JP2002062069A - 熱伝導体並びに熱交換器 - Google Patents
熱伝導体並びに熱交換器Info
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- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
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- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F2245/00—Coatings; Surface treatments
- F28F2245/02—Coatings; Surface treatments hydrophilic
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来のヒートパイプと比較して一層熱伝導性
にすぐれ、比較的大径のものから数ｍｍ程度の極めて小
径でかつ長尺、あるいは板状、管状などの種々形状、寸
法の熱伝導体を容易に構成できるほか、種々用途の熱交
換器を容易に構成できる新規な高性能熱伝導体と熱交換
器の提供。 【解決手段】 フィルムに成膜したシリコン薄膜にエッ
チングにて多数の微細溝を設けてから所要幅の線材など
に加工し、さらにこの素材表面を親水性化することによ
り、素材寸法からは想定できないほどの膨大な表面積の
全てを親水性化でき、この親水性表面を有する伝熱通路
体をヒートパイプの熱伝導体として用いることで、熱伝
導性を著しく向上できる。
にすぐれ、比較的大径のものから数ｍｍ程度の極めて小
径でかつ長尺、あるいは板状、管状などの種々形状、寸
法の熱伝導体を容易に構成できるほか、種々用途の熱交
換器を容易に構成できる新規な高性能熱伝導体と熱交換
器の提供。 【解決手段】 フィルムに成膜したシリコン薄膜にエッ
チングにて多数の微細溝を設けてから所要幅の線材など
に加工し、さらにこの素材表面を親水性化することによ
り、素材寸法からは想定できないほどの膨大な表面積の
全てを親水性化でき、この親水性表面を有する伝熱通路
体をヒートパイプの熱伝導体として用いることで、熱伝
導性を著しく向上できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、簡単な構成で優
れた熱伝導性を有し、例えば薄い板状の熱伝導体や、小
径で長尺の熱伝導体を形成できるほか、種々の熱交換器
を容易に構成できる高性能熱伝導体並びに熱交換器に関
する。
れた熱伝導性を有し、例えば薄い板状の熱伝導体や、小
径で長尺の熱伝導体を形成できるほか、種々の熱交換器
を容易に構成できる高性能熱伝導体並びに熱交換器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】高性能な熱伝導体として、ヒートパイプ
が多用されている。所要の流体を内蔵して密閉された構
成からなるパイプにおいて、一方端が入熱側、他方端が
放熱側とすると、例えば入熱側で加熱されて気化した蒸
気がパイプ内を放熱側に移動して、放熱して水となって
入熱側に戻る構成からなる。
が多用されている。所要の流体を内蔵して密閉された構
成からなるパイプにおいて、一方端が入熱側、他方端が
放熱側とすると、例えば入熱側で加熱されて気化した蒸
気がパイプ内を放熱側に移動して、放熱して水となって
入熱側に戻る構成からなる。
【０００３】ヒートパイプは、熱伝導率が銅材程度であ
るが、構造が極めて簡単であり、比較的小径でかつ長
尺、あるいは折り曲げなどの変形などにも対応できるた
め、種々の電子機器の放熱用ヒートシンクや、入熱用の
デバイスとして利用される。
るが、構造が極めて簡単であり、比較的小径でかつ長
尺、あるいは折り曲げなどの変形などにも対応できるた
め、種々の電子機器の放熱用ヒートシンクや、入熱用の
デバイスとして利用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】高い温度の均一性が要
求される恒温槽の用途をはじめ、前記の電子機器の放熱
用ヒートシンクや入熱用のデバイスなどの一般的な用途
においても、熱の入出反応が早く高性能な熱伝導体が求
められている。
求される恒温槽の用途をはじめ、前記の電子機器の放熱
用ヒートシンクや入熱用のデバイスなどの一般的な用途
においても、熱の入出反応が早く高性能な熱伝導体が求
められている。
【０００５】この発明は、従来のヒートパイプと比較し
て一層熱伝導性にすぐれ、比較的大径のものから数ｍｍ
程度の極めて小径でかつ長尺、あるいは板状、管状など
の種々形状、寸法の熱伝導体を容易に構成できるほか、
種々用途の熱交換器を容易に構成できる新規な高性能熱
伝導体と熱交換器の提供を目的としている。
て一層熱伝導性にすぐれ、比較的大径のものから数ｍｍ
程度の極めて小径でかつ長尺、あるいは板状、管状など
の種々形状、寸法の熱伝導体を容易に構成できるほか、
種々用途の熱交換器を容易に構成できる新規な高性能熱
伝導体と熱交換器の提供を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】発明者らは、種々断面形
状の管内に挿入配置する伝熱通路体の熱伝導性の向上を
目的に種々検討した結果、フィルムに成膜したシリコン
薄膜にトレンチエッチングを施してμｍオーダーの溝
幅、深さを有する多数の微細溝を設けて、例えば所要幅
の線材に分割、あるいはフィルムを渦巻状に巻いたりす
ることにより、シリコン基板から作製した線材径が小さ
くとも表面には多数の微細溝が形成されているため、膨
大な表面積を有することに着目した。
状の管内に挿入配置する伝熱通路体の熱伝導性の向上を
目的に種々検討した結果、フィルムに成膜したシリコン
薄膜にトレンチエッチングを施してμｍオーダーの溝
幅、深さを有する多数の微細溝を設けて、例えば所要幅
の線材に分割、あるいはフィルムを渦巻状に巻いたりす
ることにより、シリコン基板から作製した線材径が小さ
くとも表面には多数の微細溝が形成されているため、膨
大な表面積を有することに着目した。
【０００７】また、発明者らは、フィルムに成膜したシ
リコン薄膜にエッチングにて多数の微細溝を設けてから
所要幅の線材などに加工し、さらにこの素材表面を親水
性化することにより、素材寸法からは想定できないほど
の膨大な表面積の全てを親水性化でき、この親水性表面
を有する伝熱通路体をヒートパイプの熱伝導体として用
いることで、熱伝導性を著しく向上できることを知見
し、この発明を完成した。
リコン薄膜にエッチングにて多数の微細溝を設けてから
所要幅の線材などに加工し、さらにこの素材表面を親水
性化することにより、素材寸法からは想定できないほど
の膨大な表面積の全てを親水性化でき、この親水性表面
を有する伝熱通路体をヒートパイプの熱伝導体として用
いることで、熱伝導性を著しく向上できることを知見
し、この発明を完成した。
【０００８】すなわち、この発明は、多数の微細溝が設
けられて親水化した表面を有するフィルムなどの箔材か
らなる伝熱通路体を内蔵した容器構成で、前記伝熱通路
体表面に沿って移動可能に減圧下で保持された気液流体
が主な伝熱媒体となることを特徴とする高性能熱伝導体
であり、これに受熱手段と放熱手段を設けて熱交換器と
なしたことを特徴とする。
けられて親水化した表面を有するフィルムなどの箔材か
らなる伝熱通路体を内蔵した容器構成で、前記伝熱通路
体表面に沿って移動可能に減圧下で保持された気液流体
が主な伝熱媒体となることを特徴とする高性能熱伝導体
であり、これに受熱手段と放熱手段を設けて熱交換器と
なしたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】この発明による熱伝導体と熱交換
器は、例えばフィルムからなる線状、渦巻状、湾曲や折
り曲げたコルゲートフィン状の箔材の伝熱通路体を容器
管内に内蔵配置した構成を基本とし、伝熱通路体の表面
には、エッチングにて形成される微細溝を多数有し、か
つこれらの表面が親水性化されていることを特徴とす
る。
器は、例えばフィルムからなる線状、渦巻状、湾曲や折
り曲げたコルゲートフィン状の箔材の伝熱通路体を容器
管内に内蔵配置した構成を基本とし、伝熱通路体の表面
には、エッチングにて形成される微細溝を多数有し、か
つこれらの表面が親水性化されていることを特徴とす
る。
【００１０】この発明において、線状、渦巻状、湾曲や
折り曲げたコルゲートフィン状などの種々形態からなる
箔材の伝熱通路体の材質には、ガスエッチングにて微細
溝が形成できるシリコン薄膜を成膜した樹脂フィルムが
採用できる。また、エッチングの他、レーザーや電子線
などのビーム加工にて微細溝が形成できる材料であれ
ば、目的の熱伝導体の形態に応じて公知の金属、合金、
ガラスを含むセラミックス、樹脂材のいずれのフィルム
材質、並びにいずれの薄膜材料も採用することができ
る。
折り曲げたコルゲートフィン状などの種々形態からなる
箔材の伝熱通路体の材質には、ガスエッチングにて微細
溝が形成できるシリコン薄膜を成膜した樹脂フィルムが
採用できる。また、エッチングの他、レーザーや電子線
などのビーム加工にて微細溝が形成できる材料であれ
ば、目的の熱伝導体の形態に応じて公知の金属、合金、
ガラスを含むセラミックス、樹脂材のいずれのフィルム
材質、並びにいずれの薄膜材料も採用することができ
る。
【００１１】この発明において、伝熱通路体表面に設け
る微細溝は、表面積を増大させることが目的であるた
め、できるだけ溝幅は小さく、深さは深い程良いが、容
器の容積や収納する伝熱通路体自体の形態や材質、さら
に表面の薄膜種に応じて選定されるとともに、封入され
る気液の流れを疎外しない溝寸法を選定すると良い。
る微細溝は、表面積を増大させることが目的であるた
め、できるだけ溝幅は小さく、深さは深い程良いが、容
器の容積や収納する伝熱通路体自体の形態や材質、さら
に表面の薄膜種に応じて選定されるとともに、封入され
る気液の流れを疎外しない溝寸法を選定すると良い。
【００１２】この発明において、伝熱通路体の収納容器
となる容器管は、目的の熱伝導体の形態に応じて公知の
金属、合金、セラミックス、樹脂材のいずれも採用する
ことができ、断面形状も円、楕円、矩形等の種々形状を
採用できる。
となる容器管は、目的の熱伝導体の形態に応じて公知の
金属、合金、セラミックス、樹脂材のいずれも採用する
ことができ、断面形状も円、楕円、矩形等の種々形状を
採用できる。
【００１３】この発明において、伝熱通路体表面さらに
は容器管内の親水性化は、公知の光半導体、例えばアナ
ターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタンなどを塗布成
膜して、これに公知の高温処理、紫外線（ＵＶ）照射す
る方法にて実施する他、公知のいずれの親水性化方法も
採用可能である。
は容器管内の親水性化は、公知の光半導体、例えばアナ
ターゼ型酸化チタン、ルチル型酸化チタンなどを塗布成
膜して、これに公知の高温処理、紫外線（ＵＶ）照射す
る方法にて実施する他、公知のいずれの親水性化方法も
採用可能である。
【００１４】伝熱通路体に樹脂フィルムを採用し、フィ
ルム表面にシリコン薄膜を成膜した構成を採用した場合
の微細溝の形成方法、並びに親水性化方法を説明する。
まず、シリコン薄膜を成膜したフィルムを得るには、例
えば、表面が平坦なガラス基板やステンレス基板に、耐
熱性のあるポリイミドなどからなる絶縁性樹脂剤を膜厚
が硬化後１００μｍ程度となるように塗布し、その後加
熱して、樹脂剤を硬化させ、さらに、ＣＶＤ、スパッタ
リングなどの手法でシリコン膜あるいはシリコン酸化膜
を成膜する。
ルム表面にシリコン薄膜を成膜した構成を採用した場合
の微細溝の形成方法、並びに親水性化方法を説明する。
まず、シリコン薄膜を成膜したフィルムを得るには、例
えば、表面が平坦なガラス基板やステンレス基板に、耐
熱性のあるポリイミドなどからなる絶縁性樹脂剤を膜厚
が硬化後１００μｍ程度となるように塗布し、その後加
熱して、樹脂剤を硬化させ、さらに、ＣＶＤ、スパッタ
リングなどの手法でシリコン膜あるいはシリコン酸化膜
を成膜する。
【００１５】続いて公知の半導体デバイスの製造プロセ
スを用いることにより、フィルム上のシリコン膜あるい
はシリコン酸化膜に微細溝加工が可能である。例えば、
シリコン薄膜上にフォトリソグラフィ技術による所望の
マスクを形成し、ドライプロセスによるトレンチエッチ
ングを実施する。次にマスク剥離を行い、表面に親水性
膜を設けるか、親水性化処理を施す。
スを用いることにより、フィルム上のシリコン膜あるい
はシリコン酸化膜に微細溝加工が可能である。例えば、
シリコン薄膜上にフォトリソグラフィ技術による所望の
マスクを形成し、ドライプロセスによるトレンチエッチ
ングを実施する。次にマスク剥離を行い、表面に親水性
膜を設けるか、親水性化処理を施す。
【００１６】その後、微細溝加工、親水性加工を施した
シリコン薄膜を有するガラス基板より、線状、棒状、板
状などの目的の熱伝導体、熱交換器に応じた種々形状の
伝熱通路体を得るべく、切断などの機械加工を行う。あ
るいはガラス基板よりポリイミド樹脂を剥離して、シリ
コン薄膜を有するポリイミド樹脂フィルムを作製し、さ
らにこれを、線状、短冊状、渦巻状等の箔材に加工す
る。
シリコン薄膜を有するガラス基板より、線状、棒状、板
状などの目的の熱伝導体、熱交換器に応じた種々形状の
伝熱通路体を得るべく、切断などの機械加工を行う。あ
るいはガラス基板よりポリイミド樹脂を剥離して、シリ
コン薄膜を有するポリイミド樹脂フィルムを作製し、さ
らにこれを、線状、短冊状、渦巻状等の箔材に加工す
る。
【００１７】なお、さらに微細溝加工を施した薄膜に平
坦なフィルムを載せることで微細溝を管として利用する
ことも可能である。
坦なフィルムを載せることで微細溝を管として利用する
ことも可能である。
【００１８】親水性化の方法として、ＣＶＤや所望のガ
ス雰囲気中の加熱によりＳｉＯ2膜の親水性膜を成膜す
る方法がある。なお、シリコン酸化膜は本来的に親水性
を呈するが、雰囲気や洗浄等で親水性が低下する場合が
ある。そこで、シリコン酸化膜を設けてこれを熱酸化処
理することで親水性化することができる。熱酸化処理条
件としては、ドライ酸化、ウエット酸化のいずれでも良
く、熱処理温度は１００℃程度から可能であるが、あま
り低いと処理に時間を要するため、高温のほうが好まし
い。
ス雰囲気中の加熱によりＳｉＯ2膜の親水性膜を成膜す
る方法がある。なお、シリコン酸化膜は本来的に親水性
を呈するが、雰囲気や洗浄等で親水性が低下する場合が
ある。そこで、シリコン酸化膜を設けてこれを熱酸化処
理することで親水性化することができる。熱酸化処理条
件としては、ドライ酸化、ウエット酸化のいずれでも良
く、熱処理温度は１００℃程度から可能であるが、あま
り低いと処理に時間を要するため、高温のほうが好まし
い。
【００１９】好ましい熱酸化処理条件は、処理対象材料
寸法、膜厚みなどで適宜選定する必要があるが、一例を
示すと、ドライ酸化の場合、Ｏ2 １００ｓｃｃｍ、Ｎ2
１００ｓｃｃｍ、６００℃程度、ウエット酸化の場
合、Ｏ2 １００ｓｃｃｍ、ＮＨ3 １０ｓｃｃｍ、Ｎ2
１００ｓｃｃｍ、６００℃程度である。
寸法、膜厚みなどで適宜選定する必要があるが、一例を
示すと、ドライ酸化の場合、Ｏ2 １００ｓｃｃｍ、Ｎ2
１００ｓｃｃｍ、６００℃程度、ウエット酸化の場
合、Ｏ2 １００ｓｃｃｍ、ＮＨ3 １０ｓｃｃｍ、Ｎ2
１００ｓｃｃｍ、６００℃程度である。
【００２０】また、シリコン薄膜に対して、ガススイッ
チングによるトレンチエッチングを行えば、トレンチ側
壁に波型形状、すなわちエッチングガスとデポジション
ガスのスイッチングプロセスによりトレンチの深さ方向
（垂直方向）に波型形状が現れ、その波型形状の突起部
がサイトとなり、気液による熱伝導の際に気化させ易く
なる利点もある。
チングによるトレンチエッチングを行えば、トレンチ側
壁に波型形状、すなわちエッチングガスとデポジション
ガスのスイッチングプロセスによりトレンチの深さ方向
（垂直方向）に波型形状が現れ、その波型形状の突起部
がサイトとなり、気液による熱伝導の際に気化させ易く
なる利点もある。
【００２１】さらに今日、マイクロマシニング化の手法
で多用されているドライエッチングを用いた異方性エッ
チングにおいては、半導体デバイスの分野に比べてかな
りのエッチング深さが求められ、保護膜でエッチングし
た側壁面を保護しながら反応を進めることで異方性を達
成している。
で多用されているドライエッチングを用いた異方性エッ
チングにおいては、半導体デバイスの分野に比べてかな
りのエッチング深さが求められ、保護膜でエッチングし
た側壁面を保護しながら反応を進めることで異方性を達
成している。
【００２２】装置例を説明すると、外周部にコイルを配
置し、かつ真空ポンプに接続されたエッチングチャンバ
内に、所要のガスを導入排気できるシステムを備え、チ
ャンバ内のプラテンに載置した基板を冷却可能にして、
プラテンにＲＦ電力を印加し、コイル通電して発生した
磁場内に供給された反応ガスがプラズマ化するように構
成してある。
置し、かつ真空ポンプに接続されたエッチングチャンバ
内に、所要のガスを導入排気できるシステムを備え、チ
ャンバ内のプラテンに載置した基板を冷却可能にして、
プラテンにＲＦ電力を印加し、コイル通電して発生した
磁場内に供給された反応ガスがプラズマ化するように構
成してある。
【００２３】かかる装置において、例えば、ＳＦ6ガス
を導入して、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）
を行うと、エッチング用のマスクを形成した基板には所
定幅及び深さの溝が形成され、この際溝側壁のエッチン
グ速度よりも溝底部のエッチング速度が速く異方性のエ
ッチングが可能となる。
を導入して、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）
を行うと、エッチング用のマスクを形成した基板には所
定幅及び深さの溝が形成され、この際溝側壁のエッチン
グ速度よりも溝底部のエッチング速度が速く異方性のエ
ッチングが可能となる。
【００２４】次に、ＳＦ6ガスの供給を停止し、プラテ
ンにＲＦを印加せず、Ｃ4Ｆ8ガスを導入することによ
り、デポジション工程で溝側壁にフロロカーボン膜が堆
積，形成される。上記エッチング工程及びデポジション
工程を順次繰り返すと、エッチング工程において指向性
のあるイオン照射によって溝底部のフロロカーボン膜が
除去され、下方へのエッチングが進むことになる。
ンにＲＦを印加せず、Ｃ4Ｆ8ガスを導入することによ
り、デポジション工程で溝側壁にフロロカーボン膜が堆
積，形成される。上記エッチング工程及びデポジション
工程を順次繰り返すと、エッチング工程において指向性
のあるイオン照射によって溝底部のフロロカーボン膜が
除去され、下方へのエッチングが進むことになる。
【００２５】なお、上記の異なるプロセスを適宜繰り返
す工程からなるプロセスの他、エッチングガスとデポジ
ションガスを同時に流すエッチングプロセスであっても
同様である。
す工程からなるプロセスの他、エッチングガスとデポジ
ションガスを同時に流すエッチングプロセスであっても
同様である。
【００２６】ここで、デポジション膜は主に（ＣＦ2）
ｎからなるポリマーであるとともに、ＳＦ6が異方性エ
ンチングに使用されるため、Ｏ，ＨおよびＳなどの不純
物がポリマー中に含まれるものと考えられている。ま
た、ほとんどの薬液等に対して反応性が低く、疎水性で
あることから、この膜の除去が極めて困難である。
ｎからなるポリマーであるとともに、ＳＦ6が異方性エ
ンチングに使用されるため、Ｏ，ＨおよびＳなどの不純
物がポリマー中に含まれるものと考えられている。ま
た、ほとんどの薬液等に対して反応性が低く、疎水性で
あることから、この膜の除去が極めて困難である。
【００２７】そこで、主に（ＣＦ2）ｎからなるポリマ
ー膜を洗浄、親水性化してエッチング溝より除去するた
め、当該ポリマー膜にＯ2を侵入させて分解、分断除去
するか、あるいは分断できなくても、ポリマー中にＯを
侵入させてＨ2Ｏと水素結合することで、親水性化でき
る。
ー膜を洗浄、親水性化してエッチング溝より除去するた
め、当該ポリマー膜にＯ2を侵入させて分解、分断除去
するか、あるいは分断できなくても、ポリマー中にＯを
侵入させてＨ2Ｏと水素結合することで、親水性化でき
る。
【００２８】この親水性化のためのＯ2の投入方法を検
討すると、基材表面を加熱して高温水蒸気処理する方
法、同表面を加熱して高温水処理する方法、酸素含有雰
囲気で基板表面に、プラズマ処理、ＥＢ（電子線）照射
処理する方法、ＵＶ（紫外線）照射処理する方法、ＣＶ
Ｄ処理する方法、酸洗処理する方法等がある。
討すると、基材表面を加熱して高温水蒸気処理する方
法、同表面を加熱して高温水処理する方法、酸素含有雰
囲気で基板表面に、プラズマ処理、ＥＢ（電子線）照射
処理する方法、ＵＶ（紫外線）照射処理する方法、ＣＶ
Ｄ処理する方法、酸洗処理する方法等がある。
【００２９】低圧、高密度プラズマでＯ2を励起させ
て、低圧、高密度プラズマでＯ2を励起させて、シリコ
ン膜の一部が酸化されて膜中にＯが存在し、Ｈ2Ｏと水
素結合することで親水性化する。好ましい低圧、高密度
プラズマ処理条件は処理対象の細線材の外径や膜厚みな
どで適宜選定する必要があるが、一例としては、Ｏ2
２０ｓｃｃｍ、圧力 １０ｍＴ、コイルパワー ６００
Ｗ、プラズマパワー５０Ｗ、温度２０℃程度である。
て、低圧、高密度プラズマでＯ2を励起させて、シリコ
ン膜の一部が酸化されて膜中にＯが存在し、Ｈ2Ｏと水
素結合することで親水性化する。好ましい低圧、高密度
プラズマ処理条件は処理対象の細線材の外径や膜厚みな
どで適宜選定する必要があるが、一例としては、Ｏ2
２０ｓｃｃｍ、圧力 １０ｍＴ、コイルパワー ６００
Ｗ、プラズマパワー５０Ｗ、温度２０℃程度である。
【００３０】さらに、工業的に簡易な方法として、水蒸
気（Ｈ2Ｏ−Ｖａｐｏｒ）を用いることで膜表面の酸化
を促進させる。すなわち、基材を水の高温蒸気中で保持
することで、膜表面で酸化反応が進み、膜中に取り込ま
れたＯとの水素結合で親水性となる。好ましい高温蒸気
処理条件は、処理対象基材の寸法や膜厚みなどで適宜選
定する必要があるが、一例としては、１５０℃以上に加
熱した基板上に高温蒸気を送り込み、蒸気温度が基板上
で９０℃以上を保持するようにすることである。
気（Ｈ2Ｏ−Ｖａｐｏｒ）を用いることで膜表面の酸化
を促進させる。すなわち、基材を水の高温蒸気中で保持
することで、膜表面で酸化反応が進み、膜中に取り込ま
れたＯとの水素結合で親水性となる。好ましい高温蒸気
処理条件は、処理対象基材の寸法や膜厚みなどで適宜選
定する必要があるが、一例としては、１５０℃以上に加
熱した基板上に高温蒸気を送り込み、蒸気温度が基板上
で９０℃以上を保持するようにすることである。
【００３１】ＵＶ照射またはＥＢ照射による酸素の含浸
処理は、空気あるいは酸素をフローさせながら基板にＵ
Ｖ照射またはＥＢ照射するだけの簡単処理で良く、照射
ポイントを限定しながら行うとよい。好ましい処理条件
は、処理対象の基材の寸法や膜厚みなどで適宜選定する
必要があるが、一例としては、ＵＶ照射の場合、２０ｍ
Ｊ／ｃｍ2（２４８ｎｍ）、２〜５分、ＥＢ照射の場
合、１Ａ／ｃｍ2、１〜２分程度である。
処理は、空気あるいは酸素をフローさせながら基板にＵ
Ｖ照射またはＥＢ照射するだけの簡単処理で良く、照射
ポイントを限定しながら行うとよい。好ましい処理条件
は、処理対象の基材の寸法や膜厚みなどで適宜選定する
必要があるが、一例としては、ＵＶ照射の場合、２０ｍ
Ｊ／ｃｍ2（２４８ｎｍ）、２〜５分、ＥＢ照射の場
合、１Ａ／ｃｍ2、１〜２分程度である。
【００３２】ＣＶＤ処理による酸素の含浸処理は、公知
の常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、プラズマ
酸化などのいずれの処理も採用でき、いずれも酸化させ
る条件設定であり、処理対象の基材の寸法や膜厚みなど
で適宜選定する必要がある。
の常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、プラズマ
酸化などのいずれの処理も採用でき、いずれも酸化させ
る条件設定であり、処理対象の基材の寸法や膜厚みなど
で適宜選定する必要がある。
【００３３】一例を示すと、常圧ＣＶＤの場合はＯ2
６０ｃｃ／ｍｉｎ、２０％ＳｉＨ4２５ｃｃ／ｍｉｎ、
Ｎ2 ２．０ｌ／ｍｉｎ、５００℃程度、減圧ＣＶＤの
場合はＯ2 ６０ｃｃ／ｍｉｎ、２０％ＳｉＨ4 ３０ｃ
ｃ／ｍｉｎ、０．５Ｔｏｒｒ、６５０℃程度、プラズマ
ＣＶＤの場合は２０％ＳｉＨ4 ５０ｓｃｃｍ、Ｎ2１５
０ｓｃｃｍ、２００ｍＴｏｒｒ、ＲＦ出力 ６００Ｗ、
基板温度３５０℃、プラズマ酸化の場合はＯ2 ２００
ｓｃｃｍ、０．２Ｔｏｒｒ、ＲＦ出力 １ｋＷ、６０Ｖ
低電圧。
６０ｃｃ／ｍｉｎ、２０％ＳｉＨ4２５ｃｃ／ｍｉｎ、
Ｎ2 ２．０ｌ／ｍｉｎ、５００℃程度、減圧ＣＶＤの
場合はＯ2 ６０ｃｃ／ｍｉｎ、２０％ＳｉＨ4 ３０ｃ
ｃ／ｍｉｎ、０．５Ｔｏｒｒ、６５０℃程度、プラズマ
ＣＶＤの場合は２０％ＳｉＨ4 ５０ｓｃｃｍ、Ｎ2１５
０ｓｃｃｍ、２００ｍＴｏｒｒ、ＲＦ出力 ６００Ｗ、
基板温度３５０℃、プラズマ酸化の場合はＯ2 ２００
ｓｃｃｍ、０．２Ｔｏｒｒ、ＲＦ出力 １ｋＷ、６０Ｖ
低電圧。
【００３４】酸、特に過酸による触媒反応処理は、例え
ば、Ｈ2Ｏ2溶液に基板を浸漬して煮沸処理したり、ＫＭ
ｎＯ4溶液に基板を浸漬して煮沸処理したり、ＣＨ3ＣＯ
ＯＨ溶液に基板を浸漬して煮沸処理する方法が採用でき
る。また、処理時間が長いが、８０℃以上の温水に浸漬
処理、あるいは煮沸処理することも有効である。
ば、Ｈ2Ｏ2溶液に基板を浸漬して煮沸処理したり、ＫＭ
ｎＯ4溶液に基板を浸漬して煮沸処理したり、ＣＨ3ＣＯ
ＯＨ溶液に基板を浸漬して煮沸処理する方法が採用でき
る。また、処理時間が長いが、８０℃以上の温水に浸漬
処理、あるいは煮沸処理することも有効である。
【００３５】この発明の熱伝導体の構成としては、円管
の容器管１を端面から見た図１Ａに示すごとく、前述の
方法で例えば、溝幅２０μｍ、溝ピッチ１０μｍ、深さ
２．５μｍの多数の微細溝を形成し親水性化した表面の
シリコン薄膜を有する樹脂フィルムを渦巻状にして伝熱
通路体２として挿入する。また、図１Ｂに示すごとく、
矩形断面の容器管３内に伝熱通路体４として、コルゲー
トフィン状の樹脂フィルムを用いることができる。
の容器管１を端面から見た図１Ａに示すごとく、前述の
方法で例えば、溝幅２０μｍ、溝ピッチ１０μｍ、深さ
２．５μｍの多数の微細溝を形成し親水性化した表面の
シリコン薄膜を有する樹脂フィルムを渦巻状にして伝熱
通路体２として挿入する。また、図１Ｂに示すごとく、
矩形断面の容器管３内に伝熱通路体４として、コルゲー
トフィン状の樹脂フィルムを用いることができる。
【００３６】すなわち、図１Ａ、図１Ｂに示すごとく、
多数の微細溝を形成し親水性化した表面を有する伝熱通
路体２，４を容器管１，３内に挿入し、減圧下で例えば
水を入れて容器管１，３の両端を封止することで、前記
伝熱通路体２，４表面に沿って移動可能に減圧下で保持
された水が主な伝熱媒体となる熱伝導体を構成すること
ができる。この容器管１，３内周面も親水性化した表面
とするとよい。
多数の微細溝を形成し親水性化した表面を有する伝熱通
路体２，４を容器管１，３内に挿入し、減圧下で例えば
水を入れて容器管１，３の両端を封止することで、前記
伝熱通路体２，４表面に沿って移動可能に減圧下で保持
された水が主な伝熱媒体となる熱伝導体を構成すること
ができる。この容器管１，３内周面も親水性化した表面
とするとよい。
【００３７】ここで減圧の程度は、超高真空である必要
もなく、特に限定しないが、少なくとも前記の水を所定
量注入可能であればよく、また減圧、真空下では水の移
動、沸騰もし易くなり、熱伝導に有利である。
もなく、特に限定しないが、少なくとも前記の水を所定
量注入可能であればよく、また減圧、真空下では水の移
動、沸騰もし易くなり、熱伝導に有利である。
【００３８】図１Ｃに示すごとく前記の構成を有する長
尺の熱伝導体５の両端にフィン６，７を設けることで、
簡単な熱交換器を構成でき、この一方端を高温側、他方
を低温側として、例えば高温側が受熱面とすれば、他方
の低温側のフィンなどで放熱できるようにすれば、高温
側から低温側へ熱を移動させることができる。もちろ
ん、これとは逆に冷熱を移動させることも可能である。
尺の熱伝導体５の両端にフィン６，７を設けることで、
簡単な熱交換器を構成でき、この一方端を高温側、他方
を低温側として、例えば高温側が受熱面とすれば、他方
の低温側のフィンなどで放熱できるようにすれば、高温
側から低温側へ熱を移動させることができる。もちろ
ん、これとは逆に冷熱を移動させることも可能である。
【００３９】さらに、容器管１，３内の伝熱通路体２，
４を複数にしたり、板状の伝熱通路体を積層して微細溝
を微細管として利用しできる。さらには前記の熱伝導体
を複数本配列して帯状熱伝導体となしたり、帯状熱伝導
体で容器やコイルを作製したり、必要とされる熱伝導体
や熱交換器の形態に応じて種々の形状を作製できること
は言うまでもない。
４を複数にしたり、板状の伝熱通路体を積層して微細溝
を微細管として利用しできる。さらには前記の熱伝導体
を複数本配列して帯状熱伝導体となしたり、帯状熱伝導
体で容器やコイルを作製したり、必要とされる熱伝導体
や熱交換器の形態に応じて種々の形状を作製できること
は言うまでもない。
【００４０】
【実施例】実施例１ 半導体デバイスの製造に用いられるポリイミド樹脂剤を
用い、硬化・剥離後に樹脂フィルムを形成できるよう
に、ガラス基板上に１００μｍ厚みにスピンコーターに
て塗布して硬化させた。このガラス基板を用いて、ＣＶ
Ｄ装置にてポリイミド樹脂膜上に２０μｍ厚みのシリコ
ン薄膜を成膜した。
用い、硬化・剥離後に樹脂フィルムを形成できるよう
に、ガラス基板上に１００μｍ厚みにスピンコーターに
て塗布して硬化させた。このガラス基板を用いて、ＣＶ
Ｄ装置にてポリイミド樹脂膜上に２０μｍ厚みのシリコ
ン薄膜を成膜した。
【００４１】次に、シリコン薄膜上に、溝幅５０μｍ、
溝ピッチ２０μｍ、深さ１５μｍ、寸法の微細溝を形成
すべく、フォトリソグラフィ技術によりマスク幅２０μ
ｍのストライプパターンからなるマスクを形成し、ガス
スイッチングによるトレンチエッチングを行い、微細溝
を設けた。また、シリコン薄膜に洗浄エッチングを施し
たもの、さらには後述する各種の親水性化処理を施した
試料を作製し、各膜表面に落とした水の接触角を測定し
た結果を表１に示す。
溝ピッチ２０μｍ、深さ１５μｍ、寸法の微細溝を形成
すべく、フォトリソグラフィ技術によりマスク幅２０μ
ｍのストライプパターンからなるマスクを形成し、ガス
スイッチングによるトレンチエッチングを行い、微細溝
を設けた。また、シリコン薄膜に洗浄エッチングを施し
たもの、さらには後述する各種の親水性化処理を施した
試料を作製し、各膜表面に落とした水の接触角を測定し
た結果を表１に示す。
【００４２】この発明による熱酸化処理として、密閉容
器内で、サセプターに載置した前記エッチング処理後の
基板に、Ｏ2 １００ｓｃｃｍ、Ｎ2 １００ｓｃｃｍ、
６００℃の条件で実施した。
器内で、サセプターに載置した前記エッチング処理後の
基板に、Ｏ2 １００ｓｃｃｍ、Ｎ2 １００ｓｃｃｍ、
６００℃の条件で実施した。
【００４３】この発明による低圧・高密度プラズマとし
て、密閉容器内で、サセプターに載置した前記エッチン
グ処理後の基板に、Ｏ2 ２０ｓｃｃｍ、圧力 １０ｍ
Ｔ、コイルパワー ６００Ｗ、プラズマパワー５０Ｗ、
温度２０℃の条件で実施した。
て、密閉容器内で、サセプターに載置した前記エッチン
グ処理後の基板に、Ｏ2 ２０ｓｃｃｍ、圧力 １０ｍ
Ｔ、コイルパワー ６００Ｗ、プラズマパワー５０Ｗ、
温度２０℃の条件で実施した。
【００４４】この発明による高温水蒸気処理として、密
閉容器内で、サセプターに載置した前記エッチング処理
後の基板を１５０℃に加熱し、外部より高温水蒸気を導
入して、基板表面での水蒸気９０〜１００℃となる条件
で実施した。
閉容器内で、サセプターに載置した前記エッチング処理
後の基板を１５０℃に加熱し、外部より高温水蒸気を導
入して、基板表面での水蒸気９０〜１００℃となる条件
で実施した。
【００４５】この発明によるＵＶ照射処理として、炉で
酸素を流気させながら、サセプターに載置した前記エッ
チング処理後の基板に、２０ｍＪ／ｃｍ2（２４８ｎ
ｍ）のＵＶを３分間照射した。
酸素を流気させながら、サセプターに載置した前記エッ
チング処理後の基板に、２０ｍＪ／ｃｍ2（２４８ｎ
ｍ）のＵＶを３分間照射した。
【００４６】この発明によるＥＢ照射処理として、炉で
酸素を流気させながら、サセプターに載置した前記エッ
チング処理後の基板に、１Ａ／ｃｍ2のＥＢを１分間照
射した。
酸素を流気させながら、サセプターに載置した前記エッ
チング処理後の基板に、１Ａ／ｃｍ2のＥＢを１分間照
射した。
【００４７】この発明による減圧ＣＶＤ処理として、
０．５Ｔｏｒｒ、６５０℃の密閉容器内で、サセプター
に載置した前記エッチング処理後の基板に、Ｏ2 ６０
ｃｃ／ｍｉｎ、２０％ＳｉＨ4 ３０ｃｃ／ｍｉｎ℃の
条件で実施した。
０．５Ｔｏｒｒ、６５０℃の密閉容器内で、サセプター
に載置した前記エッチング処理後の基板に、Ｏ2 ６０
ｃｃ／ｍｉｎ、２０％ＳｉＨ4 ３０ｃｃ／ｍｉｎ℃の
条件で実施した。
【００４８】この発明によるプラズマＣＶＤ処理とし
て、２００ｍＴｏｒｒの密閉容器内で、サセプターに載
置した前記エッチング処理後の基板を３５０℃に加熱
し、２０％ＳｉＨ4 ５０ｓｃｃｍ、Ｎ2 １５０ｓｃｃ
ｍ、ＲＦ出力 ６００Ｗの条件で実施した。
て、２００ｍＴｏｒｒの密閉容器内で、サセプターに載
置した前記エッチング処理後の基板を３５０℃に加熱
し、２０％ＳｉＨ4 ５０ｓｃｃｍ、Ｎ2 １５０ｓｃｃ
ｍ、ＲＦ出力 ６００Ｗの条件で実施した。
【００４９】この発明によるＨ2Ｏ2溶液煮沸処理とし
て、いわゆる洗浄用ウェーハキャリアに収納した前記エ
ッチング処理後の基板をＨ2Ｏ2溶液を収納した容器に浸
漬し、これを煮沸処理した。
て、いわゆる洗浄用ウェーハキャリアに収納した前記エ
ッチング処理後の基板をＨ2Ｏ2溶液を収納した容器に浸
漬し、これを煮沸処理した。
【００５０】
【表１】
【００５１】実施例２ 半導体デバイスの製造に用いられるポリイミド樹脂剤を
用い、硬化・剥離後に樹脂フィルムを形成できるよう
に、ガラス基板上に１００μｍ厚みにスピンコーターに
て塗布して硬化させた。次に、ポリイミド薄膜上に、溝
幅２０μｍ、溝ピッチ２０μｍ、深さ１５μｍ寸法の微
細溝を形成すべく、フォトリソグラフィ技術によりシリ
コン含有レジストを、マスク幅２０μｍ、厚み２μｍ寸
法のストライプパターンを形成した。
用い、硬化・剥離後に樹脂フィルムを形成できるよう
に、ガラス基板上に１００μｍ厚みにスピンコーターに
て塗布して硬化させた。次に、ポリイミド薄膜上に、溝
幅２０μｍ、溝ピッチ２０μｍ、深さ１５μｍ寸法の微
細溝を形成すべく、フォトリソグラフィ技術によりシリ
コン含有レジストを、マスク幅２０μｍ、厚み２μｍ寸
法のストライプパターンを形成した。
【００５２】次に、ＩＣＰ−ＲＩＥ装置を用いて、Ｏ2
２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ、コイル出力７００
Ｗ、プレート出力４５０Ｗの条件で、プラズマエッチン
グを行い、微細溝を設けた。また、前述する実施例１の
各種の親水性化処理を施した試料を作製した。
２０ｓｃｃｍ、圧力０．４Ｐａ、コイル出力７００
Ｗ、プレート出力４５０Ｗの条件で、プラズマエッチン
グを行い、微細溝を設けた。また、前述する実施例１の
各種の親水性化処理を施した試料を作製した。
【００５３】実施例３ 実施例１及び実施例２で得られた試料、すなわちガラス
基板にポリイミド樹脂層、シリコン薄膜を成膜してシリ
コン薄膜に微細溝を形成した試料、またガラス基板にポ
リイミド樹脂層を成膜してこの樹脂薄膜に微細溝を形成
した試料、これらの素材に実施例１の各親水性化処理を
施した。
基板にポリイミド樹脂層、シリコン薄膜を成膜してシリ
コン薄膜に微細溝を形成した試料、またガラス基板にポ
リイミド樹脂層を成膜してこの樹脂薄膜に微細溝を形成
した試料、これらの素材に実施例１の各親水性化処理を
施した。
【００５４】親水性化処理後にポリイミドフィルムをガ
ラス基板より剥離して、これより線材を切り出した。得
られた伝熱通路体を種々内径の銅製管内に挿入配置し、
水又はエタノールを減圧下で種々量を吸引封入して、種
々構成の熱伝導体を作製した。
ラス基板より剥離して、これより線材を切り出した。得
られた伝熱通路体を種々内径の銅製管内に挿入配置し、
水又はエタノールを減圧下で種々量を吸引封入して、種
々構成の熱伝導体を作製した。
【００５５】多数の構成からなる熱伝導体は、伝熱通路
体と銅製管の挿入パターン、空間率、液体量、膜材質、
親水性化の違い等により、いずれも得られる熱伝導率が
大きく異なるが、少なくとも銅材のみの熱伝導率とは桁
違いに大きな２０００（Ｗ／ｍＫ）を超える性能が得ら
れた。
体と銅製管の挿入パターン、空間率、液体量、膜材質、
親水性化の違い等により、いずれも得られる熱伝導率が
大きく異なるが、少なくとも銅材のみの熱伝導率とは桁
違いに大きな２０００（Ｗ／ｍＫ）を超える性能が得ら
れた。
【００５６】
【発明の効果】この発明は、エッチングにて形成した微
細溝を多数有して表面積を著しく増大させ、かつ親水性
表面を有する箔材の伝熱通路体を、容器用管内に配置し
て、水を封入したという簡単な構成で、極めて優れた熱
伝導特性を有する。
細溝を多数有して表面積を著しく増大させ、かつ親水性
表面を有する箔材の伝熱通路体を、容器用管内に配置し
て、水を封入したという簡単な構成で、極めて優れた熱
伝導特性を有する。
【００５７】小径でかつ長尺の熱伝導体を構成できるほ
か、伝熱通路体を挿入配置した細管を複数束ねたり、配
列することで管状や帯状等の種々形状の熱伝導体ユニッ
トを作製し、さらに細管を容易に曲げたりコイル状に成
形でき、種々の熱交換器を容易に構成できる。
か、伝熱通路体を挿入配置した細管を複数束ねたり、配
列することで管状や帯状等の種々形状の熱伝導体ユニッ
トを作製し、さらに細管を容易に曲げたりコイル状に成
形でき、種々の熱交換器を容易に構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは容器管端面からみた伝熱通路体を示す模式
図、Ｂ，は他の容器管と伝熱通路体の配置例を示す管端
面からみた模式図、Ｃは長尺の熱伝導体を示す説明図で
ある。
図、Ｂ，は他の容器管と伝熱通路体の配置例を示す管端
面からみた模式図、Ｃは長尺の熱伝導体を示す説明図で
ある。
１，３ 容器管 ２，４ 伝熱通路体 ５ 熱伝導体 ６，７ フィン
Claims (6)
- 【請求項１】 多数の微細溝が設けられて親水性化した
表面を有する箔材からなる伝熱通路体を内蔵した容器構
成で、前記伝熱通路体表面に沿って移動可能に減圧下で
保持された気液流体が主な伝熱媒体となる熱伝導体。 - 【請求項２】 伝熱通路体の材質が樹脂フィルムで表面
に成膜したシリコン薄膜に微細溝が設けられた請求項１
に記載の熱伝導体。 - 【請求項３】 容器内表面が親水性化された請求項１に
記載の熱伝導体。 - 【請求項４】 多数の微細溝が設けられて親水化した表
面を有する箔材からなる伝熱通路体を内蔵した容器構成
で、前記伝熱通路体表面に沿って移動可能に減圧下で保
持された気液流体が主な伝熱媒体となり、受熱手段と放
熱手段を有する熱交換器。 - 【請求項５】 伝熱通路体の材質が樹脂フィルムで表面
に成膜したシリコン薄膜に微細溝が設けられた請求項４
に記載の熱交換器。 - 【請求項６】 容器内表面が親水性化された請求項４に
記載の熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000248436A JP2002062069A (ja) | 2000-08-18 | 2000-08-18 | 熱伝導体並びに熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000248436A JP2002062069A (ja) | 2000-08-18 | 2000-08-18 | 熱伝導体並びに熱交換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002062069A true JP2002062069A (ja) | 2002-02-28 |
Family
ID=18738344
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000248436A Withdrawn JP2002062069A (ja) | 2000-08-18 | 2000-08-18 | 熱伝導体並びに熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002062069A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006035547A1 (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Fujikin Incorporated | ガス加熱方法およびガス加熱用配管部材 |
| JP2006300234A (ja) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | Fujikin Inc | 配管部材 |
| WO2007102498A1 (ja) | 2006-03-06 | 2007-09-13 | Tokyo University Of Science Educational Foundation Administrative Organization | 沸騰冷却方法、沸騰冷却装置および流路構造体並びにその応用製品 |
| JP2008505305A (ja) * | 2004-07-03 | 2008-02-21 | テラダイン・インコーポレーテッド | 楔毛管を備えた微小ヒートパイプ |
| US7866374B2 (en) * | 2006-04-14 | 2011-01-11 | Foxconn Technology Co., Ltd. | Heat pipe with capillary wick |
-
2000
- 2000-08-18 JP JP2000248436A patent/JP2002062069A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008505305A (ja) * | 2004-07-03 | 2008-02-21 | テラダイン・インコーポレーテッド | 楔毛管を備えた微小ヒートパイプ |
| WO2006035547A1 (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Fujikin Incorporated | ガス加熱方法およびガス加熱用配管部材 |
| JP2006300234A (ja) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | Fujikin Inc | 配管部材 |
| WO2007102498A1 (ja) | 2006-03-06 | 2007-09-13 | Tokyo University Of Science Educational Foundation Administrative Organization | 沸騰冷却方法、沸騰冷却装置および流路構造体並びにその応用製品 |
| US7866374B2 (en) * | 2006-04-14 | 2011-01-11 | Foxconn Technology Co., Ltd. | Heat pipe with capillary wick |
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