JP2019201026A - Heat receiving jacket, liquid cooling system, and manufacturing method for heat receiving jacket - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷却媒体に水等を対象とし、高温側流体から高温側流体へ熱を移動させる液冷システムに関し、伝熱性能の向上を図ることができる受熱ジャケットとそれを搭載した液冷システムおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a liquid cooling system that targets water or the like as a cooling medium and transfers heat from a high temperature fluid to a high temperature fluid, and a heat receiving jacket capable of improving heat transfer performance and a liquid cooling system equipped with the heat receiving jacket And a manufacturing method thereof.
近年、液冷システムをはじめとする熱輸送システムの高性能化、小型化が進み、それに伴い、液冷システムの受熱ジャケットに実装する放熱フィンの高性能化、小型軽量化が必要となっている。パワーモジュールやサーバ等に実装される液冷システムは、一般に、伝熱性能が低下するとパワーモジュールやサーバ等の機能の維持を図れなくなるだけではなく、場合によっては、破損することもある。このため、液冷システムへの要求事項は、パワーモジュールやサーバ等の性能の向上に伴い、効率的に熱交換する技術が強くなっている。 In recent years, liquid cooling systems and other heat transport systems have become more sophisticated and smaller in size, and with this, heat sinks mounted on the heat receiving jacket of the liquid cooling system have to be improved in performance, size and weight. . In general, a liquid cooling system mounted on a power module, a server, or the like not only fails to maintain the functions of the power module, the server, and the like when heat transfer performance decreases, but may be damaged in some cases. For this reason, as a requirement for the liquid cooling system, a technology for efficiently exchanging heat has become stronger as performance of a power module, a server, or the like is improved.
パワーモジュールやサーバ等に実装される半導体素子の熱を効率よく熱輸送する方法として、ポンプにより冷媒液を循環させて、外気に放熱するのが一般的である。この液冷システムの半導体素子に接続される受熱ジャケットでは効率よく、半導体素子の熱を冷媒液に伝達させるのが一般的である。 As a method for efficiently transporting heat of a semiconductor element mounted on a power module, a server, or the like, it is common to circulate a refrigerant liquid by a pump and dissipate heat to the outside air. Generally, the heat receiving jacket connected to the semiconductor element of this liquid cooling system efficiently transfers the heat of the semiconductor element to the refrigerant liquid.
従来技術として、特許文献1には、固体金属板と多孔質金属との間にSiを含むロウ材(Al-Si系合金;BA4343)を配置し、590〜610℃に加熱してロウ付けを行う記載はある。しかし、図6よりロウ付け後の多孔質金属の高さは、多孔質金属のポアサイズよりも大きい構造が記載されている。
As a prior art, in
特許文献2には、銅板に多孔質金属部材をロウ付けした水冷ヒートシンク、ならびに水冷ヒートシンクの製造方法が記載されている。受熱板にロウ材、多孔質金属の順にSiを含んでいないロウ材と多孔質金属とを重ねて配置し、溶融温度約800℃のロウ材を用いて、温度800℃で無酸素銅母材と多孔質銅とをSiを含んでいないロウ材でロウ付けする積層工程が記載されている。
特許文献3には、銅板、銅製多孔質発泡金属、Siを含んでいないロウ材(JISZ3264 BCUP−4)を積層し、温度720℃でロウ付けした複合板が記載されている。
前述の従来技術において、特許文献1から特許文献3、全てにおいて、多孔質金属と金属板の接合方法に係わっているが、冷媒液の単層(液)のみを循環させる単層冷媒液循環の冷却モジュールの受熱部に多孔質金属を用いた際の高性能化、コンパクト化に関して記載されていない。したがって、特許文献では液冷システム等での高い熱伝達率を有し、フィン効率を考慮した多孔質金属の構造になっておらず、液冷システム用受熱ジャケットの高性能化ができない。すなわち、ロウ付け後の多孔質金属の形状をロウ付け前の多孔質金属の形状、気孔率が維持したまま、多孔質金属の高さを多孔質金属のポアサイズよりも小さな構造に対する、さらにこの構造を成し得る製造方法に対する記載がなく、多孔質金属を搭載した液冷システムの高性能化、コンパクト化に関して何ら配慮されていない。
In the above-described prior art,
本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、液冷効果を高め、コンパクト化することができる受熱ジャケット、液冷システムおよび受熱ジャケットの製造方法を提供することを目的とする。 This invention is invention for solving the said subject, Comprising: It aims at providing the manufacturing method of a heat receiving jacket, a liquid cooling system, and a heat receiving jacket which can heighten and make liquid cooling effect compact.
前記目的を達成するため、本発明の受熱ジャケットは、内部に多孔質金属が収容され、発熱体の熱を受熱する液冷システム用の受熱ジャケットであって、受熱ジャケットは、発熱体からの熱を受熱し固体金属からなる受熱板を備え、受熱板と多孔質金属とがロウ材で接合されおり、多孔質金属と受熱板の界面は、ロウ材と多孔質金属の溶融材で構成され、接合後の多孔質金属の高さは、多孔質金属のピッチであるポアサイズより低い高さであることを特徴とする。本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。 In order to achieve the above object, a heat receiving jacket according to the present invention is a heat receiving jacket for a liquid cooling system in which a porous metal is housed and receives heat from the heating element, and the heat receiving jacket is a heat receiving jacket from the heating element. The heat receiving plate is made of a solid metal, and the heat receiving plate and the porous metal are joined with a brazing material, and the interface between the porous metal and the heat receiving plate is composed of a molten material of the brazing material and the porous metal, The height of the porous metal after joining is characterized by being lower than the pore size, which is the pitch of the porous metal. Other aspects of the present invention will be described in the embodiments described later.
本発明によれば、液冷効果を高め、コンパクト化することができる。 According to the present invention, the liquid cooling effect can be enhanced and the size can be reduced.
以下、本発明における実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態である発熱体400(冷却対象物)に受熱ジャケット10を接続した液冷システム1の斜視図である。液冷システム1は、受熱ジャケット10、ラジエータ160、ポンプ200および配管300で構成される。受熱ジャケット10には冷媒液100がポンプ200から流入する冷媒液流入口23、冷媒液100がラジエータ160に流出する冷媒液流出口24が設けられている。発熱体400が熱伝導性グリス500を介して受熱ジャケット10の外壁26に熱的に接続される。受熱ジャケット10の内部には後述するように多孔質金属22(図3参照)が実装され、発熱体400の熱を多孔質金属22まで伝え、冷媒液100に伝熱する。受熱ジャケット10を構成要素の材質は固体金属である。なお、冷媒液100は水等である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a
受熱ジャケット10から流出した冷媒液100は、配管300内を流れ、ラジエータ160に熱輸送される。ラジエータ160は両側にヘッダ162を、中間部に多数の扁平管161が、扁平管161で挟まれた領域にコルゲートフィンなどの放熱フィン163を有している。ラジエータ160に流入した冷媒液100はヘッダ162に流れ、扁平管161で分岐し、ヘッダ162で合流し、配管300を経由して、ポンプ200に流れる。ラジエータ160の放熱フィン163には冷却ファン710により、空気110が供給される。冷却ファン710はモータにより羽根が回転することで、空気110を駆動させる。受熱ジャケット10で熱交換し、高温となった冷媒液100はラジエータ160で温度の低い空気110へ伝熱し、冷媒液100は低い温度となる。低い温度となって冷媒液100はポンプ200に流入し、受熱ジャケット10の冷媒液流入口23から受熱ジャケット10に流れる循環方式である。また、ラジエータ160では、放熱フィン163を通過した空気110は熱交換され、高い温度で大気へ放散する。以上のように、発熱体400の熱は、受熱ジャケット10、冷媒液100、ラジエータ160を経由して空気110に伝わり、熱輸送が行われる。これにより、発熱体400は許容温度を超過することなく、冷却することができ、発熱体400が半導体素子の場合、半導体素子の動作を確保でき、装置の信頼性を向上できる。
The
図2は、図1の受熱ジャケット10周りの斜視図である。受熱ジャケット10の内部を破線で示しており、受熱ジャケット10の内部には多孔質金属22が実装される。受熱ジャケット10の内側エリアと多孔質金属22はほぼ同一形状となっており、受熱ジャケット10の外壁26の内面と多孔質金属22は物理的に接している。受熱ジャケット10を構成要素の材質は固体金属である。受熱ジャケット10の外壁26の1面には熱伝導性グリス500を介しては発熱体400が取り付けられている。この発熱体400が取り付いている受熱ジャケット10の外壁26である受熱板30の内面と多孔質金属22は金属的接合25、例えばロウ付け等で接合される。これにより、発熱体400の熱を受熱ジャケット10の外壁26から多孔質金属22へ良好に伝えることができる。また受熱ジャケット10には冷媒液流入口23、冷媒液流出口24が設けられており、冷媒液100が冷媒液流入口23から受熱ジャケット10に流入し、多孔質金属22を通って、冷媒液流出口24から流出する。
FIG. 2 is a perspective view around the
図3は、図2の受熱ジャケット10のA−A断面図である。受熱ジャケット10の外壁26の1面として、受熱板30がある。この受熱板30には熱伝導性グリス500を介して発熱体400が取り付けられる。この受熱ジャケット10には多孔質金属22が金属的接合25(例えばロウ材等)される。受熱ジャケット10を構成要素の材質は固体金属である。これにより、発熱体400の熱を受熱ジャケット10の外壁26から多孔質金属22へ良好に伝えることができる。
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of the
多孔質金属22は、無数の微細線材20、空洞部21で構成される。微細線材20は例えばアルミニウム、銅等の金属材料から成る。受熱ジャケット10の外壁26の設けた冷媒液流入口23、冷媒液流出口24が設けられており、冷媒液が冷媒液流入口23から受熱ジャケット10に流入し、多孔質金属22の空洞部21を通って、冷媒液流出口24から流出する。多孔質金属22は、冷媒液100の流れの指向性がほとんどなく、多孔質金属22の領域全体に冷媒液100が流れる。このため、多孔質金属22の大きな表面積全体で冷媒液100へ伝熱することができ、冷媒液100の無駄を生じない。
The
受熱ジャケット10の伝熱面として従来用いられているピンフィンと比較する。同一容積に対して、多孔質金属22の伝熱面積はピンフィンの伝熱面積の数倍から数十倍多く取ることができる。ピンフィンと多孔質金属22のフィン効率の差を考慮しても、伝熱面温度と冷媒液流入口温度の温度差を発熱量で除した値で定義される熱抵抗を同じする容積は、多孔質金属22の場合は小さくでき、受熱ジャケット10の高さを低く(厚みを薄く)することができ、受熱ジャケット10を小型にできる。これにより、コンパクトな受熱ジャケット10で発熱体400は許容温度を超過することなく、冷却することができ、発熱体400が半導体素子の場合、半導体素子の動作を確保でき、装置の信頼性を向上できる。
This is compared with a pin fin conventionally used as a heat transfer surface of the
また、多孔質金属22を薄く作る方法として、次の3種類が考えられる。(1)厚めの多孔質金属をフライスで削る、(2)3Dプリンターを用いて薄い多孔質金属を成形する、(3)ロウ付け時のエロージョンを利用して多孔質金属を溶融させる。このうち(3)は切削や切断を用いないので、多孔質金属の切断面がすれる、切削後の削りカスが多孔質金属の空間に入るなど、大量生産には不向き等の課題がなく(3)の製法がより好ましい。
Moreover, the following three types can be considered as a method of making the
ここで、金属的接合25である多孔質金属22と受熱板30の接合界面には、接合用のロウ材と多孔質金属22の溶融材で構成される。特に、多孔質金属22がアルミニウムの場合、この金属的接合25のロウ材部分の成分はSi―Al合金がリッチになっている。また、多孔質金属22の高さは、多孔質金属のピッチであるポアサイズ(=多孔質金属セル数/25(単位mm))よりも、小さい値である。
Here, the bonding interface between the
図4は、本発明の一実施形態である多孔質金属22をフィンとしてモデル化し、多孔質金属22の高さの変化に対する受熱ジャケットの熱抵抗割合である。図4の横軸は多孔質金属22の高さ、縦軸は受熱ジャケット10の熱抵抗割合である。多孔質金属22をピンフィンと考えた例であり、多孔質金属22の線径は100μm、肉厚10μmの中空フィンである。受熱ジャケット10の熱抵抗割合は、多孔質金属22の高さ2mmの熱抵抗比で表している。図4から、多孔質金属22の高さが1.2mmで、熱抵抗割合は最小値をとり、多孔質金属22の高さが1.2mmよりも高い場合には熱抵抗割合は若干上昇し、1.2mmよりも低い場合では熱抵抗割合は急激に上昇する。これはフィンが低くなることで放熱面積が少なくなるためである。
FIG. 4 shows the heat resistance ratio of the heat receiving jacket with respect to a change in the height of the
以上より、多孔質金属22の高さ44を1.2mm程度とすることで、受熱ジャケット10を高性能にでき、かつコンパクトにすることができる。多孔質金属22の高さの最適値が1.2mmでは、多孔質金属セル数が20ppi(pores per inch)(1インチ(25.4mm)あたりのセル数)の場合、前述したポアサイズが1.25mmとなる。すなわち、多孔質金属22のポアサイズよりも多孔質金属22の高さの最適値が小さいことになる。この場合、多孔質金属22を成形する際に形を成さず、そのままでは受熱ジャケット10を製作できないことがわかる。本実施形態に係る製作方法については、図6を参照して後述する。
From the above, by setting the height 44 of the
図5は、本発明の一実施形態であるアルミニウム合金に対するSiの割合と、アルミニウム合金の融点の変化図である。図5の横軸はアルミニウム合金に有するSiの割合、縦軸はアルミニウム合金融点である。アルミニウム合金に含まれるSiの割合が約12%でアルミニウム合金の融点は最小値580℃となり、アルミニウム合金に含まれるSiの割合が12%より少なくなると、アルミニウム合金の融点は徐々に上昇し、アルミニウム合金に含まれるSiの割合が8%で融点は600℃、Siの割合が0%の純アルミニウムで融点は660℃となる。また、アルミニウム合金に含まれるSiの割合が12%より多くなると、アルミニウム合金に含まれるSiの割合が12%より少ない場合と同様、アルミニウム合金の融点は上昇する。しかし、アルミニウム合金に含まれるSiの割合が12%より少ない場合よりもアルミニウム合金に含まれるSiの割合が12%より多くなる場合の、アルミニウム合金の融点の上昇割合(グラフの傾き)は急である。したがって、アルミニウム合金に含まれるSiの割合が12%より少ない側で制御することで、アルミニウム合金の融点を安定して設定することができる。 FIG. 5 is a change diagram of the ratio of Si to the aluminum alloy and the melting point of the aluminum alloy according to an embodiment of the present invention. The horizontal axis in FIG. 5 is the ratio of Si in the aluminum alloy, and the vertical axis is the melting point of the aluminum alloy. When the proportion of Si contained in the aluminum alloy is about 12% and the melting point of the aluminum alloy is a minimum value of 580 ° C., when the proportion of Si contained in the aluminum alloy is less than 12%, the melting point of the aluminum alloy gradually increases, and aluminum The melting point is 660 ° C. with pure aluminum having an Si content of 8% and a melting point of 600 ° C., and an Si content of 0%. Further, when the proportion of Si contained in the aluminum alloy is greater than 12%, the melting point of the aluminum alloy increases as in the case where the proportion of Si contained in the aluminum alloy is less than 12%. However, when the proportion of Si contained in the aluminum alloy is greater than 12% than when the proportion of Si contained in the aluminum alloy is less than 12%, the rate of increase in the melting point of the aluminum alloy (the slope of the graph) is steep. is there. Therefore, the melting point of the aluminum alloy can be stably set by controlling the Si content contained in the aluminum alloy at a side smaller than 12%.
また、純アルミニウムとのロウ付けの場合、ロウ付け時に純アルミニウムがロウ材に溶け出す。ロウ材に含まれるSiの量は変わらないが、特に多孔質金属は面全体で接する受熱板の場合と異なり、無数のアルミニウム骨格とロウ材の点での接する。このため、Siが多孔質金属のアルミニウム骨格に集中し、多孔質金属を積極的に溶融させることになる。以上のことから、ロウ付け時の炉内温度を580℃〜600℃の比較的低温で行うことを考えると、ロウ付け前のロウ材であるアルミニウム合金に対するSiの割合は8〜12%程度(符号38の範囲)が妥当な値である。 In the case of brazing with pure aluminum, pure aluminum melts into the brazing material during brazing. Although the amount of Si contained in the brazing material does not change, in particular, the porous metal contacts the innumerable aluminum skeleton at the point of the brazing material, unlike the case of the heat receiving plate that contacts the entire surface. For this reason, Si concentrates on the aluminum skeleton of the porous metal, and the porous metal is actively melted. From the above, considering that the furnace temperature during brazing is relatively low, such as 580 ° C. to 600 ° C., the ratio of Si to the aluminum alloy that is the brazing material before brazing is about 8 to 12% ( The range of 38) is a reasonable value.
図6は、本発明の一実施形態である受熱ジャケット10を構成する受熱板30と多孔質金属22をロウ付けする際の雰囲気炉を用いた場合の製造方法の一連図である。
(1)部材を準備する(図6(a)参照)。部材は、多孔質金属22(例えば、5mm高さ(h)もしくは厚さ、A1000番台(A1050、融点657℃))、ロウ材29(例えば、50μm厚さ、A4000番台(A4045、融点575℃、Si割合が10%程度))、受熱板30(例えば、平板A3000番台(A3003、融点654℃))、雰囲気炉では高温でのアルミニウム部材表面に生成する酸化皮膜除去のため、ノコロックフラックス(水溶液)である。
(2)ロウ付け前の準備では、ノコロックフラックス31をロウ材29の片面、受熱板30の片面に塗布する(図6(b)参照)。
(3)ロウ付け前の固定では、上記(2)のノコロックフラックス31塗布した受熱板30、ノコロックフラックス31塗布したロウ材29、多孔質金属22の順に重ねて設置する(図6(c)参照)。
(4)ロウ付けでは、ベルト33に上記(3)で設置した受熱板30、ロウ材29、多孔質金属22の受熱ジャケット10をベルト33上に設置する。ベルト33が移動34することで、炉内温度が600℃程度となった雰囲気炉32を通過する(図6(d)参照)。
FIG. 6 is a series diagram of a manufacturing method using an atmosphere furnace when brazing the
(1) A member is prepared (see FIG. 6A). The member includes porous metal 22 (for example, 5 mm height (h) or thickness, A1000 range (A1050, melting point 657 ° C.)), brazing material 29 (for example, 50 μm thickness, A4000 range (A4045, melting point 575 ° C., Si ratio is about 10%)), heat receiving plate 30 (for example, flat plate A3000 series (A3003, melting point 654 ° C.)), nocoloc flux (aqueous solution) in order to remove the oxide film formed on the aluminum member surface at high temperature in the atmosphere furnace ).
(2) In preparation before brazing, the
(3) In fixing before brazing, the
(4) In brazing, the
この雰囲気炉32を通過する際に、受熱板30、ロウ材29、多孔質金属22の受熱ジャケット10が炉内温度と同じ温度となり、融点の低いロウ材29が解ける。雰囲気炉32のため、炉内の空気からアルミニウム表面に酸化皮膜が生成される。この酸化皮膜はロウ付けを阻害するため、ノコロックフラックス31で酸化皮膜を除去する。例えば、ロウ材29はA4000番台であり、Siを10%含有している。ロウ材29が溶融することで、Siが析出し、A1000番台の多孔質金属22、A3000番台の受熱板30へSiが拡散する。特に多孔質金属22は、気孔率が90%〜97%程度であり、熱容量が金属固体である受熱板30よりも小さいため、多孔質金属22側にSiの拡散が大きくなる。これにより多孔質金属22がSiと共晶化し、多孔質金属22の素材であるA1000番台の融点よりも低い温度、ほぼロウ材29と同じ温度で溶融するエロージョンが生じる。これにより、多孔質金属22はロウ材29の界面に溶融し、多孔質金属22の高さが徐々に低くなる。
When passing through the
一方、多孔質金属22はA1000番台のアルミニウムであり、溶融した多孔質金属22のアルミニウムがロウ材29に入り込むため、ロウ材29のSiの割合が低下し、図5で説明したように、アルミニウム合金に対するSiの割合が減少すると、アルミニウム合金の融点が上昇し、炉内温度となるアルミニウム合金の融点を持つSiの割合で、上記エロージョンは停止する。例えば、厚さ50μmに占めるSiの割合は、ロウ材29はA4045では10%である。炉内温度が600℃であれば、アルミニウム合金のSiの割合は8%である。前述したように多孔質金属22とロウ材29の界面では、無数の多孔質金属のアルミニウム骨格とロウ材の点で接する。このため、Siが多孔質金属のアルミニウム骨格に集中し、多孔質金属22を積極的に溶融させる。多孔質金属22の気孔率は95%(アルミニウム充填率は5%)であれば、多孔質金属22のアルミニウムがロウ材内のSiと共晶化に、多孔質金属22とロウ材29の界面での融点を下げる。これにより、多孔質金属22は純アルミニウムの融点660℃以下の温度で溶解する。多孔質金属22の溶解したロウ付け部では、ロウ材29部分の成分がSi−Al合金がリッチな状態になっており、ロウ材29の厚さは多孔質金属22が溶融したアルミニウムを含んでいるため、初期のロウ材29の厚さより厚くなっている。
On the other hand, the
また、ロウ付け後の多孔質金属22の厚さは多孔質金属22のポアサイズより小さな値となり、多孔質金属22の高さを低く(厚さを薄く)できる。さらに、多孔質金属の厚さを小さくする際に、多孔質金属に荷重を加え、多孔質金属を厚さ方向に潰さないため、多孔質金属の骨格形状がロウ付け前の初期の多孔質金属と同じ形状で、気孔率も変化しない。すなわち、多孔質金属を潰すことで、多孔質金属の骨格形状が密になり、気孔率が減少することで、冷媒液を受熱ジャケットに流す際に圧力損失の大幅な増加が考えられ、液冷システムのポンプでの動作流量が少なくなり、液冷システムの冷却性能の低下する懸念がある。一方、本実施形態のように、多孔質金属を溶融させる場合は、冷媒液を受熱ジャケットに流す際に圧力損失の増加はなく、液冷システム1のポンプでの動作流量も設計通りに予測でき、液冷システム1の冷却性能の低下は存在しない。
(5)ロウ付け後、受熱ジャケット10を十分に冷却させることで、受熱ジャケット10が完成する(図6(e)参照)。
Moreover, the thickness of the
(5) After brazing, the
本実施形態の場合、多孔質金属22のポアサイズをDporeとすると、当初、多孔質金属22の高さhは、例えばDpore×3倍を超えるものであったが(図6(a)参照)、ロウ付け後には、多孔質金属22の高さhは、Dpore未満になっていることが特徴である(図6(e)参照)。
In the case of the present embodiment, when the pore size of the
次に、多孔質金属の製法の一例を説明する。
[基体]
基体は、三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連結する気孔が形成される三次元網目状構造体を用いる。この基体は骨格表面にアルミニウム粉末および/またはアルミニウム合金粉末を付着させて担持するものであり、加熱されて分解、消失すべきものであることから、樹脂により構成される。具体的には、基体としてポリウレタンフォームが最も一般的に用いられるが、他にシリコーン樹脂、ポリエステル樹脂のフォームなどを用いることができる。
Next, an example of a method for producing a porous metal will be described.
[Substrate]
The substrate uses a three-dimensional network structure having a skeleton that is three-dimensionally connected and pores that are three-dimensionally connected by the skeleton. This substrate is supported by adhering aluminum powder and / or aluminum alloy powder to the surface of the skeleton, and is composed of a resin because it should be decomposed and disappeared by heating. Specifically, polyurethane foam is most commonly used as the substrate, but silicone resin, polyester resin foam, and the like can also be used.
[アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末]
基体の樹脂骨格に付着させる粉末は、熱伝導率および比重のバランスよりアルミニウム粉末を用いるが、アルミニウム粉末に替えて、アルミニウムを強化する成分を予め合金化したアルミニウム合金粉末を用いてもよい。例えば、AlにCu、Mn、Mg、Si等の合金化元素を予合金化したアルミニウム合金粉末を用いた場合は、アルミニウム系多孔質体の骨格がアルミニウム合金で形成され、アルミニウム系多孔質体の強度を向上させることができる。AlにCu、Mn、Mg、Si等の合金化元素を添加することにより、熱伝導率はAl単体の場合よりも低下するが、ベース金属がAlであるため、充分に高い熱伝導率を維持することができる。アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、一般的なもの、すなわち表面に10Å程度の酸化被膜(アルミナ:Al2O3)を有するものを用いる。
[Aluminum powder or aluminum alloy powder]
As the powder to be adhered to the resin skeleton of the substrate, aluminum powder is used in view of the balance of thermal conductivity and specific gravity, but aluminum alloy powder in which a component that strengthens aluminum is previously alloyed may be used instead of aluminum powder. For example, when aluminum alloy powder in which alloying elements such as Cu, Mn, Mg, and Si are prealloyed is used for Al, the skeleton of the aluminum-based porous body is formed of the aluminum alloy, and the aluminum-based porous body Strength can be improved. By adding alloying elements such as Cu, Mn, Mg, and Si to Al, the thermal conductivity is lower than that of Al alone, but the base metal is Al, so it maintains a sufficiently high thermal conductivity. can do. As the aluminum powder or aluminum alloy powder, a general one, that is, a powder having an oxide film (alumina: Al2O3) of about 10 mm on the surface is used.
基体の樹脂骨格に付着させるアルミニウム粉末および/またはアルミニウム合金粉末は、細い基体の樹脂骨格表面に密に付着できることから微細なものが好ましい。粉末が大きくなると基体の樹脂骨格表面に密に付着させることが難しくなるとともに、粉末の質量が増加することにより、基体の樹脂骨格表面に付着し難く、脱落し易くなる。この観点からアルミニウム粉末および/またはアルミニウム合金粉末は、平均粒径が50μm以下のものを用いることが好ましい。さらに、平均粒径が50μm以下であるとともに、粒径が100μmを超える粉末を含まないものであることが好ましい。ただし、Alは活性な金属であるため、あまりに微細な粉末は取扱いが難しくなる。この観点からアルミニウム粉末および/またはアルミニウム合金粉末は、平均粒径が1μm以上のものを用いることが好ましい。 The aluminum powder and / or aluminum alloy powder to be adhered to the resin skeleton of the substrate is preferably a fine one because it can adhere closely to the surface of the resin skeleton of the thin substrate. As the powder becomes larger, it becomes difficult to adhere closely to the resin skeleton surface of the substrate, and due to the increase in the mass of the powder, it becomes difficult to adhere to the resin skeleton surface of the substrate and easily falls off. From this viewpoint, it is preferable to use an aluminum powder and / or an aluminum alloy powder having an average particle size of 50 μm or less. Furthermore, it is preferable that the average particle size is 50 μm or less and does not contain powder having a particle size exceeding 100 μm. However, since Al is an active metal, it is difficult to handle an excessively fine powder. From this viewpoint, it is preferable to use an aluminum powder and / or an aluminum alloy powder having an average particle size of 1 μm or more.
[付着工程]
基体の樹脂骨格へアルミニウム粉末および/またはアルミニウム合金粉末を付着させるにあたっては、従来から行われている各種方法を適用することができる。以下に代表的な方法を記載する
(1)湿式法
アルミニウム粉末および/またはアルミニウム合金粉末を分散媒中に分散させた分散液を作成し、この分散液中に基体を浸漬した後、基体を乾燥させる方法である。分散媒としては、アルコール等の揮発性を有する液体や水を溶媒とし、これに結着剤を溶解した液を用いることができる。この場合、粉末が沈降しないよう分散媒に分散剤を添加してもよい。また、分散媒としては、フェノール樹脂等の高分子有機物の溶液を用いてもよい。
(2)乾式法
基体表面にアクリル系、ゴム系等の粘着剤溶液またはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、フラン樹脂等接着性の樹脂溶液を塗布することにより粘着性を付与し、粉体中で基体を揺動させるか、あるいは基体に粉体をスプレイする等の方法により、骨格表面に粉体を被着させる方法である。
[Adhesion process]
Various conventional methods can be applied to adhere the aluminum powder and / or aluminum alloy powder to the resin skeleton of the substrate. The following describes typical methods. (1) Wet method A dispersion is prepared by dispersing aluminum powder and / or aluminum alloy powder in a dispersion medium, and the substrate is immersed in this dispersion, and then the substrate is dried. It is a method to make it. As the dispersion medium, a liquid having a volatile property such as alcohol or water as a solvent and a binder dissolved therein can be used. In this case, a dispersant may be added to the dispersion medium so that the powder does not settle. Moreover, as a dispersion medium, you may use the solution of high molecular organic substances, such as a phenol resin.
(2) Dry method Acrylic or rubber adhesive solution or adhesive resin solution such as phenol resin, epoxy resin, furan resin, etc. is applied to the surface of the substrate to provide adhesiveness. In this method, the powder is deposited on the surface of the skeleton by rocking or spraying the powder on the substrate.
[加熱工程]
骨格表面にアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を付着させた基体は、非酸化性雰囲気中で、アルミニウム粉末および/またはアルミニウム合金粉末の融点以上に加熱される。この融点までの昇温過程で樹脂製の基体は分解し除去されて消失する。
[Heating process]
The substrate on which the aluminum powder or the aluminum alloy powder is adhered to the surface of the skeleton is heated to a temperature higher than the melting point of the aluminum powder and / or the aluminum alloy powder in a non-oxidizing atmosphere. In the process of raising the temperature to the melting point, the resin substrate is decomposed and removed to disappear.
加熱温度がアルミニウム(融点:660.4℃)もしくはアルミニウム合金の融点を超えると、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末が内部で溶融する。すなわち、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面は酸化被膜(アルミナ:Al2O3)で覆われており、アルミナの融点は2072℃と高いためアルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面の酸化被膜が溶融せず、これらの粉末の内部が溶融する。このようにして内部で溶融したアルミニウムまたはアルミニウム合金は、粉末の表面の酸化被膜を破って粉末表面に濡れて覆うとともに、各粉末から発生した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が混ざり合い結合する。このとき粉末表面に形成されていた酸化被膜が代用骨格となり、骨格の形状を維持するとともに、互いに結合した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金の表面張力により骨格表面は比較的滑らかとなりネック部が消失して連続する金属表面となる。 When the heating temperature exceeds the melting point of aluminum (melting point: 660.4 ° C.) or aluminum alloy, the aluminum powder or aluminum alloy powder melts inside. That is, the surface of the aluminum powder or aluminum alloy powder is covered with an oxide film (alumina: Al 2 O 3), and the melting point of alumina is as high as 2072 ° C., so the oxide film on the surface of the aluminum powder or aluminum alloy powder does not melt. The inside of the powder melts. The aluminum or aluminum alloy thus melted inside breaks the oxide film on the surface of the powder and wets and covers the powder surface, and the molten aluminum or molten aluminum alloy generated from each powder is mixed and bonded. At this time, the oxide film formed on the powder surface becomes a substitute skeleton, maintains the shape of the skeleton, and the surface tension of the molten aluminum or molten aluminum alloy bonded to each other makes the skeleton surface relatively smooth and the neck portion disappears. It becomes a continuous metal surface.
一方、加熱温度がアルミニウム若しくはアルミニウム合金の融点未満の場合には、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の表面に形成された強固な酸化被膜がバリヤとなって、アルミニウム粉末どうし、またはアルミニウム合金粉末どうしの拡散による接合を阻害して焼結が進行しない。 On the other hand, when the heating temperature is lower than the melting point of aluminum or aluminum alloy, a strong oxide film formed on the surface of aluminum powder or aluminum alloy powder becomes a barrier, and diffusion between aluminum powders or aluminum alloy powders Sintering does not proceed due to hindering the joining.
加熱工程における雰囲気が大気等の酸化性の雰囲気であると、粉末表面の酸化被膜を破って露出した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が直ちに酸化され、粉末表面に濡れて覆い、各粉末から発生した溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が混ざり合うことが阻止され、粉末どうしの結合が阻害される。このため、加熱工程における雰囲気は窒素ガス、不活性ガス等の非酸化性の雰囲気とすることが望ましい。なお、上記の加熱工程は、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面の酸化被膜を除去することは目的ではないため、水素ガスもしくは水素混合ガス等の還元性の雰囲気である必要はないが、還元性の雰囲気は非酸化性の雰囲気であるため、還元性の雰囲気としてもよい。また、圧力が10−3Pa以下の減圧雰囲気(真空雰囲気)としてもよい。 When the atmosphere in the heating process is an oxidizing atmosphere such as air, the molten aluminum or molten aluminum alloy exposed by breaking the oxide film on the powder surface is immediately oxidized and wetted to cover the powder surface, and the melting generated from each powder Mixing of aluminum or molten aluminum alloy is prevented, and bonding between the powders is hindered. For this reason, it is desirable that the atmosphere in the heating step be a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen gas or inert gas. The above heating step is not intended to remove the oxide film on the surface of the aluminum powder or aluminum alloy powder, so it is not necessary to be in a reducing atmosphere such as hydrogen gas or a hydrogen mixed gas. Since this atmosphere is a non-oxidizing atmosphere, it may be a reducing atmosphere. Moreover, it is good also as a pressure reduction atmosphere (vacuum atmosphere) whose pressure is 10 < -3 > Pa or less.
なお、加熱温度は基体に付着させたアルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の融点を超える温度であれば粉末を溶融できるが、融点を大きく超える温度で加熱するとその分余分なエネルギーが必要となるとともに、溶融したアルミニウムもしくはアルミニウム合金の粘度が低下して型崩れが生じ易くなることから、加熱温度は融点+100℃までとすることが好ましい。 The heating temperature can be melted as long as the temperature exceeds the melting point of the aluminum powder or aluminum alloy powder adhered to the substrate. However, heating at a temperature greatly exceeding the melting point requires extra energy and melting. The heating temperature is preferably up to the melting point + 100 ° C., because the viscosity of the aluminum or aluminum alloy is lowered and the mold is likely to lose its shape.
前記の製造方法によって製造したアルミニウム系多孔質体の三次元網目状構造は、樹脂製基体の三次元網目状構造がそのまま維持されたものとなる。したがって、樹脂製基体の三次元網目状構造を変更することで、アルミニウム系多孔質体の三次元網目状構造を変更することができ、アルミニウム系多孔質体全体の気孔率、気孔の大きさを所望のものに調整することが可能である。具体的には、気孔率は85〜95%のものとすることができ、気孔の大きさは30〜4000μmのものとすることができ、6〜80ppi(セル数/25.4mm)の多孔質体を容易に製造することができる。 The three-dimensional network structure of the aluminum-based porous body manufactured by the above manufacturing method is the one in which the three-dimensional network structure of the resin base is maintained as it is. Therefore, by changing the three-dimensional network structure of the resin substrate, the three-dimensional network structure of the aluminum porous body can be changed, and the porosity and pore size of the entire aluminum porous body can be changed. It is possible to adjust to the desired one. Specifically, the porosity can be 85 to 95%, the pore size can be 30 to 4000 μm, and the porosity is 6 to 80 ppi (cell number / 25.4 mm). The body can be manufactured easily.
なお、アルミニウム合金によりアルミニウム系多孔質体を構成する場合において、原料粉末としてAlと共晶液相を発生する成分(Cu、Mg等)を単味粉末あるいはアルミニウム合金粉末として、アルミニウム粉末に添加したアルミニウム系混合粉末を用い、三次元網目状構造を有する樹脂製の基体の表面にアルミニウム系混合粉末を付着させ、共晶液相が発生する温度で焼結を行う方法が考えられるが、この方法では、アルミニウム系多孔質体中の成分元素の分布が不均一となるとともに、骨格内部にアルミニウムの酸化物が分散せず、所望の強度を得ることが難しい。 In the case of forming an aluminum-based porous body with an aluminum alloy, a component (Cu, Mg, etc.) that generates a eutectic liquid phase with Al as a raw material powder was added to the aluminum powder as a simple powder or an aluminum alloy powder. A method of using an aluminum-based mixed powder, attaching the aluminum-based mixed powder to the surface of a resin substrate having a three-dimensional network structure, and sintering at a temperature at which a eutectic liquid phase is generated can be considered. Then, the distribution of the component elements in the aluminum-based porous body is not uniform, and the aluminum oxide is not dispersed inside the skeleton, so that it is difficult to obtain a desired strength.
これに対して、前述のように予め成分元素をAl中に合金化させたアルミニウム予合金粉末を用いることにより、アルミニウム系多孔質体中の成分元素の分布が均一となる。また、製法に起因するアルミニウムの酸化物が骨格内部に分散する。このため、アルミニウム系混合粉末を用いて共晶液相により焼結する方法に比して、高い強度を得ることができる。 On the other hand, the distribution of the component elements in the aluminum-based porous body becomes uniform by using the aluminum prealloy powder in which the component elements are previously alloyed in Al as described above. In addition, aluminum oxide resulting from the manufacturing method is dispersed inside the skeleton. For this reason, high intensity | strength can be acquired compared with the method of sintering by a eutectic liquid phase using aluminum type mixed powder.
また、前記加熱工程時に、多孔質金属に比較的高速なガスを吹き付けや、遠心力や多孔質金属自身の自重により、金属形状の前面部を曲面に、後面部を長細い形状に変化させることができる。 Also, during the heating step, a relatively high-speed gas is blown onto the porous metal, or the metal-shaped front part is changed to a curved surface and the rear part is changed to a long and thin shape by centrifugal force or the weight of the porous metal itself. Can do.
なお、前述の製法以外の鋳型等の製法においても、スポンジ状で金属と空間から成る多孔質金属を生成できる。 It should be noted that porous metal made of a metal and a space can also be produced by a method for producing a mold other than the above-mentioned production methods.
図7は、本発明の実施形態である受熱ジャケット10を構成する受熱板30と多孔質金属22をロウ付けする際の真空炉を用いた場合の製造方法の一連図である。図6の実施例と異なる箇所のみを説明する。
(1)部材の準備では、真空炉を用いるため、高温でのアルミニウム部材表面に生成する酸化皮膜除去のためのノコロックフラックス(水溶液)は不要であり、ロウ付け前の準備では、ノコロックフラックスをロウ材29の片面、受熱板30の片面に塗布する必要はない(図7(a)参照)。
(2)ロウ付け前の固定では、受熱板30、ロウ材29、多孔質金属22の順に重ねて設置する(図7(b)参照)。
(3)ロウ付けでは、真空炉35に(2)で重ねた受熱板30、ロウ材29、多孔質金属22の受熱ジャケット10を設置する(図7(c)参照)。真空炉35の炉内温度が600℃程度で、受熱板30、ロウ材29、多孔質金属22の受熱ジャケットも同じ温度となる。融点の低いロウ材29が解ける。真空炉35では空気が存在しないため、酸化皮膜が生成されない。
(4)ロウ付け後、受熱ジャケット10を十分に冷却させることで、受熱ジャケット10が完成する(図7(d)参照)。
FIG. 7 is a series diagram of a manufacturing method using a vacuum furnace when brazing the
(1) Since a vacuum furnace is used in the preparation of the member, no coloc flux (aqueous solution) is required to remove the oxide film formed on the surface of the aluminum member at a high temperature. Is not required to be applied to one side of the
(2) In fixing before brazing, the
(3) In brazing, the
(4) After brazing, the
図8は、本発明の実施形態である水冷ジャケットの例であり、(a)はロウ付け後の多孔質金属22を搭載した受熱板30周りの側面図であり、(b)はその拡大図である。受熱ジャケット10は、図6、図7で説明した製造方法で製作され、多孔質金属22は受熱板30に金属的接合(ロウ付け)25される。この受熱ジャケット10のロウ材部の詳細39を観察するために、拡大図を図8(b)に示す。
FIG. 8 is an example of a water-cooling jacket according to an embodiment of the present invention, in which (a) is a side view around the
ロウ材部の詳細39では、ロウ付け後の多孔質金属22の厚さ40(高さh)は、多孔質金属22のポアサイズ42より小さな値である。ロウ付け後のロウ材の厚さ41は前述の通り、ロウ付け前のロウ材の厚さより大きな値である。これは多孔質金属22がロウ材に含まれるSiと共晶化し、多孔質金属22の素材であるアルミニウムよりも低融点で溶融し、ロウ材に解け込むためである。また、多孔質金属22の骨格が接するロウ材近傍では、Si−Al合金がリッチ43となる。さらに、ロウ付け後の多孔質金属22の骨格の形状は、ロウ付け前の多孔質金属22の骨格の形状と同じであり、多孔質金属22の厚さ方向に荷重を加えて多孔質金属22を変形させて、多孔質金属の高さを低くした構造でないことがわかる。これにより、多孔質金属22の骨格形状が密になり、気孔率が減少することがなく、冷媒液を受熱ジャケット10に流す際に圧力損失の増加はなく、液冷システム1のポンプ200での動作流量も設計通りに予測でき、液冷システム1の冷却性能の低下は存在しない。
In the
図9は、本発明の他の一実施形態であるパワーモジュールの代表例として、半導体素子の熱を受熱ジャケット10に伝熱する液冷システムの受熱ジャケット断面図であり、受熱ジャケット10はOリング27により封止された場合である。パワーモジュールはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワーデバイス402を絶縁基板1001に半田などで接合したものであり、自動車や鉄道車両等の走行制御用に用いられ、搭載される。このパワーデバイス402の熱を輸送する際に、液冷システム1が用いられる。この液冷システム1の中の受熱ジャケット10がパワーモジュールに熱伝導性グリス500を介して接続される。受熱ジャケット10の内部には多孔質金属22が搭載され、外壁26はOリング27と固定ねじ28で受熱ジャケット10として一体化される。冷媒液流入口、冷媒液流出口は記載していないが、冷媒液が冷媒液流入口から受熱ジャケット10へ流入し、冷媒液流出口から流出する。以上から、パワーデバイス402の熱を小型の受熱ジャケット10の多孔質金属22に伝え、冷媒液により熱輸送できる。これにより、パワーデバイス402の許容温度を超過することなく、冷却することができ、パワーデバイス402の動作を確保でき、装置の信頼性を向上できる。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a heat receiving jacket of a liquid cooling system that transfers heat of a semiconductor element to the
図10は、本発明の多孔質金属22を利用した液冷システム1が適用される電子装置について、内部構造の一例としてその蓋体を外した状態を示す斜視図である。図11は、図10のサーバ筐体内の液冷システム1の配置状態を説明するための上面図である。
FIG. 10 is a perspective view showing an electronic device to which the
一般に、そのメンテナンス性を考慮して、例えば、一方の面(本例では図の右側に示す前面側)に複数(本例では3個)の大容量の記録装置であるハードディスクドライブ51が設けられており、その後方には、やはり筐体内で発熱源となるこれらのハードディスクドライブを空冷するための複数(本例では4個)の冷却ファン710が取り付けられている。そして、サーバ筐体5の他方の面との間(すなわち、後方の空間には、やはり冷却ファン711と共に、電源や通信手段のインターフェイスであるLAN等を収納したブロック54が設けられており、さらに、その残りの空間には、その表面に複数の発熱源である半導体素子を搭載した回路基板1000が配置されている。液冷システム1は前述したように小型の受熱ジャケット10、ラジエータ160、ポンプ200、およびそれらを繋ぐ配管300で構成されている。複数の発熱源である半導体素子は小型の受熱ジャケット10に熱伝導性グリス500を介して取り付けられる。半導体素子の熱を小型の受熱ジャケット10から冷媒液でラジエータ160まで伝え、ラジエータ160から冷却ファン710により空気に伝え、サーバ筐体5から大気へ放出する。
In general, considering the maintainability, for example, a plurality of (three in this example) hard disk drives 51, which are large-capacity recording devices, are provided on one side (in this example, the front side shown on the right side of the figure). A plurality of (four in this example) cooling
2個の半導体素子403には、前述した本発明の液冷システム1が2セット設けられている。すなわち、2組の半導体素子403の表面には、その間に塗布した熱伝導性グリス500を介して前記受熱ジャケット10の底面、側面に接続させており、良好な熱的接合を確保している。さらに、液冷システム1を構成するラジエータ160が、ハードディスクドライブ51を空冷するための4個の冷却ファン710の背後に配置されている。すなわち、液冷システム1を構成するラジエータ160が、冷却ファン710によって外部から供給される空気(冷却風)の通路に沿って並んで配置されている。すなわち、ラジエータ320が、冷却ファン710の列に平行に並んで取り付けられている。
The two
このように、前述した電子装置の構造では、そのサーバ筐体5内に組み込まれる他の装置の冷却手段である冷却ファン710を、本発明の液冷システム1を構成するラジエータ160の冷却手段(冷却ファン)として利用(または、共用)している。このことによれば、筐体内の発熱源である半導体素子403を、専用の冷却ファンを有することなく、換言すれば、比較的簡単で安価であり、かつ、効率的かつ確実に冷却することが可能となる。また、本発明の液冷システム1を利用することによれば、熱交換効率が比較的高く、かつ、その比較的簡単な構造によって、高密度実装が要求されるサーバなどの電子装置においても、自由度の高い配置が可能となる。
As described above, in the structure of the electronic device described above, the cooling
また、液冷システム1を構成するラジエータ160は、複数の冷却ファン710の排気面を覆うように配置されている。なお、かかる構成によれば、いずれかの冷却ファン710が故障により停止しても、残りの冷却ファン710により生ずる冷却風によりラジエータ160の冷却が継続され、すなわち、冗長性を確保することが出来ることから、電子装置の冷却システムの構造として好適である。ラジエータ160に対向する面積が小さい冷却ファン710の側に寄せることにすれば、いずれかの冷却ファン710の故障による停止に対し、さらに、その冗長性を向上することができる。以上より高信頼な電子機器装置システムを提供できる。
Further, the
本実施形態では、例えば、図3の構成によって、発熱体400に熱伝導性グリス500等を介して、熱的に接している外壁26である受熱板30と、多孔質金属22を金属的接合25(例えばロウ付け)し、多孔質金属22と受熱板30である固体金属の界面がロウ材と多孔質金属22の溶融材とすることで、受熱板30と多孔質金属22の伝熱を良好にできる。また、ロウ付け後の多孔質金属22の形状や気孔率をロウ付け前の多孔質金属22と同じ形状を保持し、多孔質金属22の高さは、多孔質金属22のピッチであるポアサイズより低い高さにすることで、受熱ジャケット10を小型にでき、液冷システムのコンパクト化が可能となる。
In the present embodiment, for example, with the configuration of FIG. 3, the
図3では、受熱板30が1つの場合について説明したが、これに限定されるわけではない。例えば、受熱板30が複数の場合について、図12、図13を参照して説明する。
In FIG. 3, the case where there is one
図12は、受熱板が複数の場合の受熱ジャケット10Aの断面図である。図3と同一機能については、同一符号を付して説明を省略する。受熱ジャケット10Aは、受熱板30が図の上下に2つ有しており、各受熱板30は、多孔質金属22と金属的接合25(例えばロウ付け)し、多孔質金属22と受熱板30である固体金属の界面がロウ材と多孔質金属の溶融材とすることで、受熱板30と多孔質金属22の伝熱を良好にできる。
FIG. 12 is a cross-sectional view of the
図13は、3相分の半導体モジュールに本実施形態の受熱ジャケット10,10Aを適用した例を示す説明図である。図13に示す半導体モジュールの発熱体400a,400b,400cは、対向する両面に冷却面を有している。3相分の半導体モジュールを効率よく冷却するために、図の左右端には図3の受熱ジャケット10を配置し、中央部には図13の受熱ジャケット10Aを配置した。これにより、発熱体400aは、受熱ジャケット10,10Aで冷却できる。発熱体400bは、受熱ジャケット10A,10Aで冷却できる。発熱体400cは、受熱ジャケット10A,10で冷却できる。図13の実施形態によれば、3相分の半導体モジュールを効率よく冷却することができる。
FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example in which the
1 液冷システム
5 サーバ筐体
10 受熱ジャケット
20 微細線材
21 空洞部
22 多孔質金属
23 冷媒液流入口
24 冷媒液流出口
25 金属的接合(ロウ付け)
26 外壁
27 Oリング
28 固定ねじ
29 ロウ材
30 受熱板
31 ノコロックフラックス
32 雰囲気炉
33 ベルト
34 移動
35 真空炉
38 ロウ付け前のロウ材であるアルミニウム合金に対するSiの割合
39 ロウ材部の詳細
40 ロウ付け後の多孔質金属の厚さ
41 ロウ付け後のロウ材の厚さ
42 真空炉
43 Si−Al合金がリッチ
51 ハードディスクドライブ
54 LANを収納したブロック
100 冷媒液
110 空気
160 ラジエータ
161 扁平管
162 ヘッダ
163 放熱フィン
200 ポンプ
300 配管
400 発熱体(冷却対象物)
402 パワーデバイス
403 半導体素子
500 熱伝導性グリス
710,711 冷却ファン
1000 回路基板
1001 絶縁基板
DESCRIPTION OF
26 Outer wall 27 O-
402
Claims (5)
前記受熱ジャケットは、前記発熱体からの熱を受熱し固体金属からなる受熱板を備え、
前記受熱板と前記多孔質金属とがロウ材で接合されおり、
前記多孔質金属と前記受熱板の界面は、前記ロウ材と前記多孔質金属の溶融材で構成され、
接合後の前記多孔質金属の高さは、前記多孔質金属のピッチであるポアサイズより低い高さである
ことを特徴とする受熱ジャケット。 A heat receiving jacket for a liquid cooling system that contains porous metal inside and receives heat from a heating element,
The heat receiving jacket includes a heat receiving plate that receives heat from the heating element and is made of a solid metal,
The heat receiving plate and the porous metal are joined with a brazing material,
The interface between the porous metal and the heat receiving plate is composed of the brazing material and the molten material of the porous metal,
The heat-receiving jacket, wherein the height of the porous metal after joining is lower than a pore size that is a pitch of the porous metal.
ことを特徴とする請求項1に記載の受熱ジャケット。 The heat receiving jacket according to claim 1, wherein the heat receiving plate and the outer wall covering the porous metal are fixed through brazing or an O-ring sealing material.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の受熱ジャケット。 The heat receiving jacket according to claim 1, wherein at least a plurality of the heat receiving plates are provided.
ことを特徴とする液冷システム。 The heat receiving jacket according to any one of claims 1 to 3, a refrigerant supply pump that supplies a refrigerant to the heat receiving jacket, heat of the refrigerant from the heat receiving jacket, and after the heat dissipation A liquid cooling system comprising: a heat dissipation radiator that supplies the refrigerant to the refrigerant supply pump.
前記受熱板に、Siを含むロウ材と、厚さがポアサイズよりも厚い多孔質金属とを積層する積層工程と、
前記積層工程により得られた積層体を、前記ロウ材の融点以上、かつ、前記多孔質金属および前記受熱板の融点以下の温度に保持することにより、厚さが前記多孔質金属のポアサイズよりも薄い多孔質金属がロウ付けされた受熱板を得るロウ付け工程と、を有する
ことを特徴とする受熱ジャケットの製造方法。 A method for producing a heat receiving jacket of a liquid cooling system comprising a heat receiving plate made of a solid metal and a porous metal,
A lamination step of laminating a brazing material containing Si and a porous metal having a thickness larger than the pore size on the heat receiving plate;
By maintaining the laminated body obtained by the laminating step at a temperature not lower than the melting point of the brazing material and not higher than the melting points of the porous metal and the heat receiving plate, the thickness is smaller than the pore size of the porous metal. And a brazing step of obtaining a heat receiving plate on which a thin porous metal is brazed.
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