WO2002039046A1 - Lamine creux et puits thermique utilisant ce lamine - Google Patents

Description

中空積層体およびそれを用いたヒ

技術分野

本発明は、 パーソナルコンピュータの M P U等の放熱等に用いられるヒートシ ンクおよびそのヒ一トシンクに用いられる中空積層体に関する。

明 背景技術

書

パーソナルコンピュータの MP U等のコンピュータ機器においては、 その高性 能化が急速に進められているが、 この高性能化を実現していくためには、 MP U 等から発生する熱を効率よく放熱させることができる放熱器が必要とされでい た。

このような放熱器として、 近年、 アルミニウム合金材を複数枚積層圧着し、 積 層境界面に蛇行した細径のトンネルをロールボンド法により形成し、 そのトンネ ル内に作動液としてフロン 1 3 4 a等を封入した熱拡散板に用いられるプレート 型ヒートパイプが提案されている （特開平 1 0— 1 8 5 4 6 5 )。 図 1の （A) および（B ) に示すように、このプレート型ヒートパイプ 1は 2枚の金属薄板 3、 4を積層し熱間圧延にて接合して、 予め圧着防止剤を所定のパターンで塗布し未 圧着となった境界面のパターン部を膨管して前記蛇行した細径のトンネル 2を形 成しており、 単位幅あたりの蛇行タ一ン数を格段に増加させることにより放熱性 能を向上させるものである。

しかしながら、 上記のような従来のプレート型ヒートパイプを用いた放熱器で は、 近年の環境問題からフロン系冷媒の使用が規制される状況には対応できず、 さらに一層の MP Uの高性能化に対しては放熱効率が追いつかない等の問題点が 生じている。また熱間圧延により金属薄板を接合するため、母材の変形が大きく、 中空部形状を精度良く形成できないばかりでなく、 接合面における異種金属間の 合金化等により接合強度が低下する等の問題点も生じている。 さらに圧着防止剤 の塗布むらが発生して圧着部と圧着防止部との境界が精度良く形成できないばか りでなく、 圧着防止剤の洗浄等に余分な工程を必要とし、 洗浄しても圧着防止剤 を完全には除去できない等の問題点も生じている。

本発明は、 上記のような技術的背景に鑑み、 環境上の制約を受けることなく軽 量でしかも放熱効率のより一層の向上を図ることができる放熱器等に用いられる ヒートシンクおょぴそのヒートシンクに用いられる中空積層体を提供することを 課題とする。 発明の開示

請求項 1記載の本発明の中空積層体は、 複数枚の金属板が積層接合され、 隣り 合う金属板の対向面に所定の形状の中空部が形成された中空積層体において、 該 金属板の積層接合が、 真空槽内で該金属板の接合面が予め活性化処理された後、 該金属板の活性化処理面同士が対向するように当接して重ね合わせて冷間圧接さ れた中空積層体であることを特徴とする。 前記活性化処理が、 1 0〜1 X 1 0一³ Paの極低圧不活性ガス雰囲気中で、 金属板をアース接地した一方の電極 Aとし、 絶縁支持された他の電極 Bとの間に 1〜5 0 MHzの交流を印加してグロ一放電 を行わせ、 かつグロ一放電によって生じたプラズマ中に露出される電極 Aの面積 力 電極 Bの面積の 1ノ 3以下でスパッタエッチング処理されることが好ましい。 前記複数枚の金属板は少なくとも 1枚に所定形状の凹部が設けられ、 該凹部を閉 塞するように他の金属板が積層接合されることにより、 所定の形状の前記中空部 が形成されるのが好ましい。 中空積層体の前記中空部がトンネル状部であること が好ましレ、。 前記金属板が銅板あるいは銅合金板からなることが好ましい。

前記金属板の少なくとも一方が 2層の積層接合金属板からなり、 中空部側の金 属板が銅板あるいは銅合金板であり、 中空部とは隔離された側の金属板がアルミ 二ゥム板あるいはアルミ-ゥム合金板であることが好ましい。

銅板あるいは銅合金板の厚さが 0 . 0 1〜1 . 5 mmで、 アルミニウム板あ るいは銅合金板の厚さが 0 . 0 5〜1 . 0 mmであることが好ましい。

本発明のヒートシンクは、 前記中空積層体の前記中空部内にヒートシンク作動 体が封入されることを特徴とする。

本発明のヒートシンクの作動体が水であることが好ましい。 図面の簡単な説明

図 1は、 従来のプレート型ヒートパイプを示すもので、 （A) は概略平面図、 (B ) は概略断面図である。 図 2は、 本発明の中空積層体の一例を示すもので、 ' ( C ) は概略平面図、 （D ) は概略断面図である。 図 3は、 本発明の中空積層体 の他の一例を示すもので、 （E ) は他の一例の概略断面図、 （F ) は他の一例の 概略断面図である。 図 4は、 本発明に用いる積層接合金属板の製造装置の概略断 面正面図である。 発明を実施するための最良の形態

図 2は、本発明の中空積層体の一実施形態を示すもので、 （C ) は概略平面図、 (D) は金属板 2枚で中空部を形成した例を示す。 図 3は、 本発明の中空積層体 の他の実施形態を示すもので、 （E ) は金属板 2枚で形成された中空部の一方の 側にさらに別の金属板を積層接合した例を示し、 （F ) は金属板 2枚で形成され た中空部の両側にさらに別の金属板を積層接合した例を示す。

図 2の （C) に示される中空積層体 1 0において、 1 1は中空部である。 この 中空部 1 1は （D ) に示すように、 2枚の金属板の少なくとも一方をプレス加工 や圧延加工等を施して中空部となるように凹部を形成し、 前記 2枚の金属板の対 向面に活性化処理を施した後、 積層接合して中空部を形成したものである。 具体的には、 2枚の金属板として、 それぞれ銅板 1 2、 1 3を用いる。 銅板材 料としては、 銅板または銅合金板が利用できる。 銅合金板としては、 例えば J I S H 3 1 0 0に示す合金番号として C 1 0 0 0番台や C 2 0 0 0番台の銅合 金、 および黄銅、快削黄銅、すず入り黄銅、 アドミラルティ黄銅、ネーパル黄銅、 アルミニウム青銅、 白銅等が利用できる。 熱伝導の観点からは、 純銅であること が望ましい。 また銅板の厚みは、 0 . 0 1〜1 . 5 mmとすることが好ましい。 0 . 0 1 n皿未満では充分な強度や耐食性が得られず、 1 . 5 mm より厚くな れば重くなりすぎる。 これらの銅板の少なくともいずれか一方に中空部 1 1の平 面形状に対応したパターンでプレス加工や圧延加工等を施して金属板に凹部を形 成させる。 圧延加工においては、 中空部形状に対応して一方のロールに凸部を設 け、 他方のロールに前記凸部が嵌合するように凹部を設け、 同調した両者のロー ルの間に金属板を通すことにより金属板に凹部を形成させる。 これらの加工によ り中空部となる凹部と接合部となる接合予定部を形成する。 この際に金属板は、 所定の大きさに切り出した後に前記凹部形成をしてもよいし、 前記 ω部形成をし た後に所定の大きさに切り出してもよい。その後、下記に示す活性化処理を行う。 活性化処理は、 以下のようにして実施する。 すなわち、 少なくともいずれかに 凹部形成加工を施した銅板 1 2、 1 3を真空槽内に装填し、所定の状態に保持し、 銅板 1 2、 1 3をそれぞれアース接地した一方の電極 Αとし、 絶縁支持された他 の電極 Bとの間に 1 0〜 1 X 1 0— ³ Paの極低圧不活性ガス雰囲気好ましくはァ ルゴンガス中で、 1〜5 0 MHzの交流を印加してグロ一放電を行わせ、 かつ、 グロ一放電によって生じたプラズマ中に露出される電極 Aの面積が、 電極 Bの面 積の 1 3以下で、 スパッタエッチング処理する。 このスパッタエッチング処理 により、 金属板上に付着している金属酸化物、 ゴミ付着物あるいは油などの異物 が除去され、 後工程の圧接工程での他方の金属板との密着性を向上させることが できる。 なお不活性ガス圧力が 1 X 1 0—³ Pa未満では安定したグロ一放電が行 いにくく高速エッチングが困難であり、 1 0 Paを超えると活性化処理効率が低 下する。 印加する交流は、 1 MHz未満では安定したグロ一放電を維持するのが 難しく連続エッチングが困難であり、 5 0 MHz を超えると発振し易く電力の供 給系が複雑となり好ましくない。 また、 効率よくエッチングするためには電極 A の面積を電極 Bの面積より小さくする必要があり、 1ノ 3以下とすることにより 充分な効率でェッチング可能となる。

その後、 両金属板を以下に示すように積層接合する。 すなわち、 銅板 1 2、 1 3のいずれか一方または両方に形成させた凹部により中空部を形成するように、 かつ活性化処理された面が対向するようにして両者を当接して重ね合わせて、 接 合部となる接合予定部を冷間圧接して積層接合する。 この冷間圧接は、 プレス加 ェゃ圧延加工等で行われ、 圧接面に中空部形状に対応した凹部を設けることによ り、 接合予定部のみを接合することが可能である。 この際の積層接合は、 低温度 •低圧延率下で可能であり、 熱間圧接や高圧延率の圧接におけるような金属板な らびに積層接合に組織変化や合金化、 破断等といつた悪影響を軽減または排除す ることが可能である。 また中空積層体の変形や延びを低く押さえることが可能で あり、 中空部形状を精度良く加工できる。 本発明の方法を用いた場合、 Tを金属 板の温度 （°C)、 Rを圧延率 （％) とするとき、 Tは 3 0 0 °C以下が好ましい。 より好ましくは 0 °C< T≤ 3 0 0 °Cの範囲が良い。 温度が 3 0 0 °Cを超えると、 接合界面に合金層が形成し、 接合強度が低下し、 好ましくない。 Rは 3 0 %以下 が好ましい。 より好ましくは 0 . 1〜3 0 %の範囲がよい。 Rが 3 0 %を超える と、 材料の変形が大きく、 好ましくない。

上記のように積層接合することにより、 形成される中空部に悪影響を及ぼすこ となく接合予定部のみが圧接される。 このようにして中空部 1 1が形成される。 以上のようにして本発明の中空部 1 1を有する中空積層体 1 0が製造される。 な お真空槽内には 1対の金属板のみならず複数対の金属板を装填してバッチ処理す ることも可能であり、 対となる金属板を活性化処理部に搬送して垂直または水平 等の位置に処理すべき面を対向または並置した状態等で設置または把持して固定 してもよい。 さらに金属板を保持する装置部が圧接装置を兼ねる場合には活性化 処理後に設置または把持したまま圧接してもよいし、 そうでない場合には圧接装 置に搬送して圧接を行ってもよい。

本発明のヒートシンクは上記のようにして中空積層体を作成した後、 中空積層 体の封入口 1 1 aを通じて内部を真空状態または減圧状態にしてヒートシンク作 動体を所定量封入し、 封入口を溶接等の方法を用いて密封することにより製造す る。 ヒートシンク作動体としては取り扱いの容易な液体、 特に脱フロン化の観点 等から、 水、 純水または超純水を用いる。 このようにして本発明のヒートシンク が製造される。

また、 図 3の （E ) に示すように、 中空部の一方の側に用いる金属板として銅 板 1 2にアルミニウム板 1 4を積層接合した 2層の積層接合金属板を用いても良 い。 この場合、 予め銅板 1 2とアルミニウム板 1 4とを積層接合して積層接合金 属扳を製造しておき、 その後、 銅板 1 3と前記積層接合金属板の銅板 1 2側を対 向させた状態で上記の如くに製造する。

図 3の （F ) に示すように、 中空部の両側に用いる金属板として銅板 1 2、 1 3にそれぞれアルミニゥム板 1 4、 1 5を積層接合した 2層の積層接合金属板を 用いても良い。 この場合も、 予め銅板 1 2、 1 3とアルミニウム板 1 4、 1 5と をそれぞれ積層接合して積層接合金属板を製造しておき、 その後 2枚の 2層の積 層接合金属板の銅板面同士を対向させた状態で上記の如くに製造する。

なお銅板あるいは銅合金板を用いるのは、水に対する耐食性が高いためであり、 銅—アルミニウムの積層接合金属板を用いるのは、 銅のみの場合よりも軽量化が 図れ比強度を高くできるからである。 アルミニウム板材料としては、 ァノレミ-ゥ ム板またはアルミニウム合金板が利用できる。 アルミニウム合金板としては、 例 えば J I S H 4 0 0 0あるいは 4 1 6 0に記載の 2 0 0 0系、 3 0 0 0系、 5 0 0 0系、 6 0 0 0系、 7 0 0 0系等の合金番号のものが利用できる。 さらに この積層接合金属板においては、 銅板の厚みを 0 . 0 1〜1 . 5 mm とするこ とが好ましい。 0 . 0 1 mm未満では充分な耐食性が得られず、 1 . 5 mm よ り厚くなれば重くなりすぎるとともに強度面から積層接合して補強する必要もな くなる。またアルミニウム板あるいはアルミニウム合金板の厚みは 0 . 0 5〜1 . 0 mm とすることが好ましい。 0 . 0 5 mm未満では充分な強度を得られず、 1 . 0 mmより厚くなれば重くなりすぎるため好ましくない。

次に、 本発明に用いる 2層の積層接合金属板の製造方法を、 図 3の （E ) また は （F ) の銅一アルミニウム接合を例にとり説明する。 図 4の積層接合金属板製 造装置において、 卷き戻しリール 2 0、 2 1からそれぞれ卷き戻された銅板材 2 2とアルミニウム板材 2 3は、 その一部がエッチングチャンパ 2 4内において、 前記した条件でスパッタエッチング処理され活性化する。 その後、 真空槽 2 7内 に設けた圧延ュニット 2 8によって前記した条件で冷間圧延され、 一体化した積 層接合金属板 2 9は巻き取りリール 3 0に卷き取られる。

なお銅一銅接合の場合は、 前記説明のアルミユウム板材 2 3を銅板材と置き換 えることによって達成される。 中空部を形成するための接合や積層接合金属板を 製造するための接合では、 銅一銅接合、 銅一アルミニウム接合の他、 アルミニゥ ムーアルミニゥム接合や金属板と積層接合金属板の接合、 積層接合金属板同士の 接合、 その他の金属板間の組み合わせにおける接合も可能である。

図 4に示した装置のスパッタエッチング処理工程の前に、 所定パターンの中空 部を形成するために金属板に凹部を形成させる加工工程を設け、 図 4に示した装 置のロール部すなわち電極ロール、 圧延ュニットロールに中空部形状に対応した 凹部を設けることにより、 中空部形状に対応した所定パターンで凹部が形成され た金属板の接合予定部のみを、 金属板凹部に悪影響を及ぼすことなく上記の如く 積層接合することにより所要の中空部形状を持つ積層接合金属板を得ることがで きる。 なお卷き取りロール部の代わりに所定の大きさに切り出す切り出し工程を 設けても良い。

また前記の真空槽内の冷間圧延装置を、 プレス加工装置等と置き換えることに よっても積層接合が達成される。 この場合、 プレス金型にロールに設けたような 中空部形状に対応した凹部を設けることにより、 接合予定部のみを接合すること が可能である。 さらに中空部となる凹部の形成加工後にスパッタエツチング処理 を行い、 ついで銅板材等を所定の大きさに切り出した後積層し、 積層接合のため のプレス加工を行うことも可能である。

なお中空部となる凹部の形成加工後に切り出した後スパッタエッチング処理を 行って積層し、 中空部形成のための積層接合加工を行うことも可能であり、 また 先に銅板材等を所定の大きさに切り出した後に、 中空部となる凹部の形成加工後 スパッタエッチング処理を行って積層し、 中空部形成のための積層接合加工を行 うことも可能である。 これらのように、 先に切り出した後にスパッタエッチング 処理する場合には必要により、 金属板を絶縁支持された一方の電極 Aとし、 ァー ス接地した他の電極 Bとの間で活性化処理を行ってもよい。

以上のようにして製造された中空積層体を用いたヒートシンクに対して本実施 例においては、 発熱源は表面平坦部または裏面平坦部に取り付けられ、 コンビュ ータの M P Uに適用した場合優れた冷却効果が得られる。 また本実施例において は、 角形の中空部を設けた形態をとつているが、 中空部の形態はこれに限定され ることはなく、 たとえば、 半円形の丸形でも良く、 自由度の高い形状設計が可能 である。 しかも中空部は、 片面にのみ凹部を有する形態のみならず、 向かい合う 双方に凹部、 あるいは金属板の表裏両面に凹部を設けることも可能であり、 両凹 部は同形状でも異形状でも良い。 このとき、 表裏両面の両凹部は中空部を形成で きればよく、 その凹状の向きは同方向でも異方向でも良い。 さらに中空部内に変 形を抑止する補強材等を挿入しておくことも可能である。 なお中空部の一部また は全てをトンネル状とすることも可能であり、 トンネル状中空部の幅方向の両側 部にヒートシンク作動体を毛細管力によって保持する引き込み部を形成させて、 ヒートシンクの保持姿勢に影響されることなく放熱特性を発揮させることも可能 である。 実施例

以下実施例について説明する。

(実施例 1 )

金属板として厚み 1 3 0 mの銅板と、 厚み 1 2 0 mのアルミニウム板を用 いた。

①活性化処理

金属板巻き戻しリール 2 0から巻き戻された銅板 2 2、 および金属板卷き戻り リール 2 1から卷き戻されたアルミニウム板 2 3はエッチングチャンバ 2 4内の 電極ロール 2 5 , 2 6においてそれぞれ巻き付け、スパッタエッチング法により、 銅板 2 2およびアルミゥム板 2 3のそれぞれの片面を活性化した。

②圧接

表面を活性化処理した銅板 2 2およびアルミニウム板 2 3は、 次の圧延ュニッ ト 2 8で活性化処理した面同士を、 0 . 5 %の低圧下率で圧接し、 銅板 Zアルミ ニゥム板の積層板を得た。

③プレス加工

得られた銅板ノアルミニウム板の積層板を板状に裁断後、 プレス加工により 銅板側からポンチにより図 2 ( C ) およぴ図 3 ( E ) に示すような張り出し加工 を行い、 中空部 1 1を成形した。

④活性化処理

中空部 1 1を成形した銅板/アルミニウム板の積層板の銅板面側と厚み 1 0 0 μ mの銅板をそれぞれスパッタエツチング法で活性化処理を行つた。

⑤圧接 ' '

活性化処理後、 ④の活性化処理した雰囲気で、 そのままプレス加工装置を使つ て、 銅板/アルミニウム板の積層板の銅板面側の接合部 1 8と厚み 1 0 0 μ πιの 銅板の活性化処理した面を 0 . 5 %の圧下率で圧接した。

このようにして、 銅板ノアルミニウム板の積層板に中空部を有する銅板/銅板 / アルミニウムからなる中空積層体を得た。

このようにして作成した中空積層体の中空部に純水からなるヒートシンク作動 体を封入してヒートシンクを得ることができた。 産業上の利用可能性

以上説明したように本発明の中空積層体は、 複数枚の隣接する金属板の少なく とも 1枚に凹部を形成させ、 凹部を形成させた金属板と他の金属板の互いに対向 させる表面を活性化処理した後、 活性化処理面同士を対向するように当接し重ね 合わせて低圧延率で冷間圧接して中空部を形成したものである。 また本発明のヒ ートシンクは、 この中空部内にヒートシンク作動体を封入したものであり、 フロ ン系冷媒の代わりに水をヒートシンク作動体として封入可能であるため、 環境に 優しく放熱効率の向上を図ることが可能である。 また薄い金属板を低圧延率で接 合するので、 中空積層体の形状が高精度で、 かつ軽量化が図れる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 複数枚の金属板が積層接合され、 隣り合う金属板の対向面に所定の形状の 中空部が形成された中空積層体において、 該金属板の積層接合が、 真空槽内で該 金属板の接合面が予め活性化処理された後、 該金属板の活性化処理面同士が対向 するように当接して重ね合わせて冷間圧接されることを特徴とする中空積層体。

2 . 前記活性化処理が 1 0〜 1 X 1 0— ³ Pa の極低圧不活性ガス雰囲気中で、 金属板をアース接地した一方の電極 Aとし、 絶縁支持された他の電極 Bとの間に ：!〜 5 0 MHz の交流を印加してグロ一放電を行わせ、 かつグロ一放電によって 生じたプラズマ中に露出される電極 Aの面積が、 電極 Bの面積の 1 / 3以下でス パッタエツチング処理されることを特徴とする請求項 1に記載の中空積層体。

3 . 前記複数枚の金属板の少なくとも 1枚に所定形状の凹部が設けられ、 該凹 部を閉塞するように他の金属板が積層接合されることにより、 所定の形状の前記 中空部が形成されることを特徴とする請求項 1または 2に記載の中空積層体。

4 . 前記中空部がトンネル状部を有することを特徴とする請求項 1〜3のいず れかに記載の中空積層体。

5 . 前記金属板が銅板あるいは銅合金板からなることを特徴とする請求項 1〜 4のいずれかに記載の中空積層体。

6 . 前記金属板の少なくとも一方が 2層の積層接合金属板からなり、 中空部側 の金属板が銅板あるいは銅合金板であり、 中空部とは隔離された側の金属板がァ ルミニゥム板あるいはアルミニゥム合金板であることを特徴とする請求項 1〜 5 のいずれかに記載の中空積層体。

7 . 銅板あるいは銅合金板の厚さが 0 . 0 1〜1 . 5 mmで、 アルミニウム 板あるいはアルミニウム合金板の厚さが 0 . 0 5〜1 . O mmであることを特 徴とする請求項 6に記載の中空積層体。

8 . 請求項 1〜 7のいずれかに記載の中空積層体の前記中空部内にヒートシン ク作動体が封入されることを特徴とするヒートシンク。

9 . 前記ヒートシンク作動体が水であることを特徴とする請求項 8に記載のヒ