JPS62142021A - 電子冷却体用放熱パネルの製造方法 - 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、電子冷却体用放熱パネルの製造方法に係り、
とくにペルチェ効果を利用した電子冷却体に付設される
冷媒流通方式の放熱パネルの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体技術の発展に伴い熱電素子のペルチェ効果
を利用する電子冷却体が開発され、しだいにその用途が
拡大されており、これに伴ってその電子冷却体の放熱パ
ネルも放熱効率に優れ且つ製造の容易なものが求められ
ている。

第５図ないし第６図にその従来例を示す。

まず、第５図において、■は電子冷却体を示す。

この電子冷却体１は、ペルチェ効果を発現し得るように
構成された熱電素子部２を中心して構成されており、該
熱雷素子部２の一方の側には被冷却体３が当接される低
温側板４が固設されるとともに、他方の側には放熱パネ
ル５が当接される高温側板６がそれぞれ固設される構造
となっている。

そして、端子ａ、ｂに直流電源を接続すると、前記低温
側板４に所定の電子冷却効果が発現されるようになって
いる。これに伴って、高温側板６に発生する熱は放熱パ
ネル５を介して放熱されるようになっている。この放熱
パネル５は、ここでは、−辺９Ｑａｎ程度の角形に形成
されており、その内部を冷媒が流通する方式のものが使
用されている。

上記放熱パネル５の内部に形成される冷媒流路７は、こ
こでは、例えば第６図に示す如く形成されている。即ち
、放熱パネル５の縦、横方向から穿孔用ドリルを用いて
直線的に例えば直径４〜ｌＯ龍程度の穴をあけた後、不
要な開口部を栓体８Ａ、８Ｂで図示の如く閉鎖すること
によって、放熱パネル５内に、図示の如く略Ｍ字状の冷
媒流路７が形成されている。

上述のようにして構成される放熱パネル５を備えた電子
冷却体１は、可動部分が無く、軽量で、必要に応じて小
面積のものから大面積のものまで制作し得るので、素子
から機器に至る広範囲の形状のものが制作されている。

例えば、各種センサー基板、電子機器、空調機器、冷蔵
・冷却機器等における放熱用冷却部に広く適用されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記従来例に係る放熱パネル５の製造方
法にあっては、当該放熱パネル５にドリルで穴をあける
という手法を要部としていることから、以下に示すよう
な種々の不都合を招来していた。

例えば冷媒流路７が直線的なものに限定されるため、流
路全体としての制作工程が多くなるとともに、冷媒にと
っては流路の曲線変更が急激になされることから流動抵
抗が高くなり、また高速水が衝突する流路壁にエロージ
ョンが発生するなどの不都合があった。また、前述の第
６図に示すように略Ｕ字状の流路同士を連結する場合に
特殊な構造の栓体８Ｂを必要とし、又、このような流路
７に防食処理を施すことが困難であるため、均一な防食
皮膜が形成されず、使用時に腐食問題を生じるという不
都合があった。一方、これに対して十分な防食処理を施
すためには、極めて特殊な治具を使用しなければならず
コストが著しく上昇する等の相反する不都合があった。

更に、ドリルで穿孔するため、強度上、一定厚さ以上の
肉厚を保有する放熱パネルを使用しなければならないこ
とから、薄肉化、即ち小形・軽量化に限界があった。そ
れと共に、放熱パネルの形状も平板状のものに限定され
ることから、被冷却体に湾曲した複雑な表面を有するも
のを適用することができない等が制約のあった。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる従来技術の有する不都合に濫み、と（
に任意パターンの冷媒流路を容易に形成することができ
、且つこの冷媒流路の防食処理の容易化を図ることので
きる電子冷却体用放熱パネルの製造方法を提供すること
をその目的とする。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 そこで、本発明では、少なくとも２枚以上のアルミニウ
ム板を備え、この内、少なくとも１枚のアルミニウム仮
に冷媒流路用の所定形状の溝を形成した後、前記各アル
ミニウム（反に陽極酸化皮膜処理を施し、しかる後、前
記各アルミニウム板を接着剤を介して相互に接合せしめ
るとともに、その内部に所定形状の冷媒流路を形成せし
め、この後に前記冷媒流１路を含めた外表面全体に封孔
処理を施すという手法を採用し、これによって１ｉｉｊ
記目的を達成しようとするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第２図に基づい
て説明する。ここで、前記従来例と同一の構成要素に対
しては同一の符号を用いる。

本実施例において、アルミニウム板はアルミニウム又は
アルミニウム合金製からなる板材を意味するものであっ
て、電子冷却体の用途に応じて適宜の純度並びに合金組
成を有するものが適用されるものとする。

第１図において、１０は放熱パネルを示しており、本実
施例では後述するように接合方式で形成されている。こ
の放熱パネル１０全体は、前述の従来例と同一に構成さ
れた電子冷却体１の高温側板６に図示の如く当接させて
設けられている。

上記放熱パネル１０は、電子冷却体１側に位置する角形
のアルミニウム板１０Ａと、このアルミニウム仮１０Ａ
に接着剤１２で相互に接着された角形のアルミニウム板
１０Ｂとにより一体的に構成されている。そして、これ
らのアルミニウム板１０Ａ、１０Ｂには、長手方向に対
する垂直断面が半円状で且つ全体が略Ｍ字状に蛇行する
連続的な溝１４Ａ、１４Ｂが各別に形成されてお／）（
第２図参照）、これらの溝１４Ａ、１４Ｂは該アルミニ
ウム板１０Ａ、１０Ｂが接合された場合にその断面が円
状で略Ｍ字状の冷媒流路１４を形成するように成ってい
る。ここで、第２図中の１６゜・・・、１６は放熱パネ
ルｌＯの取付用の穴を示す。

その他の構成は前述した従来例と同一になっている。

次に、上述した放熱パネル１０の具体的な製造方法を説
明する。

まず、所定寸法を有する角形の２枚のアルミニウム板１
０Ａ、ＩＯＢを用意し、双方のアルミニウム板１０Ａ、
ＩＯＢに対して、切削加工やプレス加工等の加工手段に
よって、前述したように略Ｍ字状パターンの溝１４Ａ、
１４Ｂを各別に形成する。

そして、各アルミニウム板１０Ａ、ＩＯＢへ酸化皮膜処
理を施す。この処理は、従来の化学酸化皮膜法及び陽極
酸化皮膜法等のいずれの手段によってもなし得るが、酸
化皮膜の膜厚及びその耐食性並びに生産効率上から陽極
酸化皮膜処理が好ましく、特に硬質陽極酸化皮膜処理が
最適である。

以下、これを詳述する。まず常法により酸・アルカリ・
有ａ溶剤等による脱脂処理・水洗処理を経た後、陽極酸
化皮膜処理を行う。この陽極酸化皮膜処理は、アルミニ
ウム材面に１０〜８０μｍ。

好ましくは２０〜５０μｍの酸化皮膜を形成するために
行うものであって、硫酸浴法、蓚酸浴法。

クロム酸浴法、りん酸浴法等の適宜の浴組成の浴にて直
流、交流又は交直重畳電流を用いて０．５〜３　Ａ／ｄ
ｍの電流密度にて行う。

例えば、硫酸浴法では、１０〜３０重畳％の硫酸水溶液
（浴温１５〜２５℃）にて、０．５〜３Ａ／ｄｉの電流
密度で１０〜２０Ｖの直流を印加して電解することによ
って陽極酸化皮膜を生成させる。

また、冷媒を高速で循環させることなどによって、より
耐エロージヨン及び耐食性を要求される場合には、より
緻密で硬度（ＨＶで３５０以上）に優れた皮膜を形成し
得る硬質陽極酸化処理法の適用が好ましく、通常低温浴
法と常温浴法がある。

低温浴法では、硫酸浴、硫酸浴及びこれらの混酸浴法等
にて、高電流密度・高電圧の直流印加等の条件下で陽極
酸化処理にてやや厚めの皮膜を形成する。常温浴法では
、蓚酸とマロン酸、酒石酸と硫酸とスルファミン酸、マ
レイン酸と硫酸、６５酸と硫酸等の組合せになる混浴を
用いて通常の電解条件下で処理することによって、硬質
皮膜が形成される。これらの常法は、例えば「アルミニ
ウム技術便覧」　（軽金属協会用・軽金属出版）や「ア
ルミニウム表面処理ハンドブック」　（軽金属製品協会
線・朝倉書店）等に記載されており、それらの諸条件を
適宜通用し得る。

更に、冷媒の組成などから一層の耐食性が要求される場
合には、第一段目に通常の多孔質型皮膜成長浴で陽極酸
化処理した後、二段目に無孔質バリヤー型皮膜成長浴で
陽極酸化処理を行う二段処理法の適用が好ましい。この
場合の第一段目の陽極酸化処理は、前述の各方法をその
まま適用することによっても達成されるが、例えば、５
０〜５００ｇ／ｅの硫酸水）８液、３０〜８０ｇ／（！
のりん酸水溶液から成る浴中にて定電流電解法或いは定
電圧電解法によって電解し、１００〜３００人の孔径を
有するボアーが多数形成される多孔質皮膜を２０〜４０
μｍ厚に形成する。次いで、ホウ酸、はう砂、クエン酸
、酒石酸、フタル酸、１−リエチルアミン、酒石酸アン
モニウム等の一種又は二種以上を含をする浴を用いて、
０．１〜１．ＯＡ／ｄｍ′の領域で定電流電解法で電解
することによって、多孔質皮膜の内側及び細孔内を満た
すように緻密なバリヤー型皮膜が形成され、耐食性に優
れた皮膜を得ることができる。

そして、陽極酸化処理によって全面に陽極酸化皮膜が形
成されたアルミニウム＋ｆｆ１ｌＯＡ、ＩＯＢは、数回
に亘って水洗され風乾又は温風乾燥される。

次いで、上記アルミニウム板１０Ａ、１０Ｂの流路用の
溝１４Δ、１４Ｂ以外の接着面に接着剤を塗布する。こ
の接着剤は、熱伝導性から樹脂接着剤が好ましく、更に
は接合の信１・ｎ性から熱硬化型樹脂接着剤が望ましい
。

この、熱硬化型樹脂接着剤には、ホルマール−フェノー
ル系、ニトリル−フェノール系、エポキシ−フェノール
系、ナイロン−エポキシ系、エポキシ系等などの構造用
合成樹脂接着剤が市販されており、これらの接着剤を適
宜選択使用される。

この場合、塗布法で接着剤を適用するには、刷毛塗り・
ロール塗布等で行い、且つアルミニウム板１０Ａ、ＩＯ
Ｂの形状に応じて適宜の補助手段が適用され、約０．５
〜２０　ｇ　／　ｍ程度の塗布量で行う。塗布後は、両
アルミニウム板１０Ａ、１０Ｂを重ね合わせ一体化し、
好ましくはそのまま３０〜１５０℃に加熱し、１０〜６
０分保持し固着させる。なお、所望によりフィルム伏接
着剤の使用を妨げるものではない。

これにより陽極酸化皮膜のボアー中に接着剤が浸透し強
固な接着剤層１２　（第１図参照）が形成される。

次いで、放熱パネル１０の冷媒流路１４並びに該パネル
１０の露出外表面に形成されている陽極酸化皮膜の封孔
処理を行う。この封孔処理は、陽極酸化処理と同様に従
来の慣用手段が適宜適用される。例えば、沸賦水封孔処
理法、高圧芳気封孔処理法、酢酸ニッケル・モリブデン
酸ソーダなどの封孔助剤を添加した高温水封孔処理法な
どが用いられ、これにより陽極酸化皮膜表面を封孔し、
皮膜の耐食性を向上させる。この場合、硬化温度の低い
接着剤を使用するときには、蒸気封孔処理時の加熱によ
る効果を接着剤の硬化に併用することも出来る。

〔実験例〕

次に、上述した放熱パネル１０の製造方法に係る実験例
を説明する。

まず、６龍厚で〔５０龍Ｘ１００ｍ麓〕角形のアルミニ
ウム合金板（Ｊ　ｌ５Ａ５０５２−　’Ａ　ＩＩ相当）
２仮に、Ｕ字形の冷媒流路を半径３．５龍の半円状刃先
によるシーリング加工で形成した。次にカセイソーダ浴
で脱脂・水洗処理した後、１５重畳％硫酸浴を使用して
、浴温１０°Ｃ２陽極電流密度２　Ａ／ｄｍにて５０分
間陽極酸化皮膜処理を行い、２枚のアルミニウム板の表
面全面に３３μｍの陽極酸化皮膜を施した。

そして、水洗乾燥処理後、冷媒流路の溝を除く接合面に
エポキシ樹脂系接着剤（ＣＩＢＡ−ＧＥＩＧＹ社製商品
名アラルダイト原液の２液を１＝１で配合したもの）を
有機溶剤で５倍に希釈し、これを５ｇ／ｍ′の塗布量（
乾燥基準）で刷毛塗り法により一方のアルミニウム板に
塗布した。

次いで、双方アルミニウム板を半円状の溝がずれのない
ように重ねて、８０℃の温度で３０分間加熱保持した。

更に、常温で２４時間放置した後、封孔助剤（花見化学
社製、酢酸ニッケル系封孔助剤で商品名シーリングＸ）
を３０ｍｌ１／／の割合で添加した８０°Ｃの脱イオン
水中にて６０分間封孔処理を行った。

このようにして得られた放熱パネルの冷媒流路に１．５
気圧の水を２力月間通水保持するという耐久性評価試験
を行った後、冷媒流路の数個所の切断面観察を行ったが
、特に異常な現象が認められず、これにより十分な耐久
性を有していることが示された。

一方、同時に二つの比較実験を行った。この内、従来通
り穿孔用ドリルで厚肉板（１２龍厚）に直線状流路の組
合せになる略Ｕ字状穿孔（直径６相Φの孔）を形成した
後に、上述の場合と同一の処理を施したタイプのものに
ついては、初期エロージョンが観察された。また、上述
の実験例と同様な処理を施しながら、陽極酸化皮膜処理
に引き続いて封孔処理を行い、この後に接着作業を行っ
たタイプのものについては、接着力の不足で冷媒流路近
傍の接着箇所に剥離の進行状態が観察され、接着作業の
後に封孔処理を行う方がより耐久性を存していることが
４［された。

上述したように、本実施例では、予め冷媒流路１４用の
？ｆｌ１４Ａ、１４Ｂを形成したアルミニウム板１０Ａ
、ＩＯＢを密封礼状で接合した後、封孔処理を施すこと
により放熱パネル１０を製造する方法によるものである
ため、用途に応じた被冷却体の外形に応じて、放熱パネ
ル１ｏの外形も容易に適合したものとすることが出来る
ので、電子冷却体の用途をも拡大し得るという副次的効
果も発揮されることになる。

なお、前述した実施例では、冷媒流路１４の長手方向に
対する垂直断面の形状として円形を採用したが、本発明
は必ずしもこれに限定されることなく、例えば第３図（
ａ）ないしくＣ）に各々示す如く、楕円状、半円状、又
は角形等であってもよく、これによって、放熱パネル１
０の肉厚、放熱効率等を考ＩＣシた設計が可能となる。

また、前記冷媒流路１４は、双方のアルミニウム板１０
Ａ、ＩＯＢの溝１４Ａ、１４Ｂの合成によるもののみに
限定されることなく、どちらか一方のアルミニウム板、
例えば］、ＯＢ（第３図（ｂ）、　　（Ｃ）参照）のみ
に所定形状の溝１４Ｂを形成して、これを冷媒流路１４
とする手法であってもよい。更に、第３図（ｃ）に示す
ように、冷却フィン１０Ｂａを併設する構成のものに適
用することも可能である。

更に、前述した実施例では、冷媒流路１４を略Ｍ字状と
したが、本発明は必ずしもこれに限定されることなく、
例えば第４図（ａ）ないしくＣ）に示す如く、放熱パネ
ル１０の全体形状に合わせて蛇行状２円形状、渦巻状等
適宜な形状としてもよく、これによって曲線部分が多く
流動抵抗等が少ない冷媒流路１４が容易に形成可能とな
る。

一方、前記実施例は、２枚のアルミニウム板１０Ａ、Ｉ
ＯＢを接合する場合について述べたが、これは必要に応
じて３枚以上のアルミニウム板に適用するものであって
もよい。

〔発明の効果〕

本発明は、上述のように、少な（とも２枚以上のアルミ
ニウム板を備え、この内、少なくとも１枚のアルミニウ
ム板に冷媒流路用の所定形状の溝を形成した後、前記各
アルミニウム板に陽極酸化皮膜処理を施し、しかる後、
前記各アルミニウム板を接着剤を介して相互に接合せし
めるとともに、その内部に所定形状の冷媒流路を形成せ
しめ、この後に前記冷媒流路を含めた外表面全体に封孔
処理を施すというプロセスに基づく電子冷却体用放熱パ
ネルの製造方法を提案するものであり、これによると次
のような効果が発現される。

（１）、接合方式であるため、従来技術では得られない
任意パターンの冷媒流路を容易に且つ的確に形成するこ
とができる。

（２）、冷媒流路を流動抵抗の少ない形状となし得るの
で、エロージョンや所要動力を軽減し得る。

（３）、冷媒流路に対する陽極酸化皮膜層の形成は、従
来例に比べて、所要の皮膜層を容易に且つ確実に形成し
得るので、耐エロージヨン性・耐食性をより向上させる
ことができる。

（４）、陽極酸化皮膜処理が、冷媒流路に対しては耐エ
ロージヨン性・耐食性の向上作用を、アルミニウム仮相
互の接合面に対しては接着力の向上作用を各々発揮する
。

（５）、放熱パネル全体を薄肉化し得るので、−装置内
の積層数を向上し得ると共に、所望により肉厚方向に対
して湾曲した流路を形成し得るので電子冷却体の形状も
平板なもの以外の多様なものとすることができ、その汎
用性が高められる。

以上のことから、本発明は産業上顕著な有用性を有する
ものであり、従来にない優れた電子冷却体用放熱パネル
の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す一部切除した概略平
面図、第２図は第１図中のｎ−ｎ線に沿った断面図、第
３図（ａ）ないしくｃ）は各々冷媒流路の長手方向に対
する垂直断面の形状及び当該冷媒流路のアルミニウム板
への形成手法のその他の例を示す断面図、第４図（ａ）
ないしくｃ）は各々アルミニウム板と冷媒流路のその他
の例を示す一部切除した側面図、第５図は従来例を示す
概略平面図、第６図は第５図中のＶｌ−Ｖｌ綿に沿った
断面図である。 １・・・・・・電子冷却体、１０・・・・・・放熱パネ
ル、１０Ａ、１０Ｂ・・・・・・アルミニウム板、１２
・・・・・・接着剤層、１４・・・・・・冷媒流路、１
４Ａ、１４Ｂ・・・・・・溝。 特許出願人　　日本軽金属株式会社 第１図 第２図 （沙峰）　　　（冷媒） 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、少なくとも２枚以上のアルミニウム板を備え、
   この内、少なくとも１枚のアルミニウム板に冷媒流路用
   の所定形状の溝を形成した後、前記各アルミニウム板に
   陽極酸化皮膜処理を施し、しかる後、前記各アルミニウ
   ム板を接着剤を介して相互に接合せしめるとともに、そ
   の内部に所定形状の冷媒流路を形成せしめ、この後に前
   記冷媒流路を含めた外表面全体に封孔処理を施すことを
   特徴とした電子冷却体用放熱パネルの製造方法。