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)明涉及一種用于個人計算機的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)：
個人計算機的MPU等計算機器件方面，雖然其高性能在飛速發(fā)展，但為了實現(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，近年來提出了用于散熱板的板式熱管(日本專利公報特開平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，通過熱軋進行結(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)生的問題是，出于近年來的環(huán)境問題的考慮，不能適應(yīng)限制使用氟隆系列的制冷劑的狀況，再有，相對越發(fā)提高的MPU的性能來說，散熱效率落伍了等。另外，還存在以下問題，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)先對該金屬板的結(jié)合面進行活性化處理之后，使該金屬板的活性化處理的面相互對向地接觸、重疊，進行冷壓接。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內(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)是簡要俯視圖，(B)是簡要剖視圖。
圖2所示是本發(fā)明的中空層疊體的一個例子，(C)是簡要俯視圖，(D)是簡要剖視圖。
圖3所示是本發(fā)明的中空層疊體的另一個例子，(E)是另一個例子的簡要剖視圖，(F)是另一個例子的簡要剖視圖。
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圖。
具體實施例方式
圖2所示是本發(fā)明的中空層疊體的一實施例，(C)是簡要俯視圖，(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2張金屬板的至少一個進行沖壓或軋制等，形成凹部作為中空部，在對上述2張金屬板的相對面進行活性化處理后，層疊結(jié)合，形成中空部。
具體地說，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不能獲得足夠的強度或耐腐蝕性能，如果比1.5mm厚則會過重。對這些銅板的至少一側(cè)用與中空部11的平面形狀相對應(yīng)的圖案進行沖壓加工或軋制等，在金屬板上形成凹部。在軋制時，與中空部形狀相對應(yīng)，在一個軋輥上設(shè)置凸部，在另一個軋輥上設(shè)置凹部與上述凸部嵌合，使金屬板在同步的兩個軋輥之間通過，由此在金屬板上形成凹部。通過這些加工，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，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，進行以下所述的活性化處理。
象以下那樣進行活性化處理。即，將至少在其中之一上進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電極A、和絕緣支承著的另一個電極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，進行濺射蝕刻處理。通過該濺射蝕刻處理，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，難以進行穩(wěn)定的輝光放電，高速蝕刻很困難，若超過10Pa，則活性化處理的效率會降低。施加的交流電壓小于1MHz時，難以保持穩(wěn)定的輝光放電，連續(xù)蝕刻很困難，若超過50MHz，則容易振蕩，電力供給系統(tǒng)復(fù)雜，不理想。另外，為了高效地進行蝕刻，必須使電極A的面積比電極B的面積小，通過使電極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的任意一個或兩個上形成的凹部形成中空部地，而且，使活性化處理過的面相對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，進行層疊結(jié)合。用沖壓加工或軋制等工藝進行該冷壓接，通過在壓接面上設(shè)置與中空部形狀對應(yīng)的凹部，可僅結(jié)合預(yù)定結(jié)合部。此時的層疊結(jié)合能在低溫、低壓延率條件下進行，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)明的方法的場合，在設(shè)T為金屬板的溫度(℃)，R為壓延率(％)時，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300℃，則結(jié)合面上形成合金層，結(jié)合強度降低，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30％，則材料的變形量大，不理想。
如以上所述，通過層疊結(jié)合，不會給形成的中空部帶來不利的影響，僅有預(yù)定結(jié)合部被壓接。這樣一來就形成了中空部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對金屬板，也能將多對金屬板裝入真空槽內(nèi)進行批量處理，也可以將成對的金屬板輸送到活性化處理部，以相對或并排的狀態(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行制造。
而且，使用銅板或銅合金板是由于對水的耐腐蝕性好，使用銅-鋁的層疊結(jié)合金屬板是因為能比只有銅的場合輕、強度高。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則會過重，而且，從強度方面考慮也不需要層疊結(jié)合進行加強。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不能獲得足夠的強度，厚度大于1.0mm則會過重，因此不理想。
以下，以圖3的(E)或(F)的銅-鋁結(jié)合為例，對本發(fā)明所使用的2層層疊結(jié)合金屬板的制造方法進行說明。在圖4的層疊結(jié)合金屬板制造裝置，分別從開卷卷筒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)合的場合，能通過將上述說明的鋁板材23與銅板材進行置換來完成。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應(yīng)的凹部，通過如以上所述那樣不給金屬板凹部帶來不利影響地、僅對以與中空部形狀對應(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，通過將上述真空槽內(nèi)的冷軋裝置與沖壓加工裝置等進行置換，也能達到層疊結(jié)合的目的。在這種場合，通過在沖壓模上設(shè)置與設(shè)置在輥子上的中空部形狀相對應(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)定的尺寸之后進行層疊，進行用于層疊結(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，進行裁剪，然后進行濺射蝕刻處理，再層疊，進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，然后進行濺射蝕刻處理，再層疊，進行用于形成中空部的層疊結(jié)合加工。這樣，在先裁剪之后進行濺射蝕刻處理的場合，也可以根據(jù)需要，將金屬板作為絕緣支承著的一個電極A，在與接地的另一電極B之間進行活性化處理。
對于使用象以上那樣制造的中空層疊體的散熱裝置來說，在本實施例，熱源安裝在表面平坦部或里面平坦部上，在應(yīng)用于計算機的MPU的場合，能獲得優(yōu)異的冷卻效果。另外，在本實施例，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，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，也可以在中空部內(nèi)插入用于減小變形的加強材料等。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。
實施例對以下實施例進行說明。
(實施例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卷卷筒20放出的銅板22、以及從金屬板開卷卷筒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壓接對表面進行了活性化處理的銅板22和鋁板23，用接下來的軋制裝置28，以0.5％的低壓下率壓接活性化處理過的各面，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，通過沖壓加工，由沖頭從銅板一側(cè)進行圖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的面。
這樣一來，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，在對形成有凹部的金屬板和另一金屬板的相互對向的表面進行活性化處理后，使活性化處理的面相互對向地接觸重疊，以低壓延率冷壓接，形成中空部。另外，本發(fā)明的散熱裝置，在該中空部內(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，對環(huán)境無害，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)先對該金屬板的結(jié)合面進行活性化處理之后，使該金屬板的活性化處理的面相互對向地接觸、重疊，進行冷壓接。
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任意一項的中空層疊體，其特征是上述金屬板的至少一個由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的任意一項所記載的中空層疊體的上述中空部內(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面上形成規(guī)定形狀的中空部，在極低壓下進行活性化處理之后，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F28F3/12GK1474928SQ01818713
公開日2004年2月11日 申請日期2001年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月13日
發(fā)明者西條謹二, 河村次男, 大津真司, 岡本浩明, 吉田一雄, 司, 明, 男, 雄 申請人:東洋鋼鈑株式會社