專利名稱：中空層疊體以及使用中空層疊體的散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的MPU等散熱用的散熱裝置以及該散熱裝置所使用的中空層疊體。
背景技術(shù)：
個(gè)人計(jì)算機(jī)的MPU等計(jì)算機(jī)器件方面，雖然其高性能在飛速發(fā)展，但為了實(shí)現(xiàn)其高性能，需要一種能高效地將MPU等產(chǎn)生的熱散發(fā)掉的散熱器。
這樣的散熱器，近年來(lái)提出了用于散熱板的板式熱管(日本專利公報(bào)特開(kāi)平10-185465)，這種散熱板層疊壓接多張鋁合金材料，用滾接法在層疊分界面上形成S形的小直徑的隧道，在該隧道內(nèi)封入氟隆134a等作為工作介質(zhì)。如圖1的(A)和(B)所示，該板式熱管1層疊2張金屬薄板3、4，通過(guò)熱軋進(jìn)行結(jié)合，預(yù)先以規(guī)定的圖案涂敷防壓接劑，使為未壓接的分界面的圖案部膨脹成管，形成上述S形的小直徑的隧道2，通過(guò)顯著地增加單位寬度上的S形的隧道的圈數(shù)，就能提高散熱性能。
但是，使用上述那樣的現(xiàn)有的板式熱管的散熱器產(chǎn)生的問(wèn)題是，出于近年來(lái)的環(huán)境問(wèn)題的考慮，不能適應(yīng)限制使用氟隆系列的制冷劑的狀況，再有，相對(duì)越發(fā)提高的MPU的性能來(lái)說(shuō)，散熱效率落伍了等。另外，還存在以下問(wèn)題，由于用熱軋結(jié)合金屬薄板，所以，母材的變形量大，不僅不能高精度地形成中空部形狀，而且由于結(jié)合面上的不同金屬之間的合金化等原因，結(jié)合強(qiáng)度降低了等。再有，涂敷防壓接劑出現(xiàn)不均勻，不僅不能高精度地形成壓接部和防壓接部的邊界，而且還需要清洗防壓接劑等多余的工序，即使清洗也不能完全除去防壓接劑等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述那樣的技術(shù)背景而提出的，其目的是提供一種不受環(huán)境方面的制約、重量輕、而且能進(jìn)一步提高散熱效率的、用于散熱器等的散熱裝置以及該散熱裝置所使用的中空層疊體。
技術(shù)方案1所記載的本發(fā)明的中空層疊體，是一種層疊結(jié)合多張金屬板、在相鄰的金屬板的相對(duì)面上形成有規(guī)定形狀的中空部的中空層疊體，其特征是該金屬板的層疊結(jié)合，是在真空槽內(nèi)預(yù)先對(duì)該金屬板的結(jié)合面進(jìn)行活性化處理之后，使該金屬板的活性化處理的面相互對(duì)向地接觸、重疊，進(jìn)行冷壓接。上述活性化處理，在10～1×10-3Pa的極低壓惰性氣體氛圍中，將金屬板作為接地的一個(gè)電極A，在與絕緣支承著的另一電極B之間施加1～50MHz的交流電壓，進(jìn)行輝光放電，且暴露于由于輝光放電產(chǎn)生的等離子體中的電極A的面積在電極B的面積的1/3以下，進(jìn)行濺射蝕刻處理較為理想。上述多張金屬板至少在1張上設(shè)有規(guī)定形狀的凹部，以封閉該凹部的方式，層疊結(jié)合另一金屬板，由此形成規(guī)定形狀的上述中空部較為理想。中空層疊體的上述中空部是隧道狀部較為理想。上述金屬板由銅板或銅合金板構(gòu)成較為理想。
上述金屬板的至少一個(gè)由2層的層疊結(jié)合金屬板構(gòu)成，中空部一側(cè)的金屬板是銅板或銅合金板，與中空部隔離的一側(cè)的金屬板是鋁板或鋁合金板較為理想。
銅板或銅合金板的厚度是0.01～1.5mm，鋁板或鋁合金板的厚度是0.05～1.0mm較為理想。
本發(fā)明的散熱裝置，其特征是在上述中空層疊體的上述中空部?jī)?nèi)封入有散熱裝置工作介質(zhì)。
本發(fā)明的散熱裝置的工作介質(zhì)是水較為理想。


圖1所示是現(xiàn)有的板式熱管，(A)是簡(jiǎn)要俯視圖，(B)是簡(jiǎn)要剖視圖。
圖2所示是本發(fā)明的中空層疊體的一個(gè)例子，(C)是簡(jiǎn)要俯視圖，(D)是簡(jiǎn)要剖視圖。
圖3所示是本發(fā)明的中空層疊體的另一個(gè)例子，(E)是另一個(gè)例子的簡(jiǎn)要剖視圖，(F)是另一個(gè)例子的簡(jiǎn)要剖視圖。
圖4是本發(fā)明所使用的層疊結(jié)合金屬板的制造裝置的正面剖視簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
圖2所示是本發(fā)明的中空層疊體的一實(shí)施例，(C)是簡(jiǎn)要俯視圖，(D)所示是用2張金屬板形成中空部的例子。圖3所示是本發(fā)明的中空層疊體的另一實(shí)施例，(E)所示是在用2張金屬板形成的中空部的一側(cè)再層疊結(jié)合其它金屬板的例子，(F)所示是在用2張金屬板形成的中空部的兩側(cè)再層疊結(jié)合其它金屬板的例子。
在圖2的(C)所示的中空層疊體10上，11是中空部。該中空部11，如(D)所示，對(duì)2張金屬板的至少一個(gè)進(jìn)行沖壓或軋制等，形成凹部作為中空部，在對(duì)上述2張金屬板的相對(duì)面進(jìn)行活性化處理后，層疊結(jié)合，形成中空部。
具體地說(shuō)，2張金屬板分別使用銅板12、13。銅板材料可以使用銅板或銅合金板。銅合金板可以使用如日本標(biāo)準(zhǔn)JIS H 3100所示的合金號(hào)為C1000或C2000的銅合金、以及黃銅、易切黃銅、錫黃銅、海軍黃銅、船用黃銅、鋁青銅、白銅等。出于熱傳導(dǎo)的考慮，最好是純銅。另外，銅板的厚度為0.01～1.5mm較為理想。小于0.01mm不能獲得足夠的強(qiáng)度或耐腐蝕性能，如果比1.5mm厚則會(huì)過(guò)重。對(duì)這些銅板的至少一側(cè)用與中空部11的平面形狀相對(duì)應(yīng)的圖案進(jìn)行沖壓加工或軋制等，在金屬板上形成凹部。在軋制時(shí)，與中空部形狀相對(duì)應(yīng)，在一個(gè)軋輥上設(shè)置凸部，在另一個(gè)軋輥上設(shè)置凹部與上述凸部嵌合，使金屬板在同步的兩個(gè)軋輥之間通過(guò)，由此在金屬板上形成凹部。通過(guò)這些加工，形成為中空部的凹部和為結(jié)合部的預(yù)定結(jié)合部。此時(shí)，金屬板既可以在裁成規(guī)定的尺寸之后形成上述凹部，也可以在形成上述凹部之后裁成規(guī)定的尺寸。然后，進(jìn)行以下所述的活性化處理。
象以下那樣進(jìn)行活性化處理。即，將至少在其中之一上進(jìn)行了形成凹部加工的銅板12、13裝入到真空槽內(nèi)，保持規(guī)定的狀態(tài)，將銅板12、13分別作為接地的一個(gè)電極A、和絕緣支承著的另一個(gè)電極B，在電極A和電極B之間，在10～1×10-3Pa的極低壓的惰性氣體氛圍、最好是氬氣中，施加1～50MHz的交流電壓，進(jìn)行輝光放電，而且，暴露于由輝光放電產(chǎn)生的等離子體中的電極A的面積在電極B的面積的1/3以下，進(jìn)行濺射蝕刻處理。通過(guò)該濺射蝕刻處理，能除去附著在金屬板上的金屬氧化物、垃圾附著物或油等異物，能提高在以后的壓接工序中與其它金屬板的密合性能。惰性氣體壓力小于1×10-3Pa時(shí)，難以進(jìn)行穩(wěn)定的輝光放電，高速蝕刻很困難，若超過(guò)10Pa，則活性化處理的效率會(huì)降低。施加的交流電壓小于1MHz時(shí)，難以保持穩(wěn)定的輝光放電，連續(xù)蝕刻很困難，若超過(guò)50MHz，則容易振蕩，電力供給系統(tǒng)復(fù)雜，不理想。另外，為了高效地進(jìn)行蝕刻，必須使電極A的面積比電極B的面積小，通過(guò)使電極A的面積為電極B面積的1/3以下，能充分高效地進(jìn)行蝕刻。
然后，如以下所示那樣將兩金屬板層疊結(jié)合。即，由在銅板12、13的任意一個(gè)或兩個(gè)上形成的凹部形成中空部地，而且，使活性化處理過(guò)的面相對(duì)地使兩者接觸且重疊，冷壓接作為結(jié)合部的預(yù)定結(jié)合部，進(jìn)行層疊結(jié)合。用沖壓加工或軋制等工藝進(jìn)行該冷壓接，通過(guò)在壓接面上設(shè)置與中空部形狀對(duì)應(yīng)的凹部，可僅結(jié)合預(yù)定結(jié)合部。此時(shí)的層疊結(jié)合能在低溫、低壓延率條件下進(jìn)行，能減輕或排除在熱壓接或高壓延率壓接的金屬板以及層疊結(jié)合面上產(chǎn)生的稱為組織變化或合金化、斷裂等現(xiàn)象所帶來(lái)的不利影響。另外，能降低中空層疊體的變形或延伸，能高精度地加工中空部的形狀。在使用本發(fā)明的方法的場(chǎng)合，在設(shè)T為金屬板的溫度(℃)，R為壓延率(％)時(shí)，T在300℃以下較為理想。最好在0℃＜T≤300℃的范圍內(nèi)。若溫度超過(guò)300℃，則結(jié)合面上形成合金層，結(jié)合強(qiáng)度降低，不理想。R在30％以下較為理想。最好在0.1～30％的范圍內(nèi)。若R超過(guò)30％，則材料的變形量大，不理想。
如以上所述，通過(guò)層疊結(jié)合，不會(huì)給形成的中空部帶來(lái)不利的影響，僅有預(yù)定結(jié)合部被壓接。這樣一來(lái)就形成了中空部11。能象以上那樣制造本發(fā)明的具有中空部11的中空層疊體10。而且，不僅1對(duì)金屬板，也能將多對(duì)金屬板裝入真空槽內(nèi)進(jìn)行批量處理，也可以將成對(duì)的金屬板輸送到活性化處理部，以相對(duì)或并排的狀態(tài)等將應(yīng)處理的面設(shè)置或夾持固定在垂直或水平等的位置上。再有，在保持金屬板的裝置部兼作壓接裝置的情況下，可以在活性化處理后設(shè)置或夾持著進(jìn)行壓接，在其不兼作壓接裝置的情況下，也可以輸送到壓接裝置進(jìn)行壓接。
在本發(fā)明的散熱裝置如以上所述的那樣制成中空層疊體之后，通過(guò)中空層疊體的封口11a，使內(nèi)部處于真空狀態(tài)或減壓狀態(tài)，封入規(guī)定量的散熱裝置工作介質(zhì)，用焊接等方法密封封口，由此制成散熱裝置。作為散熱裝置工作介質(zhì)，使用容易使用的液體，特別是出于脫氟化的考慮，使用水、純水或超純水。如此制成本發(fā)明的散熱裝置。
另外，如圖3的(E)所示，作為在中空部的一側(cè)使用的金屬板，也可以使用將鋁板14層疊結(jié)合在銅板12上的2層的層疊結(jié)合金屬板。在這種場(chǎng)合，預(yù)先層疊結(jié)合銅板12和鋁板14，制成層疊結(jié)合金屬板，然后，在使銅板13與上述層疊結(jié)合金屬板的銅板12一側(cè)相向的狀態(tài)下，如以上所述的那樣進(jìn)行制造。
如圖3的(F)所示，作為在中空部的兩側(cè)使用的金屬板，也可以使用分別將鋁板14、15層疊結(jié)合在銅板12、13上的2層的層疊結(jié)合金屬板。在這種場(chǎng)合也是預(yù)先分別層疊結(jié)合銅板12、13和鋁板14、15，制成層疊結(jié)合金屬板，然后，在使2張2層的層疊結(jié)合金屬板的銅板面相互相向的狀態(tài)下，如以上所述的那樣進(jìn)行制造。
而且，使用銅板或銅合金板是由于對(duì)水的耐腐蝕性好，使用銅-鋁的層疊結(jié)合金屬板是因?yàn)槟鼙戎挥秀~的場(chǎng)合輕、強(qiáng)度高。作為鋁板材料可以使用鋁板或鋁合金板。作為鋁合金板，可以使用如日本標(biāo)準(zhǔn)JIS H 4000或4160所記載的2000系列、3000系列、5000系列、6000系列、7000系列等的合金號(hào)的材料。再有，該層疊結(jié)合金屬板，使銅板的厚度為0.01～1.5mm較為理想。小于0.01mm不能獲得足夠的耐腐蝕性能，若厚度大于1.5mm則會(huì)過(guò)重，而且，從強(qiáng)度方面考慮也不需要層疊結(jié)合進(jìn)行加強(qiáng)。另外，鋁板或鋁合金板的厚度為0.05～1.0mm較為理想。小于0.05mm不能獲得足夠的強(qiáng)度，厚度大于1.0mm則會(huì)過(guò)重，因此不理想。
以下，以圖3的(E)或(F)的銅-鋁結(jié)合為例，對(duì)本發(fā)明所使用的2層層疊結(jié)合金屬板的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。在圖4的層疊結(jié)合金屬板制造裝置，分別從開(kāi)卷卷筒20、21放出的銅板材22和鋁板材23，其一部分在蝕刻室24內(nèi)按上述條件進(jìn)行濺射蝕刻處理，使其活性化。然后，由設(shè)置在真空槽27內(nèi)的軋制裝置28按上述條件進(jìn)行冷軋，制成一體的層疊結(jié)合金屬板29被卷繞在卷繞卷筒30上。
而且，在銅-銅結(jié)合的場(chǎng)合，能通過(guò)將上述說(shuō)明的鋁板材23與銅板材進(jìn)行置換來(lái)完成。在用于形成中空部的結(jié)合或用于制造層疊結(jié)合金屬板的結(jié)合中，除了銅-銅結(jié)合、銅-鋁結(jié)合之外，也可以進(jìn)行鋁-鋁結(jié)合或金屬板和層疊結(jié)合金屬板的結(jié)合、層疊結(jié)合金屬板之間的相互結(jié)合、以及其它金屬板之間的組合的結(jié)合。
在圖4所示裝置的濺射蝕刻處理工序之前，為了形成規(guī)定圖案的中空部，設(shè)置用于在金屬板上形成凹部的加工工序，通過(guò)在圖4所示裝置的輥部，也就是在電極輥、軋制裝置輥上設(shè)置與中空部形狀相對(duì)應(yīng)的凹部，通過(guò)如以上所述那樣不給金屬板凹部帶來(lái)不利影響地、僅對(duì)以與中空部形狀對(duì)應(yīng)的規(guī)定圖案形成了凹部的金屬板的預(yù)定結(jié)合部進(jìn)行層疊結(jié)合，能獲得具有所需要的中空部形狀的層疊結(jié)合金屬板。而且，也可以取代卷繞輥部，設(shè)置能裁成規(guī)定的尺寸的裁剪工序。
另外，通過(guò)將上述真空槽內(nèi)的冷軋裝置與沖壓加工裝置等進(jìn)行置換，也能達(dá)到層疊結(jié)合的目的。在這種場(chǎng)合，通過(guò)在沖壓模上設(shè)置與設(shè)置在輥?zhàn)由系闹锌詹啃螤钕鄬?duì)應(yīng)的凹部，能僅結(jié)合預(yù)定結(jié)合部。再有，也可以在加工形成為中空部的凹部之后，進(jìn)行濺射蝕刻處理，接著，在將銅板材等裁成規(guī)定的尺寸之后進(jìn)行層疊，進(jìn)行用于層疊結(jié)合的沖壓加工。
而且，也可以在加工形成為中空部的凹部之后，進(jìn)行裁剪，然后進(jìn)行濺射蝕刻處理，再層疊，進(jìn)行用于形成中空部的層疊結(jié)合加工，另外，也可以在先將銅板材等裁成規(guī)定的尺寸之后，加工形成為中空部的凹部，然后進(jìn)行濺射蝕刻處理，再層疊，進(jìn)行用于形成中空部的層疊結(jié)合加工。這樣，在先裁剪之后進(jìn)行濺射蝕刻處理的場(chǎng)合，也可以根據(jù)需要，將金屬板作為絕緣支承著的一個(gè)電極A，在與接地的另一電極B之間進(jìn)行活性化處理。
對(duì)于使用象以上那樣制造的中空層疊體的散熱裝置來(lái)說(shuō)，在本實(shí)施例，熱源安裝在表面平坦部或里面平坦部上，在應(yīng)用于計(jì)算機(jī)的MPU的場(chǎng)合，能獲得優(yōu)異的冷卻效果。另外，在本實(shí)施例，雖然采用設(shè)置矩形的中空部的形式，但中空部的形式并不限于此，例如，也可以是半圓形，也可以設(shè)計(jì)高自由度的形狀。而且，中空部不光是僅在一面上具有凹部的形式，也可以在相對(duì)的雙方設(shè)置凹部，或在金屬板的表里兩面上設(shè)置凹部，兩凹部既可以是相同的形狀，也可以是不同的形狀。此時(shí)，最好是表里兩面的兩凹部能形成中空部，其凹狀的朝向既可以是相同方向，也可以是不同方向。再有，也可以在中空部?jī)?nèi)插入用于減小變形的加強(qiáng)材料等。而且，也可以將中空部的一部分或全部制成隧道狀，在隧道狀中空部的寬度方向的兩側(cè)部形成由毛細(xì)管力保持散熱裝置工作介質(zhì)的吸入部，也能不影響散熱裝置的保持狀態(tài)，使其發(fā)揮散熱特性。
實(shí)施例對(duì)以下實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
(實(shí)施例1)使用厚度為130μm的銅板和厚度為120μm的鋁板作為金屬板。
①活性化處理從金屬板開(kāi)卷卷筒20放出的銅板22、以及從金屬板開(kāi)卷卷筒21放出的鋁板23分別卷繞在蝕刻箱24內(nèi)的電極輥25、26上，用濺射蝕刻法，分別使銅板22和鋁板23的一面活性化。
②壓接對(duì)表面進(jìn)行了活性化處理的銅板22和鋁板23，用接下來(lái)的軋制裝置28，以0.5％的低壓下率壓接活性化處理過(guò)的各面，獲得銅板/鋁板的層疊板。
③沖壓加工在將獲得的銅板/鋁板的層疊板裁成板狀后，通過(guò)沖壓加工，由沖頭從銅板一側(cè)進(jìn)行圖2(C)和圖3(E)所示那樣的外伸成形加工，形成中空部11。
④活性化處理用濺射蝕刻法分別對(duì)形成中空部11的銅板/鋁板的層疊板的銅板面一側(cè)和厚度為100μm的銅板進(jìn)行活性化處理。
⑤壓接在活性化處理后，在④的活性化處理的氛圍中，原封不動(dòng)地使用沖壓加工裝置，以0.5％壓下率壓接銅板/鋁板的層疊板的銅板面一側(cè)的結(jié)合部18和厚度為100μm的銅板的活性化處理過(guò)的面。
這樣一來(lái)，能獲得在銅板/鋁板的層疊板上具有中空部的、由銅板/銅板/鋁板構(gòu)成的中空層疊體。
在這樣制成的中空層疊體的中空部中封入由純水構(gòu)成的散熱裝置工作介質(zhì)，能獲得散熱裝置。
如以上說(shuō)明的那樣，本發(fā)明的中空層疊體，在多張鄰接的金屬板的至少1張上形成凹部，在對(duì)形成有凹部的金屬板和另一金屬板的相互對(duì)向的表面進(jìn)行活性化處理后，使活性化處理的面相互對(duì)向地接觸重疊，以低壓延率冷壓接，形成中空部。另外，本發(fā)明的散熱裝置，在該中空部?jī)?nèi)封入有散熱裝置工作介質(zhì)，由于可以取代氟隆系列的制冷劑將水作為散熱裝置工作介質(zhì)封入到散熱裝置中，所以，對(duì)環(huán)境無(wú)害，能提高散熱效率。另外，由于以低壓延率結(jié)合薄金屬板，所以，中空層疊體的形狀精度高，而且重量輕。
權(quán)利要求
1.一種中空層疊體，層疊結(jié)合多張金屬板，在相鄰的金屬板的相對(duì)面上形成有規(guī)定形狀的中空部，其特征是該金屬板的層疊結(jié)合，是在真空槽內(nèi)預(yù)先對(duì)該金屬板的結(jié)合面進(jìn)行活性化處理之后，使該金屬板的活性化處理的面相互對(duì)向地接觸、重疊，進(jìn)行冷壓接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的中空層疊體，其特征是上述活性化處理，在10～1×10-3Pa的極低壓惰性氣體氛圍中，將金屬板作為接地的一個(gè)電極A，在與絕緣支承著的另一電極B之間施加1～50MHz的交流電壓，進(jìn)行輝光放電，且暴露于由于輝光放電產(chǎn)生的等離子體中的電極A的面積在電極B的面積的1/3以下，進(jìn)行濺射蝕刻處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的中空層疊體，其特征是在上述多張金屬板的至少1張上設(shè)有規(guī)定形狀的凹部，以封閉該凹部的方式層疊結(jié)合另一金屬板，由此形成規(guī)定形狀的上述中空部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3任意一項(xiàng)的中空層疊體，其特征是上述中空部具有隧道狀部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4任意一項(xiàng)的中空層疊體，其特征是上述金屬板由銅板或銅合金板構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任意一項(xiàng)的中空層疊體，其特征是上述金屬板的至少一個(gè)由2層的層疊結(jié)合金屬板構(gòu)成，中空部一側(cè)的金屬板是銅板或銅合金板，與中空部隔離的一側(cè)的金屬板是鋁板或鋁合金板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的中空層疊體，其特征是銅板或銅合金板的厚度是0.01～1.5mm，鋁板或鋁合金板的厚度是0.05～1.0mm。
8.一種散熱裝置，其特征是在權(quán)利要求1～7的任意一項(xiàng)所記載的中空層疊體的上述中空部?jī)?nèi)封入有散熱裝置工作介質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的散熱裝置，其特征是上述散熱裝置的工作介質(zhì)是水。
全文摘要
一種散熱特性優(yōu)異的散熱裝置以及散熱裝置使用的中空層疊體。在多張金屬板的相對(duì)面上形成規(guī)定形狀的中空部，在極低壓下進(jìn)行活性化處理之后，層疊結(jié)合，制成中空層疊體，在上述中空部中封入水作為散熱工作介質(zhì)，制成散熱裝置。
文檔編號(hào)F28F3/12GK1474928SQ01818713
公開(kāi)日2004年2月11日 申請(qǐng)日期2001年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月13日
發(fā)明者西條謹(jǐn)二, 河村次男, 大津真司, 岡本浩明, 吉田一雄, 司, 明, 男, 雄 申請(qǐng)人:東洋鋼鈑株式會(huì)社