TW202134586A - 傳熱部件及傳熱部件的製造方法 - Google Patents

傳熱部件及傳熱部件的製造方法 Download PDF

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繁松孝
梅野和行
高木啓史
青木博史
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金子洋
大島宏文
西井諒介
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日商古河電氣工業股份有限公司
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Abstract

本發明的傳熱部件,係例如以金屬材料製作且具備在第一方向的端部具有在橫跨該第一方向的既定區間與該第一方向交叉擴展的多孔構造的表層。此外,表層,例如具有:突起層,其存在較閉孔多的突起;及閉孔層,其係對該突起層與第一方向的相反側鄰接,存在較突起多的閉孔。

Description

傳熱部件及傳熱部件的製造方法
本發明係關於傳熱部件及傳熱部件的製造方法。
先前已知藉由對金屬材料表面照射脈衝雷射光形成週期性的凹部,同時在凹部的周圍形成環狀隆起部,以增大表面積的傳熱部件。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2016-114304號公報
[發明所欲解決的課題]
在此種傳熱部件,若可得可使熱傳導性更高的新穎構造的傳熱部件及其製造方法,很有益。
因此,本發明的課題之一,係例如可得具有可使熱傳導性更高的新穎構造的傳熱部件,及該傳熱部件的製造方法。 [用於解決課題的手段]
本發明的傳熱部件,係例如以金屬材料製作且具備在第一方向的端部具有在橫跨該第一方向的既定區間與該第一方向交叉擴展的多孔構造的表層。
在上述傳熱部件,上述表層,亦可具有:突起層,其存在較閉孔多的突起;及閉孔層,其係對該突起層與上述第一方向的相反側鄰接,存在較上述突起多的上述閉孔。
本發明的傳熱部件,係例如以金屬材料製作且具備在第一方向的端部具有在橫跨該第一方向的既定區間與該第一方向交叉擴展的表層,上述表層,具有:突起層,其存在較閉孔多的突起;及閉孔層,其係對該突起層與上述第一方向的相反側鄰接,存在較上述突起多的上述閉孔。
在上述傳熱部件,上述表層的空隙率可為50%以上、90%以下。
本發明的傳熱部件,係例如以金屬材料製作且具備在第一方向的端部與該第一方向交叉擴展的空隙率為50%以上、90%以下的表層。
在上述傳熱部件,較上述表層的高度方向的中央位置更外側的空隙率可為50%以上、80%以下。
在上述傳熱部件,較上述傳熱部件的表面在高度方向的外側的上述表層的空隙率可為50%以上、90%以下。
在上述傳熱部件,在上述表層的高度方向的投影的單位面積當量的上述表層的表面積增加率可為110%以上、300%以下。
上述傳熱部件,亦可具有上述表層且具備向上述第一方向突出的凸部。
上述傳熱部件,可為藉由導電性金屬材料製作的匯流排。
上述傳熱部件,可為藉由流體做熱交換的熱交換部件。
上述傳熱部件,可為沸騰傳熱部件,從發熱體經由上述表層對冷媒傳熱。
此外,本發明的傳熱部件的製造方法,例如具備:準備具有以金屬材料製作的表面的傳熱部件的第一步驟;及使藉由對上述表面照射雷射光而從上述表面吹走的的粒子再附著,形成具有多孔構造的表層的第二步驟。
在上述傳熱部件的製造方法,在上述第二步驟,可藉由使射出上述雷射光的出射部與上述傳熱部件相對移動,使上述雷射光在上述表面上相對掃描。
在上述傳熱部件的製造方法,在上述第二步驟,使上述雷射光沿著上述表面向第一方向或該第一方向的相反方向的第一掃描,係在與該第一方向交叉的第二方向排列的方式,邊向該第二方向或該第二方向的相反方向上偏移第一間隔進行複數次,上述第一間隔可為上述雷射光的光束直徑以下。
在上述傳熱部件的製造方法,在上述第二步驟,以在上述第二方向排列的方式進行複數次上述第一掃描之後,使上述雷射光沿著上述表面向與上述第一方向交叉的第三方向或該第三方向的相反方向的第二掃描,係在與該第三方向交叉的第四方向排列的方式進行複數次,在上述第二掃描的上述第四方向的第二間隔可為上述雷射光的光束直徑以下。
在上述傳熱部件的製造方法,在上述第二步驟,以在上述第二方向排列的方式進行複數次上述第一掃描之後,在對上述第一掃描向上述第二方向偏移低於上述第一間隔的位置,使上述雷射光沿著上述表面向上述第一方向的第二掃描,係向上述第二方向排列的方式進行複數次。 [發明的效果]
根據本發明,例如可得具有可使熱傳導性更高的新穎構造的傳熱部件,及該傳熱部件的製造方法。
以下,揭示本發明的例示性實施形態。在以下所示實施形態的構成,以及藉由該構成所帶來的作用及結果(效果)為一例。本發明亦可藉由以下的實施形態所揭示的構成以外實現。此外,根據本發明,可得藉由構成所得的各種效果(包含衍生性的效果)之中的至少一個。
在以下所揭示的實施形態,具有同樣的構成。因此,根據各實施形態的構成,可得基於該同樣的構成的同樣的作用及效果。此外,在以下,有時對該等相同構成賦予相同的符號,同時省略重複說明。
在本說明書,序數,係為區別零件或部位等權宜上賦予,並非表示優先順位或順序。
此外,在各圖,以箭頭X表示X方向,以箭頭Y表示Y方向,以箭頭Z表示Z方向。X方向、Y方向、及Z方向,互相交叉的同時互相正交。再者,X方向,亦稱為延伸方向、或掃描方向,Y方向亦稱為延伸方向或掃描方向,Z方向亦稱為厚度方向或高度方向。
[第1實施形態] 圖1係本實施形態的傳熱部件10的平面圖,圖2係圖1的II-II剖面圖。
傳熱部件10,係例如以銅或銅合金、鋁、鋁合金等熱傳導率高的金屬材料製作。
[表層的構造] 如圖1所示,傳熱部件10,具有平面狀的面10a,在面10a至少一部分,設有具有多孔構造的表層20。面10a,係表面的一例。表層20,係藉由照射雷射光而形成。關於表層20的加工將於後述。
如圖2所示,表層20,係在傳熱部件10的Z方向的端部,在Z方向的大致一定的厚度(深度),換言之在Z方向的既定區間通過,在X方向及Y方向,換言之與Z方向交叉且正交的方向,擴展。Z方向為第一方向的一例。
表層20,具有包含複數突起20p與複數閉孔20h的多孔構造。表層20,例如以Z方向(的相反方向)觀看時的既定範圍,可將在Z方向突出最高的尖端20t,與從該尖端20t向Z方向的相反方向離最遠的閉孔20b之間,定義為在Z方向交叉且正交擴展的層。
表層20,可大致區分為兩個層。一個是較閉孔20b存在較多突起20p的第一層L1,另一個是較突起20p存在較多閉孔20b的第二層L2。第一層L1,以既定高度(厚度)與Z方向交叉且正交擴展,第二層L2,以既定的深度(厚度)與Z方向交叉且正交擴展。第一層L1及第二層L2,互相在Z方向鄰接。此外,第一層L1位在較第二層L2更外側。第一層L1為突起層的一例,第二層L2為閉孔層的一例。
表層20的空隙率,係在該表層20(測量對象部位)的剖面,空隙區域對材料區域的比率。空隙率,可例如,藉由對表層20的複數剖面影像的影像處理,算出空隙區域對材料區域的面積比。例如,在圖2所示沿著Z方向與Y方向交叉的剖面影像,測量對象部位P的X方向的長度Lx、測量對象部位P的Z方向的長度Lz(深度)的矩形的2維區域,算出將黑的空隙區域以灰色的材料區域的面積相除的面積比。然後,在測量對象部位P內的不同複數處(例如,4處)的在剖面影像算出面積比,算出該複數處的面積比的平均值,作為空隙率。在此,測量對象部位P的長度Lz,可例如,係在沿著測量對象部位P的Z方向的複數剖面影像,將在Z方向突出最高的尖端20t,與從該尖端20t在Z方向的相反方向離最遠的閉孔20b之間的Z方向長度。測量對象部位P的X方向的長度Lx,可在進行雷射加工的範圍內適宜設定。此外,在每個上述第一層L1或第二層L2等層的空隙率,亦可藉由變更成為影像處理對象的矩形的2維區域的範圍,同樣地算出。再者,剖面方向,或位置、數目等亦可適宜設定。此外,空隙率,亦可藉由在法線方向互相不同的複數剖面的面積比的平均值算出。此外,取平均的剖面數,只要至少2以上即可,惟根據位置或方向的加工狀態的誤差低,則亦可為1,為更佳提高測量精度,則亦可為3以上。此外,空隙率,對施以相同的雷射加工的複數樣品,計算為佳。再者,在本實施形態,空隙率係從剖面以二維算出,惟取平均的剖面數多時,或根據位置的形狀誤差相對較少時,可認為空隙容積對材料體積的比率,即三維的空隙率亦大致相同。
表層20的空隙率,例如在4個樣品為(1)76.7%、(2)80.0%、(3)73.7%、(4)81.4%,而平均為77.9%。發明者們專心研究包含該等調查結果,發現表層20的空隙率,較佳的是50%以上且90%以下,更佳的是60%以上且85%以下。從圖2可知,第一層L1的空隙率較第二層L2的空隙率大。
此外,從圖2可知,表層20具有不規則的凹凸,並不具有如專利文獻1的週期性凹凸。
[以照射雷射光的表層加工] 圖3係表示傳熱部件的製造方法的流程圖。如圖3所示,在本實施形態,首先,將傳熱部件10,藉由沖壓加工或切削加工等成形等準備(S1,第一步驟),之後,藉由對傳熱部件10的面10a照射雷射光L,在該面10a,加工表層20(S2,第二步驟)。再者,第一步驟S1(準備步驟),亦可係將在別的地方成形的傳熱部件10搬入的步驟。
圖4係加工表層20的加工系統100的示意圖。如圖4所示,加工系統100,具備:雷射裝置110;光學頭120;連接雷射裝置110與光學頭120的光纖130;及保持部件140。
雷射裝置110,構成為例如可輸出數kW的能量的雷射光。例如,雷射裝置110,亦可構成為在內部具有複數半導體雷射部件,以該複數半導體雷射部件的合計輸出,可輸出數kW的能量的多模雷射光。此外,雷射裝置110,亦可具備如光纖雷射、YAG雷射、片狀雷射等各式各樣的雷射光源。雷射裝置110,藉由連續波振盪,出射雷射光的連續光。即,雷射裝置110,係CW(continuous wave:連續波)雷射。
光纖130,係將從雷射裝置110所輸出的雷射光導波,輸入光學頭120。
保持部件140,保持作為加工對象W的傳熱部件10。
光學頭120,係將從雷射裝置110經由光纖130輸入的雷射光L,向加工對象W出射的光學裝置。光學頭120,係出射部的一例。
光學頭120,具備:準直透鏡121;及聚焦透鏡122。準直透鏡121係用於將輸入的雷射光作成平行光的光學系。聚焦透鏡122係用於將平行光化的雷射光聚焦,作成雷射光L照射在加工對象W的光學系。光學頭120,係在Z方向的相反方向出射雷射光L。雷射光L係照射在加工對象W的表面。表面,亦可稱為被照射面。
光學頭120、保持部件140、及加工對象W,係收容在框200內,框200內(加工腔體R內),即加工對象W的周圍的氣氛有被管理。例如,在本實施形態,藉由雷射光L的照射而從加工對象W的面10a分離的材料粒子,會再度附著在面10a上積層地,對面10a的照射位置附近,藉由氣體噴嘴等將氣體噴付。氣體流量及流速、方向、噴付位置等可適宜調整。氣體,係例如氮氣等惰性氣體。
加工系統100,係構成為可改變光學頭120與加工對象W,即保持加工對象W的保持部件140的相對位置。藉此,雷射光L的照射位置在加工對象W的面10a上移動。藉此,雷射光L,將在面10a上掃描。換言之,在面10a的雷射光L的光點(照射位置),會在面10a上移動。
在面10a上的雷射光L的照射位置的移動,即光學頭120與加工對象W的相對移動,可藉由將光學頭120單獨、加工對象W(保持部件140)單獨、或者光學頭120與加工對象W的雙方移動的移動機構(無圖示)實現。
[掃描方法] 圖5係表示在加工對象W的面10a的雷射光L的光點(無圖示)的掃描方法的一例,圖6係表示在加工對象W的面10a的雷射光L的光點的掃描方法的別的一例。再者,圖5、6係將面10a的加工區域的一部分放大表示的圖。
圖5的情形,首先,如圖中以虛線的箭頭所示,雷射光L沿著面10a的X方向及X方向的相反方向的交替掃描(s1),以在Y方向排列的方式執行複數次。對X方向及X方向的相反方向的掃描,係第一掃描s1的一例,X方向係第一方向的一例,Y方向係第二方向一例。第一掃描s1的各個掃描位置,例如,在Y方向或Y方向的相反方向上以間隔ps1偏移。此外,間隔ps1,設定為雷射光L的光點直徑(光束直徑,無圖示)以下。間隔ps1係第一間隔的一例。再者,在此,表示向X方向的第一掃描s1,與向X方向的相反方向的第一掃描s1,交替執行的例子,惟並不限定於此,亦可例如,僅執行向X方向的第一掃描s1,亦可僅執行向X方向的相反方向的第一掃描s1,亦可執行複數次向X方向的第一掃描s1之後,執行複數次向X方向的相反方向的第一掃描s1。
接著,如圖中的實線箭頭所示,雷射光L沿著面10a的Y方向及Y方向的相反方向的交替掃描(s2),以在X方向上排列的方式執行複數次。向Y方向及Y方向的相反方向的掃描,係第二掃描s2之一例,Y方向係第三方向的一例,X方向係第四方向的一例。第二掃描s2的各個掃描位置,係例如在X方向或X方向的相反方向上以間隔ps2偏移。此外,間隔ps2,設定為雷射光L的光點直徑(光束直徑,無圖示)以下。間隔ps2係第二間隔的一例。間隔ps2,可與間隔ps1相同,亦可不同。再者,在此,表示向Y方向的第二掃描s2,與向Y方向的相反方向的第二掃描s2,交替執行的例子,惟並不限定於此,亦可例如,僅執行向Y方向的第二掃描s2,亦可僅執行向Y方向的相反方向的第二掃描s2,亦可執行複數次向Y方向的第二掃描s2之後,執行複數次向Y方向的相反方向的第二掃描s2。此外,第三方向,只要與第一方向交叉即可,並沒有限定為Y方向,換言之,亦可係對Y方向傾斜的方向。
另一方面,在圖6的情形,首先如圖中以虛線的箭頭所示,雷射光L沿著面10a的X方向及X方向的相反方向的交替掃描(s1),以在Y方向排列的方式執行複數次。對X方向及X方向的相反方向的掃描,係第一掃描s1的一例,關於第一掃描,由於與圖5的情形相同,故省略說明。
接著,如圖中的實線箭頭所示,雷射光L沿著面10a的X方向及X方向的相反方向的交替掃描(s2),以在Y方向上排列的方式執行複數次。在此,向X方向及X方向的相反方向的掃描,係第二掃描s2之一例。第一掃描s1與第二掃描s2平行。此外,第二掃描s2的Y方向的位置,對第一掃描s1的Y方向的位置,分別在偏移低於間隔ps1的位置執行。此外,第二掃描s2的各個掃描位置,例如,向Y方向或Y方向的相反方向以間隔ps2偏移。間隔ps2,設定為雷射光L的光點直徑(光束直徑,無圖示) 以下。間隔ps2,可與間隔ps1相同,亦可不同。再者,在此,表示向X方向的第二掃描s2與向X方向的相反方向的第二掃描s2被交替執行的例子,惟並不限定於此,亦可例如,僅執行向X方向的第二掃描s2,亦可僅執行向X方向的相反方向的第二掃描s2,亦可執行複數次向X方向的第二掃描s2之後,執行複數次向X方向的相反方向的第二掃描s2。
本實施形態的表層20,係藉由CW雷射的雷射光L對加工對象W的面10a的照射,將熔融金屬吹走形成凹部(空隙),同時藉由吹走的熔融金屬再附著形成凸部而得。結果發現,由於在本實施形態的表層20,可得互相鄰接的凹部以二維及三維連通,同時凹部外側(Z方向)的開口相對縮小的複雜且不規則的凹凸構造(多孔質金屬層),故在表層20可大幅增大材料部分的表面積。根據如此的構成,與例如藉由脈衝雷射的照射在材料的表面規則配置凹部或凸部的相對單純的凹凸構造的先前構造相比,可得更大的表面積,能進可減低熱阻,可提升放熱性與熱交換性。
[表面積增加率及熱阻] 圖7係表示在複數樣品的表層20的表面積增加率與熱阻的關係的圖表。在任何一個條件與未加工的銅板的熱阻0.26相比均有降低。表面積增加率,係在Z方向的投影面積的單位面積(例如,1[cm2 ])當量,以雷射加工表層20的表面積增加的比率。雷射加工前(未加工或無加工)與雷射加工後,表面積沒有變化時,表面積增加率為100%,藉由雷射加工表面積稍微較雷射加工前增加,則表面積增加率會成為比100%大的值。表面積增加率越大,表示表面積藉由凹凸增大。表層20的表面積,可例如藉由KEYENCE公司的VR-3000等測量裝置所測量的三維表面形狀算出。表面積增加率,係對既定範圍(例如,從Z方向的相反方向觀看,以平面視的20[mm]×20[mm]的範圍),從測量裝置所得表面積,以該既定範圍為平面時的面積(例如,20[mm]×20[mm]的範圍的時候,400[mm2 ])相除而得。
發明者們,發現如圖7所示,在本實施形態的表層20,表面積增加率與熱阻的相關關係,以表面積增加率的值Rb為界線變化。即,發現在本實施形態的表層20,在表面積增加率較值Rb小的範圍,表面積增加率越大熱阻越小,在表面積增加率較值Rb大的範圍,表面積增加率越大熱阻越大。此可推測係,如上所述,在本實施形態的表層20,藉由從面10a分離再附著的粒子,形成如圖2所示的閉孔20h,但表面積增加率越大的表層20,在該表層20上的閉孔20h的體積比率,即熱傳導率較低的氣體體積比率會變大。
基於如此的見識,發現表層20,以具有熱阻成為限值Th以下的表面積增加率的範圍,即成為下限值Rmin以上、上限值Rmax以下的形狀為佳,具體而言,以110%以上且300%以下為佳,以200%以上且230%以下更為佳。
[空隙率(與圖2不同的範圍)] 空隙率,在關於計算該空隙率的對象範圍不同時,亦在上述剖面影像的影像處理,藉由變更成為對象的矩形的2維區域,可同樣地算出。
圖8係表示與圖2同位置的傳熱部件10的剖面。惟,在圖8,表層20之中,顯示較Z方向的中央位置CF更靠Z方向的端部側(表面側、外側)區域Lu。中央位置CF,係在向Z方向(的相反方向)觀看時的既定範圍,位在表層20的尖端20t與最深的閉孔20b之間的Z方向的中央,與Z方向交叉且正交的方面的位置。
在較中間位置CF更靠外側(Z方向的前方)的表層20的空隙率,例如,在4樣品為(1)67.5%、(2)66.0%、(3)65.6%、(4)68.1%,平均為66.8%。發明者們專心研究包含該等調查結果的,發現表層20的空隙率,較佳的是50%以上且80%以下,更佳的是60%以上且70%以下。
此外,圖9係表示與圖2在同位置的傳熱部件10的剖面。惟,在圖9,顯示在表層20之中,較沒有加工該表層20的區域的面10a(或加工前的面10a)更靠Z方向的端部側(表面側、外側)區域Lp。
較面10a更靠外側(Z方向的前方)的表層20的空隙率,例如在4樣品為(1)76.0%、(2)73.0%、(3)71.9%、(4)76.8%,平均為74.5%。由發明者們專心研究包含該等調查結果的,發現表層20的空隙率,較佳的是50%以上且90%以下,更佳的是60%以上且80%以下。較面10a更外側(Z方向的前方)的表層20的體積材料比率成為(1-空隙率)。此時的體積材料比率,可說是再沉積材料的比率。
如以上所說明,在本實施形態,傳熱部件10,係以金屬材料製作,而具備表層20。表層20,在Z方向(第一方向)的端部,具有橫跨該Z方向的既定區間與該Z方向交叉擴展的多孔構造。
根據如此的構成,例如,比起僅在表面上設置多孔狀凹凸的傳熱部件容易使表面積變大,可更容易提升熱傳導性。
此外,在本實施形態,例如,表層20,具有較閉孔20h存在較多突起20p的第一層L1(突起層);及對該第一層L1鄰接在Z方向(第一方向)的相反側,較突起20p存在較多閉孔20h的第二層L2(閉孔層)。
如本實施形態,藉由雷射光L的照射從面10a分離的材料粒子再附著沉積在該面10a上時,可得如此的構成。根據該構成,例如比起僅在表面上設置多孔狀凹凸的傳熱部件容易使表面積變大,可更容易提升熱傳導性。
此外,在本實施形態,例如,表層20的空隙率為50%以上90%以下。
此外,在本實施形態,例如,表層20在Z方向(高度方向)較中央位置CF更外側的空隙率為50%以上80%以下。
再者,在本實施形態,例如,在Z方向(高度方向)較傳熱部件10的面10a更外側的表層20的空隙率為50%以上90%以下。
根據發明者們的研究,發現只要空隙率在如此的範圍內,可更容易提升熱傳導性。
此外,在本實施形態,例如,表面積增加率,即表層20在Z方向(高度方向)投影的單位面積當量的該表層20的比率為110%以上300%以下。
根據發明者們的研究,發現只要表面積增加率在如此的範圍內,可更容易提升熱傳導性。
此外,本實施形態的傳熱部件10的製造方法,例如,具備:準備傳熱部件10的步驟S1(第一步驟);及藉由對傳熱部件10的面10a照射雷射光L,而從面10a吹走的粒子再附著,形成具有多孔構造的表層20的步驟S2(第二步驟)。
藉由上述第二步驟,可形成具有多孔構造的熱傳導性高的表層20,藉此,可在傳熱部件10的面10a,構成熱傳導性更高的表層20。
此外,在本實施形態,例如,在步驟S2(第二步驟),藉由使出射雷射光L的光學頭120(出射部),與加工對象W(傳熱部件10)相對移動,使雷射光L在面10a上相對掃描。
根據如此的構成,例如,與照射脈衝雷射光的情形相比,可更迅速地形成表層20。此外,藉由照射雷射光L的連續光,與照射脈衝雷射光的情形相比,不容易形成規律性凹凸,因此,表面積容易變大,而更容易提升熱傳導性。
此外,在本實施形態,例如,在步驟S2(第二步驟),雷射光L沿著面10a的X方向(第一方向)或該X方向的相反方向(第一方向的相反方向)的第一掃描s1,係在與該X方向交叉的Y方向(第二方向)排列的方式,邊在該Y方向或該Y方向的相反方向上偏移間隔ps1(第一間隔),進行複數次,間隔ps1為雷射光L的光束直徑以下。
根據如此的構成,可例如,在面10a上形成在平面沒有空隙地擴展的表層20。此外,在第一掃描s1的邊界部分,以相對較寬的間隔形成具有規律的凸條,藉此可迴避表面積變得難以增大。
此外,在本實施形態,例如,在步驟S2(第二步驟),以在Y方向上排列的方式進行複數次第一掃描s1之後,使雷射光L沿著面10a向與X方向交叉的Y方向(第三方向)或該Y方向的相反方向的第二掃描s2,係在與該Y方向交叉的X方向(第四方向)排列的方式進行複數次,在第二掃描s2的X方向方面的間隔ps2(第二間隔)為雷射光L的光束直徑以下。
根據如此的構成,可例如,在面10a上形成在平面沒有空隙地擴展的表層20。此外在第一掃描s1的邊界部分及第二掃描s2的邊界部分以相對較寬的間隔形成具有規律的凸條,藉此可迴避表面積變得難以增大。
此外,在本實施形態,在步驟S2(第二步驟),以在Y方向上排列的方式進行複數次第一掃描s1之後,在對第一掃描s1向Y方向(第二方向)偏移低於間隔ps1的位置,使雷射光L沿著面10a的X方向(第一方向)第二掃描s2,係向Y方向(第二方向)排列的方式進行複數次。
根據如此的構成,可例如,在面10a上,在面10a上形成在平面沒有空隙地擴展的表層20。此外,在第一掃描s1的邊界部分,以相對較寬的間隔形成具有規律的凸條,藉此可迴避表面積變得難以增大。
本實施形態的傳熱部件10,具有根據多孔構造的大表面積表層,即使在真空中,亦可得到從該表層輻射的高散熱性。因此,適合使用在例如,太空基地、太空站、火箭、太空探測器、或人造衛星等,使用在真空的同時溫度變化很大的太空環境的太空構造物。作為太空構造物的材料,可舉出例如不鏽鋼、鈦、鈦合金、鉬、或鉭等。此外,亦有變得無須先前塗佈在太空構造物表面用於提高散熱性的塗料等的部分,亦可得例如可抑制太空構造物的製造的勞力或成本的優點。
[第2實施形態] 圖10係作為第2實施形態的傳熱部件的匯流排10A的平面圖,圖11係圖10的XI-XI剖面圖。
匯流排10A,係以導電性金屬材料製作。在長邊的端部10b,分別設有用於與其他的電子零件的接頭與機械性且電性連接的貫通孔10c。
匯流排10A,例如以銅、銅合金、鋁、鋁合金等電阻率小的金屬材料製作為佳。從電阻率小的觀點,匯流排10A以銅製作為佳。
匯流排10A,具有扁平的帶狀且板狀的形狀。匯流排10A,在Y方向以大致一定的寬度及在Z方向以大致一定的厚度(高度)在X方向上延伸。
匯流排10A,在Z方向及Z方向的相反方向的端部,具有兩個面10a、10d。面10a、10d,與Z方向交叉且正交擴展。在本實施形態,面10a,10d與Z方向正交,在X方向及Y方向上延伸。面10a、10d,係表面的一例。
在匯流排10A的面10a的貫通孔10c附近,設有與第一實施形態相同構成的表層20。貫通孔10c,由於係與其他的導體的連接部分,故有通電而因導體事態的電阻而發熱。再者,在貫通孔10c附近,有時因其他的導體間的接觸電阻等而發熱。即,貫通孔10c附近,亦被稱為發熱部位。此點,根據本實施形態,由於在貫通孔10c附近的區域,在從該貫通孔10c隔著空隙的位置,設有表層20,故可抑制匯流排10A基於接觸電阻或連接該匯流排10A的導體的溫度過度上升。即,根據本實施形態,藉由表層20,可抑制作為傳熱部件的匯流排10A的溫度上升。
此外,如圖11所示,表層20,係設在從面10a突出的突出部10e。突出部10e係凸部的一例。根據如此的構成,可抑制例如匯流排10A的剖面積因表層20的凹部或閉孔20h而變小,而使電阻增大。
[第3實施形態及第4實施形態] 圖12係第3實施形態的傳熱部件的熱交換部件10B的平面圖,圖13係第4實施形態的傳熱部件的熱交換部件10C的平面圖。
作為傳熱部件的熱交換部件10B、10C,均係與流體F之間做熱交換的部件。流體F,可為氣體,亦可為液體,亦可為例如,混相流等的別的流體。在位於熱交換部件10B、10C的Z方向的端部的面10a上,分別設有複數表層20。表層20,分別具有與第1實施形態或第2實施形態同樣的構成。即,表層20,可如第1實施形態,在面10a上,以從面10a的突出高度相對較低的狀態設置,亦可如第2實施形態,以從面10a向Z方向突出的狀態設置。流體F在通過表層20時成為渦流,而有效地做熱交換。在表層20之間的平坦部分成為層流,貢獻在降低流路的阻抗。
在熱交換部件10B,表層20,係向流體F的流動方向延伸。在此例,表層20,在平面視,具有沿著流體F的流動方向(X方向)延伸的長方形狀或橢圓形狀的形狀,惟可為對應發熱量與流量而良好地設計,故並不限定於此,亦可具有例如翼形形狀等別的形狀。
此外,在熱交換部件10C,表層20,例如以平面視,以格子點狀離散配置,流體F通過表層20之間。在此例,熱交換部件10C的表層20,以平面視,具有向流體F的流動方向(X方向)及其相反方向(X方向的相反方向)突出的角部的菱形狀的形狀,惟可為對應發熱量與流量而良好地設計,故並不限定於此,亦可具有例如圓形形狀等別的形狀。
如此,在作為傳熱部件的熱交換部件10B、10C,藉由設置表層20,與沒有表層20時相比,增大熱交換部件10B、10C與流體F之間的熱交換的熱流束。結果,可使用於例如,水冷散熱器等用於降低發熱體溫度的用途,與使用散熱葉片、或散熱針時比較,在小型化或製造成本方面可獲得效果。
[第5實施形態] 圖14係傳熱部件的沸騰傳熱部件10D的沸騰冷卻裝置30的剖面圖。
在圖14,沸騰冷卻裝置30,具備:受熱部32;及具有散熱部33的腔體31。腔體31,具有中空狀的形狀,在腔體31內,收容液相狀態的冷媒34。受熱部32,位於散熱部33的垂直下方,在受熱部32與散熱部33經由中間開口35連通。冷媒34,以大致真空狀態封入腔體31內。此外,在散熱部33內,設有冷卻流體管道36。
在受熱部32的底部,設有開口32a,該開口32a,可根據作為傳熱部件的沸騰傳熱部件10D,以氣密及液密狀態堵塞。沸騰傳熱部件10D,經由散熱片37與發熱體H熱的連接。
沸騰傳熱部件10D的面10a,設有與第1實施形態同樣的表層20。表層20,係露出在腔體31內,與冷媒34接觸。
在上述沸騰冷卻裝置30,來自發熱體H的熱,經由散熱片37及沸騰傳熱部件10D的表層20傳到冷媒34。冷媒34,在與沸騰傳熱部件10D的表層20接觸的部分,沸騰成為氣泡,釋出到液相的冷媒34中。氣泡,在液相冷媒34中上升到散熱部33,在散熱部33對流在冷卻流體管道36內的冷卻流體散熱而再液化,回到受熱部32。藉由反覆如此的動作,來自發熱體H的熱,經由冷媒34輸送到散熱部33,從散熱部33散熱。根據本實施形態,藉由表層20,增大從沸騰傳熱部件10D對冷媒34傳熱的熱流束,進而提升沸騰冷卻裝置30的效率。
以上,例示了本發明的實施形態,惟上述實施形態係一例,並無限定發明範圍的意圖。上述實施形態,可以其他各式各樣的形態實施,在不脫離發明的要點的範圍,可進行各種省略、替換、搭配、變更。此外,各構成、或形狀等的規格(構造、種類、方向、型式、大小、長度、寬度、厚度、高度、數量、配置、位置、材質等),可適宜變更實施。 [產業上的可利用性]
本發明可適用於傳熱部件及傳熱部件的製造方法。
10:傳熱部件 10A:匯流排(傳熱部件) 10B:熱交換部件(傳熱部件) 10C:熱交換部件(傳熱部件) 10D:沸騰傳熱部件(傳熱部件) 10a:面(表面) 10b:端部 10c:貫通孔 10d:面 10e:突出部 20:表層 20b:閉孔 20h:閉孔 20p:突起 20t:尖端 30:沸騰冷卻裝置 31:腔體 32:受熱部 32a:開口 33:散熱部 34:冷媒 35:中間開口 36:冷卻流體管道 37:散熱片 100:加工系統 110:雷射裝置 120:光學頭 121:準直透鏡 122:聚焦透鏡 130:光纖 140:保持部件 200:框 L:雷射光 L1:第一層(突起層) L2:第二層(閉孔層) Lx,Lz:長度 P:測量對象部位 ps1:間隔 ps2:間隔 S1:步驟 S2:步驟 s1:第一掃描 s2:第二掃描 R:加工腔體 W:加工對象 X:方向(延伸方向、掃描方向、第一方向、第四方向) Y:方向(延伸方向、掃描方向、第二方向、第三方向) Z:方向(厚度方向、高度方向)
[圖1]圖1係第1實施形態的傳熱部件的例示性且示意平面圖。 [圖2]圖2係圖1的II-II剖面圖。 [圖3]圖3係表示第1實施形態的傳熱部件的製造方法的流程圖。 [圖4]圖4係第1實施形態的加工系統的例示性示意圖。 [圖5]圖5係在第1實施形態的傳熱部件的製造方法的雷射光的掃描方法的一例的例示性且示意平面圖。 [圖6]圖6係表示在第1實施形態的傳熱部件的製造方法方面的雷射光的掃描方法的另一例的例示性且示意平面圖。 [圖7]圖7係表示在第1實施形態的傳熱部件的表層的表面積增加率與熱阻的關係的例示性圖表。 [圖8]圖8係圖1的II-II剖面圖,表示表層之中較中央位置更靠端部側區域的例示性示意圖。 [圖9]圖9係圖1的II-II剖面圖,表示表層之中較傳熱部件的表面更靠端部側區域的例示性示意圖。 [圖10]圖10係第2實施形態的傳熱部件的匯流排的例示性且示意的平面圖。 [圖11]圖11係圖10的XI-XI剖面圖。 [圖12]圖12係第3實施形態的傳熱部件的熱交換部件的一部分例示性且示意平面圖。 [圖13]圖13係第4實施形態的傳熱部件的熱交換部件的一部分例示性且示意平面圖。 [圖14]圖14係第5實施形態的傳熱部件的沸騰傳熱部件的沸騰冷卻裝置的例示性且示意剖面圖。
10:傳熱部件
10a:面(表面)
20:表層
20b:閉孔
20h:閉孔
20p:突起
20t:尖端
L1:第一層(突起層)
L2:第二層(閉孔層)
Lx,Lz:長度
P:測量對象部位
X:方向(延伸方向、掃描方向、第一方向、第四方向)
Y:方向(延伸方向、掃描方向、第二方向、第三方向)
Z:方向(厚度方向、高度方向)

Claims (17)

  1. 一種傳熱部件,其係以金屬材料製作,其具備:表層,係在第一方向的端部具有在橫跨該第一方向的既定區間與該第一方向交叉擴展的多孔構造。
  2. 如請求項1之傳熱部件,其中上述表層,具有:突起層,其存在較閉孔多的突起;及閉孔層,其係對該突起層與上述第一方向的相反側鄰接,存在較上述突起多的上述閉孔。
  3. 一種傳熱部件,其係以金屬材料製作,其具備:表層,係在第一方向的端部橫跨該第一方向的既定區間與該第一方向交叉擴展, 上述表層,具有:突起層,其存在較閉孔多的突起;及閉孔層,其係對該突起層與上述第一方向的相反側鄰接,存在較上述突起多的上述閉孔。
  4. 如請求項1或3之傳熱部件,其中上述表層的空隙率為50%以上、90%以下。
  5. 一種傳熱部件,其係以金屬材料製作,其具備:表層,係在第一方向的端部與該第一方向交叉擴展的空隙率為50%以上、90%以下。
  6. 3及4之任何一項之傳熱部件,其中較上述表層的高度方向的中央位置更外側的空隙率為50%以上、80%以下。
  7. 3及4之任何一項之傳熱部件,其中較上述傳熱部件的表面在高度方向的外側的上述表層的空隙率為50%以上、90%以下。
  8. 3及4之任何一項之傳熱部件,其中在上述表層的高度方向的投影的單位面積當量的上述表層的表面積增加率為110%以上、300%以下。
  9. 3及4之任何一項之傳熱部件,其具備:凸部,其具有上述表層,向上述第一方向突出。
  10. 3及4之任何一項之傳熱部件,其中上述傳熱部件,係以導電性金屬材料製作的匯流排。
  11. 3及4之任何一項之傳熱部件,其中上述傳熱部件,係以流體做熱交換的熱交換部件。
  12. 3及4之任何一項之傳熱部件,其中上述傳熱部件係沸騰傳熱部件, 從發熱體經由上述表層對冷媒傳熱。
  13. 一種傳熱部件的製造方法,其具備: 準備具有以金屬材料製作的表面的傳熱部件的第一步驟;及 使藉由對上述表面照射雷射光而從上述表面吹走的的粒子再附著,形成具有多孔構造的表層的第二步驟。
  14. 如請求項13之傳熱部件的製造方法,其中在上述第二步驟,藉由使射出上述雷射光的出射部與上述傳熱部件相對移動,使上述雷射光在上述表面上相對掃描。
  15. 如請求項14之傳熱部件的製造方法,其中在上述第二步驟,使上述雷射光沿著上述表面向第一方向或該第一方向的相反方向的第一掃描,係在與該第一方向交叉的第二方向排列的方式,邊向該第二方向或該第二方向的相反方向上偏移第一間隔進行複數次, 上述第一間隔係上述雷射光的光束直徑以下。
  16. 如請求項15之傳熱部件的製造方法,其中在上述第二步驟,以在上述第二方向排列的方式進行複數次上述第一掃描之後,使上述雷射光沿著上述表面向與上述第一方向交叉的第三方向或該第三方向的相反方向的第二掃描,係在與該第三方向交叉的第四方向排列的方式進行複數次,在上述第二掃描的上述第四方向的第二間隔係上述雷射光的光束直徑以下。
  17. 如請求項15之傳熱部件的製造方法,其中在上述第二步驟,以在上述第二方向排列的方式進行複數次上述第一掃描之後,在對上述第一掃描向上述第二方向偏移低於上述第一間隔的位置,使上述雷射光沿著上述表面向上述第一方向的第二掃描,係向上述第二方向排列的方式進行複數次。
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