(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅から作製された少なくとも２個のプレート状の要素（１〜４）を具備し、通路または開口（５、７）を設けた、少なくとも１個のプレートスタックからなる冷却器または冷却器要素もしくはヒートシンクを製造する方法であって、積み重ねられた要素（１〜４）は、前記要素の接合表面上および通路または開口（５、７）の内側表面上に接合手段を塗工して加工温度まで加熱することにより互いに接合されてスタックを形成する方法であり、
銅から作られた要素（１〜４）のためにＣｕＯおよびＣｕ２Ｏが接合手段として使用され、接合が１０６５℃〜１０８２℃の加工温度で行われることを特徴とする方法。
【請求項２】
銅から作製された少なくとも２個のプレート状の要素（１〜４）を具備し、通路または開口（５、７）を設けた、少なくとも１個のプレートスタックからなる冷却器または冷却器要素もしくはヒートシンクを製造する方法であって、積み重ねられた要素（１〜４）は、前記要素の表面上および通路または開口（５、７）の内側表面上に接合手段を塗工して加工温度まで加熱することにより互いに接合されてスタックを形成する方法であり、
銅から作られた要素（１〜４）のためにＣｕＯまたはＣｕ２Ｏが接合手段として使用され、接合が１０６５℃〜１０８２℃の加工温度で行われることを特徴とする方法。
【請求項３】
ＣｕＯおよびＣｕ２Ｏが、接合表面および開口（５、６、７）の内側表面に接合手段として塗工または形成され、次いで要素（１〜４）が積み重ねられ、１０６５℃〜１０８２℃の加工温度に加熱することによって互いに結合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
ＣｕＯまたはＣｕ２Ｏが、接合表面および開口（５、６、７）の内側表面に接合手段として塗工または形成され、次いで要素（１〜４）が積み重ねられ、１０６５℃〜１０８２℃の加工温度に加熱することによって互いに結合されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
接合の前に、全ての要素（１〜４）には、少なくともそれらの接合表面および存在する全ての通路または開口（５〜７）上に接合手段（８、８．１）が設けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
銅から作製された少なくとも２個のプレート状の要素（１〜４）を具備し、通路または開口（５、７）を設けた、少なくとも１個のプレートスタックからなる冷却器または冷却器要素もしくはヒートシンクを製造する方法であって、積み重ねられた要素（１〜４）は、前記要素の表面上および通路または開口（５〜７）の内側表面上に接合手段（８、８．１）を塗工する要素と塗工しない要素を含む
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレートスタックを作製または製造する方法、詳細には、金属、例えば銅から作製された少なくとも２個のプレート状の要素を具備し、通路または開口を設けた、少なくとも１個のプレートスタックからなる冷却器または冷却器要素もしくはヒートシンクを製造または作成する方法に関し、積み重ねられた要素は、前記要素の表面に形成された結合表面上の接合手段を用い、スタックを形成する加工温度に加熱することによって互いに接合される。
【背景技術】
【０００２】
マイクロクーラーの別名でも知られる冷却器は当技術分野に知られており、電子素子または電子モジュール、特に高出力素子またはモジュールを冷却するために特に設計され、互いに接合されてスタックを形成する薄い金属（金属箔）プレートからなり、内部プレートは、プレートスタックまたは冷却器の内部に冷媒のための冷却チャンネルまたは流路を形成するように、開口または通路を備えて構成される。プレートを面結合するために、それらには結合表面、すなわちその表面側に結合手段が設けられる。次いで、プレートを結合または接続するために、プレートは互いにその上にスタック状に積み上げられ、次いで適切な加工温度に加熱され、結合手段によって結合表面上に溶融可能な金属領域（結合またはホットメルト層）が形成され、スタックの冷却の後、それらは互いに結合してプレートスタックを形成する。
【０００３】
既知の方法の欠点は、結合層またはホットメルト層が固化する間に、２個の隣接プレートの開口または通路の間の接合点で、収縮や望ましくない中空部、或いはデッドスペースがこのスタックの内部に形成されることであり、これ（デッドスペース）は、プレートスタックによって形成される冷却器を通って流れる冷媒に望ましくない乱流を生じさせる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、この欠点を取り除く方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、プレートスタックを製造する方法、詳細には、金属、例えば銅から作製された少なくとも２個のプレート状の要素を具備し、通路または開口を設けた、少なくとも１個のプレートスタックからなる冷却器または冷却器要素もしくはヒートシンクを製造する方法によって達成される。この中で、積み重ねられた要素は、前記要素の表面に形成された結合表面上の接合手段を用い、スタックを形成する加工温度に加熱することによって互いに接合され、このとき、前記接合手段は、接合の前に通路または開口の内側表面にも塗工される。
【０００６】
本発明のさらに別の、可能な実施形態は従属請求項の主題である。添付の図面を参照して、例示的な実施形態に基づき、本発明を以下に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図において、１〜４は金属（例えば銅または銅合金）から作製されたプレート状要素またはプレートであって、これらは互いに表面上に結合されてスタックを形成し、図示していない電子素子を冷却するための冷却器もしくはヒートシンク、または冷却器もしくはヒートシンクの一部を形成する。図示した実施形態中のプレート１〜４は、金属箔、例えば銅箔の同じサイズの四辺形素材である。プレート１〜３は、例えば液体冷媒が流れることのできる冷却器構造または冷却チャンネルを形成するように構成される。すなわち、プレート１には２個の対向する周辺側の近く、また、これらの周辺側の中心近くに通路または開口５が設けられる。プレート２は、対応する対向周辺側に各々１個のスリット状の開口６を有し、これ（スリット状開口）はそれぞれの周辺側に平行に展延し、プレート３は、複数のスリット状開口７を有し、これは互いに平行で、かつプレート１〜４の四辺形素材の他の２個の周辺側に平行に展延する。さらに、プレート１〜４が互いに結合されて冷却器を形成するとき、通路または開口５〜７は、各開口５が開口６と一致し、各開口６が開口７の一端と一致し、プレート２から遠ざかる側のプレート３の開口７はプレート４によって閉じられるように構成される。
【０００８】
このようにして、開口７は複数の平行な冷却チャンネルを形成し、その各々は１個の開口６によって形成された１個の分配チャンネルに両端で接続される。開口６によって形成された分配チャンネルは、開口５によって形成された接続部によって冷却回路に接続することができる。
【０００９】
プレート１〜４は、プレートスタック中で隣接するプレート１〜４の結合表面または表面側の、開口５〜７によって占められない表面側の領域に塗工された、接合媒体または手段（コーティング８）を用いて互いに表面上で結合または接合されて、冷却器を形成するプレートスタックを形成し、接合手段は、加工温度まで加熱して接合する際に、可溶性または溶融可能な金属領域（接合または溶融層）を形成し、冷却の後にプレート１〜４は互いに接合または結合し、プレートスタックまたは冷却器を形成する。先行技術の欠点は、図２に示したように、開口５と６の領域のプレート１と２の間の接合部の領域に、例えば、冷却中の接合層または溶融層もしくは接合層の縮退または収縮のため、および／または接合中の可溶性または溶融可能な金属での被覆が不十分なため、結合の後、開口領域において、２個のプレート間の接合部の結合層にデッドスペース９が形成されることである。
【００１０】
これらのデッドスペース９は大きな欠点となる。すなわち、それらは冷却器または冷却チャンネル中を流れる冷媒に望ましくない乱流を招く。詳細には、これらのデッドスペース９は、特にデッドスペース９のために露出された開口５〜７の端部または縁部に望ましくない腐食を招く。
【００１１】
図３は本発明の第１の可能な実施形態を示している。この実施形態において、プレート１〜４はプレートスタックまたは冷却器１０を製造するために同様に使用されるが、プレート１〜４を結合する前に、接合手段としてのコーティング８は、冷却器１０のプレート１〜４の少なくとも結合表面または隣接表面側を完全に被覆するだけではなく、図３の位置ａ〜ｄで示したように、通路または開口５〜７の側部または内部面が十分な厚さで被覆され、各々内部コーティング８．１を有するように、結合または接合手段が塗工される。
【００１２】
プレート１〜４を接合して冷却器を形成した後、接合プロセスの間の溶融金属の表面張力を考慮しても、従来技術で発生するデッドスペース９が取り除かれ、特に、開口の側部表面によって形成された冷却器１０のチャンネルの表面および端部は、開口５、６、７の領域におけるプレート１〜４の結合部が図３の位置ｅに示されているように、接合手段で被覆されることになる。
【００１３】
図４は図３と類似した、さらに別の可能な本発明の実施形態を示している。この実施形態では、プレート２の通路または開口６だけがその内側表面に接合手段から作られたコーティング８．１を備え、プレート１、３、４は接合手段をその結合表面にのみ有する。いずれにしても、開口６の領域に十分な厚さのコーティング８．１を有することによって、すなわち、結合の間、十分な量の接合手段の容積を有することによって、少なくとも隣接する開口５と７の接合部が、接合手段によって形成された結合または接合層の材料で十分被覆されるので、不都合なデッドスペース９が形成されず、隣接する開口５と７の端部または縁部は接合層の材料で被覆されることになる。
【００１４】
上記の図４に関しては、全てのプレート１〜４は、接合手段またはコーティング８を少なくともそれらの結合表面に備えるが、接合手段（コーティング８．１）は少なくともプレート１〜３のうちの１個に、その通路または開口の内部または側部表面にも塗工することが想定された。また一方、一般に、スタックまたは冷却器１０の隣接する２個のプレートの１個だけは、その表面側とその通路または開口の内部または側部表面にも接合手段を設け、隣接プレートがそれらの接合手段をもたないことも可能である。例えば、図４に関して説明した実施形態の変形として、プレート１には、プレート２と結合される少なくともその表面側、および開口５の内側表面に接合手段を設け、プレート３には、その２つの表面および開口７の内側表面に接合手段を設けるが、プレート２と４は接合手段を設けないことが可能である。プレート１〜４の結合の間に、全てのプレートを結合して冷却器１０を形成することはプレート１と３の接合手段によって達成され、さらに、開口５〜７の領域の個々のプレート間の接合部が被覆されるので、望ましくないデッドスペース９が除かれる。
【００１５】
したがって、同様に、プレート２にのみ、その２個の表面側と開口６の内側表面にも接合手段を設け、同様にプレート４には少なくともプレート３と結合されるその表面側に接合手段を設けるが、プレート１および３には接合手段を設けないことが可能である。結合の間、個々のプレート間の接合部は同様に溶融可能な金属でその開口５〜７の領域を被覆されるので、望ましくないデッドスペース９が除かれる。
【００１６】
さらにこの方法の変形は、例えば、開口５と７の内側表面だけに接合手段の塗工８．１を設け、開口６の内側表面は接合手段を設けない形などが考えられる。
【００１７】
図５は図１と類似した、プレートスタックまたは冷却器１０ａを形成するために結合されるプレートを示している。この実施形態は、総計５個のプレート、すなわちプレート１〜４およびプレート３と４の間の追加のプレート２を使用し、示した実施形態のプレートは金属箔、例えば銅箔の同じサイズの四辺形の素材から同様に形成される。プレートスタックまたは冷却器１０ａを形成するためのプレート１〜４の表面結合または接合は、接合手段の使用および加工温度までの加熱によって同様に行われる。冷却器１０ａにおいて、２個のプレート２の通路または開口６は拡大された直径を有する分配チャンネルを形成し、プレート３の通路または開口７はこれらの分配チャンネルの間に展延する複数の冷却チャンネルを同様に形成する。冷却器１０ａは、プレート１および４によってその両側を閉じられ、それによって開口５は開口６によって形成された分配チャンネルに接続する外部接続部を同様に形成し、この目的のために、例えば示していない管状接続要素が設けられる。
【００１８】
この方法において、接合手段は互いに接合されるプレート１〜４の表面または結合表面に塗工されるだけではなく、少なくともプレートのいくつかはこれらのプレートに設けられた通路または開口の内側表面にも塗工される。この例は図６および７に再現されている。
【００１９】
図６に示した実施形態では、プレート１〜４を結合して冷却器１０ａを形成する前に、ひとつおきのプレートにだけその表面およびその開口の内側表面に接合手段が設けられる。すなわち、ａ、ｃ、ｅの位置に示したように、コーティング８および８．１を備えるプレート１、３、４が設けられる。結合または接合の間に、接合手段を用いて作製された可溶性の、または溶融可能な金属は、開口５、６、７の領域における全ての隣接プレート１〜４の接合部を被覆するので、不都合なデッドスペース９は除かれ、またプレート１〜４の間の接合部で開口の縁部および開口の内側表面は接合層の金属で被覆されることになる。
【００２０】
同じ結果は、２個のプレート２だけ、表面側に接合手段（コーティング８）を設け、開口６に接合手段（コーティング８．１）を設ける、図７に示した実施形態によっても達成することができる。この実施形態において、接合の間に溶融可能な金属は開口５〜７の領域における全てのプレート１〜４間の接合部、また、これらの開口の内側表面も被覆するので、望ましくないデッドスペース９が除かれる。
【００２１】
接合手段は、例えば、接合手段の種類、したがって接合手段の種類に応じて、様々な手段で塗工することができる。例えば、直接接合プロセスを用いるならば、例えば、プレート１〜４が銅から作られ、直接銅接合プロセスが用いられるならば、接合手段はそれぞれのプレートの金属間の反応性ガスによる接合であって、銅から作られたプレートでは接合手段はＣｕＯおよび／またはＣｕ２Ｏであり、結合または接合は互いにスタック状に構成されたプレート１〜４を低濃度の酸素を含有する不活性ガス雰囲気中で１０６５℃〜１０８２℃の加工温度に加熱し、次いで環境温度まで冷却することによって行われる。
【００２２】
次に、接合手段の塗工は、例えばプレート１〜４または箔素材の適切な化学処理によって行われる。開口の内側表面に接合手段を有するプレートでは、接合手段層、すなわち、例えばＣｕＯおよび／またはＣｕ２Ｏコーティングを形成するためのこの化学処理は、開口を構成または作製するまで行わない。
【００２３】
様々な金属または金属合金が接合手段として適しており、特に、加工温度でプレート１〜４の金属と半田を形成し、その（半田の）溶融温度がプレート１〜４の金属の溶融温度よりもかなり低い金属または金属合金が接合手段として適している。
【００２４】
適切な接合手段は、例えばリン含有率が１〜２０重量％のＮｉ−Ｐ合金である。そのとき、積み重ねられたプレート１〜４の結合または接合は、プレートスタックを８５０℃〜１０８２℃の加工温度に加熱し、次いで環境温度まで冷却することによって行われ、それによって接合手段は加工温度で隣接するプレート１〜４の銅と溶融可能な半田を形成する。
【００２５】
銀は、特に銅から作られたプレート１〜４に適した接合手段であり、接合は７８０℃〜１０８０℃の加工温度に加熱することによって行われる。
【００２６】
例えば、スズまたはスズ合金も適切な接合手段である。積み重ねられたプレート１〜４の結合または接合は、プレートスタックを約１７０℃〜２８０℃の加工温度に加熱することによって行われる。
【００２７】
接合手段の塗工は例えば、電気めっきまたは浸漬によって化学的に達成される。
【００２８】
プレートの厚さが０．１〜２ｍｍの場合、開口の内側表面の十分な接合手段コーティング８．１の厚さは、約０．５〜１．５μｍである。
【００２９】
特に接合手段を、それぞれのプレート１〜４の化学的または電気化学的な処理によって塗工する上記の方法では、接合手段がコーティング８．１としてそれぞれの開口領域に堆積するだけでなく、それぞれのプレートの両側の表面にコーティング８として堆積することが避けられない。後者が望ましくなければ、すなわち、１個のプレートの２つの表面の１つだけに接合手段を設けなければならないときは、それぞれのプレートは接合手段の塗工の後、および接合の前に、図８に示したようにさらに処理が行われる。位置ａは例えばプレート１を示しており、両面に接合手段から作られたコーティング８が設けられ、開口６の領域には接合手段から作られたコーティング８．１が設けられる。次いで、さらなる加工ステップ、例えば機械的または化学的な処理によって、接合手段は１つの表面から除去されるので、プレートは接合手段をその他方の表面と開口５の領域にのみ備えることになる。
【００３０】
本発明の一般的な利点は、上述の全ての実施形態において、通路または開口領域でプレートまたは複数のプレート１〜４の間の接合部の従来技術の不都合なデッドスペースが除かれ、したがって、特に望ましくない冷媒中の乱流が防止されることである。さらに、通路または開口におけるプレート１〜４間の接合部を溶融可能な金属によって接合中に完全に被覆することは、完成したスタックにおいて同じ材料が表面全てに存在することも意味し、したがって液体冷媒（例えば水）と他の材料の接触に起因する接触腐食が回避される。
【００３１】
特に、図５および７に関して説明した実施形態は、接合の前にプレート１〜４のいくつかだけに接合手段を塗工するため、製造と加工コストが低減されるという利点がある。驚くべきことに、これらの実施形態において、それらの通路または開口領域における個々のプレート間の接合部は接合手段で形成された溶融可能な金属によって完全に被覆されるので、従来技術の望ましくないデッドスペース９が除かれるだけでなく、少なくとも開口領域において、冷媒が流れるチャンネルの表面が同じ材料から形成されることになり、冷腐食が少なくとも最大限回避される。
【００３２】
本発明は例示的な実施形態に基づいて上に説明した。いうまでもなく、本発明の根拠となる基本的な本発明の概念を放棄することなく、様々な修正と変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図示していない電子素子またはモジュールを冷却するためのヒートシンクまたは冷却器の３個の金属層またはプレートを簡略化して示す展開俯瞰図である。
【図２】図１に描いたプレートを表面結合または接合することによって製造された、従来技術で知られている冷却器の簡略化した部分図である。
【図３】接続または接合する前の本発明による冷却器の個々のプレートを、各々ａ〜ｄの位置に断面で示し、冷却器の断面をｅの位置に示す図である。
【図４】図３と同様に描いてあるが、さらに別の可能な実施形態を示す図である。
【図５】さらに別の可能な実施形態の冷却器を製造するための５個の層またはプレートを図１と同様に描いて示す図である。
【図６】接合してマイクロクーラーを形成する前の図５のプレートを、各々ａ〜ｅの位置に部分断面で示し、プレートによって形成される冷却器の部分断面をｆの位置に示す図である。
【図７】図６と同様に描いた図である。
【図８】本発明のさらに別の可能な実施形態の２つのプロセス段階をａおよびｂの位置に示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  プレートまたはプレート状要素
２  プレートまたはプレート状要素
３  プレートまたはプレート状要素
４  プレートまたはプレート状要素
５  通路または開口
６  通路または開口
７  通路または開口
８  表面側への接合手段コーティングまたは塗工
８．１  開口への接合手段コーティングまたは塗工
９  デッドスペース
１０  冷却器
１０ａ  冷却器
【図１】
0004346555.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004346555.tif 000006
【図６】
0004346555.tif 000007
【図７】
0004346555.tif 000008
【図８】
0004346555.tif 000009