專利名稱：流路構(gòu)件、使用該流路構(gòu)件的熱交換器、以及電子部件裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流路構(gòu)件、使用該流路構(gòu)件的熱交換器及電子部件裝置。
背景技術(shù)：
近年來，伴隨著搭載于電子部件的半導(dǎo)體元件的高集成化、高速化,來自半導(dǎo)體元件的發(fā)熱量增大，進(jìn)而電子部件在高溫的環(huán)境下使用，從而冷卻電子部件的必要性變高。專利文獻(xiàn)I所公開的流路構(gòu)件是對(duì)被層疊的多個(gè)薄板燒成而形成的電路基板，在內(nèi)部形成有用于通過制冷劑的大致圓形截面的制冷劑用流路。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開平7-142822號(hào)公報(bào)發(fā)明要解決的問題然而，當(dāng)制作專利文獻(xiàn)I所記載的流路構(gòu)件時(shí)，通過使用金屬模具將多個(gè)陶瓷生片(ceramic green sheet)沖裁成所希望的形狀,并在層疊、加壓而接合之后進(jìn)行燒成,雖然得到中空的流路構(gòu)件，但關(guān)于下述內(nèi)容并沒有任何記載和啟示為了增大流路與流體之間的接觸面積，在用于構(gòu)成流路的一部分的蓋體部與側(cè)壁部的接合部形成與流路相連的間隙。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述課題而提出，其目的在于提供一種增大流路的體積并提高熱交換效率的流路構(gòu)件、使用該流路構(gòu)件的熱交換器及電子部件裝置。用于解決問題的手段本發(fā)明的流路構(gòu)件的特征在于，所述流路構(gòu)件由蓋體部、側(cè)壁部、底板部構(gòu)成，在內(nèi)部具有供流體流通的流路，并且在所述蓋體部與所述側(cè)壁部之間具有與所述流路相連的間隙。另外，本發(fā)明的熱交換器的特征在于，所述熱交換器通過在所述流路構(gòu)件的所述蓋體部設(shè)置金屬板而形成。另外，本發(fā)明的電子部件裝置的特征在于，所述電子部件裝置通過在所述金屬板上搭載電子部件而形成。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的流路構(gòu)件，由于所述流路構(gòu)件由蓋體部、側(cè)壁部、底板部構(gòu)成，且在內(nèi)部具有供流體流通的流路，并且在所述蓋體部與所述側(cè)壁部之間具有與所述流路相連的間隙，因此當(dāng)在這種流路構(gòu)件的蓋體部一側(cè)搭載熱交換對(duì)象物而使用時(shí)，通過在蓋體部與側(cè)壁部之間具有與流路相連的間隙，用于供流體流通的流路的體積變大，從而能夠提高與蓋體部之間的熱交換效率。另外，根據(jù)本發(fā)明的熱交換器，由于所述熱交換器通過在本發(fā)明的流路構(gòu)件的蓋體部的外表面設(shè)置用于搭載熱交換對(duì)象物的金屬板而形成，因此能夠提供熱交換效率高的熱交換器。另外，根據(jù)本發(fā)明的電子部件裝置，由于所述電子部件裝置通過在本發(fā)明的熱交換器搭載電子部件而形成，因此能夠提供熱交換效率高的電子部件裝置。


圖I示出本實(shí)施方式的流路構(gòu)件的一例，(a)是示出與流路的長度方向垂直的截面的立體圖，(b)是由(a)的虛線包圍的圓內(nèi)的局部放大圖。圖2示出本實(shí)施方式的流路構(gòu)件的另一例，(a)是示出與流路的長度方向垂直的截面的立體圖，(b)是由(a)的虛線包圍的圓內(nèi)的局部放大圖。圖3是示出本實(shí)施方式的流路構(gòu)件的間隙的一例的剖視圖，(a)為矩形狀，(b)為梯形狀，(C)是示出間隙面隨著朝向側(cè)壁部一側(cè)延伸的方向而上下開口的方向的高度變低 這種形狀的圖。圖4是示出在本實(shí)施方式的流路構(gòu)件的蓋體部的外表面設(shè)置有金屬板的熱交換器的一例的立體圖。圖5是示出在本實(shí)施方式的熱交換器承載有電子部件的電子部件裝置的一例的立體圖。圖6示出在用于構(gòu)成本實(shí)施方式的流路構(gòu)件的側(cè)壁部的陶瓷生片上加工成為流路的貫通孔的方法的例子，(a)是使用金屬模具時(shí)的剖面示意圖，(b)是使用激光時(shí)的剖面示意圖，(C)以及(d)是使用各加工方法時(shí)的與陶瓷生片的剖面垂直的面的局部剖視圖。圖7示出本實(shí)施方式的流路構(gòu)件，(a)是側(cè)視圖，(b)是剖視圖。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)本發(fā)明的流路構(gòu)件的實(shí)施方式的例子進(jìn)行說明。圖I示出本實(shí)施方式的流路構(gòu)件的一例，(a)是示出與流路的長度方向垂直的截面的立體圖，(b)是由(a)的虛線包圍的圓內(nèi)的局部放大圖。如圖1(a)以及(b)所示，本實(shí)施方式的流路構(gòu)件I包括蓋體部la、側(cè)壁部lc、以及底板部lb，在其內(nèi)部具備供用于冷卻電子部件的氣體或液體等流體流通的流路3，在蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間具有與流路3相連的間隙4。根據(jù)本實(shí)施方式的流路構(gòu)件1，該流路構(gòu)件I包括蓋體部la、側(cè)壁部lc、以及底板部lb，在內(nèi)部具有供流體流通的流路3，并且在蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間具有與流路3相連的間隙4，上述結(jié)構(gòu)尤為重要。根據(jù)本實(shí)施方式的流路構(gòu)件1，由于用于形成在內(nèi)部供流體流通的流路3的蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間具有與流路3相連的間隙4，因此與不具有間隙4的情況相比，流路的體積變大，當(dāng)在流路構(gòu)件I的蓋體部Ia側(cè)搭載熱交換對(duì)象物而使用時(shí)，能夠提高蓋體部Ia與流體之間的熱交換效率。并且，在流路構(gòu)件I的制造工序中，當(dāng)單獨(dú)制作成為蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic的板狀體時(shí)，雖然需要預(yù)先在板狀體上形成成為流路3的貫通孔，但在制作貫通孔的情況下，容易在該貫通孔的端面產(chǎn)生不少毛刺。在本實(shí)施方式的流路構(gòu)件I中，通過在蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間具有與流路3相連的間隙4，將蓋體部la、側(cè)壁部lc、以及底板部Ib層疊、加壓而進(jìn)行接合、燒制，由此制作具有供流體流通的流路的流路構(gòu)件1，毛刺If收納于間隙4并夾入接合部Id的可能性變小，從而能夠減少接合不良的產(chǎn)生。其結(jié)果是，即使流體以高壓力在流路構(gòu)件I中流通，也能夠抑制從流路3的內(nèi)部產(chǎn)生破壞。圖2示出本實(shí)施方式的流路構(gòu)件的另一例，(a)是示出與流路的長度方向垂直的截面的立體圖，(b)是由(a)的虛線包圍的圓內(nèi)的局部放大圖。示出了圖2(a)以及(b)所示的本實(shí)施方式的另一例的流路構(gòu)件11的側(cè)壁部Ic通過層疊多張?jiān)诎鍫铙w形成有成為流路3的貫通孔的構(gòu)件而成。而且，在蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間(接合部Id)具有與流路3相連的間隙4，并且還在側(cè)壁部Ic的各板狀體之間(接合部Id)具有與流路3相連的間隙4。在上述流路構(gòu)件11中，例如，作為藥液的熱交換器而以耐藥品性優(yōu)良的方式形成時(shí)，優(yōu)選蓋體部la、側(cè)壁部Ic以及底板部Ib分別由陶瓷制作，在利用陶瓷制作各構(gòu)件時(shí)，例如，能夠通過對(duì)層疊未燒制的陶瓷生片而成的層疊體進(jìn)行燒制來制作。 而且，當(dāng)在內(nèi)部形成供流體流通的流路3時(shí)，例如，預(yù)先在成為側(cè)壁部Ic的未燒制的陶瓷生片的板狀體上形成成為任意的流路3的貫通孔即可。此外，在層疊多個(gè)生片而制作側(cè)壁部的情況下，設(shè)置與各自板狀體對(duì)應(yīng)的貫通孔。而且，當(dāng)在這種未燒制的狀態(tài)下的陶瓷生片上形成貫通孔時(shí)，準(zhǔn)備用于將該貫通孔的上下堵塞的陶瓷生片，在層疊、加壓上述陶瓷生片之后進(jìn)行燒制，由此能夠形成流路構(gòu)件11。然而，當(dāng)制作成為側(cè)壁部Ic的板狀體時(shí)，不可避免地在貫通孔的端面產(chǎn)生毛刺，當(dāng)層疊、加壓上述陶瓷生片時(shí)，在貫通孔的端面產(chǎn)生的毛刺夾入陶瓷生片的接合部，即使對(duì)層疊的陶瓷生片加壓，加壓力也會(huì)集中于夾入接合部的毛刺，容易因產(chǎn)生加壓不均勻而導(dǎo)致接合不良。在本實(shí)施方式的流路構(gòu)件11中，通過在與流路3相連的接合部Id具有間隙4，在側(cè)壁部Ic的端面Ig產(chǎn)生的毛刺If夾入接合部Id的可能性變小，從而將接合產(chǎn)生不良的情況抑制得較低，由于流體在流路3流通時(shí)接合不良的情況少，因此能夠抑制裂縫、流路3破壞問題的產(chǎn)生。此外，上述實(shí)施方式中，雖然以流路構(gòu)件I的材質(zhì)為陶瓷的例子進(jìn)行了說明，但即使蓋體部Ia為陶瓷而側(cè)壁部Ic為鋁或銅系等金屬等其他材料，也能夠得到相同的效果。圖3是示出本實(shí)施方式的流路構(gòu)件的間隙的一例的剖視圖，(a)為矩形狀，(b)為梯形狀，(C)是示出間隙隨著朝向側(cè)壁部一側(cè)延伸的方向而上下開口的方向上的高度變低這種形狀的圖。當(dāng)以與流體流通的方向正交的方式剖視時(shí)，對(duì)于圖3(a)以及(b)所示的流路構(gòu)件13、14而言，在蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間的接合部Id分別具有與流路3相連的接合部Id的縱深方向的距離為4a(以下，僅稱縱深4a)、在上下開口的方向的最大高度為4b (以下，僅稱最大高度4b)的矩形狀、梯形狀的間隙4。這樣，當(dāng)間隙4的形狀分別為矩形狀或者梯形狀時(shí)，在用于構(gòu)成流路3的貫通孔的制作工序中，當(dāng)在陶瓷生片上形成成為流路3的貫通孔時(shí)，即使在貫通孔的端面上產(chǎn)生毛刺，在層疊加壓上述陶瓷生片并以規(guī)定的溫度燒制而得到的流路構(gòu)件中，在側(cè)壁部Ic的接合部Id具有在流路3側(cè)開口的間隙4，由于間隙4是具有恒定的縱深4a、最大高度4b的矩形狀或者梯形狀，因此毛刺至少能夠收納于該間隙4之中并夾入接合部Id。由此，即使在由多張板狀體層疊成蓋體部la、側(cè)壁部lc、以及側(cè)壁部Ic的情況下，也能夠抑制接合不良、裂縫、以及流路破壞的產(chǎn)生。另外，當(dāng)以與流體流通的方向正交的方式剖視時(shí)，圖3(c)所示的流路構(gòu)件15具有如下的間隙4 :S卩，在蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間的接合部Id、以及將層疊多張板狀體而成的側(cè)壁部Ic與流路3相連的接合部Id具有間隙4，該間隙4隨著朝向側(cè)壁部Ic側(cè)延伸的方向而上下開口的方向上的高度變低(以下，稱作三角形狀。)。這樣，當(dāng)間隙4的截面形狀為三角形狀時(shí)，在用于構(gòu)成流路3的貫通孔的制作工序中，具有如下的方法利用例如金屬模具在陶瓷生片上形成成為流路3的貫通孔，當(dāng)向陶瓷生片沖切貫通孔時(shí)，倒角的位置由突出設(shè)置的沖壓機(jī)擠壓形成。根據(jù)該方法，倒角的部分的體積量被壓入與倒角最近的部位，陶瓷生片的密度提高，其一部進(jìn)入金屬模具的沖壓機(jī)與陰模之間的間隙，并容易在貫通孔的端面顯示為毛刺。然而，與矩形狀、梯形狀的倒角相比，由于三角形狀的按壓體積小，因此在貫通孔的端面產(chǎn)生的毛刺必然容易變小，即使層疊加壓上述陶瓷生片而接合，也能夠減少毛刺If夾入接合部Id的情況，從而能夠抑制蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間的接合不良、裂縫、以及流路破壞的產(chǎn)生。另外，由于間隙4為三角形狀，因此流體與流路構(gòu)件I的接觸面積變大，從而實(shí)現(xiàn)熱交換效率的提高。并且，在此，間隙4的三角形狀也可以是包含楔形、鉤狀之類的·形狀的大致三角形狀。另外，當(dāng)以與流體流通的方向正交的方式剖視時(shí)，本實(shí)施方式的流路構(gòu)件的間隙優(yōu)選為當(dāng)將朝側(cè)壁部一側(cè)延伸的方向的縱深設(shè)為a、將在上下開口的方向上的最大高度設(shè)為b時(shí),滿足a > b的關(guān)系。對(duì)于圖I (b)、圖2 (b)及圖3 (a)、(b)所示的各流路構(gòu)件而言，雖然在蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間的接合部Id的流路3側(cè)的端面Ig具有與流路3相連的縱深為4a、最大高度為4b的間隙4，但在用于構(gòu)成流路3的貫通孔的制作工序中，當(dāng)對(duì)陶瓷生片的貫通孔的端面進(jìn)行倒角時(shí)，當(dāng)增大流路構(gòu)件I中的間隙4的最大高度4b時(shí)，在端面Ic產(chǎn)生的毛刺If的高度也呈變大的趨勢(shì)。例如，當(dāng)通過利用金屬模具加工在陶瓷生片上沖切貫通孔而增大間隙的高度時(shí)，倒角的部分的體積量高的密度容易向陶瓷生片的端面附近集中，陶瓷生片的一部分咬入金屬模具的沖壓機(jī)與陰模之間的間隙，產(chǎn)生的毛刺的高度也變高。由此，由于層疊陶瓷生片時(shí)毛刺If夾入接合部Id的可能性變高，因此當(dāng)將間隙4的縱深4a設(shè)為a、將在上下開口的方向的最大聞度4b設(shè)為b時(shí),優(yōu)選滿足a > b的關(guān)系。由此，毛刺If即使產(chǎn)生也收納于該間隙4之中，從而減少夾入接合部Id的情況，能夠抑制接合不良、裂縫、以及流路3破壞的產(chǎn)生。另外，由于間隙4的縱深4a比最大高度4b大，進(jìn)入間隙4的流體容易滯留(通過沿面流動(dòng)而在間隙4內(nèi)產(chǎn)生渦流)，從而能夠提高流體與流路構(gòu)件I之間的熱交換效率。另外，本實(shí)施方式的流路構(gòu)件優(yōu)選為間隙的縱深在O. 03mm以上且O. 08mm以下。當(dāng)流路構(gòu)件I的間隙4的縱深4a在O. 03mm以上時(shí),能夠進(jìn)一步減小在用于構(gòu)成流路3的貫通孔的制作工序中產(chǎn)生的端面Ig的毛刺If到達(dá)并進(jìn)入接合部Id的可能性，從而能夠進(jìn)一步減少接合不良的產(chǎn)生。另外，由于縱深4a較長地形成，由此能夠增大流路3的表面積，從而提高流體與流路構(gòu)件I之間的熱交換效率。并且，當(dāng)間隙4的縱深4a在O. 08m以下時(shí)，在用于構(gòu)成流路3的貫通孔的制作工序中，當(dāng)對(duì)形成有成為流路3的貫通孔的多張?zhí)沾缮瑢盈B加壓時(shí)，因加壓力充分地傳遞到接合部Id而能夠抑制接合不良的產(chǎn)生。而且，即使以高壓向燒制而得到的流路構(gòu)件I供給流體，也能夠抑制以間隙4為起點(diǎn)產(chǎn)生裂縫而造成產(chǎn)生流路3破壞的情況。這樣，對(duì)于本實(shí)施方式的流路構(gòu)件I而言，蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間的接合部Id的剝離、裂縫的產(chǎn)生較少，即使在以高壓力使流體流通的情況下也能夠抑制從流路3的內(nèi)部產(chǎn)生破壞。另外，由于熱交換效率高，因此本實(shí)施方式的流路構(gòu)件I能夠用作半導(dǎo)體裝置和半導(dǎo)體制造裝置的冷卻用流路構(gòu)件、重復(fù)進(jìn)行加熱和加溫的這種半導(dǎo)體制造裝置的熱交換用流路構(gòu)件、以及藥液的熱交換器和打印機(jī)等的墨水流路構(gòu)件。圖4是示出在本實(shí)施方式的流路構(gòu)件的蓋體部的外表面設(shè)置有金屬板的熱交換器的一例的立體圖。圖4所示的本實(shí)施方式的熱交換器20設(shè)置為如下方式，即，在內(nèi)部具有供流體流通的流路3的本實(shí)施方式的流路構(gòu)件I的蓋體部Ia的外表面接合有金屬板5。這樣，當(dāng)在 蓋體部Ia的外表面接合有金屬板5時(shí)，通過在金屬板5上搭載熱交換對(duì)象物，從而使與流體間的熱交換變得容易。圖5是示出在本實(shí)施方式的熱交換器20的金屬板5上搭載有電子部件6的電子部件裝置30的一例的立體圖，通過在流路構(gòu)件I的流路中流通成為制冷劑的流體，能夠有效地冷卻電子部件6，從而能夠提供流路破壞產(chǎn)生少且熱交換效率高的電子部件裝置30。作為電子部件裝置30，對(duì)于在PCU等的半導(dǎo)體模塊、高輸出LED前照燈的半導(dǎo)體裝置、直流高電壓電源裝置及切換裝置等在工作時(shí)產(chǎn)生高熱量的裝置是有用的。以下，對(duì)本實(shí)施方式的流路構(gòu)件I的制造方法的一例進(jìn)行說明。雖然流路構(gòu)件I能夠由鋁、銅系等金屬或陶瓷材料制作，例如，若要使耐藥品性優(yōu)良而利用陶瓷材料制作的情況下，可以使用氧化鋁、氧化鋯、氮化硅、碳化硅以及氮化鋁或者它們的復(fù)合物作為陶瓷材料。其中，考慮絕緣性和材料成本等，尤其優(yōu)選氧化鋁。另外，如果考慮燒制成本，尤其優(yōu)選含有氧化硅等且氧化鋁含量為94 97質(zhì)量％的材料，從而能夠比較低的溫度下進(jìn)行燒結(jié)。以下，對(duì)利用氧化鋁制作流路構(gòu)件I的情況進(jìn)行詳細(xì)的說明。首先，準(zhǔn)備平均顆粒直徑為I. 4 I. 8 μ m左右的氧化鋁(Al2O3)的粉末、氧化硅(SiO2)、氧化鈣(CaO)以及氧化鎂(MgO)中的至少一種粉末，例如，將各粉末的混合比例以氧化鋁為96. 4質(zhì)量％、氧化硅為2. 3質(zhì)量％、氧化鈣為O. 3質(zhì)量％以及氧化鎂為I. O質(zhì)量％這種方式進(jìn)行秤量并混合而成的混合粉末、與由聚氧乙烯構(gòu)成的粘合劑一并投入旋轉(zhuǎn)碾磨機(jī)，并利用高純度的氧化鋁球進(jìn)行混合。在此，粘合劑的添加量相對(duì)于混合粉末100質(zhì)量％為4 8質(zhì)量％左右。需要說明的是,如果粘合劑的添加量在相對(duì)于混合粉末100質(zhì)量％為4 8質(zhì)量％左右的范圍內(nèi)，則成形體的強(qiáng)度、可撓性良好，并且能夠抑制在燒制時(shí)成形用粘合劑的脫脂不充分的不良狀況。接著，在此添加相對(duì)于混合粉末100質(zhì)量％為4 8質(zhì)量％左右的聚乙烯醇、聚氧乙烯、丙烯酸樹脂或丁縮醛樹脂等粘合劑，并通過混合而得到糊狀物。在此，如果粘合劑的添加量相對(duì)于混合粉末100質(zhì)量％為4 8質(zhì)量％左右，則成形體的強(qiáng)度、撓性良好，并且能夠抑制燒制時(shí)成形用粘合劑的脫脂不充分的不良狀況。接著，利用作為陶瓷的一般成形法的刮片法(doctor blade mothod)、粉末軋制成形法，使用該糊狀物來形成陶瓷生片，接著通過用于形成為產(chǎn)品形狀的金屬模具進(jìn)行沖切而制作陶瓷生片。層疊的各陶瓷生片為了減少燒制時(shí)的收縮差所導(dǎo)致的變形和翹曲以及裂縫的產(chǎn)生而優(yōu)選使用相同批量的材料。圖6示出在用于構(gòu)成本實(shí)施方式的流路構(gòu)件的側(cè)壁部的陶瓷生片上加工成為流路的貫通孔的方法的例子，(a)是使用金屬模具時(shí)的剖面示意圖，(b)是使用激光時(shí)的剖面示意圖，(C)及(d)是與使用各加工方法時(shí)的陶瓷生片的剖面垂直的面的局部剖視圖。如圖6(a)所示，通過利用金屬模具21對(duì)陶瓷生片7沖切，能夠在(C)所示那樣沖切后的陶瓷生片7的端面7b’上形成矩形狀的倒角7c，。特別是，通過在與陶瓷生片7抵接的上沖壓機(jī)22a、與下沖壓機(jī)21c之間的抵接面的兩端設(shè)置凸部22c，并且一邊利用凸部22c夾持陶瓷生片7 —邊利用上下的沖壓機(jī)22的嵌合進(jìn)行沖切，由此在陶瓷生片7的端面7b’上形成矩形狀的倒角7c，。并且，在將倒角7c’形成為梯形狀、C面或者R面的情況下，以同樣的方法且改變沖壓機(jī)22的凸部22c的形狀即可。并且，如果使用不具有下沖壓機(jī)21c的
凸部22c的金屬模具21，則僅能夠在陶瓷生片7的端面7b，的上沖壓機(jī)22a側(cè)形成矩形狀的倒角7c，。如圖6(b)所示，通過對(duì)陶瓷生片進(jìn)行激光加工，能夠在(d)所示那樣的陶瓷生片8的端面Sb’形成倒角Sc’。特別是，雖然是將激光26通過聚光透鏡28照射到陶瓷生片7，但是，通過以點(diǎn)27成為陶瓷生片8的厚度的中央附近的方式進(jìn)行調(diào)整，也能夠使陶瓷生片8的端面Sb’的上下面均形成倒角Sc’。需要說明的是，在對(duì)陶瓷生片進(jìn)行激光加工的情況下，激光光源使用CO2激光、YAG激光或者受激準(zhǔn)分子激光等即可，例如，如果是CO2激光，則通過將激光26的振蕩頻率設(shè)為2000Hz左右、將脈沖效率設(shè)為70 80% (信號(hào)ON時(shí)間的比例)、將激光26在陶瓷生片8上的移動(dòng)速度設(shè)為8 IOm/分，則能夠?qū)崿F(xiàn)形成所希望形狀的切斷加工。另外，在僅在陶瓷生片8的端面Sb’的上下面的單側(cè)形成倒角Sc’的情況下，使激光26的點(diǎn)27的焦點(diǎn)與陶瓷生片8的上下面中的任一面的表面對(duì)合即可。將以上述方式制作的多個(gè)陶瓷生片7或8層疊成所希望的流路3’，在各陶瓷生片7或8的接合面涂敷與制作陶瓷生片時(shí)所使用的粘合劑相同的粘合劑作為密接液，在層疊完陶瓷生片7或8之后，經(jīng)平板狀的加壓件而施加約O. 5MPa左右的加壓，在此之后在約50 70°C的室溫下干燥約10 15小時(shí)。接著，在例如眾所周知的推進(jìn)式、輥式的連續(xù)隧道爐中燒制成為流路構(gòu)件I的層疊后的陶瓷生片。燒制溫度根據(jù)各材質(zhì)而有所不同，如果是氧化鋁含量為94 97質(zhì)量％的材料，在氧化氣氛氣中在最高溫度約為1500 1650°C下進(jìn)行燒制即可。特別是當(dāng)將搭載有圖5所示那樣的產(chǎn)生高熱的電子部件6的基板搭載于流路構(gòu)件I的蓋體部Ia時(shí)，為了形成流路而密封貫通孔的蓋體部Ia的厚度優(yōu)選如下方式即，為了提高熱交換的效率而盡可能地形成得較薄，在氧化鋁含量為94 97質(zhì)量％的情況下，優(yōu)選為O. 3 O. 5臟左右。由此，流路構(gòu)件I得以制作，通過在該流路構(gòu)件I上經(jīng)由金屬板而搭載LSI、LED等電子部件6，能夠通過使氣體或液體之類的制冷劑在流路構(gòu)件I的流路流通而冷卻電子部件6。另外，本實(shí)施方式的流路構(gòu)件I不但能用于冷卻用途，還能夠用于溫?zé)嵊猛镜葟V泛的用途。
圖7(a)所示的本實(shí)施方式的流路構(gòu)件12的全長為L、高度為H、寬度為D，層疊一張厚度為tl的蓋體部la、三張厚度為t2的側(cè)壁部lc、以及一張厚度為t3的底板部lb，在內(nèi)部形成有兩個(gè)四邊形狀的流路3。而且，如圖7(b)所示，在形成流路3的側(cè)壁部Ic的端面Ig具有成為間隙4的倒角le，在蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic的接合部Id以及側(cè)壁部Ic與底板部Ib的接合部Id形成有在流路3側(cè)開口的縱深為4a、最大高度為4b的間隙4。并且，從流路構(gòu)件12的外側(cè)到流路3的距離由B、G表示，流路3的寬度由C、F表示，鄰接的流路3之間的距離由E表示。以下，雖然對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例。實(shí)施例I準(zhǔn)備氧化鋁(Al2O3)的平均顆粒直徑為I. 6 μ m左右的粉末、氧化硅(SiO2)、氧化鈣(CaO)以及氧化鎂(MgO)的粉末。然后，將各粉末的混合比例以氧化鋁為96. 4質(zhì)量％、氧化硅為2. 3質(zhì)量％、氧化鈣 為O. 3質(zhì)量％以及氧化鎂為I. O質(zhì)量％的方式進(jìn)行秤量并混合而成的混合粉末，與由相對(duì)于混合粉末100質(zhì)量％為6質(zhì)量％的聚氧乙烯構(gòu)成的粘合劑一并投入旋轉(zhuǎn)碾磨機(jī)，并利用高純度的氧化鋁球進(jìn)行混合。接著，在此添加相對(duì)于混合粉末100質(zhì)量％為4質(zhì)量％的丙烯酸樹脂等的粘合劑，并且進(jìn)行混合而得到糊狀物。接著，利用眾所周知的刮片法將得到的糊狀物制作成片狀的陶瓷生片，進(jìn)而使用金屬模具以在層疊該陶瓷生片時(shí)形成為產(chǎn)品形狀的方式制作各陶瓷生片。在實(shí)施例中，制作與圖7(a)所示的流路構(gòu)件12為相同形狀的試料。并且，制作試料以使得流路構(gòu)件12的尺寸如下即，全長L為200mm，高度H為4. 5mm,寬度D為12mm，蓋體部Ia的厚度tl為O. 5mm,其他側(cè)壁部Ic及底板部Ib的厚度t2及t3為I. Omm,從圖7 (b)所示的流路構(gòu)件12的外側(cè)到流路3的距離B及G為3mm，流路3的寬度C及F為2mm，鄰接的流路3之間的距離E為2mm。另外，如表I所示，針對(duì)各試料而分別制作50個(gè)圖7 (b)的間隙4的縱深4a不存在(實(shí)質(zhì)上縱深4a在O. 005mm以下被認(rèn)為不存在)且最大高度4b不存在(實(shí)質(zhì)上最大高度4b在O. 005mm以下被認(rèn)為不存在)的試料、以及間隙4的縱深4a為O. 08mm且最大高度4b為O. 06mm的試料。將其設(shè)為試料No. I及24。而且，為了確認(rèn)流路構(gòu)件12的熱交換效率，利用鋁材在一方的側(cè)面上成形(以下，未圖示)流體的供給口，并利用鋁材在與該供給口對(duì)置的另一方的側(cè)面上成形排出口，并對(duì)它們進(jìn)行釬焊。另外，制作蓋體部Ia由陶瓷構(gòu)成、側(cè)壁部Ic與底板部Ib由金屬構(gòu)成的流路構(gòu)件12。各尺寸與試料No. I及24相同，蓋體部Ia的陶瓷也與試料No. I及24相同。側(cè)壁部Ic及底板部Ib的金屬使用純度為99. 7%的鋁，將不具有間隙4的試料設(shè)為試料No. 101，將具有間隙4的試料設(shè)為試料No. 102。另外，作為構(gòu)成試料No. I及24的流路構(gòu)件12各個(gè)t2的貫通孔的制造方法，通過使用圖6(a)所示的金屬模具21成形陶瓷生片，從而以形成圖7(b)所示的間隙4的方式在陶瓷生片的端面成形矩形狀的倒角，由此制作成為上述流路構(gòu)件12的外形尺寸的三張?zhí)沾缮琌接著，對(duì)制作的陶瓷生片進(jìn)行層疊加壓，接合時(shí)的密接液使用與制作陶瓷生片時(shí)相同的粘合劑，作為(以下，未圖示)密接液的粘合劑的涂敷方法，是使用400眼、厚度為O. 02mm的不銹鋼制鋼網(wǎng)，利用橡膠制的輥涂敷所層疊的各個(gè)陶瓷生片的整面。接著，層疊涂敷有上述密接液的五張?zhí)沾缮?，利用平板以約O. 5MPa對(duì)層疊的陶瓷生片的上下進(jìn)行夾持并加壓。此時(shí)，為了在陶瓷生片的下端觀察壓力傳遞狀態(tài)，夾入感壓(Prescale)膠卷(富士膠片株式會(huì)社制型名=LLLW超低壓O. 2 O. 6MPa用)(以下，未圖示)，從而確認(rèn)向?qū)盈B后的陶瓷生片的整面均衡加壓的情況。此時(shí)，如果向陶瓷生片的整面施加均衡的壓力，則流路圖案以外的位置顯示為紅色，在流路圖案以外的位置不顯示顏色的情況下，進(jìn)行再次加壓、或在該時(shí)刻從試料中去除。
接著，利用推進(jìn)機(jī)式隧道爐在最高溫度為1600°C下燒制該產(chǎn)品形狀的成形體即流路構(gòu)件12，從而得到表I所示的試料No. I及24的間隙4為三角形狀的流路構(gòu)件。并且，流路構(gòu)件12的一部分產(chǎn)品作為用于確認(rèn)接合部的狀態(tài)的試料，從而保管一部分未燒制的流路構(gòu)件12。另外，在蓋體部Ia為氧化鋁陶瓷且側(cè)壁部Ic與底板部Ib的金屬為鋁的試料No. 101及102的成形方法中，蓋體部Ia利用與試料No. I及24相同的方法，預(yù)先準(zhǔn)備燒制蓋體部Ia的材料。然后，側(cè)壁部Ic與底板部Ib利用眾所周知的熱擠壓成形法而將側(cè)壁部Ic與底板部Ib成形為一體。接著，通過利用釬焊而接合所得到的蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic而制作流路構(gòu)件12。此外，釬焊利用絲網(wǎng)印刷法來涂敷由Al-Si構(gòu)成的硬釬料，在以約O. 15MPa加壓的狀態(tài)下以約590°C的溫度進(jìn)行熱處理。接著，與試料No. I以及24同樣地制作流體的供給口及排出口。對(duì)以上述方式得到的流路構(gòu)件12的試料No. I及24進(jìn)行超聲波探傷試驗(yàn)。超聲波探傷試驗(yàn)的目的在于，用于確認(rèn)在形成燒制后的流路構(gòu)件12的內(nèi)部的流路3的蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic間的接合部Id是否產(chǎn)生被認(rèn)為接合不良的層間剝離。超聲波探傷試驗(yàn)使用日立建機(jī)精密技術(shù)(Finetec)株式會(huì)社制的產(chǎn)品名為mi-scopehyper的設(shè)備，對(duì)于流路構(gòu)件I的蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic間的層疊的厚度t為4. 5mm的結(jié)構(gòu)，使用頻率50MHz的超聲波探頭(型名50P6F 15)對(duì)從上至下的第一、二層進(jìn)行探傷，使用25MHz的超聲波探頭(產(chǎn)品名PT-3-25-17)對(duì)成為層疊的中間的第三層進(jìn)行探傷，從而對(duì)流路構(gòu)件的整面進(jìn)行超聲波探傷試驗(yàn)。然后，觀察層疊的蓋體部la、側(cè)壁部lc、以及底板部Ib的第一、二層、第三層、以及第四、五層各自的超聲波探傷試驗(yàn)的圖像。在此，所采用的超聲波探頭根據(jù)陶瓷薄板的層疊厚度t而區(qū)分使用，在厚度t變厚的情況下，使用頻率更低的超聲波探頭即可。在超聲波探傷試驗(yàn)中，如果存在空洞則形成為白色圖像，無空洞的地方形成為黑色圖像。因此，如果在離開本來的流路圖案的位置存在白色部分，則產(chǎn)生了接合不良所導(dǎo)致的層間剝離。超聲波探傷試驗(yàn)的評(píng)價(jià)根據(jù)對(duì)各試料的間隙4的縱深4a與基于超聲波探傷試驗(yàn)的間隙的縱深4a進(jìn)行比較而實(shí)施評(píng)價(jià)，如果本來的間隙4的縱深4a與基于超聲波探傷試驗(yàn)的圖像的間隙4的縱深4a之差的最大值在±10%的范圍內(nèi)，則評(píng)價(jià)為合格，超過+10%的話則評(píng)價(jià)為不良。并且，縱深4a在O. 005mm以下的間隙實(shí)際上被認(rèn)為不存在間隙4。而且，如果各50個(gè)試料的流路構(gòu)件I的不良率為O %的話則評(píng)價(jià)為優(yōu)良，如果不良率在2 %以下的話則評(píng)價(jià)為良，不良率超過2%的話評(píng)價(jià)為否。另外，為了弄清接合不良的原因，對(duì)于與各試料相同的未燒制的流路構(gòu)件12及各50個(gè)試料的接合部ld，一邊用手剝離一邊利用放大鏡(10倍)觀察是否存在導(dǎo)致接合不良的原因。另外，由于在流路構(gòu)件12的蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間的接合部Id具有與流路3相連的間隙4，從而確認(rèn)對(duì)向承載熱交換對(duì)象物的搭載面的熱交換效率的影響程度。作為試驗(yàn)方法，在上述各試料的蓋體部Ia的外表面安裝加熱器與熱電偶。然后，以安裝熱電偶的位置的溫度形成為50°C的方式進(jìn)行加熱。
接著，使用水溫為18°C的水作為流體，以約O. 3MPa向流路構(gòu)件12供給。這樣一來，在經(jīng)過30分鐘之后測定蓋體部Ia的外表面的表面溫度，并確認(rèn)在各試料中平均的溫度變化量。表I示出得到的結(jié)果。[表 I]
^流路的蓋體部與側(cè)壁部間的
接合部的間隙接合不良
試料N材質(zhì) ——廠·—r—的發(fā)生率I格接合不良蓋體部表面?zhèn)?br> I縱深最大高度的發(fā)生率評(píng)價(jià)的原目w溫度變化量
有無形狀
<mm) Cmm)__(%)____( )
I全部陶瓷無 ———B 否_
________三角形狀 0,08 O. 06O 優(yōu)良 -20
蓋體部為陶瓷，
101側(cè)壁部與底板部無一 —O 優(yōu)良 -練
為銀
蓋體部為陶瓷
102惻螢部與底板部有三角形狀O. OS O, 06O 優(yōu)良 —
為鋁
.....................................L_I_L—一一—丄―...................................L._她--L-_-.................................I........................I-■丨丨——丨··■■丨圓一■■■L------------—根據(jù)表I所示的結(jié)果得知，蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic由陶瓷構(gòu)成的試料No. I的接合不良的產(chǎn)生率為8%，評(píng)價(jià)為否。并且，在調(diào)查所保管的未燒制的試料時(shí)發(fā)現(xiàn)如下情況，即，在層疊后的陶瓷生片的接合部附著有在利用金屬模具21成形陶瓷生片時(shí)產(chǎn)生的毛刺，因該毛刺導(dǎo)致不能充分地進(jìn)行陶瓷生片的接合。另外，與試料No. I同樣為陶瓷的試料No. 24的上述接合不良的產(chǎn)生率為0%，評(píng)價(jià)為優(yōu)良。這是因?yàn)殚g隙4的縱深4a為O. 08mm且最大高度4b為O. 06mm,即使在端面Ig產(chǎn)生毛刺If，該毛刺If也不會(huì)進(jìn)入到蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic間的接合部ld，從而認(rèn)為能夠防止接合不良的產(chǎn)生。順便說一下，雖然對(duì)未燒制的試料的接合部進(jìn)行了確認(rèn)，但是未能發(fā)現(xiàn)陶瓷生片的流路側(cè)端面的毛刺卷入陶瓷生片的接合部而引起接合不良。
另外，對(duì)于利用釬焊將蓋體部Ia由氧化鋁陶瓷且側(cè)壁部Ic及底板部Ib由鋁一體成形的結(jié)構(gòu)物接合后的試料101及102而言，無論蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間的接合部Id是否有與流路3相連的間隙4，都不產(chǎn)生接合不良。這是因?yàn)椋嚵螻o. I及24都由柔軟的未加工的成形體進(jìn)行層疊、加壓、燒制而接合，因此，與成為流路3附近的加壓力向成為側(cè)壁部Ic的中間層的傳遞被毛刺的有無所嚴(yán)重左右的情況相比，由于試料No. 101及102將燒結(jié)體接合，因此若在端面等處存在毛刺，則能夠利用研磨等除去，并且利用硬釬料的厚度等包括平坦度也能夠吸收毛刺。另外，由于接合堅(jiān)硬的燒結(jié)體，因此對(duì)加壓力向流路附近的傳遞的影響也小。另外，關(guān)于流路構(gòu)件12的加熱、冷卻的試驗(yàn)結(jié)果，在蓋體部la、側(cè)壁部lc、底板部Ib為陶瓷的試料中，在蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間的接合部Id不具有與流路3相連的間隙4的試料No. I的溫度變化量為18°C，相對(duì)于此，具有間隙4的試料No. 24的溫度變化量為20°C，從而知曉即使是微小的間隙4，也因具有間隙4而提高熱交換效率。另外，同樣地，在蓋體部Ia為陶瓷且側(cè)壁部Ic以及底板部Ib為金屬的試料No. 101與102中，不具有間隙4的試料No. 101的溫度變化量為26°C，相對(duì)于此，具有間隙4的試料No. 102為28°C，據(jù)此也可知曉因具有間隙4而提高熱交換效率的情況。
·
根據(jù)以上的結(jié)果得知，在流路構(gòu)件12的蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間的接合部Id具有與流路3相連的間隙4，由此流路3與流體之間的熱量的接觸面積變大，與此相對(duì)，能夠提高與蓋體部Ia的外表面之間的熱交換效率。另外，還可知曉如下情況，S卩，在層疊陶瓷生片而在內(nèi)部形成流路的情況下，由于在蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic之間的接合部Id具有與流路3相連的間隙4，且在該間隙4中吸收形成為陶瓷生片的流路3的貫通孔時(shí)產(chǎn)生的毛刺并不使毛刺夾入接合部ld，因此間隙4能夠抑制接合不良的產(chǎn)生。在此，雖然流路構(gòu)件的材質(zhì)可以是陶瓷或金屬的任一種，但在流路為彎彎曲曲的情況下，由于難以實(shí)現(xiàn)基于擠出成形、注射模塑成形、鑄型或者沖壓的一體成形，因此，一般而言通過對(duì)分別形成有成為流路的復(fù)雜的貫通孔的多個(gè)薄板進(jìn)行層疊而制作。而且，在采用重復(fù)進(jìn)行升溫與冷卻這種熱交換器的情況下，如果蓋體部、側(cè)壁部、以及底板部為相同材料，則因熱膨脹差導(dǎo)致的接合部剝離等的可能性小，因此在流路復(fù)雜且使用溫度范圍廣的情況下，更優(yōu)選層疊并燒制陶瓷生片而形成陶瓷流路構(gòu)件。實(shí)施例2接著，確認(rèn)在蓋體部Ia與側(cè)壁部Ic的接合部Id形成的與流路3相連的間隙4的形狀、與接合不良之間的關(guān)系。試料使用與在實(shí)施例I所使用的氧化鋁陶瓷相同的試料而成形，接合不良的評(píng)價(jià)方法也相同。此外，雖然試料No. I和14與實(shí)施例I相同，但試料No. 2 8的間隙4的形狀為矩形狀，試料No. 11 17的間隙4的形狀為梯形形狀，試料No. 21 27的間隙4的形狀為三角形狀。并且，制成與各試料的形狀吻合的金屬模具而進(jìn)行成形，間隙4的縱深4a及最大高度4b如下表所示。表2示出得到的結(jié)果。[表2]
權(quán)利要求
1.一種流路構(gòu)件，其特征在于， 所述流路構(gòu)件由蓋體部、側(cè)壁部及底板部構(gòu)成，在內(nèi)部具有供流體流通的流路，并且在所述蓋體部與所述側(cè)壁部之間具有與所述流路相連的間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流路構(gòu)件，其特征在于， 所述側(cè)壁部為具備多個(gè)板狀體而形成的層疊體，該板狀體具有用于形成所述流路的孔，在構(gòu)成所述層疊體的板狀體間具有與所述流路相連的間隙。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的流路構(gòu)件，其特征在于， 當(dāng)與所述流體流通的方向正交地進(jìn)行剖視時(shí)，所述間隙為矩形狀或梯形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的流路構(gòu)件，其特征在于， 當(dāng)與所述流體流通的方向正交地進(jìn)行剖視時(shí)，所述間隙隨著朝向所述側(cè)壁部側(cè)延伸的方向而上下開口的方向上的高度變低。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的流路構(gòu)件，其特征在于， 當(dāng)與所述流體流通的方向正交地進(jìn)行剖視時(shí)，在所述間隙的朝向所述側(cè)壁部側(cè)延伸的方向上的縱深設(shè)為a、上下開口的方向的最大高度設(shè)為b時(shí)，滿足a > b的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流路構(gòu)件，其特征在于， 所述縱深在O. 03mm以上且O. 08mm以下。
7.一種熱交換器，其特征在于， 所述熱交換器通過在權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的流路構(gòu)件的所述蓋體部的外表面設(shè)置金屬板而形成。
8.一種電子部件裝置，其特征在于， 所述電子部件裝置通過在權(quán)利要求7所述的熱交換器的所述金屬板上搭載電子部件而形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種流路構(gòu)件，從而在層疊多個(gè)側(cè)壁部而在內(nèi)部具備流路的流路構(gòu)件中能夠較少地產(chǎn)生側(cè)壁部的接合不良。本發(fā)明的流路構(gòu)件(1)由蓋體部(1a)、側(cè)壁部(1c)、底板部(1b)構(gòu)成，在內(nèi)部具有供流體流通的流路(3)，并且在所述蓋體部(1a)與所述側(cè)壁部(1c)之間具有與所述流路(3)相連的間隙(4)。根據(jù)該流路構(gòu)件(1)，通過在蓋體部(1a)與側(cè)壁部(1c)之間具有與流路(3)相連的間隙(4)，流路(3)與流體的接觸面積變大，從而能夠提高與蓋體部(1a)之間的熱交換效率。
文檔編號(hào)H05K1/02GK102934528SQ20118002816
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者坪川健治, 藤尾和彥, 前田健次郎 申請(qǐng)人:京瓷株式會(huì)社