JP7118788B2

JP7118788B2 - コールドプレート及びコールドプレートの製造方法

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Publication number: JP7118788B2
Application number: JP2018135523A
Authority: JP
Inventors: 雄太中野; 祐士齋藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2018-07-19
Filing date: 2018-07-19
Publication date: 2022-08-16
Anticipated expiration: 2038-07-19
Also published as: JP2020013914A; US20200025466A1; CN110739280B; US11112189B2; CN110739280A

Description

本発明は、コールドプレート及びコールドプレートの製造方法に関するものである。

従来から、下記特許文献１に示されるようなコールドプレートが知られている。このコールドプレートは、並列に並んだ複数のフィンを有するベースプレートと、複数のフィンを覆い、ベースプレートとの間に内部空間を形成するカバーと、を備えている。カバーには、内部空間に連通する冷媒流入部及び冷媒流出部が設けられている。このコールドプレートによれば、冷媒流入部から内部空間に流入した冷媒が、複数のフィン同士の間の流路を通って冷媒流出部から流出することで、ベースプレートの熱を奪ってこれを冷却することができる。

特開２０１０－１２３８８１号公報

ところで、この種のコールドプレートでは、複数のフィンを覆うように被せたカバーを、ベースプレートにロウ付けしている。
しかしながら、カバーを被せる際、外側のフィンがカバーに接触し易く、当該接触によりフィンが曲がる虞があった。外側のフィンが曲がると、カバーと外側のフィンとの間に大きな隙間が形成され、その大きな隙間ばかりに冷媒が流れる（所謂、バイパス流れが生じる）。そうすると、コールドプレートの冷却性能が低下する虞があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、冷却性能の低下を抑制できるコールドプレート及びコールドプレートの製造方法の提供を目的とする。

（１）本発明の一態様に係るコールドプレートは、並列に並んだ複数のフィンを有するベースプレートと、前記複数のフィンを覆い、前記ベースプレートとの間に内部空間を形成するカバーと、を備え、前記複数のフィンは、第１の幅を有する第１のフィンが、並列方向において一定の隙間をあけて複数形成された第１のフィン群と、前記第１の幅よりも大きな幅を有する第２のフィンが、並列方向において一定の隙間をあけて複数形成された第２のフィン群と、を有し、前記第２のフィン群が、前記第１のフィン群の両側に形成されている。

（２）上記（１）に記載されたコールドプレートであって、前記カバーは、前記ベースプレートに対してロウ材により接合されており、前記第２のフィン同士の隙間が、前記ロウ材で埋まっていてもよい。

（３）本発明の一態様に係るコールドプレートの製造方法は、並列に並んだ複数のフィンを有するベースプレートと、前記複数のフィンを覆い、前記ベースプレートとの間に内部空間を形成するカバーと、を備え、前記複数のフィンは、第１の幅を有する第１のフィンが、並列方向において一定の隙間をあけて複数形成された第１のフィン群と、前記第１の幅よりも大きな幅を有する第２のフィンが、並列方向において一定の隙間をあけて複数形成された第２のフィン群と、を有し、前記第２のフィン群が、前記第１のフィン群の両側に形成されている、コールドプレートの製造方法であって、前記ベースプレートに、前記複数のフィンを削り出すための削り部を形成する工程と、前記削り部の両端部を削り代として残し、前記第１のフィン群を形成する工程と、前記第１のフィン群を形成した後、前記両端部の削り代のそれぞれに前記第２のフィン群を形成する工程と、を有する。

上記本発明の態様によれば、冷却性能の低下を抑制できるコールドプレート及びコールドプレートの製造方法を提供できる。

一実施形態に係るコールドプレート１の断面構成図である。一実施形態に係るコールドプレート１の分解斜視図である。一実施形態に係るコールドプレート１の要部拡大断面図である。一実施形態に係るコールドプレート１の製造方法においてベースプレート２に複数のフィン１０を形成する工程を示した説明図である。

以下、一実施形態に係るコールドプレート及びコールドプレートの製造方法を、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材の形状を認識可能な大きさとするため縮尺を適宜変更している。

図１は、一実施形態に係るコールドプレート１の断面構成図である。図２は、一実施形態に係るコールドプレート１の分解斜視図である。
図１及び図２に示すように、コールドプレート１は、ベースプレート２と、カバー３と、を備えている。

ベースプレート２は、図２に示すように、並列に並んだ複数のフィン１０を有する。カバー３には、貫通孔３ａ，３ｂが形成され、貫通孔３ａには冷媒入口管４が接続され、貫通孔３ｂには冷媒出口管５が接続されている。このコールドプレート１では、図１に示すように、冷媒が冷媒入口管４を介して流入し、コールドプレート１内を通過して、冷媒出口管５を介して流出する。

ここで本実施形態では、ＸＹＺ直交座標系を設定して各構成の位置関係を説明する。Ｘ軸方向は、複数のフィン１０が延びて冷媒が流れる方向（以下、流路方向という）である。流路方向において、冷媒入口管４が配置されている側を上流側といい、冷媒出口管５が配置されている側を下流側という。Ｙ軸方向は、複数のフィン１０が並列されている方向（以下、並列方向という）である。また、Ｚ軸方向を上下方向といい、上下方向におけるカバー３側を上側といい、ベースプレート２側を下側という。

ベースプレート２は、例えば、銅やアルミニウムなどの熱伝導率の大きい材質により形成されている。ベースプレート２に、例えばＣＰＵなどの発熱体を接触させることで、この発熱体の熱をベースプレート２が奪い、フィン１０を介して冷媒に伝えることで、発熱体を冷却することができる。冷媒としては、例えば水やアルコールの他、公知の化合物などを適宜用いることができる。

ベースプレート２の上面２ａの周縁部には、下方に向けて窪む溝１１が形成されている。溝１１は、平面視において略矩形状に形成されている。複数のフィン１０は、ベースプレート２の上面２ａのうち、溝１１よりも内側の部分から上方に向けて延びている。複数のフィン１０は、図１に示す並列方向（Ｙ軸方向）から視て、台形に形成されている。

カバー３は、下方に向けて開口する箱状に形成されており、複数のフィン１０を覆っている。カバー３は、平面視において略矩形状に形成されている。カバー３の周壁３ｃは、ベースプレート２の溝１１に係合している。これにより、カバー３がベースプレート２に対し位置決めされている。カバー３の周壁３ｃは、ロウ材２０によって溝１１に接合されている。このカバー３は、ベースプレート２にロウ付け可能な金属材であればよい。

冷媒入口管４および冷媒出口管５は、カバー３の頂壁を上下方向に貫通して設けられている。冷媒入口管４および冷媒出口管５は、流路方向において複数のフィン１０を挟んだ下流側と上流側に位置している。また、ベースプレート２とカバー３との間には、複数のフィン１０が配置された内部空間が形成されている。そして、複数のフィン１０同士の間には、図１に示すように、冷媒の流路Ｐが形成されている。

流路Ｐは、隣接する２つのフィン１０の並列方向に向かい合う壁面と、ベースプレート２の上面２ａと、カバー３の頂壁における下面３ｄと、により囲まれた空間である。冷媒入口管４および冷媒出口管５は、流路Ｐが形成された内部空間に連通している。冷媒入口管４および冷媒出口管５は、不図示のポンプなどに接続されている。これにより、冷媒入口管４から流入した冷媒が、内部空間および流路Ｐを通って冷媒出口管５から流出する。

ここで本実施形態のベースプレート２には、図２に示すように、第１のフィン群１０Ａと、第２のフィン群１０Ｂと、が形成されている。第１のフィン群１０Ａは、並列方向の両端部を除く中央部に形成されている。第２のフィン群１０Ｂは、第１のフィン群１０Ａを形成するフィンよりも幅の大きなフィン群からなり、並列方向において第１のフィン群１０Ａの両側に形成されている。

図３は、一実施形態に係るコールドプレート１の要部拡大断面図である。
図３に示すように、第１のフィン群１０Ａは、第１の幅Ｗを有する第１のフィン１０Ａ１が、並列方向において一定の隙間Ｓ１をあけて複数形成されたものである。一方、第２のフィン群１０Ｂは、第１の幅Ｗよりも大きな幅を有する第２のフィン１０Ｂ１，１０Ｂ２，１０Ｂ３が、並列方向において一定の隙間Ｓ１をあけて複数形成されたものである。

第２のフィン１０Ｂ１は、並列方向において最も外側に配置されている。第２のフィン１０Ｂ１の外向き面は、溝１１の内側面と面一に形成されている。また、第２のフィン１０Ｂ１とカバー３の周壁３ｃとの間には、隙間Ｓ１が形成されている。すなわち、第２のフィン１０Ｂ１とカバー３の周壁３ｃとの間には、冷媒のバイパス流れが生じないように、第１のフィン群１０Ａの隙間Ｓ１と同じような隙間Ｓ１が形成されている。第２のフィン１０Ｂ１は、第１のフィン１０Ａ１の幅Ｗよりも大きな幅Ｗ１を有する。本実施形態では、第２のフィン１０Ｂ１の幅Ｗ１が、第１のフィン１０Ａ１の幅Ｗの２倍以上の大きさを有する。

第２のフィン１０Ｂ２は、並列方向において第２のフィン１０Ｂ１の内側に配置されている。第２のフィン１０Ｂ２と第２のフィン１０Ｂ１との間には、隙間Ｓ１が形成されている。第２のフィン１０Ｂ２は、第１のフィン１０Ａ１の幅Ｗよりも大きな幅Ｗ２を有する。本実施形態では、第２のフィン１０Ｂ２の幅Ｗ２が、第１のフィン１０Ａ１の幅Ｗの４倍以上の大きさ、すなわち第２のフィン１０Ｂ１の幅Ｗ２の２倍以上の大きさを有する。

第２のフィン１０Ｂ３は、並列方向において第２のフィン１０Ｂ２の内側に配置されている。第２のフィン１０Ｂ３と第２のフィン１０Ｂ２との間には、隙間Ｓ１が形成されている。また、第２のフィン１０Ｂ３と第１のフィン１０Ａ１との間には、隙間Ｓ１が形成されている。第２のフィン１０Ｂ３は、第１のフィン１０Ａ１の幅Ｗよりも大きな幅Ｗ３を有する。本実施形態では、第２のフィン１０Ｂ３の幅Ｗ３が、第１のフィン１０Ａ１の幅Ｗの２倍以上の大きさ、すなわち第２のフィン１０Ｂ１の幅Ｗ２と同等の大きさを有する。

周壁３ｃと第２のフィン１０Ｂ１との隙間Ｓ１、第２のフィン１０Ｂ１と第２のフィン１０Ｂ２との隙間Ｓ１、及び、第２のフィン１０Ｂ２と第２のフィン１０Ｂ３との隙間Ｓ１は、ロウ材２０で埋まっている。このロウ材２０は、第２のフィン１０Ｂ１とカバー３の周壁３ｃとの間の隙間Ｓ１における毛細管現象によって、ロウ材２０が吸い上がったものである。すなわち、第２のフィン群１０Ｂの隙間Ｓ１には、吸い上がったロウ材２０がトラップされている。

続いて、上記構成のコールドプレート１の製造方法（以下、本手法）について、図４を参照しつつ説明する。
図４は、一実施形態に係るコールドプレート１の製造方法においてベースプレート２に複数のフィン１０を形成する工程を示した説明図である。

本手法は、概略、ベースプレート２を形成する工程、カバー３を形成する工程、ベースプレート２とカバー３をロウ材２０により接合（ロウ付け）する工程からなる。なお、ベースプレート２を形成する工程のうち溝１１を形成する工程、カバー３を形成する工程などは、周知であるためその説明を割愛し、以下では、ベースプレート２に複数のフィン１０（第１のフィン群１０Ａ及び第２のフィン群１０Ｂ）を形成する工程について詳しく説明する。

本手法では、先ず、図４（ａ）に示すように、ベースプレート２に、複数のフィン１０を削り出すための削り部１００を形成する。削り部１００は、Ｙ軸方向から視て台形に形成されたブロック体であり、ベースプレート２と一体で形成されている。削り部１００は、ベースプレート２を形成する母材から削り出されたものであり、機械加工により溝１１などと一緒に形成することができる。

本手法では、次に、図４（ｂ）に示すように、削り部１００のＹ軸方向の両端部（例えば全幅の５％以下）を削り代１０１として残し、第１のフィン群１０Ａを形成する。第１のフィン群１０Ａは、例えば、回転するメタルソーで削り部１００を切削し、Ｙ軸方向に複数の凹部（隙間Ｓ１）を形成することで形成することができる。メタルソーは、例えば、一つの凹部を形成した後、上昇してＹ軸方向一方側に所定幅だけずれ、再び下降して、前記凹部に隣接する凹部を形成する。この動作を繰り返すことで、第１のフィン群１０Ａを形成する。ここで、メタルソーが凹部を一つ形成するごとに、加工誤差が累積される。この加工誤差は、削り代１０１の一部を削ることによって吸収することができる。

本手法では、次に、図４（ｃ）に示すように、削り代１０１のそれぞれに第２のフィン群１０Ｂを形成する。第２のフィン群１０Ｂは、第１のフィン群１０Ａと同様に、回転するメタルソーで削り代１０１を切削し、Ｙ軸方向に複数の凹部（隙間Ｓ１）を形成することで形成することができる。メタルソーは、第１のフィン群１０Ａを形成する幅よりも、大きな幅でＹ軸方向にずれて凹部を形成する。この動作により、第１のフィン１０Ａ１よりも大きな幅の第２のフィン１０Ｂ１，１０Ｂ２，１０Ｂ３を形成することができる。なお、凹部を形成する数は、後述のロウ材２０の吸い上がりの体積を事前に推定し、それと同等にするとよい。

以上のように、ベースプレート２に複数のフィン１０を形成したら、溝１１にロウ材２０を配置し、別途制作したカバー３を被せ、カバー３の周壁３ｃを溝１１に係合させる。図２に示すように、カバー３を被せる際には、周壁３ｃが外側のフィン１０に接触し易いが、外側のフィン１０は、第１のフィン群１０Ａよりも幅の大きな第２のフィン群１０Ｂによって形成されている。このため、仮に、カバー３が外側のフィン１０に接触しても、外側の第２のフィン群１０Ｂは曲がり難いので、冷媒のバイパス流れの発生を防止し、冷却性能の低下を抑制できる。

ベースプレート２にカバー３を被せたら、加熱炉などに入れ、ロウ材２０を溶融させる。ここで、図３に示すように、最も外側に配置された第２のフィン１０Ｂ１とカバー３の周壁３ｃとの間には、冷媒のバイパス流れの発生を防止するため、他のフィン１０間と同程度の隙間Ｓ１が形成されている。そうすると、この隙間Ｓ１に毛細管力が発生し、ロウ材が吸い上がることがある。ここで、第２のフィン群１０Ｂには、複数の隙間Ｓ１が形成されているため、吸い上がったロウ材２０が、第２のフィン群１０Ｂの隙間Ｓ１に吸収される。したがって、冷却性能を発揮する第１のフィン群１０Ａの隙間Ｓ１（流路Ｐ）におけるロウ詰まりを防止できる。また、第２のフィン１０Ｂ１，１０Ｂ２，１０Ｂ３同士の隙間Ｓ１が、ロウ材２０で埋まっていることで、ベースプレート２とカバー３との接合強度が高まる。

したがって、上述の本実施形態によれば、並列に並んだ複数のフィン１０を有するベースプレート２と、複数のフィン１０を覆い、ベースプレート２との間に内部空間を形成するカバー３と、を備え、複数のフィン１０は、第１の幅Ｗを有する第１のフィン１０Ａ１が、並列方向において一定の隙間Ｓ１をあけて複数形成された第１のフィン群１０Ａと、第１の幅Ｗよりも大きな幅を有する第２のフィン１０Ｂ１，１０Ｂ２，１０Ｂ３が、並列方向において一定の隙間Ｓ１をあけて複数形成された第２のフィン群１０Ｂと、を有し、第２のフィン群１０Ｂが、第１のフィン群１０Ａの両側に形成されている、という構成を採用することによって、バイパス流れ防止構造とロウ詰まり防止構造とを兼ね備え、冷却性能の低下を抑制できるコールドプレート１が得られる。

以上、本発明の好ましい実施形態を記載し説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、特許請求の範囲によって制限されている。

１…コールドプレート、２…ベースプレート、３…カバー、３ｃ…周壁、１０…フィン、１０Ａ…第１のフィン群、１０Ａ１…第１のフィン、１０Ｂ…第２のフィン群、１０Ｂ１…第２のフィン、１０Ｂ２…第２のフィン、１０Ｂ３…第２のフィン、１１…溝、２０…ロウ材、１００…削り部、１０１…削り代、Ｓ１…隙間、Ｗ…幅（第１の幅）、Ｗ１…幅、Ｗ２…幅、Ｗ３…幅

Claims

並列に並んだ複数のフィンを有するベースプレートと、
前記複数のフィンを覆い、前記ベースプレートとの間に内部空間を形成するカバーと、を備え、
前記複数のフィンは、
第１の幅を有する第１のフィンが、並列方向において一定の隙間をあけて複数形成された第１のフィン群と、
前記第１の幅よりも大きな幅を有する第２のフィンが、並列方向において一定の隙間をあけて複数形成された第２のフィン群と、を有し、
前記第２のフィン群が、前記第１のフィン群の両側に形成され、
前記カバーは、前記ベースプレートに対してロウ材により接合されており、
前記第２のフィン同士の隙間が、前記ロウ材で埋まっている、ことを特徴とするコールドプレート。
並列に並んだ複数のフィンを有するベースプレートと、
前記複数のフィンを覆い、前記ベースプレートとの間に内部空間を形成するカバーと、を備え、
前記複数のフィンは、
第１の幅を有する第１のフィンが、並列方向において一定の隙間をあけて複数形成された第１のフィン群と、
前記第１の幅よりも大きな幅を有する第２のフィンが、並列方向において一定の隙間をあけて複数形成された第２のフィン群と、を有し、
前記第２のフィン群が、前記第１のフィン群の両側に形成されている、コールドプレートの製造方法であって、
前記ベースプレートに、前記複数のフィンを削り出すための削り部を形成する工程と、
前記削り部の両端部を削り代として残し、前記第１のフィン群を形成する工程と、
前記第１のフィン群を形成した後、前記両端部の削り代のそれぞれに前記第２のフィン群を形成する工程と、を有する、ことを特徴とするコールドプレートの製造方法。