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JP2019201026A - Heat receiving jacket, liquid cooling system, and manufacturing method for heat receiving jacket - Google Patents

Heat receiving jacket, liquid cooling system, and manufacturing method for heat receiving jacket Download PDF

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JP2019201026A
JP2019201026A JP2018092877A JP2018092877A JP2019201026A JP 2019201026 A JP2019201026 A JP 2019201026A JP 2018092877 A JP2018092877 A JP 2018092877A JP 2018092877 A JP2018092877 A JP 2018092877A JP 2019201026 A JP2019201026 A JP 2019201026A
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heat receiving
porous metal
heat
receiving jacket
jacket
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JP2018092877A
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Japanese (ja)
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近藤 義広
Yoshihiro Kondo
義広 近藤
田中 俊明
Toshiaki Tanaka
俊明 田中
孝広 地主
Takahiro Jinushi
孝広 地主
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Resonac Corp
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Hitachi Chemical Co Ltd
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Abstract

To provide a heat receiving jacket that can improve a liquid cooling effect and be made to be compact.SOLUTION: A heat receiving jacket 10 of the present invention is a heat receiving jacket for a liquid cooling system, the heat receiving jacket housing porous metal 22 inside to receive heat of an exothermic body 400 (cooling target). The heat receiving jacket 10 comprises a heat receiving plate 30 that receives heat from the exothermic body 400 and made from solid metal. The heat receiving plate 30 and the porous metal 22 are joined using solder material. A boundary surface between the porous metal 22 and the heat receiving plate 30 is configured by fusion material of the solder material and porous metal. The height of the porous metal 22 after the joining is smaller than a pore size, a pitch of the porous metal 22.SELECTED DRAWING: Figure 3

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 Patent Document 1, a brazing material (Al—Si alloy; BA4343) containing Si is disposed between a solid metal plate and a porous metal, and brazing is performed by heating to 590 to 610 ° C. There is a description to do. However, FIG. 6 shows a structure in which the height of the porous metal after brazing is larger than the pore size of the porous metal.

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。   Patent Document 2 describes a water-cooled heat sink in which a porous metal member is brazed to a copper plate, and a method for manufacturing the water-cooled heat sink. An oxygen-free copper base material at a temperature of 800 ° C. using a brazing material having a melting temperature of about 800 ° C., in which a brazing material not containing Si and a porous metal are arranged on the heat receiving plate in the order of brazing material and porous metal. And a laminating process for brazing copper and porous copper with a brazing material containing no Si.

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。   Patent Document 3 describes a composite plate obtained by laminating a copper plate, a copper porous foam metal, and a brazing material (JISZ3264 BCUP-4) not containing Si and brazing at a temperature of 720 ° C.

特開昭63−076758公報JP 63-077658 特開2016−179491公報JP 2006-179491 A 特開2006−344500公報JP 2006-344500 A

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, Patent Documents 1 to 3 all relate to a method for joining a porous metal and a metal plate, but the single-layer refrigerant liquid circulation in which only a single layer (liquid) of the refrigerant liquid is circulated. There is no description regarding high performance and compactness when a porous metal is used for the heat receiving part of the cooling module. Therefore, the patent document has a high heat transfer coefficient in a liquid cooling system or the like, does not have a porous metal structure considering fin efficiency, and cannot improve the performance of a heat receiving jacket for a liquid cooling system. That is, the structure of the porous metal after brazing is further reduced to a structure in which the height of the porous metal is smaller than the pore size of the porous metal while maintaining the shape and porosity of the porous metal before brazing. There is no description of a manufacturing method that can achieve the above, and no consideration is given to high performance and compactness of a liquid cooling system equipped with a porous metal.

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.

本発明の一実施形態である発熱体に受熱ジャケットを接続した液冷システムの斜視図である。It is a perspective view of the liquid cooling system which connected the heat receiving jacket to the heat generating body which is one Embodiment of this invention. 図1の受熱ジャケット周りの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view around a heat receiving jacket of FIG. 1. 図2の受熱ジャケットのA−A断面図である。It is AA sectional drawing of the heat receiving jacket of FIG. 本発明の一実施形態である多孔質金属をフィンとしてモデル化し、多孔質金属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。It is a heat resistance ratio of the heat receiving jacket with respect to a change in the height of the porous metal, modeling the porous metal as an embodiment of the present invention as a fin. 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。It is a change figure of the ratio of Si with respect to the aluminum alloy which is one Embodiment of this invention, and melting | fusing point of an aluminum alloy. 本発明の一実施形態である受熱ジャケットを構成する受熱板と多孔質金属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。It is a series figure of the manufacturing method at the time of using the heat receiving board which comprises the heat receiving jacket which is one Embodiment of this invention, and the atmospheric furnace at the time of brazing a porous metal. 本発明の実施形態である受熱ジャケットを構成する受熱板と多孔質金属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。It is a series figure of the manufacturing method at the time of using the heat receiving board which comprises the heat receiving jacket which is embodiment of this invention, and the vacuum furnace at the time of brazing a porous metal. 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を搭載した受熱板周りの側面図であり、(b)はその拡大図である。It is an example of the water cooling jacket which is embodiment of this invention, (a) is a side view around the heat-receiving board which mounted the porous metal after brazing, (b) is the enlarged view. 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、受熱ジャケットはOリングにより封止された場合である。As a typical example of a power module according to another embodiment of the present invention, a heat receiving jacket sectional view of a liquid cooling system for transferring heat of a semiconductor element to a heat receiving jacket, where the heat receiving jacket is sealed by an O-ring. It is. 本発明の多孔質金属を利用した液冷システム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。It is a perspective view which shows the state which removed the cover body as an example of an internal structure about the electronic device to which the liquid cooling system using the porous metal of this invention is applied. 図10のサーバ筐体内の液冷システムの配置状態を説明するための上面図である。It is a top view for demonstrating the arrangement | positioning state of the liquid cooling system in the server housing | casing of FIG. 受熱板が複数の場合の受熱ジャケットの断面図である。It is sectional drawing of a heat receiving jacket in case there are two or more heat receiving plates. 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を適用した例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example which applied the heat receiving jacket of this embodiment to the semiconductor module for 3 phases.

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 liquid cooling system 1 in which a heat receiving jacket 10 is connected to a heating element 400 (an object to be cooled) according to an embodiment of the present invention. The liquid cooling system 1 includes a heat receiving jacket 10, a radiator 160, a pump 200 and a pipe 300. The heat receiving jacket 10 is provided with a refrigerant liquid inlet 23 through which the refrigerant liquid 100 flows from the pump 200, and a refrigerant liquid outlet 24 through which the refrigerant liquid 100 flows out to the radiator 160. The heating element 400 is thermally connected to the outer wall 26 of the heat receiving jacket 10 through the heat conductive grease 500. As will be described later, a porous metal 22 (see FIG. 3) is mounted inside the heat receiving jacket 10, and the heat of the heating element 400 is transferred to the porous metal 22 and transferred to the refrigerant liquid 100. The material of the heat receiving jacket 10 is a solid metal. The refrigerant liquid 100 is water or the like.

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 refrigerant liquid 100 that has flowed out of the heat receiving jacket 10 flows through the pipe 300 and is transported by heat to the radiator 160. The radiator 160 has headers 162 on both sides, a large number of flat tubes 161 in the middle, and heat radiation fins 163 such as corrugated fins in a region sandwiched by the flat tubes 161. The refrigerant liquid 100 that has flowed into the radiator 160 flows into the header 162, branches by the flat tube 161, joins at the header 162, and flows to the pump 200 via the pipe 300. Air 110 is supplied to the radiation fins 163 of the radiator 160 by the cooling fan 710. The cooling fan 710 drives the air 110 by rotating a blade by a motor. The refrigerant liquid 100 that has exchanged heat with the heat receiving jacket 10 and has reached a high temperature is transferred to the air 110 having a low temperature by the radiator 160, and the refrigerant liquid 100 has a low temperature. The refrigerant liquid 100 flows into the pump 200 at a low temperature and flows from the refrigerant liquid inlet 23 of the heat receiving jacket 10 to the heat receiving jacket 10. In the radiator 160, the air 110 that has passed through the radiation fins 163 is heat-exchanged and diffused to the atmosphere at a high temperature. As described above, the heat of the heating element 400 is transmitted to the air 110 via the heat receiving jacket 10, the refrigerant liquid 100, and the radiator 160, and heat transport is performed. Thus, the heating element 400 can be cooled without exceeding the allowable temperature. When the heating element 400 is a semiconductor element, the operation of the semiconductor element can be ensured, and the reliability of the apparatus can be improved.

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 heat receiving jacket 10 of FIG. The inside of the heat receiving jacket 10 is indicated by a broken line, and a porous metal 22 is mounted inside the heat receiving jacket 10. The inner area of the heat receiving jacket 10 and the porous metal 22 have substantially the same shape, and the inner surface of the outer wall 26 of the heat receiving jacket 10 and the porous metal 22 are in physical contact. The material of the heat receiving jacket 10 is a solid metal. A heating element 400 is attached to one surface of the outer wall 26 of the heat receiving jacket 10 via a heat conductive grease 500. The inner surface of the heat receiving plate 30, which is the outer wall 26 of the heat receiving jacket 10 to which the heat generating body 400 is attached, and the porous metal 22 are bonded together by metal bonding 25 such as brazing. Thereby, the heat of the heat generating body 400 can be favorably transmitted from the outer wall 26 of the heat receiving jacket 10 to the porous metal 22. The heat receiving jacket 10 is provided with a refrigerant liquid inlet 23 and a refrigerant liquid outlet 24. The refrigerant liquid 100 flows into the heat receiving jacket 10 from the refrigerant liquid inlet 23, passes through the porous metal 22, and passes through the refrigerant liquid. It flows out from the outlet 24.

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 heat receiving jacket 10 of FIG. A heat receiving plate 30 is provided as one surface of the outer wall 26 of the heat receiving jacket 10. A heating element 400 is attached to the heat receiving plate 30 via a heat conductive grease 500. A porous metal 22 is metallicly bonded 25 (for example, brazing material) to the heat receiving jacket 10. The material of the heat receiving jacket 10 is a solid metal. Thereby, the heat of the heat generating body 400 can be favorably transmitted from the outer wall 26 of the heat receiving jacket 10 to the porous metal 22.

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 porous metal 22 includes an infinite number of fine wires 20 and a cavity 21. The fine wire 20 is made of a metal material such as aluminum or copper. A refrigerant liquid inlet 23 and a refrigerant liquid outlet 24 provided on the outer wall 26 of the heat receiving jacket 10 are provided. The refrigerant liquid flows into the heat receiving jacket 10 from the refrigerant liquid inlet 23, and the cavity 21 of the porous metal 22. And flows out from the refrigerant liquid outlet 24. The porous metal 22 has almost no directivity of the flow of the refrigerant liquid 100, and the refrigerant liquid 100 flows through the entire area of the porous metal 22. For this reason, heat can be transferred to the refrigerant liquid 100 over the entire large surface area of the porous metal 22, and the refrigerant liquid 100 is not wasted.

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 heat receiving jacket 10. For the same volume, the heat transfer area of the porous metal 22 can be several times to several tens of times larger than the heat transfer area of the pin fin. Even if the difference in fin efficiency between the pin fin and the porous metal 22 is taken into consideration, the volume having the same thermal resistance defined by the value obtained by dividing the temperature difference between the heat transfer surface temperature and the refrigerant liquid inlet temperature by the calorific value is porous. In the case of the high quality metal 22, the heat receiving jacket 10 can be reduced in height (thinner thickness can be reduced), and the heat receiving jacket 10 can be reduced in size. As a result, the heating element 400 can be cooled without exceeding the allowable temperature with the compact heat receiving jacket 10, and when the heating element 400 is a semiconductor element, the operation of the semiconductor element can be ensured and the reliability of the apparatus is improved. it can.

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 porous metal 22 thin. (1) Milling a thick porous metal with a mill, (2) Forming a thin porous metal using a 3D printer, (3) Melting the porous metal using erosion during brazing. Of these, (3) does not use cutting or cutting, so there are no problems such as unsuitable for mass production, such as the cut surface of the porous metal is scraped, and the scrap after cutting enters the space of the porous metal ( The production method 3) is more preferable.

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 porous metal 22 that is the metallic bond 25 and the heat receiving plate 30 is composed of a brazing material for bonding and a molten material of the porous metal 22. In particular, when the porous metal 22 is aluminum, the component of the brazing material portion of the metallic joint 25 is rich in Si—Al alloy. The height of the porous metal 22 is smaller than the pore size (= number of porous metal cells / 25 (unit mm)) which is the pitch of the porous metal.

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 porous metal 22 modeled as the fins of the porous metal 22 according to one embodiment of the present invention. The horizontal axis of FIG. 4 is the height of the porous metal 22, and the vertical axis is the thermal resistance ratio of the heat receiving jacket 10. This is an example in which the porous metal 22 is considered as a pin fin, and the porous metal 22 is a hollow fin having a wire diameter of 100 μm and a wall thickness of 10 μm. The heat resistance ratio of the heat receiving jacket 10 is represented by a heat resistance ratio of the porous metal 22 with a height of 2 mm. From FIG. 4, the height of the porous metal 22 is 1.2 mm and the thermal resistance ratio takes the minimum value. When the height of the porous metal 22 is higher than 1.2 mm, the thermal resistance ratio slightly increases. When the ratio is lower than 1.2 mm, the thermal resistance ratio increases rapidly. This is because the heat dissipation area is reduced due to the lower fins.

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 porous metal 22 to about 1.2 mm, the heat receiving jacket 10 can have high performance and can be made compact. When the optimum value of the height of the porous metal 22 is 1.2 mm, when the number of porous metal cells is 20 ppi (pores per inch) (the number of cells per inch (25.4 mm)), the aforementioned pore size is 1. 25 mm. That is, the optimum value of the height of the porous metal 22 is smaller than the pore size of the porous metal 22. In this case, when forming the porous metal 22, it does not form, and it turns out that the heat receiving jacket 10 cannot be manufactured as it is. The manufacturing method according to this embodiment will be described later with reference to FIG.

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 heat receiving plate 30 and the porous metal 22 constituting the heat receiving jacket 10 according to the embodiment of the present invention.
(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 sawlock flux 31 is applied to one side of the brazing material 29 and one side of the heat receiving plate 30 (see FIG. 6B).
(3) In fixing before brazing, the heat receiving plate 30 coated with the nocolok flux 31 of the above (2), the brazing material 29 coated with the nocolok flux 31 and the porous metal 22 are stacked in this order (FIG. 6C). )reference).
(4) In brazing, the heat receiving plate 30, the brazing material 29, and the heat receiving jacket 10 made of the porous metal 22 installed in (3) above are installed on the belt 33. When the belt 33 moves 34, the belt 33 passes through the atmosphere furnace 32 whose temperature in the furnace becomes about 600 ° C. (see FIG. 6D).

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 atmosphere furnace 32, the heat receiving plate 30, the brazing material 29, and the heat receiving jacket 10 of the porous metal 22 become the same temperature as the temperature in the furnace, and the brazing material 29 having a low melting point can be unwound. Because of the atmospheric furnace 32, an oxide film is generated on the aluminum surface from the air in the furnace. Since this oxide film inhibits brazing, the oxide film is removed with the nocolok flux 31. For example, the brazing material 29 is A4000 series and contains 10% of Si. As the brazing material 29 melts, Si precipitates and diffuses into the A1000 series porous metal 22 and the A3000 series heat receiving plate 30. In particular, since the porous metal 22 has a porosity of about 90% to 97% and a heat capacity smaller than that of the heat receiving plate 30 that is a metal solid, the diffusion of Si increases toward the porous metal 22 side. As a result, the porous metal 22 is eutectic with Si, and erosion that melts at a temperature lower than the melting point of the A1000 series, which is the material of the porous metal 22, substantially at the same temperature as the brazing material 29 occurs. Thereby, the porous metal 22 melts at the interface of the brazing material 29, and the height of the porous metal 22 gradually decreases.

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 porous metal 22 is A1000 series aluminum, and since the molten aluminum of the porous metal 22 enters the brazing material 29, the proportion of Si in the brazing material 29 is reduced, and as described with reference to FIG. When the ratio of Si to the alloy decreases, the melting point of the aluminum alloy increases, and the erosion stops at the ratio of Si having the melting point of the aluminum alloy that becomes the furnace temperature. For example, the ratio of Si in the thickness of 50 μm is 10% for the brazing material 29 of A4045. If the furnace temperature is 600 ° C., the proportion of Si in the aluminum alloy is 8%. As described above, at the interface between the porous metal 22 and the brazing material 29, the aluminum skeleton of numerous porous metals contacts the brazing material. For this reason, Si concentrates on the aluminum skeleton of the porous metal, and the porous metal 22 is actively melted. If the porosity of the porous metal 22 is 95% (the aluminum filling rate is 5%), the aluminum of the porous metal 22 eutectizes with Si in the brazing material, and the interface between the porous metal 22 and the brazing material 29 Lower the melting point at. Thereby, the porous metal 22 is melted at a temperature of 660 ° C. or lower of pure aluminum. In the brazing portion in which the porous metal 22 is dissolved, the component of the brazing material 29 is in a rich state of the Si—Al alloy, and the thickness of the brazing material 29 includes aluminum in which the porous metal 22 is melted. Therefore, it is thicker than the initial brazing material 29.

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 porous metal 22 after brazing becomes a value smaller than the pore size of the porous metal 22, and the height of the porous metal 22 can be lowered (thinner thickness is reduced). In addition, when reducing the thickness of the porous metal, a load is applied to the porous metal and the porous metal is not crushed in the thickness direction. And the porosity does not change. That is, by crushing the porous metal, the skeleton shape of the porous metal becomes dense and the porosity decreases, so that a large increase in pressure loss can be considered when flowing the refrigerant liquid through the heat receiving jacket. There is a concern that the operating flow rate at the pump of the system decreases and the cooling performance of the liquid cooling system decreases. On the other hand, when the porous metal is melted as in this embodiment, there is no increase in pressure loss when the refrigerant liquid is passed through the heat receiving jacket, and the operating flow rate of the pump of the liquid cooling system 1 can be predicted as designed. There is no decrease in the cooling performance of the liquid cooling system 1.
(5) After brazing, the heat receiving jacket 10 is sufficiently cooled to complete the heat receiving jacket 10 (see FIG. 6E).

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 porous metal 22 is Dpore, the height h of the porous metal 22 was initially greater than, for example, Dpore × 3 times (see FIG. 6A). The characteristic is that the height h of the porous metal 22 is less than Dpore after brazing (see FIG. 6E).

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 heat receiving plate 30 and the porous metal 22 constituting the heat receiving jacket 10 according to the embodiment of the present invention. Only differences from the embodiment of FIG. 6 will be described.
(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 brazing material 29 and one side of the heat receiving plate 30 (see FIG. 7A).
(2) In fixing before brazing, the heat receiving plate 30, the brazing material 29, and the porous metal 22 are stacked in this order (see FIG. 7B).
(3) In brazing, the heat receiving plate 30, the brazing material 29, and the heat receiving jacket 10 of the porous metal 22 stacked in (2) are installed in the vacuum furnace 35 (see FIG. 7C). The furnace temperature in the vacuum furnace 35 is about 600 ° C., and the heat receiving plate 30, the brazing material 29, and the heat receiving jacket of the porous metal 22 have the same temperature. The brazing material 29 having a low melting point can be dissolved. Since there is no air in the vacuum furnace 35, no oxide film is generated.
(4) After brazing, the heat receiving jacket 10 is sufficiently cooled to complete the heat receiving jacket 10 (see FIG. 7D).

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 heat receiving plate 30 on which the porous metal 22 after brazing is mounted, and (b) is an enlarged view thereof. It is. The heat receiving jacket 10 is manufactured by the manufacturing method described in FIGS. 6 and 7, and the porous metal 22 is metal-bonded (brazed) 25 to the heat receiving plate 30. In order to observe the detail 39 of the brazing material part of this heat receiving jacket 10, an enlarged view is shown in FIG.8 (b).

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 detail 39 of the brazing material portion, the thickness 40 (height h) of the porous metal 22 after brazing is a value smaller than the pore size 42 of the porous metal 22. As described above, the thickness 41 of the brazing material after brazing is larger than the thickness of the brazing material before brazing. This is because the porous metal 22 is eutectic with Si contained in the brazing material, melts at a lower melting point than aluminum, which is the material of the porous metal 22, and melts into the brazing material. Further, the Si—Al alloy becomes rich 43 near the brazing material in contact with the skeleton of the porous metal 22. Furthermore, the shape of the skeleton of the porous metal 22 after brazing is the same as the shape of the skeleton of the porous metal 22 before brazing, and a load is applied in the thickness direction of the porous metal 22 to apply the porous metal 22. It can be seen that the structure is not reduced by reducing the height of the porous metal. Thereby, the skeleton shape of the porous metal 22 becomes dense, the porosity does not decrease, the pressure loss does not increase when the refrigerant liquid flows through the heat receiving jacket 10, and the pump 200 of the liquid cooling system 1 The operation flow rate can also be predicted as designed, and there is no decrease in the cooling performance of the liquid cooling system 1.

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 heat receiving jacket 10 as a representative example of a power module that is another embodiment of the present invention. The heat receiving jacket 10 is an O-ring. 27 is sealed. The power module is obtained by joining a power device 402 such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) to an insulating substrate 1001 with solder or the like, and is used for running control of an automobile, a railway vehicle, or the like. When the heat of the power device 402 is transported, the liquid cooling system 1 is used. The heat receiving jacket 10 in the liquid cooling system 1 is connected to the power module via the heat conductive grease 500. The porous metal 22 is mounted inside the heat receiving jacket 10, and the outer wall 26 is integrated as the heat receiving jacket 10 with an O-ring 27 and a fixing screw 28. Although the refrigerant liquid inlet and the refrigerant liquid outlet are not shown, the refrigerant liquid flows into the heat receiving jacket 10 from the refrigerant liquid inlet and flows out of the refrigerant liquid outlet. From the above, the heat of the power device 402 is transmitted to the porous metal 22 of the small heat receiving jacket 10 and can be transported by the refrigerant liquid. Thereby, it can cool, without exceeding the allowable temperature of the power device 402, operation | movement of the power device 402 can be ensured, and the reliability of an apparatus can be improved.

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 liquid cooling system 1 using the porous metal 22 of the present invention is applied, with its lid removed as an example of the internal structure. FIG. 11 is a top view for explaining an arrangement state of the liquid cooling system 1 in the server housing of FIG.

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 fans 710 for air-cooling these hard disk drives, which also serve as heat generation sources in the housing, are attached to the rear side. A block 54 is provided between the other surface of the server housing 5 (that is, in the rear space, together with a cooling fan 711, housing a power source, a LAN as an interface for communication means, and the like. In the remaining space, a circuit board 1000 having a plurality of heat generating semiconductor elements mounted thereon is arranged on the surface of the liquid cooling system 1. The liquid cooling system 1 includes the small heat receiving jacket 10, the radiator 160, the pump, as described above. 200 and a pipe 300 that connects them, a semiconductor element as a plurality of heat generation sources is attached to a small heat receiving jacket 10 via a heat conductive grease 500. The heat of the semiconductor element is reduced to a small heat receiving jacket 10. From the radiator 160 to the radiator 160, and from the radiator 160 to the air by the cooling fan 710, To release to the atmosphere from.

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 semiconductor elements 403 are provided with two sets of the liquid cooling system 1 of the present invention described above. That is, the surfaces of the two sets of semiconductor elements 403 are connected to the bottom and side surfaces of the heat receiving jacket 10 through the thermally conductive grease 500 applied between them to ensure good thermal bonding. Further, a radiator 160 constituting the liquid cooling system 1 is disposed behind four cooling fans 710 for air-cooling the hard disk drive 51. That is, the radiator 160 which comprises the liquid cooling system 1 is arrange | positioned along with the path | route of the air (cooling air) supplied from the exterior by the cooling fan 710. FIG. That is, the radiator 320 is attached in parallel with the row of cooling fans 710.

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 fan 710 which is a cooling unit of another device incorporated in the server housing 5 is used as a cooling unit (for the radiator 160 constituting the liquid cooling system 1 of the present invention). It is used (or shared) as a cooling fan. According to this, it is possible to cool the semiconductor element 403, which is a heat source in the housing, without having a dedicated cooling fan, in other words, relatively easily and inexpensively, and efficiently and reliably. It becomes possible. Moreover, according to the liquid cooling system 1 of the present invention, heat exchange efficiency is relatively high, and the electronic device such as a server that requires high-density mounting due to its relatively simple structure, Arrangement with a high degree of freedom is possible.

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 radiator 160 constituting the liquid cooling system 1 is disposed so as to cover the exhaust surfaces of the plurality of cooling fans 710. According to such a configuration, even if any one of the cooling fans 710 is stopped due to a failure, the cooling of the radiator 160 is continued by the cooling air generated by the remaining cooling fans 710, that is, redundancy can be ensured. Therefore, it is suitable as a structure of a cooling system for an electronic device. If the area facing the radiator 160 is closer to the cooling fan 710 side, the redundancy can be further improved against a stop due to a failure of one of the cooling fans 710. As described above, a highly reliable electronic device system can be provided.

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 heat receiving plate 30 that is the outer wall 26 that is in thermal contact with the heating element 400 via the thermally conductive grease 500 or the like and the porous metal 22 are metallicly bonded. 25 (for example, brazing), and the interface between the porous metal 22 and the solid metal that is the heat receiving plate 30 is a molten material of the brazing material and the porous metal 22, so that the heat transfer between the heat receiving plate 30 and the porous metal 22 is performed. Can be good. Further, the shape and porosity of the porous metal 22 after brazing are the same as the porous metal 22 before brazing, and the height of the porous metal 22 is larger than the pore size which is the pitch of the porous metal 22. By making the height low, the heat receiving jacket 10 can be made small, and the liquid cooling system can be made compact.

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 heat receiving plate 30 has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the case where there are a plurality of heat receiving plates 30 will be described with reference to FIGS.

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 heat receiving jacket 10A when there are a plurality of heat receiving plates. About the same function as FIG. 3, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted. The heat receiving jacket 10 </ b> A has two heat receiving plates 30 at the top and bottom of the drawing, and each heat receiving plate 30 is metal-bonded 25 (for example, brazed) to the porous metal 22, and the porous metal 22 and the heat receiving plate 30. When the solid metal interface is a molten material of brazing material and porous metal, heat transfer between the heat receiving plate 30 and the porous metal 22 can be improved.

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 heat receiving jackets 10 and 10A of the present embodiment are applied to a three-phase semiconductor module. The heating elements 400a, 400b, 400c of the semiconductor module shown in FIG. 13 have cooling surfaces on both sides facing each other. In order to efficiently cool the three-phase semiconductor modules, the heat receiving jacket 10 of FIG. 3 is arranged at the left and right ends of the figure, and the heat receiving jacket 10A of FIG. 13 is arranged at the center. Thereby, the heat generating body 400a can be cooled by the heat receiving jackets 10 and 10A. The heating element 400b can be cooled by the heat receiving jackets 10A and 10A. The heating element 400c can be cooled by the heat receiving jackets 10A and 10. According to the embodiment of FIG. 13, the semiconductor modules for three phases can be efficiently cooled.

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 SYMBOLS 1 Liquid cooling system 5 Server housing | casing 10 Heat receiving jacket 20 Fine wire material 21 Cavity part 22 Porous metal 23 Refrigerant liquid inflow port 24 Refrigerant liquid outflow port 25 Metallic joining (brazing)
26 Outer wall 27 O-ring 28 Fixing screw 29 Brazing material 30 Heat receiving plate 31 Noclock flux 32 Atmospheric furnace 33 Belt 34 Movement 35 Vacuum furnace 38 Ratio of Si to aluminum alloy as brazing material before brazing 39 Details of brazing material part 40 Thickness of porous metal after brazing 41 Thickness of brazing material after brazing 42 Vacuum furnace 43 Rich Si-Al alloy 51 Hard disk drive 54 Block housing LAN 100 Refrigerant liquid 110 Air 160 Radiator 161 Flat tube 162 Header 163 Radiating fin 200 Pump 300 Piping 400 Heating element (object to be cooled)
402 Power Device 403 Semiconductor Element 500 Thermal Conductive Grease 710, 711 Cooling Fan 1000 Circuit Board 1001 Insulating Board

Claims (5)

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、
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.
前記受熱板と前記多孔質金属を覆う外壁とは、ロウ付けまたはOリングの封止材を介して固定した
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.
前記受熱板は、少なくとも複数有する
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.
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の前記受熱ジャケットと、前記受熱ジャケットに冷媒を供給する冷媒供給用ポンプと、前記受熱ジャケットからの冷媒の熱を放熱するとともに前記放熱後の冷媒を前記冷媒供給用ポンプに供給する放熱用ラジエータとを含んでなる
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.
固体金属からなる受熱板と、多孔質金属と、を備える液冷システムの受熱ジャケットの製造方法であって、
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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