JP2011112330A - 放熱部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い毛細管力及び作動流体の良好な循環性を維持するとともに、熱伝導率を高めること。
【解決手段】放熱部品２０は、金属製の密閉容器２２の内壁に形成されたウイック層２４を備え、密閉容器２２の内部に作動流体を封入してなる。ウイック層２４は、金属粉末２６ａに微小炭素繊維２８ｂが混入された層を有する。一形態においてウイック層２４は、金属粉末２６ａを焼結してなる第１のウイック２６と、微小炭素繊維２８ｂが混入されためっき層２８ａからなり、第１のウイック２６内の空隙を部分的に充填するとともにその表層部分を覆うように形成された第２のウイック２８とが複合された構造からなる。好適には、第１のウイック２６は、銅粉末焼結体であり、第２のウイック２８は、カーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバが混入された銅めっき層からなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、放熱部品及びその製造方法に関し、より詳細には、パソコンや電子機器等に組み込まれているＣＰＵ等の発熱部品を冷却するのに用いられるヒートパイプ等に代表される放熱部品及びその製造方法に関する。

ヒートパイプは、その作動流体（冷媒）として非フロンの水を使用でき、外部動力を必要としない等の利点を有しており、大容量電力半導体（サイリスタ、ダイオード、パワーモジュール等）、コンピュータサーバ用ＭＰＵ、工作機械等の制御盤の密閉筺体などの放熱部材として広く利用されている。特に、ノートパソコン等の小型の電子機器に組み込まれる発熱部品（高集積化に伴い高速動作が要求され、そのため多量の熱を放出するＣＰＵ等の半導体素子など）の冷却部品としての用途が高まっている。

これらの分野で使用されるヒートパイプは、電子機器の小型化に伴い、小型・小径のものが主流となりつつある。また、被冷却部品（ＣＰＵ等）への取り付けが容易であり、広い接触面が得られることから、平面型のヒートパイプが好んで用いられている。

ヒートパイプの構造としては、従来より種々の形態のものが提案されている。その基本構造は、密閉されたパイプの内部に封入された作動流体（代表的には、水）を、パイプの一端（加熱部）で外部から加熱して蒸発（潜熱吸収）させると、その蒸気がパイプの他端の低温部に移動し、その部分で凝縮（潜熱放出）してその周囲を冷却させるとともに、その凝縮された作動流体がパイプの内壁に沿って加熱部に戻る構造のものである。この作動流体が戻る部分（パイプの内壁）には、「ウイック」と呼ばれる毛細管構造が設けられている。ウイックには、金属線の束、金属メッシュ、溝（グルーブ）、金属粉末の焼結体など種々の形態がある。

このうちグルーブ型のものが主流となっているが、グルーブ型のヒートパイプは、パイプ材料自体の熱抵抗（熱伝導率）の点では優れているが、毛細管力が他の方式より劣るため、傾き依存性に欠ける（つまり、ヒートパイプ自体を傾けたときの熱輸送が十分ではない）という問題がある。例えば、ノートパソコンに組み込まれた場合、このような機器は使用時に傾くことが多いが、グルーブ型のヒートパイプは毛細管力があまりないので、熱輸送が不十分でパイプ自体があまり冷えず、十分な冷却効果を期待できない場合が起こり得る。

このため、近年は焼結金属型のヒートパイプ（パイプ内面に銅粉等の焼結体を形成したもの）が開発され、その高い毛細管力により傾き依存性が解決されつつある。

図１は従来の焼結金属型のウイック（毛細管構造）を備えたヒートパイプの一例を示したものである。図示のヒートパイプ１０において、密閉された金属パイプ１２は断面視したときに偏平加工された形状を有しており、この金属パイプ１２の内壁面に焼結ウイック層１４が形成されている。さらに、この金属パイプ１２の内部に、作動流体として適量の水１６（図示の例では、模式的に分子レベルの形態で表した白い○：蒸発した水Ｗ１と黒い●：凝縮された水Ｗ２）が真空封入されている。

このヒートパイプ１０が機能しているとき、作動流体（水１６）は、一端側（図示の例では左端側の蒸発部）で外部から加熱されて蒸発し、その蒸気Ｗ１がパイプ１２内の他端側（右端側の凝縮部）に移動し、その部分で凝縮してその周囲を冷却させるとともに、その凝縮された水Ｗ２がパイプ１２の内壁面上のウイック層１４を介して一端側に移動し、以降同様の移動を繰り返してパイプ１２内を還流する。

金属パイプ１２の内壁面に形成される焼結ウイック層１４は、例えば、銅粉末を、銅もしくはその合金からなる金属板（所要の金属パイプの形状に曲げ加工、偏平加工等を施す前の状態にある金属板）の表面に所要の厚さに堆積させ、これを加熱・焼結することによって得られる。このとき、焼結ウイック層１４の断面構造は、微視的に見ると、平均粒径がほぼ同一の銅粉があたかも石ころを積み重ねたように互いに部分的に接触した構造となっている（例えば、図４（ｃ）参照）。つまり、粒子（銅粉）間に隙間（空隙）が存在している。

上記の従来技術に関連する技術の一例として、例えば、下記の特許文献１に記載された電気絶縁型ヒートパイプがある。このヒートパイプは、内面が平滑もしくは多数の条溝を有し、一端が封止された第一の金属管と、内面に多数の条溝を有するとともに該条溝内に所定の粒径の金属粉を焼結した多孔層を形成し、その一端が封止された第二の金属管とを備え、第一、第二の各金属管を電気絶縁筒を介し接合して連通管とし、その内部に電気絶縁性作動液を封入している。

また、下記の特許文献２に記載されるように、銅又は銅合金製コンテナ内に、熱媒体として水を封入したヒートパイプにおいて、コンテナの熱媒体と接する面の酸化膜厚さを所定値以下にするようにしたものがある。

また、これに関連する技術として、下記の特許文献３に記載された偏平型ヒートパイプがある。このヒートパイプは、筒形状のコンテナを偏平加工して形成された密閉されたコンテナと、少なくとも一部に毛細管力の大きい鋭角の曲線部を形成するようにコンテナ内に長手方向に配置された複数個のウイックからなるウイック構造体と、このウイック構造体の外周面とコンテナの内壁面によって形成される空洞部と、コンテナ内に封入された作動液とを備えている。

また、焼結金属を用いたウイックに関連する技術として、下記の特許文献４に記載されるように、金属パイプの内壁面に少なくとも平均粒径の異なる２種類の粉末の混合体で未焼結ウイック層を形成し、この未焼結ウイック層を還元性雰囲気下で加熱・焼結することで、焼結ウイック層を形成するようにしたものがある。

また、下記の特許文献５に記載されるように、水を作動液とするヒートパイプの内表面がＮｉ基合金から成っていて、このヒートパイプ内表面にＣｕめっきを施したもの、あるいは、このヒートパイプ内表面にＣｒめっきを施し、さらにこのＣｒめっき表面に酸化物を形成するようにしたものがある。

特開平４−９８０９３号公報 特開平９−１１３１６２号公報 特開２００９−１８０４３７号公報 特開２００７−５６３０２号公報 特開平７−９０５３４号公報

上述したように従来の焼結金属によるウイック構造では、焼結させる金属粉末として銅粉を用いていたので、これを焼結する際に以下の問題点があった。

先ず、不活性ガス（窒素ガスやアルゴンガス等）雰囲気中で焼結するとき、例えば銅製ヒートパイプの場合、高温下（９００〜１０５０℃前後）で行う必要があるため、設備コストが高くなるという問題があった。また、焼結時にパイプ素材（銅）の結晶粒が粗大化し易く、また不均一変形を起こし易いため、その後で行われる曲げ加工や偏平加工が難しいという問題があった。

また、使用される銅粉の平均粒径はほぼ同一であるため、理想的なウイック層（毛細管力が大きく、作動流体が流れ易い流路抵抗の小さいウイック層）を得るのが困難であるという問題もあった。すなわち、銅粉の粒径が小さいと粒子間の隙間が小さくなり、高い毛細管力が得られるものの、隙間が狭い分だけ作動流体の循環性が悪化するからであり、逆に、銅粉の粒径が大きいと粒子間の隙間が大きくなり、作動流体の循環性は向上するものの、高い毛細管力が得られないからである。

また、銅粉等の金属粉末を焼結させると、その焼結体の結晶粒界に空隙が形成されるため（図４（ｃ）参照）、その焼結体と同程度のサイズのバルク（銅等の金属の塊）と比較して、一般的に電気伝導性、熱伝導性が劣ると言われている。焼結前の銅粉末の場合、その熱伝導率は０．１４〜０．１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）という文献がある。従って、金属粉末の焼結体をウイックに使用した場合、パイプ素材（銅）そのままを加工するグルーブ型のヒートパイプよりも熱伝導率が低下する場合が多い。

上記の特許文献４に記載された発明では、２種類の銅粉末を用いて形成した未焼結ウイック層を還元性雰囲気下で加熱・焼結することにより、生産性がよく、毛細管力が高く、かつ、作動流体の循環性に優れたヒートパイプの焼結ウイック層を提案している。しかしながら、ここに開示されている技術についても焼結金属をウイックに使用していることに変わりはなく、同様に、銅素材そのままを加工するグルーブ型のヒートパイプと比較して熱抵抗（熱伝導率）の点で劣るものと推測される。

本発明は、かかる従来技術における課題に鑑み創作されたもので、高い毛細管力及び作動流体の良好な循環性を維持するとともに、熱伝導率を高めることができる放熱部品及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記の従来技術の課題を解決するため、本発明の一形態によれば、金属製の密閉容器の内壁に形成されたウイック層を備え、前記密閉容器の内部に作動流体を封入してなる放熱部品であって、前記ウイック層は、金属粉末に微小炭素繊維が混入された層を有することを特徴とする放熱部品が提供される。

また、本発明の他の形態によれば、金属製の密閉容器の内壁に形成されたウイック層を備え、前記密閉容器の内部に作動流体を封入してなる放熱部品を製造する方法において、前記ウイック層を形成する工程が、金属粉末に微小炭素繊維が混入された層を形成する処理を含むことを特徴とする放熱部品の製造方法が提供される。

本発明に係る放熱部品及びその製造方法によれば、金属製の密閉容器の内壁に形成されるウイック層に、金属粉末（例えば、銅粉）に微小炭素繊維（例えば、カーボンナノチューブ）が混入された層が含まれているので、当該ウイック層内に形成される空隙（金属粒子間の隙間）のサイズを小さくすることができる。

すなわち、金属粉末の粒径に応じて当該金属層（金属粉末に微小炭素繊維が混入された層）の厚みを適宜変更することで、空隙のサイズを容易に制御することが可能となる。これにより、毛細管力が高く、かつ、作動流体の循環性に優れたウイック層が得られる。

また、当該金属層に熱伝導率の高い微小炭素繊維（例えば、ダイヤモンド以上の熱伝導率を有するカーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバ）が混入されているので、ウイック層全体として熱伝導率を高めることができる。

従来の焼結金属型のウイック（毛細管構造）を備えたヒートパイプの作用を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るヒートパイプの構成を示す図であり、（ａ）はヒートパイプの縦断面図、（ｂ）は（ａ）における一部分（蒸発部）の拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＡの部分（ウイック層）の拡大断面図である。 図２のヒートパイプ（発明技術）により得られる効果を、従来技術の場合と対比させて示した図である。 図２の実施形態の一変形例に係るヒートパイプの構成を示す図であり、（ａ）はヒートパイプの縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡの部分（ウイック層）の拡大断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢの部分（焼結ウイック層）の拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係るベーパーチャンバの構成を示す図であり、（ａ）はその適用例、（ｂ）はベーパーチャンバの縦断面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＡの部分（ウイック層）の拡大断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図２は本発明の一実施形態に係るヒートパイプの構成を示したものであり、（ａ）はそのヒートパイプ２０の縦断面構造、（ｂ）は（ａ）における一部分（蒸発部）の拡大断面構造、（ｃ）は（ｂ）におけるＡの部分（ウイック層２４）の拡大断面構造をそれぞれ示している。

本実施形態のヒートパイプ２０は、図示のように密閉された金属パイプ２２を備えており、この金属パイプ２２は、断面視したときに偏平加工された形状を有している。この金属パイプ２２の内壁面には、本発明を特徴付けるウイック層２４（毛細管構造）が形成されている。さらに、金属パイプ２２の内部に熱媒体としての作動流体が真空封入されている。

金属パイプ２２の材料としては、熱伝導性に優れた材料が望ましく、好適には銅もしくはその合金（例えば、低酸素銅、無酸素銅等）が用いられる。この場合、金属パイプ２２の内部には、作動流体として適量の水が封入される。特に、電気化学的反応を起こし難いという点で、イオン交換水や蒸留水等の純水が望ましい。この作動流体（水）は、図２には示していないが、ヒートパイプ２０が機能しているときは、図１に例示したようにパイプ内を還流する。つまり、金属パイプ２２内を一端側（蒸発部）から他端側（凝縮部）に移動し、他端側（凝縮部）からウイック層２４を介して一端側（蒸発部）に移動し、以降同様の移動を繰り返すことでパイプ２２内を還流する。

なお、金属パイプ２２の材料は、銅もしくはその合金に限定されないことはもちろんであり、他の材料を適宜使用することも可能である。

金属パイプ２２の内壁面に形成されるウイック層２４は、２種類のウイックが複合された構造からなっている。第１のウイックは、銅粉末を焼結してなる銅粉末焼結体（焼結ウイック層）２６であり、第２のウイックは、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）又はカーボンナノファイバ（ＣＮＦ）２８ｂが混入された銅めっき層２８ａである。このＣＮＴ（又はＣＮＦ）２８ｂが混入された銅めっき層２８ａを、以下の記述では便宜上、「ＣＮＴ混入銅めっきウイック層２８」、あるいは単に「めっきウイック層２８」ともいう。

焼結ウイック層２６（第１のウイック）は、従来の焼結金属型のウイック（図１の焼結ウイック層１４）と同等のものである。従って、焼結ウイック層２６の断面構造を微視的に見ると、平均粒径がほぼ同一の銅粉２６ａがあたかも石ころを積み重ねたように互いに部分的に接触した構造となっている（例えば、図４（ｃ）参照）。つまり、粒子（銅粉２６ａ）間に空隙が存在している。

ＣＮＴ混入銅めっきウイック層２８（第２のウイック）は、後述するように、焼結ウイック層２６の表面に、ＣＮＴ（又はＣＮＦ）を複合した銅めっきを施すことによって形成される。このめっきウイック層２８は、図２（ｃ）に示すように、焼結ウイック層２６内の空隙を充填するとともに焼結体表面（焼結ウイック層２６の表層部分）を覆うように形成されている。その形成に際し、焼結ウイック層２６内の空隙を完全に埋めてしまうのではなく、空隙を部分的に充填するように調整することが重要である。

図示の例では、銅粉末焼結体２６の空隙がめっきウイック層２８によって完全に埋められた状態を示しているが、実際には、その空隙の一部分に僅かな空隙が残されている。これは、ウイック層２４内に空隙を僅かに残しておくことで、所要の毛細管力を維持するためである。

次に、本実施形態のヒートパイプ２０を製造する方法において、特に、本発明を特徴付けるウイック層２４の形成方法について説明する。

その１つの方法として、先ず、金属パイプ２２を構成するのに必要な大きさの金属板を用意する。すなわち、最終的に作動流体が封入されて密閉される金属パイプ２２として所要の形状に曲げ加工、偏平加工等を施す前の状態にある金属板を用意する。この金属板の材料としては、熱伝導性に優れた銅もしくはその合金が好適に用いられる。

次に、この金属板（銅板）の一方の面に、銅粉末を所要の厚さに堆積させ、これを加熱・焼結する。これにより、第１のウイックである焼結ウイック層（銅粉末焼結体）２６が形成される（図４（ｃ）の状態）。

次に、この焼結ウイック層２６の表面に、ＣＮＴ（又はＣＮＦ）を複合した銅めっきを施す。これにより、第２のウイック層であるＣＮＴ混入銅めっきウイック層２８が形成される（図２（ｃ）の状態）。

めっきウイック層２８を形成するのに使用するめっき液としては、例えば、たんぱく質を分散剤としてＣＮＴ（又はＣＮＦ）を銅めっき液中に分散させたものが好適に用いられる。分散剤としてたんぱく質（ゼラチン、コラーゲンペプチド等）を用いることにより、ＣＮＴの分散性が向上し、形成されるめっき被膜の平坦性を向上させる（膜厚の均一化を実現する）ことができるからである。また、ＣＮＴ（又はＣＮＦ）を分散させる際に、超音波を印加するようにすると、より一層分散性を向上させることができる。

銅粉末焼結体（焼結ウイック層）２６にＣＮＴ複合銅めっきを施すと、図示のように銅粉末焼結体２６内の空隙にも銅めっき液が侵入し（銅粉２６ａの表面に銅めっき層２８ａが形成され）、空隙を埋める働きをする。ただし、空隙を完全に埋めてしまうと、ウイック層２４としての毛細管力が低減してしまう。

従って、ＣＮＴ複合銅めっきを施す際には、銅粉末焼結体２６内の空隙を部分的に充填する（つまり、十分な毛細管力を維持するための僅かな空隙を残す）ように、めっき時間を適宜調整する必要がある。例えば、銅粉２６ａの大きさが１００μｍのとき、焼結体表面に施すめっき（めっきウイック層２８）の厚さは３０μｍ程度以下とする。

本実施形態のヒートパイプ２０が機能しているとき、外部（発熱しているＣＰＵ等の半導体素子）から供給された熱により金属パイプ２２から生じた熱は、ウイック層２４（焼結ウイック層２６とＣＮＴ混入銅めっきウイック層２８が複合された構造体）を介して金属パイプ２２内の作動流体（この場合、水）に伝達される。これにより、パイプ２２内の当該部分（蒸発部）の水は蒸発し、その蒸気がパイプ２２内の反対側の低温部（凝縮部）に移動し、その部分で凝縮して周囲を冷却する。また、その凝縮された水はパイプ２２の内壁面上のウイック層２４を介して一端側に戻り、以降同様の動作を繰り返してパイプ２２内を還流する。

以上説明したように、この第１の実施形態に係るヒートパイプ２０及びその製造方法によれば、金属パイプ２２の内壁面に形成された銅粉末焼結体（焼結ウイック層）２６に対し、ＣＮＴ（又はＣＮＦ）を分散させた銅めっき液を用いて、銅粉末焼結体２６内の空隙（銅粉２６ａ間の隙間）を部分的に充填するとともにその表層部分を覆うようにＣＮＴ混入銅めっきウイック層２８を形成しているので、銅粉末焼結体２６内の空隙のサイズを小さくすることができる。

つまり、銅粉２６ａの粒径に応じて当該めっきウイック層２８の厚みを適宜変更することで、空隙のサイズを容易に制御することができる。その際、空隙を完全に埋めてしまうのではなく、空隙を部分的に充填する（十分な毛細管力を維持するための僅かな空隙を残す）ようにしているので、高い毛細管力及び作動流体の良好な循環性を維持することができる。

従来の銅粉末焼結体は、図３（ｂ）に示すように、空隙が多数存在し、そのため熱伝導率がバルクの場合と比較して低いという問題があった。これに対し、本実施形態のヒートパイプ２０（ウイック層２４）の構造では、図３（ａ）に示すように、銅粉末焼結体２６内の空隙（銅粉２６ａ間の隙間）に銅めっき液（銅めっき層２８）が侵入し、空隙を部分的に埋めている。これにより、毛細管力が高く、かつ、作動流体の循環性に優れた構造を実現している。

また、めっきウイック層２８（銅めっき液）に、ダイヤモンド以上の熱伝導率を有するＣＮＴ（又はＣＮＦ）２８ｂが混入（分散）されているので、ウイック層２４全体として熱伝導率を高めることができる。混入させるＣＮＴ（又はＣＮＦ）２８ｂの量にもよるが、従来形（図１）の場合と比べて、１０〜２０％の熱伝導率アップを期待することができる。ちなみに、ＣＮＴの熱伝導率は３０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）前後、ＣＮＦの熱伝導率は１２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）前後である。

上述した実施形態では、金属パイプ２２の内壁面全体に亘ってウイック層２４（銅粉末焼結ウイック層２６とＣＮＴ混入銅めっきウイック層２８が複合された構造）を形成した場合を例にとって説明したが、本発明の要旨（密閉容器の内壁に形成されるウイック層が、銅粉等の金属粉末にＣＮＴ等の微小炭素繊維が混入された層を有していること）からも明らかなように、ウイック層２４は必ずしもパイプ２２の内壁面全体に亘って形成されている必要はない。要は、パイプ２２内で作動流体（この場合、水）を還流させるのに十分な温度勾配が形成されていれば十分である。

図４はその一例を示したもので、図２の実施形態の一変形例に係るヒートパイプの構成を示している。図中、（ａ）はそのヒートパイプ２０ａの縦断面構造、（ｂ）は（ａ）におけるＡの部分（ウイック層２４）の拡大断面構造、（ｃ）は（ａ）におけるＢの部分（焼結ウイック層２６）の拡大断面構造を示している。

この実施形態のヒートパイプ２０ａは、上述した実施形態のヒートパイプ２０（図２）の構成と比べて、金属パイプ２２の内壁面の、ヒートパイプ２０ａが外部との間で熱交換を行う部分（パイプ両端部の蒸発部及び凝縮部）に対応する箇所にのみ、ウイック層２４が形成されている点、金属パイプ２２の内壁面の他の部分には、銅粉末焼結体（焼結ウイック層２６）のみが形成されている点で相違する。他の構成については、図２の実施形態の場合と同様であるので、その説明は省略する。

このヒートパイプ２０ａを製造する方法については、上述した実施形態の場合と基本的に同じである。ただし、本実施形態では、上述した実施形態の場合と同様にして所要の金属板（密閉された金属パイプとして所要の形状に曲げ加工、偏平加工等を施す前の状態にある金属板）の表面に銅粉末焼結体（焼結ウイック層２６）を形成した後（図４（ｃ）参照）、この焼結ウイック層２６上の、パイプ両端部（蒸発部及び凝縮部）に対応する箇所以外の部分を適当なマスク（めっきレジスト）で覆い、このレジストで覆われていない部分に対してＣＮＴ混入銅めっきを施し、めっきウイック層２８を形成する（図４（ｂ）参照）。これにより、金属パイプ２２の内壁面の当該箇所（パイプ両端部の蒸発部及び凝縮部に対応する箇所）にのみウイック層２４が形成される。

（第２の実施形態）
上述した実施形態では、本発明を特徴付けるウイック層２４を、従来の焼結金属型の第１のウイック（焼結ウイック層２６）と、ＣＮＴ等が混入されためっき層からなる第２のウイック（ＣＮＴ混入銅めっきウイック層２８）との複合構造とするとともに、めっきを用いたウエットプロセスにより第２のウイックを形成した場合を例にとって説明したが、本発明の要旨からも明らかなように、ウイック層２４を形成する方法はこれに限定されないことはもちろんである。以下に記述する方法は、その一例を示したものである。

この第２の実施形態では、ドライプロセスを用いて、上記のウイック層２４に相当する焼結ウイック層（ＣＮＴ（又はＣＮＦ）が混入されたウイック層）を形成している。かかる焼結によるＣＮＴ混合体の形成方法については、本願出願人が以前に提案した発明（特開２００５−３４３７４９号公報）に開示されている方法を用いることができる。

先ず、高速ガス混合法を用いて、銅粉末とＣＮＴを均一に混合する。その際、処理雰囲気は不活性ガス（窒素ガスやアルゴンガス等）、粉体流速は５０〜４００Ｋｍ／Ｈとすることが好ましい。

次に、所要の銅板（最終的に作動流体が封入されて密閉される金属パイプ２２として所要の形状に曲げ加工、偏平加工等を施す前の状態にある銅板）の一方の面に、上記の方法で形成した銅粉末とＣＮＴの混合体を、銅パルス通電焼結を用いて、銅粉末が破壊されない程度の圧力で押し当てながら密着させ、焼結して焼結ウイック層（ＣＮＴが混入されたウイック層）を形成する。この際の処理雰囲気は真空もしくは窒素ガス、温度は４００〜１０５０℃前後、通電方法はパルス通電とすることが好ましい。

この第２の実施形態に係る方法を用いた場合、上述した実施形態のようなめっきプロセスを行う必要がなく、全工程がドライプロセスとなるため、銅の酸化等が低減され、高品質で信頼性の高い焼結ウイック層を形成することができる。

また、上述した各実施形態では、放熱部品の形態としてヒートパイプ２０，２０ａ（図２、図４）を例にとって説明したが、本発明の要旨からも明らかなように、放熱部品の形態がこれに限定されないことはもちろんである。例えば、ヒートシンク型のヒートパイプと呼ばれるベーパーチャンバにも応用することが可能である。

図５はその一例を示したもので、（ａ）はベーパーチャンバ３０の適用例、（ｂ）はベーパーチャンバ３０の縦断面構造、（ｃ）は（ｂ）におけるＡの部分（ウイック層２４）の拡大断面構造を示している。

ベーパーチャンバ３０は、図５（ａ）に示すようにＣＰＵ等の半導体素子（チップ）４０とヒートシンク４２の間に介在するよう配置されている。チップ４０とヒートシンク４２とは、それぞれ熱伝導性の高いエポキシ系樹脂等の接着剤を介して接合されている。

このベーパーチャンバ３０は、図５（ｂ）に示すように、上述した実施形態のヒートパイプ２０（図２）の構成と比べて、金属パイプ２２の代わりに金属コンテナ３２を備えている点で相違するのみであり、その内部構造については、ヒートパイプ２０の内部構造と同じである。よって、その説明は省略する。

図示のように、ベーパーチャンバ３０は、ＣＰＵ４０からの発熱を冷却面積の大きなヒートシンク４２へと広く拡散させることによって、ＣＰＵ４０の効率的な冷却を実現している。ＣＰＵ４０等の電子機器の発熱量は、その高性能化とともに今後さらに増大することが予想されるため、このような電子機器の冷却用としてベーパーチャンバ３０は大いに有効である。

ベーパーチャンバには、ベーパーチャンバ３０の上部にヒートシンク４２を設けるタイプのもの（図５）以外に、ベーパーチャンバの上部にヒートフィンを設けるタイプやヒートパイプを設けるタイプ等がある。いずれのタイプのベーパーチャンバにおいても、発熱部品（ＣＰＵ等の半導体素子）と放熱部材（ヒートシンク、ヒートフィン、ヒートパイプ等）との間で効率良く熱交換を行うことが可能である。

２０，２０ａ…ヒートパイプ（放熱部品）、
２２…金属パイプ（密閉容器）、
２４…ウイック層、
２６…焼結ウイック層（銅粉末焼結体／第１のウイック）、
２６ａ…銅粉（金属粉末）、
２８…ＣＮＴ混入銅めっきウイック層（第２のウイック）、
２８ａ…銅めっき層、
２８ｂ…ＣＮＴ（又はＣＮＦ）（微小炭素繊維）、
３０…ベーパーチャンバ（放熱部品）、
３２…金属コンテナ（密閉容器）、
４０…ＣＰＵ（チップ／発熱部品）、
４２…ヒートシンク。

Claims (10)

1. 金属製の密閉容器の内壁に形成されたウイック層を備え、前記密閉容器の内部に作動流体を封入してなる放熱部品であって、
   前記ウイック層は、金属粉末に微小炭素繊維が混入された層を有することを特徴とする放熱部品。
2. 前記ウイック層は、金属粉末を焼結してなる第１のウイックと、微小炭素繊維が混入されためっき層からなり、前記第１のウイック内の空隙を部分的に充填するとともに前記第１のウイックの表層部分を覆うように形成された第２のウイックとが複合された構造からなることを特徴とする請求項１に記載の放熱部品。
3. 前記第１のウイックは、銅粉末焼結体であり、前記第２のウイックは、カーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバが混入された銅めっき層からなることを特徴とする請求項２に記載の放熱部品。
4. 前記ウイック層は、カーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバが混入された銅粉末を焼結してなる焼結ウイック層であることを特徴とする請求項１に記載の放熱部品。
5. 前記ウイック層は、少なくとも、前記密閉容器の内壁上の、前記放熱部品が外部との間で熱交換を行う部分に対応する箇所に形成されていることを特徴とする請求項２又は４に記載の放熱部品。
6. 金属製の密閉容器の内壁に形成されたウイック層を備え、前記密閉容器の内部に作動流体を封入してなる放熱部品を製造する方法において、
   前記ウイック層を形成する工程が、金属粉末に微小炭素繊維が混入された層を形成する処理を含むことを特徴とする放熱部品の製造方法。
7. 前記ウイック層を形成する工程が、前記密閉容器として所要の形状に成形される前の状態にある金属板の一方の面に、金属粉末を堆積させ焼結して第１のウイックを形成する工程と、微小炭素繊維を分散させためっき液を用いて、前記第１のウイック内の空隙を部分的に充填するとともに前記第１のウイックの表層部分を覆うように第２のウイックを形成する工程とを含むことを特徴とする請求項６に記載の放熱部品の製造方法。
8. 前記第１のウイックを形成する工程において、前記金属粉末として銅粉末を使用し、
   前記第２のウイックを形成する工程において、銅めっき液中にカーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバを分散させたものを使用したことを特徴とする請求項７に記載の放熱部品の製造方法。
9. 前記ウイック層を形成する工程が、前記密閉容器として所要の形状に成形される前の状態にある金属板の一方の面に、ドライプロセスを用いて、銅粉末とカーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバの混合体を密着させ焼結して焼結ウイック層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の放熱部品の製造方法。
10. 前記ドライプロセスは、高速ガス混合法により銅粉末とカーボンナノチューブ又はカーボンナノファイバを均一に混合する処理と、銅パルス通電焼結を用いて、当該混合体を前記金属板の一方の面に押し当てながら密着させて焼結する処理を含むことを特徴とする請求項９に記載の放熱部品の製造方法。

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