JP2012189260A

JP2012189260A - 親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットおよび親水性化合物薄膜沈積方法

Info

Publication number: JP2012189260A
Application number: JP2011053233A
Authority: JP
Inventors: Hsiu-Wei Yang; 修維楊
Original assignee: Kiko Kagi Kofun Yugenkoshi
Current assignee: Kiko Kagi Kofun Yugenkoshi
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-10-04

Abstract

【課題】容易かつ低コストにて、熱伝導効率を向上させる親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットおよび親水性化合物薄膜沈積方法を提供する。
【解決手段】チャンバ１１を有し、チャンバ１１内に設けられた蒸発部１１１と、チャンバ１１内において、該チャンバ１１の高さ方向Ｚにおいて蒸発部１１１の反対側に設けられた凝縮部１１２と、チャンバ１１１内において、高さ方向Ｚにおける蒸発部１１１と凝縮部１１２との間に設けられた連接部１１３と、蒸発部１１１と、凝縮部１１２と、連接部１１３およびチャンバ１１１の表面に付着している親水性化合物薄膜と、を具備することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットおよび親水性化合物薄膜沈積方法に関し、特に、熱伝導効率を向上させる親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットおよび親水性化合物薄膜沈積方法に関する。

電子機器の演算速度の加速にともない、電子デバイスも高温を発生するようになった。これにより電子デバイスおよびチップに対する放熱も重視されるようになり、放熱問題を解決しなければ、電子機器の破損は免れないのである。

従来は、電子デバイスおよびチップ上に放熱器、放熱モジュールまたはファンを設けることにより冷却放熱が行なわれてきたが、熱エネルギーの伝導に最も効果があり、よく用いられているのがヒートパイプである。
ヒートパイプは、銅またはアルミ材料から製造され、チャンバを有する。毛細管構造が表面に形成され、チャンバに作動液体が注入され、真空にされてから、一方の端部に形成された開口が閉鎖されると、密閉された真空チャンバが形成される。
尚、ヒートパイプでよく見られる構造としては、パイプ状および扁平状が挙げられる。ここで、ヒートパイプにおいて、熱エネルギーを伝導するのに大きな影響を与えるのがヒートパイプ内の毛細管構造である。
特に、扁平状ヒートパイプの場合には、大きな毛細管力および小さい水流抵抗が求められる。しかしながら、この求められる二つの要素は、構造上正反対のものであるため、材料の特性により表面改質をするしかない。最も多いのは、毛細管構造にぬれ性（Wettability）を持たせることにより、毛細管力を増加させる方法である。ぬれ性を持たせる最も効果的な方法は、エッチングによりナノ構造を作ることである。

ここで、特許文献１におけるヒートパイプおよびその製造方法においては、両端が密閉された中空コンテナおよびコンテナ内に充填された作動液体を含むヒートパイプが開示されている。中空コンテナの内壁周面に吸液芯が形成され、その表面に親水性薄膜層が形成されている。
親水性薄膜層は、ナノサイズ酸化チタン、ナノサイズ酸化亜鉛、ナノサイズ酸化アルミニウムまたはそれらの化合物を含み、厚さが１０〜２００ナノメートルの範囲に規定されているが、２０〜５０ナノメートルが最も好適であると規定している。

また、中空コンテナの外壁周面には、カーボンナノチューブ、ナノ銅、ナノアルミニウムまたはナノ銅アルミニウム合金などの導熱性薄膜層が形成され、厚さが１０〜５００ナノメートルの範囲に規定されているが、２０〜２００ナノメートルが最も好適であると規定されている。

また、吸液芯は、カーボンナノカプセルおよびカーボンナノファイバーを含み、厚さが０．１〜０．５ミリメートルの範囲に規定されているが、０．２〜０．３ミリメートルが最も好適であると規定されている。

尚、特許文献１におけるヒートパイプの製造方法は、以下のようになっている。中空コンテナが提供され、中空コンテナの内壁周面に吸液芯が形成され、その表面に親水性薄膜層が形成され、適量の作動液体が真空の中空コンテナ内に充填される。

中空コンテナの内壁周面および外壁周面には、それぞれあらかじめにレーザーで毛細管構造が加工される。親水性薄膜層は、真空蒸着法により形成される。

台湾特許第Ｉ２９２０２８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたヒートパイプの製造方法においては、製造が困難である他、製造コストおよび製造設備が高いといった問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、容易かつ低コストにて、熱伝導効率を向上させる親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットおよび親水性化合物薄膜沈積方法を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明の一態様における親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットは、金属本体から構成されたチャンバを有し、前記チャンバ内に設けられた、複数の第１の導流体が一方向に間隔をあけて配列されるとともに自由区が設けられた第１の導流部を有するとともに、前記一方向における前記複数の第１の導流体間に、少なくとも一方の端部の開口が前記自由区に連通する第１の流道が形成された蒸発部と、前記チャンバ内において、該チャンバの高さ方向において前記蒸発部の反対側に設けられた、複数の第２の導流体が前記一方向に間隔をあけて配列された第２の導流部を有するとともに、前記一方向における複数の前記第２の導流体間に第２の流道が形成された凝縮部と、前記チャンバ内において、前記高さ方向における前記蒸発部と前記凝縮部との間に設けられた、少なくとも一つの第１の連通孔と第２の連通孔とを有するとともに、前記第１の連通孔と前記第２の連通孔とが、前記第１の流道及び前記第２の流道に連通することによって、導流構造を構成する連接部と、前記蒸発部と、前記凝縮部と、前記連接部および前記チャンバの表面に付着している親水性化合物薄膜と、を具備することを特徴とする。
また、本発明の一態様における親水性化合物薄膜沈積方法は、導流構造を有するチャンバを具備する放熱ユニットを用意する工程と、前記放熱ユニットのチャンバおよび前記導流構造の表面に、親水性化合物薄膜を形成する工程と、具備することを特徴とする。

本発明によれば、容易かつ低コストにて、熱伝導効率を向上させる親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットおよび親水性化合物薄膜沈積方法を提供することができる。
具体的には、放熱ユニットのチャンバおよび導流構造の表面に少なくとも一つの親水性化合物薄膜を沈積させて作動液体をチャンバ内でスムーズに流動させることにより、放熱効率を向上させることができる。

本発明の第１実施形態による親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットを示す分解斜視図図１の放熱ユニットを組み立てた斜視図図１の放熱ユニットの断面図本発明の第２実施形態による親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットの蒸発部を示す平面図本発明の第２実施形態による親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットの凝縮部を示す平面図本発明の第３実施形態による親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットの蒸発部を示す平面図本発明の第３実施形態による親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットの凝縮部を示す平面図本発明の放熱ユニットの親水性化合物薄膜沈積方法を示すフローチャートチャンバに親水性化合物薄膜を蒸着する工程を示す図ディップコート法を用いて、チャンバに親水性化合物薄膜を形成する工程を示す図

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施の形態）
図１〜３を参照する。図１は、本発明の第１実施形態による親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットを示す分解斜視図、図２は、図１の放熱ユニットを組み立てた斜視図、図３は、図１の放熱ユニットの断面図である。
図２に示すように、放熱ユニット１は、金属本体１ａから構成されたチャンバ１１を具備している。また、図１〜図３に示すように、チャンバ１１は、蒸発部１１１と、凝縮部１１２と、連接部１１３と、親水性化合物薄膜４とを有する。

尚、図３に示すように、蒸発部１１１、凝縮部１１２および連接部１１３は、チャンバ１１内において液体が流れる導流構造１１ａを構成している。導流構造１１ａ内には、作動液体２が充填されている。

図１に示すように、蒸発部１１１は、第１の導流部１１１１を有する。第１の導流部１１１１には、複数の第１の導流体１１１１ａが一方向である横方向Ｙに間隔をあけて配列されている。複数の第１の導流体１１１１ａは、該第１の導流体１１１１ａ間に第１の流道１１１１ｂが形成されている。
第１の流道１１１１ｂは、少なくとも一方の端部が開口されており、蒸発部１１１に設けられた第１の導流部１１１１の自由区１１１１ｃに連通している。尚、複数の第１の導流体１１１１ａは、横方向Ｙに直交する他方向である縦方向Ｘに沿って長く延伸して連続的にレール状に形成されており、それぞれ突起状を有している。

凝縮部１１２は、チャンバ１１内において、蒸発部１１１の高さ方向Ｚの反対側に設けられている。凝縮部１１２は、第２の導流部１１２１を有する。
第２の導流部１１２１には、複数の第２の導流体１１２１ａが横方向Ｙに間隔をあけて配列されている。複数の第２の導流体１１２１ａは、該第２の導流体１１２１ａ間に、第２の流道１１２１ｂが形成されている。尚、第２の導流体１１２１ａは、縦方向Ｘに沿って長く延伸して連続的にレール状に形成されており、それぞれ突起状を有している。

連接部１１３は、高さ方向Ｚにおいて、蒸発部１１１と凝縮部１１２との間に設けられており、少なくとも一つの第１の連通孔１１３１と、少なくとも１つの第２の連通孔１１３２とを有する。第１の連通孔１１３１と第２の連通孔１１３２とは、蒸発部１１１の第１の導流部１１１１および凝縮部１１２の第２の導流部１１２１に連通している。

親水性化合物薄膜４は、蒸発部１１１、凝縮部１１２、連接部１１３およびチャンバ１１の表面に付着している。

親水性化合物薄膜４は、酸化物または硫化物のどちらか一つである。酸化物の場合、酸化シリコン(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、ジルコニア（ZrO2）、酸化カルシウム (CaO)、酸化カリウム(K2O)および酸化亜鉛(ZnO)のいずれかである。

放熱ユニット１は、均温板または扁平状ヒートパイプのどちらか一つである。本実施形態においては、均温板を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。

尚、チャンバ１１を構成する金属本体１ａは、銅、アルミニウム、亜鉛およびステンレスのいずれかから構成されている。

（第２実施の形態）
図４および図５を参照する。図４は、本発明の第２実施形態による親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットの蒸発部を示す平面図、図５は、本発明の第２実施形態による親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットの凝縮部を示す平面図である。
尚、第２実施形態の放熱ユニットの構成は、第１実施形態の放熱ユニットの構成とほとんど同じであるため、異なる部分のみを説明する。
図４および図５に示すように、本実施の形態においては、複数の第１の導流体１１１１ａおよび複数の第２の導流体１１２１ａは、縦方向Ｘにおいて、不連続に複数の間隔Ｓを有するように配列されている。

（第３実施の形態）
図６および図７を参照する。図６は、本発明の第３実施形態による親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットの蒸発部を示す平面図、図７は、本発明の第３実施形態による親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットの凝縮部を示す平面図である。
尚、第３の実施形態の放熱ユニットの構成は、第１および第２の実施形態の放熱ユニットとほとんど同様であるため、異なる部分のみを説明する。
図６および図７に示すように、第１の導流部１１１１および第２の導流部１１２１は、ともに横方向Ｙにおいて、複数の第１の導流体１１１１ａ間、複数の第２の導流体１１２１ａ間に複数の凹部１１５を有する。
尚、凹部１１５は、平面視した形状が円形、四角形、三角形、鱗状または幾何学模様のどれか一つである。本実施形態では、鱗状を例に挙げて示しているが、これに限定されるものではない。

図８〜１０を参照する。図８は、本発明の放熱ユニットの親水性化合物薄膜沈積方法を示すフローチャート、図９は、チャンバに親水性化合物薄膜を蒸着する工程を示す図、図１０は、ディップコート法を用いて、チャンバに親水性化合物薄膜を形成する工程を示す図である。
図８〜図１０に示すように、放熱ユニットの親水性化合物薄膜沈積方法は、ステップＳ１およびステップＳ２を含む。

先ず、図８のステップＳ１においては、チャンバ１１および導流構造１１ａを有する放熱ユニット１を提供する。

具体的には、チャンバ１１、およびチャンバ１１内に導流構造１１ａを有する管状ヒートパイプ、均温板、扁平状ヒートパイプなどの放熱ユニット１を提供する。尚、本実施形態においては、放熱ユニット１は、均温板を例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。

次いで、図８のステップＳ２において、放熱ユニット１のチャンバ１１および導流構造１１ａの表面、即ち、蒸発部１１１、凝縮部１１２、連接部１１３の表面に、親水性化合物薄膜４を形成する。

尚、親水性化合物薄膜４は、酸化物または硫化物のどちらか一つである。酸化物の場合、酸化シリコン(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、ジルコニア（ZrO2）、酸化カルシウム(CaO)、酸化カリウム(K2O)および酸化亜鉛(ZnO)のいずれかである。

ここで、放熱ユニット１に親水性化合物薄膜４を形成する方法には、物理蒸着法（PVD）、化学蒸着法（CVD）およびゾル・ゲル法(sol gel)が挙げられる。尚、本実施形態ではゾル・ゲル法を例として説明するが、これに限定されるものではない。
ゾル・ゲル法は、ディップコート法、沈降法、スピンコート法、塗布法、ウエットコーティング法のいずれか一つである。
本実施形態ではディップコート法を用いて親水性化合物薄膜４を形成する例を挙げるが、これに限定されるものではない。よって、図９に示すように、蒸着により親水性化合物薄膜４を形成しても良い。
まず、図１０に示すように、酸化アルミニウム(Al2O3)の顆粒を水溶液５中に浸し、水溶液５および酸化アルミニウムの顆粒を水槽６内に注入して均等に分散するように撹拌する。
その後、放熱ユニット１のチャンバ１１における導流構造１１ａとなる部位を水槽６の水溶液５中に浸してから、放熱ユニット１を静かに水槽６の水溶液５中に浸し、最後に放熱ユニット１を水槽６の水溶液５から取り出すか、水溶液５を水槽６から排出すれば、図１０のように、酸化アルミニウムの顆粒を導流構造１１ａの表面にコーティングすることができる。即ち、親水性化合物薄膜４を表面にコーティングすることができる。
以上から、水溶液５中に放熱ユニット１を浸漬させるのみの簡単な工程により、親水性化合物薄膜４を低コストにて容易に形成することができる。

尚、上述の放熱ユニット１は、均温板および扁平状ヒートパイプのどちらか一つである。

以上説明したように、本発明の親水性化合物薄膜を有する放熱ユニットおよび親水性化合物薄膜沈積方法は、放熱ユニット１のチャンバ１１および導流構造１１ａの表面に親水性化合物薄膜４を沈積させて作動液体２を、導流構造１１ａ、即ち、第１の流道１１１１ｂ、自由区１１１１ｃ、第２の流道１１２１ｂ、第１の連通孔１１３１、第２の連通孔１１３２を介して、チャンバ１１内でスムーズに流動させることができることにより、容易に放熱効率を向上させることができる。
本発明では好適な実施形態を前述の通りに開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知する者は誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１…放熱ユニット
１ａ…金属本体
２…作動液体
４…親水性化合物薄膜
５…水溶液
６…水槽
１１…チャンバ
１１ａ…導流構造
１１１…蒸発部
１１２…凝縮部
１１３…連接部
１１５…凹部
１１１１…第１の導流部
１１１１ａ…第１の導流体
１１１１ｂ…第１の流道
１１１１ｃ…自由区
１１２１…第２の導流部
１１２１ａ…第２の導流体
１１２１ｂ…第２の流道
１１３１…第１の連通孔
１１３２…第２の連通孔
Ｓ…間隔
Ｘ…縦方向（他方向）
Ｙ…横方向（一方向）
Ｚ…高さ方向

Claims

金属本体から構成されたチャンバを有し、
前記チャンバ内に設けられた、複数の第１の導流体が一方向に間隔をあけて配列されるとともに自由区が設けられた第１の導流部を有するとともに、前記一方向における前記複数の第１の導流体間に、少なくとも一方の端部の開口が前記自由区に連通する第１の流道が形成された蒸発部と、
前記チャンバ内において、該チャンバの高さ方向において前記蒸発部の反対側に設けられた、複数の第２の導流体が前記一方向に間隔をあけて配列された第２の導流部を有するとともに、前記一方向における複数の前記第２の導流体間に第２の流道が形成された凝縮部と、
前記チャンバ内において、前記高さ方向における前記蒸発部と前記凝縮部との間に設けられた、少なくとも一つの第１の連通孔と第２の連通孔とを有するとともに、前記第１の連通孔と前記第２の連通孔とが、前記第１の流道及び前記第２の流道に連通することによって、導流構造を構成する連接部と、
前記蒸発部と、前記凝縮部と、前記連接部および前記チャンバの表面に付着している親水性化合物薄膜と、
を具備することを特徴とする親水性化合物薄膜を有する放熱ユニット。
前記放熱ユニットは、均温板または扁平状ヒートパイプのどちらか一つであることを特徴とする請求項１に記載の親水性化合物薄膜を有する放熱ユニット。
前記親水性化合物薄膜は、酸化物であることを特徴とする請求項１または２に記載の親水性化合物薄膜を有する放熱ユニット。
前記親水性化合物薄膜は、硫化物であることを特徴とする請求項１または２に記載の親水性化合物薄膜を有する放熱ユニット。
前記酸化物は、酸化シリコン(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、ジルコニア（ZrO2）、酸化カルシウム(CaO)、酸化カリウム(K2O)および酸化亜鉛(ZnO)からなるグループから選択されることを特徴とする請求項３に記載の親水性化合物薄膜を有する放熱ユニット。
前記金属本体は、銅、アルミニウム、亜鉛およびステンレスのいずれか１つであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の親水性化合物薄膜を有する放熱ユニット。
前記複数の第１の導流体は、前記一方向に直交する他方向に長く延伸した突起状を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の親水性化合物薄膜を有する放熱ユニット。
前記複数の第１の導流体は、前記一方向に直交する他方向において、間隔をあけて不連続に配列されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の親水性化合物薄膜を有する放熱ユニット。
前記複数の第２の導流体は、前記一方向に直交する他方向に長く延伸した突起状を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の親水性化合物薄膜を有する放熱ユニット。
前記複数の第２の導流体は、前記一方向に直交する他方向において、間隔をあけて不連続に配列されていることを特徴とする請求項１〜６、８のいずれか１項に記載の親水性化合物薄膜を有する放熱ユニット。
前記第１の導流部は、前記複数の第１の導流体間に、複数の凹部を有し、
前記第２の導流部は、前記複数の第２の導流体間に、複数の凹部を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の親水性化合物薄膜を有する放熱ユニット。
前記凹部は、平面視した形状が円形、四角形、三角形、鱗状または幾何学模様のどれか一つであることを特徴とする請求項１１に記載の親水性化合物薄膜を有する放熱ユニット。
導流構造を有するチャンバを具備する放熱ユニットを用意する工程と、
前記放熱ユニットのチャンバおよび前記導流構造の表面に、親水性化合物薄膜を形成する工程と、
具備することを特徴とする放熱ユニットの親水性化合物薄膜沈積方法。
前記放熱ユニットは、均温板または扁平状ヒートパイプのどちらか一つであることを特徴とする請求項１３に記載の放熱ユニットの親水性化合物薄膜沈積方法。
前記親水性化合物薄膜を形成する工程は、物理蒸着法（PVD）、化学蒸着法（CVD）およびゾル・ゲル法のいずれか１つであることを特徴とする請求項１３または１４に記載の放熱ユニットの親水性化合物薄膜沈積方法。
前記ゾル・ゲル法は、ディップコート法、沈降法、スピンコート法、塗布法、ウエットコーティング法のいずれか一つであることを特徴とする請求項１５に記載の放熱ユニットの親水性化合物薄膜沈積方法。