JPH06304739A - 水冷式コールドプレートおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＩＣやＬＳＩ等の発熱部品の冷却に用いられ
る水冷式コールドプレートの厚さを薄くし、かつ冷却性
能を高めると共に製造を容易にすること。 【構成】 アルミニウムプレート３内に蛇行状の金属パ
イプ２が埋め込まれて冷却水の流路が形成され、金属パ
イプの断面形状は、アルミニウムプレートに埋め込まれ
た部分では偏平、パイプ先端５では丸であり、さらに金
属パイプ２はアルミニウム溶湯により鋳込まれてアルミ
ニウムプレートと一体化されている水冷式コールドプレ
ートおよび前記水冷式コールドプレートの製造方法であ
って、断面形状が丸の金属パイプを蛇行状に加工した
後、アルミニウムプレート内に埋め込まれる部分を偏平
化し、スペーサー７を介して鋳型内に設置し、鋳型内に
アルミニウム溶湯を流し込んでアルミニウムプレートと
し、発熱部品を接触させる面を、前記スペーサー７によ
り検知しながら切削して平滑な表面に仕上げる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＩＣやＬＳＩ等の発熱部
品の冷却に使用する水冷式コールドプレートおよびその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、電子機器の高速化、高密度化等に
伴い、基板内の電子部品の実装密度が増大し、その結
果、基板内の局部的な発熱密度が増大している。この問
題を解決するために、図６に示すようにＩＣやＬＳＩ等
の発熱部品１を直接冷却するために、冷却水の流路とな
る金属パイプ２がプレート３内に蛇行状に設けられたコ
ールドプレート４が実用化され始めている。

【０００３】前述したコールドプレートは、内部の水路
を形成するのが容易なので銅製のものが多い。また、軽
量化の要請からアルミ製のコールドプレートも出現して
きている。しかし、最近さらに軽量化及びコンパクト化
するニーズが高まっている。そのため図７および図８に
示すようなコールドプレートが検討されるようになって
いる。このコールドプレートは、アルミニウムのプレー
ト３内に直径が３〜４mmφの銅やステンレス鋼の金属パ
イプ２を蛇行状に埋込み、厚さ５〜６mmのコールドプレ
ート４とするものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしこのコールドプ
レートを実用化するには以下のような問題がある。 パイプの内径が細いので流路抵抗が大きくなり冷却
水の流れが悪くなるため水の出入口温度が大きくなり、
プレート自体の等温性が損われる。 水の流れを良くするため高圧のポンプが必要とな
り、また前記の圧力損失の影響から太いパイプと接続す
ることになるので、水漏れのおそれがあり信頼性が低下
する。 アルミニウムのプレートに金属パイプを埋込むに
は、切削加工等によりプレートに流路となる溝を蛇行状
に掘る必要があるが、加工に耐えられる厚さが必要なた
めと、蓋についてもあまり薄いとハンダ付けの熱により
ひずみが生じ、平坦な面が得られないので、或る程度の
厚さが必要である等により薄肉化が困難である。 前記の流路となる溝に金属パイプを埋込むには、溝
に金属パイプを押込むようにするが、金属パイプとプレ
ートの間に隙間が生じて、接触抵抗が大きい。 前記の接触抵抗を低減するために、金属パイプとプ
レートとの隙間にハンダ等を流し込む方法も考えられる
が、接合を良くするためには予め金属パイプとプレート
をメッキする必要があり、コスト高になる。またこの方
法においても金属パイプとプレートとは完全な一体化が
困難である。 プレートに蛇行状の溝を掘るので、製造に非常に手間
がかかる。

【０００５】本発明は前記の問題について検討の結果、
製造が容易で、かつ薄肉化が可能であり、しかも熱的性
能および信頼性の高い水冷式コールドプレートおよびそ
の製造方法を開発したものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、アルミニウム
プレート内に蛇行状の金属パイプがその両端がアルミニ
ウムプレートから突出した状態に埋め込まれて冷却水の
流路が形成されており、かつ金属パイプの断面形状は、
少なくともアルミニウムプレートに埋め込まれた部分で
は偏平、先端部分では丸であり、さらに金属パイプはア
ルミニウム溶湯により鋳込まれてアルミニウムプレート
と一体化されていることを特徴とする水冷式コールドプ
レートを請求項１とし、アルミニウムプレート内に蛇行
状の金属パイプが埋め込まれて冷却水の流路を形成する
水冷式コールドプレートの製造方法であって、断面形状
が丸の金属パイプを蛇行状に加工した後、前記金属パイ
プの少なくともアルミニウムプレート内に埋め込まれる
部分を偏平化し、偏平化した前記蛇行状の金属パイプを
スペーサーを介して鋳型内に設置し、その後鋳型内にア
ルミニウム溶湯を流し込んで前記蛇行状の金属パイプを
前記アルミニウム溶湯により鋳込んでアルミニウムプレ
ートとし、前記アルミニウムプレートの発熱部品を接触
させる面を、前記スペーサーにより前記蛇行状の金属パ
イプまでの距離を検知しながら切削して平滑な表面に仕
上げることを特徴とする水冷式コールドプレートの製造
方法を請求項２とするものである。

【０００７】

【作用】すなわち本発明の水冷式コールドプレートは、
アルミニウムのプレート内に埋込まれる金属パイプが偏
平であるので以下のような作用効果がある。 コールドプレート厚さを薄くできる。 プレート内の偏平パイプの占める割合が大きくでき
るので熱的な性能も向上する。 プレートの厚さに制限があるときも、パイプの断面
積を従来より大きくすることができる。

【０００８】また本発明の水冷式コールドプレートは、
所望の蛇行状に形成した断面偏平の金属パイプを、鋳型
内に設置して溶融アルミニウムを流して鋳込みプレート
とし、必要により表面を切削して平滑にするものであ
る。したがって金属パイプはアルミニウム溶湯により鋳
込まれているため、 金属パイプとアルミニウムのプレートは一体化され
て、接触抵抗は低減する。 従来のように金属パイプが入る蛇行状の溝を掘る必
要がないので製造が容易である。 表面をパイプすれすれまで切削しても強度的、熱性
能的に問題がなく、２枚板構造よりも薄型化が可能であ
る。また、両面を切削することにより表面が平滑とな
り、両面に発熱部品の実装が可能である。等の作用効果
を奏する。

【０００９】一方、アルミニウムプレートから突出した
金属パイプの両端は、冷却水輸送パイプと接続する。こ
の時、前述したように、金属パイプのアルミニウムプレ
ート内に埋め込まれた部分は断面形状が偏平となってい
るため、プレートの厚さの割りには太いパイプを用いる
ことができる。したがって、従来のように一度太いパイ
プに接続しなくても直接カップラー等を取りつけること
が可能である。そこで金属パイプの先端部分の断面形状
は丸にして、カップラー等の取りつけが容易に行えるよ
うに構成した。

【００１０】またこのような水冷式コールドプレートの
製造方法としては、断面形状が丸の金属パイプを所望の
蛇行状に加工し、その後、少なくともアルミニウムプレ
ート内に埋め込まれる部分をプレスにより偏平化する。
このようにすれば断面形状が偏平で、蛇行状の金属パイ
プを、断面形状が偏平なパイプを蛇行状に曲げ加工して
製造する場合よりも極めて容易に製造することが可能で
ある。

【００１１】そして、このようにして製造した断面が偏
平で蛇行状の金属パイプを鋳型内に設置してアルミニウ
ム溶湯を流しこんでアルミニウムプレートとし、発熱部
品を接触させる面を金属パイプすれすれまで切削して表
面は平滑なコールドプレートとするのである。鋳型内に
蛇行状の金属パイプを設置する時に、位置決めのために
スペーサーを介在させ、鋳込み時に鋳型内でパイプが所
望の位置からずれるのを防いでいるが、このスペーサー
はその後の表面切削の際には切削面と鋳込まれた金属パ
イプとの間隔を検知する手段となる。このスペーサーの
存在により、誤って金属パイプを切削してしまうことな
く、金属パイプすれすれまでアルミニウムプレートの表
面を切削仕上げすることが可能となり、最大限の薄肉、
軽量化が達成される。したがってスペーサーの材質とし
ては、切削加工が可能な金属、たとえば銅、銅合金、ス
テンレス鋼等が好ましい。また、スペーサーは完全に切
削することなく、金属パイプの表面に若干残っても、差
し支えない。さらに、発熱部品を片面のみに接触させる
場合や、たとえば鋳型の底側にあたる面で、金属パイプ
がアルミニウム溶湯によって鋳込まれただけの状態で表
面すれすれに埋まっており、さらに表面の精度が要求を
満足できる場合などは、片面のみを切削すればよい。

【００１２】なお本発明においてアルミニウムとはアル
ミニウム合金も含むものであり、また金属パイプとして
は、銅および銅合金、ステンレス鋼など耐食性のものが
使用できる。

【００１３】

【実施例】以下に本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明の一実施例に係る水冷式コー
ルドプレートの正面図、図２は図１の側面図、図３は図
１のＡ〜Ａ部の断面拡大図である。図において２は銅、
ステンレス鋼等の金属パイプで、その断面形状は図２お
よび図３に示すようにアルミニウムのプレート３内に埋
込まれる部分が偏平に成形されており、偏平の広い面が
プレート面と平行になるように蛇行状に成形されて、プ
レート内にアルミニウム溶湯により鋳込まれ、一体化し
て水冷式コールドプレート４としたものである。プレー
ト３から突出した金属パイプ２の両端のうち、パイプ先
端５は、断面形状が丸で、カップラー等が直接取りつけ
られるようになっている。そしてコールドプレート４の
表面にはＬＳＩ等の発熱部品（図示せず）が実装されて
使用される。

【００１４】次にこの水冷式コールドプレートの製造方
法について図４、図５に基づいて説明する。先ず外径６
mmφのステンレス鋼のパイプをベンダーを使用して蛇行
状に加工した後、プレート内に埋め込まれる部分をプレ
スで偏平化して厚さ３．５mmの偏平な金属パイプ２を製
作した。その時、パイプ偏平時にパイプにしわが生じた
りパイプが瓢箪状になったりしないように、パイプ内に
水圧をかけて偏平加工した。また、パイプ先端５はカッ
プラーが直接取りつけられるように断面丸のままとし
た。そして、その金属パイプ２を鋳型６の所定の場所に
埋め込まれるように、スペーサー７を介して鋳型６内に
設置した後、鋳型６内に溶融アルミを鋳込みプレートを
作った。この時、スペーサー７としては真ちゅうの厚さ
３mm、幅５mmの棒材を用いた。その後、ＩＣやＬＳＩを
接触させる面をスペーサー７の存在により、金属パイプ
２までの距離を検知しながら切削して表面精度を上げ、
厚さ５mmとした。さらにプレート３から突出したパイプ
両端の偏平化されていないパイプ先端５にワンタッチで
着脱可能なカップラーを取付けて水冷式コールドプレー
ト４を仕上げた。

【００１５】なお、本実施例においては渡し板状のスペ
ーサーを用いたが、これに限らず、位置決めの柱状のス
ペーサー等、他の形態のスペーサーを用いてもよい。

【００１６】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
次のような多くの効果を奏する。 （１）コールドプレートの厚さを従来に較べて薄くでき
るので、それだけで大幅な軽量化が達成できる。 （２）コールドプレート内での偏平パイプの占める割合
が多くなるので、軽量化にさらに寄与するだけでなく、
熱的な性能も向上させる。 （３）パイプ内に水を流すと、流路断面積はむしろ従来
よりも大きくなるので水の圧力損失は減少する。 （４）流路を形成するパイプ自体は比較的太いので、太
いパイプと一度接続させることなくコイル両端の偏平化
されていない部分にカップラーなどを取り付けることが
でき、水漏れが防止され信頼性が向上する。 （５）パイプを鋳型にセットした後に鋳型内に溶融アル
ミを鋳込んで作るので、パイプとアルミは一体化して接
触抵抗がなくなる。また冷却性能が良いためプレート両
面への実装が可能となる。 （６）プレートにあらかじめ溝を掘っておく必要もなく
製造が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る水冷式コールドプレー
トの正面図

【図２】図１の水冷式コールドプレートの側面拡大図

【図３】図１のＡ〜Ａ部の断面拡大図

【図４】本発明の一実施例に係る水冷式コールドプレー
トの製造方法の説明図

【図５】図４のＡ〜Ａ部の断面拡大図

【図６】従来の水冷式コールドプレートの斜視図

【図７】従来の水冷式コールドプレートの他の例の正面
図

【図８】図７の水冷式コールドプレートの側面図

【符号の説明】

１ 発熱部品 ２ 金属パイプ ３ プレート ４ コールドプレート ５ パイプ先端 ６ 鋳型 ７ スペーサー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミニウムプレート内に蛇行状の金属
   パイプがその両端がアルミニウムプレートから突出した
   状態に埋め込まれて冷却水の流路が形成されており、か
   つ金属パイプの断面形状は、少なくともアルミニウムプ
   レートに埋め込まれた部分では偏平、先端部分では丸で
   あり、さらに金属パイプはアルミニウム溶湯により鋳込
   まれてアルミニウムプレートと一体化されていることを
   特徴とする水冷式コールドプレート。
2. 【請求項２】 アルミニウムプレート内に蛇行状の金属
   パイプが埋め込まれて冷却水の流路を形成する水冷式コ
   ールドプレートの製造方法であって、断面形状が丸の金
   属パイプを蛇行状に加工した後、前記金属パイプの少な
   くともアルミニウムプレート内に埋め込まれる部分を偏
   平化し、偏平化した前記蛇行状の金属パイプをスペーサ
   ーを介して鋳型内に設置し、その後鋳型内にアルミニウ
   ム溶湯を流し込んで前記蛇行状の金属パイプを前記アル
   ミニウム溶湯により鋳込んでアルミニウムプレートと
   し、前記アルミニウムプレートの発熱部品を接触させる
   面を、前記スペーサーにより前記蛇行状の金属パイプま
   での距離を検知しながら切削して平滑な表面に仕上げる
   ことを特徴とする水冷式コールドプレートの製造方法。