JP2003185369A - 冷却装置、電子機器装置及び冷却装置の製造方法 - Google Patents
冷却装置、電子機器装置及び冷却装置の製造方法Info
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Abstract
置、電子機器装置及び冷却装置の製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】冷却装置1は、一対の熱拡散性の低い材料
として例えばガラスからなる矩形状の第1のガラス基板
2及び第2のガラス基板3がシリコン部材4を介して接
合されている。これらの基板2、3の接合面には、溝5
及び溝6が形成されている。この溝5、6は、これらの
基板2、3が接合した際にループ状のヒートパイプとし
て機能するように形成されている。
Description
ディジタルカメラ等に用いられるカード型の記憶媒体の
ドライバから発っせられる熱を冷却するために用いられ
る冷却装置及びその製造方法に関する。また、本発明
は、このような冷却装置を搭載するパソコンやディジタ
ルカメラ等の電子機器装置に関するものである。
トメディア(登録商標)、コンパクトフラッシュ(登録
商標)等の記憶媒体は、フロッピィ−ディスク等の従来
のもと比べて小型かつ薄型であり、しかも記憶容量も非
常に大きくすることが可能であることから、パソコンや
ディジタルカメラ等の電子機器装置に汎用されるように
なってきている。
ライバとを一体的に有するものや、ドライバが装置本体
や別のカード等に搭載されたものがあるが、いずれにし
ても最近では相当大容量化してきている。
が大容量化してくると、上記のドライバから多大な熱が
発生し、動作不良等の問題を生じる。
を設けることが考えられ、そのような冷却方法としてヒ
ートパイプを用いた技術が挙げられる。
を持たせた金属製パイプであり、内部は真空で、少量の
水もしくは代替フロンなどが封入されている。ヒートパ
イプの一端を熱源に接触させて加熱すると、内部の液体
が蒸発して気化し、このとき潜熱(気化熱)として、熱
が取り込まれる。そして、低温部へ高速に(ほぼ音速
で)移動し、そこで、冷やされてまた液体に戻り、熱を
放出する(凝縮潜熱による熱放出)。液体は毛細管構造
を通って(もしくは重力によって)元の場所へ戻るの
で、連続的に効率よく熱を移動させることができる。
であり空間的に大掛かりな装置となるので、小型薄型化
が求められるパソコンやディジタルカメラ等の電子機器
装置の冷却装置には不向きである。
に、シリコン基板とガラス基板との各接合面上に溝を形
成し、これらの基板を接合することによってヒートパイ
プを構成する流路を基板間に形成した冷却装置が提案さ
れている。なお、上記の接合の際には、少量の水もしく
は代替フロンなどが封入され、それらが、ヒートパイプ
内で状態変化を起こすことによって、ヒートパイプとし
ての役割を果たすものである。
ようにシリコン基板を用いてヒートパイプを構成する
と、シリコン自体の熱伝導性がよいため、冷却すべき対
象物からの熱がシリコン基板表面で拡散してしまい、内
部の液体の気化が不十分であったり、或いは全く気化せ
ず、ヒートパイプとしての機能が十分に発揮しないとい
う問題がある。
れたものであり、小型薄型で、かつ、冷却性能が高い冷
却装置、電子機器装置及び冷却装置の製造方法を提供す
ることを目的としている。
め、本発明の第1の観点に係る冷却装置は、シリコンよ
りも熱伝導性が低い材料からなり、相互に対向して配置
され、各対向面にヒートパイプを構成するための溝が形
成された一対の第1及び第2の基板と、前記第1の基板
と前記第2の基板との間に介在され、前記第1の基板と
前記第2の基板とを接着するための接着部材とを具備す
ることを特徴とする。
向する面上の溝がヒートパイプの流路を構成するので、
小型薄型化が可能となる。加えて、ヒートパイプを構成
する材料が、シリコンよりも熱伝導性の低いので、熱拡
散を防ぐことができる。これによって、冷却性能が良く
なり、ヒートパイプとしての機能を十分に果たすことが
できる。さらに、2枚の基板の接合は、接着部材を介し
て行っているので、確実に密着することが可能となる。
すなわち、基板の材料として、シリコンよりも熱伝導性
の低いガラスやプラスチック等を用いると、加工性にお
いても実用化が可能であるが、これらの基板間は接着性
が悪くなる。そこで、本発明では、これを補完するため
に基板間に接着部材を介在させている。なお、その場合
の組み合わせとしては、2枚の基板ともガラス基板同
士、プラスチック基板同士、或いは一方がガラス基板で
他方がプラスチック基板であってもよい。また、接着部
材としては加工性や経済性等の観点からシリコンや銅等
を用いることがより好ましい。
は、フラッシュメモリを有するカード型の記憶媒体が着
脱可能なスロットを有し、前記記憶媒体側、当該装置側
又は当該装置とは分離された部位にドライバを有する電
子機器装置であって、前記ドライバから発せられる熱を
冷却するために、上記構成の冷却装置を具備することを
特徴とするものである。
型化しかつ冷却性能の良い冷却装置を搭載することにな
るので、電子機器装置自体が小型薄型化して動作不良等
が生じることもない。
方法は、シリコンよりも熱伝導性が低い材料からなる第
1及び第2の基板の各表面にヒートパイプを構成するた
めの溝を形成する工程と、前記第1の基板又は前記第2
の基板の表面に、前記第1の基板と前記第2の基板とを
接着するための接着部材を形成する工程と、前記接着部
材を介して前記第1の基板の表面と前記第2の基板の表
面とを接合する工程とを具備することを特徴とする。
確実に製造することが可能となる。
冷却装置の製造方法において、前記接合工程は、陽極接
合、超音波接合又は熱融着接合であることを特徴とす
る。このような構成によれば、効率的に、かつ、確実に
接合することが可能である。
冷却装置の製造方法において、前記接着部材形成工程
は、スパッタリングにより接着部材を形成することを特
徴とする。このような構成によれば、材質の制約なしに
均一で薄膜を形成することができる。これによって、基
板を接着してヒートパイプを形成する際に、接着部材の
凹凸がないので確実に密着することが可能である。
ずれかに記載の冷却装置の製造方法において、前記溝形
成工程は、ケミカルエッチング又はパウダービームエッ
チングにより溝を形成することを特徴とする。このよう
な構成によれば、ケミカルエッチングもパウダービーム
エッチングなどは、例えば微細な粒子によるので、溝を
形成する際に細部まで行き渡ることが可能である。これ
によって、溝が確実に形成されるので、ヒートパイプと
しての機能を確実に果たすことができる。
に基づき説明する。 (冷却装置)図1は本発明の冷却装置を分解した斜視図
であり、図2は冷却装置の組み立てた状態の断面図であ
る。
は、一対の例えばパイレックス(登録商標)ガラス又は
コーニング7740ガラスからなる矩形状の第1のガラ
ス基板2と第2のガラス基板3とがシリコン部材4を介
して接合されている。これら基板2、3の接合面には、
溝5及び溝6が形成されている。その溝5、6は、これ
ら基板2、3が接合した際にループ状のヒートパイプと
して機能するように形成されている。
め、熱拡散性が低くヒートパイプとしては有用である
が、ガラス基板2、3同士の接合は接着性が低いため、
シリコン部材4を介することにより確実に接合を行うこ
とができる。
に形成された溝の構成について説明する。
表面2aには、溝5が形成されている。この溝5は、液
体及び気体が流れる流路と、液を供給する貯蔵タンクと
から主要部が構成されている。より具体的には、溝5と
して水などの液体が流れる流路7があり、液体はその流
路7から後述のウィック8へ導入される。導入された液
体はウィック8により気体になり、気体受部9へ導入さ
れる。その気体は、流路10からラジエータ11へ導入
され凝縮され液体に変化し、低温部12へ移動する。さ
らに、また流路7へ戻る。そのようにして液体と気体の
循環が行われる。
蔵される。リザーバ13内の液体は、気体受部9内の液
量がある一定以下になったときに流入するようになって
いる。また、貯蔵部14内の液体は低温部12内の液量
がある一定以下になったときに流入するようになってい
る。つまり、リザーバ13と貯蔵部14は、ヒートパイ
プ内がドライアウトしないようにするために液体を貯蔵
してあり、必要に応じて液体がこれらのリザーバ13と
貯蔵部14内に流入するようになっている。
7、10に近接する位置には断熱ホール15が設けられ
ている。これによって、熱拡散が防止されるようになっ
ている。
bには、溝6が形成されている。その溝6は、ウィック
8とラジエータ11と断熱ホール16とからなる。
で、流路7またはリザーバ13から導入された液体を気
化し、気化した気体を気体受部9へ流入させる。
た気体を液体へ凝縮させ、低温部12へ循環させる。
置には、断熱ホール16が設けられている。これら断熱
ホール15、16は、熱拡散性を防止するために、基板
2、3上に溝として設けられている。
ス基板3とをシリコン部材4を介して接合した状態を示
している。
基板3との接合により構成されるヒートパイプの内部に
は液体が封入されている。そして、封入された液体はヒ
ートパイプ内で液体から気体または気体から液体へと状
態変化させながら循環をすることによって熱移動を行わ
せ、これにより冷却装置1として機能する。
的に流路7を始点として説明する。
する。その際にウィック8に流入する液体の量が所定以
下であるときにはドライアウトを回避するために、リザ
ーバ13から不足分の液体が供給されるようになってい
る。
騰する。沸騰することによって気化した気体は、気体受
部9に流入される。この気体は流路10を介してラジエ
ータ11へ流入し、液体に凝縮される。このとき凝縮さ
れた液体はラジエータ11の下部に配置される低温部1
2へ流入する。この液体は、低温部12から流路7へ再
度循環される。また、低温部12からこの流路7へ流入
する液体の量が所定以下の場合には液体貯蔵部14に貯
蔵された液体が低温部12へ流入するようになってい
る。
ガラスを用いたが、他に材料、例えばプラスチックを用
いても良いし、ガラス基板とプラスチック基板との組み
合わせであっても良い。さらに、本発明では、シリコン
よりも熱伝導性の低い材料であれば、それを基板の材料
として用いることが可能である。
た領域を模式的に図に示したもので、図6(a)は基板
の材料としてシリコンを用いた場合を示し、図6(b)
は基板の材料としてガラスを用いた場合を示している。
熱源A−1(ウィック)の熱は矢印に示すように熱が広
域にわたり拡散する(A−2)。これに対して図6
(b)に示すようにガラス基板2、3の熱源B−1(ウ
ィック)の熱は矢印に示すように熱がそれほど広い領域
まで拡散しない(B−2)。
ィックに一定以上の熱が集中しなければならないが、図
6(a)に示したように基板の材料がシリコンからなる
場合には熱の拡散が大きくその機能を十分に果たさな
い。これに対して、本発明では、図6(b)に示したよ
うに基板の材料がガラスやプラスチックからなる場合に
は熱の拡散が規制され、つまり熱がウィックに集中し、
ヒートパイプとしての機能を十分に果たすことになる。 (冷却装置の製造方法)図7は冷却装置の製造工程を示
したものである。
する溝を形成する(ステップ701)。下側に配置され
る第1のガラス基板2の表面2aには、流路と液を貯蔵
する貯蔵タンクと断熱ホール15用の溝を形成する。ま
た、上側に配置される第2のガラス基板3の表面3b上
には、液体から気体へ状態変化させる機能を有するウィ
ック8と気体から液体へ状態変化させる機能を有するラ
ジエータ11と断熱ホール用の溝を形成する。
例えばスパッタリングにより接着部材としてのシリコン
薄膜を形成する(ステップ702)。ガラス基板2、3
は、熱拡散性が低くヒートパイプとしての機能を十分に
発揮するが、ガラス基板2、3同士の接合に対しては密
着性が低く適さないという問題があるため、第2のガラ
ス基板3の表面3bにシリコン薄膜を形成し、密着性を
向上させている。なお、シリコン薄膜の膜厚は約200
〜500nmが好ましい。また、スパッタリングは第1
のガラス基板2の表面に行っても勿論構わない。
板2と第2のガラス基板3とをシリコン薄膜を介して接
合する(ステップ703)。ガラス基板2、3同士を接
合する際には、ヒートパイプ内で状態変化する物質、例
えば水を溝内へ封入する。
をより具体的に説明するための図である。
浄する(図8(a))。
ディル(応化製)等の有機溶剤からなるレジスト17を
塗布する(図8(b))。
(c))。パターニング形成は、まずフォトマスクを用
いて光露光を行い、レジスト17にマスクパターンの潜
像を作成する。現像してレジスト膜をパターン化する。
上に50〜60μのアルミナパウダーを吹き付けて1回
目のエッチング処理であるパウダービームエッチングを
行う(図8(d))。このエッチング処理によって曲面
を有する溝17aを形成する。
(Deep Reactive Ion Etchin
g)、RIE(Reactive Ion Etchi
ng)又はリモネンエッチングを行って、直角な溝17
bを形成する(図8(d))。
一連の工程であるが、以下にそれぞれのエッチング方法
について詳細に説明する。
処理を行うためのパウダービームエッチング装置18の
構成を示す図である。
は、移動装置18a上に載置される。移動装置18aが
左右方向に移動するに伴って、その移動装置18a上に
配置されたガラス基板2、3も左右方向に移動する。そ
のガラス基板2、3の上部には多数のパウダービームノ
ズル18bが移動装置18aによる基板の移動方向と直
交する方向に配置されている。
に随伴して、ノズル18bから50〜60μm程度の大
きさのアルミナパウダーがガラス基板2、3上へ吹き付
けられる。これによって、ガラス基板2、3上に満遍な
くアルミナパウダーが吹き付けられる。パターンが施さ
れていない部分にアルミナパウダーが吹き付けられて曲
面を有する溝17aが形成される。
ら直角を有する溝17bを形成するためのDRIE装置
の構成を示す図である。
収納する真空チャンバ20を有する。この真空チャンバ
20の上方部には、ヘリコン波アンテナ21が配置され
ている。また、真空チャンバ20には、当該チャンバ2
0内の空気を減圧するための真空ポンプ22が接続さ
れ、また気体を導入するガス導入口23が設けられてい
る。
基板2、3は、真空チャンバ20内への載置台24へ載
置される。ガラス基板2、3が載置された後、真空チャ
ンバ20内を真空ポンプ22により減圧する。その後、
ガス導入口23より真空チャンバ20内へ例えばSF6
ガスを導入する。さらに、電源25を入れ、真空チャン
バ20に磁場を印加し、さらにヘリコン波アンテナ21
にも高周波を印加する。該真空チャンバ20内にヘリコ
ン波を生成させ、このヘリコン波からランダウ減衰の過
程を通じて電子へエネルギーを輸送することにより該電
子を加速し、この電子をガス分子に衝突させて高いイオ
ン化率を得る。そのようなヘリコン波と電子との相互作
用により生成されたプラズマによりエッチング処理を行
う。
ら直角を有する溝17bを形成するためのRIE装置の
構成を示す図である。
納する真空チャンバ20を有する。真空チャンバ20内
には、一対の平板型の電極27a、27bが平行に配置
されている。また、真空チャンバ20には、当該チャン
バ20内を減圧するための真空ポンプ22が接続され、
また気体を導入するガス導入口23が設けられている。
基板2、3は、真空チャンバ20内への下方の電極27
bへ載置される。ガラス基板2、3が載置された後、真
空チャンバ20内を真空ポンプ22により減圧する。そ
の後、ガス導入口23より真空チャンバ20内へ例えば
塩素系ガス等を導入する。これと共に、電源25を入れ
ると、上方の電極27aが印加され、下方の電極27b
は接地電位となる。また、導入された塩素系ガスはプラ
ズマ状態となり、そこで生じたプラスイオンを加速する
ことによってガラス基板2、3に衝突させる。このプラ
スイオンによりエッチング処理を行う。
としたが、フッ素などのハロゲンを含む化合物等のガス
で行ってもよい。
タリング装置28の構成を示す図である。
29と、真空チャンバ29内を減圧するための真空ポン
プ30と、気体を導入する気体導入部31とを備える。
板2、3を固定する基板ホルダ32が配置され、それと
対向する位置の下部にはシリコンからなるターゲット基
板33が配置されている。また、ガラス基板2、3とタ
ーゲット基板33間に電圧を印加する電圧印加部(図示
せず)が接続されている。
り減圧し、真空チャンバ29内へ不活性ガスとして例え
ばアルゴンガスを気体導入部31から導入する。
されているので、電圧印加部によってガラス基板2、3
とターゲット基板33間に直流高電圧が印加されると、
アルゴンガスがイオン化する。そのイオン化されたアル
ゴンガスをターゲット基板33に衝突させて、弾き飛ば
されたターゲット物質をガラス基板2、3に成膜させ
る。これによって、ガラス基板2、3にターゲット物質
としてのシリコン部材4が成膜される。
ことにより、基板の材料に制約を受けることなく基板上
にシリコン部材4の薄膜を均一に形成することができ
る。
接合装置34の概略構成を示す図である。
リコン部材4を介して2枚のガラス基板2、3を接合す
るための装置である。
体を加熱するヒーター35と、接合するガラス基板2、
3を挟むように配置された下電極36aと上電極36b
と、これら電極に電力を供給する電源36bとを備え
る。
を約400〜500℃に加熱する。さらに、電源36b
を入れることによって、下電極36aと上電極36bと
の間に電圧を印加する。これによりシリコン部材4と各
ガラス基板2、3の界面に大きな静電引力が発生し、こ
れらを確実に接合することができる。
エッチングの代わりに、図14に示すケミカルエッチン
グを行ってもよい。このケミカルエッチング処理のプロ
セスを以下に示す。
ング形成されたガラス基板2、3(図14(a))を、
例えば、硝酸で満たされたエッチングバス38へ導入す
る(図14(b))。それによって、レジストによりパ
ターンが形成されていない部分へ硝酸が侵食し、エッチ
ング処理が行われる(図14(c))。
ームエッチングと同様に、微細な粒子により曲面を有す
る溝を形成するもので、その後に、上述の第2のエッチ
ング工程が必要となる。
からなる場合の簡単な製造フローを示している。
が形成されている(図15(a))。
させた状態で接合する(図15(b))。その接合方法
としては以下の超音波接合又は熱融着接合がある。
の図である。
成された2枚のプラスチック基板2の表面にスパッタリ
ングにより銅の薄膜4aを形成する(図16(b))。
に示すように重ね合わせ、圧力を加え、超音波振動を与
える。そうすると、超音波エネルギーが接合面の酸化被
膜を破壊し、その結果活性化した銅原子がプラスチック
基板と結合することになる。
よって接合を行うこともできる。
状態の2枚のプラスチック基板に対して熱を加える。そ
の熱を加えることによって、プラスチック基板の間に挟
持された銅部材が融け、これらプラスチック基板へ融着
する。
板が銅部材を介し確実に接着することができる。 (電子機器装置)図17は本発明に係る冷却装置が搭載
されたパソコンの概略斜視図である。
イバ42を有するカード状の記憶媒体40を着脱するた
めのスロット41を有する。
介して装着された記憶媒体40の例えばドライバ42の
直下にウィックが位置するようにパソコン39内に配置
されている。
コンを例にとり説明したが、本発明に係る冷却装置はデ
ィジタルカメラやビデオカメラ等の他の電子機器装置に
も搭載することが可能である。
小型薄型化が可能で冷却性能が高い冷却装置、電子機器
装置及び冷却装置の製造方法を提供することができる。
ある。
れた溝の構成を示す平面図である。
れた溝の構成を示す平面図である。
ガラス基板とを組み立てた状態を示した平面図である。
模式的に示した比較図である。
ある。
である。
ダービームエッチング装置を示した概略図である。
RIE装置を示した概略図である。
IE装置を示した概略図である。
スパッタリング装置を示した概略図である。
接合装置を示した概略図である。
ミカルエッチング処理を示した概略図である。
を示した図である。
合工程を示した概略図である。
斜視図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 シリコンよりも熱伝導性が低い材料から
なり、相互に対向して配置され、各対向面にヒートパイ
プを構成するための溝が形成された一対の第1及び第2
の基板と、 前記第1の基板と前記第2の基板との間に介在され、前
記第1の基板と前記第2の基板とを接着するための接着
部材とを具備することを特徴とする冷却装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の冷却装置において、 前記第1及び第2の基板は、ガラス又はプラスチックか
らなることを特徴とする冷却装置。 - 【請求項3】 請求項1又は請求項2に記載の冷却装置
において、 前記接着部材は、シリコン又は銅からなることを特徴と
する冷却装置。 - 【請求項4】 フラッシュメモリを有するカード型の記
憶媒体が着脱可能なスロットを有し、前記記憶媒体側、
当該装置側又は当該装置とは分離された部位にドライバ
を有する電子機器装置であって、 前記ドライバから発せられる熱を冷却するために、請求
項1から請求項3のうちいずれか1項に記載の冷却装置
を具備することを特徴とする電子機器装置。 - 【請求項5】 シリコンよりも熱伝導性が低い材料から
なる第1及び第2の基板の各表面にヒートパイプを構成
するための溝を形成する工程と、 前記第1の基板又は前記第2の基板の表面に、前記第1
の基板と前記第2の基板とを接着するための接着部材を
形成する工程と、 前記接着部材を介して前記第1の基板の表面と前記第2
の基板の表面とを接合する工程とを具備することを特徴
とする冷却装置の製造方法。 - 【請求項6】 請求項5に記載の冷却装置の製造方法に
おいて、 前記接合工程は、陽極接合、超音波接合又は熱融着接合
であることを特徴とする冷却装置の製造方法。 - 【請求項7】 請求項5又は請求項6に記載の冷却装置
の製造方法において、 前記接着部材形成工程は、スパッタリングにより接着部
材を形成することを特徴とする冷却装置の製造方法。 - 【請求項8】 請求項5から請求項8のうちいずれか1
項に記載の冷却装置の製造方法において、 前記溝形成工程は、ケミカルエッチング又はパウダービ
ームエッチングにより溝を形成することを特徴とする冷
却装置の製造方法。
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