JP4514342B2 - 放熱冷却部品およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップまたは集積回路基板等の発熱体を冷却するための、放熱冷却部品、特にヒートパイプ、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、電気・電子機器、例えば、パーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」という）が高性能化し、それに伴って、パソコンの心臓部である中央演算処理装置（以下、「ＣＰＵ」という）の発熱量は、上昇の一途をたどっている。特に小型、薄型、軽量であることを要求されるノート型パソコンにおいては、ＣＰＵの演算機能を維持するために、ＣＰＵによって発生する熱を、所定の位置に移動して、常にＣＰＵを所定の温度に冷却する工夫が必須の要件となっている。
【０００３】
現在、用いられている方法においては、ＣＰＵの発熱部品からの発熱を、先ず熱伝導性にすぐれた金属等から形成された受熱ブロックで受熱し、受熱ブロックに移動した熱をヒートパイプによって、フィン等の設置が可能な所定の位置に移動し、その位置においてフィンによって放熱する技術が採用されている。
ヒートパイプは、作動液注入口、部材の接合部を封じきることによって形成されるパイプの内部の密閉された空洞部に作動液を封入し、空洞部内部を脱気して、作動液およびその飽和蒸気のみによって満たされる構造を有する熱の移動デバイスである。
【０００４】
従来の技術によって作成されているヒートパイプは、コンテナと呼ばれる密閉容器の材質および形状、更に、封入される作動液の種類によって、数種類に類別される。形状に関しては、上述したパイプ状のヒートパイプと平板状のヒートパイプに大別される。コンテナの材質に関しては、銅系およびアルミニウム系のヒートパイプに大別される。作動液に関しては、コンテナの材質との適合性によって、大別され、銅系のコンテナには水が使用されるが、アルミニウム系のコンテナには、フロン系の溶剤、または、炭化水素系の物質が使用される。
【０００５】
従来のヒートパイプの製造方法について説明する。作動液に水を使用する従来のヒートパイプの製造方法においては、空洞部を形成するための凹部および作動液導入口を備えた銅製の上板材、および、銅製の平らな下板材を調製する。次いで、このように調製された上板材および下板材を組み合わせて、凹部によって形成される空洞部を有するコンテナを組立て、所定の器材によって、両部材をロウつけして、接合する。
【０００６】
次いで、このように形成されたコンテナの作動液導入口から作動液としての水を注入する。次いで、所定の器材によってヒートパイプを加熱して作動液を沸騰させ、作動液導入口を使用してコンテナ内の脱気を行う。次いで、このように、コンテナ内を脱気した状態で、作動液導入口をかしめ、溶接して、ヒートパイプを調製する。
しかしながら、上述したように、上板材および下板材によって、空洞部を有するコンテナを組立て、所定の器材によって、両部材をロウつけして、接合する際に、銅製板材を使用する場合には、銀ろうを使用して約８００℃の温度の熱処理を伴い、銅製板材が所謂焼きなましになり、板材の強度が低下するという問題点がある。
【０００７】
上述した板材の強度が低下するという問題点を克服するために、２枚の板材を機械的にカシメて接合する方法が提供されている。
【０００８】
【発明が解決しょうとする課題】
上述した機械的にカシメて接合する方法においては、コンテナ内部の作動液の蒸気をコンテナ外部に漏洩させないための気密性に難点があり、熱交換性能が著しく損なわれ、即ち、ヒートパイプ等の放熱冷却部品とは成り得ないか、または、長期信頼性が欠如することは否めないという問題点がある。
【０００９】
更に、銀ろうまたはアルミニウム合金ろうを用いたろう付けの場合、ろう付けの温度が高いことによるコンテナ自体の変形のために、コンテナに、更に別の部品を接合して、ヒートパイプ等の放熱冷却部品を作製する際に、接合が困難であったり、接触部品の面積の減少による接触抵抗の増大のため、熱交換性能が著しく損なわれる、更には、実際にヒートパイプとして作動させたときに生ずる作動液の蒸気の圧力（内圧）、または、外気から受ける圧力（外圧）に対する強度（耐圧）を確保するためには相当の耐圧構造にする必要があり、そのため、内部の流路断面積を減らすことになるので、結果として、熱性能の低下を招く等の問題点がある。
【００１０】
従って、この発明の目的は、従来の問題点を克服して、コンテナを構成する部品を高温に曝すことなく、気密性に優れ、極めて接着強度の高い、熱交換性能に優れ、且つ、充分な長期信頼性を備えた放熱冷却部品およびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、 放熱冷却部品、例えば、空洞部を形成する凸部を有する上板材と平らな下板材からなる、ヒートパイプ用の２枚の板材を調製し、上板材と下板材とを組合わせて、２枚の板材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、次いで、表面処理を施した接合面を圧延機等によって圧接すると、コンテナを構成する部品を高温に曝すことなく、気密性に優れ、極めて接着強度の高い、熱交換性能に優れ、且つ、充分な長期信頼性を備えたヒートパイプを製造することができることを知見した。
【００１２】
更に、上述した上板材および下板材として、薄い銅部材と加工性に優れた薄いアルミニウム部材とからなる、２枚のクラッド板材を使用し、コンテナの内壁を形成するそれぞれの面が、水との適合性に優れた部材、例えば、銅からなるように組立てて、空洞部を有するヒートパイプを形成すると、薄い銅部材によって所望の強度を確保し、薄いアルミニウム部材によって優れた加工性を確保し、しかも、水との適合性を確保することができる、ヒートパイプを製造することができることを知見した。
【００１３】
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、この発明の放熱冷却部品の製造方法の第１の態様は、下記ステップからなる放熱冷却部品の製造方法である。
放熱冷却部品用の少なくとも２個の部材を調製し、
前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、
前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、放熱冷却部品を製造する。
【００１４】
この発明の放熱冷却部品の製造方法の第２の態様は、前記表面処理および前記圧接が室温で行われることを特徴とする、放熱冷却部品の製造方法である。
【００１５】
この発明の放熱冷却部品の製造方法の第３の態様は、前記表面処理が、前記接合面から酸化膜を除去することであることを特徴とする、放熱冷却部品の製造方法である。
【００１６】
この発明の放熱冷却部品の製造方法の第４の態様は、前記表面処理を施す前記気相エッチングが、プラズマイオンエッチングであることを特徴とする、放熱冷却部品の製造方法である。
【００１７】
この発明の放熱冷却部品の製造方法のその他の態様は、前記表面処理および前記圧接を真空中において行うことを特徴とする、放熱冷却部品の製造方法である。
【００１８】
この発明のコンテナの製造方法の第１の態様は、下記ステップからなるコンテナの製造方法である。
空洞部を有するコンテナを形成する、少なくとも２個の部材を調製し、
前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、
前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、気密性に優れたコンテナを製造する。
【００１９】
この発明のコンテナの製造方法のその他の態様は、前記表面処理および前記圧接を真空中において行うことを特徴とする、コンテナの製造方法である。
【００２０】
この発明のコンテナの製造方法のその他の態様は、前記少なくとも２個の部材が銅、アルミニウム、または、アルミニウム／銅クラッド材からなっていることを特徴とする、コンテナの製造方法である。
【００２１】
この発明のヒートパイプの製造方法の第１の態様は、下記ステップからなるヒートパイプの製造方法である。
空洞部を有するコンテナを形成する、少なくとも２個の部材を調製し、
前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、
前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、気密性に優れたコンテナを調製し、
前記コンテナに作動液を導入して、ヒートパイプを製造する。
【００２２】
この発明のヒートパイプの製造方法のその他の態様は、前記表面処理および前記圧接を真空中において行うことを特徴とする、ヒートパイプの製造方法である。
【００２３】
この発明のヒートパイプの製造方法のその他の態様は、前記コンテナの内壁を形成する、前記クラッド材のそれぞれの面が銅部材からなっている、ヒートパイプの製造方法である。
【００２４】
この発明のヒートパイプの第１の態様は、空洞部を有するコンテナを形成する、少なくとも２個の部材を調製し、前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、気密性に優れたコンテナを調製し、前記コンテナに作動液を導入して製造されたヒートパイプである。
【００２５】
この発明のヒートパイプの第２の態様は、前記少なくとも２個の部材が銅、アルミニウム、または、アルミニウム／銅クラッド材からなっていることを特徴とする、ヒートパイプである。
【００２６】
この発明のヒートパイプのその他の態様は、前記コンテナの内壁を形成する、前記クラッド材のそれぞれの面が銅部材からなっており、前記作動液が水からなっている、ヒートパイプである。
特に、本出願に係る発明は、以下の（１）〜（６）に関する。
（１）空洞部を有するコンテナを形成する、少なくとも２個の部材を調製し、前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、気密性に優れたコンテナを調製し、前記コンテナに作動液を導入して、半導体チップ又は集積回路基板の冷却用のヒートパイプを製造する方法であって、前記少なくとも２個の部材が、それぞれ、アルミニウム／銅クラッド材からなっており、前記作動液が水であり、前記空洞部を形成する面が銅からなることを特徴とする、製造方法。
（２）空洞部を有するコンテナを形成する、少なくとも２個の部材を調製し、前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、気密性に優れたコンテナを調製し、前記コンテナに作動液を導入して、半導体チップ又は集積回路基板の冷却用のヒートパイプを製造する方法であって、前記少なくとも２個の部材が、それぞれ、アルミニウム／銅クラッド材からなっており、前記作動液がフロン系溶剤又は炭化水素系物質であり、前記空洞部を形成する面がアルミニウムからなることを特徴とする、製造方法。
（３）前記表面処理および前記圧接が室温で行われることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の製造方法。
（４）前記表面処理が、前記接合面から酸化膜を除去することであることを特徴とする、（１）〜（３）何れかに記載の製造方法。
（５）前記表面処理を施す前記気相エッチングが、プラズマイオンエッチングであることを特徴とする、（１）から（４）の何れかに記載の製造方法。
（６）（１）〜（５）何れかに記載の製造方法により製造された、半導体チップ又は集積回路基板の冷却用のヒートパイプ。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の放熱冷却部品としてのヒートパイプおよびその製造方法の態様について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、この発明のヒートパイプの製造方法を説明する図である。図２は、この発明の方法によって製造されたヒートパイプの断面図である。図１に示すように、空洞部を有するコンテナを形成する、平らな下板材３、および、外側に向かって突出した凸部を備えた上板材２からなる２枚の板材を組み合わせ、次いで、２枚の板材のそれぞれの接合面５、５'に、気相エッチングによって、表面処理を施し、このように表面処理を施した接合面５、５'を圧接して、ヒートパイプ１を製造する。
【００２８】
この発明のヒートパイプを効率的に製造するためには、２枚の板材の接合面５、５'の接合界面に合金層を生成しないことが重要であり、更に、接合面５、５'に空気等の気体巻き込みによる、または、金属酸化物に起因する接合欠陥を生じないことが必要である。更に、接合強度が強いことが重要である。
【００２９】
従って、この発明のヒートパイプの製造に際しては、接合面を圧接する圧延機および表面処理を施すエッチングチャンバーを備えた装置を使用する。例えば、内部に冷間圧延機を備える真空槽、および、真空槽に接続されるエッチングチャンバを備えている装置を用いてヒートパイプを製造する。
【００３０】
先ず、この発明においては、コンテナを形成する際に、２個以上の部材の接合面を極めて清浄な状態に維持する必要がある。そのために、真空中において、コンテナを形成する２個以上の部材の接合面に、プラズマイオン（スパッタ）エッチング処理を施す。次いで、上述した部材の表面状態を維持したままの状態で、引き続き真空中において、室温で、接合面を圧接して、コンテナを形成する。
【００３１】
上述した接合面を圧接する方法は、例えば、真空槽内（例えば、１×１０-4〜１×１０-6Ｔｏｒｒ）で、金属板の接合面を予め活性化処理した後、金属板を重ねあわせて冷間圧延接合を行う方法である。更に上述した活性化処理が、所定の極低圧不活性ガス雰囲気中（例えば、１×１０-1〜１×１０-4Ｔｏｒｒ）で、接合面を有する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、所定の交流（例えば、１〜５０ＭＨｚ）を印加して、グロー放電を行わせ、かつ、グロー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の面積の所定割合以下で、スパッタエッチング処理をすることからなっている。
【００３２】
この発明の放熱冷却部品の製造方法は、下記ステップからなる放熱冷却部品の製造方法である。即ち、放熱冷却部品用の少なくとも２個の部材を調製し、前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、放熱冷却部品を製造する。
上述した表面処理および圧接は室温で行われる。更に、上述した表面処理が、接合面から酸化膜を除去することからなっている。更に、表面処理を施す気相エッチングが、プラズマイオンエッチングからなっている。上述したように、表面処理および圧接は真空中において行なわれる。放熱冷却部品を構成する少なくとも２個の部材は、銅、アルミニウム、または、アルミニウム／銅クラッド材からなっている。
【００３３】
この発明によると、コンテナの作製に際して、従来行われているろう付けのように、コンテナを高温の状態にすることなく、室温で圧接が行われるので、コンテナそのものが、高温によってなまって引張り強度が低下したり、歪み（残留応力）による変形・平面度の低下がなく、且つ、室温で実施可能な他の方法（かしめ、接着等）では実現できない良好な気密性をもつコンテナを提供することができる。
【００３４】
上述した平面度は、ヒートパイプと熱的に接続される被冷却部品との熱伝達効率に大きく寄与する。通常、被冷却部品とヒートパイプとは相互の平面部分を極力密着させて、熱抵抗を最小限にする構造となっている。上述した被冷却部品とヒートパイプとの間に間隙が生じると、空気層が形成される。このように形成された空気層は、大きな熱抵抗源となって、熱伝達効率が大きく損なわれる。
従って、この発明のように、変形・平面度の低下等がないヒートパイプは、換言すると、熱性能的に非常に優れたヒートパイプといえる。
【００３５】
上板材および下板材は、ヒートパイプの強度、加工性、作動液との適合性等を考慮して、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の中から適宜選択することが出来る。
【００３６】
水との適合性、強度および加工性を向上するためには、１つの面が、水との適合性に優れた部材からなっている、少なくとも２種の部材からなる２枚のクラッド板材を使用する。この場合には、空洞部を形成する面が、水との適合性に優れた部材からなるように、２枚のクラッド板材を組み合わせればよい。更に、凸部の一部には、作動液としての水を注入し、コンテナ内の脱気を行うための作動液導入口を形成してもよい。
なお、上述した放熱冷却部品として、コンテナの他に、例えば、板材および放熱フィンからなる放熱冷却部品であってもよい。板材が上述した下板材に対応し、放熱フィンが上述した上板材に対応している。
【００３７】
【実施例】
以下に、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。
実施例１
図１に示すように、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム製の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らなアルミニウム製の下板材を調製した。
【００３８】
このように調製した上板材および下板材の、空洞部を形成するそれぞれの面に対して、所定の極低圧不活性ガス雰囲気中で、上板材または下板材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、所定の交流を印加して、グロー放電を行わせ、かつ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出して、スパッタエッチングによる表面処理を施し、次いで、上板材および下板材に冷間圧延を施して、コンテナの周辺部およびエンボス部を接合して、コンテナを調製した。その断面は、図２に示す通りであった。
【００３９】
このようにして調製したコンテナについて、耐圧力および平面度を調べた。なお、開口部からＮ２ガスを吹き込み、圧力を上げていき、全体の厚さの増加分が０．１ｍｍ以下である圧力の上限をもって耐圧力とした。また、平坦な側の１０ｃｍ四方の部分の凹凸を測定し、それらの最大値と最小値との差をもって、平面度とした。
その結果、表１に示すように、耐圧力が１０ＭＰａ、平面度が０．１ｍｍであった。
【００４０】
【表１】
【００４１】
比較例１
比較のために、実施例１と同一の、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム製の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らなアルミニウム製の下板材を調製した。
このように調製した上板材および下板材を組合わせて、アルミニウム合金ろうを用いて、コンテナの周辺部およびエンボス部をろう付けすることによって、コンテナを調製した。
【００４２】
このようにして調製したコンテナについて、耐圧力および平面度を調べた。その結果を表１に併せて示す。表１に示すように、耐圧力が０．９ＭＰａ、平面度が２．０ｍｍであった。
上述したところから明らかなように、この発明のヒートパイプは、耐圧力および平面度において、極めて優れており、コンテナが変形することなく、極めて接着強度が高く、ヒートパイプとして作動させたときに、作動液の高い蒸気圧にも充分耐えることができることがわかる。
【００４３】
実施例２
図１に示すように、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅製の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らな銅製の下板材を調製した。
【００４４】
このように調製した上板材および下板材の、空洞部を形成するそれぞれの面に対して、所定の極低圧不活性ガス雰囲気中で、上板材または下板材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、所定の交流を印加して、グロー放電を行わせ、かつ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出して、スパッタエッチングによる表面処理を施し、次いで、上板材および下板材に冷間圧延を施して、コンテナの周辺部およびエンボス部を接合して、コンテナを調製した。
このようにして調製したコンテナについて、耐圧力および平面度を調べた。その結果、表１に示すように、耐圧力が６．５ＭＰａ、平面度が０．０５ｍｍであった。
【００４５】
比較例２
比較のために、実施例２と同一の、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅製の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らな銅製の下板材を調製した。
【００４６】
このように調製した上板材および下板材を組合わせて、銀ろうを用いて、コンテナの周辺部およびエンボス部をろう付けすることによって、コンテナを調製した。
このようにして調製したコンテナについて、耐圧力および平面度を調べた。その結果を表１に併せて示す。表１に示すように、耐圧力が２．１ＭＰａ、平面度が１．５ｍｍであった。
【００４７】
上述したところから明らかなように、この発明の銅製のヒートパイプは、耐圧力および平面度、特に平面度において、極めて優れており、コンテナが変形することなく、極めて接着強度が高く、ヒートパイプとして作動させたときに、作動液の高い蒸気圧にも充分耐えることができることがわかる。
【００４８】
実施例３
図１に示すように、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム／銅クラッド材（アルミニウムの厚さ：０．１ｍｍ、銅の厚さ：０．９ｍｍ）の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らなアルミニウム／銅クラッド材からなる下板材を調製した。
【００４９】
このように調製した上板材および下板材の、空洞部を形成するそれぞれの面であるアルミニウム面に対して、所定の極低圧不活性ガス雰囲気中で、上板材または下板材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、所定の交流を印加して、グロー放電を行わせ、かつ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出して、スパッタエッチングによる表面処理を施し、次いで、上板材および下板材に冷間圧延を施して、コンテナの周辺部およびエンボス部を接合して、コンテナを調製した。
【００５０】
このようにして調製したコンテナに、注液口から、代替フロンの一種であるＨＣＦＣ−１２３を注入した後、脱気して、かしめて切断し、更に、レーザ溶接によって封じて、ヒートパイプを作製した。このように作製したヒートパイプの気密試験を次の通り行った。即ち、ヒートパイプを、６０℃の温度の湯中に沈めて、５分間にわたって、気泡の発生状態を調べた。その結果を、表２に示す。表２に示すように、気泡の発生は全く見られなかった。
【００５１】
【表２】
【００５２】
比較例３
比較のために、実施例３と同一の、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム／銅クラッド材（アルミニウムの厚さ：０．１ｍｍ、銅の厚さ：０．９ｍｍ）の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らなアルミニウム／銅クラッド材からなる下板材を調製した。
【００５３】
このように調製した上板材および下板材を、アルミニウムが空洞部を形成する面になるように組合わせて、接着剤を用いて接着して、コンテナの周辺部およびエンボス部を接合して、コンテナを調製した。それと並行して、カシメによって、コンテナの周辺部およびエンボス部を接合して、コンテナを調製した。
【００５４】
このようにして調製したコンテナのそれぞれに、注液口から、代替フロンの一種であるＨＣＦＣ−１２３を注入した後、脱気して、カシメて切断し、更に、レーザ溶接によって封じて、ヒートパイプを作製した。このように作製したヒートパイプの気密試験を次の通り行った。即ち、ヒートパイプを、６０℃の温度の湯中に沈めて、５分間にわたって、気泡の発生状態を調べた。その結果を、表２に示す。表２に示すように、接着剤を使用した接着の場合には、数カ所で、約１ｍｍφの気泡が１０秒間に１個程度の割合で発生した。カシメによる方法の場合は、１０数カ所で、細粒子状の気泡が連続して発生した。
上述したところから明らかなように、この発明のヒートパイプは、特に、気密性に優れていることがわかる。
【００５５】
実施例４
厚さ５ｍｍのアルミニウム製プレートを調製した。更に、アルミニウム押出フィンを調製した。アルミニウム製プレートとアルミニウム押出フィンとを接合するそれぞれの面に対して、所定の極低圧不活性ガス雰囲気中で、アルミニウム製プレートまたはアルミニウム押出フィン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、所定の交流を印加して、グロー放電を行わせ、かつ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出して、スパッタエッチングによる表面処理を施し、次いで、アルミニウム製プレートおよびアルミニウム押出フィンに冷間圧延を施して、アルミニウム製プレートにアルミニウム押出フィンを接合した。
【００５６】
このように接合したアルミニウム押出フィンを備えるアルミニウム製プレートの素子を取り付ける素子取付部（１０ｃｍ×１２ｃｍの範囲）の平面度を測定した。更に、上述した素子取付部に５０Ｗの素子を取付けて、実際に熱性能試験を行って、素子取付部の温度を測定した。そのときの冷却条件は、自然空冷とし、室温は２５℃であった。
その結果を表３に示す。表３に示すように、素子取付部の平面度は、０．０５ｍｍであり、そして、素子取付部の温度は４３℃であった。
【００５７】
【表３】
【００５８】
比較例４
比較のために、実施例４と同一の厚さ５ｍｍのアルミニウム製プレート、および、アルミニウム押出フィンを調製した。次いで、アルミニウム合金ろうを用いて、アルミニウム押出フィンをアルミニウム製プレートに接合した。
このように接合したアルミニウム押出フィンを備えるアルミニウム製プレートの素子を取り付ける素子取付部（１０ｃｍ×１２ｃｍの範囲）の平面度を測定した。更に、上述した素子取付部に５０Ｗの素子を取付けて、実際に熱性能試験を行って、素子取付部の温度を測定した。そのときの冷却条件は、自然空冷とし、室温は２５℃であった。
【００５９】
その結果を表３に併せて示す。表３に示すように、素子取付部の平面度は、０．５ｍｍであり、そして、素子取付部の温度は４６℃であった。
上述したところから明らかなように、この発明によると、ろう付けによって接合した場合と比較して、素子取付部の平面度において一桁小さく、素子取付部の温度において３℃低い値を示している。このことは、この発明によると、常温における接合が可能になるので、熱による変形を受けることがない、従って、平面度において極めて優れていることを意味している。その結果、優れた平面度によって、素子取付部の熱抵抗が小さくなり、熱性能において優れている。
【００６０】
実施例５
図１に示すように、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム／銅クラッド材（アルミニウムの厚さ：０．１ｍｍ、銅の厚さ：０．９ｍｍ）の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らなアルミニウム／銅クラッド材からなる下板材を調製した。なお、空洞部を形成する面が銅になるように上述した凸部を形成した。
【００６１】
更に、厚さ１ｍｍの銅板材および厚さ１ｍｍのアルミニウム板材によって、それぞれ、凸部を備えた上板材および平らな下板材を調製した。
このように調製したアルミニウム／銅クラッド上下板材、銅上下板材およびアルミニウム上下板材のそれぞれに関して、空洞部を形成するそれぞれの面に対して、所定の極低圧不活性ガス雰囲気中で、上板材または下板材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、所定の交流を印加して、グロー放電を行わせ、かつ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出して、スパッタエッチングによる表面処理を施し、次いで、上板材および下板材に冷間圧延を施して、コンテナの周辺部およびエンボス部を接合して、コンテナを調製した。
【００６２】
このようにして調製したコンテナに、注液口から、空洞部を形成する面がアルミニウムであるコンテナには代替フロンの一種であるＨＣＦＣ−１２３を注入し、そして、空洞部を形成する面が銅であるコンテナには水を注入した後、それぞれ、脱気して、かしめて切断し、更に、レーザ溶接によって封じて、ヒートパイプを作製した。
【００６３】
このように作製したヒートパイプのそれぞれに対して、ヒートパイプに２０Ｗの素子を取付け、熱性能試験を次の通り行った。即ち、素子取付部の温度（Ｔ１）とヒートパイプ上部の温度（Ｔ２）をそれぞれ測定し、これを△Ｔ（＝Ｔ１−Ｔ２）とした。次いで、ヒートパイプ作動開始時の△Ｔと、連続して作動させて１０００時間経過後の△Ｔとを調べた。
その結果を、表４に示す。表４に示すように、ヒートパイプ作動開始時の△Ｔは、２．５〜２．７℃と小さく、且つ、１０００時間経過後の△Ｔも、２．８〜２．９℃であり、ヒートパイプの性能は、ほとんど劣化していない。
【００６４】
比較例５
比較のために、実施例５と同様に、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム／銅クラッド材（アルミニウムの厚さ：０．１ｍｍ、銅の厚さ：０．９ｍｍ）の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らなアルミニウム／銅クラッド材からなる下板材を調製した。なお、空洞部を形成する面が銅になるように上述した凸部を形成した。
【００６５】
更に、厚さ１ｍｍの銅板材および厚さ１ｍｍのアルミニウム板材によって、それぞれ、凸部を備えた上板材および平らな下板材を調製した。
次いで、アルミニウム／銅クラッド上下板材、銅上下板材、および、アルミニウム上下板材の、空洞部を形成するそれぞれの面を、はんだ付け、または、ろう付けによって、接合して、コンテナを調製した。
【００６６】
このようにして調製したコンテナに、注液口から、空洞部を形成する面がアルミニウムであるコンテナには代替フロンの一種であるＨＣＦＣ−１２３を注入し、そして、空洞部を形成する面が銅であるコンテナには水を注入した後、それぞれ、脱気して、かしめて切断し、更に、レーザ溶接によって封じて、ヒートパイプを作製した。
【００６７】
このように作製したヒートパイプのそれぞれに対して、ヒートパイプに２０Ｗの素子を取付け、実施例５と同一の熱性能試験を行った。その結果を、表４に併せて示す。表４に示すように、アルミニウムまたは銅上下板材によって作成されたヒートパイプにおいては、ヒートパイプ作動開始時の△Ｔは、４．１〜４．２℃と高かった。アルミニウム／銅クラッド上下板材によって形成されたヒートパイプにおいては、１０００時間経過後の△Ｔが８．２℃と高かった。従って、共に、熱性能面において劣っている。
なお、板材（上述した下板材に対応）および放熱フィン（上述した上板材に対応）からなる放熱冷却部品を実施例１と同様の方法によって作製したところ、実施例１と同様に優れた効果が得られた。
【発明の効果】
上述したように、この発明によると、放熱冷却部品、例えば、コンテナ作製の際、通常のろう付けのようにコンテナを高温の状態にすることなく、室温で行えるので、鈍ることによる引張り強度の低下や、歪み（残留応力）による変形・平面度の低下等がなく、かつ、室温で実施可能な他の方法（かしめ、接着等）では実現できない良好な気密性をもつコンテナが提供可能となる。即ち、発熱部品と熱的に接続される面の形状が維持されるため発熱部品から放熱冷却部品（コンテナ等）への熱伝達効率が良く、且つ、熱交換性能に優れ、充分な長期信頼性を備えたヒートパイプ等の放熱冷却部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明のヒートパイプの製造方法を説明する図である。
【図２】図２は、この発明の方法によって製造されたヒートパイプの断面図である。
【図３】図３は、表４を示す図である。
【符号の説明】
１．ヒートパイプ
２．上板材
３．下板材
４．凸部
５、５'．接合面
６．エンボス加工
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップまたは集積回路基板等の発熱体を冷却するための、放熱冷却部品、特にヒートパイプ、およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、電気・電子機器、例えば、パーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」という）が高性能化し、それに伴って、パソコンの心臓部である中央演算処理装置（以下、「ＣＰＵ」という）の発熱量は、上昇の一途をたどっている。特に小型、薄型、軽量であることを要求されるノート型パソコンにおいては、ＣＰＵの演算機能を維持するために、ＣＰＵによって発生する熱を、所定の位置に移動して、常にＣＰＵを所定の温度に冷却する工夫が必須の要件となっている。
【０００３】
現在、用いられている方法においては、ＣＰＵの発熱部品からの発熱を、先ず熱伝導性にすぐれた金属等から形成された受熱ブロックで受熱し、受熱ブロックに移動した熱をヒートパイプによって、フィン等の設置が可能な所定の位置に移動し、その位置においてフィンによって放熱する技術が採用されている。
ヒートパイプは、作動液注入口、部材の接合部を封じきることによって形成されるパイプの内部の密閉された空洞部に作動液を封入し、空洞部内部を脱気して、作動液およびその飽和蒸気のみによって満たされる構造を有する熱の移動デバイスである。
【０００４】
従来の技術によって作成されているヒートパイプは、コンテナと呼ばれる密閉容器の材質および形状、更に、封入される作動液の種類によって、数種類に類別される。形状に関しては、上述したパイプ状のヒートパイプと平板状のヒートパイプに大別される。コンテナの材質に関しては、銅系およびアルミニウム系のヒートパイプに大別される。作動液に関しては、コンテナの材質との適合性によって、大別され、銅系のコンテナには水が使用されるが、アルミニウム系のコンテナには、フロン系の溶剤、または、炭化水素系の物質が使用される。
【０００５】
従来のヒートパイプの製造方法について説明する。作動液に水を使用する従来のヒートパイプの製造方法においては、空洞部を形成するための凹部および作動液導入口を備えた銅製の上板材、および、銅製の平らな下板材を調製する。次いで、このように調製された上板材および下板材を組み合わせて、凹部によって形成される空洞部を有するコンテナを組立て、所定の器材によって、両部材をロウつけして、接合する。
【０００６】
次いで、このように形成されたコンテナの作動液導入口から作動液としての水を注入する。次いで、所定の器材によってヒートパイプを加熱して作動液を沸騰させ、作動液導入口を使用してコンテナ内の脱気を行う。次いで、このように、コンテナ内を脱気した状態で、作動液導入口をかしめ、溶接して、ヒートパイプを調製する。
しかしながら、上述したように、上板材および下板材によって、空洞部を有するコンテナを組立て、所定の器材によって、両部材をロウつけして、接合する際に、銅製板材を使用する場合には、銀ろうを使用して約８００℃の温度の熱処理を伴い、銅製板材が所謂焼きなましになり、板材の強度が低下するという問題点がある。
【０００７】
上述した板材の強度が低下するという問題点を克服するために、２枚の板材を機械的にカシメて接合する方法が提供されている。
【０００８】
【発明が解決しょうとする課題】
上述した機械的にカシメて接合する方法においては、コンテナ内部の作動液の蒸気をコンテナ外部に漏洩させないための気密性に難点があり、熱交換性能が著しく損なわれ、即ち、ヒートパイプ等の放熱冷却部品とは成り得ないか、または、長期信頼性が欠如することは否めないという問題点がある。
【０００９】
更に、銀ろうまたはアルミニウム合金ろうを用いたろう付けの場合、ろう付けの温度が高いことによるコンテナ自体の変形のために、コンテナに、更に別の部品を接合して、ヒートパイプ等の放熱冷却部品を作製する際に、接合が困難であったり、接触部品の面積の減少による接触抵抗の増大のため、熱交換性能が著しく損なわれる、更には、実際にヒートパイプとして作動させたときに生ずる作動液の蒸気の圧力（内圧）、または、外気から受ける圧力（外圧）に対する強度（耐圧）を確保するためには相当の耐圧構造にする必要があり、そのため、内部の流路断面積を減らすことになるので、結果として、熱性能の低下を招く等の問題点がある。
【００１０】
従って、この発明の目的は、従来の問題点を克服して、コンテナを構成する部品を高温に曝すことなく、気密性に優れ、極めて接着強度の高い、熱交換性能に優れ、且つ、充分な長期信頼性を備えた放熱冷却部品およびその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、 放熱冷却部品、例えば、空洞部を形成する凸部を有する上板材と平らな下板材からなる、ヒートパイプ用の２枚の板材を調製し、上板材と下板材とを組合わせて、２枚の板材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、次いで、表面処理を施した接合面を圧延機等によって圧接すると、コンテナを構成する部品を高温に曝すことなく、気密性に優れ、極めて接着強度の高い、熱交換性能に優れ、且つ、充分な長期信頼性を備えたヒートパイプを製造することができることを知見した。
【００１２】
更に、上述した上板材および下板材として、薄い銅部材と加工性に優れた薄いアルミニウム部材とからなる、２枚のクラッド板材を使用し、コンテナの内壁を形成するそれぞれの面が、水との適合性に優れた部材、例えば、銅からなるように組立てて、空洞部を有するヒートパイプを形成すると、薄い銅部材によって所望の強度を確保し、薄いアルミニウム部材によって優れた加工性を確保し、しかも、水との適合性を確保することができる、ヒートパイプを製造することができることを知見した。
【００１３】
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、この発明の放熱冷却部品の製造方法の第１の態様は、下記ステップからなる放熱冷却部品の製造方法である。
放熱冷却部品用の少なくとも２個の部材を調製し、
前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、
前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、放熱冷却部品を製造する。
【００１４】
この発明の放熱冷却部品の製造方法の第２の態様は、前記表面処理および前記圧接が室温で行われることを特徴とする、放熱冷却部品の製造方法である。
【００１５】
この発明の放熱冷却部品の製造方法の第３の態様は、前記表面処理が、前記接合面から酸化膜を除去することであることを特徴とする、放熱冷却部品の製造方法である。
【００１６】
この発明の放熱冷却部品の製造方法の第４の態様は、前記表面処理を施す前記気相エッチングが、プラズマイオンエッチングであることを特徴とする、放熱冷却部品の製造方法である。
【００１７】
この発明の放熱冷却部品の製造方法のその他の態様は、前記表面処理および前記圧接を真空中において行うことを特徴とする、放熱冷却部品の製造方法である。
【００１８】
この発明のコンテナの製造方法の第１の態様は、下記ステップからなるコンテナの製造方法である。
空洞部を有するコンテナを形成する、少なくとも２個の部材を調製し、
前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、
前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、気密性に優れたコンテナを製造する。
【００１９】
この発明のコンテナの製造方法のその他の態様は、前記表面処理および前記圧接を真空中において行うことを特徴とする、コンテナの製造方法である。
【００２０】
この発明のコンテナの製造方法のその他の態様は、前記少なくとも２個の部材が銅、アルミニウム、または、アルミニウム／銅クラッド材からなっていることを特徴とする、コンテナの製造方法である。
【００２１】
この発明のヒートパイプの製造方法の第１の態様は、下記ステップからなるヒートパイプの製造方法である。
空洞部を有するコンテナを形成する、少なくとも２個の部材を調製し、
前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、
前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、気密性に優れたコンテナを調製し、
前記コンテナに作動液を導入して、ヒートパイプを製造する。
【００２２】
この発明のヒートパイプの製造方法のその他の態様は、前記表面処理および前記圧接を真空中において行うことを特徴とする、ヒートパイプの製造方法である。
【００２３】
この発明のヒートパイプの製造方法のその他の態様は、前記コンテナの内壁を形成する、前記クラッド材のそれぞれの面が銅部材からなっている、ヒートパイプの製造方法である。
【００２４】
この発明のヒートパイプの第１の態様は、空洞部を有するコンテナを形成する、少なくとも２個の部材を調製し、前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、気密性に優れたコンテナを調製し、前記コンテナに作動液を導入して製造されたヒートパイプである。
【００２５】
この発明のヒートパイプの第２の態様は、前記少なくとも２個の部材が銅、アルミニウム、または、アルミニウム／銅クラッド材からなっていることを特徴とする、ヒートパイプである。
【００２６】
この発明のヒートパイプのその他の態様は、前記コンテナの内壁を形成する、前記クラッド材のそれぞれの面が銅部材からなっており、前記作動液が水からなっている、ヒートパイプである。
特に、本出願に係る発明は、以下の（１）〜（６）に関する。
（１）空洞部を有するコンテナを形成する、少なくとも２個の部材を調製し、前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、気密性に優れたコンテナを調製し、前記コンテナに作動液を導入して、半導体チップ又は集積回路基板の冷却用のヒートパイプを製造する方法であって、前記少なくとも２個の部材が、それぞれ、アルミニウム／銅クラッド材からなっており、前記作動液が水であり、前記空洞部を形成する面が銅からなることを特徴とする、製造方法。
（２）空洞部を有するコンテナを形成する、少なくとも２個の部材を調製し、前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、気密性に優れたコンテナを調製し、前記コンテナに作動液を導入して、半導体チップ又は集積回路基板の冷却用のヒートパイプを製造する方法であって、前記少なくとも２個の部材が、それぞれ、アルミニウム／銅クラッド材からなっており、前記作動液がフロン系溶剤又は炭化水素系物質であり、前記空洞部を形成する面がアルミニウムからなることを特徴とする、製造方法。
（３）前記表面処理および前記圧接が室温で行われることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の製造方法。
（４）前記表面処理が、前記接合面から酸化膜を除去することであることを特徴とする、（１）〜（３）何れかに記載の製造方法。
（５）前記表面処理を施す前記気相エッチングが、プラズマイオンエッチングであることを特徴とする、（１）から（４）の何れかに記載の製造方法。
（６）（１）〜（５）何れかに記載の製造方法により製造された、半導体チップ又は集積回路基板の冷却用のヒートパイプ。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の放熱冷却部品としてのヒートパイプおよびその製造方法の態様について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、この発明のヒートパイプの製造方法を説明する図である。図２は、この発明の方法によって製造されたヒートパイプの断面図である。図１に示すように、空洞部を有するコンテナを形成する、平らな下板材３、および、外側に向かって突出した凸部を備えた上板材２からなる２枚の板材を組み合わせ、次いで、２枚の板材のそれぞれの接合面５、５'に、気相エッチングによって、表面処理を施し、このように表面処理を施した接合面５、５'を圧接して、ヒートパイプ１を製造する。
【００２８】
この発明のヒートパイプを効率的に製造するためには、２枚の板材の接合面５、５'の接合界面に合金層を生成しないことが重要であり、更に、接合面５、５'に空気等の気体巻き込みによる、または、金属酸化物に起因する接合欠陥を生じないことが必要である。更に、接合強度が強いことが重要である。
【００２９】
従って、この発明のヒートパイプの製造に際しては、接合面を圧接する圧延機および表面処理を施すエッチングチャンバーを備えた装置を使用する。例えば、内部に冷間圧延機を備える真空槽、および、真空槽に接続されるエッチングチャンバを備えている装置を用いてヒートパイプを製造する。
【００３０】
先ず、この発明においては、コンテナを形成する際に、２個以上の部材の接合面を極めて清浄な状態に維持する必要がある。そのために、真空中において、コンテナを形成する２個以上の部材の接合面に、プラズマイオン（スパッタ）エッチング処理を施す。次いで、上述した部材の表面状態を維持したままの状態で、引き続き真空中において、室温で、接合面を圧接して、コンテナを形成する。
【００３１】
上述した接合面を圧接する方法は、例えば、真空槽内（例えば、１×１０-4〜１×１０-6Ｔｏｒｒ）で、金属板の接合面を予め活性化処理した後、金属板を重ねあわせて冷間圧延接合を行う方法である。更に上述した活性化処理が、所定の極低圧不活性ガス雰囲気中（例えば、１×１０-1〜１×１０-4Ｔｏｒｒ）で、接合面を有する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、所定の交流（例えば、１〜５０ＭＨｚ）を印加して、グロー放電を行わせ、かつ、グロー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の面積の所定割合以下で、スパッタエッチング処理をすることからなっている。
【００３２】
この発明の放熱冷却部品の製造方法は、下記ステップからなる放熱冷却部品の製造方法である。即ち、放熱冷却部品用の少なくとも２個の部材を調製し、前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって、表面処理を施し、前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、放熱冷却部品を製造する。
上述した表面処理および圧接は室温で行われる。更に、上述した表面処理が、接合面から酸化膜を除去することからなっている。更に、表面処理を施す気相エッチングが、プラズマイオンエッチングからなっている。上述したように、表面処理および圧接は真空中において行なわれる。放熱冷却部品を構成する少なくとも２個の部材は、銅、アルミニウム、または、アルミニウム／銅クラッド材からなっている。
【００３３】
この発明によると、コンテナの作製に際して、従来行われているろう付けのように、コンテナを高温の状態にすることなく、室温で圧接が行われるので、コンテナそのものが、高温によってなまって引張り強度が低下したり、歪み（残留応力）による変形・平面度の低下がなく、且つ、室温で実施可能な他の方法（かしめ、接着等）では実現できない良好な気密性をもつコンテナを提供することができる。
【００３４】
上述した平面度は、ヒートパイプと熱的に接続される被冷却部品との熱伝達効率に大きく寄与する。通常、被冷却部品とヒートパイプとは相互の平面部分を極力密着させて、熱抵抗を最小限にする構造となっている。上述した被冷却部品とヒートパイプとの間に間隙が生じると、空気層が形成される。このように形成された空気層は、大きな熱抵抗源となって、熱伝達効率が大きく損なわれる。
従って、この発明のように、変形・平面度の低下等がないヒートパイプは、換言すると、熱性能的に非常に優れたヒートパイプといえる。
【００３５】
上板材および下板材は、ヒートパイプの強度、加工性、作動液との適合性等を考慮して、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の中から適宜選択することが出来る。
【００３６】
水との適合性、強度および加工性を向上するためには、１つの面が、水との適合性に優れた部材からなっている、少なくとも２種の部材からなる２枚のクラッド板材を使用する。この場合には、空洞部を形成する面が、水との適合性に優れた部材からなるように、２枚のクラッド板材を組み合わせればよい。更に、凸部の一部には、作動液としての水を注入し、コンテナ内の脱気を行うための作動液導入口を形成してもよい。
なお、上述した放熱冷却部品として、コンテナの他に、例えば、板材および放熱フィンからなる放熱冷却部品であってもよい。板材が上述した下板材に対応し、放熱フィンが上述した上板材に対応している。
【００３７】
【実施例】
以下に、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。
実施例１
図１に示すように、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム製の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らなアルミニウム製の下板材を調製した。
【００３８】
このように調製した上板材および下板材の、空洞部を形成するそれぞれの面に対して、所定の極低圧不活性ガス雰囲気中で、上板材または下板材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、所定の交流を印加して、グロー放電を行わせ、かつ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出して、スパッタエッチングによる表面処理を施し、次いで、上板材および下板材に冷間圧延を施して、コンテナの周辺部およびエンボス部を接合して、コンテナを調製した。その断面は、図２に示す通りであった。
【００３９】
このようにして調製したコンテナについて、耐圧力および平面度を調べた。なお、開口部からＮ２ガスを吹き込み、圧力を上げていき、全体の厚さの増加分が０．１ｍｍ以下である圧力の上限をもって耐圧力とした。また、平坦な側の１０ｃｍ四方の部分の凹凸を測定し、それらの最大値と最小値との差をもって、平面度とした。
その結果、表１に示すように、耐圧力が１０ＭＰａ、平面度が０．１ｍｍであった。
【００４０】
【表１】
比較例１
比較のために、実施例１と同一の、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム製の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らなアルミニウム製の下板材を調製した。
このように調製した上板材および下板材を組合わせて、アルミニウム合金ろうを用いて、コンテナの周辺部およびエンボス部をろう付けすることによって、コンテナを調製した。
【００４２】
このようにして調製したコンテナについて、耐圧力および平面度を調べた。その結果を表１に併せて示す。表１に示すように、耐圧力が０．９ＭＰａ、平面度が２．０ｍｍであった。
上述したところから明らかなように、この発明のヒートパイプは、耐圧力および平面度において、極めて優れており、コンテナが変形することなく、極めて接着強度が高く、ヒートパイプとして作動させたときに、作動液の高い蒸気圧にも充分耐えることができることがわかる。
【００４３】
実施例２
図１に示すように、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅製の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らな銅製の下板材を調製した。
【００４４】
このように調製した上板材および下板材の、空洞部を形成するそれぞれの面に対して、所定の極低圧不活性ガス雰囲気中で、上板材または下板材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、所定の交流を印加して、グロー放電を行わせ、かつ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出して、スパッタエッチングによる表面処理を施し、次いで、上板材および下板材に冷間圧延を施して、コンテナの周辺部およびエンボス部を接合して、コンテナを調製した。
このようにして調製したコンテナについて、耐圧力および平面度を調べた。その結果、表１に示すように、耐圧力が６．５ＭＰａ、平面度が０．０５ｍｍであった。
【００４５】
比較例２
比較のために、実施例２と同一の、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍの銅製の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らな銅製の下板材を調製した。
【００４６】
このように調製した上板材および下板材を組合わせて、銀ろうを用いて、コンテナの周辺部およびエンボス部をろう付けすることによって、コンテナを調製した。
このようにして調製したコンテナについて、耐圧力および平面度を調べた。その結果を表１に併せて示す。表１に示すように、耐圧力が２．１ＭＰａ、平面度が１．５ｍｍであった。
【００４７】
上述したところから明らかなように、この発明の銅製のヒートパイプは、耐圧力および平面度、特に平面度において、極めて優れており、コンテナが変形することなく、極めて接着強度が高く、ヒートパイプとして作動させたときに、作動液の高い蒸気圧にも充分耐えることができることがわかる。
【００４８】
実施例３
図１に示すように、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム／銅クラッド材（アルミニウムの厚さ：０．１ｍｍ、銅の厚さ：０．９ｍｍ）の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らなアルミニウム／銅クラッド材からなる下板材を調製した。
【００４９】
このように調製した上板材および下板材の、空洞部を形成するそれぞれの面であるアルミニウム面に対して、所定の極低圧不活性ガス雰囲気中で、上板材または下板材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、所定の交流を印加して、グロー放電を行わせ、かつ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出して、スパッタエッチングによる表面処理を施し、次いで、上板材および下板材に冷間圧延を施して、コンテナの周辺部およびエンボス部を接合して、コンテナを調製した。
【００５０】
このようにして調製したコンテナに、注液口から、代替フロンの一種であるＨＣＦＣ−１２３を注入した後、脱気して、かしめて切断し、更に、レーザ溶接によって封じて、ヒートパイプを作製した。このように作製したヒートパイプの気密試験を次の通り行った。即ち、ヒートパイプを、６０℃の温度の湯中に沈めて、５分間にわたって、気泡の発生状態を調べた。その結果を、表２に示す。表２に示すように、気泡の発生は全く見られなかった。
【００５１】
【表２】
比較例３
比較のために、実施例３と同一の、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム／銅クラッド材（アルミニウムの厚さ：０．１ｍｍ、銅の厚さ：０．９ｍｍ）の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らなアルミニウム／銅クラッド材からなる下板材を調製した。
【００５３】
このように調製した上板材および下板材を、アルミニウムが空洞部を形成する面になるように組合わせて、接着剤を用いて接着して、コンテナの周辺部およびエンボス部を接合して、コンテナを調製した。それと並行して、カシメによって、コンテナの周辺部およびエンボス部を接合して、コンテナを調製した。
【００５４】
このようにして調製したコンテナのそれぞれに、注液口から、代替フロンの一種であるＨＣＦＣ−１２３を注入した後、脱気して、カシメて切断し、更に、レーザ溶接によって封じて、ヒートパイプを作製した。このように作製したヒートパイプの気密試験を次の通り行った。即ち、ヒートパイプを、６０℃の温度の湯中に沈めて、５分間にわたって、気泡の発生状態を調べた。その結果を、表２に示す。表２に示すように、接着剤を使用した接着の場合には、数カ所で、約１ｍｍφの気泡が１０秒間に１個程度の割合で発生した。カシメによる方法の場合は、１０数カ所で、細粒子状の気泡が連続して発生した。
上述したところから明らかなように、この発明のヒートパイプは、特に、気密性に優れていることがわかる。
【００５５】
実施例４
厚さ５ｍｍのアルミニウム製プレートを調製した。更に、アルミニウム押出フィンを調製した。アルミニウム製プレートとアルミニウム押出フィンとを接合するそれぞれの面に対して、所定の極低圧不活性ガス雰囲気中で、アルミニウム製プレートまたはアルミニウム押出フィン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、所定の交流を印加して、グロー放電を行わせ、かつ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出して、スパッタエッチングによる表面処理を施し、次いで、アルミニウム製プレートおよびアルミニウム押出フィンに冷間圧延を施して、アルミニウム製プレートにアルミニウム押出フィンを接合した。
【００５６】
このように接合したアルミニウム押出フィンを備えるアルミニウム製プレートの素子を取り付ける素子取付部（１０ｃｍ×１２ｃｍの範囲）の平面度を測定した。更に、上述した素子取付部に５０Ｗの素子を取付けて、実際に熱性能試験を行って、素子取付部の温度を測定した。そのときの冷却条件は、自然空冷とし、室温は２５℃であった。
その結果を表３に示す。表３に示すように、素子取付部の平面度は、０．０５ｍｍであり、そして、素子取付部の温度は４３℃であった。
【００５７】
【表３】
比較例４
比較のために、実施例４と同一の厚さ５ｍｍのアルミニウム製プレート、および、アルミニウム押出フィンを調製した。次いで、アルミニウム合金ろうを用いて、アルミニウム押出フィンをアルミニウム製プレートに接合した。
このように接合したアルミニウム押出フィンを備えるアルミニウム製プレートの素子を取り付ける素子取付部（１０ｃｍ×１２ｃｍの範囲）の平面度を測定した。更に、上述した素子取付部に５０Ｗの素子を取付けて、実際に熱性能試験を行って、素子取付部の温度を測定した。そのときの冷却条件は、自然空冷とし、室温は２５℃であった。
【００５９】
その結果を表３に併せて示す。表３に示すように、素子取付部の平面度は、０．５ｍｍであり、そして、素子取付部の温度は４６℃であった。
上述したところから明らかなように、この発明によると、ろう付けによって接合した場合と比較して、素子取付部の平面度において一桁小さく、素子取付部の温度において３℃低い値を示している。このことは、この発明によると、常温における接合が可能になるので、熱による変形を受けることがない、従って、平面度において極めて優れていることを意味している。その結果、優れた平面度によって、素子取付部の熱抵抗が小さくなり、熱性能において優れている。
【００６０】
実施例５
図１に示すように、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム／銅クラッド材（アルミニウムの厚さ：０．１ｍｍ、銅の厚さ：０．９ｍｍ）の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らなアルミニウム／銅クラッド材からなる下板材を調製した。なお、空洞部を形成する面が銅になるように上述した凸部を形成した。
【００６１】
更に、厚さ１ｍｍの銅板材および厚さ１ｍｍのアルミニウム板材によって、それぞれ、凸部を備えた上板材および平らな下板材を調製した。
このように調製したアルミニウム／銅クラッド上下板材、銅上下板材およびアルミニウム上下板材のそれぞれに関して、空洞部を形成するそれぞれの面に対して、所定の極低圧不活性ガス雰囲気中で、上板材または下板材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、所定の交流を印加して、グロー放電を行わせ、かつ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出して、スパッタエッチングによる表面処理を施し、次いで、上板材および下板材に冷間圧延を施して、コンテナの周辺部およびエンボス部を接合して、コンテナを調製した。
【００６２】
このようにして調製したコンテナに、注液口から、空洞部を形成する面がアルミニウムであるコンテナには代替フロンの一種であるＨＣＦＣ−１２３を注入し、そして、空洞部を形成する面が銅であるコンテナには水を注入した後、それぞれ、脱気して、かしめて切断し、更に、レーザ溶接によって封じて、ヒートパイプを作製した。
【００６３】
このように作製したヒートパイプのそれぞれに対して、ヒートパイプに２０Ｗの素子を取付け、熱性能試験を次の通り行った。即ち、素子取付部の温度（Ｔ１）とヒートパイプ上部の温度（Ｔ２）をそれぞれ測定し、これを△Ｔ（＝Ｔ１−Ｔ２）とした。次いで、ヒートパイプ作動開始時の△Ｔと、連続して作動させて１０００時間経過後の△Ｔとを調べた。
その結果を、表４に示す。表４に示すように、ヒートパイプ作動開始時の△Ｔは、２．５〜２．７℃と小さく、且つ、１０００時間経過後の△Ｔも、２．８〜２．９℃であり、ヒートパイプの性能は、ほとんど劣化していない。
【００６４】
比較例５
比較のために、実施例５と同様に、縦２００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム／銅クラッド材（アルミニウムの厚さ：０．１ｍｍ、銅の厚さ：０．９ｍｍ）の上板材を調製した。上板材には、空洞部を形成する凸部を備え、耐圧構造を保つために、図１に示すようにエンボス加工を施した。更に上板材と同じ大きさの平らなアルミニウム／銅クラッド材からなる下板材を調製した。なお、空洞部を形成する面が銅になるように上述した凸部を形成した。
【００６５】
更に、厚さ１ｍｍの銅板材および厚さ１ｍｍのアルミニウム板材によって、それぞれ、凸部を備えた上板材および平らな下板材を調製した。
次いで、アルミニウム／銅クラッド上下板材、銅上下板材、および、アルミニウム上下板材の、空洞部を形成するそれぞれの面を、はんだ付け、または、ろう付けによって、接合して、コンテナを調製した。
【００６６】
このようにして調製したコンテナに、注液口から、空洞部を形成する面がアルミニウムであるコンテナには代替フロンの一種であるＨＣＦＣ−１２３を注入し、そして、空洞部を形成する面が銅であるコンテナには水を注入した後、それぞれ、脱気して、かしめて切断し、更に、レーザ溶接によって封じて、ヒートパイプを作製した。
【００６７】
このように作製したヒートパイプのそれぞれに対して、ヒートパイプに２０Ｗの素子を取付け、実施例５と同一の熱性能試験を行った。その結果を、表４に併せて示す。表４に示すように、アルミニウムまたは銅上下板材によって作成されたヒートパイプにおいては、ヒートパイプ作動開始時の△Ｔは、４．１〜４．２℃と高かった。アルミニウム／銅クラッド上下板材によって形成されたヒートパイプにおいては、１０００時間経過後の△Ｔが８．２℃と高かった。従って、共に、熱性能面において劣っている。
なお、板材（上述した下板材に対応）および放熱フィン（上述した上板材に対応）からなる放熱冷却部品を実施例１と同様の方法によって作製したところ、実施例１と同様に優れた効果が得られた。
【発明の効果】
上述したように、この発明によると、放熱冷却部品、例えば、コンテナ作製の際、通常のろう付けのようにコンテナを高温の状態にすることなく、室温で行えるので、鈍ることによる引張り強度の低下や、歪み（残留応力）による変形・平面度の低下等がなく、かつ、室温で実施可能な他の方法（かしめ、接着等）では実現できない良好な気密性をもつコンテナが提供可能となる。即ち、発熱部品と熱的に接続される面の形状が維持されるため発熱部品から放熱冷却部品（コンテナ等）への熱伝達効率が良く、且つ、熱交換性能に優れ、充分な長期信頼性を備えたヒートパイプ等の放熱冷却部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明のヒートパイプの製造方法を説明する図である。
【図２】図２は、この発明の方法によって製造されたヒートパイプの断面図である。
【図３】図３は、表４を示す図である。
【符号の説明】
１．ヒートパイプ
２．上板材
３．下板材
４．凸部
５、５'．接合面
６．エンボス加工
Claims (6)
- 空洞部を有するコンテナを形成する、少なくとも２個の部材を調製し、前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって表面処理を施し、前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、気密性に優れたコンテナを調製し、前記コンテナに作動液を導入して、半導体チップ又は集積回路基板の冷却用のヒートパイプを製造する方法であって、
前記少なくとも２個の部材が、それぞれ、アルミニウム／銅クラッド材からなっており、
前記作動液が水であり、
前記空洞部を形成する面が銅からなることを特徴とする、製造方法。 - 空洞部を有するコンテナを形成する、少なくとも２個の部材を調製し、前記少なくとも２個の部材の接合面に、気相エッチングによって表面処理を施し、前記表面処理を施した前記接合面を圧接して、気密性に優れたコンテナを調製し、前記コンテナに作動液を導入して、半導体チップ又は集積回路基板の冷却用のヒートパイプを製造する方法であって、
前記少なくとも２個の部材が、それぞれ、アルミニウム／銅クラッド材からなっており、
前記作動液がフロン系溶剤又は炭化水素系物質であり、
前記空洞部を形成する面がアルミニウムからなることを特徴とする、製造方法。 - 前記表面処理および前記圧接が室温で行われることを特徴とする、請求項１又は２に記載の製造方法。
- 前記表面処理が、前記接合面から酸化膜を除去することであることを特徴とする、請求項１〜３何れか１項に記載の製造方法。
- 前記表面処理を施す前記気相エッチングが、プラズマイオンエッチングであることを特徴とする、請求項１から４の何れか１項に記載の製造方法。
- 請求項1〜５何れか１項に記載の製造方法により製造された、半導体チップ又は集積回路基板の冷却用のヒートパイプ。
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| JPH10267571A (ja) * | 1997-03-20 | 1998-10-09 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 板型ヒートパイプとそれを用いた冷却構造 |
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