KR101503824B1 - 유로 부재, 이것을 사용한 열교환기, 및 전자 부품 장치 - Google Patents
유로 부재, 이것을 사용한 열교환기, 및 전자 부품 장치 Download PDFInfo
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Abstract
복수의 측벽부를 적층해서 내부에 유로를 구비한 유로 부재에 있어서 측벽부의 접합 불량의 발생이 적은 유로 부재를 제공한다. 본 발명의 유로 부재(1)는 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)와 저판부(1b)로 구성되고, 내부에 유체가 흐르는 유로(3)를 가짐과 아울러 상기 덮개체부(1a)와 상기 측벽부(1c) 사이에 상기 유로(3)로 연결되는 간극(4)을 갖고 있다. 이 유로 부재(1)에 의하면 덮개체부(1a)와 측벽부(1c) 사이에 유로(3)로 연결되는 간극(4)이 존재함으로써 유로(3)와 유체의 접촉 면적이 커져 덮개체부(1a)와의 열교환 효율을 높일 수 있다.
Description
본 발명은 유로 부재 및 이것을 사용한 열교환기 및 전자 부품 장치에 관한 것이다.
최근 전자 부품에 탑재되는 반도체 소자의 고집적화·고속화에 따라 반도체 소자로부터의 발열량이 증대하고 있고, 또한 전자 부품이 고온의 환경 하에서 사용되게 되어 전자 부품을 냉각할 필요성이 높아져 오고 있다.
특허문헌 1에 개시된 유로 부재는 적층된 복수의 시트가 소성되어서 형성된 회로 기판으로서, 냉매를 통과시키기 위한 대략 원형 단면의 냉매용 유로가 내부에 형성되어 있다.
그러나 특허문헌 1에 기재된 유로 부재를 제작할 때에는 금형을 사용해서 복수의 세라믹 그린시트를 소망의 형상으로 펀칭하고, 적층, 가압해서 접합한 후에 소성함으로써 중공의 유로 부재를 얻지만 유로와 유체의 접촉 면적을 넓게 하기 위해서 유로를 구성하기 위한 일부인 덮개체부와 측벽부의 접합부에 유로로 연결되는 간극을 형성하는 것에 관한 기재나 시사는 없었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서 안출된 것이며, 유로의 체적을 증가시켜 열교환 효율이 향상된 유로 부재 및 이것을 사용한 열교환기 및 전자 부품 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 유로 부재는 덮개체부와 측벽부와 저판부로 구성되고, 내부에 유체가 흐르는 유로를 가짐과 아울러 상기 덮개체부와 상기 측벽부 사이에 상기 유로로 연결되는 간극을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 열교환기는 상기 유로 부재의 상기 덮개체부에 금속판을 설치해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 전자 부품 장치는 상기 금속판 상에 전자 부품을 탑재해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
(발명의 효과)
본 발명의 유로 부재에 의하면 덮개체부와 측벽부와 저판부로 구성되고, 내부에 유체가 흐르는 유로를 가짐과 아울러 상기 덮개체부와 상기 측벽부 사이에 상기 유로로 연결되는 간극을 갖고 있는 점에서 이러한 유로 부재의 덮개체부측에 열교환 대상물을 탑재해서 사용할 때에는 덮개체부와 측벽부 사이에 유로로 연결되는 간극이 존재함으로써 유체가 흐르기 위한 유로의 체적이 커져 덮개체부와의 열교환 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 열교환기에 의하면 본 발명의 유로 부재의 덮개체부의 외면에 열교환 대상물을 탑재하기 위한 금속판을 설치해서 이루어지는 점에서 열교환 효율이 높은 열교환기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 전자 부품 장치에 의하면 본 발명의 열교환기에 전자 부품을 탑재해서 이루어지는 점에서 열교환 효율이 높은 전자 부품 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 유로 부재의 일례를 나타내고, 도 1(a)는 유로의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 사시도이며, 도 1(b)는 도 1(a)의 파선으로 둘러싼 원 안의 부분 확대도이다.
도 2는 본 실시형태의 유로 부재의 다른 일례를 나타내고, 도 2(a)는 유로의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 사시도이며, 도 2(b)는 도 2(a)의 파선으로 둘러싼 원 안의 부분 확대도이다.
도 3은 본 실시형태의 유로 부재의 간극의 일례를 나타내는 단면도이며, 도 3(a)는 직사각형상이며, 도 3(b)는 사다리꼴 형상이며, 도 3(c)는 간극이 측벽부측으로 연장되는 방향을 향해 상하로 개구하는 방향의 높이가 낮아지는 형상을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 실시형태의 유로 부재의 덮개체부의 외면에 금속판을 설치한 열교환기의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 실시형태의 열교환기에 전자 부품을 적재한 전자 부품 장치의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 실시형태의 유로 부재의 측벽부를 구성하기 위한 세라믹 그린시트에 유로가 되는 관통 구멍을 가공하기 위한 방법의 예를 나타내고, 도 6(a)는 금형을 사용했을 때의 단면 모식도이며, 도 6(b)는 레이저광을 사용했을 때의 단면 모식도이며, 도 6(c) 및 도 6(d)는 각각의 가공법을 사용했을 때의 세라믹 그린시트의 절단면에 수직인 면의 부분 단면도이다.
도 7은 본 실시형태의 유로 부재를 나타내고, 도 7(a)는 측면도이며, 도 7(b)는 단면도이다.
도 2는 본 실시형태의 유로 부재의 다른 일례를 나타내고, 도 2(a)는 유로의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 사시도이며, 도 2(b)는 도 2(a)의 파선으로 둘러싼 원 안의 부분 확대도이다.
도 3은 본 실시형태의 유로 부재의 간극의 일례를 나타내는 단면도이며, 도 3(a)는 직사각형상이며, 도 3(b)는 사다리꼴 형상이며, 도 3(c)는 간극이 측벽부측으로 연장되는 방향을 향해 상하로 개구하는 방향의 높이가 낮아지는 형상을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 실시형태의 유로 부재의 덮개체부의 외면에 금속판을 설치한 열교환기의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 실시형태의 열교환기에 전자 부품을 적재한 전자 부품 장치의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 실시형태의 유로 부재의 측벽부를 구성하기 위한 세라믹 그린시트에 유로가 되는 관통 구멍을 가공하기 위한 방법의 예를 나타내고, 도 6(a)는 금형을 사용했을 때의 단면 모식도이며, 도 6(b)는 레이저광을 사용했을 때의 단면 모식도이며, 도 6(c) 및 도 6(d)는 각각의 가공법을 사용했을 때의 세라믹 그린시트의 절단면에 수직인 면의 부분 단면도이다.
도 7은 본 실시형태의 유로 부재를 나타내고, 도 7(a)는 측면도이며, 도 7(b)는 단면도이다.
이하 본 발명의 유로 부재의 실시형태의 예를 설명한다.
도 1은 본 실시형태의 유로 부재의 일례를 나타내고, 도 1(a)는 유로의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 사시도이며, 도 2(b)는 도 1(a)의 파선으로 둘러싼 원 안의 부분 확대도이다.
도 1(a) 및 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 유로 부재(1)는 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)와 저판부(1b)에 의해 구성되고, 그 내부에는 전자 부품을 냉각하기 위한 기체나 액체 등의 유체를 흘리기 위한 유로(3)를 구비하고 있고, 덮개체부(1a)와 측벽부(1c) 사이에 유로(3)로 연결되는 간극(4)을 갖고 있다.
본 실시형태의 유로 부재(1)에 의하면 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)와 저판부(1b)로 구성되고, 내부에 유체가 흐르는 유로(3)를 가짐과 아울러 덮개체부(1a)와 측벽부(1c) 사이에 유로(3)로 연결되는 간극(4)을 갖는 것이 중요하다.
본 실시형태의 유로 부재(1)에 의하면 내부에 유체가 흐르는 유로(3)를 형성하기 위한 덮개체부(1a)와 측벽부(1c) 사이에 유로(3)로 연결되는 간극(4)을 갖는 점에서 간극(4)을 갖지 않을 때에 비해 유로의 체적이 커져 유로 부재(1)의 덮개체부(1a) 측에 열교환 대상물을 탑재해서 사용할 때에는 덮개체부(1a)와 유체의 열교환 효율을 높일 수 있다. 또한, 유로 부재(1)의 제조 공정에 있어서 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)가 되는 판상체를 개별로 제작할 때에 판상체에는 미리 유로(3)가 되는 관통 구멍을 형성할 필요가 있지만 관통 구멍을 제작할 경우에는 이 관통 구멍의 끝면에 버(burr)가 많이 발생하기 쉽다. 본 실시형태의 유로 부재(1)에 있어서는 덮개체부(1a)와 측벽부(1c) 사이에 유로(3)로 연결되는 간극(4)을 가짐으로써 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)와 저판부(1b)를 적층, 가압해서 접합, 소성함으로써 유체가 흐르기 위한 유로를 갖는 유로 부재(1)를 제작해도 버(1f)가 간극(4)에 들어가 접합부(1d)에 끼워질 우려가 적어져 접합 불량의 발생을 저감할 수 있다. 그 결과 유로 부재(1)에 높은 압력으로 유체를 흘려도 유로(3)의 내부로부터의 파괴의 발생을 억제할 수 있다.
도 2는 본 실시형태의 유로 부재의 다른 일례를 나타내고, 도 2(a)는 유로의 길이 방향에 수직인 단면을 나타내는 사시도이며, 도 2(b)는 도 2(a)의 파선으로 둘러싼 원 안의 부분 확대도이다.
도 2(a) 및 도 2(b)에 나타내는 본 실시형태의 다른 일례를 나타내는 유로 부재(11)는 측벽부(1c)가 판상체에 유로(3)가 되는 관통 구멍을 형성한 것을 복수장 적층해서 이루어지는 것이다. 그리고 덮개체부(1a)와 측벽부(1c) 사이(접합부(1d))에 유로(3)로 연결되는 간극(4)을 가짐과 아울러 측벽부(1c)의 각 판상체와의 사이(접합부(1d))에 유로(3)로 연결되는 간극(4)을 더 갖고 있다.
이러한 유로 부재(11)에 있어서 예를 들면 약액의 열교환기로서 내약품성이 우수하도록 하는 것에 있어서는 덮개체부(1a), 측벽부(1c) 및 저판부(1b)는 각각 세라믹스로 제작하는 것이 바람직하고, 각 부재를 세라믹스로 제작하는 것에 있어서는 예를 들면 미소성의 세라믹 그린시트를 적층한 적층체를 소성함으로써 제작할 수 있다.
그리고 내부에 유체가 흐르는 유로(3)를 형성하기 위해서는 예를 들면 측벽부(1c)가 되는 미소성의 세라믹 그린시트의 판상체에 임의의 유로(3)가 되는 관통 구멍을 미리 형성하면 좋다. 또한, 측벽부를 복수의 그린시트를 적층해서 제작할 경우에는 각각의 판상체에 대응하는 관통 구멍을 형성한다. 그리고 이러한 미소성의 상태인 세라믹 그린시트에 관통 구멍을 형성한 것과 이 관통 구멍의 상하를 막기 위한 세라믹 그린시트를 준비하고, 이들의 세라믹 그린시트를 적층, 가압한 후에 소성함으로써 유로 부재(11)로 할 수 있다.
그러나 측벽부(1c)가 되는 판상체를 제작하게 되면 관통 구멍의 끝면에는 버가 발생하는 것은 피할 수 없고, 이러한 세라믹 그린시트를 적층, 가압하면 관통 구멍의 끝면에 발생한 버가 세라믹 그린시트의 접합부에 끼여 적층한 세라믹 그린시트를 가압해도 접합부에 끼인 버에 가압력이 집중되어버려 가압의 불균일이 발생함으로써 접합 불량이 발생하기 쉽다. 본 실시형태의 유로 부재(11)에서는 유로(3)로 연결되는 접합부(1d)에 간극(4)을 가짐으로써 측벽부(1c)의 끝면(1g)에 발생한 버(1f)가 접합부(1d)에 끼워질 우려가 적어져 접합 불량의 발생을 낮게 억제할 수 있어 유로(3)에 유체를 흘렸을 때에도 접합 불량이 적기 때문에 크랙이나 유로(3)의 파괴라는 문제의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 상술에 있어서는 유로 부재(1)의 재질을 세라믹스로 한 예에서 설명했지만 덮개체부(1a)가 세라믹스이며 측벽부(1c)가 알루미늄이나 구리계 등의 금속 등의 다른 재료이어도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
도 3은 본 실시형태의 유로 부재의 간극의 일례를 나타내는 단면도이며, 도 3(a)는 직사각형상이며, 도 3(b)는 사다리꼴 형상이며, 도 3(c)는 간극이 측벽부측으로 연장되는 방향을 향해서 상하로 개구하는 방향의 높이가 낮아지는 형상을 나타내는 도면이다.
도 3(a) 및 도 3(b)에 나타내는 유로 부재(13,14)는 유체가 흐르는 방향에 대하여 직교하도록 단면으로 보았을 때 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d)에 유로(3)와 연결되는 접합부(1d)의 깊이 방향의 거리가 4a(이하 간단히 깊이(4a)라고 한다), 상하로 개구하는 방향의 최대 높이가 4b(이하 간단히 최대 높이(4b)라고 한다)가 되는 각각 직사각형상, 사다리꼴 형상의 간극(4)을 갖고 있다.
이와 같이 간극(4)의 형상이 각각 직사각형상 또는 사다리꼴 형상일 때에는 유로(3)를 구성하기 위한 관통 구멍의 제작 공정에 있어서 세라믹 그린시트에 유로(3)가 되는 관통 구멍을 형성했을 때 관통 구멍의 끝면에 버가 발생해도 이들의 세라믹 그린시트를 적층하고 가압하여 소정의 온도로 소성해서 얻어진 유로 부재에 있어서 측벽부(1c)의 접합부(1d)에는 유로(3)측으로 개구하는 간극(4)이 있고, 간극(4)은 일정 깊이(4a)·최대 높이(4b)의 직사각형상 또는 사다리꼴 형상이기 때문에 버가 이 간극(4) 중에 들어가 접합부(1d)에 끼워지는 것을 적게 할 수 있다. 따라서, 덮개체부(1a)와 측벽부(1c) 및 측벽부(1c)를 복수장의 판상체를 적층했을 경우에도 접합 불량 및 크랙 및 유로의 파괴의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 도 3(c)에 나타내는 유로 부재(15)는 유체가 흐르는 방향에 대하여 직교하도록 단면으로 보았을 때 간극(4)이 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d) 및 측벽부(1c)를 복수장의 판상체를 적층한 유로(3)와 연결되는 접합부(1d)에 있어서 측벽부(1c)측으로 연장되는 방향을 향해서 상하로 개구하는 방향의 높이가 낮아지는(이하 삼각형상이라고 한다) 간극(4)을 갖고 있다.
이와 같이 간극(4)의 단면형상을 삼각형상으로 하는 것에 있어서는 유로(3)를 구성하기 위한 관통 구멍의 제작 공정에 있어서 세라믹 그린시트에 유로(3)가 되는 관통 구멍을 예를 들면 금형에 의해 형성하고, 세라믹 그린시트로의 관통 구멍의 펀칭 시에 모따기하는 개소는 돌설된 펀치로 압박하여 형성하는 방법이 있다. 그러한 방법에 의하면 모따기하는 부분의 체적량이 모따기한 바로 근처의 개소로 밀어 넣어져 세라믹 그린시트의 밀도가 높아지고, 그 일부가 금형의 펀치와 모르타르 사이의 클리어런스에 들어가 관통 구멍의 끝면에 버로서 나타나기 쉽다.
그러나 직사각형상이나 사다리꼴 형상의 모따기에 비해 삼각형상은 압박하는 체적이 작은 점에서 필연적으로 관통 구멍의 끝면에 발생하는 버는 작아지기 쉽고, 이들의 세라믹 그린시트를 적층하여 가압해서 접합했다고 해도 버(1f)가 접합부(1d)에 끼워지는 것을 적게 할 수 있어 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합 불량 및 크랙 및 유로의 파괴의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 간극(4)이 삼각형상이므로 유체와 유로 부재(1)의 접촉 면적이 커져 열교환 효율의 향상이 도모된다. 또한, 여기서 간극(4)의 삼각형상은 쐐기상이나 갈고리상이라는 형상을 포함하는 대략 삼각형상이어도 좋다.
또한, 본 실시형태의 유로 부재는 유체가 흐르는 방향에 대하여 직교하도록 단면으로 보았을 때 간극은 측벽부측으로 연장되는 방향의 깊이를 a로 하고 상하로 개구하는 방향의 최대 높이를 b로 했을 때 a>b의 관계인 것이 바람직하다.
도 1(b), 도 2(b) 및 도 3(a), 도 3(b)에 나타내는 각 유로 부재는 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d)의 유로(3)측의 끝면(1g)에 유로(3)와 연결되는 깊이(4a), 최대 높이(4b)의 간극(4)이 존재하고 있지만 유로(3)를 구성하기 위한 관통 구멍의 제작 공정에 있어서 세라믹 그린시트의 관통 구멍의 끝면을 모따기할 때에 유로 부재(1)에 있어서의 간극(4)의 최대 높이(4b)를 높게 하면 끝면(1c)에 발생하는 버(1f)의 높이도 커지는 경향이 있다. 예를 들면, 금형 가공으로 세라믹 그린시트에 관통 구멍을 펀칭함으로써 간극의 높이를 높게 형성하면 모따기하는 부분의 체적만큼의 높은 밀도가 세라믹 그린시트의 끝면 부근에 집중하기 쉽고, 금형의 펀치와 모르타르의 클리어런스에 세라믹 그린시트의 일부가 씹혀 발생하는 버의 높이도 높아진다. 따라서, 세라믹 그린시트를 적층했을 때에 버(1f)가 접합부(1d)에 끼워질 우려가 높아지는 점에서 간극(4)의 깊이(4a)를 a로 하고, 상하로 개구하는 방향의 최대 높이(4b)를 b로 했을 때 a>b의 관계를 충족시키는 것이 바람직하다.
그것에 의해 버(1f)가 발생해도 이 간극(4) 중에 들어가 접합부(1d)에 끼워지는 것을 적게 하여 접합 불량 및 크랙 및 유로(3)의 파괴의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 간극(4)의 최대 높이(4b)보다 깊이(4a)가 긴 점에서 간극(4)으로 들어간 유체는 체류하기 쉬워(연면 유동함으로써 간극(4) 내에서 와류를 발생시킨다) 유체와 유로 부재(1)의 열교환 효율의 향상이 도모된다.
또한, 본 실시형태의 유로 부재는 간극의 깊이가 0.03㎜ 이상 0.08㎜ 이하인 것이 바람직하다.
유로 부재(1)의 간극(4)의 깊이(4a)가 0.03㎜ 이상일 때에는 유로(3)를 구성하기 위한 관통 구멍의 제작 공정에 있어서 발생하는 끝면(1g)의 버(1f)가 접합부(1d)까지 도달해서 들어갈 우려를 더욱 적게 할 수 있어 접합 불량의 발생을 더욱 저감할 수 있다. 또한, 깊이(4a)는 길게 함으로써 유로(3)의 표면적을 증대시킬 수 있어 유체와 유로 부재(1)의 열교환 효율의 향상이 도모된다. 또한, 간극(4)의 깊이(4a)가 0.08m 이하이면 유로(3)를 구성하기 위한 관통 구멍의 제작 공정에 있어서 유로(3)가 되는 관통 구멍을 형성한 복수장의 세라믹 그린시트를 적층하여 가압했을 때에 접합부(1d)에 가압력이 충분히 전반되기 때문에 접합 불량의 발생을 억제할 수 있다. 그리고 소성해서 얻어진 유로 부재(1)에 높은 압력으로 유체를 공급했다고 해도 간극(4)이 기점이 되어서 크랙이 발생하여 유로(3)의 파괴가 발생하는 것도 억제할 수 있다.
이와 같이 본 실시형태의 유로 부재(1)는 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d)의 박리나 크랙의 발생이 적고, 높은 압력으로 유체를 흘렸을 경우에 있어서도 유로(3)의 내부로부터의 파괴의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 열교환 효율이 높기 때문에 반도체 장치나 반도체 제조 장치의 냉각용 유로 부재로서, 또한 가열과 가온을 반복하는 반도체 제조 장치의 열교환용 유로 부재로서, 또한 약액의 열교환기나 프린터 등의 잉크 유로 부재로서 사용할 수 있다.
도 4는 본 실시형태의 유로 부재의 덮개체부의 외면에 금속판을 설치한 열교환기의 일례를 나타내는 사시도이다.
도 4에 나타내는 본 실시형태의 열교환기(20)는 내부에 유체가 흐르는 유로(3)를 갖는 본 실시형태의 유로 부재(1)의 덮개체부(1a)의 외면에 금속판(5)이 접합해서 설치되어 있다. 이와 같이 덮개체부(1a)의 외면에 금속판(5)이 접합되어 있을 때에는 금속판(5) 상에 열교환 대상물을 탑재함으로써 유체와의 열교환을 용하게 하기 쉬워진다.
도 5는 본 실시형태의 열교환기(20)의 금속판(5) 상에 전자 부품(6)을 탑재한 전자 부품 장치(30)의 일례를 나타내는 사시도이며, 유로 부재(1)의 유로에 냉매가 되는 유체를 흘림으로써 전자 부품(6)을 효과적으로 냉각할 수 있어 유로 파괴의 발생이 적고, 또한 열교환 효율이 높은 전자 부품 장치(30)를 제공할 수 있다.
전자 부품 장치(30)로서는 PCU 등의 반도체 모듈이나 고출력 LED 전조등의 반도체 장치, 직류 고전압 전원 장치 및 스위칭 장치 등 작동 시에 고열을 발하는 장치로서 유용하다.
이하 본 실시형태의 유로 부재(1)의 제조 방법의 일례에 대해서 설명한다.
유로 부재(1)는 알루미늄이나 구리계 등의 금속이나 세라믹 재료에 의해 제작할 수 있지만 예를 들면 내약품성을 우수하게 하기 위해서 세라믹 재료로 제작할 경우에는 세라믹 재료로서 알루미나, 지르코니아, 질화 규소, 탄화 규소 및 질화 알루미늄 또는 이들의 복합물을 사용할 수 있다. 그 중에서도 절연성이나 재료 비용 등을 고려하면 알루미나가 바람직하다. 또한, 산화 규소 등을 포함하여 알루미나 함유량 94∼97질량%의 재료이면 비교적 낮은 온도에서 소결하기 때문에 소성 비용을 고려하면 특히 바람직하다.
이하 유로 부재(1)를 산화 알루미늄으로 제작할 경우에 대해서 상세하게 설명한다.
우선 평균 입경이 1.4∼1.8㎛정도인 산화 알루미늄(Al2O3) 분말과, 산화 규소(SiO2)와, 산화 칼슘(CaO) 및 산화 마그네슘(MgO) 중 적어도 1종의 분말을 준비하고, 예를 들면 각 분말의 혼합 비율이 산화 알루미늄 96.4질량%, 산화 규소 2.3질량%, 산화 칼슘 0.3질량% 및 산화 마그네슘 1.0질량%가 되도록 칭량하여 혼합한 혼합 분말을 폴리에틸렌글리콜로 이루어지는 바인더와 함께 회전 밀에 투입해서 고순도의 알루미나 볼로 혼합한다. 여기서 바인더의 첨가량은 혼합 분말 100질량%에 대하여 4∼8질량% 정도로 한다. 또한, 바인더의 첨가량이 혼합 분말 100질량%에 대하여 4∼8질량% 정도의 범위 내이면 성형체의 강도나 가요성이 양호하며, 또한 소성 시에 성형용 바인더의 탈지가 불충분해지는 문제를 억제할 수 있다.
이어서, 이것에 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌글리콜이나 아크릴 수지 또는 부티랄 수지 등의 바인더를 혼합 분말 100질량%에 대하여 4∼8질량% 정도 첨가하고, 혼합해서 슬러리를 얻는다. 여기서 바인더의 첨가량을 혼합 분말 100질량%에 대하여 4∼8질량% 정도로 하면 성형체의 강도나 가요성이 양호하며, 또한 소성 시에 성형용 바인더의 탈지가 불충분해지는 문제를 억제할 수 있다.
이어서, 이 슬러리를 사용해서 세라믹스의 일반적인 성형법인 독터 블레이드법이나 롤 콤팩션 성형법에 의해 세라믹 그린시트를 형성하고, 이어서 제품 형상으로 하기 위한 금형에 의해 펀칭해서 세라믹 그린시트를 제작한다. 적층하는 각 세라믹 그린시트는 소성 시의 수축 차에 의한 변형이나 휘어짐, 또한 크랙의 발생을 적게 하기 위해서 동일 로트의 것을 사용하는 것이 바람직하다.
도 6은 본 실시형태의 유로 부재의 측벽부를 구성하기 위한 세라믹 그린시트에 유로가 되는 관통 구멍을 가공하기 위한 방법의 예를 나타내고, 도 6(a)는 금형을 사용했을 때의 단면 모식도이며, 도 6(b)는 레이저광을 사용했을 때의 단면 모식도이며, 도 6(c) 및 도 6(d)는 각각의 가공법을 사용했을 때의 세라믹 그린시트의 절단면에 수직인 면의 부분 단면도이다.
도 6(a)에 나타내는 바와 같이 세라믹 그린시트(7)를 금형(21)으로 펀칭함으로써 도 6(c)에 나타내는 바와 같은 펀칭한 세라믹 그린시트(7)의 끝면(7b')에 직사각형상의 모따기(7c')를 형성할 수 있다. 특히, 세라믹 그린시트(7)와 접촉하는 상측 펀치(22a)와 하측 펀치(21c)의 접촉면의 양단에 볼록부(22c)를 형성함으로써 세라믹 그린시트(7)를 볼록부(22c)에서 협지하면서 상하의 펀치(22)의 감합에 의해 펀칭함으로써 세라믹 그린시트(7)의 끝면(7b')에 직사각형상의 모따기(7c')를 형성할 수 있다. 또한, 모따기(7c')를 사다리꼴 형상, C면 또는 R면으로 할 경우에도 마찬가지의 방법으로 펀치(22)의 볼록부(22c)의 형상을 변경함으로써 가능하다. 또한, 하측 펀치(21c)의 볼록부(22c)가 없는 금형(21)을 사용하면 세라믹 그린시트(7)의 끝면(7b')의 상측 펀치(22a)측에만 직사각형상의 모따기(7c')를 형성할 수 있다.
도 6(b)는 세라믹 그린시트를 레이저 가공에 의해 도 6(d)에 나타내는 바와 같은 세라믹 그린시트(8)의 끝면(8b')에 모따기(8c')를 형성할 수 있다. 특히, 레이저광(26)을 집광 렌즈(28)를 통해 세라믹 그린시트(7)에 조사하지만 스폿(27)이 세라믹 그린시트(8)의 두께의 중앙 부근이 되도록 조정함으로써 세라믹 그린시트(8)의 끝면(8b')의 상하면 모두 모따기(8c')를 형성할 수 있다.
또한, 세라믹 그린시트를 레이저 가공할 경우에는 레이저 광원은 CO2 레이저, YAG 레이저 또는 엑시머 레이저 등을 사용하면 좋고, 예를 들면 CO2 레이저이면 레이저광(26)의 발진 주파수를 2000㎐정도로 하고, 펄스 듀티를 70∼80%(신호 ON 시간의 비율), 레이저광(26)의 세라믹 그린시트(8) 상에서의 이동 속도를 8∼10m/분으로 함으로써 소망의 형상의 절단 가공이 가능하다.
또한, 세라믹 그린시트(8)의 끝면(8b')의 상하면의 한쪽에만 모따기(8c')를 형성할 경우에는 레이저광(26)의 스폿(27)의 초점을 세라믹 그린시트(8)의 상하면 중 어느 한 면의 표면에 맞추면 좋다.
이렇게 해서 제작한 복수의 세라믹 그린시트(7 또는 8)를 소망의 유로(3')가 되도록 적층하지만 각각의 세라믹 그린시트(7 또는 8)의 접합면에 세라믹 그린시트를 제작할 때에 사용한 것과 마찬가지의 바인더를 밀착액으로서 도포하고, 세라믹 그린시트(7 또는 8)를 적층한 후에 평판상의 가압구를 통해 약 0.5㎫정도의 가압을 가하고, 그 후에 약 50∼70℃의 실온에서 약 10∼15시간 건조시킨다.
이어서, 유로 부재(1)가 되는 적층한 세라믹 그린시트를 예를 들면 공지의 푸셔 방식이나 롤러 방식의 연속 터널로에서 소성한다. 각각의 재질에 따라 소성 온도는 다르지만 알루미나 함유량이 94∼97질량%인 재료이면 최고 온도가 약 1500∼1650℃에서 산화 분위기에서 소성하면 좋다.
특히, 도 5에 나타내는 바와 같은 고열을 발하는 전자 부품(6)이 탑재된 기판을 유로 부재(1)의 덮개체부(1a)에 탑재할 때에는 유로를 형성하기 위해서 관통 구멍을 밀봉하고 있는 덮개체부(1a)의 두께는 열교환의 효율을 향상시키기 위해서 되도록 얇게 하는 것이 바람직하고, 알루미나 함유량이 94∼97질량%에 있어서는 0.3∼0.5㎜정도로 하는 것이 바람직하다.
이상에 의해 유로 부재(1)가 제작되고, 이 유로 부재(1)에 금속판(5)을 통해 LSI나 LED 등의 전자 부품(6)을 탑재함으로써 기체나 액체라는 냉매를 유로 부재(1)의 유로에 통과시킴으로써 전자 부품(6)을 냉각할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 유로 부재(1)는 냉각 용도뿐만 아니라 온열 용도 등 폭넓은 용도에도 이용할 수 있다.
도 7(a)에 나타내는 본 실시형태의 유로 부재(12)는 전체 길이가 L, 높이가 H, 폭이 D이며, 두께가 t1인 덮개체부(1a)가 1장, 두께가 t2인 측벽부(1c)가 3장, 두께가 t3인 저판부(1b)가 1장 적층되어 있고, 내부에 2개의 사각형상의 유로(3)가 형성되어 있다. 그리고 도 7(b)에 나타내는 바와 같이 유로(3)를 형성하는 측벽부(1c)의 끝면(1g)에 간극(4)이 되는 모따기(1e)를 형성하고 있고, 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d) 및 측벽부(1c)와 저판부(1b)의 접합부(1d)에 유로(3)측으로 개구한 깊이(4a), 최대 높이(4b)의 간극(4)이 형성되어 있다. 또한, 유로 부재(12)의 외측으로부터 유로(3)까지의 거리를 B, G, 유로(3)의 폭을 C, F, 서로 이웃하는 유로(3) 사이의 거리를 E로 나타낸다.
이하 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하지만 본 발명은 이 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
산화 알루미늄(Al2O3)으로서 평균 입경이 1.6㎛정도인 분말과, 산화 규소(SiO2)와, 산화 칼슘(CaO) 및 산화 마그네슘(MgO)의 분말을 준비한다.
그리고 각 분말의 혼합 비율이 산화 알루미늄 96.4질량%, 산화 규소 2.3질량%, 산화 칼슘 0.3질량% 및 산화 마그네슘 1.0질량%가 되도록 칭량하여 혼합한 혼합 분말을 혼합 분말 100질량%에 대하여 6질량%의 폴리에틸렌글리콜로 이루어지는 바인더와 함께 회전 밀에 투입해서 고순도의 알루미나 볼로 혼합한다.
이어서, 이것에 아크릴 수지 등의 바인더를 혼합 분말 100질량%에 대하여 4질량% 첨가하고, 혼합해서 슬러리를 얻는다.
이어서, 얻어진 슬러리를 공지의 독터 블레이드법에 의해 시트상의 세라믹 그린시트를 제작하고, 또한 이 세라믹 그린시트를 적층했을 때에 제품 형상이 되도록 금형을 사용해서 각각의 세라믹 그린시트를 제작한다.
실시예에서는 도 7(a)에 나타내는 유로 부재(12)와 동 형상의 시료를 제작했다. 또한, 유로 부재(12)의 치수를 전체 길이(L)가 200㎜, 높이(H)가 4.5㎜, 폭(D)이 12㎜이며, 덮개체부(1a)의 두께(t1)가 0.5㎜, 그 밖의 측벽부(1c) 및 저판부(1b)의 두께(t2 및 t3)가 1.0㎜이며, 도 7(b)에 나타내는 유로 부재(12)의 외측으로부터 유로(3)까지의 거리(B 및 G)가 3㎜, 유로(3)의 폭(C 및 F)가 2㎜, 서로 이웃하는 유로(3) 사이의 거리(E)가 2㎜가 되도록 시료를 제작했다.
또한, 표 1에 나타내는 바와 같이 도 7(b)의 간극(4)의 깊이(4a)가 없는 것(실질적으로는 깊이(4a)가 0.005㎜ 이하를 없는 것으로 간주한다)과 0.08㎜, 최대 높이(4b)가 없는 것(실질적으로는 최대 높이(4b)가 0.005㎜ 이하를 없는 것으로 간주한다)과 0.06㎜의 것을 각 시료당 각각 50개 제작했다. 이것을 시료 No.1 및 24로 한다.
그리고 유로 부재(12)의 열교환 효율을 확인하기 위해서 (이하 도시 생략)유체의 공급구를 한쪽 측면에, 또한 이 공급구에 대향하는 다른쪽 측면에 배출구를 알루미늄재로 제작한 것을 납땜했다.
또한, 덮개체부(1a)는 세라믹스이며, 측벽부(1c)와 저판부(1b)가 금속으로 이루어지는 유로 부재(12)도 제작했다.
각 치수는 시료 No.1 및 24와 동일하며, 덮개체부(1a)의 세라믹스도 시료 No.1 및 24와 동일하다. 측벽부(1c) 및 저판부(1b)의 금속은 순도 99.7%의 알루미늄을 사용하고, 간극(4)이 없는 것을 시료 No.101, 간극(4)이 있는 것을 시료 No.102로 했다.
또한, 시료 No.1 및 24의 유로 부재(12)를 구성하는 각각의 t2의 관통 구멍의 제조 방법으로서 세라믹 그린시트를 도 6(a)에 나타내는 금형(21)을 사용해서 성형함으로써 도 7(b)에 나타내는 간극(4)이 되도록 세라믹 그린시트의 끝면에 직사각형상의 모따기를 형성하고, 상술한 유로 부재(12)의 외형 치수가 되는 3장의 세라믹 그린시트를 제작했다.
이어서, 제작한 세라믹 그린시트를 적층하여 가압, 접합할 때의 밀착액은 세라믹 그린시트를 제작할 때와 동일한 바인더를 사용하고, (이하 도시 생략)밀착액인 바인더의 도포 방법은 400메시, 두께 0.02㎜의 스테인리스제 스크린을 사용하여 고무제의 스퀴지로 적층하는 각각의 세라믹 그린시트의 전체면에 도포했다.
이어서, 이들의 밀착액이 도포된 5장의 세라믹 그린시트를 적층하고, 적층한 세라믹 그린시트의 상하를 평판으로 끼워 약 0.5㎫로 가압했다.
이때에 세라믹 그린시트의 하단에 압력 전반 상태를 관찰하기 위해서 프리스케일(후지필름 가부시키가이샤제 형명: LLLW 초저압 0.2∼0.6㎫용)을 끼워 넣고(이하 도시 생략), 적층한 세라믹 그린시트의 전체면에 균등하게 가압하고 있는 것을 확인했다. 이때 세라믹 그린시트의 전체면에 균등한 압력이 가해지고 있으면 유로 패턴 이외의 개소는 적색으로 발색되지만 유로 패턴 이외의 개소에서 발색되지 않을 경우에는 다시 가압하거나 또는 이 시점에서 시료로부터 제외했다.
이어서, 이 제품 형상의 성형체인 유로 부재(12)를 푸셔식 터널 가마(tunnel kiln)에서 최고 온도 1600℃에서 소성해서 표 1에 나타내는 시료 No.1 및 24의 간극(4)이 삼각형상인 유로 부재를 얻었다. 또한, 유로 부재(12)의 일부 제품은 접합부의 상태를 확인하기 위한 시료로서 미소성의 것을 일부 보관했다.
또한, 덮개체부(1a)가 알루미나 세라믹스이며, 측벽부(1c)와 저판부(1b)의 금속이 알루미늄인 시료 No.101 및 102의 제작 방법은 덮개체부(1a)는 시료 No.1 및 24와 같은 방법에 의해 미리 덮개체부(1a)를 소성한 것을 준비했다.
그리고 측벽부(1c)와 저판부(1b)는 공지의 열간 압출 성형법에 의해 측벽부(1c)와 저판부(1b)가 일체로 된 것을 제작했다.
이어서, 얻어진 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)를 납땜에 의해 접합함으로써 유로 부재(12)를 제작했다. 또한, 납땜은 스크린 인쇄법에 의해 Al-Si로 이루어지는 납재를 도포하고, 약 0.15㎫로 가압한 상태로 약 590℃의 온도에서 열처리했다.
이어서, 유체의 공급구 및 배출구는 시료 No.1 및 24와 마찬가지로 제작했다.
이렇게 해서 얻어진 유로 부재(12)의 시료 No.1 및 24에 대해서 초음파 탐상 시험을 행했다.
초음파 탐상 시험의 목적은 소성 후의 유로 부재(12)의 내부의 유로(3)를 형성하는 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d)에 접합 불량으로 간주되는 층간 박리의 발생의 유무를 확인하기 위한 것이다.
초음파 탐상 시험은 히타치 켄키 화인테크 가부시키가이샤제의 형명: mi-scopehyper를 사용하고, 유로 부재(1)의 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 적층의 두께(t)가 4.5㎜에 대하여 상하로부터 1, 2층까지를 주파수 50㎒의 초음파 프로브(형명: 50P6F15)를 사용하고, 적층의 중간이 되는 3층째에 있어서는 25㎒의 초음파 프로브(형명: PT-3-25-17)를 사용하여 유로 부재의 전체면의 초음파 탐상 시험을 행했다. 그리고 적층한 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)와 저판부(1b)의 1, 2층과, 3층과 4, 5층 각각의 초음파 탐상 시험의 화상을 관찰했다. 여기서 사용하는 초음파 프로브는 세라믹 시트의 적층한 두께(t)에 따라 구분하여 사용하는 것이며, 두께(t)가 더 두꺼워질 경우에는 주파수를 더 낮은 것을 사용하면 좋다.
초음파 탐상 시험에 있어서는 공동(空洞)이 있으면 흰 화상, 공동이 없는 곳은 검은 화상이 된다. 따라서, 본래의 유로 패턴으로부터 분리되는 곳에 백색부가 있으면 접합 불량에 의한 층간 박리가 발생하고 있다.
초음파 탐상 시험의 평가는 각 시료의 간극(4)의 깊이(4a)와 초음파 탐상 시험에 의한 간극의 깊이(4a)의 비교에 의해 평가하고, 본래의 간극(4)의 깊이(4a)와 초음파 탐상 시험에 의한 화상의 간극(4)의 깊이(4a)의 차의 최대값이 ±10%의 범위 내이면 양품으로 하고, +10%를 초과하는 것은 불량품으로 했다. 또한, 깊이(4a)가 0.005㎜ 이하인 것은 실질적으로 간극(4)이 없는 것으로 했다. 그리고 각 시료 50개의 유로 부재(1)의 불량률이 0%이면 평가는 우량으로 하고, 불량률이 2% 이하이면 평가는 양으로 하고, 불량률이 2%를 초과하는 것은 평가를 부로 했다.
그리고 또한 접합 불량의 원인을 해명하기 위해서 각 시료와 같은 미소성의 유로 부재(12)에 대해서 각 시료 50개의 접합부(1d)에 대해서 손으로 박리하면서 확대경(10배)에 의해 접합 불량으로 연결되는 원인이 없는지 관찰을 행했다.
또한, 유로 부재(12)의 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d)에 유로(3)로 연결되는 간극(4)이 있는 것에 의해 열교환 대상물을 적재하는 탑재면으로의 열교환 효율의 영향 정도도 확인했다.
시험 방법으로서는 상기 각 시료의 덮개체부(1a)의 외면에 히터와 열전대를 부착했다. 그리고 열전대를 부착한 개소의 온도가 50℃가 되도록 가열했다.
이어서, 유체로서 수온이 18℃인 물을 사용하여 약 0.3㎫로 유로 부재(12)에 공급했다.
이렇게 해서 30분 경과 후에 덮개체부(1a)의 외면의 표면 온도를 측정하고, 각 시료에 있어서 평균의 온도 변화량을 확인했다.
얻어진 결과를 표 1에 나타낸다.
표 1에 나타내는 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)가 세라믹스로 이루어지는 시료 No.1은 접합 불량의 발생률이 8%이며, 평가는 부이었다. 또한, 보관하고 있었던 미소성의 시료를 조사한 결과 적층한 세라믹 그린시트의 접합부에 세라믹 그린시트를 금형(21)으로 성형했을 때 생긴 버가 부착되어 있고, 이 버에 의해 세라믹 그린시트의 접합이 충분히 행해지지 않는 것이었다.
또한, 시료 No.1과 같이 세라믹스의 시료 No.24는 상기 접합 불량의 발생률이 0%이며, 평가는 우량이었다.
이것은 간극(4)의 깊이(4a)가 0.08㎜이며, 최대 높이(4b)가 0.06㎜이기 때문에 끝면(1g)에 버(1f)가 발생했다고 해도 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d)까지 들어가는 일 없이 접합 불량의 발생을 방지할 수 있었던 것으로 여겨진다. 즉, 미소성의 시료의 접합부를 확인했지만 세라믹 그린시트의 유로측 끝면의 버가 세라믹 그린시트의 접합부에 말려 들어가 접합 불량을 일으키고 있는 것은 발견되지 않았다.
또한, 덮개체부(1a)가 알루미나 세라믹스이며 측벽부(1c) 및 저판부(1b)가 알루미늄으로 일체 형성한 것을 납땜으로 접합한 시료(101 및 102)는 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d)의 유로(3)로 연결되는 간극(4)의 유무에 관계 없이 접합 불량의 발생은 없었다. 이것은 시료 No.1 및 24는 모두 부드러운 그대로의 성형체로 적층, 가압, 소성해서 접합하는 것이며, 유로(3)가 되는 부근은 측벽부(1c)가 되는 중간층으로의 가압력의 전반이 버의 유무에 의해 크게 좌우되는 것에 대해서 시료 No.101 및 102는 소결체를 접합하는 것이기 때문에 끝면 등에 버가 존재하면 연마 등에 의해 제거할 수 있는 것과 납재의 두께 등에서 평탄도를 포함시켜 버도 흡수할 수 있는 것에 의한다. 또한, 단단한 것을 접합하기 때문에 유로의 부근으로의 가압력의 전반에도 영향이 적기 때문이다.
또한, 유로 부재(12)의 가열, 냉각의 시험 결과에서는 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)와 저판부(1b)가 세라믹스인 것에 있어서는 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d)에 유로(3)로 연결되는 간극(4)이 없는 시료 No.1의 온도 변화량이 18℃이었던 것에 대해서 간극(4)이 있는 시료 No.24의 온도 변화량이 20℃이며, 약간의 간극(4)이어도 간극(4)이 있음으로써 열교환 효율이 향상하는 것을 알 수 있다.
또한, 마찬가지로 덮개체부(1a)가 세라믹스이며, 측벽부(1c) 및 저판부(1b)가 금속의 시료 No.101과 102에서는 간극(4)이 없는 시료 No.101의 온도 변화량이 26℃에 대하여 간극(4)이 있는 시료 No.102는 28℃이며, 이쪽도 간극(4)이 있음으로써 열교환 효율이 향상하는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터 유로 부재(12)의 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d)에는 유로(3)로 연결되는 간극(4)이 있음으로써 유로(3)와 유체의 열의 접촉 면적이 커지는 만큼 덮개체부(1a)의 외면과의 열교환 효율을 향상할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 세라믹 그린시트를 적층해서 내부에 유로를 형성할 경우 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d)에 유로(3)로 연결되는 간극(4)이 세라믹 그린시트의 유로(3)가 되는 관통 구멍을 형성할 때에 발생하는 버를 간극(4) 중에서 흡수하여 접합부(1d)에 끼워지는 일이 없기 때문에 접합 불량의 발생을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
여기서는 유로 부재의 재질은 세라믹스나 금속 중 어느 것이어도 좋은 것으로 했지만 유로가 구부러져 있을 경우에는 압출 성형이나 사출 성형이나 주형 또는 프레스에 의한 일체 성형으로는 곤란하기 때문에 일반적으로는 유로가 되는 복잡한 관통 구멍을 각각에 형성한 복수의 시트를 적층해서 제작하게 된다. 그리고 승온과 냉각을 반복하는 열교환기일 경우에는 덮개체부와 측벽부 및 저판부가 동일 재료이면 열팽창 차에 의한 접합부의 박리 등이 발생할 우려가 적기 때문에 유로가 복잡하며, 사용 온도 범위가 넓은 경우에는 세라믹 그린시트를 적층, 소성한 세라믹 유로 부재로 하는 것이 보다 바람직하다.
실시예 2
이어서, 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d)에서 형성되는 유로(3)로 연결되는 간극(4)의 형상과 접합 불량의 관계를 확인했다.
시료는 실시예 1에서 사용한 알루미나 세라믹스와 같은 것을 사용해서 제작하고, 접합 불량의 평가 방법도 같다.
또한, 시료 No.1 및 14는 실시예 1과 같지만 시료 No.2∼8은 간극(4)의 형상이 직사각형상이며, 시료 No.11∼17은 간극(4)의 형상이 사다리꼴 형상이며, 시료 No.21∼27은 간극(4)의 형상이 삼각형상이다. 또한, 각 시료의 형상에 맞는 금형을 제작해서 형성하고, 간극(4)의 깊이(4a) 및 최대 높이(4b)는 표에 나타내는 바와 같다.
얻어진 결과를 표 2에 나타낸다.
표 2에 나타내는 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 우선 시료 No.1은 접합 불량의 발생률이 8%이며, 평가는 부이었다. 또한, 보관하고 있었던 미소성의 시료를 조사한 결과 적층한 세라믹 그린시트의 접합부에 세라믹 그린시트를 금형(21)으로 성형했을 때 발생한 버가 부착되어 있고, 이 버에 의해 세라믹 그린시트의 접합이 충분히 행해지지 않은 것이었다.
실시예의 시료 No.2, 11 및 21은 상기 접합 불량의 발생률이 2%이며, 평가는 양이었다. 접합 불량의 원인은 시료 No.1과 같이 금형(21)에 의한 세라믹 그린시트로의 성형 시의 버이며, 발생률은 적지만 간극(4)의 깊이(4a)가 0.02㎜로 얇기 때문에 세라믹 그린시트의 유로측 끝면에 발생한 버가 세라믹 그린시트 압착 시에 접합부에 끼워지는 경우가 있었던 것으로 추측된다.
또한, 실시예의 시료 No.6, 15 및 25는 상기 접합 불량의 발생률은 2%이며, 시료 No.2와 같이 평가는 양이었지만 접합 불량의 원인이 되는 버의 끼워짐은 발견되지 않았다. 세라믹 그린시트의 적층 후 가압했을 때에 압력 전반 상태를 보기 위해서 끼워 넣은 프리스케일을 확인한 결과 간극(4)의 깊이(4a)가 소성 후의 치수값으로 환산했을 때에 약 0.09㎜의 부근이 적색 발색의 농도가 엷어지고 있으므로 가압의 압력 전반이 부족한 것이 접합 불량의 원인인 것으로 여겨진다.
또한, 시료 No.7, 8, 16, 17, 26 및 27은 간극(4)의 깊이(4a)와 최대 높이(4b)가 같은 길이의 것이지만 접합 불량의 발생률은 모두 2%로 평가는 양이었다. 접합 불량의 원인은 최대 높이(4b)에 대하여 깊이(4a)가 동등했기 때문에 버의 일부가 접합부에 들어갔기 때문이다.
또한, 간극(4)의 깊이(4a)가 0.03, 0.04, 0.08㎜이며, 최대 높이(4b)보다 긴 시료 No.3∼5, 12∼14 및 22∼24는 접합 불량의 발생률은 모두 0%로 평가는 우량이었다. 또한, 미소성의 시료의 접합부를 확인했지만 세라믹 그린시트의 유로측 끝면의 버가 세라믹 그린시트의 접합부에 말려들어서 접합 불량을 일으키고 있는 것은 발견되지 않았다.
이상의 결과로부터 유로 부재(12)를 세라믹 그린시트를 적층해서 내부에 유로를 형성할 경우 유로의 측면의 적층한 세라믹 그린시트의 접합부(1d)에는 유로(3)측으로 개구한 간극(4)이 있음으로써 접합 불량의 발생을 억제할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 간극(4)의 형상은 유로(3)측으로 개구한 직사각형상, 사다리꼴 형상 또는 삼각형상 중 어느 것이어도 좋은 것을 알 수 있다.
간극(4)의 형상이 직사각형상 또는 사다리꼴 형상을 선택할 때는 제조 공정에 있어서 세라믹 그린시트에 유로(3)가 되는 관통 구멍의 끝면에 발생하는 버를 간극(4) 중에서 허용하고 싶을 때이며, 삼각형상을 선택할 때는 버의 크기를 억제하고 싶을 때이며, 가공 방법도 적당히 선택하면 좋다.
또한, 간극(4)의 깊이(4a)가 0.03∼0.08㎜이며, 또한 최대 높이(4b)의 길이보다 길 때에는 세라믹 그린시트를 적층, 가압했을 때에 버의 접합부로의 끼워짐에 의한 접합 불량 및 가압력의 전반 부족에 의한 접합 불량의 발생을 더욱 억제할 수 있다.
실시예 3
이어서, 산화 알루미늄의 함유량을 증감했을 때의 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 접합부(1d)의 접합 불량으로의 영향의 유무를 조사했다.
여기서는 도 7에 나타내는 유로 부재(12)의 각 치수는 실시예 2에서 사용한 시료 No.4와 같지만 산화 알루미늄의 함유량을 94.0질량%과 97.0질량%으로 변경해서 잔부가 산화 규소, 산화 칼슘 및 산화 마그네슘으로 이루어지는 표 3에 나타내는 시료 No.9와 10을 제작했다.
각 시료 50개의 유로 부재(12)를 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 제작하고, 또한 접합 불량의 확인도 초음파 탐상 시험에 의해 행하고, 평가의 방법도 같이 행했다.
얻어진 결과를 표 3에 나타낸다.
표 3에 나타내는 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 실시예인 산화 알루미늄의 함유량이 94.0질량%인 시료 No.9 및 97.0 질량%인 시료 No.10 모두 접합부(1d)의 접합 불량의 발생률은 0%로 평가는 우량이었다.
여기서는 유로 부재(12)의 외형 크기가 길이(L)가 200㎜, 폭(D)이 12㎜, 높이(H)가 4.5㎜의 구조물이지만 산화 알루미늄의 함유량이 94.0∼97.0질량%이며 잔부가 산화 규소와 산화 칼슘과 산화 마그네슘으로 이루어질 때에는 소성 온도가 1600℃인 채이어도 유로 부재(12)의 내부의 덮개체부(1a)와 측벽부(1c)의 각 접합부(1d)도 문제없이 접합하고 있는 점에서 소결성의 문제도 발생이 억제되었다고 말할 수 있다. 적당한 소결 조제를 함유하고 있는 점에서 소결성이 높아져 소성 온도를 높일 필요도 없고, 성막 비용을 저감할 수 있다.
이상과 같이 본 실시예의 유로 부재(12)는 측벽부의 접합 불량의 발생의 우려가 적고, 유체를 고압으로 흘려 냉각용이나 온열용 등에 사용했다고 해도 층간 박리의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 비교적 저비용의 유로 부재를 제공할 수 있는 것이다.
1,11,12,13,14,15: 유로 부재 1a: 덮개체부
1b: 저판부 1c: 측벽부
1d: 접합부 1e: 모따기
1f: 버 1g: 끝면
3: 유로 4: 간극
4a: 간극의 깊이 4b: 간극의 최고값
5: 금속판 6: 전자 부품
7, 8: 가공한 세라믹 그린시트 7b', 8b': 끝면
7c', 8c': 모따기 20: 열교환기
30: 전자 부품 장치
1b: 저판부 1c: 측벽부
1d: 접합부 1e: 모따기
1f: 버 1g: 끝면
3: 유로 4: 간극
4a: 간극의 깊이 4b: 간극의 최고값
5: 금속판 6: 전자 부품
7, 8: 가공한 세라믹 그린시트 7b', 8b': 끝면
7c', 8c': 모따기 20: 열교환기
30: 전자 부품 장치
Claims (10)
- 세라믹스로 이루어지고, 덮개체부와 측벽부와 저판부로 구성되고, 내부에 유체가 흐르는 유로를 갖고, 상기 측벽부는 상기 유로를 형성하기 위한 구멍을 갖는 단수의 판상체 또는 상기 판상체를 복수 구비하여 이루어지는 적층체로 이루어지고, 상기 덮개체부와 상기 판상체의 사이 또는 상기 적층체를 구성하는 상기 판상체끼리의 사이에 상기 측벽부의 끝면을 따라 상기 유로로 연결되는 간극을 갖고, 상기 간극이 상기 판상체의 끝면에 형성된 모따기에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유로 부재.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 유체가 흐르는 방향에 대하여 직교하도록 단면으로 보았을 때, 상기 간극이 직사각형 형상, 사다리꼴 형상 또는 삼각형상인 것을 특징으로 하는 유로 부재. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 유체가 흐르는 방향에 대하여 직교하도록 단면으로 보았을 때 상기 간극은 상기 유로측으로부터 상기 측벽부측으로 연장되는 방향을 향해서 상하로 개구하는 방향의 높이가 낮아지는 것을 특징으로 하는 유로 부재. - 삭제
- 제 1 항, 제 3 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유체가 흐르는 방향에 대하여 직교하도록 단면으로 보았을 때, 상기 간극은, 상기 유로측으로부터 상기 측벽부측으로 연장되는 방향의 깊이를 a로 하고, 상하로 개구하는 방향의 최대 높이를 b로 했을 때, a>b의 관계인 것을 특징으로 하는 유로 부재. - 제 7 항에 있어서,
상기 깊이는 0.03㎜ 이상 0.08㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 유로 부재. - 제 1 항에 기재된 유로 부재의 덮개체부의 외면에 금속판을 설치해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 열교환기.
- 제 9 항에 기재된 열교환기의 금속판 상에 전자 부품을 탑재해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자 부품 장치.
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