CN101738117A - 传热装置、电子设备和传热装置制造方法 - Google Patents

传热装置、电子设备和传热装置制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种传热装置、电子设备和传热装置制造方法。根据本发明的实施例的该传热装置包括蒸发部分、流路、冷凝器部分和工作流体。蒸发部分由纳米材料制成，并且具有在表面上形成的V形槽。流路与蒸发部分连通。冷凝器部分通过流路与蒸发部分连通。工作流体在蒸发部分中从液相蒸发为气相，并且在冷凝器部分中从气相凝聚为液相。

Description

传热装置、电子设备和传热装置制造方法
技术领域
本发明涉及一种热连接到电子设备的热源的传热装置、包括该传热装置的电子设备，以及传热装置制造方法。
背景技术
诸如散热器(heat spreader)、热管或CPL(毛细泵环(capillarypumped loop))的传热装置已经用作热连接到诸如PC(个人计算机)的CPU(中央处理单元)的电子设备的热源的装置，以吸收和扩散热源的热。例如，作为散热器，已知由例如铜板制成的固态型(solid-type)金属散热器，并且近来已经提出了一种包括蒸发部分和工作流体的散热器。类似地，热管或CPL包括蒸发部分和工作流体。
已知诸如碳纳米管的纳米材料的导热性高，从而纳米材料有助于加速蒸发。作为使用上述碳纳米管的传热装置，已知热管(例如，参见美国专利No.7,213,637的第3栏第66行至第4栏第12行、图1，下文中称为专利文献1)。专利文献1的热管具有设置在管的内壁上的碳纳米管层，并且碳纳米管层形成芯(wick)。
发明内容
一般来说，已知当与工作流体接触的蒸发部分的表面面积较大时，加速工作流体的蒸发。因此，在专利文献1的碳纳米管层的芯中，为了提高散热效率，仅仅需要使碳纳米管层的芯的表面面积较大。然而，在需要安装有这样的传热装置的电子设备来提高热辐射效率时，需要减小电子设备自身的尺寸。因此，在这样的传热装置中，增大芯的表面面积与减小尺寸的要求相悖。
鉴于上述情形，希望提供一种在不需要制造得变大的情况下实现较高的热辐射效率的传热装置，以及包括该传热装置的电子设备。
还希望提供一种实现具有较高可靠性的更容易制造的传热装置制造方法。
根据本发明的实施例，提供一种包括由纳米材料制成的蒸发部分、流路、冷凝器部分和工作流体的传热装置。蒸发部分在表面上形成有V形槽。流路与蒸发部分连通。冷凝器部分通过流路与蒸发部分连通。工作流体在蒸发部分中从液相蒸发为气相(vapor phase)，并且在冷凝器部分中从气相凝聚为液相。
根据本发明的实施例，蒸发部分热连接到热源。液相工作流体在蒸发部分中蒸发为气相。气相工作流体在冷凝器部分中凝聚为液相。在传热装置中重复执行相变。因为蒸发部分在表面具有槽，所以与没有经过表面处理的蒸发部分相比较，增加了与工作流体接触的表面的面积。在毛细作用力下，液相工作流体在槽中流动，结果，工作流体扩散在整个槽上。
蒸发部分由例如碳纳米管的纳米材料制成。例如，碳纳米管的导热率为铜的导热率的大约10倍，铜是金属散热器的典型金属材料。因此，通过提供由碳纳米管制成的蒸发部分，与主要由金属材料制成的传热装置相比较，获得极大提高了的传热效率。
蒸发部分被形成为在表面上具有V形槽。一般来说，在槽中的液相工作流体在弯月面附近具有液体薄膜区。与U形槽或凹形槽相比较，V形槽在弯月面附近具有大的液体薄膜区。来自蒸发部分的热在液体薄膜区中以比除了液体薄膜区以外的其它工作流体的传热系数高的传热系数传输。因此，在液体薄膜区中的蒸发效率比除了液体薄膜区以外的其它液相工作流体的蒸发效率高。因此，具有大液体薄膜区的V形槽实现的传热系数和蒸发效率比U形槽或凹形槽的传热系数和蒸发效率高。
根据本发明实施例，蒸发部分由具有较高的导热性的诸如碳纳米管的纳米材料制成，并且形成有实现更高蒸发效率的V形槽。因此，在没有被制造得更大的情况下，该传热装置实现了极其高的热辐射效率。
在该传热装置中，每一个V形槽可以具有底角2θ(10≤2θ≤130)和宽度a，底角2θ(10≤2θ≤130)和宽度a的关系为a≤11＊2θ+50且a≥0.3＊2θ+1。
根据本发明实施例，在V形槽中，在底角2θ较大的情况下，当弯月面表面位于最高的位置时，槽宽度a或者工作流体宽度较小，并且工作流体与槽壁表面的接触角较小，实现了较高的蒸发效率。具有宽度a和底角2θ(10≤2θ≤130)的V形槽具有较高的蒸发效率，其中宽度a和底角2θ的关系为a≤11＊2θ+50且a≥0.3＊2θ+1(＊表示乘法运算符)。
在该传热装置中，V形槽可以以同心状、放射状的方式设置在蒸发部分的表面上。在该传热装置中，V形槽可以以螺旋状、放射状的方式设置在蒸发部分的表面上。
根据本发明实施例，上述布置的槽帮助液相工作流体在蒸发部分的表面的圆周方向和沿径方向上流动。也就是说，工作流体可以在整个槽中流动。因此，液相工作流体可以在毛细作用力下有效地流动。
在传热装置中，蒸发部分的背面和每一个V形槽的底部之间的距离可以是1μm或更大。
根据本发明实施例，蒸发部分具有一个实体部分，该实体部分在蒸发部分的背面和槽的底部之间具有1μm或更大的厚度。由于来自热源的热被传送到这一部分，因此提高了整个蒸发部分的导热性。此外，在形成槽时，可能不会破坏基底等。因此，工作流体可能不会通过被破坏的部分进入槽的底部和蒸发部分的背面之间，从而将蒸发部分剥离。
在该传热装置中，蒸发部分的表面可以具有亲水性。
根据本发明实施例，在使用纯水作为工作流体的情况下，对由具有疏水性的碳纳米管制成的蒸发表面进行亲水处理。因此，减小了工作流体的接触角。通过减小接触角，可以使工作流体的液体薄膜区更大。随着液体薄膜区越大，蒸发的工作流体就越多，结果，提高了蒸发效率。
根据本发明另一个实施例，提供一种包括热源和传热装置的电子设备。该传热装置包括由纳米材料制成的蒸发部分、流路、冷凝器部分和工作流体。该传热装置热连接到热源。蒸发部分在表面上形成有V形槽。流路与蒸发部分连通。冷凝器部分通过流路与蒸发部分连通。工作流体在蒸发部分中从液相蒸发为气相，并且在冷凝器部分中从气相凝聚为液相。
根据本发明实施例，在热连接到电子设备的热源的传热装置中，液相工作流体在蒸发部分蒸发为气相。气相工作流体在冷凝器部分中凝聚为液相。在传热装置中重复执行相变。因为蒸发部分在表面上具有槽，所以与没有经过表面处理的蒸发部分相比较，增加了与工作流体接触的表面的面积。在毛细作用力下，液相工作流体在槽中流动，结果，工作流体扩散在整个槽上。
传热装置的蒸发部分由例如碳纳米管的纳米材料制成。例如，碳纳米管的导热性为铜的导热性的大约10倍，铜是金属散热器的典型金属材料。因此，通过提供由碳纳米管制成的蒸发部分，与主要由金属材料制成的传热装置相比较，获得极大提高了的传热效率。
传热装置的蒸发部分被形成为在表面上具有V形槽。一般来说，在槽中的液相工作流体在弯月面附近具有液体薄膜区。与U形槽或凹形槽相比较，V形槽在弯月面附近具有大的液体薄膜区。来自蒸发部分的热在液体薄膜区中以比除了液体薄膜区以外的其它工作流体的传热系数高的传热系数传送。因此，在液体薄膜区中的蒸发效率比除了液体薄膜区以外的其它液相工作流体的蒸发效率高。因此，具有大液体薄膜区的V形槽实现的传热效率和蒸发效率比U形槽或凹形槽的传热效率和蒸发效率更高。
根据本发明实施例，传热装置的蒸发部分由具有较高的导热性的诸如碳纳米管的纳米材料制成，并且形成有实现更高蒸发效率的V形槽。因此，在没有被制造得更大的情况下，实现极其高的热辐射效率的传热装置被实现。
根据本发明实施例，由于热源热连接到传热装置的蒸发部分，因此传热装置有效地扩散了来自热源的热。
根据本发明另一个实施例，提供一种传热装置制造方法。在构成蒸发部分的基底上形成催化剂层。在该催化剂层上形成纳米材料层。通过车刀(turning tool)加工和挤压模制(press molding)的其中之一在该纳米材料层上形成V形槽。
根据本发明实施例，形成该纳米材料层。例如，密集地生成碳纳米管以形成碳纳米管层。将碳纳米管层作为单独的材料对待并使用车刀对其进行加工。具体地说，通过使用车刀将密集生成的碳纳米管进行微小的弯曲，可以形成微米级的结构。与切割由例如金属材料制成的基底相比，这种加工方法更容易，其成本也比蚀刻的成本低，并且实现了极好的微小加工性。在执行车刀加工的情况下，车刀在硬度上比作为基层的催化剂层低。在这种情况下，在加工时，催化剂层、基底和车刀自身不会被刮擦(scratch)。这样，蒸发部分没有被刮擦或分开。此外，在使用模具(die)通过挤压模制形成槽的情况下，模具可以由在硬度上低于催化剂层的金属材料的材料制成。此外，在这种情况下，在加工时，催化剂层、基底和车刀自身不会被刮擦。这样，蒸发部分没有被刮擦或分开。
在该传热装置制造方法中，可以在纳米材料层上形成V形槽，从而使得催化剂层和每一个V形槽的底部之间的距离为1μm或更大。
根据本发明实施例，蒸发部分具有一个实体部分，该实体部分在槽的底部和催化剂层之间具有1μm或更多的厚度。由于来自热源的热被传送到这一部分，因此提高了整个蒸发部分的导热性。此外，在形成槽时，不能破坏催化剂层等。因此，工作流体可能不会通过被破坏的部分进入槽的底部和催化剂层之间，从而将催化剂层剥离。
在该传热装置制造方法中，可以对纳米材料层的表面进行亲水处理。
根据本发明实施例，该纳米材料是例如具有疏水性的碳纳米管。例如，在使用纯水作为工作流体的情况下，对由碳纳米管制成的蒸发表面进行亲水处理。因此，减小了工作流体的接触角。通过减小接触角，可以使工作流体的液体薄膜区更大。随着液体薄膜区越大，蒸发的工作流体就越多，结果，提高了蒸发效率。
根据本发明另一个实施例，提供一种传热装置制造方法。在构成蒸发部分的基底上形成催化剂层。使一种反应气体在设置有催化剂层的基底和模具之间流动，以形成在表面上具有V形槽的纳米材料层。
根据本发明实施例，不需要执行切割，因此对刮擦作为基层的催化剂层和基底的担心进一步降低了。
在该传热装置制造方法中，可以对纳米材料层的表面进行亲水处理。
根据本发明实施例，该纳米材料是例如具有疏水性的碳纳米管。例如，在使用纯水作为工作流体的情况下，对由碳纳米管制成的蒸发表面进行亲水处理。因此，减小了工作流体的接触角。通过减小接触角，可以使工作流体的液体薄膜区更大。随着液体薄膜区越大，蒸发的工作流体就越多，结果，提高了蒸发效率。
根据本发明另一个实施例，提供一种传热装置制造方法。在构成蒸发部分的基底上形成V形槽。在该基底上形成催化剂层。在该催化剂层上形成纳米材料层。
根据本发明实施例，对刮擦基底等的担心进一步降低了。
在该传热装置制造方法中，可以对纳米材料层的表面进行亲水处理。
根据本发明实施例，该纳米材料是例如具有疏水性的碳纳米管。例如，在使用纯水作为工作流体的情况下，对由碳纳米管制成的蒸发表面进行亲水处理。因此，减小了工作流体的接触角。通过减小接触角，可以使工作流体的液体薄膜区更大。随着液体薄膜区越大，蒸发的工作流体就越多，结果，提高了蒸发效率。
根据本发明实施例的传热装置，在没有被制造得更大的情况下，实现了更高的热辐射效率。
根据本发明实施例的传热装置制造方法，实现了更容易的制造、更低的成本和更高的可靠性。
根据下文对如附图所示的本发明最佳实施方式的详细描述，本发明的这些和其它的目的、特征和优点将变得更加明显。
附图说明
图1是示出本发明第一实施例的散热器的侧视图，该散热器热连接到热源；
图2是示出图1的散热器的平面图；
图3是示出沿图2的线A-A截取的散热器的截面图；
图4是示出沿图3的线B-B截取的散热器的截面图；
图5是示出从蒸发表面侧观看的图3的蒸发部分的示意平面图；
图6是示出图3的蒸发部分的透视图；
图7是示出沿图5的线C-C截取的蒸发部分的截面图；
图8是示出沿图6的线D-D截取的蒸发部分的局部的放大的截面透视图；
图9是通过基层设置到热接收板的蒸发部分的槽的局部截面图，该截面与槽的纵向方向正交；
图10是示出含有液体制冷剂的图9的槽的示意图；
图11是示出槽的示意图；
图12是示出在改变底角2θ的情况下压力损失差ΔP与槽宽度a的关系的曲线图；
图13是示出在压力损失差ΔP＝0的情况下槽宽度a与底角2θ的关系的曲线图；
图14是用于解释散热器的操作的示意图；
图15是示出根据本发明实施例的散热器的制造方法的流程图；
图16是示出车刀的局部的透视图；
图17是顺序示出将制冷剂注入容器的方法和封闭该容器的方法的示意图；
图18是示出本发明第二实施例的散热器的侧视图，该散热器热连接到热源；
图19是图18的散热器的分解透视图；
图20是示出图18的散热器的局部的截面图；
图21是示出热接收板的内部的透视图；
图22是示出两个层叠的毛细板元件(capillary plate member)的局部的透视图；
图23是示出毛细板元件组的平面图；
图24是示出沿图23的线F-F截取的毛细板元件组的截面图；
图25是示出整个毛细板元件的平面图；
图26是示出两个层叠的气相板元件(vapor phase plate member)的局部的透视图；
图27是示出整个气相板元件的平面图；
图28是示出整个气相板元件的平面图，该气相板元件形与图27的气相板元件形成一对；
图29是示出本发明第三实施例的散热器的示意截面图；
图30是示出图29的散热器的平面图；
图31是示出根据本发明另一个实施例的散热器的制造方法的流程图；
图32是示出根据本发明另一个实施例的散热器的肋条(rib)的示意图；
图33是示出作为包含散热器的电子设备的台式PC的透视图；
图34是示出弯月面半径是2mm或更小的范围的曲线图；
图35是示出在改变底角2θ的情况下过热度T与槽宽度a的关系的曲线图；
图36是示出T＝100时槽宽度a与底角2θ的关系的曲线图；
图37是示出通过毛细作用力和液体制冷剂的压力损失差ΔP、毛细管长度κ-1和过热度T的条件获得的槽的V形的视图；
图38是示出作为传热装置的变型例的热管的截面图；
图39是示出在图38的热管中设置的纳米材料层的透视图；
图40是用于解释图38的热管的操作的示意图；
图41是示出作为传热装置的另一个变型例的CPL的截面图；以及
图42是用于解释图41的CPL的操作的示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本发明实施例进行描述。在下面的实施例中，将在采用散热器作为传热装置时进行描述。
(第一实施例)
(散热器的结构)
图1是示出本发明第一实施例的散热器的侧视图，该散热器热连接到热源。图2是示出图1的散热器的平面图。图3是示出沿图2的线A-A截取的散热器的截面图。图4是示出沿图3的线B-B截取的散热器的截面图。
如图1至4所示，散热器1包括：容器2、制冷剂(工作流体，未示出)、用于制冷剂的流路6，以及蒸发部分7。
如图1所示，容器2包括：热接收板4、热辐射板3和侧壁5。热接收板4充当热接收侧。热辐射板3被设置为面对热接收板4，并且热辐射板3充当热辐射侧。侧壁5紧密地接合热接收板4和热辐射板3。热接收板4包括热接收表面41和蒸发表面42。热接收表面41对应于容器2的外表面。蒸发表面42面对热辐射板3。热源50热连接到热接收表面41。除了直接连接以外，词语“热连接”还指例如通过导热体的连接。例如，热源50是诸如CPU和电阻的电子部件，或者另一个产生热的装置。
如图3所示，容器2的内部空间主要充当用于制冷剂(未示出)的流路6。
基层8设置在热接收板4上。蒸发部分7设置在基层8上。
如图4所示，在平面图中，蒸发部分7基本上是圆形的。蒸发部分7设置在热接收板4的蒸发表面42的基本中心部分上。
请注意，在本说明书中，“热接收侧”不仅可以包括热接收板4，还可以包括在热接收板4附近的容器2的内部空间的区域。“热接收侧”的区域可以根据由热源50等产生的热量被移动(shift)。类似地，“热辐射侧”不仅可以包括热辐射板3，还可以包括在热辐射板3附近的容器2的内部空间的区域。在热辐射板3的附近的容器2的内部空间的区域可以被称为“冷凝器部分”。
如图2所示，在平面图中，散热器1基本上是正方形的。然而，散热器1的形状并不限于此，并且可以是任意形状。例如，散热器1在每一边上的长度(e)可以是30-50mm。如图1所示，在平面图中，散热器1基本上是矩形的。例如，散热器1的高度(h)为2-5mm。具有这样的尺寸的散热器1用于热连接到散热器1的作为热源50的PC的CPU。散热器1的尺寸可以根据热源50的尺寸被限定。例如，在热连接到散热器1的热源50是大尺寸显示器等的热源的情况下，长度e可以被设置为大约2600mm。
散热器1的尺寸被限定为使得制冷剂可以适当地流动和凝聚。例如，散热器1的操作温度范围为大约-40℃到+200℃。例如，散热器1的吸热密度为8W/mm2或更低。
例如，热辐射板3、热接收板4和侧壁5由金属材料制成。该金属材料是例如铜、不锈钢或者铝，但并不限于此。除了金属以外，可以采用诸如碳的具有高导热性的材料。热辐射板3、热接收板4和侧壁5全部可以分别由不同的材料形成，它们中的两个可以由同一种材料形成，或者它们全部可以由同一种材料构成。热辐射板3、热接收板4和侧壁5可以通过钎焊(braze)被接合即被焊接(weld)，或者可以根据材料用粘合剂材料被接合。
基层8是例如用于形成蒸发部分7的金属催化剂层。金属材料是例如铝或钛，但是不限于此。在热辐射板3的材料可以是用于蒸发部分7的催化剂的情况下，可以不制备基层8。
作为制冷剂，可以使用：纯水；诸如乙醇、甲醇或异丙醇的醇；氯氟碳化合物；氢氯氟碳化合物；氟；氨；丙酮等，但是不限于此。同时，鉴于潜在的全球环境的变热或保护，纯水是优选的。
蒸发部分7由碳纳米管制成。例如，碳纳米管的导热率为铜的导热率的大约10倍，铜是金属散热器的典型金属材料。因此，在蒸发部分7由碳纳米管制成的情况下，与主要由金属材料制成的散热器相比较，获得极大提高了的传热效率。碳纳米管具有疏水性。在使用纯水作为制冷剂的情况下，至少可以对由碳纳米管制成的蒸发部分7的蒸发表面72进行亲水处理。
请注意，在图3中，为了便于更容易理解，在实际配置中，对各元件的形状进行改变。例如，使蒸发部分7与容器2的尺度比(scaleratio)大于实际配置。
在图4中，在平面图中蒸发部分7基本上是圆形的，并且，蒸发部分7设置在热接收板4的蒸发表面42的基本中心部分上，但是不限于此。在平面图中蒸发部分7的形状可以基本上是椭圆形的、或多边形的、或者任意其它形状的。蒸发部分7的直径可以是例如约30mm，但是不限于此。蒸发部分7的厚度是，例如，10-50μm，通常是约20μm。根据由热源50产生的热量来任意改变蒸发部分7的尺寸。在热接收板4的蒸发表面42上的蒸发部分7的安装区域(mount area)不限于蒸发表面42的基本中心部分。蒸发部分7可以设置在其它任意区域上。蒸发部分7与热接收板4的蒸发表面42的尺度比不限于图中所示的尺度比，并且被任意改变。
(蒸发部分的结构)
图5是示出从蒸发表面72侧观看的图3的蒸发部分7的示意平面图。图6是示出蒸发部分7的透视图。图7是示出沿着图5的线C-C截取的蒸发部分7的示意图。图8是示出沿着图6的线D-D截取的蒸发部分7的局部的放大示意透视图。
如图5至8所示，蒸发部分7包括蒸发表面72、热接收表面71和侧表面73。蒸发表面72是蒸发表面7的前表面。热接收表面71是蒸发表面7的后表面。侧表面73是，例如，与蒸发表面72和热接收表面71正交，但是不限于此。在蒸发表面72上设置槽74。槽74包括圆周槽(circumferential groove)75和直径槽(diametrical groove)76。圆周槽75是以蒸发表面72的中心点O作为中心的大量同心圆。直径槽76是以放射状模式(radial pattern)经过中心点O。请注意，圆的数目和径向槽的数目不限于图中所示的数目。
槽74的布置不限于这样。可以任意布置槽74，只要制冷剂可以在整个槽74中流动即可。例如，圆周槽75可以是同心的多边形，同心的椭圆，或者以中心点O作为中心的螺旋。或者，槽74可以不是圆形的、且直径的，但是可以是基本格栅状的(grid-like)。此外，在这些情况中，对同心多边形、同心椭圆、螺旋或格栅的数目没有限制。
上述布置的槽74有助于液相制冷剂(液体制冷剂)沿着蒸发部分7的蒸发表面72的圆周方向和直径方向流动。因此，液体制冷剂可以在整个槽74中流动。因此，液体制冷剂可以在毛细作用力下有效地流动。
请注意，在图5至8中，为了便于更容易理解，槽74与蒸发部分7的尺度比不同于实际的配置。
图9是设置在热接收板4的基层8上的蒸发部分7的槽74的局部截面图，该截面与槽74的纵向方向正交。槽74具有V形的截面。槽74具有底部77和壁表面78。底部77具有V形的顶部。
例如，从底部77到基层8的长度l(在蒸发部分7的后表面与底部77之间的距离)是1μm或更大。例如，在没有提供基层8的情况下(未示出)，从底部77到蒸发表面42的距离是1μm或更大。
蒸发部分7在槽74的底部77和热接收表面71之间具有厚度为1μm或更大的实体部分(下部分79)。由于热被传送到下部分79，因此提高了整个蒸发部分7的导热率。此外，当在蒸发表面72上形成槽74时(稍后描述)，可能不会破坏基层8、热接收板4和加工工具。因此，制冷剂可能不会通过基层8的被破坏部分进入热接收板4和基层8之间，从而将整个基层8剥离。
例如，槽74的深度为2-800μm，具体地说为30μm。槽74的深度被限定为使得液体制冷剂可以在适当的毛细作用力下在槽74中流动。例如，槽74的V形的宽度为大约10-100μm。该V形是关于穿过对应于底部77的顶部的法线对称的，但是该V形可以不是对称的。
在槽74中的液体制冷剂在弯月面附近具有液体薄膜的区域(在下文中称为“液体薄膜区F”，稍后描述。参见图10)。例如，与U形槽或凹形槽相比较，具有V形的槽74在弯月面附近具有大的液体薄膜区F。来自蒸发部分7的热在液体薄膜区F中以比除了液体薄膜区F以外的其它工作流体的导热率高的导热率传输。因此，在液体薄膜区F中的蒸发效率比除了液体薄膜区F以外的液体制冷剂的蒸发效率高。因此，具有大液体薄膜区的V形槽74实现的导热率和蒸发效率比U形槽和凹形槽的导热率和蒸发效率高。
(V形槽的详细结构)
下面，将描述槽74的V形。槽74的V形是基于毛细作用力和制冷剂之间的压力损失差(pessure loss difference)ΔP、毛细管长度κ-1和过热度T被限定的。
请注意，V形槽74的底角2θ为10°≤2θ≤130°。在2θ＜10°的情况下，难以使用机器形成V形槽74。即使形成具有底角(2θ＜10°)的V形槽74，从V形槽74中的液体制冷剂的表面蒸发的气相制冷剂(气体制冷剂)的量也小。在2θ＞130°的情况下，热在槽74中的制冷剂中扩散，从而导致阻力变大。
这里，将描述压力损失差ΔP。在压力损失差ΔP＞0的情况下，液体制冷剂可以在毛细作用力下流动。
如果毛细作用力大于诸如流路阻力的总压力损失，那么制冷剂可以在散热器1中循环。下面的表达式(1)示出了压力关系。
ΔPcap≥ΔPw+ΔPl+ΔPv   ...(1)
其中，ΔPcap是毛细作用力，ΔPw是芯的压力损失，ΔPl是液体制冷剂的压力损失，并且ΔPv是气体制冷剂的压力损失。
假定在气相流路中可以忽略气体制冷剂的压力损失的情况，那么下面的表达式(2)成立。
ΔPcap≥ΔPw+ΔPl         ...(2)
然后，如下面的表达式(3)所示，获得压力损失差ΔP。
ΔP＝ΔPcap-(ΔPw+ΔPl)   ...(3)
图11是示出槽74的示意图。
在图11中，M是弯月面表面，该弯月面表面是在槽74中的液体制冷剂的表面。a是槽74的开口宽度，其基本上与槽74中的液体制冷剂的宽度相同。α是在槽74中的液体制冷剂与壁表面78的接触角。2θ是如上所述的V形的底角。毛细作用力ΔPcap由下面的表达式(4)表示。
ΔPcap＝2δcos(θ+α)/a   ...(4)
随着接触角α变得越小，毛细作用力ΔPcap就变得越大。至少对蒸发部分7的蒸发表面72进行亲水处理。接触角α接近0，因此假定α＝0。在假定纯水在100℃的表面张力δ是恒定值的情况下，计算表面张力δ。通过下面的表达式获得流路阻力(压力损失)。
ΔP w + ΔP 1 = μ l m · l L A w ρ l K . . . ( 5 )
Figure G2009102264893D0000142
Dh＝a cosθ                ...(7)
f Re l , h = 12 ( B + 2 ) ( 1 - tan 2 θ ) ( B - 2 ) ( tan θ + ( 1 + tan 2 θ ) 0.5 ) 0.5 . . . ( 9 )
B = ( 4 + 5 2 ( cot 2 θ - 1 ) ) 0.5 . . . ( 10 )
(表1)
μl液体制冷剂的黏度系数
ml 体积流率(volume flow rate)
L  流路长度
Aw 流路截面面积
ρl液体制冷剂的密度
a  流路宽度(槽宽度)
2θV形槽的底角
V  V形槽的间距(pitch)
图12是示出在改变底角2θ的情况下压力损失差ΔP与槽宽度a的关系的曲线图。随着压力损失差ΔP变得越大，流动的液体制冷剂就越多。因此，希望槽宽度a可以是大约40μm或更小。
图13是示出在压力损失差ΔP＝0的情况下槽宽度a与底角2θ的关系的曲线图。随着压力损失差ΔP变得越大，如上所述，流动的液体制冷剂就越多。在图13中，曲线图的左侧(例如，由虚线椭圆包围的区域)示出ΔP≥0。
下面，将描述毛细管长度κ-1。毛细管长度κ-1通常是大约2mm。毛细管长度κ-1由下面的表达式(11)表示。
κ - 1 = γ ρg . . . ( 11 )
在弯月面半径小于毛细管长度κ-1的范围内，可以忽略重力。在该范围内，获得其中毛细管长度κ-1占主导的传热装置。在毛细管长度κ-1是大约2mm的情况下，弯月面半径可以是大约2mm或更小。图34示出弯月面半径为2mm或更小的范围。
对于过热度T，希望T≤100。
图10是示出含有液体制冷剂的图9的槽的示意图。由于在本实施例中V形槽74关于穿过底部77的法线对称，因此只示出了从穿过底部77的法线开始的槽74的右半部分。
X轴是水平方向，即，槽74的宽度方向。Y轴是垂直方向，即，槽74的深度方向。坐标原点是底部77。θ是槽74的底角2θ的一半。穿过原点并且以角度θ延伸的线是槽74的壁表面78。壁表面78由下面的表达式(12)表示。
Y1＝(1/tanθ)X1   ...(12).
在图10中，R是槽74中的液体制冷剂。M是液体制冷剂R的表面，并且是弯曲的。液体制冷剂R的表面M是弯月面表面。a是槽74的开口宽度。t是在槽74中的液体制冷剂的深度，具体地说，从离蒸发表面72最近的点到底部77的深度。t基本上等于槽74的深度。s是由表达式(2)表示的壁表面78上的任意点(X1，Y1)与点(a/2，t)之间的距离。这里，0＜X1＜a/2和0＜Y1＜t成立。虚线是与由表达式(12)表示的壁表面78正交的直线，并且由下面的表达式(13)表示。
Y2＝(-tanθ)X2+(1/tanθ+tanθ)X1  ...(13)
表达式(13)和曲线M的交点为(X2，Y2)。这里，0＜X2＜a/2和0＜Y2＜t成立。u是(X1，Y1)和(X2，Y2)之间的距离。F是由(X1，Y1)、(X2，Y2)、和曲线M与由表达式(12)表示的线的交点形成的大致三角形区，也就是说，F是液体薄膜区。
这里，基于图9的一维模型，评估实现100℃或更小的过热度的V形。为了获得V形槽74的底表面(基底)的温度T的变化，假定饱和温度(发生相变的温度)为0℃，以便不受饱和温度的影响。
假定导热率λ和蒸发传热系数h如下。
Q＝hA(Tw-Ts)  ...(14)
Q = λA T - T w Y . . . ( 15 )
(表2)
h  蒸发传热系数(液体薄膜)107W/m2K
A  面积s＊3mm(＊表示乘法运算符)
Λ 导热率
Ts 饱和温度(假定0℃用于考虑过热)
Tw 壁表面温度
T  底表面(基底)温度
从上面的表达式获得表面(基底)的温度T。图35示出在改变底角2θ的情况下过热度T与槽宽度a的关系。
假定过热度T≤100是理想的。图36示出在T＝100时槽宽度a与底角2θ的关系。如上所述，在图36中，在曲线图的右侧区域(例如，由虚线包围的区域)示出理想的过热T≤100的情况。
图37是示出通过毛细作用力和液体制冷剂的压力损失差ΔP、毛细管长度κ-1和过热度T的上述条件获得的槽74的V形的曲线图。具体地说，图37包括图13、图34和图36的曲线图。V形可以具有对应于由图37的虚线包围的区域的任何形状。在底角2θ(10≤2θ≤130)与V形的宽度a的关系中，V形的范围为a≤11＊2θ+50且a≥0.3＊2θ+1(＊表示乘法运算符)。
(散热器的操作)
将描述如上面所构造的散热器1的操作。图14是示出操作的示意图。
当热源50产生热时，热接收板4接收热。然后，液体制冷剂在毛细作用力下在热接收侧上的蒸发部分7的槽74中流动(箭头A)。液体制冷剂从热接收板4，具体地，从蒸发部分7蒸发成气体制冷剂。一些气体制冷剂在槽74中流动，但是大部分的气体制冷剂在通往热辐射侧的流路中流动(箭头B)。随着气体制冷剂在流路6中流动，热扩散，并且气体制冷剂在冷凝器部分中凝聚为液相(箭头C)。因此，散热器1主要从热辐射板3辐射热(箭头D)。液体制冷剂在流路6中流动，从而返回到热接收侧(箭头E)。通过重复上述操作，散热器1传输热源50的热。
由于可以根据热源50等产生的热量移动各个操作区，因此在图14中由箭头A到E示出的操作区仅仅是大致的内容或大致的标准，并且没有被清楚地说明。
请注意，在散热器1的热辐射板3的表面上，可以热连接诸如散热片(heat sink)的热辐射元件(未示出)。在这种情况下，由散热器1扩散的热被传输到散热片并从散热片辐射。
如上所述，在本实施例的散热器1中，在蒸发部分7的槽74中的液体制冷剂在弯月面附近具有液体薄膜区F。在本实施例中，例如，与U形槽或凹形槽相比较，具有V形的槽74在弯月面附近具有大的液体薄膜区F。来自蒸发部分7的热在液体薄膜区F中以比在除了液体薄膜区F以外的其它工作流体的传热系数更高的传热系数传输。因此，在液体薄膜区F中的蒸发效率比除了液体薄膜区F以外的液体制冷剂的蒸发效率高。因此，具有大液体薄膜区F的V形槽74所实现的传热系数和蒸发效率比U形槽和凹形槽的传热系数和蒸发效率高。在本实施例中，具有上述结构的蒸发部分7实现更高的蒸发效率，从而在没有使散热器1制造得更大的情况下获得更高的热辐射效率。
(传热装置的变型例)
接下来，将描述传热装置的变型例。在下文中，用相似的附图标记表示与上述实施例的散热器1的部件、功能等相似的部件、功能等，简化或省略其描述，并且主要描述不同之处。
图38是示出作为传热装置的变型例的热管的截面图。图39是示出设置在图38的热管中的纳米材料层的透视图。图40是用于说明图38的热管的操作的示意图。图41是示出作为传热装置的另一变型例的CPL的截面图。图42是用于说明图41的CPL的操作的截面图。
如图38所示，热管1a包括容器2a和制冷剂(工作流体，未示出)。热源50被热连接到容器2a的外壁表面的区域。该区域充当热接收部分4a。面对热接收部分4a的容器2a的区域充当热辐射部分3a。基层8a设置在容器2a的内表面上。纳米材料层7a设置在基层8a上。在纳米材料层7a的表面上，如图39所示，形成长槽(elongated groove)74a。具体地说，在纳米材料层7a上设置槽74a，使得热接收部分4a通过槽74a与热辐射部分3a连通。与热接收部分4a相对应的纳米材料层7a的区域充当蒸发部分7a1。包括蒸发部分7a1的纳米材料层7a的区域充当用于制冷剂的液相流路7a2。与液相流路7a2相对应的容器2a的内部空间充当用于制冷剂的气相流路6a。
如图40所示，当热源59产生热时，热接收部分4a接收热。然后，液体制冷剂在毛细作用力下在热接收侧上的蒸发部分7a1的槽74a中流动(箭头Aa)。液体制冷剂从蒸发部分7a1蒸发成气体制冷剂。一些气体制冷剂在槽74a中流动，但是大部分的气体制冷剂在通往热辐射侧的气相流路6a中流动(箭头Ba)。随着气体制冷剂在气相流路6a中流动，热被传输，并且气体制冷剂凝聚成液相(箭头Ca)。因此，热管1a主要从热辐射部分3a辐射热(箭头Da)。液体制冷剂在毛细作用力下在液相流路7a2中流动，从而返回到热接收侧(箭头Ea)。通过重复上述操作，类似于散热器1，热管1a传输热源50的热。
如图41所示，CPL 1b包括：多个容器2b1和2b2、制冷剂(工作流体，未示出)、多个管部分6b1和6b2，以及蒸发部分7b。容器2b1构成热接收部分4b。容器2b2包括热辐射部分3b。管部分6b1和6b2通过焊接、钎焊等分别连接到容器2b1和2b2。因此，管部分6b1和6b2分别气密地耦合到容器2b1和2b2以构成流路。因此，制冷剂在热接收部分4b和热辐射部分3b之间流动。具体地说，管部分6b1构成气相流路6b3，并且管部分6b2构成液相流路6b4。尽管未示出，但是，例如，图39的纳米材料层7a可以设置在管部分6b2的内壁表面，从而使槽74a将热接收部分4b与热辐射部分3b连通。基层8b设置在容器2b1上。与蒸发部分7相似的在表面上具有槽的蒸发部分7b设置在基层8b上。热源50热连接到热接收部分4b。
如图42所示，当热源50产生热时，热接收部分4b接收热。然后，液体制冷剂在毛细作用力下在热接收侧上的蒸发部分7b的槽中流动(箭头Ab)。液体制冷剂从蒸发部分7b蒸发成气体制冷剂。一些气体制冷剂在槽中流动，但是大部分的气体制冷剂在通往热辐射侧的气相流路6b3中流动(箭头Bb)。随着气体制冷剂在气相流路6b3流动，热被传输，并且气体制冷剂凝聚成液相(箭头Cb)。因此，CPL 1b主要从热辐射部分3b辐射热(箭头Db)。液体制冷剂在液相流路6b4中流动，从而返回到热接收侧(箭头Eb)。通过重复上述操作，类似于散热器1，CPL 1b传输热源50的热。
(散热器的制造方法)
将再次描述图1的散热器1等。将描述根据本实施例的散热器1的制造方法。图15是示出散热器1的制造方法的流程图。
在热接收板4的蒸发表面42上形成基层8(步骤101)。基层8是在其上生产碳纳米管的催化剂层。
接下来，在基层8上致密地(densely)生产碳纳米管，以形成碳纳米管层(步骤102)。可以通过等离子体CVD(化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition))或热CVD在催化剂层上生产碳纳米管，但是碳纳米管的生产方法不限于此。在必要时，可以对蒸发表面42进行适当的表面处理。在必要时，也可以对与热接收板4面对的热辐射板3的表面进行适当的表面处理。
接下来，用图16的加工工具(车刀)在碳纳米管层的表面上形成V形槽(步骤103)。例如，在形成圆周槽75的情况中，可以在碳纳米管层的表面上成圆形地移动车刀。这样形成在蒸发表面72上具有槽74的蒸发部分7。一般来说，通过对具有微米级结构的碳纳米管进行机器加工，难以形成微小的结构，并且，通常通过蚀刻来形成这样的微小的结构。相反，在本实施例中，将致密生长的碳纳米管视为单一材料(碳纳米管层)。通过对碳纳米管进行微小的弯曲，形成微米级结构。与切割由例如金属材料制成的基底相比，这种加工方法更容易，其成本也比蚀刻的成本低，并且实现了极好的微小加工性。车刀可以由在硬度上比构成基层8的金属材料低的材料制成。在这种情况下，在加工时，基层8、热接收板4和车刀自身没有被刮擦。此外，可以将从基层8到槽74的底部77的长度l保持为1μm或更大。这样，蒸发部分7没有被刮擦或分开。不必担心制冷剂流过热接收板4和基层8之间的被破坏的基层8，并且，不必担心整个基层8被剥离。或者，可以使用模具通过挤压模制来形成槽74。此外，在这种情况下，模具可以由在硬度上比构成基层8的金属材料低的材料制成。
或者，通过使反应气体在模具和热接收板4之间流动，可以形成在表面上具有槽74的蒸发部分7，其中，在该模具上精确地加工有期望的V形槽，该热接收板4设置有作为催化剂层的基层8。在该方法中，不需要执行切割，因此对基层8和热接收板4的刮擦的担心进一步减轻了。请注意，本方法只在热CVD中执行。
或者，可以在热接收板4上形成V形槽，可以在热接收板4上形成作为具有对应V形槽的催化剂层的基层8，并且可以在基层8上形成具有对应V形槽的碳纳米管层。同样地，在本方法中，也不需要执行切割，因此对基层8和热接收板4的刮擦的担心进一步减轻了。
接着，对蒸发表面72进行亲水处理(步骤104)。在使用纯水作为制冷剂的情况下，对由具有疏水性的碳纳米管制成的蒸发表面进行亲水处理。这样，制冷剂表面与槽74的壁表面78的接触角减小。通过减小接触角，制冷剂的液体薄膜区可以变得更大。随着液体薄膜区变得越大，蒸发的制冷剂就越多，结果，提高了蒸发效率。例如，对于蒸发表面72的亲水处理可以是用于生成羧基基团的硝酸处理或紫外线辐射。根据要使用的制冷剂，在必要时对蒸发表面72进行亲水处理。在不使用纯水作为制冷剂的情况下，可以不对蒸发表面72进行亲水处理。
接着，将热接收板4、侧壁5和热辐射板3不透液体地接合起来以形成容器2(步骤105)。在接合中，各个元件被精确地对准。
接着，制冷剂被注入容器2并将容器2封闭(seal)(步骤106)。图17是顺序示出将制冷剂注入容器2的注入方法的示意图。热接收板4包括注入口45和注入路径46。
如图17A所示，例如，流路6的压力通过注入口45和注入路径46减小了，并且制冷剂通过注入口45和注入路径46从给料器(未示出)注入流路(内部流路)中。
如图17B所示，挤压区(press area)47被压下，注入路径46关闭(临时封闭)。流路6的压力通过另一个注入路径46和另一个注入口45减小，并且，当流路6的压力到达目标压力时，如图17B所示，挤压区47被压下，注入路径46关闭(临时封闭)。
如图17C所示，在比挤压区47更靠近注入口45的一侧，注入路径46被例如激光焊接关闭(永久封闭)。因此，散热器1的内部空间被紧密地封闭。通过如上所述将制冷剂注入容器2并封闭容器2来制造散热器1。
接着，热源50被安装在热接收板4上(步骤107)。在热源50是CPU的情况下，例如，该加工是回流焊接加工(reflow solderingprocessing)。
散热器1的回流加工和制造加工可以在不同的位置(例如，不同的工厂)执行。因此，在回流加工后执行制冷剂注入的情况下，需要将散热器1运送到工厂或从工厂运来，这导致了成本、人力、时间或在工厂间之间运送时产生粒子的问题。根据图5的制造方法，可以在完成散热器1后执行回流加工，从而解决了上述问题。
根据本实施例的散热器制造方法，槽74是通过挤压模制等使用车刀的加工形成的。与切割由例如金属材料制成的基底相比，这样的加工方法更容易，其成本比蚀刻的成本低，并且实现了极好的微小加工性。车刀或模具可以由在硬度上比构成基层8的金属材料低的材料制成。在这种情况下，在加工时，基层8、热接收板4和车刀或模具自身没有被刮擦。此外，可以将从基层8到槽74的底部77的长度l保持为1μm或更大。这样，蒸发部分7没有被刮擦或分开。不必担心制冷剂流过热接收板4和基层8之间的被破坏的基层8，并且不必担心整个基层8被剥离。在使反应气体流动的方法或在热接收板4上形成V形槽的方法中，不需要执行切割，因此对刮擦基底8和热接收板4的担心进一步减轻了。因此，根据本实施例，实现了更容易的制造、更低的成本和更高的可靠性。
(第二实施例)
(散热器的结构)
将描述本发明的第二实施例。
图18是示出本发明第二实施例的散热器的侧视图，该散热器热连接到热源。图19是图18的散热器的分解透视图。
如图18和图19所示，散热器100包括：容器9、多个流路板元件(flow path plate member)600和蒸发部分700。散热器100还包括其中的制冷剂(未示出)。流路板元件600构成制冷剂的流路。
容器9还包括热接收板500、热辐射板200和流路板元件600的框架部分(稍后描述)。热接收板500充当热接收侧。热辐射板200被设置为面对热接收板500，并且热辐射板200充当热辐射侧。热源50热连接到热接收板500的热接收表面501。此外，在本实施例中，与第一实施例相似，“热接收侧”不仅可以包括热接收板500，还可以包括在热接收板500附近的容器9的内部空间的区域。类似地，“热辐射侧”不仅可以包括热辐射板200，还可以包括在热辐射板200附近的容器9的内部空间的区域。
形成流路的多个流路板元件600被层叠在热接收板500和热辐射板200之间。如图19所示，流路板元件600包括形成流路的多个毛细板元件(capillary plate member)400，该流路用于例如使液体制冷剂在毛细作用力下在其中流动。流路板元件600还包括构成部分气相流路的多个气相板元件(vapor-phase plate member)300，该气相流路主要使气体制冷剂流动。
蒸发部分700与第一实施例的蒸发部分7相同。具体地说，蒸发部分700由碳纳米管制成，并且在蒸发表面72上具有V形槽74。希望槽74的宽度a满足a≤11＊2θ+50且a≥0.3＊2θ+1，其中槽的底角2θ为10≤2θ≤130。请注意，第一实施例的蒸发部分7和槽74的结构、尺寸、性质等适用于本实施例的蒸发部分700。蒸发部分700分别设置在热接收板500的蒸发表面和毛细板元件400的表面上，这些表面面对气相板元件300。具体地说，蒸发部分700大致设置在每个元件的中心部分，但不限于此。蒸发部分700可以提供给所有的毛细板元件400或者部分毛细板元件400。
例如，毛细板元件400的数量为10到30，具体地说为20，但并不限于10到30。例如，可以根据热源50产生的热量任意改变毛细板元件400的数量，热源50热连接到热接收板500。例如，气相板元件300的数量为1到20，具体地说为8，但并不限于1到20。例如，可以根据热源50产生的热量任意改变气相板元件300的数量。
图20是示出散热器100的局部的截面图。在图2中，为了便于更易于理解，示出了四个毛细板元件400(401-404)和四个气相板元件300(301-304)。
在图20中，热接收板500、多个毛细板元件400(在下文中称为“毛细板元件组410”)、多个气相板元件300(在下文中称为气相板元件组310)和热辐射板200依次从底部向顶部层叠。在毛细板元件组410中，最低的毛细板元件404接合到热接收板500上。最高的毛细板元件401接合到最低的气相板元件304上。最高的气相板元件301接合到热辐射板200上。
在下文中，在毛细板元件401-404中相同的结构部分将被描述为一个任意毛细板元件400的结构部分，该任意毛细板元件400称为“毛细板元件400”。类似地，在气相板元件301-304中相同的结构部分将被描述为一个任意气相板元件300的结构部分，该任意气相板元件300称为“气相板元件300”。
图21是示出热接收板500的内部的透视图。在热接收板500的内部509中，形成多个槽505。例如，槽505的深度为10-50μm，具体地说为大约20μm。槽505的深度被限定为使得液体制冷剂可以在适当的毛细作用力下流动。
由于槽505的形成而导致在槽505之间形成多个肋条506。毛细板元件400、气相板元件300和热辐射板200(稍后描述)也具有这样的肋条。
在图21中，槽505的形状为凹形，但不限于此。槽505的形状可以是诸如V形或U形的任意形状，只要液体制冷剂可以在适当的毛细作用力下流动即可。这适用于槽405、205(稍后描述)。鉴于蒸发效率，槽505可以是类似于槽74的V形。然而，由于在热接收板500上设置的蒸发部分700具有比热接收板500的蒸发效率高得多的蒸发效率，因此槽505的形状可以不必是V形。因为槽405、205(稍后描述)是凹形的，所以鉴于制造效率，槽505也可以是凹形的。
例如，在安装有蒸发部分700的热接收部分500的区域(在下文中称为“安装区域”)中，没有形成多个槽505和肋条506。安装区域的深度类似于槽505的深度，并且在平面图中的安装区域的形状类似于在平面图中的热接收板71的形状。具体地说，蒸发部分700的厚度类似于槽505的深度。也就是说，蒸发部分700无间隙地安装在热接收板500上的安装区域上。具体地说，没有蒸发部分700的热接收板500的部分的厚度类似于安装有蒸发部分700的热接收板500的部分的厚度。要在稍后描述的毛细板元件400也形成有这样的安装有蒸发部分700的安装区域。
在热接收板500中，形成用于制冷剂的注入口和注入路径(未示出)。可以在热辐射板200中形成注入口和注入路径。
图22是示出两个层叠的毛细板元件400的局部的透视图。图23是示出毛细板元件组410的局部的平面图。图24是示出沿图23的线F-F截取的毛细板元件组410的截面图。图25是示出整个毛细板元件400的平面图。为了便于更容易理解，图23和图24中的每一个示出没有蒸发部分700的部分。此外，为了便于更容易理解，图25示出不具有用于蒸发部分700的安装区域的毛细板元件400。
在毛细板元件400的表面上，形成多个槽405。例如，槽405的深度为10-50μm，典型地为大约20μm。槽405的深度被限定为使得液体制冷剂可以在适当的毛细作用力下流动。
请注意，在图25的毛细板元件400中，为了便于更容易理解，使槽405等与整个毛细板元件400的尺度比大于实际配置。这适用于图27和图28(稍后描述)。
毛细板元件401-404在XY平面交替转动90°，并且被层叠为使得每一层中的槽405都正交对准。在形成毛细板元件400的槽405的壁表面部分430(参见图23和图24)中，沿着槽405的延长方向(例如，在图23中的X方向)形成穿过毛细板元件400的多个开口408。形成槽405的壁表面部分430由侧壁431和肋条的底表面432形成。在底表面432上形成多个开口408。
例如，将描述毛细板元件401和相邻的毛细板元件402。毛细板元件401和毛细板元件402相对放置并接合，从而使毛细板元件401的槽405与毛细板元件402的槽405通过毛细板元件401的开口408连通。
也就是说，毛细板元件401和毛细板元件402相对放置并接合，从而使毛细板元件402的肋条406不会阻塞毛细板元件401的开口408，并且毛细板元件401的下表面接合到毛细板元件402的肋条406上。毛细板元件402和毛细板元件403的位置关系以及毛细板元件403和毛细板元件404的位置关系与上述位置关系相似。
开口408充当气相流路的一部分，其中，气体制冷剂在气相流路中流动。请注意，液体制冷剂通过被热接收板500接收的热加热，并蒸发成气体制冷剂。
毛细板元件400的开口408在流路板元件600的层叠方向(Z方向)上对准。也就是说，开口408彼此面对面。就这种结构而言，当气体制冷剂在沿着Z方向对准的开口408中流动时，实现了更小的流路阻力和更高的热效率。然而，开口408可以不完全在Z方向上对准。一个毛细板元件400的开口408可以相对于相邻的毛细板元件400的开口408在X或Y方向上轻微地偏移。
参考图24，将再次描述毛细板元件401和相邻的毛细板元件402。壁表面部分430和顶表面(ceiling surface)433形成充当液体制冷剂在毛细作用力下主要在其中流动的流路的区域。壁表面部分430形成毛细板元件402的槽405。顶表面433是毛细板元件401的下表面，并面对壁表面部分430的底表面432。请注意，开口408设置在底表面432和顶表面433上，并且由开口408形成的在Z方向上延伸的区域充当用于气体制冷剂的流路。
具体地说，在由壁表面部分430的侧表面431和底表面432形成的角落中、以及在由侧表面431和顶表面433形成的角落中，产生用于液体制冷剂的最大的毛细作用力。结果，如图23所示，液体制冷剂在没有开口408的区域440中流动。请注意，“壁表面部分”不仅可以包括侧表面431和底表面432，还可以包括顶表面433。
例如，在毛细板元件401的槽405充当第一流路层的情况下，相邻的毛细板元件402的槽405充当第二流路层。
如图23所示，槽405的宽度b是100-200μm。肋条406的宽度c是50-100μm。开口408的直径d是50-100μm。在不限于上述范围的情况下，这些尺寸可以根据热源50等产生的热量被任意改变。
例如，开口408是圆形的，但可以是诸如椭圆形、细长形(elongated)或多边形的任意形状。
图26是示出两个层叠的气相板元件300(具体地说，是气相板元件301和302)的局部的透视图。
具体地说，气相板元件300包括两种类型的板元件。图27是示出整个气相板元件301的平面图。图28是示出整个气相板元件302的平面图。气相板元件301和302通常具有多个在Z方向穿过的槽305。槽305的深度为50-150μm，具体地说为大约100μm，但并不限于此。槽305的深度被限定为使得气体制冷剂可以适当地流动和凝聚。
在气相板元件300的槽305之间形成多个肋条306。如图26所示，气相板元件301相对于气相板元件302在XY平面转动90°，从而使气相板元件301的槽305正交于与气相板元件301相邻的气相板元件302的槽305。气相板元件303和304具有类似的结构关系。气相板元件301-304在XY平面上交替转动90°。
气相板元件301-304的槽305是气体制冷剂主要在其中流动的区域。槽305充当作为气相流路的一部分的冷凝器区域。
如图28所示，在形成槽305的区域周围，气相板元件302具有形成返回孔(return pore)308(返回流路)的区域。凝聚的液体制冷剂在返回孔308中流动，以返回到毛细板元件400的槽405。气相板元件301没有返回孔308。在沿着Z方向对应于气相板元件302的返回孔308的气相板元件301的相邻区域中，形成槽305。
返回孔308的直径大约是50-150μm，但是可以被任意改变。返回孔308的直径被限定为使得凝聚的液体制冷剂可以在适当的毛细作用力下在返回孔308中流动。
没有返回孔308的气相板元件301和具有返回孔308的气相板元件302形成一对。在本实施例中，通常，层叠多对气相板元件。在图20中，气相板元件301和303没有返回孔308，并且气相板元件302和304具有返回孔308。
形成返回孔308的区域具有大约5-10mm的宽度，但是该宽度可以被任意改变。
或者，可以只层叠不具有返回孔308的多个气相板元件301，以形成气相板元件组310。可以只层叠具有返回孔308的多个气相板元件302，以形成气相板元件组310。更靠近热辐射板200的气相板元件300可以是不具有返回孔308的多个气相板元件301，并且更靠近毛细板元件400的气相板元件300可以是具有返回孔308的多个气相板元件302。可以按随机顺序层叠多个气相板元件301和302。
例如，在气相板元件302的槽305充当第一流路层的情况下，相邻的气相板元件302的槽305充当第二流路层。
如图20所示，与热接收板500的情况一样，热辐射板200在内侧上具有多个槽205。槽205具有与气相板元件300的槽305相似的功能和尺寸。
热接收板500、毛细板元件组410、气相板元件组310和热辐射板200被层叠，从而使热接收板500的肋条506、毛细板元件组410的肋条406、气相板元件组310的肋条306和热辐射板200的肋条206在Z方向形成列结构(例如，图20中由虚线矩形630包围的部分)。这样形成了多个列结构630。热接收板500、毛细板元件组410和蒸发部分700也形成列结构。使用该列结构，散热器100可以确保足够的强度，以承受从外部施加到散热器100上的压缩应力。
热接收板500、毛细板元件组410、气相板元件组310、热辐射板200和蒸发部分700被扩散接合(diffusion bond)。使用该扩散接合，散热器100可以确保足够的强度，以承受将稍后描述的在散热器100中产生的拉伸应力。
如上所述的那样构造的槽505、405、305和205，开口408，注入路径等具体地是通过诸如光刻技术、蚀刻技术等的MEMS(微电子机械系统)技术形成的。或者，它们可以通过诸如激光处理的其它处理方法形成。
如图19、图25、图27和图28所示，热接收板500具有不含槽505的框架部分507。流路板元件600具有不含槽305和405的框架部分607。也就是说，气相板元件300具有框架部分307，并且毛细板元件400具有框架部分407。热辐射板200具有不含槽205的框架部分1207。框架部分507、407、307和207被接合。因此，热接收板500、热辐射板200，以及框架部分307和407形成散热器100的容器9。
例如，如图25所示，框架部分407的宽度f是几个mm，但是可以被任意改变。框架部分507、307和207具有与框架部分407的宽度f相似的宽度f。根据容器的强度、在散热器100的XY平面上的流路的比例、由热源50产生的热量等，适当地限定框架部分507、407、307和207的宽度f。
热辐射板500、多个流路板元件600和热辐射板200可以通过钎焊来被接合，即被焊接，或者可以根据材料用粘合剂材料来被接合。或者，它们可以通过上述的扩散接合来接合。多个毛细板元件400可以如上所述的那样被接合。多个气相板元件300可以如上所述的那样被接合。热接收板500、多个毛细板元件400和蒸发部分700可以如上所述的那样被接合。
(散热器的操作)
将描述如上面所构造的散热器100的操作。
当热源50产生热时，热接收板500接收热。然后，液体制冷剂在毛细作用力下在毛细板元件组410的槽405和蒸发部分700的槽74中流动。液体制冷剂从毛细板元件组410和蒸发部分700蒸发成气体制冷剂。一些气体制冷剂在槽405和74中流动，而大部分的气体制冷剂在朝着热辐射板200侧的开口408中和在气相板元件组310的槽305中流动。随着气体制冷剂在气相板元件组310的槽305中流动，热扩散，并且气体制冷剂凝聚为液相。因此，散热器100主要从热辐射板200辐射热。液体制冷剂在返回孔308中流动，以通过毛细作用力返回到毛细板元件组410的槽405和蒸发部分700的槽74。通过重复上述操作，散热器100传输热源50的热。
基于液体制冷剂和气体制冷剂在流路中混合的前提，通过控制液体制冷剂和气体制冷剂的流动方向来设计本实施例的散热器100。
也就是说，液体制冷剂沿着XY方向在多个槽405和74中流动。气体制冷剂沿着Z方向在具有较小流路阻力的开口408中流动。因为在蒸发部分700中没有设置开口，因此使液体制冷剂确定地(positively)、积极地在槽74中流动并使其蒸发。在槽405中流动的液体制冷剂主要聚集在壁表面部分430的侧表面431上，结果，气体制冷剂没有阻碍液体制冷剂的流动。因此，由于相变而引起的热效率可以得以提高，并且可以降低热阻。
(第三实施例)
图29是示出根据本发明第三实施例的散热器150的示意截面图。图30是示出图29的散热器150的平面图。
在散热器150中，热接收板500包括，例如，用于制冷剂的两个注入口526和分别与注入口526连通的注入路径527。热接收板500可以由两个板元件制成。在两个板元件之一中形成槽(作为注入路径527)和开口(作为注入口526)，然后接合两个板元件。这样形成了具有注入路径527和注入口526的热接收板500。注入路径527与毛细板元件400的槽405连通。或者，可以形成一个注入路径527和一个注入口526。请注意，图30的阴影线部分是其中用于制冷剂的流路在流路板元件600中形成的部分。
例如，注入路径527为线形的，并且线形注入路径527的预定部分充当挤压区540，该挤压区540被压下以阻塞注入路径527。换句话说，挤压区540是模锻(swage)区。在对应于散热器150的模锻区的区域中，沿着Z方向在热接收板500和热辐射板200之间形成列部分603。也就是说，在流路板元件600中形成列部分603。
在热接收板500、毛细板元件400、气相板元件300和热辐射板200的肋条中，形成列形(column-shaped)部分。当层叠热接收板500、毛细板元件400、气相板元件300和热辐射板200时，沿着Z方向对准各列形部分。这样形成了列部分630。列部分603的宽度(直径)被任意限定为使得由流路板元件600形成的流路(内部流路)在模锻时不被压力所阻塞。
将制冷剂注入散热器150的注入方法与图17的方法相似。
通过在对应于挤压区540的位置处设置列部分603，使得内部流路在模锻时不被压力所阻塞。
散热器150可以形成为使得内部流路不在对应于注入路径527的区域中形成。在这种情况下，可以在没有内部流路的区域中形成专用的挤压区540。然而，在没有内部流路的区域中形成专用的挤压区540的情况下，对应于专用的挤压区540的区域具有更低的热扩散功能。
在本实施例的散热器150中，内部流路设置在列部分603的附近。因此，基本上在散热器150的整个表面中实现了更高的热扩散效率。
(散热器的制造方法)
将描述根据本发明实施例的散热器150(散热器100)的制造方法。图31是示出制造方法的流程图。
制备了多个板元件。在板元件上形成槽505、405、305和205，开口408等(步骤201)。这样形成了热接收板500、多个流路板元件600和热辐射板200。
蒸发部分700安装在热接收板500和毛细板元件400的安装区域上。热接收板500、毛细板元件400、气相板元件300和热辐射板200被层叠为：使得多个流路板元件600被热接收板500和热辐射板200夹在中间。这些板元件被扩散接合(步骤202)。在层叠时，各个板元件被精确地对准。在扩散接合时，发生金属接合。这样改善了散热器150的强度或刚性。
如图17A-17C所示，制冷剂被注入到内部流路中，并封闭容器(步骤203)。这样制造了散热器150。
接着，热源50被安置在热接收板500上(步骤204)。在热源50通过例如回流焊接加工安装在热接收板500上的情况下，热接收板500和整个散热器150的温度升高到大约230-240℃。在这种环境下，制冷剂蒸发以增加内部压力。然而，因为板元件是被扩散接合的(步骤202)，所以散热器150可以确保足够的强度和刚度以承受由于内部压力而导致的拉伸应力。
图32是示出根据本发明另一个实施例的散热器100或150的肋条的示意图。在图32中，多个毛细板元件400的肋条416具有多个列部分417。多个列部分417的间距、数目、尺寸等可以被任意限定。除了列形状以外，列部分417可以呈椭圆形、矩形等。
多个毛细板元件400被接合为使得多个毛细板元件400的列部分417在Z方向上对准，以便接合。可以如上所述的那样将热接收板500和毛细板元件400接合。可以如上所述将毛细板元件400和气相板元件300接合。可以如上所述的那样将气相板元件300和热辐射板200接合。
使用这种结构，在不影响内部流路的情况下可以增加总接合区域，并且散热器150对于来自外部的压缩应力和内部拉伸应力可以确保增强的强度和刚度。
图33是示出作为包含散热器1(100、150)的电子设备的台式PC的透视图。在PC 20的壳体21中设置电路板22，并且，例如，CPU 23安装在电路板22上。作为热源的CPU 23热连接到散热器1()。散热器1()热连接到散热片(未示出)。
本领域的技术人员应该理解，根据设计要求和其它因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替换，只要它们在本发明的范围内即可。
在平面图中散热器1(100、150)的形状是矩形或正方形。然而，在平面图中的形状可以是圆形、椭圆形、多边形或其它任意形状。
槽74、505、405、305和205，壁表面部分430，肋条506、406、306和206，框架部分507、407、307和207等可以被任意改变。
作为电子设备，示例性地示出图33的台式PC。然而，并不限于此，作为电子设备，PDA(个人数字助理)、电子词典、照相机、显示设备、音频/视频设备、投影仪、移动电话、游戏设备、汽车导航设备、机器人设备、激光产生设备或者其它电子器械都可以被采用。
本申请包括与在2008年11月20日递交到日本专利局的日本在先专利申请JP 2008-296626中公开的主题相关的主题，该专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。

Claims (14)

1.一种传热装置，包括：
由纳米材料制成的蒸发部分，所述蒸发部分在表面上形成有V形槽；
与所述蒸发部分连通的流路；
通过所述流路与所述蒸发部分连通的冷凝器部分；以及
工作流体，所述工作流体在所述蒸发部分中从液相蒸发为气相，并且在所述冷凝器部分中从气相凝聚为液相。
2.根据权利要求1所述的传热装置，
其中，所述V形槽中的每一个都具有底角2θ和宽度a，其中10≤2θ≤130，所述底角2θ和所述宽度a的关系为a ≤11＊2θ+50且a≥0.3＊2θ+1。
3.根据权利要求1所述的传热装置，
其中，所述V形槽以同心状、放射状的方式设置在所述蒸发部分的表面上。
4.根据权利要求1所述的传热装置，
其中，所述V形槽以螺旋状、放射状的方式设置在所述蒸发部分的表面上。
5.根据权利要求1所述的传热装置，
其中，所述蒸发部分的背面和每一个所述V形槽的底部之间的距离是1μm或更大。
6.根据权利要求1所述的传热装置，
其中，所述蒸发部分的表面具有亲水性。
7.一种电子设备，包括：
热源；以及
热连接到所述热源的传热装置，所述传热装置包括由纳米材料制成的蒸发部分、与所述蒸发部分连通的流路、通过所述流路与所述蒸发部分连通的冷凝器部分、以及工作流体，其中，所述蒸发部分在表面上形成有V形槽，所述工作流体在所述蒸发部分中从液相蒸发为气相，并且在所述冷凝器部分中从气相凝聚为液相。
8.一种传热装置制造方法，包括：
在构成蒸发部分的基底上形成催化剂层；
在所述催化剂层上形成纳米材料层；以及
通过车刀加工和挤压模制之一，在所述纳米材料层上形成V形槽。
9.根据权利要求8所述的传热装置制造方法，
其中，在所述纳米材料层上形成所述V形槽，从而使得所述催化剂层和每一个所述V形槽的底部之间的距离为1μm或更大。
10.根据权利要求8所述的传热装置制造方法，还包括：
对所述纳米材料层的表面进行亲水处理。
11.一种传热装置制造方法，包括：
在构成蒸发部分的基底上形成催化剂层；以及
使反应气体在设置有模具和所述催化剂层的所述基底之间流动，以形成在表面上具有V形槽的纳米材料层。
12.根据权利要求11所述的传热装置制造方法，还包括：
对所述纳米材料层的表面进行亲水处理。
13.一种传热装置制造方法，包括：
在构成蒸发部分的基底上形成V形槽；
在所述基底上形成催化剂层；并且
在所述催化剂层上形成纳米材料层。
14.根据权利要求13所述的传热装置制造方法，还包括：
对所述纳米材料层的表面进行亲水处理。
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