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JP2017022374A - コールドプレートおよびその製造方法 - Google Patents

コールドプレートおよびその製造方法 Download PDF

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JP2017022374A JP2016131331A JP2016131331A JP2017022374A JP 2017022374 A JP2017022374 A JP 2017022374A JP 2016131331 A JP2016131331 A JP 2016131331A JP 2016131331 A JP2016131331 A JP 2016131331A JP 2017022374 A JP2017022374 A JP 2017022374A
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Abstract

【課題】容器の内部を流れる熱輸送媒体によって熱を運び去ることにより冷却を行うコールドプレートの軽量化を図る。【解決手段】カバー2は、供給ポート17aと排出ポート17bとが形成された天板部4と天板部4の外周部に繋がっている筒状の周壁部5と、周壁部5の全周から周壁部5の外側に延びているフランジ部8とを有し、カバー2は、フランジ部8がベースプレート3に密着するようにベースプレート3に組み付けられ、フランジ部8の外周端面8aからベースプレート3の外表面7に亘って接合樹脂11が設けられ、接合樹脂11は、ベースプレート3の外表面7に形成された微細孔に浸入してベースプレート3に一体化するとともにカバー2に一体化することによりベースプレート3とカバー2とを接合している。【選択図】図1

Description

本発明は、熱交換対象物を外面に接触させた容器の内部に熱輸送媒体を流通させることにより、熱交換対象物と熱輸送媒体との間で熱交換を行うように構成されたコールドプレートおよびその製造方法に関するものである。
電子部品が実装される電子回路部を熱媒体によって冷却する装置が特許文献1に記載されている。特許文献1に記載された装置は、電子回路部が載置される金属製の基板本体を有し、その基板本体には熱媒体を流通させる流路が形成されている。電子回路部の熱は、基板本体に伝達され、さらに流路を流れる熱媒体によって外部に運び去られ、したがって電子回路部は、熱媒体によって冷却される。また、特許文献1には、前記流路にパイプを接合する方法として、射出接合法が記載されている。
特開2007−281403公報
特許文献1に記載された構成では、電子回路部と基板本体とが広い面積で接触するものの、熱媒体は基板本体に形成されているパイプ状の流路を流れるように構成されているため、熱媒体と基板本体とが接触する面積が狭い。そのため、電子回路部から熱媒体に伝達される熱量が制限され、電子回路部での発熱量が多い場合には、電子回路部を十分には冷却できない可能性がある。特許文献1には、基板本体に複数本の流路を設けた構成が記載されている。このような構成であれば、流路の本数の増大に伴って熱媒体の流量が多くなるから、基板本体から熱媒体に対して伝達される熱量を増大させることができる。しかしながら、流路を構成する部材の数(例えばパイプ材の本数)が多くなるので、基板本体の全体としての構成が複雑化し、また重量が重くなる不都合がある。
本発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、構成の簡素化や軽量化を図ることのできるコールドプレートおよびその製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明に係るコールドプレートは、上記の目的を達成するために、金属製のベースプレート上に前記ベースプレートに向けて開口した碗形状のカバーが接合されて容器が形成され、前記容器の内部に前記ベースプレートに一体化された多数のフィンが設けられるとともに前記フィン同士の間に熱輸送媒体が流れる流路が形成され、前記カバーには前記流路の一端側に連通した供給ポートと前記流路の他端側に連通した排出ポートとが設けられているコールドプレートにおいて、前記カバーは、前記供給ポートと前記排出ポートとが形成された天板部と前記天板部の外周部に繋がっている筒状の周壁部と、前記周壁部の開口側の端面である密着面とを有し、前記カバーは、前記密着面が前記ベースプレートに密着するように前記ベースプレートに組み付けられ、前記周壁部の外周面から前記ベースプレートの外表面に亘って接合樹脂が設けられ、前記接合樹脂は、前記ベースプレートの外表面に形成された微細孔に浸入して前記ベースプレートに一体化するとともに前記カバーに一体化することにより前記ベースプレートと前記カバーとを接合していることを特徴とするものである。
本発明においては、前記周壁部の開口側の前記端面と前記ベースプレートの表面との間でかつ前記容器の内部より外側に、前記周壁部の外周面に向けて開口した隙間が設けられ、前記隙間に前記接合樹脂が入り込んで前記カバーと前記ベースプレートとが前記接合樹脂によって接合されていてよい。
本発明においては、前記周壁部の開口側の前記端面と前記ベースプレートの表面との互いに対向して密着する面のうちのいずれか一方の面に凸部が形成されるとともに、他方の面に前記凸部を嵌め込ませて前記ベースプレートに前記カバーを仮止めするように係合する凹部が形成されていてよい。
本発明においては、前記凸部と前記凹部とは、液密状態に接触していてよい。
本発明においては、前記金属製のベースプレートの外周部に合成樹脂製のフレーム部が前記ベースプレートに一体化して形成されていてよい。
本発明においては、前記フレーム部には、前記ベースプレートの厚さ方向に貫通した取付孔が形成されていてよい。
本発明においては、前記カバーは、金属製であり、前記接合樹脂は、前記カバーに形成された微細孔に浸入して前記カバーに一体化していてよい。
本発明においては、前記カバーは、前記ベースプレートの外表面の一部である外周面と前記周壁部の外周面とが段差のない単一面上に並んでおり、前記単一面上に並んでいる前記ベースプレートにおける前記外周面と前記フランジ部の外周端面とに前記接合樹脂が一体化していてよい。
本発明においては、前記カバーは、前記周壁部の全周から前記周壁部の外側に延びているフランジ部を更に備え、前記フランジ部の外周端面が前記周壁部の一部となり、かつ前記フランジ部の前記ベースプレートの表面に対向する面が前記周壁部の開口側の端面となっていてよい。
本発明においては、前記接合樹脂は、前記ベースプレートにおける前記外周面と前記フランジ部の外周端面とに付着している外周接合部と、前記外周接合部と一体でかつ互いに密着している前記フランジ部と前記ベースプレートとの外周部を前記フランジ部と前記ベースプレートとの厚さ方向に挟み付けた状態で前記フランジ部の表面および前記ベースプレートの裏面に付着して一体化している挟持部とを有していてよい。
本発明においては、前記接合樹脂は、前記ベースプレートにおける前記外周面と前記フランジ部の外周端面とに付着している外周接合部を有し、前記ベースプレートと前記フランジ部とは前記外周接合部のみによって互いに一体化するように接合されていてよい。
本発明においては、前記容器における前記天板部の外表面に補強用のリブが一体化して設けられていてよい。
本発明の方法は、金属製のベースプレート上に前記ベースプレートに向けて開口した碗形状のカバーが接合されて容器が形成され、前記容器の内部に前記ベースプレートに一体化された多数のフィンが設けられるとともに前記フィン同士の間に熱輸送媒体が流れる流路が形成され、前記カバーには前記流路の一端側に連通した供給ポートと前記流路の他端側に連通した排出ポートとが設けられているコールドプレートの製造方法において、前記カバーは、前記供給ポートと前記排出ポートとが形成された天板部と前記天板部の外周部に繋がっている筒状の周壁部と、前記周壁部の開口側の端面である密着面とを有する構成とし、前記ベースプレートと前記カバーとを接合する接合樹脂が付着する前記ベースプレートの外表面と前記カバーの外表面とのうち少なくとも、前記接合樹脂が付着する前記ベースプレートの外表面に表面処理によって微細孔を形成しておき、前記カバーを、前記周壁部の開口側の前記端面が前記ベースプレートに密着するように前記ベースプレートに組み付けて射出成形型の内部にセットし、前記射出成形型を閉じた後に、前記微細孔を形成してある前記ベースプレートの外表面から前記周壁部の外周面に亘る箇所に前記接合樹脂を射出するとともに前記接合樹脂を前記微細孔に浸入させて、前記接合樹脂によって前記カバーと前記ベースプレートとを接合することを特徴とする方法である。
本発明によれば、ベースプレートとカバーとによって形成された容器の内部に前記供給ポートから熱輸送媒体を供給し、かつ排出ポートからその熱輸送媒体を排出することにより、容器の内部に設けられているフィンの間の流路を熱輸送媒体が流通する。その結果、熱輸送媒体と容器との間で熱交換が生じ、その熱交換は容器の内面だけでなく容器の内部に設けられているフィンの表面でも生じ、熱交換面積が広くなって効率よく、また多量に熱交換することができる。そのため、多数の流路を形成するために複数本のパイプを設けるなど、構成部材が多くなる要因がないので、構成の簡素化や軽量化を図ることができる。また特に、ベースプレートとカバーとの接合樹脂によって接合して一体化した構成であることにより、接合のための手段が簡素化され、この点においても軽量化を図ることができる。
本発明の一実施例を示す縦断側面図である。 本発明の一実施例を、その天板部の一部を除去して示す平面図である。 樹脂が微細孔に浸入してカバーとベースプレートとを接合している状態を模式的に示す部分断面図である。 カバーの端面とベースプレートの表面との間に隙間を設けて樹脂を浸入させた状態を示す部分断面図である。 カバーとベースプレートとを仮組み付けする凸部および凹部の例を示す部分断面図である。 カバーとベースプレートとを仮組み付けするピンおよび凹部の例を示す部分断面図である。 カバーの端面とベースプレートの表面との間に隙間を設けた他の例を示す部分断面図である。 カバーとベースプレートとを仮組み付けする凸部および凹部の他の例を示す部分断面図である。 ベースプレートの外周側に樹脂製のフレーム部を設けた例を示す縦断側面図である。 カバーとベースプレートとを射出接合している状態を模式的に示す断面図である。 本発明の他の実施例を示す縦断側面図である。 フランジ部とベースプレートとの間にコーナ部を設けてこれらフランジ部とベースプレートとを接合樹脂で挟み付けた例を示す部分断面図である。 フランジ部とベースプレートとの間に隙間を設けて外周接合部の接合樹脂をその隙間に入り込ませた例を示す部分断面図である。 フランジ部の外周端面とベースプレートの外周面とを接合樹脂の外周接合部によって接合した例を示す部分断面図である。 フランジ部とベースプレートとの間に隙間を設けて外周接合部の接合樹脂をその隙間に入り込ませた他の例を示す部分断面図である。 接合樹脂によってフレーム部を構成した例を示す部分断面図である。 天板部に設けたリブの形状の一例を示す平面図である。 カバーを合成樹脂製とした場合の製造方法を説明するための模式的な断面図である。
図1に本発明に係るコールドプレート1の縦断側面図を示し、図2にそのコールドプレート1のカバー2の一部を除去した平面図を示してある。コールドプレート1は、平板状のベースプレート3と、ベースプレート3の表面7に接合したカバー2とを備えている。なお、表面7が本発明における「外表面」に相当している。カバー2は、平板状の天板部4と、その天板部4の外周部に繋がっている筒状の周壁部5とによって碗形状に形成されている。図1および図2に示す例では、天板部4は矩形状をなし、周壁部5は矩形の筒状をなしている。カバー2は開口部がベースプレート3を向くように配置され、前記周壁部5の開口端側における開口端面6をベースプレート3の表面7に突き当てた状態でベースプレート3に接合されている。
前記周壁部5の開口端部の全周には、外向きに延びたフランジ部8が一体に形成されており、このフランジ部8におけるベースプレート3側の面が前記開口端面6とされている。その開口端面6には、全周に亘って、ベースプレート3の表面7に液密状態に接触する密着面9が形成されている。図1に示す例では、開口端面6の全体が密着面9とされている。なお、フランジ部8を設けることなく、周壁部5の開口端の面の全体を密着面9としてもよい。
ベースプレート3は、銅やアルミニウムもしくはその合金などの熱伝導性の良好な適宜な金属によって形成されている。これに対してカバー2は、ベースプレート3と同様の金属製とすることができ、またABS樹脂、ナイロン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどの合成樹脂によって形成することができる。カバー2とベースプレート3とが共に金属製の場合、カバー2はベースプレート3に対して合成樹脂による射出接合によって接合されている。その接合構造を説明すると、前記密着面9をベースプレート3の外表面の一部である表面7に密着させた状態にカバー2をベースプレート3に組み付けることにより、周壁部5(フランジ部8)の外周端面8aとベースプレート3の表面7とによってコーナ部10が形成され、そのコーナ部10を埋めるように射出されてコーナ部10に充填された接合樹脂11によってカバー2とベースプレート3とが接合されている。なお、フランジ部8を設けていない場合には、周壁部5の外周面とベースプレート3の表面7とによってコーナ部10が形成され、そのコーナ部10に接合樹脂11を充填することになる。
その接合(いわゆる射出接合)の原理を簡単に説明すると、前記コーナ部10を形成している周壁部5の外表面とベースプレート3の表面7とには、酸化処理などの適宜の表面処理によって、図3に模式的に示すように、多数の微細孔12が形成されている。そのコーナ部10に適宜の射出成形型を用いて接合樹脂11を高圧で射出する。使用される接合樹脂11は、ポリフェニレンスルフィルド(PPS)、ナイロン、ポリプロピレン、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ABS樹脂などである。射出された接合樹脂11は、酸化処理などの表面処理によって形成されている微細孔12に浸入して固化する。その結果、接合樹脂11が前記微細孔12を介してカバー2およびベースプレート3に固着した状態になり、かつ接合樹脂11が固化することにより、カバー2とベースプレート3とが接合樹脂11を介して一体化するように連結される。すなわちカバー2とベースプレート3とが接合される。
上記のいわゆる射出接合を行う場合、互いに組み付けられたカバー2とベースプレート3とは前記密着面9によって液密状態に密着しているので、高圧で射出される接合樹脂11がカバー2の内側に浸入することが回避される。また、接合樹脂11をコーナ部10に向けて射出する場合、接合樹脂11の温度あるいは射出成形型の温度は、高々300℃から400℃程度であって、カバー2やベースプレート3が高温度に曝されることがない。そのため、カバー2やベースプレート3の強度もしくは剛性が低下することが回避もしくは抑制される。
なお、カバー2を合成樹脂製とした場合、接合樹脂11とカバー2とは互いに溶融して一体化し、あるいは化学的に結合して一体化することにより、接合樹脂11を介してカバー2とベースプレート3とが接合される。
カバー2とベースプレート3とは上記のように接合されることにより容器13を構成し、その容器13の内部に多数のフィン14がベースプレート3に一体化した状態で設けられている。これらのフィン14は、長さ(もしくは幅)に対して高さの低い薄板状の部材であって、互いに僅かな隙間を空けて平行に配置され、その隙間が流路15となっている。フィン14は、カバー2やベースプレート3とは別部材として作成し、カバー2の内面あるいはベースプレート3の表面7に接合してもよく、あるいはベースプレート3の表面7に切削加工などによって一体に形成してもよい。
フィン14は、矩形状をなす上記の容器13の内部に、その長手方向に向けて配置されている。各フィン14の図1における上端部は、僅かに離れていてもよいが、好ましくはカバー2の内面に接触している。より好ましくは、フィン14の上端部とカバー2の内面とが接合されている。カバー2が金属製の場合には、ロー付けなどの手段でフィン14の上端部とカバー2とを接合すればよく、またカバー2が合成樹脂製の場合には、適宜の接着剤によって接合すればよい。フィン14の上端部をカバー2の内面に接合すれば、カバー2における天板部4の剛性を高くして天板部4の変形を防止もしくは抑制することができる。
それらのフィン14の両端部(流路15の両端部)は、カバー2の内壁面から所定寸法離れていて、全ての流路15が連通するヘッダー部16a,16bが形成されている。カバー2には、一方のヘッダー部16aに連通した供給ポート17aと、他方のヘッダー部16bに連通した排出ポート17bとが形成されている。したがって、供給ポート17aは、前記流路15の一端側に連通し、排出ポート17bは、流路15の他端側に連通している。各ポート17a,17bには、パイプ19a,19bを接続するためのコネクター18a,18bが取り付けられている。コネクター18a,18bは金属製であり、カバー2が前述した金属によって形成されている場合には、コネクター18a,18bはロー付けや前述した射出接合によってカバー2に取り付けることができる。また、カバー2が合成樹脂製の場合、インサート成形によってコネクター18a,18bをカバー2に取り付けることができる。
上記のコールドプレート1の使用方法および作用について説明する。ベースプレート3の図1での下面(裏面)3aは平坦面とされており、その下面3aに熱交換対象物が熱伝達可能に接触させられる。その熱交換対象物は、例えば演算素子や記憶素子などの電子部品である。熱交換対象物は、ベースプレート3の下面3aに直接接触させてもよく、あるいはTIM(Thermal Interface Material)と称される熱伝導部材をベースプレート3との間に介在させてもよい。その状態で、前記供給ポート17aから熱輸送媒体(例えば冷却水)を前記容器13の内部に供給する。その冷却水は、一方のヘッダー部16aに入り、ここからフィン14同士の間の流路15に分散して供給され、その流路15を他方のヘッダー部16bに向けて流れる。
フィン14は、熱交換面積を大きくするために可及的に多いことが好ましく、したがって流路15の幅は狭くなり、流路15での流動抵抗が大きくなる。その流動抵抗に打ち勝って十分な速度で冷却水が流れるように、冷却水はある程度高い圧力で前記容器13の内部に供給される。そのため、容器13の内部の圧力が高くなるが、カバー2は前記接合樹脂11によってベースプレート3に接合されているから、冷却水が漏洩することがない。また、カバー2およびベースプレート3は、射出接合によって接合されていて、コールドプレート1の製造過程で高温に加熱されることがないので、カバー2およびベースプレート3の強度あるいは剛性が設計どおりに高くなっている。そのため、冷却水が供給されることによって容器13の内部の圧力が高くなっても、カバー2やベースプレート3が膨張するなどの変形を生じることが防止もしくは抑制される。
冷却水は、容器13の内面およびフィン14の表面に接触して熱を奪うから、結局、熱交換対象物である電子部品が冷却される。熱を奪って温度の上昇した冷却水は、他方のヘッダー部16bに集合し、ここから排出ポート17bを経て他のコールドプレートもしくは放熱部(図示せず)に送られる。
このように、本発明に係る上記のコールドプレート1においては、熱交換対象物である電子部品の熱を冷却水に伝達する面積が、前記容器13の内面および多数のフィン14の表面によって拡大されている。そのため、電子部品と冷却水との間の熱抵抗が小さく、多量の熱を冷却水に伝達することができ、電子部品を効率よく冷却してその温度の上昇を抑制することができる。また、上記のコールドプレート1では、接合樹脂11によってカバー2とベースプレート3とが接合されているので、製造過程における熱履歴による強度あるいは剛性の低下がない。また、銅やアルミニウムあるいはその合金などの軽量な金属材料によってカバー2やベースプレート3を作ることができ、さらにはカバー2を合成樹脂製とすることができる。そのため、カバー2やベースプレート3の素材が軽量になるとともに、カバー2やベースプレート3を薄肉化して軽量化することができるので、コールドプレート1自体を軽量化することができる。また、熱輸送媒体が流れる流路15は、ベースプレート3に一体化されているフィン14をカバー2によって液密状態に覆うことにより形成されるので、コールドプレート1の構成部品の数が少なくなるなど、コールドプレート1の全体としての構成を簡素化することができる。
上述した実施例では、前記開口端面6の全体を密着面9としたが、本発明では、密着面9は、少なくとも開口端面6における内側の部分に設けられていればよい。したがって、開口端面6とベースプレート3の表面7とが対向している部分のうち密着面9よりも外側の部分に接合樹脂11が浸入するように構成されていてもよい。図4はその例を模式的に示しており、開口端面6のうち、内側の部分(容器13の内部に近い部分)に密着面9が形成され、それより外側の部分は、ベースプレート3の表面7から僅か離れるように段差が付けられている。この段差の部分に隙間20が形成され、その隙間20は周壁部5の外周面(フランジ部8の外周端面8a)に向けて開口していて前述したコーナ部10に連通している。そして、コーナ部10に射出された接合樹脂11の一部が隙間20に浸入している。この隙間20を形成している開口端面6の一部とベースプレート3の表面7の一部とを前述したコーナ部10と同様に表面処理して微細孔12を形成しておく。こうすることにより、隙間20に浸入した接合樹脂11によっても、カバー2とベースプレート3とを接合することができる。特に、隙間20においてもカバー2とベースプレート3とを接合することとすれば、接合面積が増大することに加えて、開口端面6で生じるテコ作用による剥離力が抑制されるので、カバー2とベースプレート3との接合強度を更に増大させることができる。すなわち、容器13の内部の圧力が高くなると、開口端面6のうち内側(容器13の内側)の部分に、ベースプレート3の表面7から離隔させる方向の力が生じて、ここが力点となる。これに対して開口端面6の外側(容器13の外側)の部分が接合樹脂11によって固定されていて、ここが支点となる。そして、これら力点と支点との間の部分に作用点が生じる。図4に示すように隙間20に接合樹脂11を浸入させることにより、テコ作用での支点を開口端面6における外側の部分から内側に移動させれば、上記の力点から支点および作用点までの距離が短くなるので、開口端面6で生じる剥離力を小さくすることができ、それに伴ってカバー2とベースプレート3との接合強度が向上する。
本発明の実施例ではカバー2とベースプレート3とを接合する接合樹脂11はある程度の高圧で射出することになるから、カバー2とベースプレート3とは組み付け状態の確認などのために射出接合に先立って予め組み付けることが好ましい。そのような事前の組み付けのための構成の一例を図5に示してある。ここに示す例は、凸部21と凹部22とを嵌合させることによりカバー2とベースプレート3とを仮組み付けするように構成した例である。
凸部21はカバー2の開口端面6とベースプレート3の表面7とのいずれか一方に設けられ、凹部22はカバー2の開口端面6とベースプレート3の表面7とのいずれか他方に設けられていればよい。図5に示す例では、凸部21がカバー2の開口端面6に形成され、凹部22がベースプレート3の表面7に形成されている。これら、凸部21と凹部22とは前記開口端面6の全周に亘って形成されていてもよく、あるいは複数箇所に互いに間隔を空けて形成されていてもよい。開口端面6の全周に亘って形成されている場合には、凸部21の表面もしくは凹部22の表面を前述した密着面9とすることができる。また、凸部21と凹部22とは、互いに強く嵌合して、カバー2やベースプレート3の自重程度の荷重では外れないようにそれぞれの寸法が設定されている。
特に、図5に示す例では、ベースプレート3の表面7に前記凹部22が予め形成されており、そのベースプレート3の表面7に載せたカバー2のフランジ部8の一部を、図示しないプレス機などによって凹部22に向けて押圧して変形させることにより凸部21が形成されている。したがって、凸部21は凹部22によって所定の形状に形成されるとともに凹部22に強固に嵌合している。
このように図5に示す凸部21と凹部22とを設けた構成では、これらの凸部21と凹部22とが互いに嵌合していることによりカバー2とベースプレート3とが仮組み付けされる。その状態で、密着面9がベースプレート3の表面7に液密状態に密着しているか否か、あるいは射出成形型にセットして型閉じした場合に密着面9がベースプレート3の表面7に液密状態に密着するか否かを検査することができる。また、カバー2とベースプレート3とは上記のように仮組み付けした状態で射出成形型にセットすることができるため、セットのための作業が容易になるとともに、前記接合樹脂11を射出する際のカバー2とベースプレート3との相互の位置のずれを回避することができる。あるいはそれらの位置のずれを規制するための構成を簡素化することができる。
なお、上記の凸部21は、カバー2の開口端面6あるいはベースプレート3の表面7とのいずれか一方に一体的に形成する替わりに、ピン23によって形成してもよい。図6にはピン23によってカバー2とベースプレート3とを仮組み付けした状態を示してある。そのピン23はカバー2の開口端面6とベースプレート3の表面7とのいずれか一方に予め嵌合させておき、そのピン23を嵌合させる凹部24はカバー2の開口端面6とベースプレート3の表面7とのいずれか他方に形成しておく。ピン23と凹部24との寸法は、カバー2やベースプレート3の自重程度の荷重では外れない強度で嵌合する寸法に設定されている。したがって、これらピン23および凹部24によってカバー2とベースプレート3とを上記の例と同様に仮組み付けすることができる。
上記の凸部21と凹部22、あるいはピン23と凹部24とを設けた場合であっても、前述した隙間20を形成し、その隙間20に接合樹脂11を浸入させてカバー2とベースプレート3とを接合してもよい。その例を図7に模式的に示してある。
また、本発明の実施例では、カバー2とベースプレート3との相対的な位置を決めるための凹部および凸部を設けてもよい。その例を図8に模式的に示してあり、ここに示す例は、断面形状が三角形をなす凸部25が、カバー2における開口端面6に形成され、その凸部25を密着させて嵌合させる断面形状が三角形をなす凹部26が、ベースプレート3の表面7に形成されている。さらに、これらの凸部25および凹部26より外側に、接合樹脂11を浸入させた隙間20が形成されている。このような構造では、凸部25および凹部26の表面を前述した密着面9とすることができ、あるいは前記開口端面6のうちそれらの凸部25および凹部26より内側の部分を密着面9とすることができる。
図9は本発明の更に他の実施例を示す断面図であって、ベースプレート3の外周部の全体に合成樹脂製のフレーム部27が一体に形成されている。このフレーム部27は、コールドプレート1を図示しない基板などの所定の箇所に取り付けるための部分であって、取付孔28が形成されている。フレーム部27は、冷却あるいは熱交換に直接は関与しない部分であることにより、合成樹脂製とされており、それに伴ってコールドプレート1の全体としての重量が軽量化されている。また、合成樹脂製であることにより、前記接合樹脂11を射出する際に同時に、フレーム部27を射出成形することが可能になり、コールドプレート1の製造性が良好になる。なお、フレーム部27と接合樹脂11とは同種の合成樹脂であってもよく、あるいは互いに異なる合成樹脂であってもよい。
ここで、本発明に係る製造方法を説明する。先ず、ベースプレート3を所定の金属材料によって平板状に形成しておく。そのベースプレート3には、前記フィン14を一体に形成しておいてもよい。また、カバー2は、所定の金属板にプレス加工を施し、あるいは合成樹脂の射出成形などによって、前述した天板部4および周壁部5を有する碗形状に形成しておく。そのカバー2を、フィン14を覆うようにベースプレート3の表面7に組み付ける。その場合、前述した図5に示す凸部21および凹部22や、図6に示すピン23および凹部24が形成されていれば、それらの凸部21および凹部22や、ピン23および凹部24によってカバー2とベースプレート3とが自重などによって、互いに分離しないように仮組み付けされる。なお、カバー2には前述したコネクター18a,18bを取り付けておいてよい。
互いに組み付けられたカバー2とベースプレート3とを射出成形型29の内部にセットする。図10は射出成形型29を閉じた状態を模式的に示している。射出成形型29には、仮組み付けされたカバー2およびベースプレート3を収容する形状のキャビティが形成されており、ベースプレート3は第1金型29aに形成されている凹部に嵌まり込み、またカバー2は第2金型29bに形成されている凹部に嵌まり込む。さらに、前述したコーナ部10に対応する箇所に、接合樹脂11を射出するためのキャビティが形成されている。
型閉じした状態で接合樹脂11を射出すると、前記コーナ部10に対応する箇所に形成されているキャビティに接合樹脂11が充填される。その場合、接合樹脂11の射出圧が高圧であること、および所定の温度に加熱されて流動性が増していることにより、接合樹脂11が前述した微細孔12に入り込み、その状態で接合樹脂11が固化する。なお、前述した密着面9がベースプレート3の表面7に液密状態に接触していることにより、接合樹脂11はカバー2の内側(容器13の内部)に浸入することはない。その後、射出成形型29を開いて、カバー2およびベースプレート3を接合樹脂11によって接合したコールドプレート1が取り出される。
上述した本発明に係る製造方法では、前記コーナ部10に射出される接合樹脂11が300℃〜400℃程度の温度であっても、射出される接合樹脂11の量が少なく、またカバー2やベースプレート3の熱容量が接合樹脂11の量に比較してかなり大きいから、カバー2やベースプレート3の温度が高くなることはない。ましてや天板部4の温度が高くなることはない。そのため、本発明に係る製造方法によれば、カバー2やベースプレート3が加熱されて軟化するなどのことが回避されて、その強度あるいは剛性を向上させることができ、ひいては軽量な金属材料を採用することが可能になり、また薄肉化が可能になって、軽量なコールドプレート1を得ることができる。
本発明の実施例であるコールドプレート1では、カバー2を合成樹脂製とすることができる。その場合、接合樹脂11はカバー2とベースプレート3とを接合するだけではなく、互いに密着しているフランジ部8とベースプレート3の外周部とをそれらの厚さ方向に挟み付けるように構成してもよい。その例を図11に示してある。図11に示す実施例では、カバー2の輪郭形状とベースプレート3の輪郭形状とは同一形状になっており、したがってフランジ部8の外周端面8aと、ベースプレート3の外周面3bとは、図11の上下方向において、段差のない単一面上に並んでいる。なお、外周面3bが本発明における「外表面」に相当している。接合樹脂11は、これらの外周端面8aと外周面3bとに付着している外周接合部11aを備えている。また、この外周接合部11aに図11の上側に繋がってフランジ部8の表面8bに付着している部分と、外周接合部11aに図11の下側に繋がってベースプレート3の下面3aに付着している部分とからなる挟持部11bを備えている。したがって、図11に示す例では、接合樹脂11は断面形状が「コ字状」をなしている。図11に示す他の構成は、図1に示す構成と同様であるから、当該他の構成については図11に図1と同様の符号を付してその説明を省略する。
図11に示す構成においても、金属製であるベースプレート3には前述した微細孔(図11では省略してある。)が予め形成されていて、接合樹脂11はその微細孔に浸入して固化している。したがって接合樹脂11は通常の接着力に加えていわゆるアンカー効果(投錨効果)によりベースプレート3に一体化している。また、接合樹脂11は、フランジ部8(カバー2)に対しては、互いに融合することにより、あるいは化学的に結合することにより、一体化している。したがって、カバー2(フランジ部8)とベースプレート3とは、前記外周端面3aと外周面3bとに付着している接合樹脂11(外周接合部11a)を介して一体化するように繋がれており、また互いに密着しているフランジ部8とベースプレート3との外周部とが接合樹脂11(挟持部11b)によって挟み付けられかつ繋がれていることにより、一体に接合されている。したがって図11に示す構成であれば、合成樹脂製のカバー2とベースプレート3とを接合樹脂11による射出接合によって一体化してあることにより、カバー2が金属製のものよりも軽量化され、それに伴ってコールドプレート1の全体としての重量を軽量化することができる。
なお、カバー2を合成樹脂製とする場合であっても、カバー2の外周面とベースプレート3の外表面とによって前述したコーナ部や隙間などを形成し、そのコーナ部や隙間に接合樹脂11を充填してカバー2とベースプレート3とを接合する前記図1ないし図8に示す構成を採用してもよい。また、本発明の実施例では、図11に示す構成のカバー2を金属製としてもよい。金属製のカバー2であれば、合成樹脂製とした場合と比較して、剛性を損なうことなく薄肉化することができる。
上記の外周接合部11aおよび挟持部11bを有する接合樹脂11によってカバー2とベースプレート3とを接合する場合、フランジ部8の外周端面8aとベースプレート3の表面7との間に前述したコーナ部10が設けられていてもよい。その例を図12に示してある。接合樹脂11の一部は射出されることによりコーナ部10を埋めるようにコーナ部10に充填される。コーナ部10を形成しているベースプレート3の表面7には微細孔12が形成されているので、接合樹脂11がその微細孔(図12では省略してある。)に浸入し、また接合樹脂11がフランジ部8を形成している樹脂と融合しもしくは化学的に結合する。その結果、前述した図1ないし図3に示す実施例におけるのと同様にフランジ部8とベースプレート3とが接合される。これに加えて、外周接合部11aと挟持部11bとによってフランジ部8とベースプレート3とが接合される。
上記の図11に示す構成の一部を変更した例を図13に示してある。図13に示す実施例では、前述した図4に示す隙間20が形成され、その隙間20に接合樹脂11が入り込んで、フランジ部8とベースプレート3とがその接合樹脂11によって接合されている。隙間20に入り込んだ接合樹脂11は、ベースプレート3の表面に形成されている微細孔(図13では省略してある。)に浸入して固化することによりベースプレート3に一体化し、またフランジ部8に対して融合しもしくは化学的に結合して一体化している。したがって、図13に示す構成では、接合樹脂11の外周接合部11aがフランジ部8の外周端面8aとベースプレート3の外周面3bとを繋ぎ、かつ挟持部11bがフランジ部8とベースプレート3との外周部を挟み付けることに加えて、隙間20に入り込んだ接合樹脂11がフランジ部8とベースプレート3とを接合するので、カバー2をベースプレート3に対して、更に強固に接合することができる。
本発明の更に他の実施例を説明すると、図14に示す例は、接合樹脂11に前述した挟持部11bを設けずに、フランジ部8の外周端面8aとベースプレート3の外周面3bとによってのみ、接合樹脂11の外周接合部11aによりフランジ部8とベースプレート3とを接合した例である。この場合、接合樹脂11はベースプレート3に対してはその外周面3bに形成してある微細孔(図14では省略してある。)に浸入して一体化し、またフランジ部8とは融合しもしくは化学的に結合して一体化している。
図14に示す構成では、フランジ部8およびベースプレート3の厚さが十分に厚いなどのことによりフランジ部8の外周端面8aおよびベースプレート3の外周面3bの面積が広ければ、必要十分な接合強度を確保することができる。また、図14に示す構成では、図11に示す構成に比較して接合強度が低くなるとしても、容器13の内圧が低い場合には、内圧に耐える必要十分な接合強度とすることができる。
図15に示す例は、図14に示す構成に、前述した図4もしくは図13に示す構成における隙間20と同様の隙間20を追加した例である。その隙間20には、前述したように接合樹脂11が入り込んでフランジ部8とベースプレート3とがその接合樹脂11によって接合される。したがって、図15に示す構成では、図14に示す構成に比較して、カバー2のベースプレート3に対する接合強度を高くすることができる。
上記の図14に示す接合樹脂11を、フランジ部8およびベースプレート3の外側に向けて更に延ばした例を図16に示してある。図16に示す構成では、接合樹脂11がコールドプレート1の樹脂製のフレーム部27となっている。このフレーム部27は、ベースプレート3の厚さとフランジ部8の厚さとを合計した厚さの板状の部分であり、その厚さ方向に向けて取付孔28が形成されている。図16に示す構成によれば、図14に示す構成と同様の接合強度とすることができることに加え、接合樹脂11の射出成形と同時にフレーム部27を成形することが可能になるので、コールドプレート1の製造性を向上させることができる。なお、前述した図11や図12に示すように外周接合部11aと挟持部11bとを有する接合樹脂11であっても、挟持部11bをその外周側に延ばした形状とすることにより、上記のフレーム部27と同様のフレーム部を接合樹脂11によって一体に形成することができる。このように構成した場合であってもそのフレーム部に前記取付孔28と同様の取付孔を形成してよい。
カバー2を上述したように合成樹脂製とすると、金属製とした場合に比較してカバー2の剛性が低下し、天板部4が容器13の内圧によって撓みやすくなる。このような剛性の低下を補うために、天板部4に断面形状が凸となる補強用のリブを形成することが好ましい。補強用のリブは、天板部4の外面あるいは内面のいずれかに設ければよく、図17には天板部4の外面にリブ30を形成した例を示してある。リブ30の形状は複数の互いに平行なリブや井桁状に交差したリブなど、必要に応じて適宜に選択し、カバー2を合成樹脂製とする場合にはカバー2の射出成型と同時に形成することができる。図17に示す例では、リブ30は、天板部4の中央部に天板部4の長手方向に延びて形成された主幹部30aと、その主幹部30aに対して直交する複数の枝部30bとから構成されている。なお、リブ30は金属製のカバーにプレス加工などの適宜の手段で形成してもよく、リブ30を設けることにより、カバーの肉厚をリブのない場合より薄くすることができる。
本発明によれば、カバー2を合成樹脂製としたコールドプレート1であっても、前述した図9に示す方法と同様の方法によって製造することができる。図18は前述した図11に示す構成のコールドプレート1を製造する方法を示しており、ベースプレート3は所定の金属材料によって平板状に形成し、またフィン14を一体化しておく。カバー2は所定の合成樹脂を材料とした射出成形などの一般的な成形方法によって、天板部4および周壁部5ならびにフランジ部8を備えた碗形状に成形する。その場合、コネクター18a,18bをインサート成型などの方法によって天板部4に一体化させる。
フランジ部8の外周端面8aとベースプレート3の外周面3bを単一面上に一致させた状態にカバー2とベースプレート3とを組み付ける。互いに組み付けられたカバー2とベースプレート3とを射出成形型31の内部にセットする。図18は射出成形型31を閉じた状態を模式的に示している。射出成形型31には、仮組み付けされたカバー2およびベースプレート3を収容する形状のキャビティが形成されており、ベースプレート3は第1金型31aに形成されている凹部に嵌まり込み、またカバー2は第2金型31bに形成されている凹部に嵌まり込む。さらに、互いに密着しているフランジ部8およびベースプレート3の外周側の部分には、これらを接合する接合樹脂11を射出するためのキャビティが形成されている。
型閉じした状態で接合樹脂11を射出すると、フランジ部8およびベースプレート3の外周側の部分に対応する箇所に形成されているキャビティに接合樹脂11が充填される。その場合、接合樹脂11の射出圧が高圧(例えば30MPa)であること、および所定の温度(例えば300℃)に加熱されて流動性が増していることにより、接合樹脂11が前述した微細孔12に入り込み、その状態で接合樹脂11が固化する。なお、接合樹脂11が充填される上記のキャビティより内側の部分(図18に鎖線Lで示す部分)に型締め方向の荷重を掛けて、フランジ部8とベースプレート3とを強固に接触させておく。こうすることにより、接合樹脂11はカバー2の内側(容器13の内部)に浸入することはない。その後、射出成形型29を開いて、カバー2およびベースプレート3を接合樹脂11によって接合したコールドプレート1が取り出される。
なお、図9や図18を参照して説明した製造方法は、図9に示すフレーム部27が無い構成のコールドプレート1を製造する方法、もしくはフレーム部がベースプレートに金属によって一体に形成されているコールドプレート1を製造する方法である。これとは異なり、合成樹脂製のフレーム部27を有するコールドプレート1を製造する場合には、上述した射出成形型29,31の内部に、フレーム部27を形成するためのキャビティを設けておき、そのキャビティに、前述したコーナ部10に射出する接合樹脂11と同一の樹脂を射出することにより、ベースプレート3とカバー2との射出接合と同時にフレーム部27を成形する。このような方法であれば、使用する樹脂の種類を少なくでき、また射出工程を少なくすることができるので、コールドプレートの低コスト化を図ることができる。
また、本発明に係る図9に示す製造方法では、合成樹脂製のフレーム部27を金属製のベースプレート3に、予め一体に形成しておいてもよい。例えば、所定の形状に加工したベースプレートをフレーム部用の射出成形型にセットして適宜な合成樹脂を射出し、金属製のベースプレートの外周部にフレーム部27を形成する。このようにしてフレーム部27を一体化させたベースプレート3をカバー2と組み付けて前述した射出成形型29の内部にセットし、前記コーナ部10に接合樹脂11を射出して、ベースプレート3とカバー2とを射出接合する。その射出接合の場合にベースプレート3が加熱されて温度が上昇することがあるので、フレーム部27を形成している合成樹脂としては、射出接合の際に加熱されても変形しない樹脂を選択する。このような製造方法によれば、射出接合のための接合樹脂11とフレーム部27を形成する合成樹脂とを異なる種類の樹脂とすることができるので、採用する樹脂の種類の制約が少なくなって、射出接合およびフレーム部27のそれぞれに適した樹脂を採用することができる。
なお、本発明は、上述した各実施例として示した構成を適宜に組み合わせてもよいのであり、例えば図5に示す凸部を有する構成や図6に示すピンを設けた構成、あるいは図8に示す凸部を有する構成を、カバー2を合成樹脂製としたコールドプレート1に適用してもよい。また、上述した実施例では、断面形状が矩形をなす容器13の例を示したが、本発明は上記の実施例に限定されないのであって、容器の断面形状が円形あるいは方形など適宜の形状をなすように構成してもよい。また、本発明では、コネクターを射出接合によってカバーに接合した構成としてもよい。さらに、上述した実施例では、コールドプレート1を水平に設置して使用する例を示したが、本発明のコールドプレートは上下方向に立てて使用してもよい。そして、本発明のコールドプレートは、要は、熱交換するように使用できるので、熱交換対象物を冷却する以外に加熱するように使用してもよい。
1…コールドプレート、 2…カバー、 3…ベースプレート、 3b…外周面、 4…天板部、 5…周壁部、 6…開口端面、 7…表面、 8…フランジ部、 8a…外周端面、 9…密着面、 10…コーナ部、 11…樹脂、 11a…外周接合部、 11b…挟持部、 12…微細孔、 13…容器、 14…フィン、 15…流路、 16a,16b…ヘッダー部、 17a…供給ポート、 17b…排出ポート、 18a,18b…コネクター、 19a,19b…パイプ、 20…隙間、 21…凸部、 22…凹部、 23…ピン、 24…凹部、 25…凸部、 26…凹部、 27…フレーム部、 28…取付孔、 29,31…射出成形型。

Claims (13)

  1. 金属製のベースプレート上に前記ベースプレートに向けて開口した碗形状のカバーが接合されて容器が形成され、前記容器の内部に前記ベースプレートに一体化された多数のフィンが設けられるとともに前記フィン同士の間に熱輸送媒体が流れる流路が形成され、前記カバーには前記流路の一端側に連通した供給ポートと前記流路の他端側に連通した排出ポートとが設けられているコールドプレートにおいて、
    前記カバーは、前記供給ポートと前記排出ポートとが形成された天板部と前記天板部の外周部に繋がっている筒状の周壁部と、前記周壁部の開口側の端面である密着面とを有し、
    前記カバーは、前記密着面が前記ベースプレートに密着するように前記ベースプレートに組み付けられ、
    前記周壁部の外周面から前記ベースプレートの外表面に亘って接合樹脂が設けられ、
    前記接合樹脂は、前記ベースプレートの外表面に形成された微細孔に浸入して前記ベースプレートに一体化するとともに前記カバーに一体化することにより前記ベースプレートと前記カバーとを接合している
    ことを特徴とするコールドプレート。
  2. 前記周壁部の開口側の前記端面と前記ベースプレートの表面との間でかつ前記容器の内部より外側に、前記周壁部の外周面に向けて開口した隙間が設けられ、
    前記隙間に前記接合樹脂が入り込んで前記カバーと前記ベースプレートとが前記接合樹脂によって接合されている
    ことを特徴とする請求項1に記載のコールドプレート。
  3. 前記周壁部の開口側の前記端面と前記ベースプレートの表面との互いに対向して密着する面のうちのいずれか一方の面に凸部が形成されるとともに、他方の面に前記凸部を嵌め込ませて前記ベースプレートに前記カバーを仮止めするように係合する凹部が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のコールドプレート。
  4. 前記凸部と前記凹部とは、液密状態に接触していることを特徴とする請求項3に記載のコールドプレート。
  5. 前記金属製のベースプレートの外周部に合成樹脂製のフレーム部が前記ベースプレートに一体化して形成されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一項に記載のコールドプレート。
  6. 前記フレーム部には、前記ベースプレートの厚さ方向に貫通した取付孔が形成されていることを特徴とする請求項5に記載のコールドプレート。
  7. 前記カバーは、金属製であり、
    前記接合樹脂は、前記カバーに形成された微細孔に浸入して前記カバーに一体化している
    ことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載のコールドプレート。
  8. 前記ベースプレートの外表面の一部である外周面と前記周壁部の外周面とが段差のない単一面上に並んでおり、
    前記単一面上に並んでいる前記ベースプレートにおける前記外周面と前記周壁部の外周面とに前記接合樹脂が一体化している
    ことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載のコールドプレート。
  9. 前記カバーは、前記周壁部の全周から前記周壁部の外側に延びているフランジ部を更に備え、
    前記フランジ部の外周端面が前記周壁部の一部となり、かつ前記フランジ部の前記ベースプレートの表面に対向する面が前記周壁部の開口側の端面となっている
    ことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載のコールドプレート。
  10. 前記接合樹脂は、前記ベースプレートにおける前記外周面と前記フランジ部の外周端面とに付着している外周接合部と、前記外周接合部と一体でかつ互いに密着している前記フランジ部と前記ベースプレートとの外周部を前記フランジ部と前記ベースプレートとの厚さ方向に挟み付けた状態で前記フランジ部の表面および前記ベースプレートの裏面に付着して一体化している挟持部とを有している
    ことを特徴とする請求項9に記載のコールドプレート。
  11. 前記接合樹脂は、前記ベースプレートにおける前記外周面と前記フランジ部の外周端面とに付着している外周接合部を有し、前記ベースプレートと前記フランジ部とは前記外周接合部のみによって互いに一体化するように接合されていることを特徴とする請求項9に記載のコールドプレート。
  12. 前記容器における前記天板部の外表面に補強用のリブが一体化して設けられていることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか一項に記載のコールドプレート。
  13. 金属製のベースプレート上に前記ベースプレートに向けて開口した碗形状のカバーが接合されて容器が形成され、前記容器の内部に前記ベースプレートに一体化された多数のフィンが設けられるとともに前記フィン同士の間に熱輸送媒体が流れる流路が形成され、前記カバーには前記流路の一端側に連通した供給ポートと前記流路の他端側に連通した排出ポートとが設けられているコールドプレートの製造方法において、
    前記カバーは、前記供給ポートと前記排出ポートとが形成された天板部と前記天板部の外周部に繋がっている筒状の周壁部と、前記周壁部の開口側の端面である密着面とを有する構成とし、
    前記ベースプレートと前記カバーとを接合する接合樹脂が付着する前記ベースプレートの外表面と前記カバーの外表面とのうち少なくとも、前記接合樹脂が付着する前記ベースプレートの外表面に表面処理によって微細孔を形成しておき、
    前記カバーを、前記周壁部の開口側の前記端面が前記ベースプレートに密着するように前記ベースプレートに組み付けて射出成形型の内部にセットし、
    前記射出成形型を閉じた後に、前記微細孔を形成してある前記ベースプレートの外表面から前記周壁部の外周面に亘る箇所に前記接合樹脂を射出するとともに前記接合樹脂を前記微細孔に浸入させて、前記接合樹脂によって前記カバーと前記ベースプレートとを接合する
    ことを特徴とするコールドプレートの製造方法。
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