JP2022181083A - 熱伝導部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却ムラの発生を抑制可能な熱伝導部材を提供する。
【解決手段】熱伝導部材1は、内部に空間10aを有する筐体と、空間10aに配置されるウィック構造体30と、空間10aに配置される作動媒体と、を備える。筐体は、対向して配置される第1板11及び第2板12と、溝部17a、17bと、を有する。溝部は、第1板11及び第2板12の少なくともいずれか一方に配置され、空間10aに臨む。第1板11及び第2板12の一方に、熱源接触部が配置される。第1板11及び第2板12の対向方向、溝部17a、17bは、一端を熱源接触部の外側に配置されて熱源接触部上に進入し、溝部17a、17bの他端は、溝部17a、17bが熱源接触部に進入する方向の熱源接触部の長さの1/2を超えて配置される。
【選択図】図2
【解決手段】熱伝導部材1は、内部に空間10aを有する筐体と、空間10aに配置されるウィック構造体30と、空間10aに配置される作動媒体と、を備える。筐体は、対向して配置される第1板11及び第2板12と、溝部17a、17bと、を有する。溝部は、第1板11及び第2板12の少なくともいずれか一方に配置され、空間10aに臨む。第1板11及び第2板12の一方に、熱源接触部が配置される。第1板11及び第2板12の対向方向、溝部17a、17bは、一端を熱源接触部の外側に配置されて熱源接触部上に進入し、溝部17a、17bの他端は、溝部17a、17bが熱源接触部に進入する方向の熱源接触部の長さの1/2を超えて配置される。
【選択図】図2
Description
本発明は、熱伝導部材に関する。
従来の熱伝導部材は、内部に空間を有する容器と、空間に収容される金属粉焼結体及び作動流体と、を有する。容器は、対向して配置される第1シート体及び第2シート体を有し、第1シート体の内面には溝が形成されている。第2シート体の外面は、熱源に接触する。凝縮した作動流体は、溝状のグルーブを介して熱源側に流入する(例えば、特許文献1)。
しかしながら、上記のような熱伝導部材は、熱源と溝状のグルーブとが、離れて配置されており、凝縮した作動流体が、熱源側に流入し難く、冷却ムラが発生する可能性があった。
本発明は、冷却ムラの発生を抑制可能な熱伝導部材を提供することを目的とする。
本発明の例示的な熱伝導部材は、内部に空間を有する筐体と、空間に配置されるウィック構造体と、空間に配置される作動媒体と、を備える。筐体は、対向して配置される第1板及び第2板と、溝部と、を有する。溝部は、第1板及び第2板の少なくともいずれか一方に配置され、空間に臨む。第1板及び第2板の一方に、熱源接触部が配置される。第1板及び第2板の対向方向、溝部は、一端を熱源接触部の外側に配置されて熱源接触部上に進入し、溝部の他端は、溝部が熱源接触部に進入する方向の熱源接触部の長さの1/2を超えて配置される。
本発明によると、冷却ムラの発生を抑制可能な熱伝導部材を提供することができる。
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面においては、適宜、3次元直交座標系としてXYZ座標系を示す。XYZ座標系において、Z軸方向は、鉛直方向(すなわち上下方向)を示し、+Z方向が上側(重力方向の反対側)であり、-Z方向が下側(重力方向)である。Z軸方向は、後述する第1板11と第2板12との対向方向でもある。X軸方向は、Z軸方向と直交する方向を指し、その一方向および逆方向を、それぞれ+X方向および-X方向とする。Y軸方向は、Z軸方向およびX軸方向の両方向と直交する方向を指し、その一方向および逆方向を、それぞれ+Y方向および-Y方向とする。ただし、これは、あくまで説明の便宜のために方向を定義したものであって、本発明に係る熱伝導部材1の製造時および使用時の向きを限定するものではない。また、「平行」、と表現する場合、数学的に厳密に平行である場合のみを指すものではなく、例えば本開示における効果を奏する程度に平行である場合を含む。
また、本明細書において、「焼結」とは、金属の粉末または金属の粉体を含むペーストを、金属の融点よりも低い温度まで加熱して、金属の粒子を焼き固める技術を指す。また、「焼結体」とは、焼結によって得られる物体を指す。
<1.熱伝導部材の構成>
図1は、本発明の例示的な実施形態に係る熱伝導部材1の上面図であり、図2は、図1のA-A断面図である。なお、図1において、溝部17bは、図示していない。図3は、熱伝導部材1の模式的な側面断面図である。
図1は、本発明の例示的な実施形態に係る熱伝導部材1の上面図であり、図2は、図1のA-A断面図である。なお、図1において、溝部17bは、図示していない。図3は、熱伝導部材1の模式的な側面断面図である。
熱伝導部材1は、ベーパーチャンバーとも呼ばれ、熱源Hの熱を輸送する。熱源Hとしては、例えば、熱を発する電子部品またはその電子部品を搭載する基板が考えられる。熱源Hは、熱伝導部材1による熱の輸送によって冷却される。このような熱伝導部材1は、例えば、スマートフォン、ノート型パーソナルコンピュータなどの、熱源Hを有する電子機器に搭載される。
熱伝導部材1は、筐体10と、作動媒体20と、ウィック構造体30と、を備える。筐体10は、内部に空間10aを有する。作動媒体20及びウィック構造体30は、空間10aに配置される(図3参照)。ウィック構造体30は、複数の金属線状部材が編み込まれたメッシュ部材又は多孔質の焼結体であり、作動媒体20の流路を形成する空隙部(不図示)を有する。
筐体10は、例えば、Z軸方向(対向方向)から見て、略長方形状である。筐体10の長辺は、X軸方向に沿って延び、筐体10の短辺は、Y軸方向に沿って延びる。
筐体10は、対向して配置される第1板11及び第2板12と、柱部15と、リブ16と、溝部17a、17bと、を有する。本実施形態では、第1板11及び第2板12は、Z軸方向(鉛直方向)に対向して配置される。
第1板11及び第2板12は、上面視において水平方向に拡がる略矩形の板状である。本実施形態では、第1板11及び第2板12は、銅である。なお、第1板11及び第2板12は、銅以外の金属の表面に銅メッキを施して形成されてもよい。銅以外の金属としては、例えばステンレス鋼が考えられる。第2板12の上面にはウィック構造体30が接触する。
第1板11及び第2板12の一方には、熱源接触部101が配置される。本実施形態では、第2板12に熱源接触部101が配置される。熱源接触部101は、熱源HとZ軸方向に臨んで対向する領域であり、例えば、熱源Hと接触する領域である。筐体10の熱源接触部101以外の領域に放熱部102が形成される。放熱部102は、熱源接触部101とX軸方向に隣り合う(図3参照)。なお、本実施形態では、熱源接触部101は、Z軸方向から見て矩形状であるが、形状は限定されない。
熱源接触部101は、熱源Hが発する熱によって加熱される。放熱部102は、熱源接触部101で加熱された後述の作動媒体20が有する熱を外部に放出する。また、放熱部102には放熱性を向上させるために、放熱フィンやヒートシンク等の熱交換手段(図示せず)が熱的に接続してもよい。熱源接触部101は、筐体10のX軸方向の中央よりも一方に偏って配置される。これにより、放熱部102を広く設けて熱伝導部材1の冷却効率を向上できる。
第1板11は、周縁から下方に延びる側壁部11aを有する。第2板12は、周縁から上方に延びる側壁部12aを有する。側壁部11aの下面と側壁部12aの上面とが接合部14で接合される。なお、側壁部11aを省いて、第1板11の下面と側壁部12aの上面とを接合してもよい。また、側壁部12aを省いて、第2板12の上面と側壁部11aの下面とを接合してもよい。
接合部14は、空間10aを囲む第1板11及び第2板12の周縁に配置され、Z軸方向から見て、ウィック構造体30の周囲に位置する。側壁部11aと側壁部12aとの接合方法は、特に限定されない。例えば、ホットプレス、拡散接合、ろう材を用いた接合、などのいずれの接合方法であってもよい。
なお、接合部14は、封止部を含んでいてもよい。封止部は、例えば、熱伝導部材1の製造過程において、作動媒体20を筐体10内に注入するための注入口を溶接によって封止した箇所である。
空間10aは、筐体10内の第1板11及び第2板12で囲まれた領域に形成される。空間10aは、密閉空間であり、例えば大気圧よりも気圧が低い減圧状態に維持される。空間10aが減圧状態であることにより、空間10aに収容される作動媒体20が蒸発しやすくなる。作動媒体20は、例えば水であるが、アルコールなどの他の液体であってもよい。
柱部15は、第1板11の下面から下方に突出して柱状に形成される。柱部15は、空間10aに配置され、第1板11及び第2板12を支持する。柱部15は、XY面内において2次元的に、かつ、規則的に並んで位置する。Z軸方向において、柱部15が、ウィック構造体30と接触することにより、筐体10のZ軸方向の厚みが一定に保たれる。なお、第1板11と柱部15とは、一体であってもよいし、別体であってもよい。
第1板11及び第2板12の一方は、ウィック構造体30に向かって突出するリブ16を有する。本実施形態では、リブ16は、第1板11の下面から下方に突出して筐体10の長手方向に直線状に延びる。このとき、リブ16は、筐体10の長辺の方向(X軸方向)に対して傾斜する。なお、リブ16は、筐体10の長辺の方向(X軸方向)に対して平行に延びてもよい。本実施形態において、リブ16の下面は、ウィック構造体30に接触するが、接触しなくてもよい。リブ16の下面が、ウィック構造体30に接触しない場合、気化した作動媒体20の空間10a内における流通が、リブ16によって妨げられることを低減できる。
溝部17aは、第1板11に配置され、空間10aに臨む。溝部17aは、リブ16のウィック構造体30に対する対向面に配置される。リブ16を設けることにより、筐体10の強度を向上できる。
溝部17bは、第2板12に配置され、空間10aに臨む。溝部17a及び溝部17bは、一端を熱源接触部101の外側に配置されて熱源接触部101上に進入する。熱源接触部101上に進入する溝部17a及び溝部17bの他端は、熱源接触部101上を通る分割線Dを超えて配置される。分割線Dは、溝部17a及び溝部17bが、熱源接触部101に進入する方向Eの熱源接触部101の長さLの1/2の位置を通り、方向Eに直交する。
すなわち、熱源接触部101上に進入する溝部17a及び溝部17bの他端は、溝部17a及び溝部17bが、熱源接触部101に進入する方向Eの熱源接触部101の長さの1/2を超えて配置される。
本実施形態では、分割線Dは、熱源接触部101の方向Eにおける中央を通って溝部17a及び溝部17bに直交する方向に延びる。溝部17aは、リブ16の下面から上方に向けて凹む。溝部17aは、リブ16の幅方向(Y方向)に複数並べて形成され、リブ16に沿って長手方向に直線状に延びる。複数の溝部17aは、リブ16の下面において、平行に並んで配置される。溝部17bは、第2板12の上面から下方に向けて凹む。溝部17bは、複数平行に並んで配置され、溝部17aと平行に延びる。
溝部17a及び溝部17bの他端は、Z軸方向(対向方向)から見て熱源接触部101上に配置される。すなわち、溝部17a及び溝部17bの他端は、Z軸方向(対向方向)から見て熱源接触部101の外周縁よりも内側に位置する。
溝部17a及び溝部17bの一端から分割線Dまでの長さは、分割線Dから溝部17a及び溝部17bの他端までの長さよりも長い。これにより、溝部17aが長く延びる側に放熱部102を広く配置でき、冷却効率を向上させることができる。
また、溝部17a及び溝部17bが熱源接触部101に進入する方向Eの熱源接触部101の長さの1/2の位置から溝部17a及び溝部17bの他端までの長さL1は、溝部17a及び溝部17bが熱源接触部101に進入する方向Eの溝部17a及び溝部17bの他端から熱源接触部101の外周縁までの長さL2よりも長い。
<3.熱伝導部材の動作>
図3において、作動媒体20が気化して生成される蒸気の流れを熱伝導部材1内の黒矢印で示し、液状の作動媒体20の流れを熱伝導部材1内の白抜き矢印で示す。
図3において、作動媒体20が気化して生成される蒸気の流れを熱伝導部材1内の黒矢印で示し、液状の作動媒体20の流れを熱伝導部材1内の白抜き矢印で示す。
上記の構成の熱伝導部材では、熱源Hで発生した熱により、熱源接触部101が加熱される。熱源接触部101の温度が上昇すると、ウィック構造体30に含まれた液状の作動媒体20が、気化する。
気化した作動媒体20は、空間10aを放熱部102側に移動する。このとき、気化した作動媒体20の一部は、冷却され、凝縮する。
凝縮した作動媒体20の一部は、滴下してウィック構造体30に吸収される。また、凝縮した作動媒体20の一部は、柱部15の外面に沿って移動してウィック構造体30に吸収される。
放熱部102に移動した気化した作動媒体20は、放熱部102で冷却されて凝縮する。凝縮した作動媒体20の一部は、毛細管現象によってウィック構造体30中を熱源接触部101に向かって移動する。
また、凝縮した作動媒体20の一部は、毛細管現象によって溝部17a及び溝部17b中を熱源接触部101に向かって移動する。このとき、熱源接触部101上に進入する溝部17a及び溝部17bの他端は、熱源接触部101上を通る分割線Dを超えて配置されており、凝縮した作動媒体20は熱源接触部101全体に流入し易い。また、熱源接触部101上において、凝縮した作動媒体20が、溝部17a及び溝部17bに保持される。このため、熱源接触部101の一部において、作動媒体20の供給不足によってドライアウトが発生することを低減できる。従って、冷却ムラの発生を抑制可能な熱伝導部材1を提供することができる。
また、リブ16の下面に配置された溝部17aの他端は、鉛直方向から見て熱源接触部101の外周縁よりも内側に位置するため、リブ16が、気化した作動媒体20の流通を妨げることを抑制し、熱伝導部材1の冷却効率の低下を抑制できる。
また、分割線Dから溝部17a及び溝部17bの他端までの長さL1は、溝部17a及び溝部17bの他端から熱源接触部101の外周縁までの長さL2よりも長いため、凝縮した作動媒体20は熱源接触部101全体により流入し易い。
上記のように作動媒体20が状態変化を伴いながら移動することにより、熱源接触部101側から放熱部102側への熱輸送が連続的に行われる。
<4.その他>
以上、本発明の実施形態を説明した。なお、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されない。本発明は、発明の主旨を逸脱しない範囲で上述の実施形態に種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾を生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。
以上、本発明の実施形態を説明した。なお、本発明の範囲は上述の実施形態に限定されない。本発明は、発明の主旨を逸脱しない範囲で上述の実施形態に種々の変更を加えて実施することができる。また、上述の実施形態で説明した事項は、矛盾を生じない範囲で適宜任意に組み合わせることができる。
例えば、図4は、熱伝導部材1の変形例を示す上面図であるが、溝部17a及び溝部17bの一端及び他端は、鉛直方向から見て熱源接触部101の外側に位置してもよい。溝部17a及び溝部17bが、熱源接触部101を横断することにより、凝縮した作動媒体20は熱源接触部101全体により流入し易くなる。
また、上述の実施形態では、第1板11に溝部17aを設け、第2板12に溝部17bを設けたが、一方を省いてもよい。例えば、溝部17aが、リブ16のみに配置され、溝部17bを省くことにより、第2板12の強度を向上できる。なお、ウィック構造体30は、溝部17bが設けられる場合、メッシュ部材で構成されることが好ましい。また、溝部17bを省く場合、焼結体又はメッシュ部材のいずれかで構成してもよい。
また、上述の実施形態では、リブ16は、第1板11の下面から突出するが、第2板12の上面から突出させてもよい。このとき、溝部17bは、リブ16の上面に配置される。また、リブ16を省いて第1板11の下面に溝部17aを配置してもよい。
また、上述の実施形態では、溝部17a及び溝部17bは、平行に延びるが、溝部17a及び溝部17bの一方が、他方に対して傾斜して延びてもよい。
各種熱源の冷却に利用することができる。
1 熱伝導部材
10 筐体
10a 空間
11 第1板
11a 側壁部
12 第2板
12a 側壁部
14 接合部
15 柱部
16 リブ
17a、17b 溝部
20 作動媒体
30 ウィック構造体
101 熱源接触部
102 放熱部
D 分割線
H 熱源
U 中心線
10 筐体
10a 空間
11 第1板
11a 側壁部
12 第2板
12a 側壁部
14 接合部
15 柱部
16 リブ
17a、17b 溝部
20 作動媒体
30 ウィック構造体
101 熱源接触部
102 放熱部
D 分割線
H 熱源
U 中心線
Claims (7)
- 内部に空間を有する筐体と、
前記空間に配置されるウィック構造体と、
前記空間に配置される作動媒体と、を備え、
前記筐体は、
対向して配置される第1板及び第2板と、
前記第1板及び前記第2板の少なくともいずれか一方に配置され、前記空間に臨む溝部と、を有し、
前記第1板及び前記第2板の一方に、熱源接触部が配置され、
前記第1板及び前記第2板の対向方向から見て、前記溝部は、一端を前記熱源接触部の外側に配置されて前記熱源接触部上に進入し、前記溝部の他端は、前記溝部が前記熱源接触部に進入する方向の前記熱源接触部の長さの1/2を超えて配置される、熱伝導部材。 - 前記溝部の一端から前記溝部が前記熱源接触部に進入する方向の前記熱源接触部の長さの1/2の位置までの長さは、前記溝部が前記熱源接触部に進入する方向の前記熱源接触部の長さの1/2の位置から前記溝部の他端までの長さよりも長い、請求項1に記載の熱伝導部材。
- 前記溝部の他端は、前記対向方向から見て前記熱源接触部の外側に位置する、請求項1又は請求項2に記載の熱伝導部材。
- 前記溝部の他端は、前記対向方向から見て前記熱源接触部の外周縁よりも内側に位置する、請求項1又は請求項2に記載の熱伝導部材。
- 前記溝部が前記熱源接触部に進入する方向の前記熱源接触部の長さの1/2の位置から前記溝部の他端までの長さは、前記溝部が前記熱源接触部に進入する方向の前記溝部の他端から前記熱源接触部の外周縁までの長さよりも長い、請求項4に記載の熱伝導部材。
- 前記第1板及び前記第2板の一方は、前記ウィック構造体に向かって突出するリブを有し、
前記溝部は、前記リブの前記ウィック構造体に対する対向面に配置される、請求項1~請求項5に記載の熱伝導部材。 - 前記溝部は、前記リブのみに配置される請求項6に記載の熱伝導部材。
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