JP3972878B2 - Cooling plate and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、微細流路(マイクロチャネル)を有する冷却プレート、及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a cooling plate having a fine channel (microchannel) and a method for manufacturing the same.
近年、電子素子の高性能化に伴い、その素子冷却の高性能化が望まれている。この素子冷却にはマイクロチャネルを有する冷却プレートを使用することで、非常に冷却効果の高い素子冷却システムを構成している。このマイクロチャネルを有する冷却プレートは、押し出し材では形成困難なため、特許文献1中に示されるように、金属ブロックからワイヤカットやマイクロ加工などによって微細溝を加工してゆく必要がある。
In recent years, with the enhancement of the performance of electronic devices, it is desired to improve the performance of cooling the devices. The element cooling system having a very high cooling effect is configured by using a cooling plate having microchannels for element cooling. Since the cooling plate having the microchannel is difficult to be formed by an extruded material, it is necessary to process fine grooves from a metal block by wire cutting or micromachining as shown in
図5は、従来の一例におけるマイクロチャネル11aを有する冷却プレート11の断面図である。金属ブロックを加工して、マイクロフィン21aを形成したフィンプレート21と蓋部プレート22とを製作して組み合せて接合したものである。また、特許文献2ではコルゲートフィンと押し出し材で形成した板状フィンとを組み合せてマイクロチャネルを構成する方法が提案されている。
しかしながら、上記従来技術において、マイクロチャネルの加工は高価で、しかも時間の掛かる加工をする必要があり、コスト面および加工時間の長さより量産が困難であった。また、特許文献2に示されるように、押し出し突起を組み合せてできる空間にコルゲートフィンを組み合せて更に二分するにしても、微細化には限度がある。
However, in the above prior art, microchannel processing is expensive and requires time-consuming processing, and mass production is difficult due to cost and length of processing time. Further, as shown in
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、マイクロチャネルを容易に形成でき、且つ量産容易な冷却プレート及びその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a cooling plate that can easily form a microchannel and that can be easily mass-produced, and a method for manufacturing the same.
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の発明では、内部に冷却流体が流通する多数の微細流路(3a、3b)を有する冷却プレートであり、薄板材を波形状に成形したうえ波形状方向に圧縮して隣り合う山部同士が接触しているコルゲートフィン(3)を、板材を成形した外殻プレート(2)で取り囲んで構成したことを特徴としている。
The present invention, in order to achieve the above object, employing the technical means described below. That is, in the invention described in
この請求項1に記載の発明によれば、薄板材を波形状に成形したコルゲートフィンを波形状方向に圧縮することにより、山部の曲げRが小さくなってフィンピッチが短くなり流路が微細化する。更には隣り合う山部同士が接触する程に圧縮することで接触点が発生して形状が安定し強度的にも向上する。また、山部間の空間がこの接触によって区切られて微細流路(3a)が多数形成される。
更に、このコルゲートフィン(3)を外殻プレート(2)で取り囲むことにより、コルゲートフィン(3)と外殻プレート(2)との間にも更に微細な微細流路(3b)が多数形成されて内部に多数の微細流路を形成することが容易である。また、圧縮の程度を可変することにより、これら微細流路(3a、3b)の大きさを可変することも可能となる。
また、共に板材を成形したフィンとプレートとを組み合せるだけの簡単な構成であるため、安価で且つ大量に製作可能、つまり量産容易である。そして、外殻プレート(2)とコルゲートフィン(3)とはろう付けもしくは伝熱性の接着材で結合されるため、発熱体からの熱を内部に流通する冷却流体(冷媒)にマイクロチャネル効果により効率良く伝達させることができる。
According to the first aspect of the present invention, the corrugated fin formed by corrugating the thin plate material in the corrugated direction is compressed in the corrugated direction, so that the bend R of the peak portion is reduced, the fin pitch is shortened, and the flow path is fine. Turn into. Furthermore, by compressing so that adjacent mountain parts contact, a contact point generate | occur | produces, a shape is stabilized and intensity | strength improves. In addition, the space between the peaks is divided by this contact, and a large number of fine flow paths (3a) are formed.
Furthermore, by enclosing the corrugated fin (3) with the outer shell plate (2), a number of finer channels (3b) are formed between the corrugated fin (3) and the outer shell plate (2). Thus, it is easy to form a large number of fine channels inside. Further, by changing the degree of compression, it is possible to change the size of these fine flow paths (3a, 3b).
In addition, since it has a simple structure in which the fins and plates that are both formed from the plate are combined, it is inexpensive and can be manufactured in large quantities, that is, mass production is easy. Since the outer shell plate (2) and the corrugated fin (3) are joined by brazing or a heat conductive adhesive, the microfluidic effect is applied to the cooling fluid (refrigerant) that circulates the heat from the heating element. It can be transmitted efficiently.
また、請求項2に記載の発明では、冷却プレートの両側平面を冷却に用いたことを特徴としている。これは、本発明の冷却プレートが両側平面に近い部分に冷却流体の流路が形成されることによる。この請求項2に記載の発明によれば、両側同時に効率良く電子素子などの発熱体を冷却することができる。
The invention according to
また、請求項3に記載の発明では、外殻プレート(2)とコルゲートフィン(3)には腐食電位差を設け、外殻プレート(2)に対してコルゲートフィン(3)が優先的に腐食するようにしていることを特徴としている。例えば、外殻プレート(2)およびコルゲートフィン(3)は主材がアルミニウムであり、コルゲートフィン(3)には亜鉛などが添加してある。
In the invention according to
この請求項3に記載の発明によれば、内部を流通する冷却流体(冷媒)が水やフロンなどで水溶性の場合、外殻プレート(2)とコルゲートフィン(3)との間に腐食電位差が発生し、コルゲートフィン(3)が優先的に腐食する犠牲腐食効果を利用して外殻プレート(2)の貫通洩れを防止することができる。 According to the third aspect of the present invention, when the cooling fluid (refrigerant) flowing through the inside is water or chlorofluorocarbon or the like and is water-soluble, there is a difference in corrosion potential between the outer shell plate (2) and the corrugated fin (3). And the leakage through the outer shell plate (2) can be prevented by utilizing the sacrificial corrosion effect that the corrugated fins (3) corrode preferentially.
また、請求項4に記載の発明では、内部に冷却流体が流通する多数の微細流路(3a、3b)を有する冷却プレートの製造方法であり、少なくとも、薄板材を波形状に成形したうえ波形状方向に圧縮してコルゲートフィン(3)を成形するフィン成形工程と、板材を成形した外殻プレート(2)で波形状の隣り合う山部同士が接触するようにしたコルゲートフィン(3)を取り囲むように組み合せる組み合せ工程と、外殻プレート(2)とコルゲートフィン(3)との当接部分を接合する接合工程とを有することを特徴としている。
The invention according to
これは、熱交換器などに用いるインナーフィン入り熱交換チューブの製造方法に類似しており、極論すればフィンを充分に圧縮する工程を加えれば良いこととなる。この請求項4に記載の発明によれば、本発明の特徴であるフィンの山部間に接触点が発生して形状が安定し強度的にも向上するうえ、山部間の空間がこの接触によって区切られて微細流路(3a)が多数形成されることとなる。また、本発明の冷却プレートを安価で且つ大量に製作可能、つまり量産容易となる。 This is similar to the method of manufacturing a heat exchange tube containing inner fins used in a heat exchanger or the like, and if necessary, a step of sufficiently compressing the fins may be added. According to the fourth aspect of the present invention, a contact point is generated between the ridges of the fin, which is a feature of the present invention, and the shape is stabilized and the strength is improved. As a result, a large number of fine flow paths (3a) are formed. Further, the cooling plate of the present invention can be manufactured in a large amount at a low cost, that is, mass production is facilitated.
尚、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図1は、本発明の第1実施形態における冷却プレート1の断面図、および装着状態を示す側面図であり、図3は、コルゲートフィン3の製造方法を示す流れ図の一部である。この冷却プレート1は、薄板材を波形状に成形したうえ波形状方向に圧縮したコルゲートフィン3を、板材を成形した外殻プレート2で取り囲んで構成したものであり、内部に冷却流体(冷媒)が流通する多数のマイクロチャネル(微細流路)3a・3bを有している。即ち、冷却プレート1はマイクロチャネルを有するものである。
(First embodiment)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a
コルゲートフィン3の素材は、本実施形態では主材がアルミニウムの薄板長尺材であり、両面にブレージングシートがコーティングされている。そしてこの薄板長尺材を成形ローラに掛けて断面波形状に成形する(図3(a)の3´状態)。これを所定長さで切断した後、隣り合う山部同士が接触する程に波形状方向に圧縮することで、マイクロチャネル3aを多数形成した本発明のコルゲートフィン3となる(図3(b)の3状態)。
In the present embodiment, the
外殻プレート2は、フィンと同様に主材がアルミニウムの板材からなり、プレス加工するか、もしくは長尺板材をロール成形した後所定長さに切断したものである。本実施形態では図1に示すように、嵌合する一対のコの字状外殻プレート2a・2bで構成している。尚、外殻プレート2a・2b間の当接面となるいずれか一方にブレージングシートがコーティングされている。
As with the fins, the
また、外殻プレート2とコルゲートフィン3との間には外殻プレート2に対してコルゲートフィン3が優先的に腐食するように腐食電位差が設けてあり、具体的にはコルゲートフィン3に亜鉛などが添加されている。そして、このような構成の冷却プレート1は、外殻プレート2a・2bでコルゲートフィン3を取り囲むように組み合せ、これらを炉中で加熱してろう付けで一体化させることで製作される。このとき、コルゲートフィン3と外殻プレート2a・2bとの間にも更に微細なマイクロチャネル3bが多数形成される。
Further, a corrosion potential difference is provided between the
この冷却プレート1は、基板4上に搭載された電子素子などの発熱体5の上面に、伝熱性の接着剤6によって接合されたうえ、必要に応じて内部に冷却流体(冷媒)を流通させて発熱体5の冷却を行うものである。
The
次に、本実施形態での特徴を説明する。まず、内部に冷却流体が流通する多数のマイクロチャネル3a、3bを有する冷却プレート1であり、薄板材を波形状に成形したうえ波形状方向に圧縮したコルゲートフィン3を、板材を成形した外殻プレート2で取り囲んで構成している。
Next, features in the present embodiment will be described. First, a
これによれば、薄板材を波形状に成形したコルゲートフィンを波形状方向に圧縮し、更にこのコルゲートフィン3を外殻プレート2で取り囲むことにより、内部に多数のマイクロチャネルを形成することが容易である。また、共に板材を成形したフィンとプレートとを組み合せるだけの簡単な構成であるため、安価で且つ大量に製作可能、つまり量産容易である。そして、外殻プレート2とコルゲートフィン3とはろう付けもしくは伝熱性の接着材で結合されるため、発熱体からの熱を内部に流通する冷却流体(冷媒)にマイクロチャネル効果により効率良く伝達させることができる。
According to this, it is easy to form a large number of microchannels inside by compressing corrugated fins formed by corrugated fins formed in a corrugated shape in the corrugated direction and surrounding the
また、コルゲートフィン3は波形状の隣り合う山部同士が接触している。これによれば、波形状に成形したコルゲートフィンを波形状方向に圧縮することにより、山部の曲げRが小さくなってフィンピッチが短くなり流路が微細化する。更には隣り合う山部同士が接触する程に圧縮することで接触点が発生して形状が安定し強度的にも向上する。
Further, the
また、山部間の空間がこの接触によって区切られてマイクロチャネル3aが多数形成される。更に、このコルゲートフィン3を外殻プレート2で取り囲むことにより、コルゲートフィン3と外殻プレート6との間にも更に微細なマイクロチャネル3bが多数形成される。また、圧縮の程度を可変することにより、これらマイクロチャネル3a・3bの大きさを可変することも可能となる。
In addition, the space between the peaks is divided by this contact, and a large number of
また、外殻プレート2とコルゲートフィン3には腐食電位差を設け、外殻プレート2に対してコルゲートフィン3が優先的に腐食するようにしていることを特徴としている。例えば、外殻プレート2およびコルゲートフィン3は主材がアルミニウムであり、コルゲートフィン3には亜鉛などが添加してある。これによれば、内部を流通する冷却流体(冷媒)が水やフロンなどで水溶性の場合、外殻プレート2とコルゲートフィン3との間に腐食電位差が発生し、コルゲートフィン3が優先的に腐食する犠牲腐食効果を利用して外殻プレート2の貫通洩れを防止することができる。
Further, the
また、内部に冷却流体が流通する多数のマイクロチャネル3a・3bを有する冷却プレートの製造方法として、少なくとも、薄板材を波形状に成形したうえ波形状方向に圧縮してコルゲートフィン3を成形するフィン成形工程と、板材を成形した外殻プレート2でコルゲートフィン3を取り囲むように組み合せる組み合せ工程と、外殻プレート2とコルゲートフィン3との当接部分を接合する接合工程とを有している。
Further, as a method of manufacturing a cooling plate having a large number of
これは、熱交換器などに用いるインナーフィン入り熱交換チューブの製造方法に類似しており、極論すればフィンを充分に圧縮する工程を加えれば良いこととなる。これによれば、本発明の冷却プレートを安価で且つ大量に製作可能、つまり量産容易となる。また、コルゲートフィン3は波形状の隣り合う山部同士が接触するように接合している。これによれば、本発明の特徴であるフィンの山部間に接触点が発生して形状が安定し強度的にも向上するうえ、山部間の空間がこの接触によって区切られて微細流路3aが多数形成されることとなる。
This is similar to the method of manufacturing a heat exchange tube containing inner fins used in a heat exchanger or the like, and if necessary, a step of sufficiently compressing the fins may be added. According to this, the cooling plate of the present invention can be manufactured at low cost and in large quantities, that is, mass production is facilitated. Further, the
(第2実施形態)
図2は、本発明の第2実施形態における冷却プレート1の断面図、および装着状態を示す側面図である。上述の第1実施形態とは装着状態のみ異なる。本実施形態で基板4は、具体的に電源基板4aと制御基板4bとの2枚からなっており、その間に電子素子(発熱体)5が端子7で接続されている。そして、その電子素子5の間に冷却プレート1が配置され、両側の電子素子5とは伝熱性の接着剤6によって接合され、必要に応じて冷却プレート1の内部に冷却流体(冷媒)を流通させて両面で各発熱体5の冷却を行うものである。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
次に、本実施形態での特徴を述べると、冷却プレート1の両側平面を冷却に用いたことである。これは、本発明の冷却プレート1が両側平面に近い部分に冷却流体の流路が形成されることによるものであり、これにより、両面同時に効率良く電子素子などの発熱体5を冷却することができる。
Next, the characteristics of the present embodiment will be described. That is, both side planes of the
(その他の実施形態)
図4は、外殻プレート2の形状例を示す断面図である。上述の実施形態では、図4中(a)に示すように嵌合する一対の外殻プレート2a・2bで構成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図4中(b)に示すように2枚の同じ外殻プレート2cをつき合せて構成しても良いし、図4中(c)に示すように1枚の板材をロール成形などで折り曲げてつき合せ部を溶接などで接合して外殻プレート2を構成しても良い。
(Other embodiments)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a shape example of the
2…外殻プレート
3…コルゲートフィン
3a、3b…マイクロチャネル(微細流路)
2 ...
Claims (4)
薄板材を波形状に成形したうえ前記波形状方向に圧縮して隣り合う山部同士が接触しているコルゲートフィン(3)を、板材を成形した外殻プレート(2)で取り囲んで構成したことを特徴とする冷却プレート。 A cooling plate having a large number of fine channels (3a, 3b) through which a cooling fluid flows;
A corrugated fin (3) in which a thin plate material is shaped into a wave shape and compressed in the wave shape direction and the adjacent peaks contact each other is surrounded by an outer shell plate (2) formed from a plate material. A cooling plate featuring.
少なくとも、薄板材を波形状に成形したうえ前記波形状方向に圧縮してコルゲートフィン(3)を成形するフィン成形工程と、板材を成形した外殻プレート(2)で前記波形状の隣り合う山部同士が接触するようにした前記コルゲートフィン(3)を取り囲むように組み合せる組み合せ工程と、前記外殻プレート(2)と前記コルゲートフィン(3)との当接部分を接合する接合工程とを有することを特徴とする冷却プレートの製造方法。 It is a manufacturing method of a cooling plate having a large number of fine channels (3a, 3b) through which a cooling fluid flows,
The corrugated fin (3) is formed by forming a corrugated fin (3) by forming a thin plate into a corrugated shape and compressing it in the corrugated direction, and an adjacent peak of the corrugated shape by an outer shell plate (2) formed from the plate. A combination step of combining the corrugated fins (3) so as to surround the corrugated fins (3), and a bonding step of bonding contact portions of the outer shell plate (2) and the corrugated fins (3). method for manufacturing a cooling plate you, comprising.
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