter, the resist
図10は、本発明の放熱部材の製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。この図10では、上述の本発明の放熱部材11′(図4(A)参照)の作製を例として説明する。
本発明の製造方法は、基材12の両面12a,12bに、所望の開口部21a,22aを有するレジスト層21,22を形成する(図10(A))。レジスト層21,22の形成は、上述の製造方法と同様とすることができる。
次に、レジスト層21,22を介して基材12を両面から同時にエッチングして貫通孔14を形成する(図10(B))。この基材12のエッチングは、浸漬方式、スプレー方式等のウエットエッチングとする。スプレー方式によるエッチングでは、上記の製造方法でのエッチング(図9(B)参照)におけるような高温、高濃度のエッチング液や、高圧スプレーは不要である。
その後、上述の実施形態と同様に、貫通孔14内に露出している基材12の内壁12′に粗面化処理を施し(図9(C)参照)、次いで、レジスト層21,22を除去することにより、本発明の放熱部材11′が得られる(図9(D)、図4(A)参照)。
FIG. 10 is a process diagram for explaining another embodiment of the method for producing a heat radiating member of the present invention. In FIG. 10, the production of the
In the manufacturing method of the present invention, resist
Next, the
Thereafter, as in the above-described embodiment, the
また、図11は、本発明の放熱部材の製造方法の他の実施形態を説明するための工程図である。この図11においても、上述の本発明の放熱部材11′(図4(A)参照)の作製を例として説明する。
本発明の製造方法は、基材12の両面12a,12bに、所望の開口部21a,22aを有するレジスト層21,22を形成し、その後、レジスト層22を被覆するように基材12の面12bにエッチングバリア層23を形成する(図11(A))。レジスト層21,22の形成は、上述の製造方法と同様とすることができる。エッチングバリア層23は、後工程における基材12のエッチング処理に対するバリア性を有するとともに、レジスト層22を残存させたままで除去可能な材料により形成することができ、例えば、(株)スミロン製 ECシリーズ等を用いて形成することができる。
次に、一方のレジスト層21を介して基材12の面12a側から所望の深さまでエッチングして孔部14aを形成する(図11(B))。この基材12のエッチングは、浸漬方式、スプレー方式等のウエットエッチングとする。スプレー方式によるエッチングでは、上記の製造方法でのエッチング(図9(B)参照)におけるような高温、高濃度のエッチング液や、高圧スプレーは不要である。
Moreover, FIG. 11 is process drawing for demonstrating other embodiment of the manufacturing method of the thermal radiation member of this invention. Also in FIG. 11, the production of the
In the manufacturing method of the present invention, the resist
Next, the
次に、孔部14aが形成された基材12の面12aにレジスト層21を被覆するようにエッチングバリア層24を形成するとともに、基材12の面12bに形成したエッチングバリア層23を除去してレジスト層22を露出させる。このエッチングバリア層24は、上述のエッチングバリア層23と同様とすることができる。
次に、レジスト層22を介して基材12の面12b側からエッチングを行い、エッチングバリア層24が所望の範囲で露出するまでエッチングして孔部14bを形成する(図11(C))。この基材12のエッチングも、浸漬方式、スプレー方式等のウエットエッチングとすることができ、スプレー方式によるエッチングでは、上記の製造方法でのエッチング(図9(B)参照)におけるような高温、高濃度のエッチング液や、高圧スプレーは不要である。このエッチングでは、前工程で形成した孔部14a内にエッチングバリア層24が存在するので、エッチング液が孔部14a内に侵入することが防止される。
Next, the
Next, etching is performed from the
次いで、エッチングバリア層24を除去することにより、上記の孔部14aと孔部14bが連通してなる貫通孔14が得られ、このようにエッチングされた基材12の内壁12′には、貫通孔14へ突出する突出部13が形成されている(図11(D))。上記のように、孔部14bの形成において、エッチング液が孔部14a内に侵入することが防止されているので、先端13aを丸めるようなエッチングが抑制され、これにより、突出部13の先端13aはシャープな形状となる。また、上記の孔部14aの形成深さを調整することにより、貫通孔14の深さ方向における突出部13の先端13aの位置を制御することができる。
その後、上述の実施形態と同様に、貫通孔14内に露出している基材12の内壁12′に粗面化処理を施し(図9(C)参照)、次いで、レジスト層21,22を除去することにより、本発明の放熱部材11′が得られる(図9(D)、図4(A)参照)。
Next, by removing the
Thereafter, as in the above-described embodiment, the
このような本発明の放熱部材の製造方法は、開口形状が内側に屈曲する部位を2箇所以上有しているような貫通孔を基材に形成し、また、内壁を粗面化しながらも、基材の他の部位には粗面化処理が施されないので、放熱部材を拡散接合で積層する際に、良好な接合性が得られる。
上述の実施形態は例示であり、本発明の放熱部材の製造方法はこれらの実施形態に限定されるものではない。
The manufacturing method of the heat radiating member of the present invention is such that through holes having two or more portions where the opening shape is bent inward are formed in the base material, and the inner wall is roughened, Since the surface roughening treatment is not performed on the other part of the base material, good bondability can be obtained when the heat dissipation member is laminated by diffusion bonding.
The above-mentioned embodiment is an illustration and the manufacturing method of the heat radiating member of this invention is not limited to these embodiment.
次に、具体的な実施例を示して本発明を更に詳細に説明する。
(試料1の作製)
厚み150μmの無酸素銅の基材(300mm×300mm)を準備した。
この基材の両面に感光性ドライフィルム(旭化成(株)製) AQ−2558)をラミネートした後、所望のマスクを介して露光し、現像することによりレジスト層を形成した。形成したレジスト層は、直径200μmの円形に図1に示されるような4箇所の内側屈曲部位を有する形状の開口部を、500μmピッチで格子形状の各交点に位置するように40000個有するものであった。また、各レジスト層の開口部は、基材を介して対向する位置にあった。尚、直径200μmの円形における周長に対し、4箇所に内側屈曲部位を有する開口部における周長は、1.6倍であった。
Next, the present invention will be described in more detail by showing specific examples.
(Preparation of sample 1)
An oxygen-free copper base material (300 mm × 300 mm) having a thickness of 150 μm was prepared.
After laminating a photosensitive dry film (AQ-2558 manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) on both surfaces of this substrate, the resist layer was formed by exposing through a desired mask and developing. The formed resist layer has 40000 openings having a shape having four inner bent portions as shown in FIG. 1 in a circle having a diameter of 200 μm so as to be positioned at each intersection of the lattice shape at a pitch of 500 μm. there were. Moreover, the opening part of each resist layer existed in the position which opposes through a base material. In addition, the circumference in the opening part which has an inner side bending part in four places was 1.6 times with respect to the circumference in the circle of diameter 200 micrometers.
次に、エッチング液として、塩化第二鉄溶液(40ボーメ)を使用し、液温を55℃で4kg/cm2の圧力でスプレーエッチングにより、レジスト層を介して基材を両面から同時にエッチングして貫通孔を形成した。
次いで、レジスト層を残した状態で、貫通孔に露出している基材の内壁に粗面化処理を施した。この粗面化の処理液は、メック(株)製 メックエッチボンドCZを使用した。
その後、温度50℃の水酸化ナトリウム3%水溶液を用いてレジスト層を除去し、放熱部材(試料1)を得た。
作製した放熱部材(試料1)の貫通孔に露出する基材の内壁の粗面について、表面粗さRaを、光干渉式の3次元形状測定器(菱化システム(株)製 バートスキャンR3300H Lite)を用いて測定した結果、2μmであった。また、内壁の粗面における表面積比を上記の光干渉式の3次元形状測定器を用いて測定した結果、表面積比は2であった。
Next, a ferric chloride solution (40 Baume) is used as an etchant, and the substrate is simultaneously etched from both sides through a resist layer by spray etching at a liquid temperature of 55 ° C. and a pressure of 4 kg / cm 2. Through holes were formed.
Next, with the resist layer left, the inner wall of the base material exposed in the through hole was roughened. As the surface roughening treatment solution, Mec Etch Bond CZ manufactured by Mec Co., Ltd. was used.
Thereafter, the resist layer was removed using an aqueous 3% sodium hydroxide solution at a temperature of 50 ° C. to obtain a heat radiating member (sample 1).
About the rough surface of the inner wall of the base material exposed to the through hole of the manufactured heat radiating member (sample 1), the surface roughness Ra was measured using an optical interference type three-dimensional shape measuring instrument (Bartscan R3300H Lite manufactured by Ryoka System Co., Ltd.). ) To be 2 μm. Moreover, as a result of measuring the surface area ratio in the rough surface of the inner wall using the above-described optical interference type three-dimensional shape measuring instrument, the surface area ratio was 2.
(試料2の作製)
レジスト層を形成する際に使用するマスクを変更して、直径200μmの円形に2箇所の内側屈曲部位を有する形状の開口部を有するレジスト層を形成した他は、上記の試料1と同様にして、試料2を作製した。尚、直径200μmの円形における周長に対し、2箇所に内側屈曲部位を有する開口部における周長は、1.2倍であった。
(Preparation of sample 2)
The mask used for forming the resist layer was changed to form a resist layer having an opening having a shape having two inner bent portions in a circle having a diameter of 200 μm. Sample 2 was prepared. In addition, the circumference in the opening part which has an inner side bending part in two places was 1.2 times with respect to the circumference in the circle | round | yen 200 micrometers in diameter.
(試料3の作製)
レジスト層を形成する際に使用するマスクを変更して、図3(A)に示されるような直径200μmの円形に8箇所の内側屈曲部位を有する形状の開口部を有するレジスト層を形成した他は、上記の試料1と同様にして、試料3を作製した。尚、直径200μmの円形における周長に対し、2箇所に内側屈曲部位を有する開口部における周長は、2.0倍であった。
(試料4の作製)
レジスト層を形成する際に使用するマスクを変更して、直径200μmの円形の開口部を有するレジスト層を形成した他は、上記の試料1と同様にして、試料4を作製した。
(Preparation of sample 3)
In addition to changing the mask used when forming the resist layer, a resist layer having openings having a shape having eight inner bent portions in a circle having a diameter of 200 μm as shown in FIG. Produced Sample 3 in the same manner as Sample 1 described above. In addition, the circumference in the opening part which has an inner side bending part in two places was 2.0 time with respect to the circumference in the circle of diameter 200 micrometers.
(Preparation of sample 4)
Sample 4 was prepared in the same manner as Sample 1 above, except that the mask used for forming the resist layer was changed to form a resist layer having a circular opening with a diameter of 200 μm.
(試料5〜試料8の作製)
貫通孔に露出している基材の内壁に粗面化処理を施す際の条件(処理液の温度および処理時間)を変更することにより、基材の内壁粗面の表面粗さRa、表面積比が下記の表1に示すような値となるようにした他は、上記の試料1と同様にして、4種の放熱部材(試料5〜試料8)を作製した。
(Preparation of Sample 5 to Sample 8)
Surface roughness Ra, surface area ratio of the inner wall rough surface of the base material is changed by changing the conditions (temperature of the processing solution and processing time) when the inner surface of the base material exposed to the through hole is roughened. The four types of heat dissipating members (Sample 5 to Sample 8) were prepared in the same manner as Sample 1 except that the value was as shown in Table 1 below.
(試料9の作製)
エッチング液として、塩化第二鉄溶液(40ボーメ)を使用し、液温を55℃で1kg/cm2の圧力でスプレーエッチングにより、レジスト層を介して基材を両面から同時にエッチングして貫通孔を形成した他は、上記の試料1と同様にして、放熱部材(試料9)を作製した。この放熱部材(試料9)の貫通孔に露出する基材の内壁には、貫通孔内へ突出する突出部が形成されており、この突出部の先端の位置は、貫通孔の深さ方向の中間にあった。
(試料10の作製)
貫通孔に露出している基材の内壁に粗面化処理を施さない他は、上記の試料1と同様にして、放熱部材(試料10)を作製した。
(Preparation of sample 9)
A ferric chloride solution (40 Baume) is used as the etching solution, and the substrate temperature is simultaneously etched from both sides through the resist layer by spray etching at 55 ° C. and a pressure of 1 kg / cm 2. A heat radiating member (Sample 9) was produced in the same manner as Sample 1 described above except that was formed. A protrusion that protrudes into the through hole is formed on the inner wall of the base material exposed in the through hole of the heat radiating member (sample 9), and the position of the tip of the protrusion is in the depth direction of the through hole. It was in the middle.
(Preparation of sample 10)
A heat radiating member (sample 10) was produced in the same manner as the sample 1 except that the inner wall of the base material exposed in the through hole was not roughened.
(評 価)
試料1〜試料10の放熱部材を用いて、10種の評価用の構造体を作製した。すなわち、20個の放熱部材を下記の測定用ブロックの大きさに合わせた寸法に加工し、これらを貫通孔の位置が一致するように積層し、拡散接合により一体化して本体を作製し、この本体の一方の端面に拡散接合によりカバー部材を接合し、本体の内部空間内に作動液として純水を投入し、直ちに本体の他方の端面に拡散接合によりカバー部材を接合して内部空間を密封し、評価用の構造体とした。
次に、100mm×100mm、高さ20mmの銅製の測定用ブロックを準備し、このブロック全体を均一に60℃に加熱し、上面を除く周囲を断熱材で覆い、露出する上面に評価用の構造体の一方のカバー部材側を伝熱性接着剤で固定し、20℃の大気中に放置して3分間経過後のブロックの温度を測定し、下記の表1に記載した。なお、ブロックの温度はブロックの重心位置の温度であり、測定用の孔に熱電対を設置して測定した。
(Evaluation)
Ten types of structures for evaluation were produced using the heat radiating members of Sample 1 to Sample 10. That is, 20 heat dissipating members are processed into dimensions that match the size of the following measurement block, these are stacked so that the positions of the through holes coincide with each other, and integrated by diffusion bonding to produce a main body. A cover member is joined to one end surface of the main body by diffusion bonding, pure water is injected as working fluid into the internal space of the main body, and a cover member is immediately bonded to the other end surface of the main body by diffusion bonding to seal the inner space. And it was set as the structure for evaluation.
Next, a copper measuring block of 100 mm × 100 mm and a height of 20 mm is prepared, the entire block is uniformly heated to 60 ° C., the periphery excluding the upper surface is covered with a heat insulating material, and the exposed upper surface is a structure for evaluation. One cover member side of the body was fixed with a heat conductive adhesive, left in the atmosphere at 20 ° C., and the temperature of the block after 3 minutes was measured. The results are shown in Table 1 below. The block temperature is the temperature at the center of gravity of the block, and was measured by installing a thermocouple in the measurement hole.
試料1から試料4は、貫通孔の内壁の表面粗さと表面積比は変えずに、貫通孔の開口部の周長を変化(内側屈曲部位が存在しない場合の周長に対する開口部の周長の倍率で表示)させて放熱効果をテストした結果である。貫通孔の開口部の周長が増加、すなわち上記の倍率が増加するに従い、ブロックの温度を下げる放熱効果が向上することが確認されるとともに、試料4の開口部の周長の倍率が1倍の場合は、放熱効果が小さいことが確認された。
試料5から試料10は、貫通孔の開口部の周長は変えずに、貫通孔の内壁の表面粗さおよび表面積比を変えて放熱効果をテストした結果である。なお、試料9は貫通孔内部に突出部を有する例で、試料10は貫通孔内壁を粗面化処理しなかった例である。粗面化の程度がやや小さい試料5(表面粗さRaが1μm、表面積比が1.5)、および、粗面化の程度がやや大きい試料6(表面粗さRaが3μm、表面積比が2.5)は、ブロックの温度を下げる放熱効果は大きく十分な効果があった。しかし、貫通孔内壁を粗面化処理しなかった試料10や、粗面化の程度が小さい試料7(表面粗さRaが0.5μm、表面積比が1)は、ブロックの温度を下げる放熱効果が小さかった。一方、粗面化の程度を大きくした試料8(表面粗さRaが4μm、表面積比が3)の放熱効果は、試料6より低く、表面粗さRaが3μm、表面積比が2.5を超えるような表面化処理を施しても放熱効果を高めることが出来ないことが確認された。
試料9は、エッチング加工された貫通孔の断面に突出部が形成されたものであり、貫通孔内部に突出部が無い試料1より高い放熱効果が得られ、貫通孔の断面に突出部を設けることで放熱効果が向上することが確認された。
Sample 1 to Sample 4 change the circumference of the opening of the through hole without changing the surface roughness and the surface area ratio of the inner wall of the through hole (the circumference of the opening relative to the circumference when there is no inner bending portion) This is the result of testing the heat dissipation effect by displaying the magnification. As the perimeter of the opening of the through-hole increases, that is, as the above-mentioned magnification increases, it is confirmed that the heat dissipation effect for lowering the block temperature is improved, and the magnification of the perimeter of the opening of the sample 4 is 1 time. In this case, it was confirmed that the heat dissipation effect was small.
Samples 5 to 10 are the results of testing the heat dissipation effect by changing the surface roughness and surface area ratio of the inner wall of the through hole without changing the peripheral length of the opening of the through hole. Sample 9 is an example having a protruding portion inside the through hole, and sample 10 is an example in which the inner wall of the through hole is not roughened. Sample 5 (surface roughness Ra is 1 μm, surface area ratio is 1.5) having a slightly roughened surface and sample 6 (surface roughness Ra is 3 μm, surface area ratio is 2) having a slightly roughened surface. .5) had a large and sufficient heat dissipation effect to lower the block temperature. However, the sample 10 in which the inner wall of the through hole was not roughened, or the sample 7 with a small degree of roughening (surface roughness Ra is 0.5 μm, surface area ratio is 1) is a heat dissipation effect that lowers the block temperature. Was small. On the other hand, the heat radiation effect of sample 8 (surface roughness Ra is 4 μm, surface area ratio 3) having a larger degree of roughening is lower than that of sample 6, surface roughness Ra is 3 μm, and surface area ratio exceeds 2.5. It was confirmed that the heat dissipation effect could not be enhanced even with such surface treatment.
Sample 9 has a protruding portion formed in the cross section of the etched through hole, and a higher heat dissipation effect is obtained than Sample 1 having no protruding portion inside the through hole, and the protruding portion is provided in the cross section of the through hole. It was confirmed that the heat dissipation effect was improved.
放熱、熱輸送が必要な種々の装置、機器の製造に利用することができる。 It can be used to manufacture various devices and equipment that require heat dissipation and heat transport.
11,11′,11″…放熱部材
12…基材
12′…内壁
13…突出部
13a…突出部の先端
14…貫通孔
15…内側屈曲部位
31,41,51…構造体
32,42,52…本体
34,44,54…内部空間
35,37,45,47,55,57…カバー部材
36…放冷用フィン
55A,57A…流路
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記貫通孔内の内壁が粗面化されており、
前記貫通孔の開口部の平面視形状は、扇形の円弧部分に内側に屈曲する部位が2箇所以上存在する形状であることを特徴とする放熱部材。 A substrate and at least one through-hole penetrating the substrate;
The inner wall of the front Symbol through hole are roughened,
The plan view shape of the opening of the through hole, the heat radiating member, characterized in that part that bends inwardly arc portion of the sector is shaped to present more than two places.
前記レジスト層を介して前記基材を両面からエッチングして貫通孔を形成する工程と、
前記レジスト層を残した状態で前記貫通孔内に露出している前記基材の内壁に粗面化処理を施す工程と、
前記レジスト層を除去する工程と、を有することを特徴とする放熱部材の製造方法。 Forming a resist layer on both sides of the base material having openings in a planar view in which there are two or more portions that are bent inwardly in a fan-shaped arc portion ;
Etching the substrate from both sides through the resist layer to form a through hole;
Applying a roughening treatment to the inner wall of the base material exposed in the through-hole with the resist layer left;
And a step of removing the resist layer.
該本体において前記内部空間の開口部が露出する二方の端面に、前記内部空間を密封するようにそれぞれ配設されたカバー部材と、を備えることを特徴とする構造体。 The heat radiating member according to any one of claims 1 to 5, made by stacking a plurality of such positions of the through hole coincides, a body having an internal space along the stacking direction,
And a cover member disposed on each of the two end faces of the main body where the opening of the internal space is exposed to seal the internal space.
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