JP2018189349A - Vapor chamber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ベーパーチャンバーに関する。 The present invention relates to a vapor chamber.
近年、素子の高集積化、高性能化による発熱量が増加している。また、製品の小型化が進むことで、発熱密度が増加するため、放熱対策が重要となってきた。この状況はスマートフォンやタブレットなどのモバイル端末の分野において特に顕著である。近年、熱対策部材としては、グラファイトシートなどが用いられることが多いが、その熱輸送量は十分ではないため、様々な熱対策部材の使用が検討されている。なかでも、非常に効果的に熱を拡散させることが可能であるとして、面状のヒートパイプであるベーパーチャンバーの使用の検討が進んでいる。 In recent years, the amount of heat generated due to higher integration and higher performance of elements has increased. Moreover, since the heat generation density increases with the miniaturization of products, heat dissipation measures have become important. This situation is particularly remarkable in the field of mobile terminals such as smartphones and tablets. In recent years, a graphite sheet or the like is often used as a heat countermeasure member, but since the amount of heat transport is not sufficient, use of various heat countermeasure members has been studied. In particular, the use of a vapor chamber, which is a planar heat pipe, has been studied because it is possible to diffuse heat very effectively.
ベーパーチャンバーとは、平板状の密閉容器内に揮発しやすい適量の作動流体を封入したものである。作動流体は熱源からの熱で気化し、内部空間内を移動した後、外部に熱を放出して液体に戻る。液体に戻った作動流体はウィックと呼ばれる毛細管構造により再び熱源付近へ運ばれて、再び気化する。これを繰り返すことにより、ベーパーチャンバーは外部動力を有することなく自立的に作動し、作動流体の蒸発潜熱および凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。 The vapor chamber is one in which an appropriate amount of working fluid that easily volatilizes is sealed in a flat airtight container. The working fluid is vaporized by the heat from the heat source, moves inside the internal space, and then releases the heat to the outside to return to the liquid. The working fluid that has returned to the liquid is transported again to the vicinity of the heat source by a capillary structure called a wick, and vaporizes again. By repeating this, the vapor chamber operates independently without having external power, and heat can be diffused at a high speed two-dimensionally using the latent heat of vaporization and the latent heat of condensation of the working fluid.
特許文献1には、作動流体が凝縮する凝縮部と作動流体が蒸発する蒸発部とを有するヒートパイプが記載されている。特許文献1において、ヒートパイプのコンテナの内部には作動流体が封入され、下側コンテナの内壁と上側コンテナの内壁の両方にナノメートルオーダーの凹凸構造を有するウィック構造が形成されている。このような構成により、二次元的な熱の拡散が達成されている。 Patent Document 1 describes a heat pipe having a condensing part for condensing the working fluid and an evaporating part for evaporating the working fluid. In Patent Document 1, a working fluid is sealed inside a container of a heat pipe, and a wick structure having a concavo-convex structure of nanometer order is formed on both the inner wall of the lower container and the inner wall of the upper container. With such a configuration, two-dimensional heat diffusion is achieved.
ベーパーチャンバーは、高温の熱源と近接させて使用する必要があるため、周囲温度の変化により性能の低下を生じないことが好ましい。しかしながら、ベーパーチャンバーは高温になると、内部で不純物ガスが発生するおそれがある。このような不純物ガスは、ベーパーチャンバーの所期の熱輸送特性を変化させ得る。また、上記の不純物ガスが、ウィックにトラップされると、ウィックの親水性が低下し、ベーパーチャンバーの熱輸送特性が低下するおそれがある。特許文献1のように下側コンテナの内壁と上側コンテナの内壁の両方にナノメートルのオーダーの凹凸構造を有するウィック構造を形成すれば、不純物ガスをウィックによってトラップすることができるが、同時にウィックの親水性が低下し、ベーパーチャンバーの熱輸送特性が低下するおそれがある。また、ウィックを下側コンテナの内壁と上側コンテナの内壁の両方に設けることにより、蒸気となった作動液が移動する部分が狭くなることが懸念される。 Since the vapor chamber needs to be used in the vicinity of a high-temperature heat source, it is preferable that the performance does not deteriorate due to a change in ambient temperature. However, when the vapor chamber becomes hot, impurity gas may be generated inside. Such impurity gases can change the desired heat transport properties of the vapor chamber. Further, when the impurity gas is trapped in the wick, the hydrophilicity of the wick is lowered, and the heat transport property of the vapor chamber may be lowered. If a wick structure having a concavo-convex structure on the order of nanometers is formed on both the inner wall of the lower container and the inner wall of the upper container as in Patent Document 1, impurity gas can be trapped by the wick. There is a possibility that the hydrophilicity is lowered and the heat transport property of the vapor chamber is lowered. Moreover, there is a concern that by providing the wick on both the inner wall of the lower container and the inner wall of the upper container, the portion where the working fluid that has become vapor moves becomes narrow.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、周囲温度の変化によっても性能の低下を生じにくいベーパーチャンバーを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vapor chamber that is less likely to deteriorate in performance even when the ambient temperature changes.
上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るベーパーチャンバーは、筐体と、前記筐体を内側から支持するように、前記筐体の内部空間に配置された柱と、前記筐体の内部空間に封入された作動液と、前記筐体の内部空間に配置されたウィックとを有し、前記筐体の主内面の少なくとも一部分が、前記筐体の内部空間に露出しており、平均深さが10nm以上の細孔を有している。 In order to solve the above-described problem, a vapor chamber according to an aspect of the present invention includes a housing, a column disposed in the internal space of the housing so as to support the housing from the inside, The hydraulic fluid enclosed in the internal space and a wick disposed in the internal space of the housing, and at least a part of the main inner surface of the housing is exposed in the internal space of the housing, and the average It has pores with a depth of 10 nm or more.
また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記筐体の主内面の細孔の平均深さが40nm以下である。 In one embodiment, the average depth of the pores on the main inner surface of the casing is 40 nm or less.
また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記筐体の主内面の細孔の平均直径が10nm以上100nm以下である。 Moreover, in the vapor chamber of one embodiment, the average diameter of the pores on the main inner surface of the casing is 10 nm or more and 100 nm or less.
また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記柱の少なくとも一部分に、平均深さが10nm以上の細孔が設けられている。 In one embodiment, at least a portion of the pillar is provided with pores having an average depth of 10 nm or more.
また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記柱の細孔の平均深さが40nm以下である。 Moreover, the vapor chamber of one Embodiment WHEREIN: The average depth of the pore of the said column is 40 nm or less.
また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記柱の細孔の平均直径が10nm以上100nm以下である。 Moreover, the vapor chamber of one Embodiment WHEREIN: The average diameter of the pore of the said column is 10 nm or more and 100 nm or less.
また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記筐体の主内面に対向する前記筐体の主内面に高さ1μm以上100μm以下の凸部が形成されている。 Further, in the vapor chamber of one embodiment, a convex portion having a height of 1 μm or more and 100 μm or less is formed on the main inner surface of the casing facing the main inner surface of the casing.
また、一実施形態のベーパーチャンバーは、前記筐体が、外縁部が封止された対向する2つのシートから成る。 Moreover, the vapor chamber of one Embodiment WHEREIN: The said housing | casing consists of two opposing sheets by which the outer edge part was sealed.
また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、少なくとも一部分に前記細孔を有する主内面に対向する主内面と、前記ウィックとが接している Further, in the vapor chamber of one embodiment, the wick is in contact with the main inner surface facing the main inner surface having at least a part of the pores.
さらに、本発明によれば、本発明のベーパーチャンバーを有して成る放熱デバイスが提供される。 Furthermore, according to this invention, the thermal radiation device which has the vapor chamber of this invention is provided.
さらに、本発明によれば、本発明のベーパーチャンバーまたは本発明の放熱デバイスを有して成る電子機器が提供される。 Furthermore, according to the present invention, an electronic apparatus comprising the vapor chamber of the present invention or the heat dissipation device of the present invention is provided.
本発明によれば、蒸気となった作動液が移動する部分を狭めずに、周囲温度の変化によっても性能の低下を生じないベーパーチャンバーが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vapor chamber which does not produce a performance fall by the change of ambient temperature is provided, without narrowing the part to which the working fluid used as the vapor moves.
以下、本発明について図面を参照してより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
図1および図3は、それぞれ、本発明の一実施形態のベーパーチャンバー1aおよび1bの断面図である。本発明のベーパーチャンバーは、図1および図3に示されるように、筐体2と、筐体2を内側から支持するように、筐体2の内部空間に配置された柱3と、筐体2の内部空間に配置されたウィック4とを有する。また、図示されていないが、本発明のベーパーチャンバーはさらに、筐体2の内部空間に封入された作動液を有する。図1および図3に示されるように、筐体2の主内面の少なくとも一部分が、筐体2の内部空間に露出している。
1 and 3 are cross-sectional views of
図2は、本発明のベーパーチャンバーの筐体2の内部空間に露出している主内面の、細孔10を有する部分を模式的に示す部分拡大図である。細孔10の平均深さは10nm以上である。本発明のベーパーチャンバーの筐体2の主内面の少なくとも一部分が、筐体2の内部空間に露出しており、平均深さが10nm以上の細孔10を有していることにより、ベーパーチャンバーが高温となった際に内部で発生し得る不純物ガスを細孔10でトラップすることができる。これにより、ウィック4に付着する不純物ガスの量を効果的に低減することができ、ベーパーチャンバーの熱輸送能力の低下を抑制することができる。また、不純物ガスのトラップのために、筐体2の内部空間に露出する主内面の細孔10を用いることにより、蒸気となった作動液が移動する部分を狭めずに不純物ガスをトラップすることができる。
FIG. 2 is a partially enlarged view schematically showing a portion having the
以下において、本発明のベーパーチャンバーの各構成について詳細に説明する。 Below, each structure of the vapor chamber of this invention is demonstrated in detail.
本発明のベーパーチャンバーの筐体2は、2つの対向する主内面を備えるものであればよい。筐体2の主内面の形状は多角形であってもよく、円形であってもよい。本明細書において主内面とは、筐体2の内部空間を規定する面のうち、最も面積の大きい面と、その面に対向する面とをいう。
The
図1においてAで示される筐体2の高さA(すなわち、ベーパーチャンバーの厚さ)は、例えば100μm以上600μm以下であってよく、好ましくは200μm以上500μm以下の範囲にある。図1においてBで示される筐体2の幅B(すなわち、ベーパーチャンバーの幅)は、例えば5mm以上500mm以下であってよく、好ましくは20mm以上300mm以下の範囲にある。また、図示されていないが、図1において筐体2の幅Bを示す矢印と直行する、紙面手前から奥に向かう筐体2の奥行きD(すなわち、ベーパーチャンバーの奥行き)は、例えば5mm以上500mm以下であってよく、好ましくは20mm以上300mm以下の範囲にある。上述した高さA、幅Bおよび奥行きDは筐体2のいかなる箇所においても一様であってもよく、異なっていてもよい。
The height A of the
筐体2は、単一の部材から一体に形成されるものであってもよく、例えば図1および3に示されるように、外縁部が封止された対向する2つのシートから成るものであってもよい。また、2つ以上の板状部材から形成されてもよい。図1および3のベーパーチャンバー1aおよび1bにおいて、上部筐体シート6は筐体2の上側の主内面を、下部筐体シート7は筐体2の下側の主内面を形成している。筐体2において、上部筐体シート6と下部筐体シート7とは、それぞれの外縁部で互いに封止されている。上部筐体シート6および下部筐体シート7の外縁部とは、シートの端部から内側に所定距離の領域をいう。図1および3のベーパーチャンバーにおいて、上部筐体シート6の外縁部と下部筐体シート7の外縁部とは、レーザー溶接することにより封止されているが、外縁部を封止する方法はこれに限定されず、例えば抵抗溶接、拡散接合、ロウ接、TIG溶接、樹脂封止等により封止することもできる。
The
筐体2を形成する材料は、特に限定されず、例えば銅、ニッケル、アルミ、マグネシウム、チタン、鉄、およびそれらを主成分とする合金等を用いることができ、好ましくは銅が用いられる。 The material which forms the housing | casing 2 is not specifically limited, For example, copper, nickel, aluminum, magnesium, titanium, iron, an alloy which has them as a main component, etc. can be used, Preferably copper is used.
筐体2が上部筐体シート6と下部筐体シート7とを外縁部で封止することにより形成される場合、上部筐体シート6と下部筐体シート7とは、いずれも同一の材料から形成されてもよく、異なる二つの材料からそれぞれ形成されてもよい。
When the
図1においてCで示される筐体2を構成する壁面の厚さC(図示する例においては、筐体シートの厚さ)は、例えば10μm以上200μm以下であってよく、好ましくは30μm以上150μm以下の範囲にあり、より好ましくは30μm以上100μm以下の範囲にあり、さらに好ましくは40μm以上60μm以下の範囲にある。上述した厚さCは筐体2のいかなる箇所においても一様であってよく、異なっていてもよい。上部筐体シート6の厚さCと、下部筐体シート7の厚さとが異なっていてもよい。
The thickness C (in the example shown, the thickness of the housing sheet) of the wall surface constituting the
ここで、本発明の一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記筐体は、外縁部が封止された対向する2つのシートから成り、前記2つのシートの少なくとも一方の熱伝導率は1W/(m・k)以上100W/(m・k)以下であってもよい。 Here, in the vapor chamber according to an embodiment of the present invention, the casing is composed of two opposing sheets whose outer edges are sealed, and the thermal conductivity of at least one of the two sheets is 1 W / (m -K) or more and 100W / (m * k) or less may be sufficient.
本発明において、上部筐体シート6と下部筐体シート7とは、それぞれ任意の熱伝導率を有する材料から形成され得るが、例えば、1W/(m・k)以上、より好ましくは10W/(m・k)以上かつ100W/(m・k)以下、より好ましくは50W/(m・k)以下の熱伝導率を有する材料から形成されてもよい。上部筐体シート6と下部筐体シート7の少なくとも一方の熱伝導率が1W/(m・k)以上であることにより、効果的な熱の拡散が可能となる。また、上部筐体シート6と下部筐体シート7の少なくとも一方の熱伝導率が100W/(m・k)以下であることにより、2つのシートを溶接する際に外縁部に与えられる熱を、拡散させることなく外縁部に効果的に留めることができるため、溶接工程の効率を向上させることができる。また、ベーパーチャンバーの主面に対して垂直な方向の熱伝導率を下げることができ、この方向に熱を伝えたくない用途で、効果的に使用できる。例えば、携帯電話等において、ベーパーチャンバーを、熱源とバッテリー、液晶等との間に、両者を遮るように設置することにより、バッテリー、液晶等への熱の伝達を抑制することができる。
In the present invention, the
熱伝導率が1W/(m・k)以上100W/(m・k)以下である材料として、例えば、TiCu(54W/(m・k))、チタンを含む合金であるSUS444(26.0W/(m・k))、ニッケルを含む合金であるSUS304(16.7W/(m・k))および、ニッケルを含む合金であるSUS316(16.7W/(m・k))等を使用することができる。 As a material having a thermal conductivity of 1 W / (m · k) or more and 100 W / (m · k) or less, for example, SUS444 (26.0 W / 2) which is an alloy containing TiCu (54 W / (m · k)) and titanium. (M · k)), SUS304 (16.7 W / (m · k)) which is an alloy containing nickel, SUS316 (16.7 W / (m · k)) which is an alloy containing nickel, etc. Can do.
上記実施形態において、上部筐体シート6と下部筐体シート7とには、後に詳述する細孔10が設けられていなくてもよい。すなわち、筐体と、前記筐体を内側から支持するように、前記筐体の内部空間に配置された柱と、前記筐体の内部空間に封入された作動液と、前記筐体の内部空間に配置されたウィックとを有し、前記筐体は、外縁部が封止された対向する2つのシートから成り、前記2つのシートの少なくとも一方の熱伝導率は1W/(m・k)以上100W/(m・k)以下である、ベーパーチャンバーが提供され得る。
In the above embodiment, the
本発明の一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記筐体は、外縁部が封止された対向する2つのシートから成り、前記2つのシートは互いに異なる剛性を有する。 In the vapor chamber according to an embodiment of the present invention, the housing includes two opposing sheets whose outer edge portions are sealed, and the two sheets have different rigidity.
本発明において、上部筐体シート6と下部筐体シート7とは、それぞれ任意の剛性を有し得るが、上部筐体シート6と下部筐体シート7とは互いに異なる剛性を有することが好ましい。本明細書において、筐体シートの剛性とは、曲げなどの力に対する筐体シートの変形のしにくさをいう。上部筐体シート6の剛性と下部筐体シート7の剛性とが互いに異なることにより、外縁部の封止の際に、剛性のより低い一方の筐体シートが変形しやすくなり、これにより2つの筐体シートの外縁部における密着性が向上するため、より大きい外縁部の接合強度を有するベーパーチャンバーが得られる。上部筐体シート6の剛性が下部筐体シート7の剛性よりも大きい場合、ベーパーチャンバーは上部筐体側からの圧力によりつぶれにくくなる。下部筐体シート7の剛性が上部筐体シート6の剛性よりも大きい場合、ベーパーチャンバーは下部筐体側からの圧力によりつぶれにくくなる。
In the present invention, the
上記実施形態において、上部筐体シート6と下部筐体シート7とは、互いに異なるヤング率を有する材料から形成されることにより、互いに異なる剛性を有し得る。これにより、ヤング率の大きい筐体シート側から筐体に圧力が掛かった場合の、ヤング率の小さい筐体シートの変形を効果的に低減することができる。上部筐体シート6と下部筐体シート7とは、互いに異なるヤング率を有する任意の材料からそれぞれ形成され得る。例えば、上部筐体シート6をCuから形成し、下部筐体シート7をCuよりもヤング率が大きいTiCuから形成してもよい。
In the above embodiment, the
図9は、本発明の一実施形態のベーパーチャンバー1cの断面図である。上記実施形態において、上部筐体シート6と下部筐体シート7とは、図9に示されるように互いに異なる厚さを有していてもよい。このように、上部筐体シート6と下部筐体シート7とが、互いに異なる厚さを有するように形成される場合、上部筐体シート6と下部筐体シート7とを、同一の材料から形成しても、互いに異なる剛性を有し得る。具体的には、上部筐体シート6と下部筐体シート7とを同一の材料で形成した場合、より大きい厚さを有する筐体シートが、大きい剛性を有することとなる。これにより、ベーパーチャンバーは、大きい厚さを有する筐体シート側からの圧力によってつぶれにくくなる。また、上部筐体シートの厚さと下部筐体シートの厚さの比を適切に設定することにより、大きい厚さを有する筐体シート側から筐体に圧力が掛かった場合の、小さい厚さを有する筐体シートの変形を効果的に低減することができる。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a
上記実施形態において、上部筐体シート6と下部筐体シート7とには、後に詳述する細孔が設けられていなくてもよい。すなわち、筐体と、前記筐体を内側から支持するように、前記筐体の内部空間に配置された柱と、前記筐体の内部空間に封入された作動液と、前記筐体の内部空間に配置されたウィックとを有し、前記筐体は、外縁部が封止された対向する2つのシートから成り、前記2つのシートは互いに異なる剛性を有する、ベーパーチャンバーが提供され得る。
In the above embodiment, the
図10は、本発明の一実施形態のベーパーチャンバーの筐体2を形成する上部筐体シート6および下部筐体シート7と、接合層8とを示す上方斜視図である。尚、図10では、上部筐体シート6および下部筐体シート7は、別個に記載されているが、本発明のベーパーチャンバーにおいては、両者は外縁部が封止され、一の筐体2を形成する。すなわち、当該実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記筐体は、外縁部が封止された対向する2つの筐体シート6,7と、前記2つの筐体シートの外縁部間に位置する接合層8とを有している。
FIG. 10 is an upper perspective view showing the
本発明の一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、接合層8は筐体シートを形成する材料よりも熱伝導率の低い材料から成る。上部筐体シート6と下部筐体シート7との外縁部間に、筐体シートを形成する材料よりも熱伝導率の低い材料から成る接合層8が位置することにより、2つのシートを溶接する際に外縁部に与えられる熱の一部を、拡散させることなく外縁部の接合層8に効果的に留めることができるため、溶接工程の効率を向上させることができる。接合層8には、筐体シートを形成する材料よりも熱伝導率の低い任意の材料を使用することができる。例えば、上部筐体シート6と下部筐体シート7とがCuから形成される場合、Cuより熱伝導率の低いNi等を、接合層8を形成する材料として使用し得る。
In the vapor chamber of one embodiment of the present invention, the
上記実施形態において、上部筐体シート6と下部筐体シート7とが、間に筐体シートを形成する材料よりも熱伝導率の低い材料から成る接合層8を筐体の全周に設けることによって封止されていることにより、外縁部より内側の部分への熱の伝導をより効果的に抑制することができるようになり、溶接工程の効率をより向上させることができる。また、外縁部には、接合層8と接合層8とが離間して設けられている部分が存在していてもよい。例えば接合層8を、ベーパーチャンバー本体内部を減圧するために真空ポンプを挿入する部分にのみ設けずに形成してもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態において、接合層8の厚さを適切に設定することにより、上部筐体シート6と下部筐体シート7とを十分な強度で接合することができる。また、接合層8の厚さを適切に設定することにより、接合層8が設けられていない部分にできる隙間が大きくなりすぎず、上部筐体シート6と下部筐体シート7とを十分な強度と密閉性とを有するように接合することができる。接合層8の厚さは、接合層8全体に亘って一様であってもよく、場所により異なっていてもよい。例えば接合層8を、ベーパーチャンバー本体内部を減圧するために真空ポンプを挿入する部分のみ厚さが低減されるように形成してもよい。
In the said embodiment, the
上記実施形態において、上部筐体シート6と下部筐体シート7とには、後に詳述する細孔10が設けられていなくてもよい。すなわち、筐体と、前記筐体を内側から支持するように、前記筐体の内部空間に配置された柱と、前記筐体の内部空間に封入された作動液と、前記筐体の内部空間に配置されたウィックとを有し、前記筐体は、外縁部が封止された対向する2つのシートから成り、前記2つの筐体シートの外縁部間に接合層8が位置している、ベーパーチャンバーが提供され得る。
In the above embodiment, the
本発明の一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、接合層8は筐体シートを形成する材料よりも融点の低い材料から成る。上部筐体シート6と下部筐体シート7との外縁部間に、筐体シートを形成する材料よりも融点の低い材料から成る接合層8が位置することにより、より低い温度で外縁部を溶接することができるようになるため、溶接工程の効率を向上させることができる。接合層8には、筐体シートを形成する材料よりも融点の低い任意の材料を使用することができる。例えば、上部筐体シート6と下部筐体シート7とがCuから形成される場合、Cuより融点の低いバルク状のSn合金等を、接合層8を形成する材料として使用し得る。
In the vapor chamber of one embodiment of the present invention, the
上記実施形態において、上部筐体シート6と下部筐体シート7とが、間に筐体シートを形成する材料よりも融点の低い材料から成る接合層8を筐体の全周に設けることによって封止されていることにより、上部筐体シート6と下部筐体シート7とを十分な強度で接合することができる。また、外縁部には、接合層8と接合層8とが離間して設けられている部分が存在していてもよい。例えば接合層8を、ベーパーチャンバー本体内部を減圧するために真空ポンプを挿入する部分にのみ設けずに形成してもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態において、接合層8の厚さを適切に設定することにより、上部筐体シート6と下部筐体シート7とを十分な強度で接合することができる。また、接合層8の厚さを適切に設定することにより、接合層8が設けられていない部分にできる隙間が大きくなりすぎず、上部筐体シート6と下部筐体シート7とを十分な強度と密閉性とを有するように接合することができる。接合層8の厚さは、接合層8全体に亘って一様であってもよく、場所により異なっていてもよい。例えば接合層8を、ベーパーチャンバー本体内部を減圧するために真空ポンプを挿入する部分のみ厚さが低減されるように形成してもよい。
In the said embodiment, the
上記実施形態において、上部筐体シート6と下部筐体シート7とには、後に詳述する細孔10が設けられていなくてもよい。すなわち、筐体と、前記筐体を内側から支持するように、前記筐体の内部空間に配置された柱と、前記筐体の内部空間に封入された作動液と、前記筐体の内部空間に配置されたウィックとを有し、前記筐体は、外縁部が封止された対向する2つのシートから成り、前記2つの筐体シートの外縁部間に接合層8が位置している、ベーパーチャンバーが提供され得る。
In the above embodiment, the
筐体2の主内面は少なくとも一部分が筐体2の内部空間に露出しており、内部空間に露出した部分に、図2に示されるような、平均深さが10nm以上の細孔10を有している。本明細書において、筐体2の主内面の内部空間へ「露出」した部分とは、筐体2の、内部空間の気体と接し得る部分であり、例えばウィック4、柱3、その他の部材に接していない部分である。筐体2の主内面に平均深さが10nm以上の細孔10が設けられていることにより、不純物ガスを細孔10によってトラップすることが可能となる。これにより、ウィック4に付着する不純物ガスの量を低減することができ、ベーパーチャンバーの熱輸送能力の低下を抑制することができる。
At least a part of the main inner surface of the
本明細書において「不純物ガス」とは、筐体2の内部空間に存在する作動液に含まれる成分以外のガスをいう。例えば、筐体2を構成する金属箔に付着した防錆剤の成分が、筐体2が高温になることによってガス化することにより発生し得る。不純物ガスの成分としては例えばアルコール系、炭化水素系、芳香族系、炭酸ガス等が挙げられる。
In this specification, the “impurity gas” refers to a gas other than the components contained in the hydraulic fluid present in the internal space of the
本明細書において、細孔10の平均深さとは、主内面の任意の位置3箇所について、1μmの長さで断面を観察し、深さ5nm以上、直径300nm以下の細孔について、その細孔の深さの平均値を測定することにより測定される値をいう。本発明のベーパーチャンバーの細孔10の平均深さは、10nm以上であり、好ましくは20nm以上であり、より好ましくは30nm以上である。細孔10の平均深さが10nm以上であることにより、十分な量の不純物ガスを、主内面の細孔10にトラップすることが可能となり、またトラップした不純物ガスを放出しにくくなる。
In the present specification, the average depth of the
主内面の細孔10の平均深さは好ましくは40nm以下である。細孔10の平均深さが40nm以下であることにより、主内面の脆化を効果的に防ぐことができる。
The average depth of the
主内面の細孔10の平均直径は10nm以上100nm以下の範囲にあり、より好ましくは10nm以上80nm以下の範囲にあり、さらに好ましくは10nm以上50nm以下の範囲にある。主内面の細孔10の平均直径が10nm以上であることにより、不純物ガスを効果的にトラップすることが可能になる。主内面の細孔10の平均直径が100nm以下であることにより、主内面の細孔10に作動液がトラップされる可能性を有意に低減することができる。さらに、主内面の細孔10の平均直径が50nm以下であることにより、作動液の細孔10への侵入を防ぐことができ、実質的に気体のみをトラップすることができる。
The average diameter of the
本明細書において、細孔10の平均直径とは、主内面の任意の位置3箇所において1μmの長さで断面観察を行った際に観察される、深さ5nm以上かつ直径300nm以下の細孔の直径の平均値をいう。
In this specification, the average diameter of the
筐体2の内部空間を規定する表面1μm2あたりに設けられた細孔10の数の平均は、
10個以上1000個以下であってよく、好ましくは30個以上400個以下であり、より好ましくは50個以上200個以下である。筐体2が高温になると、筐体2の内部空間に露出した部分から内部空間へ、防錆剤の成分由来の不純物ガスが発生するおそれがある。このとき発生する不純物ガスの量は、筐体2の内部空間を規定する表面の面積に比例するため、筐体2の内部空間を規定する表面1μm2あたりに細孔10が平均で10個以上設けられることにより、発生する不純物ガスを効果的にトラップすることが可能になる。また、筐体2の内部空間を規定する表面1μm2あたりに設けられた細孔10の個数が平均で1000個以下であることにより、細孔10を有する主内面の脆化を効果的に防ぐことができる。
The average number of
It may be 10 or more and 1000 or less, preferably 30 or more and 400 or less, and more preferably 50 or more and 200 or less. When the
細孔10の形成方法は、特に限定されないが、例えばエッチング、ブラスト等の表面処理によって形成する方法が挙げられ、その他の方法としては、めっき、溶射等が挙げられる。細孔10をエッチングにより形成する場合、使用するエッチング液の種類、エッチングの温度およびエッチングの時間等の条件を調節することにより、形成される細孔10の平均深さ、平均直径および筐体2の内部空間を規定する表面1μm2あたりに設けられた細孔10の個数の平均を制御することができる。
Although the formation method of the
柱3は、筐体2を内側から支持するように、筐体2の内部空間に配置される。柱3は、筐体2の内部空間に、筐体2と一体に形成されていてもよく、筐体2に接合されていてもよい。柱3が筐体2の内部空間に配置されることにより、筐体2に荷重が作用した際の筐体2の変形を低減することができる。
The
本発明のベーパーチャンバーにおいて、筐体2の主内面に設けられる平均深さが10nm以上の細孔10は、柱3の、筐体2の内部空間に露出する部分の少なくとも一部分にも同様に設けられていてよい。柱3の細孔10の平均深さは、10nm以上であり、好ましくは20nm以上であり、より好ましくは30nm以上である。柱3にも平均深さが10nm以上の細孔10が設けられていることにより、細孔10によって不純物ガスをより効果的にトラップすることが可能となる。これにより、ウィック4に付着する不純物ガスの量を効果的に低減することができ、ベーパーチャンバーの熱輸送能力の低下を防ぐことができる。
In the vapor chamber of the present invention, the
柱3の細孔10の平均深さは好ましくは40nm以下である。これにより主内面の脆化を効果的に防ぐことができる.
The average depth of the
柱3の細孔10の平均直径は10nm以上100nm以下の範囲にあり、より好ましくは10nm以上80nm以下の範囲にあり、さらに好ましくは10nm以上50nm以下の範囲にある。柱3の細孔10の平均直径が10nm以上であることにより、不純物ガスを効果的にトラップすることが可能になる。柱3の細孔10の平均直径が100nm以下であることにより、柱3の細孔10に作動液がトラップされる可能性を有意に低減することができる。さらに、柱3の細孔10の平均直径が50nm以下であることにより、作動液の細孔10への侵入を防ぐことができ、実質的に気体のみをトラップすることができる。
The average diameter of the
柱3の表面1μm2あたりの細孔10の数の平均は、10個以上1000個以下であってよく、好ましくは30個以上400個以下であり、より好ましくは50個以上200個以下である。柱3の表面1μm2あたりの細孔10の個数が10個以上であることにより、不純物ガスを効果的にトラップすることが可能になる。また、柱3の表面1μm2あたりの細孔10の個数が1000個以下であることにより、細孔10を有する柱3の表面の脆化を効果的に防ぐことができる。
The average number of
図3に示されるように、細孔10が設けられた筐体2の主内面に対向する筐体2の主内面には、高さ1μm以上100μm以下の凸部5が形成されていてもよい。凸部5は、図3に示されるように筐体2の主内面に直接形成されていてよい。凸部5間の空間は作動液を還流させる役割を果たし得る。このため、凸部5を有する本発明のベーパーチャンバーにおいて、作動液の還流はウィック4と凸部5間の空間の両方によって促進されるため、凸部5を有しないベーパーチャンバーと比較して効率的な熱拡散が生じ得る。また、図3に示されるように、凸部5が筐体2の主内面に直接形成されている場合、筐体2の内部空間に露出する筐体2の主内面の面積が増える。これにより、筐体2はより多くの細孔10を有し得るようになるため、細孔10によって不純物ガスをより効果的にトラップすることが可能となる。これにより、ウィック4に付着する不純物ガスの量を効果的に低減することができ、ベーパーチャンバーの熱輸送能力の低下を防ぐことができる。
As shown in FIG. 3, a
上記凸部5を形成する代わりに、凸部5を有する金属箔を別途準備し、主内面の上に載置してもよい。上記のように凸部5を有する金属箔を筐体内に設置することにより、主内面に凸部5を形成した場合と同様の効果を得ることができる。
Instead of forming the
本明細書において凸部とは、筐体2の主内面のうち、隣接する部分よりも大きい高さを有している部分をいう。凸部は筐体2の主内面または金属箔に突出部を設けることにより形成されてよく、また例えば、筐体2の主内面または金属箔に複数の溝を設けることにより、設けた溝と溝との間に形成されてもよい。
In this specification, a convex part means the part which has a height larger than the adjacent part among the main inner surfaces of the housing |
筐体2の凸部5は、隣接する凸部5との間に、作動液を還流させることができる空間が形成されるような任意の形状に形成することができる。凸部5の高さEは、例えば1μm以上100μm以下の範囲にあってよく、好ましくは、5μm以上50μm以下の範囲にある。凸部5と、隣接する凸部5との間の距離Fは、例えば1μm以上500μm以下の範囲にあってよく、好ましくは、5μm以上300μm以下の範囲にあり、より好ましくは15μm以上150μm以下の範囲にある。距離Fがこのような範囲内にあることにより、作動液を効果的に還流させることができる。
The
筐体2の凸部5は、好ましくは、互いに平行な対向する底面を有する柱状に形成される。筐体2の凸部5は、例えば、略四角柱形状、略円柱形状、錐台形状であってよい。筐体2の凸部5が略四角柱形状に形成される場合、凸部5の底面は、図4に示されるように、長辺の長さに対する短辺の長さの比が1に近い四角形であってよい。また、図5に示すように、長辺の長さに対する短辺の長さの比が1を大きく下回っていてもよい。また、図示されていないが、長辺の長さに対する短辺の長さの比が1であってもよい。すなわち、凸部5の底面は正方形であってもよい。
The
ウィック4は、筐体2の内部空間に配置され、作動液を還流させる役割を果たす。ウィック4の配置の態様は、特に限定されず、例えば、図1に示されるように、筐体2の主内面と柱3との間に挟持されるように配置されてもよい。また、図2に示されるように、細孔10が設けられた筐体2の主内面に対向する筐体2の主内面に凸部5が形成されている場合には、凸部5と柱3との間に挟持されるように配置されてもよい。
The wick 4 is disposed in the internal space of the
ウィック4の厚さは、例えば5μm以上200μm以下の範囲にあってよく、好ましくは10μm以上80μm以下であり、より好ましくは30μm以上50μm以下である。ウィック4の厚さは、ウィック4のいかなる箇所においても一様であってよく、異なっていてもよい。また、ウィック4は必ずしも、ベーパーチャンバーの筐体2の主内面全体に亘って形成される必要はなく、部分的に形成されていてもよい。
The thickness of the wick 4 may be, for example, in the range of 5 μm to 200 μm, preferably 10 μm to 80 μm, and more preferably 30 μm to 50 μm. The thickness of the wick 4 may be uniform everywhere in the wick 4 or may be different. Moreover, the wick 4 does not necessarily need to be formed over the entire main inner surface of the
ウィック4の材料は特に限定されず、例えば、多孔体、メッシュ、焼結体、不織布、ワイヤー等を用いることができ、好ましくはメッシュ、不織布が用いられる。 The material of the wick 4 is not particularly limited, and for example, a porous body, a mesh, a sintered body, a nonwoven fabric, a wire, or the like can be used, and a mesh or a nonwoven fabric is preferably used.
ウィック4は、少なくとも一部分に細孔10を有する主内面に対向する主内面上に配置されることが好ましい。ウィック4が一方の主内面上に配置される場合、ウィック4が配置される主内面側に液体が、ウィック4が配置される主内面と対向する主内面側に気体が分布しやすくなる。そのため、ウィック4が、少なくとも一部分に細孔10を有する主内面に対向する主内面上に配置されることにより、細孔10を有する主内面側に気体が分布しやすくなり、細孔10が不純物ガスと接しやすくなるため、不純物ガスを細孔10で効果的にトラップすることができるようになる。
The wick 4 is preferably arranged on the main inner surface facing the main inner surface having the
本明細書において、「ウィック4が主内面上に配置されている」状態とは、当該主内面とウィック4との距離が、当該主内面と対向する主内面とウィック4との距離よりも短いことをいう。ウィック4が主内面上に配置されている状態には、例えば、図1に示されるように下側筺体シート7側の主内面とウィック4とが接している状態と、図3に示されるように凸部5が形成された主内面の凸部5とウィック4とが接している状態とが含まれる。さらに、図示されていないが、主内面の上に載置された凸部5を有する金属箔の凸部5と、ウィック4とが接している状態も、「ウィック4が主内面上に配置されている」状態に含まれる。
In this specification, “the wick 4 is disposed on the main inner surface” means that the distance between the main inner surface and the wick 4 is shorter than the distance between the main inner surface facing the main inner surface and the wick 4. That means. The state in which the wick 4 is disposed on the main inner surface includes, for example, the state in which the main inner surface on the lower casing sheet 7 side and the wick 4 are in contact with each other as shown in FIG. And the wick 4 is in contact with the
図1および図3には示されていないが、本発明のベーパーチャンバーの筐体2内にはさらに作動液が封入されている。作動液は、発熱体からの熱により気化し、蒸気となる。その後、蒸気となった作動液は筐体2内を移動し、熱を放出して液体に戻る。液体に戻った作動液は、ウィック4による毛細管現象により再び熱源へ運ばれる。そして再び熱源からの熱により気化し、蒸気となる。これを繰り返すことにより、本発明のベーパーチャンバーは、外部動力を要することなく自立的に作動し、作動液の蒸発・凝縮潜熱を利用して、二次元的に迅速に熱を拡散させることができる。
Although not shown in FIGS. 1 and 3, the working fluid is further sealed in the
作動液の種類は特に限定されず、例えば、水、アルコール類、代替フロン類等を用いることができ、好ましくは水が用いられる。 The type of hydraulic fluid is not particularly limited, and for example, water, alcohols, alternative chlorofluorocarbons, etc. can be used, and water is preferably used.
本発明のベーパーチャンバーは、熱源に近接させるように、放熱デバイスに搭載され得る。従って、本発明は、本発明のベーパーチャンバーを有して成る放熱デバイスも提供する。本発明の放熱デバイスが本発明のベーパーチャンバーを備えることにより、発熱している電子部品および部品の周辺の温度上昇を効果的に抑制することができる。 The vapor chamber of the present invention can be mounted on a heat dissipation device so as to be close to a heat source. Accordingly, the present invention also provides a heat dissipation device comprising the vapor chamber of the present invention. By providing the heat dissipation device of the present invention with the vapor chamber of the present invention, it is possible to effectively suppress an increase in temperature around the electronic component that generates heat and the component.
本発明のベーパーチャンバーまたは放熱デバイスは、放熱を目的として電子機器に搭載され得る。従って、本発明は、本発明のベーパーチャンバーまたは放熱デバイスを有して成る電子機器を提供する。本発明の電子機器としては、例えばスマートフォン、タブレット、ノートPC等が挙げられる。本発明のベーパーチャンバーは上記のとおり、外部動力を必要とせず自立的に作動し、作動液の蒸発・凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。そのため、電子機器が本発明のベーパーチャンバーまたは放熱デバイスを備えることにより、電子機器内部の限られたスペースにおいて、放熱を効果的に実現することができる。 The vapor chamber or the heat dissipation device of the present invention can be mounted on an electronic apparatus for the purpose of heat dissipation. Accordingly, the present invention provides an electronic apparatus comprising the vapor chamber or heat dissipation device of the present invention. Examples of the electronic device of the present invention include a smartphone, a tablet, and a notebook PC. As described above, the vapor chamber of the present invention operates independently without requiring external power, and can diffuse heat at a high speed two-dimensionally using latent heat of evaporation / condensation of the working fluid. Therefore, by providing the electronic apparatus with the vapor chamber or the heat dissipation device of the present invention, it is possible to effectively realize heat dissipation in a limited space inside the electronic apparatus.
(実施例1)
はじめに、上部筐体シート6と下部筐体シート7とを形成するCu箔を2枚準備した。上部筐体シート6を形成するCu箔の寸法は、縦110mm横60mmであり、厚さが
0.2mmであった。下部筐体シート7を形成するCu箔の寸法は縦110mm横60mmであり、厚さが0.08mmであった。上部筐体シート6を形成するCu箔にエッチングにより柱3を形成した。柱3の形成のために使用したエッチング液は過硫酸ソーダであり、エッチング時間は柱3の高さが150μmになるように調整した。柱3の形成後、上部筐体シート6を形成するCu箔を、大気圧において180℃で30分間熱処理することにより、上部筐体シート6を形成するCu箔の表面に酸化膜を形成した。表面に酸化膜を有する、上部筐体シート6を形成するCu箔にエッチングにより細孔10を形成した。細孔10の形成のために使用したエッチング液は塩化鉄であり、エッチングの温度は25℃であり、エッチング時間は30秒間であった。細孔10が形成された上部筐体シート6と下部筐体シート7とで挟持されるようにウィック4を配置し、上部筐体シート6の外縁部と、下部筐体シート7の外縁部とを、レーザー溶接することにより封止して、本発明のベーパーチャンバー本体を得た。次に、得られたベーパーチャンバー本体の4角のうちの1角を切り取り、そこにCuパイプを差し込んだあと、ベーパーチャンバー本体とCuパイプをハンダにより固定した。このCuパイプを、切り替えバルブを介して真空ポンプと作動液である水の入った注射器につないだ。始めに切り替えバルブをベーパーチャンバー内部と真空ポンプをつないだ状態にし、ベーパーチャンバー本体内部を減圧した。その後、バルブを切り替え、ベーパーチャンバー内部と作動液の入った注射器をつなぎ、所定量の作動液をベーパーチャンバー内部に注入した後、Cuパイプをかしめて封止し、ベーパーチャンバーとした。使用したウィック4の厚さは、50μmであり、得られたベーパーチャンバーは、0.3mmの高さAと、110mmの幅Bと、60mmの奥行きDとを有していた。
Example 1
First, two Cu foils for forming the
(実施例2)
細孔10の形成のために使用したエッチング液を塩化鉄とし、エッチングの温度を25℃とし、エッチング時間を1分間にとした以外は、実施例1と同様の方法で、本発明のベーパーチャンバーを得た。
(Example 2)
The vapor chamber of the present invention was the same as in Example 1 except that the etching solution used for forming the
(実施例3)
細孔10の形成のために使用したエッチング液を塩化鉄とし、エッチングの温度を25℃とし、エッチング時間を2分間にとした以外は、実施例1と同様の方法で、本発明のベーパーチャンバーを得た。
Example 3
The vapor chamber of the present invention was prepared in the same manner as in Example 1 except that the etching solution used for forming the
(比較例1)
細孔10の形成のためのエッチング工程を行わないこと以外は、実施例1と同様の方法で、本発明のベーパーチャンバーを得た。
(Comparative Example 1)
A vapor chamber of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the etching step for forming the
実施例1〜3の上部筐体シート6の主内面の断面のSEM像を測定したところ、図6〜8のようになった。ここで、図6〜図8の図中央部の白い部分から上側は、観察用に後から設けた保護膜であり、図中央部の白い部分から下側が筺体断面である。図6に示される実施例1の上部筐体シート6の主内面は、平均深さ10nmの細孔10を有していた。図7に示される実施例2の上部筐体シート6の主内面は、平均深さ20nmの細孔10を有していた。図8に示される実施例3の上部筐体シート6の主内面は、平均深さ40nmの細孔10を有していた。図6〜8において、細孔10の位置を示すために、一部の細孔10を破線の円で囲っている。
When SEM images of the cross section of the main inner surface of the
実施例1のベーパーチャンバーを5個製造して、高温側85℃、低温側−40℃の熱衝撃試験を300サイクル行ったところ、熱衝撃試験を行う前と比較して最大熱輸送量が60%以下となったものは0個であった。実施例2および3のベーパーチャンバーをそれぞれ5個ずつ製造して、同様に熱衝撃試験を行ったところ、熱衝撃試験を行う前と比較して最大熱輸送量が60%以下となったものは0個であった。 Five vapor chambers of Example 1 were manufactured and subjected to 300 cycles of the thermal shock test at 85 ° C. on the high temperature side and −40 ° C. on the low temperature side. As a result, the maximum heat transport amount was 60 compared with before the thermal shock test. There were no 0% or less. When five vapor chambers of Examples 2 and 3 were manufactured and the thermal shock test was performed in the same manner, the maximum heat transport amount was 60% or less compared with that before the thermal shock test. There were zero.
これに対して、比較例1のベーパーチャンバーを5個製造して、同様に熱衝撃試験を行ったところ、5個のうち4個のベーパーチャンバーの最大熱輸送量が熱衝撃試験を行う前と比較して60%以下となった。これは、比較例1のベーパーチャンバーの製造工程では細孔10の形成のためのエッチング工程を行っていないため、比較例1のベーパーチャンバーが細孔10を有していないためであると考えられる。比較例1のベーパーチャンバーの筐体2の主内面は細孔10を有していないため、ウィックでトラップされる不純物ガスの量を低減することができず、ウィックの親水性が劣化し、ベーパーチャンバーの熱伝導特性が低下したものと考えられる。
On the other hand, when five vapor chambers of Comparative Example 1 were manufactured and the thermal shock test was performed in the same manner, the maximum heat transport amount of four of the five vapor chambers was before the thermal shock test. Compared to 60% or less. This is thought to be because the vapor chamber of Comparative Example 1 does not have the
本明細書において、最大熱輸送量とは、ベーパーチャンバーの一方の短辺部中央に1.5cm×1.5cmのセラミックヒーターを設置し、このヒーターによる投入熱量を増加させていった際に、セラミックヒーターが設置された面と反対側の筐体の面の温度がベーパーチャンバー中央部の温度に比べ5℃以上高くなったときに、ヒーターから投入されている熱の量をいう。 In this specification, the maximum heat transport amount means that when a ceramic heater of 1.5 cm × 1.5 cm is installed at the center of one short side of the vapor chamber and the input heat amount by this heater is increased, The amount of heat input from the heater when the temperature of the surface of the casing opposite to the surface on which the ceramic heater is installed is 5 ° C. or more higher than the temperature at the center of the vapor chamber.
このことから、本発明のベーパーチャンバーは、筐体2の主内面に細孔10を有することにより、ウィック4でトラップされる不純物ガスの量を低減することができ、ウィック4の親水性が劣化し、ベーパーチャンバーの熱伝導特性が低下することを防ぐことができることが明らかになった。
From this, the vapor chamber of the present invention has the
本発明のベーパーチャンバー、放熱デバイスおよび電子機器は携帯情報端末等の分野において、広範な用途に使用できる。例えば、CPU等の熱源の温度を下げ、電子機器の使用時間を延ばすために使用することができ、スマートフォン、タブレット、ノートPC等に使用することができる。 The vapor chamber, heat dissipation device and electronic apparatus of the present invention can be used for a wide range of applications in the field of portable information terminals and the like. For example, it can be used to lower the temperature of a heat source such as a CPU and extend the usage time of an electronic device, and can be used for a smartphone, a tablet, a notebook PC, and the like.
1a ベーパーチャンバー
1b ベーパーチャンバー
1c ベーパーチャンバー
2 筐体
3 柱
4 ウィック
5 凸部
6 上部筐体シート
7 下部筐体シート
8 接合層
10 細孔
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記筐体を内側から支持するように、前記筐体の内部空間に配置された柱と、
前記筐体の内部空間に封入された作動液と、
前記筐体の内部空間に配置されたウィックとを有し、
前記筐体の主内面の少なくとも一部分が、前記筐体の内部空間に露出しており、平均深さが10nm以上の細孔を有している、ベーパーチャンバー。 A housing,
Pillars arranged in the internal space of the housing so as to support the housing from the inside;
Hydraulic fluid sealed in the internal space of the housing;
Having a wick disposed in the internal space of the housing;
A vapor chamber in which at least a part of the main inner surface of the casing is exposed to the internal space of the casing and has pores having an average depth of 10 nm or more.
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