JPH0281462A - 沸騰冷却用伝熱体の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子計算機用集積回路、サイリスタ等のパワ
ー半導体、超電導コイル等、高発熱密度部材の冷却に適
したセラミックス製沸騰冷却用伝熱体の製造方法に関す
る。

〔従来の技術〕

半導体チップの沸騰冷却を促進する方法として特開昭６
０−２２９３５３号公報に示すように、配線基板にハン
ダボンディングにより接合した半導体チップの背面に、
蒸気発生核を保持し且つ発生した蒸気を脱出させるため
の直交する貫通空洞と貫通空洞間を連結する孔を形成し
た積層形多孔伝熱体を配置し、半導体チップで発生した
熱を蒸気気泡により効率よく冷却媒体に伝える方法が知
られている。

本発明で得られる最終構造は、この方法で用いる積層形
多孔伝熱体となる。一方特開昭６０−２２９３５３号公
報に記載の多孔伝熱体はＭＭＲ造であり、その製造方法
は、両表面に直交する溝を複数個形成し、溝の交差部が
開孔部となる板を、板表面の溝方向が直交するように合
わせて積層し接合して形成するものである。

また、セラミックス製三次元網目構造体の製造方法とし
て、有機質発泡体をセラミックス泥しように浸漬してそ
の有機質発泡体の表面にセラミックス泥しようを付着さ
せると共にその発泡体の空孔をセラミックス泥しように
より埋め、ついでセラミックス泥しよう乾燥固化し、そ
の後有機質発泡体を燃焼させると共にセラミックスを焼
結する手法がある。

ところで特開昭６３−６９７７６号公報では、上記方法
の欠点である気孔率の大きさを改善し低気孔率となるセ
ラミックス製三次元網目構造体の製造方法につき提案さ
れている。この方法では気孔を形成する粉末をセラミッ
クス粉末に加えて焼結後、気孔形成粉末を薬品で溶出し
網目構造体を得ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術における製造方法は、直交溝付板の加工、
接合用表面処理、積層、接合と多くのボロセスの組合せ
によって成されており、且つ多孔伝熱体の材質により、
製作の難易があった。特に、多孔発熱体の材質がセラミ
ックスとなった場合、（１）、の多数の溝が板間表面に
直交して加工されるため、加工途中での破壊、取扱いミ
スによる破壊さらには接合時の加圧不均一による破壊等
が生じる、（２）、難削材なため加工に多くの時間を要
する、（３）接合不良等による伝熱性能の低下を来たす
等の問題点があった。

また、有機質発泡体を用いる方法では気孔率が大であり
伝熱体の骨格を成す部分が少ないため伝熱効率が悪く伝
熱体としては不向きであった。

更に気泡形成粉末を用いる方法では気孔率は小さくでき
るが、各気泡が連続せず内部で発生した気泡を速やかに
表面に移動できない欠点があった。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、三次元織物と粘土状もしくは流動状のセラ
ミックスを組合せることにより達成される。まず、本発
明において用いる三次元織物について述べる。三次元織
物とは、平面的に織り上げる従来の二次元織物とは異な
り、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三方向に繊維を配置して織り込
んだ織物であり、二次元織物を積層して使用する場合に
問題となる積層方向の強度増加を目的として開発された
織物である。当該二次元織物の組織硝酸には種々のもの
がある。

織物に用いる繊維の繊Ｍ東束数を表１に示す。

表１ 繊維集束数とは、繊維を構成する素線数を示し、繊維集
束数１は単繊維を、１以上は単繊維が多数集合して１本
の繊維を形成する集合体（以下、集合繊維と称する）を
言う。

単繊維で各組織を構成する場合、第８図に示すように、
各方向繊維の交差部に形成される空間は、同様に形成さ
れる隣接空間と連続する。この空間部にセラミックスが
充填することにより、最終的に連続した構造体が形成さ
れる。

これに対し、集合繊維を用いた場合、集合繊維は単繊維
の集合体なため繊維の断面方向には変形自由であるため
各方向繊維の交差部に加わる力が大きくなると、集合繊
維が偏平状となり前記空間が形成されない。したがって
、集合繊維で織物を織る場合、交差部に前記空間が生ず
るように交差部に加わる力を少なくする必要がある。

つぎに、繊維材質はポリスチレン、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、酢酸セルローズ、アクリル系樹脂などの熱
可塑性樹脂がよい。本発明における三次元織物の役目は
、三次元構造の造形及び造形後に焼失することにあり、
焼失後の残留物発生が無に前記樹脂が望ましい。これら
の材質中で、たとばポリスチレンのように、変形性が悪
く織物を織る時の変形に耐えず破損するものがある。し
たがってこの種類の材質を用いる場合、たとえば直交組
織のように、一定長さの繊維を三次元状に重ね合せるこ
とにより同様の効果が得られる。

〔作用〕

三次元織物が焼失した、セラミックス構造体には三次元
織物を構成していたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの繊維部
分が空孔となった、三次元空間が形成される。したがっ
て、従来技術（特開昭６０−２２９３５３号公報記載の
技術）とほぼ同様の空間構造を有する伝熱体を得ること
ができる。

以上の毎く、三次元織物を用いることにより。

従来技術では不可欠であった。板面表面への溝加工、接
合のための表面処理、積層及び接合等の工程を経ること
なく目的とする伝熱体を容易に製作できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例につき図面に従って説明する。

第１図は、本発明の方法を用い製作した沸騰冷却用伝熱
体１である。当該伝熱体１は円筒状の貫通空孔２，３．
４が伝熱体１を三次元方向に貫通したセラミックス製構
造体であり、同一方向の各貫通空孔はほぼ平行に形成さ
れている。当該伝熱体は、以上の工程により製作される
。

１）三次元織物に流動状セラミックスを含浸させる工程 ２）乾燥によりセラミックスを固化する工程３）三次元
織物を加熱し除去する工程 ４）高温に加熱してセラミックスを埠結させる工程 以下、各工程毎に具体的に説明する。

まず三次元織物に流動状セラミックスを含浸させる工程
につき述べる。三次元織物は第２図に示す直交組織３軸
三次元織物を使用した。織物に用いた繊維は、繊維集束
数１すなわち１本の線からなる単繊維で繊維断面は円形
状のものである。

繊維材質として低密度ポリエチレンを用いた。

一方、セラミックスは焼結後の熱伝導率が良好であるＡ
ｆｆＮ（′ｑＬ化アルアルミ用いた。ＡρＮ流動体（以
下ＡＱＮスリップと称する）は、表２に示す配合（Ａ　
Ｑ　Ｎを１００％とした時の重量比）とした。

表２ （重量％） ＡＱＮ平均平均粒群３μｍ末を用いた。ＹｚＯａはＡＱ
Ｎの焼結助剤であり、ポリビニルブチラールはΔＭＮ粉
末の分散性と焼結時の寸法精度向上を［１的として配合
した。混合にはボールミルを使用し、表２の配合比から
なる素材を全量同時に容器に封入し、２４時間混合を行
いスリップを製作した。次にこのスリップから溶剤の配
合比が３０％〜５０％となるまで溶剤を蒸発させた後、
真空脱泡によりスリップ内の気泡を抜き、あらかじめ三
次元織物を固定した容器に、三次元織物の二方向の繊維
がほぼ覆われ、残りの一方向の繊維が流し込んだスリッ
プの表面から突き出た状態となるまでスリップを流し込
む、この状態のまま真空脱泡し、スリップを繊維の内部
まで含浸させる。繊維内部へスリップを含浸させる他の
方法として。

スリップを流し込んだ容器ごと加振する方法も効果があ
る。真空脱泡によりストリップ表面から前記スリップ表
面から突き出たもの以外の二方向の繊維が突き出た場合
は、繊維を覆うまでスリップを追加する。

つぎに、三次元織物へ含浸したスリップを乾燥させる第
２工程につき説明する。スリップに含まれている溶剤を
急激に乾燥させると表面と内部の乾燥差によりセラミッ
クス部へのき裂発生またはセラミックスと繊維とのばく
り等を生ずる。

本実施例では、排気孔を持つデシケータに容器を入れた
状態で自然乾燥させた。乾燥状況は重量変化により判断
した。

第３工程である三次元織物の除去は、第３図に示す条件
により、窒素零四気中で加熱した。

最終工程である焼結は、最高加熱温度１９００℃保持時
間２時間の条件で窒素零四気中で行った。

以上の工程により、第１図に示す三次元貫通空孔を持つ
多孔伝熱体が製作された。

本実施例に示す工程によれば、Ａ　Ｑ　［１の三次元貫
通空孔を持つ多孔伝熱体が容易に製作できる。

また、本実施例では、セラミックスとしてＡＱＮを用い
た例につき述べたが、セラミックス粉末として５ｉＣ１
焼結助剤としてＢｅＯを用い製作することも可能である
９さらに、三次元織物構造として本実施例で述べた直交
組織３軸三次元織物の他に、表１，２に示す各織物でも
同様工程を経ることにより製作できる。

また、第２図に示す直交組織３軸三次元織物にかえて一
定長さに切断した単繊維を、交互に積みｉＲねて第２図
に示す織物と同様構造のＮＩｔａｉｍ造体を製作して用
いてもよい。

次に本発明に効果のある組織構成例を示す。第４図は直
交組織３軸三次元織物であり１局所的にはほぼ第２図の
ような組織構成となる。さらに、第５図に示す直交組織
４軸三次元織物、第６図に示す絡み組織三次元織物、第
７図に示す直交多重織物などの三次元織物が本発明に適
用できる。なお、第７図の直交多重織物は、Ｘ方向繊維
５、Ｙ方向繊維６は平面状として表示しである。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、三次元織物構造
の空孔、すなわち三次元方向に貫通した空孔を持つセラ
ミックス製の沸騰冷却用伝熱体が容易に製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により製作した沸騰冷却用伝熱体の斜視
図、第２図は直交組織３軸三次元織物の局部構造説明の
為の斜視図、第３図は実施例の脱バインダー加熱条件を
示す特性図、第４図は直交組織３軸三次元織物の斜視図
、第５図は直交組織４軸三次元織物の斜視図、第６図は
絡み組織三次元織物の斜視図、第７図は直交多重織物例
の斜視図、第８図工次元方向の繊維交差部説明の為の模
式的な斜視図である。 １・・伝熱体、２，３．４・・・貫通空孔、５・・・Ｘ
方向繊維、６・・・Ｙ方向繊維、７・・・２力向城、ｔ
、８，９・・直交組織３軸三次元織物、１０山直交組織
４＠三次元織物、１１・・・Ｗ方向ＩＮ＆維、１２・・
・絡み組織三次元織物、１３・・・直交多重組織三次元
織物、１４・・空間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、液に浸漬した発熱体から発生する熱を、該液の沸騰
   により除去するために発熱体に取り付けられ、各方向に
   連通した孔を持つ構造体からなる沸騰冷却用伝熱体の製
   法において、繊維を三次元配向した三次元織物にセラミ
   ックスを含浸させた後、三次元織物を消失し、セラミッ
   クスを焼結してなる沸騰冷却用伝熱体の製法。 ２、三次元織物の構造を、直交組織３軸、直交組織４軸
   、絡み組織、直交多重組織とした特許請求の範囲第１項
   記載の沸騰冷却用伝熱体の製法。 ３、短繊維を重ね合わせて直交組織３軸、直交組織４軸
   とした構造の三次元織物を用いたことを特徴とした特許
   請求の範囲第１項記載の沸騰冷却用伝熱体の製法。 ４、繊維集束数１以上の繊維を用いた事を特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の沸騰冷却用伝熱体の製法。 ５、繊維材質をポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹
   脂、ポリプロピレン系樹脂、酢酸セルローズ系樹脂、ア
   クリル系樹脂とした特許請求の範囲第１項記載の沸騰冷
   却用伝熱体の製法。 ６、セラミックス材質として、窒化アルミ （ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分としたものを
   用いた特許請求の範囲第１項記載の沸騰冷却用伝熱体の
   製法。