JPH093571A

JPH093571A - ヒートシンク

Info

Publication number: JPH093571A
Application number: JP7147836A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Suzuki; 竹四鈴木; Masami Takahashi; 正美高橋; Ryuichi Arakawa; 龍一荒川; Seiichi Ishikawa; 誠一石川
Original assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Priority date: 1995-06-14
Filing date: 1995-06-14
Publication date: 1997-01-07

Abstract

(57)【要約】【目的】伝熱効率が高く、製造が容易で高い寸法精度
が得られるヒートシンクを提供する。【構成】銅合金板２，４が２枚張り合わされ、これら
一方または両方の一部が膨管加工されることにより中空
かつ気密的な膨出部６が形成され、膨出部６内に作動液
が封入されている。金属板２，４は、重量％で、Ｆｅ：
０．０１〜２．７％，Ｃｒ：０．００３〜０．８％，Ｍ
ｎ：０．００２〜０．７％，Ｎｉ：０．００３〜３．０
％，Ａｇ：０．００３〜３．０％，Ｚｎ：０．０１〜
３．０％，Ｓｎ：０．００３〜２．０％，Ａｌ：０．０
０２〜１．０％，Ｓｉ：０．００２〜０．９％，Ｍｇ：
０．００２〜０．９％，Ｔｅ：０．００３〜０．２％，
Ｚｒ：０．００２〜０．３％，Ｔｌ：０．００２〜０．
４％から選ばれる１種または２種以上の元素を合わせて
０．０７〜５．０％含み、残部がＣｕおよび不可避不純
物からなる銅合金で形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、張り合わされた２枚の
金属板の間に流路が形成され、この流路内に作動液が封
入されたヒートシンクに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子装置内の発熱量の大きい素子を冷却
する場合、従来は、多数のフィンが形成された金属製の
ヒートシンクを素子に固定し、このヒートシンクを空冷
することにより素子の放熱を図る構造が一般に採用され
ている。

【０００３】しかし、この種のヒートシンクでは、ヒー
トシンクを構成する金属固有の熱抵抗により発熱素子か
らヒートシンク表面への伝熱が妨げられるため、冷却効
率を向上するには限界があった。また、最近では、コン
ピューター等におけるＣＰＵ（中央演算素子）等の電気
素子を冷却するためのヒートシンクとして小型かつ軽量
のものが強く要求されているが、従来のヒートシンクで
は、必要な冷却性能を得るには大型化して重くならざる
を得ず、要求に応えることができなかった。

【０００４】そこで、最近では、コンピューター内のＣ
ＰＵ等を冷却する場合などに、ヒートパイプを組み込ん
だヒートシンクを用いる試みがなされているが、従来の
ヒートパイプはいずれも断面円形の金属管を使用したも
のであるから、何らかの結合部材を介さなければ発熱素
子との熱的結合が難しく、その分重量が大きくなり、熱
輸送効率も低下するという問題があった。

【０００５】本発明者らは、ヒートパイプ機能を有しつ
つ発熱素子との結合が容易で、しかも軽量化が図れるヒ
ートシンクを得るため、２枚の金属板を接合して膨管加
工することにより、これら金属板の間に流路を形成し、
この流路に作動液を封入する構成を発案した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ヒートシン
クの伝熱効率を高めるために、金属板の材質としては、
熱伝導性が良好な無酸素銅やリン脱酸銅等の純銅系素材
を使用することが望まれる。一方、金属板同士を接合す
るためには、金属板を焼鈍した後、熱間クラッド加工に
より張り合わせる作業が必要であるが、本発明者らの実
験によると、純銅系素材を使用した場合は、これらの熱
間工程で金属板中の強度が低下してクラッド加工中に金
属板が破断したり、加工後に歪みや変形を生じる傾向の
あることが判明した。また、次の膨管加工は常温で高圧
水を金属板間に吹き込んで行われるが、純銅系素材は常
温での強度も低いために、軽量化のため金属板を薄くす
ると均一に膨らまず、精密部品として使用できるほどの
寸法精度および信頼性が得られ難いという問題があっ
た。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、伝熱効率が高く、製造が容易で高い寸法精度が得ら
れるヒートシンクを提供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るヒートシンクは、いずれも重量％で、
Ｆｅ：０．０１〜２．７％，Ｃｒ：０．００３〜０．８
％，Ｍｎ：０．００２〜０．７％，Ｎｉ：０．００３〜
３．０％，Ａｇ：０．００３〜３．０％，Ｚｎ：０．０
１〜３．０％，Ｓｎ：０．００３〜２．０％，Ａｌ：
０．００２〜１．０％，Ｓｉ：０．００２〜０．９％，
Ｍｇ：０．００２〜０．９％，Ｔｅ：０．００３〜０．
２％，Ｚｒ：０．００２〜０．３％，Ｔｌ：０．００２
〜０．４％から選ばれる１種または２種以上の元素を合
わせて０．０７〜５．０％含み、残部がＣｕおよび不可
避不純物からなる銅合金板が２枚張り合わされ、これら
金属板の一方または両方の一部が膨管加工されることに
より、金属板同士の接合面に沿って中空かつ気密的な流
路が形成され、この流路内に作動液が封入されているこ
とを特徴としている。

【０００９】上記金属板はさらに、Ｐを０．００５〜
０．５％含んでいてもよい。この場合は、金属板の母相
がリン脱酸銅となる。

【００１０】Ｆｅ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓ
ｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｔｅ，Ｔｉの各成分は、銅母相
またはリン脱酸銅母相に固溶、あるいはこれら母相中で
析出相や化合物相を形成し、高温加熱時における結晶粒
の粗大化を抑制するとともに高温時の金属板の強度を高
めることにより、金属板が薄い場合にも熱間クラッド加
工時の破断や変形を防ぎ、精度の良い熱間クラッド加工
を可能にする効果を果たす。

【００１１】上記各成分はまた、金属板の深絞加工性を
向上させ、肉厚が小さい場合にもクラッド板の膨管加工
を可能にするとともに、成形後のヒートシンクの膨管部
の強度を高めて潰れ等から保護する作用を果たす。

【００１２】なお、金属材料の深絞性と集合組織とは密
接な関係があり、純銅に強圧延を施した後に再結晶焼鈍
を行うと、｛１００｝面方位（正確には（１００）、
［００１］方位）への集積度が高い再結晶集合組織が発
達する。このような再結晶集合組織は、材料の深絞性を
悪化させる原因となり、純銅の深絞加工を困難にしてい
る。これに対し、前記のような添加元素や析出物が純銅
に入ると、｛１００｝面方位への再結晶集合組織の発達
が弱められ、深絞性が向上すると考えられる。

【００１３】上記各成分の添加量の限定理由について説
明する。Ｆｅ、Ｚｎが０．０１％未満、かつ、Ｃｒ，Ｎ
ｉ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｔｅが０．００３％未満、かつ、Ｍ
ｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｚｒ，Ｔｉが０．００２％未満
で、しかも、それらの合計量が０．０７％未満の場合に
は、前記作用を得ることはできない。一方、Ｆｅ：２．
７％、Ｃｒ：０．８％、Ｍｎ：０．７％、Ｎｉ，Ａｇ，
Ｚｎ：各３．０％、Ｓｎ：２．０％、Ａｌ：１．０％、
Ｓｉ，Ｍｇ：各０．９％、Ｔｅ：０．２％、Ｚｒ：０．
３％、Ｔｉ：０．４％の各含有量上限のうち一つ以上を
越えるか、あるいは、個別の上限を越えなくても合計添
加量が５．０％を越えた場合には、ヒートシンクの導電
率が３０％ＩＡＣＳ未満に低下し、伝熱特性が悪化す
る。同時に、この場合には大きな析出物が生成し、熱間
クラッド加工の接合性、並びに膨管加工性を悪化させる
ため、好ましくない。

【００１４】上記各成分の他に、銅合金に不可避的に混
入するＯ，Ｓ，Ｐｂ，Ｂｅ，Ｃａ，Ｐｄ，Ｉｎ，Ｓｂ，
Ｂｉ等の不純物が、合計で０．０６％程度まで含まれて
いても、本発明に係るヒートシンクの特性は損なわれな
い。

【００１５】上述した合金組成の中でも、以下の組成か
らなる銅合金は特に本発明に好適である。（１）Ｆｅを０．０５〜０．１５％，Ｐを０．０１５〜
０．０５％、Ｚｎを０．２０％以下含み、残部がＣｕお
よび不可避不純物からなる銅合金。（２）Ｚｒを０．０１〜０．１５重量％含み、残部がＣ
ｕおよび不可避不純物からなる銅合金。

【００１６】前記（１）の銅合金を使用した場合には、
ＦｅとＰとが微細な金属間化合物を形成し、ヒートシン
クの強度および耐熱性（軟化温度）を一層高めることが
可能である。しかも純銅比で８５％以上の導電率を有す
る。したがって、リン脱酸銅と同等以上の良好な熱伝導
性が得られる。前記（２）の銅合金を使用した場合に
は、Ｚｒ添加によりヒートシンクの強度および耐熱性
（軟化温度）を向上することが可能で、しかも純銅比で
９０％以上の導電率を有する。したがって、リン脱酸銅
よりも高い熱伝導性が得られる。

【００１７】

【実施例】次に、図面を用いて、本発明に係るヒートシ
ンクの実施例を詳細に説明する。［第１実施例］図１および図２は、本発明に係るヒート
シンクの第１実施例を示す平面図および側面図である。
このヒートシンク１は、前述した材質のいずれかで形成
された２枚の金属板２，４が張り合わされ、これら金属
板２，４の各中央部の互いに対向する箇所に、直線状を
なす膨出部６が形成されることにより、図４に示すよう
に膨出部６内に気密的な流路が形成され、さらにこの流
路内に一定量の作動液Ｌが減圧封入されたものである。
膨出部６の断面形状は円弧状とされ、これにより膨出部
６の断面は楕円状とされている。ただし、本発明はこの
ような断面形状に限定されるものではなく、例えば、一
方の金属板２のみを膨管加工することにより、図３およ
び図５に示すように断面半楕円形状の膨出部６を形成す
ることも可能である。

【００１８】金属板２，４の厚さは限定されないが、膨
管加工を行う必要および強度上の必要から、一般的には
０．１〜２ｍｍが好ましい。金属板２，４の板厚は互い
に異ならせてもよい。また、本発明では作動液の種類は
限定されず、純水；メタノール、アセトン等の有機溶
媒；フロンなど従来使用されているいかなる作動液を使
用してもよい。図示の例ではヒートシンク１は矩形状と
されているが、本発明のヒートシンクは矩形状に限定さ
れず、設置場所に合わせていかなる形状に変更してもよ
い。

【００１９】ヒートシンク１の膨出部６以外の部分は平
板状の平板部３とされ、放熱板として機能するようにな
っている。平板部３には別部材の金属製放熱フィンや、
放熱孔を形成してもよい。膨出部６の一端部は蒸発部６
Ａ、他端部は凝縮部６Ｂとされ、平板部３上には、蒸発
部６Ａに隣接して発熱素子Ｓが固定されるようになって
いる。発熱素子Ｓは例えばコンピューターにおけるＣＰ
Ｕを始めとする各種電子素子などであり、ネジやクラン
プ等の機械的締結手段または接着剤により平板部３に固
定される。必要であれば両者の間に薄い絶縁材を挟んで
もよい。ヒートシンク使用の際には、水平面に対してヒ
ートシンク１を傾斜させ、膨出部６内の作動液Ｌが凝縮
部６Ｂから蒸発部６Ａへ流れるようにすることが好まし
い。傾斜角度は限定されないが、一般的には１〜３０゜
程度が好ましい。

【００２０】図１に示すように、膨出部６の一部からは
金属板２，４の端部へ達する導入管部１２が形成され、
この導入管部１２は作動液Ｌを膨出部６へ注入した後
に、押潰しまたは封止物の充填などにより完全に封止さ
れている。導入管部１２の位置は図示の位置に限定され
ない。

【００２１】この実施例においては、図１に示すよう
に、膨出部６の全面に亙って、膨出部６の長手方向に直
交する方向へ延びる凹凸条８が形成されている。凹凸条
８は例えば断面波形状とされたものであり、膨管加工時
の金型の内面形状を設定することにより、膨管加工と同
時に形成できる。凹凸条８の深さは０．２〜２ｍｍ程度
が形成しやすいが、それに限定されることはない。この
ような凹凸条８を形成した場合には、作動液Ｌおよび蒸
気と管状部内壁面との接触面積を増大できるうえ、蒸発
部６Ａから凝縮部６Ｂへと高速で流れる蒸気を乱流化す
る効果が得られるため、蒸気と内壁面との接触効率を高
めることが可能である。

【００２２】上記凹凸条８の代わりに、膨出部６の両面
かつ全長に亙って膨出部６の長手方向に延びる凹凸条を
形成してもよい。この場合は、蒸発部６Ａから凝縮部６
Ｂへと高速で流れる蒸気の流路抵抗を高めることが少な
い。また、膨出部６の全面に亙って多数のディンプルを
形成してもよい。このようなディンプルも凹凸条８と同
様の方法により形成できる。

【００２３】膨出部６の内壁面は、その全面または一部
が中心線平均粗さ（Ｒａ）：０．００２〜０．５ｍｍに
粗面化されていることが好ましい。膨出部６の内壁面の
表面粗さがＲａ：０．００２ｍｍ以上であれば、接触面
積の増大およびウイック機能の向上により熱交換効率お
よび作動液輸送効率が高められる。一方、Ｒａ：０．５
ｍｍより大では、凹凸によりヒートシンク１の強度が低
下するおそれがある。より好ましい範囲はＲａ：０．０
０３〜０．１ｍｍである。

【００２４】粗面化は例えば、後述する製造過程におい
て、金属板２，４の間に剥離剤層を介在させて金属板
２，４を張り合わせることにより可能である。剥離剤層
としては黒鉛粉末が好適であるが、その他にも、Ｔｉ
Ｃ，ＳｉＣ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂等のセラミックス（金
属酸化物、金属炭化物、その他の無機化合物）や、Ｗ，
Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖなどの金属単体若しくは合金の粒
子などが例示できる。黒鉛粉末中に上記各種の物質粉末
を混合したものとしてもよい。

【００２５】本発明者らはまた、前記のような剥離剤層
を使用して膨管加工した後に、剥離剤層を膨出部６の内
面から必ずしも除去しなくてよいことを見いだした。剥
離剤層を構成する粒子は、膨出部６の内壁面に食い込ん
だ状態で残留するため、それ自体が粗面化の役割を果た
すうえ、微細な粉末が沸騰核や凝縮核として作用し、蒸
発および凝縮促進効果が得られる。具体的には、膨出部
６の内壁面の一部または全面に、粒径２〜５００μｍの
黒鉛，前記セラミックス，および前記金属の１種または
２種以上の混合物が３〜４０μｍの厚さに固着されてい
ることが好ましい。４０μｍより厚くすると、粉末層の
存在による伝熱効率の低下が無視できなくなる。

【００２６】また、膨出部６の内面には、図４（または
図５）に示すように、各金属板２，４の接合面に沿って
一対の切り込み状の溝１０が形成されている。これら溝
１０は、膨管加工に伴って金属板２，４の接合面の縁が
押し開かれるために必然的に生じるものであり、その奥
は極めて小さい間隙を有する。溝１０は、このような微
小間隙により微小気泡を保持する作用を奏し、これら保
持された微小気泡が次の気泡発生のための蒸発核となる
ため、蒸発部６Ａにおいては蒸発効率を高める効果が得
られる。同時に、溝１０は毛細管力を有するから、凝縮
部６Ｂで生じた作動液は重力だけでなく溝１０の毛細管
力によっても下方へ輸送され、蒸発部６Ａへの環流効率
が高められる。

【００２７】次に、上記ヒートシンクの製造方法の一例
を説明する。ただし、本発明に係るヒートシンクは、こ
の製造方法により製造されるものに限定されない。ま
ず、平坦な金属板２，４の張り合わせ面を研磨および清
浄化した後、一方の金属板４（または２）の表面に剥離
剤を塗布または印刷し、膨出部６および導入路８に対応
するパターンをなす剥離層を形成する。剥離剤は、前述
した潤滑性粒子を好ましくは粘性の高い分散媒中に分散
させてなるものである。分散媒としては、ポリビニルア
ルコール等の高分子水溶液や水ガラス系水溶液等が挙げ
られ、この中に５〜６０ｖｏｌ％の潤滑性粒子が添加さ
れる。潤滑性粒子の添加濃度がこの範囲であれば、剥離
剤の印刷または塗布が容易に行え、均一な粗面化も容易
である。

【００２８】剥離剤の印刷または塗布が完了したら、金
属板４を不活性雰囲気または還元性雰囲気下で加熱して
分散媒を分解除去する。これにより、実質的に潤滑性粒
子のみが金属板４上に均一密度で残留して剥離層が形成
される。必要であれば両方の金属板２，４にそれぞれ剥
離層を形成してもよいし、一方の金属板に粒径の大きい
潤滑性粒子を含む剥離層、他方の金属板に粒径の小さい
潤滑性粒子を含む剥離層を形成することにより、流路の
内壁面の表面粗さを部分的に異ならせることも可能であ
る。

【００２９】剥離層を形成し終えたら、金属板４を他方
の金属板２と張り合わせ、その材料に見合った温度まで
加熱して熱間圧延を施す。これにより、両金属板２，４
の剥離層が介在していない部分の界面が接合され、複合
板が得られる。なお、圧延温度は３００〜７５０℃に設
定することが好ましい。熱間圧延の過程で、剥離層を構
成する粒子の一部は軟化した金属板２，４表面にめりこ
み、剥離層と接触した領域全面に亙って金属板２，４に
微細な凹凸が形成される。接合後の複合板には、必要に
応じてさらに冷間圧延および再結晶焼鈍を行い、さらに
表面処理により金属板表面の酸化膜を除去する。

【００３０】次に、複合板の一端部をこじ開けて、剥離
層の一端を露出させた後、その開口部に給液管を接続す
る。そして、膨出部６および導入管部１２に対応した形
状の凹部が予め形成されている膨管加工用金型に複合板
をセットし、給液管から高圧流体を注入して膨管加工を
行い、膨出部６および導入管部１２を形成する。その
後、膨管用流体を排出し、作動液を膨管部６内に封入し
て内部を減圧し、導入管部１２を塞ぎ、さらに形状修整
することによりヒートシンク１が得られる。

【００３１】上記構成からなるヒートシンク１によれ
ば、前述した材質から形成されていることにより、高温
加熱時における結晶粒の粗大化を抑制するとともに高温
時並びに常温時の強度が高く、さらに深絞性が向上でき
る。したがって、ヒートシンク１が薄い場合にも、熱間
クラッド加工時の破断や変形に起因する寸法誤差、およ
び膨管加工時における不均一性を低減し、精密部品とし
て十分使用に耐える寸法精度および信頼性が得られる。

【００３２】また、前記材質を使用することにより膨出
部６の強度が向上し、肉厚が小さい場合にも膨出部６が
潰れにくいだけでなく、熱伝導度は良好であるから軽量
のヒートシンク１で高い冷却効率が得られる。

【００３３】［第２実施例］図６は、本発明に係るヒー
トシンクの第２実施例を示す側面図である。このヒート
シンク１は、膨出部６の蒸発部６Ａの近傍において、ヒ
ートシンク１の幅方向に延びる屈曲線を境として、ヒー
トシンク１全体が一定角度折り曲げられていることを新
たな特徴としている。前記材質を使用しているために、
このような折り曲げ加工も容易である。

【００３４】折り曲げ角度αは、一般的には１〜３０゜
程度が好ましく、より好ましくは１〜７゜、さらに望ま
しくは２〜５゜とされる。このように屈曲していること
により、発熱素子Ｓを固定した平板部３の一部を水平に
配置したままで、凝縮部６Ｂから蒸発部６Ａへ作動液Ｌ
の環流を促進することができる。なお、図７に示すよう
に、発熱素子Ｓと蒸発部６Ａとの間で屈曲させた構成も
可能である。この構成によっても同じ効果が得られる。

【００３５】［第３実施例］図８および図９は、本発明
に係るヒートシンクの第３実施例を示す。この実施例
は、平板部３に発熱素子Ｓを固定する代わりに、膨出部
６の蒸発部６Ａの上面に、発熱素子Ｓを密着固定するた
めの素子固定部１４が一体形成されていることを特徴と
する。素子固定部１４の上面は、図１１に示すように平
坦化され、この上面は発熱素子Ｓの一面を密着固定でき
るように寸法設定されている。素子固定部１４以外の部
分は、図４に示すような断面形状でよい。素子固定部１
４は、膨出部６を膨管加工するときに、金型の内面に素
子固定部１４と相補的な形状をなす部分を形成しておく
ことにより、膨出部６と同時に形成できる。

【００３６】なお、この例においても、図１０および図
１２に示すように、一方の金属板のみを膨管加工して、
ヒートシンク１の片面に膨出部６および素子固定部１４
を形成してもよい。

【００３７】また、第３実施例において、図１３に示す
ように膨出部６の蒸発部６Ａよりも中央よりの部分で、
ヒートシンク１全体を一定角度だけ屈曲させてもよい。
角度αは前述したとおりでよい。また、図１４に示すよ
うに、蒸発部６Ａの下面側に素子固定部１４を形成して
もよい。この場合には、金属板を隔てて発熱素子Ｓの上
面を作動液Ｌが直接冷却するため、冷却効率を高めるこ
とができる。さらに、図１５は、図１３に示す例におい
て、凝縮部６Ｂ側でも再度屈曲させることにより、凝縮
部６Ｂを水平にしたものである。凝縮部６Ｂが水平であ
れば、他の冷却装置とヒートシンク１との結合が容易に
なる利点がある。

【００３８】［第４実施例］図１６は本発明に係るヒー
トシンクの第４実施例を示し、この実施例では、凝縮部
６Ｂの上面に、素子固定部１４と同様に上面が平坦な冷
却装置固定部２０を形成し、この冷却装置固定部２０の
上面に冷却装置１６を固定したものである。この冷却装
置１６は例えばペルチェ素子であり、通電すると、冷却
装置固定部２０と密着している面が冷却され、反対面が
加熱するものである。反対面にはさらにヒートシンク１
８が固定されている。冷却装置１６としては、空冷ファ
ンなども使用可能である。

【００３９】このように冷却装置１６を有するヒートシ
ンク１によれば、冷却装置１６により凝縮部６Ｂを強制
冷却することにより、ヒートパイプ機能による熱輸送効
率を最大に高めることができ、発熱素子Ｓの冷却効率を
さらに高めることが可能である。また、比較的大型の冷
却装置１６を使用した場合にも、冷却装置１６を発熱素
子Ｓから遠ざけた位置に配置することができ、発熱素子
Ｓの周辺に十分なスペースが確保できない場合にも、適
用が可能である。

【００４０】［第５実施例］図１７および図１８は、本
発明に係るヒートシンクの第５実施例を示す平面図およ
び側面図である。このヒートシンク１は、長手方向に延
びる細長い膨出部６を有し、この膨出部６の上面中央に
素子固定部１４が形成され、その上面に発熱素子Ｓが固
定可能とされている。すなわち、この例の膨出部６は両
端部が凝縮部６Ｂ、中央部が蒸発部６Ａとして機能す
る。ヒートシンク１は、蒸発部６Ａの近傍の両側で屈曲
されており、全体として開いたＶ字型をなし、蒸発部６
Ａがもっとも低く配置されるようになっている。これに
より、蒸発部６Ａには作動液Ｌが溜まり、ここから発生
した蒸気が両端の凝縮部６Ｂへそれぞれ流れ、凝縮して
再び蒸発部６Ａへ環流する。なお、この例においても、
素子固定部１４を蒸発部６Ａの下面に形成することが可
能である。

【００４１】本発明に係るヒートシンクは上記各実施例
に限定されるものではなく、必要に応じて適宜構成を変
更してよいのは勿論である。例えば、膨出部６は平面視
Ｕ字状に形成して、Ｕ字の円弧部を蒸発部、両端部を凝
縮部としてもよいし、リング状の管状部を形成してもよ
い。また、上記実施例はいずれも膨管加工によるもので
あったが、本発明では２枚の金属板を塑性加工した後、
張り合わせることによっても作成可能であるし、管状部
と平板部を別々に作成したのち、これらを一体化した構
成も可能である。さらに、２枚の金属板の間に複数の互
いに独立した管状部を形成することも可能である。

【００４２】［ヒートシンクの適用例］図２０は、前述
したヒートシンク１をノート型コンピューター３０に組
み込んだ状態を示す斜視図である。ノート型コンピュー
ター３０は、薄型の箱状をなす本体３４と、この本体３
４に開閉可能に取り付けられた蓋体３２とを有し、蓋体
３２には表示パネル３６が取り付けられている。本体３
４の上面には入力用のキーボード３８が取り付けられ、
さらに本体３４内には、ＣＰＵ４０が固定された母基板
４２が収納されている。

【００４３】この場合、ＣＰＵ４０が発熱素子Ｓに該当
し、ＣＰＵ４０の上面には、図示しない伝熱性接着体を
介して、あるいは直接に、ヒートシンク１の蒸発部６Ａ
側の端部が固定されている。そして、ヒートシンク１
は、母基板４２の上方に配置され、水平または凝縮部６
Ｂ側を若干上方に傾斜させた状態で、本体３４内に収納
されている。なお、放熱性を高めるために、ヒートシン
ク１の平板部３の凝縮部６Ｂ側は本体３４内の金属製フ
レームに連結されていてもよい。あるいは、平板部３に
さらに別のヒートシンクが固定されていてもよい。

【００４４】上記構成からなるノート型コンピューター
３０によれば、ヒートシンク１を使用したことにより、
装置内部での部品配置密度を高めつつ、発熱素子の冷却
効率を高めることが可能である。

【００４５】

【実験例】以下に示す実験例１〜１３の各素材を、水冷
鋳型を用いて半連続鋳造し、７５０〜９５０℃の温度で
熱間圧延および平面研削を行い、厚さ９ｍｍの銅合金板
を製造した。この銅合金板について、冷間圧延および焼
鈍を繰り返し行い、最終的に厚さ０．４ｍｍの条材を得
た。得られた条材の引っ張り強度、伸び、導電率、限界
絞り比を測定した。また、これら条材の６００℃での引
っ張り強さを測定した。得られた結果を表１に示す。

【００４６】実験例１Ａｇ：０．１％、残部Ｃｕ実験例２Ｓｎ：０．１５％、Ｐ：０．００６％、残部
Ｃｕ実験例３Ｆｅ：０．１％、Ｐ：０．０３％、残部Ｃｕ実験例４Ｆｅ：０．８５％、Ｓｎ：０．８％、Ｐ：
０．０３％、残部Ｃｕ実験例５Ａｇ：０．０３％、Ｓｎ：０．１５％、Ｐ：
０．０６％、残部Ｃｕ実験例６Ｆｅ：２．３％、Ｐ：０．０３％、Ｚｎ：
０．１２％、残部Ｃｕ実験例７Ｍｇ：０．６５％、Ｐ：０．００５％、残部
Ｃｕ実験例８Ｃｒ：０．３％、Ｚｒ：０．１％、Ｍｇ：
０．０５％、Ｓｉ：０．０２％、残部Ｃｕ実験例９Ｓｎ：１．６％、Ｚｎ：３．０％、残部Ｃｕ実験例１０Ｓｎ：２．０％、Ｎｉ：１．５％、Ｓｉ：
０．１％、Ｚｎ：０．６％、残部Ｃｕ実験例１１Ｚｒ：０．１％、残部Ｃｕ実験例１２Ｚｒ：０．０２％、残部Ｃｕ実験例１３Ｎｉ：２．０％、Ｓｉ：０．５％、Ｚｎ：
１．０％、Ｆｅ：０．０３％、Ｐ：０．００８％、Ｍ
ｇ：０．００４％、残部Ｃｕ比較例１Ｐ：０．０１８％、残部Ｃｕ（Ｃ１２２００
／りん脱酸銅）比較例２Ｏ₂：０．０００５％、残部Ｃｕ（Ｃ１０１
００／無酸素銅）比較例３Ａｇ：０．０３％、Ｓｎ：０．０３％、Ｐ：
０．００６％、残部Ｃｕ比較例４Ｆｅ：２．８％、Ｃｒ：０．９％、Ｓｎ：
０．８％、Ｚｎ：０．７％、残部Ｃｕ

【００４７】

【表１】

【００４８】次に、表１の各条材を切断した板材の片面
を研磨および清浄化した後、一方の板材の表面に剥離材
を印刷し、流路および導入路に対応するパターンをなす
剥離層を形成した。剥離材は、粒径０．００７ｍｍの黒
鉛粒子をポリビニルアルコール水溶液中に分散したもの
である。

【００４９】剥離剤を塗布後、銅合金板を還元性雰囲気
下で加熱して分散媒を分解除去し、次いで他方の銅合金
板と張り合わせて、４５０〜７５０℃の間の適切な温度
に加熱して熱間圧延を施し、厚さ０．６ｍｍの複合板と
した。その後、複合板に対して冷間圧延および再結晶焼
鈍を行い、厚さ０．４ｍｍの複合板にしたものについ
て、流路パターンに対応した凹部が形成された膨管加工
用の金型で複合板を挟み込み、剥離剤層に沿って高圧水
を注入することにより、断面楕円形の流路を形成した。
得られたヒートシンク原型の共通の形状および寸法を図
２１および図２２に示す。加工に成功したのは実験例１
〜１３および比較例４のみであった。

【００５０】次に、これらヒートシンク原型に、作動液
として５ｇの純水を１０^-2Ｔｏｒｒの減圧下で注入し、
入口を封止した。得られたヒートシンクを、気温は２０
℃、相対湿度５５％、無風状態の大気中に水平配置し、
図２１および図２２に示す位置に発熱体を固定した。こ
の発熱体に交流電源を接続するとともに、発熱体の中心
と平板部との間、および導入管部の中心（若しくはそれ
に対応する位置）の表面のそれぞれに熱電対を固定し、
各部の温度変化を記録し、測定開始後３分の時点におけ
る熱抵抗（℃／Ｗ）を求めた。熱抵抗（℃／Ｗ）は（Ｔ
_A−Ｔ_B）／ＩＥで表される値により評価した。Ｔ_Bは凝
縮部側温度、Ｔ_Aは発熱体温度である。ＩＥは発熱体の
消費電力（２０Ｗ）である。熱抵抗および膨管加工部の
硬さ（Ｈｖ）を併せて表２に示す。

【００５１】

【表２】

【００５２】表２の結果から明らかなように、比較例１
〜３の素材では膨管加工が行えなかったのに対し、実験
例１〜１３のヒートシンクでは、良好な膨管加工が可能
だった。また、加工に成功した比較例４に比して、実験
例１〜１３はいずれも熱抵抗が小さく、良好な冷却性能
を示した。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るヒー
トシンクによれば、所定の銅合金で形成されていること
により、高温加熱時における深絞性が向上できるととも
に高温時並びに常温時の強度が高いため、ヒートシンク
が薄い場合にも、熱間クラッド加工時の破断や変形に起
因する寸法誤差、および膨管加工時における不均一性を
低減し、精密部品として十分使用に耐える寸法精度およ
び信頼性が得られる。

【００５４】また、前記銅合金を使用することにより膨
出部の強度が向上し、肉厚が小さい場合にも膨出部が潰
れにくいだけでなく、熱伝導度は良好であるから軽量の
ヒートシンクで高い冷却効率が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のヒートシンクを示す平面
図である。

【図２】第１実施例の側面図である。

【図３】第１実施例の変形例を示す側面図である。

【図４】第１実施例の断面図である。

【図５】第１実施例の変形例の断面図である。

【図６】本発明の第２実施例のヒートシンクを示す側面
図である。

【図７】第２実施例のヒートシンクの変形例を示す側面
図である。

【図８】本発明の第３実施例のヒートシンクの平面図で
ある。

【図９】第３実施例の側面図である。

【図１０】第３実施例のヒートシンクの変形例を示す側
面図である。

【図１１】第３実施例の断面図である。

【図１２】第３実施例のヒートシンクの変形例を示す断
面図である。

【図１３】第３実施例のヒートシンクの別の変形例を示
す側面図である。

【図１４】第３実施例のヒートシンクのさらに別の変形
例を示す側面図である。

【図１５】第３実施例のヒートシンクのさらに別の変形
例を示す側面図である。

【図１６】本発明の第４実施例のヒートシンクの側面図
である。

【図１７】本発明の第５実施例のヒートシンクの平面図
である。

【図１８】第５実施例の側面図である。

【図１９】第５実施例のヒートシンクの変形例を示す側
面図である。

【図２０】本発明のヒートシンクを携帯型コンピュータ
ーに組み込んだ状態を示す斜視図である。

【図２１】実験例および比較例のヒートシンクの形状・
寸法を示す平面図である。

【図２２】実験例および比較例のヒートシンクの形状・
寸法を示す側面図である。

【符号の説明】

Ｓ発熱素子１ヒートシンク２，４金属板３平板部６膨出部６Ａ蒸発部６Ｂ凝縮部８凹凸条１４素子固定部１６冷却装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川誠一福島県会津若松市扇町128の７三菱伸銅株式会社若松製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】いずれも重量％で、Ｆｅ：０．０１〜
２．７％，Ｃｒ：０．００３〜０．８％，Ｍｎ：０．０
０２〜０．７％，Ｎｉ：０．００３〜３．０％，Ａｇ：
０．００３〜３．０％，Ｚｎ：０．０１〜３．０％，Ｓ
ｎ：０．００３〜２．０％，Ａｌ：０．００２〜１．０
％，Ｓｉ：０．００２〜０．９％，Ｍｇ：０．００２〜
０．９％，Ｔｅ：０．００３〜０．２％，Ｚｒ：０．０
０２〜０．３％，Ｔｌ：０．００２〜０．４％から選ば
れる１種または２種以上の元素を合わせて０．０７〜
５．０％含み、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる
銅合金板が２枚張り合わされ、これら金属板の一方また
は両方の一部が膨管加工されることにより、金属板同士
の接合面に沿って中空かつ気密的な流路が形成され、こ
の流路内に作動液が封入されていることを特徴とするヒ
ートシンク。
【請求項２】いずれも重量％で、Ｆｅ：０．０１〜
２．７％，Ｃｒ：０．００３〜０．８％，Ｍｎ：０．０
０２〜０．７％，Ｎｉ：０．００３〜３．０％，Ａｇ：
０．００３〜３．０％，Ｚｎ：０．０１〜３．０％，Ｓ
ｎ：０．００３〜２．０％，Ａｌ：０．００２〜１．０
％，Ｓｉ：０．００２〜０．９％，Ｍｇ：０．００２〜
０．９％，Ｔｅ：０．００３〜０．２％，Ｚｒ：０．０
０２〜０．３％，Ｔｌ：０．００２〜０．４％から選ば
れる１種または２種以上の元素を合わせて０．０７〜
５．０％含み、かつＰを０．００５〜０．５％含み、残
部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金板が２枚張
り合わされ、これら金属板の一方または両方の一部が膨
管加工されることにより、金属板同士の接合面に沿って
中空かつ気密的な流路が形成され、この流路内に作動液
が封入されていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項３】いずれも重量％で、Ｆｅを０．０５〜
０．１５％，Ｐを０．０１５〜０．０５％、Ｚｎを０．
２０％以下含み、残部がＣｕおよび不可避不純物からな
る銅合金板が２枚張り合わされ、これら金属板の一方ま
たは両方の一部が膨管加工されることにより、金属板同
士の接合面に沿って中空かつ気密的な流路が形成され、
この流路内に作動液が封入されていることを特徴とする
ヒートシンク。
【請求項４】Ｚｒを０．０１〜０．１５重量％含み、
残部がＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金板が２枚
張り合わされ、これら金属板の一方または両方の一部が
膨管加工されることにより、金属板同士の接合面に沿っ
て中空かつ気密的な流路が形成され、この流路内に作動
液が封入されていることを特徴とするヒートシンク。
【請求項５】前記流路の内壁面の少なくとも一部に
は、凹凸部が形成されていることを特徴とする請求項１
〜４のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項６】前記流路の内壁面の少なくとも一部は、
その中心線平均粗さ（Ｒａ）が０．００２〜０．５ｍｍ
に粗面化されていることを特徴とする請求項１〜５のい
ずれかに記載のヒートシンク。
【請求項７】前記流路の一端側では、前記金属板にこ
れを冷却するための冷却装置が固定されていることを特
徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のヒートシン
ク。
【請求項８】前記金属板の一部は、他の部分に対して
前記金属板の厚さ方向に傾斜していることを特徴とする
請求項１〜７のいずれかに記載のヒートシンク。
【請求項９】前記金属板の少なくとも一方の、前記膨
管加工された部分には、表面が平坦化された発熱体固定
部が形成されていることを特徴とする請求項１〜８記載
のヒートシンク。