JP3941606B2 - 冷却装置、エバポレータ用基板、電子機器装置及び冷却装置の製造方法 - Google Patents
冷却装置、エバポレータ用基板、電子機器装置及び冷却装置の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばパソコンや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せられる熱を冷却するために用いられる冷却装置、このような冷却装置に使用されるエバポレータ用基板、コンデンサ用基板及びこの冷却装置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。
【０００２】
【従来の技術】
メモリスティック（登録商標）、スマートメディア（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の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。
【０００３】
これらの記憶媒体はフラッシュメモリとド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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように記憶媒体の記憶容量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。
【０００５】
そこで、例えば電子機器装置側に冷却装置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。
【０００６】
ヒートパイプとは、管の内壁に毛細管構造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。
【０００７】
しかしながら、従来のヒートパイプは管状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。
【０００８】
そこで、ヒートパイプを小型化するために、２枚の基板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の作動液が封入され、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。
【０００９】
しかしながら、上記のように基板を用いてヒートパイプを構成すると、例えば、樹脂材料で基板を形成した場合には、基板表面の撥水性が低く、ヒートパイプ内部に封入した作動液が流れ難くなり、作動液の循環不良を起こす虞がある。
【００１０】
また、例えば金属材料で基板を形成した場合には、作動液と金属材料との間で化学反応（腐食）を生じ、その生成物が堆積し、流路が細くなり、作動液の循環不良を起こす、という問題がある。加えて、上記の金属材料の腐食を考慮すると、その分基板を厚くする必要があり、そのため小型薄型化ができないといった問題もある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型薄型化が可能であって、作動液の循環不良を起こすことがない冷却装置、エバポレータ用基板、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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
かかる課題を解決するため、本発明の主たる観点に係る冷却装置は、第１の面と、前記第１の面に形成され、液相路、気相路、蒸発部及び低温部を構成し酸化第一銅からなる第１の溝と、前記第１の溝の前記気相路に形成されたダイヤモンド状炭素膜とを有する第１の基板と、前記第１の基板に接合される側に設けられた第２の面と、前記第２の面とは反対側に設けられた第３の面とを有する第２の基板と、酸化第一銅からなる第２の溝を有し、前記第２の溝が前記蒸発部に連通するように前記第３の面を介して前記第２の基板に組み込まれたエバポレータ用基板とを具備する。
【００１９】
本発明では、酸化第一銅からなる第１の溝が形成されているので、表面の親水性が向上し、毛細管力が向上する。従って、第１の溝を流れる作動液の気化量が向上し、冷却効率が向上する。また例えば酸素イオン注入により表面は酸化第一銅（酸化第一銅、Ｃｕ２Ｏ）となり、耐腐食性を有するようになるので、腐食等を生じることがない。これにより、金属材料の腐食を防止できるので、金属材料の腐食分の厚みを考慮して形成していた従来と比較し、本発明では、腐食分の厚みを削減して形成できる。従って、小型薄型化が可能 となる。また、このようにして形成された酸化第一銅となった表面は、抗菌作用を有するため、作動液が常に清浄に保たれ、作動液の変質を防止することができる。
従来、銅の表面にダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）の薄膜を形成することは、銅及びＤＬＣ膜の線膨張係数が約１００倍違うために、ヒートパイプ内部等の高温環境では銅とＤＬＣ薄膜が分離してしまい形成することができなかったが、本発明では第１の溝表面に酸化第一銅の薄膜を形成しており、この酸化第一銅の線膨張係数は銅の係数の約１００分の１なので、熱による形状の変化が少なく、ＤＬＣ膜を形成することが可能である。このようにして形成されたＤＬＣ膜により、第１の溝表面の撥水性が向上し、第１の溝を流れる作動液の流動性が良好となり、しかも腐食等を防止することができる。
前記酸化第一銅の表面は銅の表面に酸素イオン注入して形成することが好ましい形態である。
【００２０】
また、前記酸素イオンが注入された第２の溝表面はダイヤモンド状炭素の薄膜を更に具備することも可能である。前記酸化第一銅の表面は銅の表面に酸素イオン注入して形成することが好ましい形態である。
【００２１】
本発明では、基板表面と、前記基板表面に形成されたコンデンサ溝とを有し、金属に相当する熱伝導性を有する材料からなり、前記コンデンサ溝が前記低温部に連通するように前記第３の面を介して前記第２の基板に組み込まれたコンデンサ部分用の基板を更に具備することがより好ましい。
【００２２】
これにより、作動液の気体から液体への変換をより効率よく行うことができる。
【００２３】
そして、前記コンデンサ部分用基板は、前記基板表面の反対側に設けられた基板裏面を有し、当該冷却装置は、前記コンデンサ部分用基板の前記基板裏面に接合され、樹脂材料からなる放熱フィンをさらに具備し、前記放熱フィンの表面には前記樹脂材料よりも熱伝導性の高い薄膜が被覆されていることがより好ましい。
【００２４】
金属材料で形成されていた放熱フィンと比較して軽量化を図ることができる。この放熱フィンの表面に前記樹脂材料よりも熱伝導性の高い薄膜、例えばダイヤモンド状炭素からなる薄膜を被覆することで、十分な放熱効果を得ることが可能となる。
【００２５】
本発明に係るエバポレータ用基板は、第１の面と、前記第１の面に形成され、液相路、気相路、蒸発部及び低温部を構成する第１の溝を有する第１の基板と、前記第１の基板に接合される側に設けられた第２の面と、前記第２の面とは反対側に設けられた第３の面とを有する第２の基板とを含む冷却装置に用いられるエバポレータ用基板であって、酸化第一銅からなる第２の溝と、前記第２の溝上に形成されたダイヤモンド状炭素膜とを有し、前記第２の溝が前記蒸発部に連通するように前記第３の面を介して前記第２の基板に組み込まれている。
本発明の別の観点に係る電子機器装置は、フラッシュメモリを有するカード型記憶媒体が着脱可能なスロットと、前記記録媒体側又は電子機器装置側に配置されたドライバと、前記ドライバを冷却する冷却装置とを有する電子機器装置であって、前記冷却装置は、第１の面と、前記第１の面に形成され、液相路、気相路、蒸発部及び低温部を構成し酸化第一銅からなる第１の溝と、前記第１の溝の前記気相路に形成されたダイヤモンド状炭素膜とを有する第１の基板と、前記第１の基板に接合される側に設けられた第２の面と、前記第２の面とは反対側に設けられた第３の面とを有する第２の基板と、酸化第一銅からなる第２の溝を有し、前記第２の溝が前記蒸発部に連通するように前記第３の面を介して前記第２の基板に組み込まれたエバポレータ用基板とを有する。
【００２６】
本発明では、上記構成の、冷却性能が高く、かつ、薄型化を図った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薄型化して動作不良等を生じることもない。
【００２７】
本発明の更に別の観点に係る冷却装置の製造方法は、第１の基板の第１の面に、液相路、気相路、蒸発部及び低温部を構成する第１の溝を形成する工程と、前記第１の溝を酸化第一銅に改質する工程と、前記酸化第一銅に改質された前記第１の溝の前記気相路に、ダイヤモンド状炭素膜を形成する工程と、前記第１の基板の前記第１の面側に、第２の基板の第２の面を接合することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程と、銅からなるエバポレータ用基板に第２の溝を形成する工程と、前記第２の溝を酸化第一銅に改質する工程と、前記第２の溝が前記蒸発部に連通するように、前記第２の基板の前記第２の面とは反対側に設けられた当該第２の基板の第３の面を介して、前記エバポレータ用基板を前記第２の基板に組み込む工程とを具備する。
【００２８】
本発明は、上記構成の第１の溝及び第２の溝の毛細管力が向上した冷却装置を効率よく確実に製造することが可能となる。また、流路表面にダイヤモンド状炭素の薄膜を設けることもできる。これにより作動液の流動性が向上する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００３０】
（冷却装置）
図１は本発明の一実施形態に係る冷却装置を分解した斜視図であり、図２はその冷却装置の組み立てた状態の断面図である。
【００３１】
図１及び図２に示すように、冷却装置１は４枚の基板１０、２０、３０、４０からなる。基板１０は熱伝導性の低い樹脂材料として例えば、ポリイミド樹脂または他の耐熱性のよいエンジニアプラスチック等からなる矩形状の基板であり、その流路全体には作動液に対する親水性を高めるために酸素イオンを注入した後、気相路にはダイヤモンド状炭素（Ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ、以下ＤＬＣとも言う）薄膜が形成され、撥水性を高めるようになっており、上側に配置される。
【００３２】
コンデンサ用基板２０は例えば銅、真鍮等の銅合金またはニッケル等の金属からなる矩形状のコンデンサ部分２１と、放熱フィン２２とからなる。
【００３３】
エバポレータ用基板４０は、例えば銅からなる矩形状の基板である。この基板４０の表面には、溝（第２の溝）４１が形成され、該溝表面は酸素イオンが注入することで酸化第一銅とされている。
【００３４】
基板３０は熱伝導性の低い樹脂材料として例えば、ポリイミド樹脂他の耐熱性のよいエンジニアプラスチック等からなる矩形状の基板であり、下側に配置される。
【００３５】
コンデンサ用基板２０、エバポレータ用基板４０はそれぞれ基板３０の孔３１、３２に組み込まれる。これら４枚の基板１０、２０、３０、４０は、銅薄膜などを介して接着される。
【００３６】
基板１０の表面１０ａ、コンデンサ部分２１の表面２１ａ、及びエバポレータ用基板４０の表面４０ａには溝１１、溝２１ｃ、及び溝４１が、また基板３０には孔３１、３２が、放熱フィン２２の表面２２ａには、凸部２２ｃがそれぞれ形成されている。これらの溝、孔、凸部２２ｃは４枚の基板が接着する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。
【００３７】
図３は、基板１０の溝の構成を示した平面図である。
【００３８】
図３に示すように、基板１０の表面１０ａには溝（第１の溝）１１が形成されている。この溝１１は、液体が流れる液相路１２、気体が流れる気相路１５が設けられ、これら流路表面には、銅箔が埋め込まれており、その表面には親水性を高めるために酸素イオンを注入した後、例えば気相路１５上には撥水性を高めるためにＤＬＣの薄膜が形成されている。また、基板１０には液を供給するリザーバ１３が設けられており、ヒートパイプ内がドライアウトしないよう適宜液体を補充できるようになっている。
【００３９】
このように、液相路１２、気相路１５それぞれに膜処理を施すことにより、液相路１２表面は親水性が高く、気相路１５は撥水性を高くすることが可能となるので、液相気相を問わず、作動液を効率良く輸送することが可能となり、冷却効率を向上させることができる。
【００４０】
図４は、基板３０の孔の構成を示した平面図である。
【００４１】
図４に示すように、基板３０に設けられた孔３１、３２はそれぞれ、基板３０を貫通するように形成されている。
【００４２】
図５は、エバポレータ用基板４０の平面図である。
【００４３】
図５に示すように、エバポレータ用基板４０は銅からなり、その表面４０ａには溝４１が形成されている。この溝４１表面上には、酸素イオンが注入され、酸化第一銅の膜が形成されている。
このように銅に酸素イオンを注入して表面を酸化第一銅とすることにより、親水性を向上することができる。すなわち、酸素イオン注入前の銅表面の水の接触角はだいたい６０度程度であるが、イオン注入を行い、酸化第一銅膜を形成した場合、酸化第一銅の水との接触角は概ね１５度程度まで引き下げることができる。このように溝４１表面の親水性が向上することにより溝４１の毛細管力が向上し、それにより作動液の気化量も向上する。
【００４４】
また、酸化第一銅は作動液に対する耐腐食も高いので、従来は腐食を考慮して厚く形成していたところ、本実施形態では小型薄型のエバポレータを形成することが可能となる。
【００４５】
なお、この酸化第一銅とされた溝表面にＤＬＣ薄膜を形成し、耐腐食性を向上させるようにしても構わない。
【００４６】
図６は、コンデンサ用基板のコンデンサ部分を示した平面図である。図７は、コンデンサ用基板の放熱フィンを示した平面図であり、図８は、図７の放熱フィンの断面図である。
【００４７】
コンデンサ用基板２０は、コンデンサ部分２１と放熱フィン２２とからなる。
【００４８】
図６に示すように、コンデンサ部分２１の表面２１ａ上には溝２１ｃが形成されている。表面２１ａと対向する対向面２１ｂは、放熱フィン２２と接着固定されている。
【００４９】
図７又は図８に示すように、コンデンサ用基板２０の放熱フィン２２は、熱伝導性が低く、１００℃以上の耐熱性を有する樹脂材料、例えばエチレン、オレフィン等からなり、外部表面に熱伝導性の高い材料として、例えばＤＬＣの薄膜(図示せず)が形成されている。この放熱フィン２２の表面２２ａは、複数の、例えば４個の凸部２２ｃが形成され、放熱フィン２２の内部は、０．１気圧の減圧状態となり、該内部には冷媒としての水２２ｅが封入されている。対向面２２ｂには、例えば銅等の基板からなる蓋部２２ｄが設けられ、水２２ｅを封止している。放熱フィン２２内部の水２２ｅは、コンデンサ部分２１からの凝縮熱により沸騰し、熱交換される。
【００５０】
このように、本発明の放熱フィン２２は、金属材料で形成されていた放熱フィンと比較して軽量化を図ることができる。この放熱フィン２２の外部表面にＤＬＣの薄膜が形成されることで、十分な放熱効果を得ることが可能となる。なお、ここでは、ＤＬＣの薄膜で説明したが、熱伝導性の高い金属等の薄膜を形成してもよい。
【００５１】
なお、図９に示すように、放熱フィン２２に、外部ポンプ２２ｆを更に設けてもよい。放熱フィン２２の蓋部２２ｄは、配管を介して、外部ポンプ２２ｆと連通されている。これによって、放熱フィン２２内部の水２２ｅは、該配管を介して外部ポンプ２２ｆによって能動的に循環することができる。
【００５２】
図１０は、上記の各基板１０、２０、３０及び４０を接着層６０を介して接合した状態を示している。
【００５３】
これら各基板１０、２０、３０及び４０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。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しながら循環する。これにより熱移動を行わせ、冷却装置として機能する。
【００５４】
以下、その液体／気体の循環の様子を便宜的に液相路１２を始点として説明する。
【００５５】
まず、液体が液相路１２から蒸発部１４へ流入する。その際に蒸発部１４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。
【００５６】
蒸発部１４に流入した液体は、加熱され沸騰する。沸騰することによって気化した気体は、気相路１５を介して低温部１６へ流入し、液体に凝縮される。このとき凝縮された液体は、低温部１６から液相路１２へ再度循環される。
【００５７】
なお、本実施形態では、基板１０及び３０の材料として樹脂材料を用いたが、ガラスを用いても良いし、樹脂材料とガラスとの組み合わせであっても良い。
【００５８】
図１１は基板上をある一定時間で熱が拡散した領域を模式的に図に示したもので、図１１（ａ）はシリコン基板を用いた場合を示し、図１１（ｂ）は樹脂基板を用いた場合を示し、図１１（ｃ）は樹脂基板に金属を組み込んだ樹脂・金属複合基板を示している。
【００５９】
図１１（ａ）に示すように、シリコン基板の熱源Ａ−１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１１（ｂ）に示すように樹脂基板の熱源Ｂ−１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）。
【００６０】
ヒートパイプとして機能するためには、エバポレータに一定以上の熱が集中し
なければならないが、図１１（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。
【００６１】
また、ヒートパイプとして機能するためには、エバポレータに一定以上の熱伝導性がなければならないが、図１１（ｂ）に示したように樹脂基板のみの場合には熱伝導性がほとんどなくその機能を十分に果たさない。
【００６２】
以上の点に対し、本発明では、図１１（ｃ）に示したように、樹脂・金属複合基板の熱源Ｃ−１の熱は金属部については高い拡散性を有し、その周りの樹脂領域にはほとんど拡散せず（Ｃ−２）、エバポレータにおいては熱が十分に伝わり、周囲の樹脂の部分に熱が拡散しにくいので、つまり熱がエバポレータに集中し、ヒートパイプとしての機能を十分に果たすことになる。
【００６３】
図１２は流路を流れる液体の様子を模式的に示したものである。図１２（ａ）は、金属基板で形成された溝を流れる液体の様子を表したものであり、図１２（ｂ）は、金属基板にＤＬＣの薄膜が形成された溝を流れる液体の様子を表したものである。
【００６４】
図１２（ａ）に示すように、金属で形成された溝を流れる液体は、溝を流れる際に金属との間で化学反応（腐食）を生じ、その生成物が堆積し、流路が細くなり、作動液の循環不良を起こしている。
【００６５】
これに対して、図１２（ｂ）に示すように、金属表面にＤＬＣの薄膜で被覆され形成された溝を流れる液体は、溝を流れる際に金属との間で化学反応（腐食）を生じないので、腐食を防止することができる。しかも、溝表面の撥水性が高くなるので、ウィックの溝を流れる作動液の流動性が良好となり、作動液の循環不良等を起こすことはなくなる。
（冷却装置の製造方法）
図１３は冷却装置の製造工程を示したものである。
【００６６】
まず、ヒートパイプとして機能する樹脂材料からなる基板１０及び基板３０の溝を形成する（ステップ９０１）。基板１０及び基板３０をパターンニングした後、エッチングにより溝を形成する。
次に、コンデンサ又はウィックとして機能する金属材料からなるコンデンサ用基板２０のコンデンサ部分２１及びエバポレータ用基板４０の溝を形成する（ステップ９０２）。コンデンサ部分２１の表面２０ｂには、気体状態から液体状態へ変化させる際に機能するコンデンサして機能する溝２１ｃを形成する。エバポレータ用基板４０には、液体状態から気体状態へ変化させる際に機能するウィックの溝４１として機能する溝を形成する。これらの溝はＵＶ−ＬＩＧＡと呼ばれる方法によって形成される。
【００６７】
図１４をもとに、ＵＶ−ＬＩＧＡについて具体的に説明する。
【００６８】
まず、図１４（ａ）に示すように、プレート８２上例えば有機材料であるＳＵ−８からなるレジスト層８１を形成し、その上にパターンニングされたレジスト膜８３を形成する。これをパターン基板８０と呼ぶ。
【００６９】
次に、図１４（ｂ）に示すように、パターン基板８０の上方からＵＶを照射し、レジスト層８１のエッチングを行う。
【００７０】
次に、図１４（ｃ）に示すように、このパターン基板８０からレジスト膜８３を剥離し、この表面にニッケルＮｉの電鋳でニッケル層８４を形成する。
【００７１】
そして、図１４（ｄ）に示すように、パターン基板８０からニッケル層８４を剥離する。剥離したニッケル層８４が溝を有するコンデンサ用基板２０及びエバポレータ用基板４０となる。なお、コンデンサ用基板２０及びエバポレータ用基板４０の形成は、ＵＶ−ＬＩＧＡではなく、反応性イオンエッチング法によっても可能である。
【００７２】
次に、コンデンサ用基板２０の放熱フィン２２を形成する（ステップ９０３）。
【００７３】
放熱フィン２２は、所定の金型により樹脂材料の放熱フィン２２を形成する。さらに、このように形成された樹脂材料の内部へ冷媒として水２２ｅを封入し、銅等の基板からなる蓋部２２ｄと接合し、封止する。
【００７４】
次に、エバポレータ用基板４０のウィックの溝４１、に酸素イオンを注入する。
【００７５】
図１５は、エバポレータ用基板４０のウィックの溝４１へのＰＢＩＩ（プラズマベーストイオンインプランテーション）技術を用いた表面処理装置を示し、図１６は、基板１０のＰＢＩＩ技術を用いた表面処理装置を示している。また、図１７は、図１５及び図１６のパルス電圧を示した図である。
【００７６】
図１５に示すように、エバポレータ用基板４０は、真空装置１２４内の中心部に絶縁碍子１２０を介しパルス電源１２１に接続されている。真空装置１２４は、真空ポンプ１２３により排気され、更に、イオン源１２２により、目的に応じて酸素、メタン、窒素、チタン等がパルスに同期して供給されるようになっていて、ここでは酸素イオンが供給されるようになっている。
【００７７】
ＰＢＩＩ技術は、被処理物としてのウィックの溝４１を真空装置１２４内に中心部に配置し、その周囲をプラズマで囲み、ウィックの溝４１表面に負の高電圧パルス電圧を印加することにより、プラズマ中のイオンをウィックの溝４１表面に誘引衝突堆積させ、３次元の表面の機能を改質させようとする技術である。
【００７８】
熱伝導のよい無酸素銅からなるウィックの溝４１に、イオン源１２２より供給された酸素イオンを図１７のパルス条件でパルスプラズマ化させる。例えば、深さ２０μｍ、間隔１００μｍ、幅４０μｍのウィックを用い、時間は約１分間、温度は３５度で、パルスイオン電流は０．７Ａの条件で、酸素イオンの注入を行い、ウィックの溝４１表面にイオン注入を施した。これによって、ウィックの溝４１表面は、無酸素銅から酸化第一銅に改質される。無酸素銅の表面の接触角は水玉により測定され未処理では６０度であったが酸素イオン注入により接触角が１５度に改質、すなわち親水性が向上した。これによりウイックの毛細管力が向上し、ポンプ力を大きくすることができた。
【００７９】
次に基板１０の表面処理を行う（ステップ９０４）。
【００８０】
まず、ステップ９０１で形成された液相路１２及び気相路１５の溝１３０に銅箔をホットエンボスにより埋めこむ。次いで、図１６に示すＰＢＩＩ装置で、図１７に示す条件で酸素イオンを溝表面に注入し、表面を改質する。液相路１２又は気相路１５の溝を除く非処理部分は、メタルマスク又はレジストマスクの保護膜１３６により保護される。図１５と同様に、液相路１２又は気相路１５の溝１３０は、真空装置１３５内の中心部に絶縁碍子１３１を介しパルス電源１３２に接続されている。真空装置１３５は、真空ポンプ１３４により排気され、更に、イオン源１３３において、酸素、メタン、窒素、チタン等が図１７のパルス条件でパルスプラズマ化され、該パルスに同期して供給されるようになっている。このように、非処理領域を保護膜１３６で保護することにより、選択的に必要な処理領域つまり、液相路１２又は気相路１５の溝１３０のみにＤＬＣ薄膜を形成することができる。このようにして、この改質後の液相路１２／気相路１５の溝１３０表面にＤＬＣ薄膜を３ミクロン形成する。この時の水との接触角は７０度であった。更にイオン源１３３より供給されたＣＦ４ガスをパルスプラズマ化し、時間は約３分間で、図１７のパルス条件で、イオン注入を行い、表面の水素をフッ素で置換する。この場合は水との接触角は１１０度になった。これにより、液相路１２／気相路１５の溝にＤＬＣ薄膜が形成される。なお、ここでは、銅の酸化で説明したが、銅の変わりにチタンを用いた場合においても同様の結果が得られた。
【００８１】
また、放熱フィン２２に関しても、ここで説明した工程と同様にしてＤＬＣの薄膜の形成を行う。
【００８２】
なお、ここでＤＬＣ薄膜を形成するプラズマを使った表面改質技術においては、ＰＢＩＩ技術を用いたが、この他にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等を用いて形成してもよい。
【００８３】
次に、図１８に示すように溝が各々形成された基板１０と基板３０とを銅等の薄膜を介して接合する（ステップ９０５）。基板１０、基板３０同士を接合する際には、作動液として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。
【００８４】
更に、図１９に示すように、基板３０を貫通して開けられた孔にコンデンサ用基板２０及びエバポレータ用基板４０を組み込む工程を行う（ステップ９０６）。基板３０と、コンデンサ用基板２０及びエバポレータ用基板４０はそれぞれ隙間がないように、例えばプラスチックを溶解して接合することによって組み込む。基板が薄いので例えばパッキングプレート等に貼り付けて組み込みを行うことが好ましい。また、本実施例においてコンデンサ用基板２０又はエバポレータ用基板４０は、基板３０に貫通して開けられた孔３２、３４に組み込まれるが、これらの基板は基板３０の表面３０ｂから基板３０を貫通しないように開けられた孔に組み込まれてもよい。これにより冷却装置１が形成されることになる。
【００８５】
上に述べた製造方法により、ヒートパイプを効率よく製造できる。
【００８６】
尚、本実施形態では、溝４１に酸素イオン注入を行ったが、その後に基板流路等と同様に、保護膜としてＤＬＣを設けることも可能である。そうすることにより、作動液の流動性を高め、耐腐食性を更に向上することができる。
【００８７】
また、本実施形態ではウイックの材料として銅を用いているが、銅の代わりにチタンを用いても良い。
【００８８】
（冷却装置の他の例）
図２０はコンデンサ基材１４２とエバポレータ基材１４４とをフレキシブル基板１４１で繋げているフレキシブル冷却装置１４０を示したものである。
【００８９】
コンデンサ基材１４２、エバポレータ基材１４４はそれぞれフッ素樹脂からなり、上述した方法によってコンデンサ用基板２０、エバポレータ用基板４０が組み込まれたものである。
【００９０】
フレキシブル基板１４１はプラスチックからなり、内部にヒートパイプの流路１４３を含んでいる。これらの基材又は基板が一体となってヒートパイプを構成する。
【００９１】
フレキシブル基板１４１は自由な変形が可能である。例えば電子機器の発熱部にエバポレータ基材１４４を装着させ、電子機器の外部表面の形状に沿うようにフレキシブル基板を密着させることができる。
【００９２】
このような構成の冷却装置によれば、狭い空間にも効率的にヒートパイプを装着させることができ、電子機器等の小型薄型化が図れる。
【００９３】
（電子機器装置）
図２１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。
【００９４】
パソコン１５０は、フラッシュメモリ１５３とドライバ１５２とを有する記録媒体１５４を着脱するためのスロット１５１、及び処理部１５５を有する。本発明に係る冷却装置１はスロット１５１を介して装着された記録媒体１５４の例えばドライバ１５２の直下に溝４１が位置するようにパソコン１５０内に配置されている。
【００９５】
また、本発明に係る冷却装置１は、エバポレータが処理部１５５に隣接するように配置されてもよい。この場合、コンデンサは図示しない例えば冷却ファンなどに隣接するように設置するのが好ましい。これにより、処理部１５５から発せられた熱は、エバポレータで吸収され、冷却ファンの働きによってコンデンサから放出されることとなるため、処理部１５５を冷却することができる。
【００９６】
なお、ここでは、電子機器装置としてパソ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。
【００９７】
（表示装置）
図２２は本発明に係る冷却装置が搭載された液晶ディスプレイの概略斜視図である。
【００９８】
液晶ディスプレイ１６０は、ドライバ１６１、表示部１６２、冷却ファン１６３とを有する。本発明に係る冷却装置１はドライバ１６１に隣接してエバポレータが位置するように、さらに冷却ファン１６３に隣接してコンデンサが位置するように液晶ディスプレイ内に配置されている。液晶ディスプレイ１６０の起動によってドライバ１６１から発生した熱は、エバポレータに吸収され、この吸収熱により冷却装置１の内部の液体が気化し、流路を通ってコンデンサに流れる。冷却ファン１６３はコンデンサを冷却し、コンデンサに流れてきた気体の熱を放出させ、この気体を再び液化させる。コンデンサで液化された液体は流路を通ってエバポレータに流れ、ドライバ１６１から発生した熱を吸収して再び気化する。このように冷却装置１内部の液体の循環によってドライバ１６１を冷却することができる。同様にして、エバポレータを表示部１６２に隣接して設置することにより、表示部１６２を冷却することも可能である。
【００９９】
なお、ここでは、表示装置として液晶ディスプレイを例にとり説明したが、本発明に係る冷却装置はプラズマディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の他の表示装置にも搭載することが可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型薄型化が可能で、かつ、循環効率が良く、温調性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一の形態に係る冷却装置の構成を表す分解した斜視図である。
【図２】 本発明の一の形態に係る冷却装置の組み立てた状態の断面図である。
【図３】 本発明の一の形態に係るの冷却装置の基板を示す平面図である。
【図４】 本発明の一の形態に係る冷却装置の基板を示す平面図である。
【図５】 本発明の一の形態に係る冷却装置のエバポレータ用基板を示す平面図である。
【図６】 本発明の一の形態に係る冷却装置のコンデンサ用基板のコンデンサ部分を示す平面図である。
【図７】 本発明の一の形態に係る冷却装置の放熱フィンを示す平面図である。
【図８】 本発明の一の形態に係る冷却装置の放熱フィンの断面図である。
【図９】 本発明の一の形態に係る冷却装置の放熱フィンの応用例としての斜視図である。
【図１０】 本発明の一の形態に係る冷却装置の２枚の基板、コンデンサ用基板及びエバポレータ用基板を組み立てた状態を示した平面図である。
【図１１】 シリコン基板、樹脂基板及び本発明の樹脂・金属複合基板に対して熱拡散性の観点から比較した図である。
【図１２】 金属基板及び本発明において、溝表面にＤＬＣの薄膜を形成する金属基板に対して潤滑特性の観点から比較した図である。
【図１３】 本発明の冷却装置の製造工程を示した図である。
【図１４】 本発明の冷却装置に用いるコンデンサ用基板及びエバポレータ用基板を形成する工程を示した概略図である。
【図１５】 本発明の冷却装置に用いるエバポレータ用基板のウィックの溝４１へＰＢＩＩ技術を行う表面処理装置を示した斜視図である。
【図１６】 本発明の冷却装置に用いる基板へＰＢＩＩ技術を行う表面処理装置を示した斜視図である。
【図１７】 図１５及び図１６に示す表面処理装置で処理されるときのパルス電圧を示した図である。
【図１８】 本発明の冷却装置の用いる２枚の基板を接合する工程を示した概略図である。
【図１９】 本発明の冷却装置に用いる基板にコンデンサ用基板及びエバポレータ用基板を組み込む工程を示した概略図である。
【図２０】 本発明の他の形態に係る冷却装置を示した概略図である。
【図２１】 本発明の冷却装置を搭載したパソコンの概略斜視図である。
【図２２】 本発明の冷却装置を搭載した液晶ディスプレイの概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 冷却装置
１０ 基板
２０ コンデンサ用基板
３０ 基板
４０ エバポレータ用基板
１１ 溝
２１ｃ 溝
４１ 溝
２２ 放熱フィン
１５０ パソコン
１６０ 液晶ディスプレイ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばパソコンや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せられる熱を冷却するために用いられる冷却装置、このような冷却装置に使用されるエバポレータ用基板、コンデンサ用基板及びこの冷却装置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。
【０００２】
【従来の技術】
メモリスティック（登録商標）、スマートメディア（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の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。
【０００３】
これらの記憶媒体はフラッシュメモリとド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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このように記憶媒体の記憶容量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。
【０００５】
そこで、例えば電子機器装置側に冷却装置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。
【０００６】
ヒートパイプとは、管の内壁に毛細管構造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。
【０００７】
しかしながら、従来のヒートパイプは管状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。
【０００８】
そこで、ヒートパイプを小型化するために、２枚の基板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の作動液が封入され、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。
【０００９】
しかしながら、上記のように基板を用いてヒートパイプを構成すると、例えば、樹脂材料で基板を形成した場合には、基板表面の撥水性が低く、ヒートパイプ内部に封入した作動液が流れ難くなり、作動液の循環不良を起こす虞がある。
【００１０】
また、例えば金属材料で基板を形成した場合には、作動液と金属材料との間で化学反応（腐食）を生じ、その生成物が堆積し、流路が細くなり、作動液の循環不良を起こす、という問題がある。加えて、上記の金属材料の腐食を考慮すると、その分基板を厚くする必要があり、そのため小型薄型化ができないといった問題もある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、小型薄型化が可能であって、作動液の循環不良を起こすことがない冷却装置、エバポレータ用基板、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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
かかる課題を解決するため、本発明の主たる観点に係る冷却装置は、第１の面と、前記第１の面に形成され、液相路、気相路、蒸発部及び低温部を構成し酸化第一銅からなる第１の溝と、前記第１の溝の前記気相路に形成されたダイヤモンド状炭素膜とを有する第１の基板と、前記第１の基板に接合される側に設けられた第２の面と、前記第２の面とは反対側に設けられた第３の面とを有する第２の基板と、酸化第一銅からなる第２の溝を有し、前記第２の溝が前記蒸発部に連通するように前記第３の面を介して前記第２の基板に組み込まれたエバポレータ用基板とを具備する。
【００１９】
本発明では、酸化第一銅からなる第１の溝が形成されているので、表面の親水性が向上し、毛細管力が向上する。従って、第１の溝を流れる作動液の気化量が向上し、冷却効率が向上する。また例えば酸素イオン注入により表面は酸化第一銅（酸化第一銅、Ｃｕ２Ｏ）となり、耐腐食性を有するようになるので、腐食等を生じることがない。これにより、金属材料の腐食を防止できるので、金属材料の腐食分の厚みを考慮して形成していた従来と比較し、本発明では、腐食分の厚みを削減して形成できる。従って、小型薄型化が可能 となる。また、このようにして形成された酸化第一銅となった表面は、抗菌作用を有するため、作動液が常に清浄に保たれ、作動液の変質を防止することができる。
従来、銅の表面にダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）の薄膜を形成することは、銅及びＤＬＣ膜の線膨張係数が約１００倍違うために、ヒートパイプ内部等の高温環境では銅とＤＬＣ薄膜が分離してしまい形成することができなかったが、本発明では第１の溝表面に酸化第一銅の薄膜を形成しており、この酸化第一銅の線膨張係数は銅の係数の約１００分の１なので、熱による形状の変化が少なく、ＤＬＣ膜を形成することが可能である。このようにして形成されたＤＬＣ膜により、第１の溝表面の撥水性が向上し、第１の溝を流れる作動液の流動性が良好となり、しかも腐食等を防止することができる。
前記酸化第一銅の表面は銅の表面に酸素イオン注入して形成することが好ましい形態である。
【００２０】
また、前記酸素イオンが注入された第２の溝表面はダイヤモンド状炭素の薄膜を更に具備することも可能である。前記酸化第一銅の表面は銅の表面に酸素イオン注入して形成することが好ましい形態である。
【００２１】
本発明では、基板表面と、前記基板表面に形成されたコンデンサ溝とを有し、金属に相当する熱伝導性を有する材料からなり、前記コンデンサ溝が前記低温部に連通するように前記第３の面を介して前記第２の基板に組み込まれたコンデンサ部分用の基板を更に具備することがより好ましい。
【００２２】
これにより、作動液の気体から液体への変換をより効率よく行うことができる。
【００２３】
そして、前記コンデンサ部分用基板は、前記基板表面の反対側に設けられた基板裏面を有し、当該冷却装置は、前記コンデンサ部分用基板の前記基板裏面に接合され、樹脂材料からなる放熱フィンをさらに具備し、前記放熱フィンの表面には前記樹脂材料よりも熱伝導性の高い薄膜が被覆されていることがより好ましい。
【００２４】
金属材料で形成されていた放熱フィンと比較して軽量化を図ることができる。この放熱フィンの表面に前記樹脂材料よりも熱伝導性の高い薄膜、例えばダイヤモンド状炭素からなる薄膜を被覆することで、十分な放熱効果を得ることが可能となる。
【００２５】
本発明に係るエバポレータ用基板は、第１の面と、前記第１の面に形成され、液相路、気相路、蒸発部及び低温部を構成する第１の溝を有する第１の基板と、前記第１の基板に接合される側に設けられた第２の面と、前記第２の面とは反対側に設けられた第３の面とを有する第２の基板とを含む冷却装置に用いられるエバポレータ用基板であって、酸化第一銅からなる第２の溝と、前記第２の溝上に形成されたダイヤモンド状炭素膜とを有し、前記第２の溝が前記蒸発部に連通するように前記第３の面を介して前記第２の基板に組み込まれている。
本発明の別の観点に係る電子機器装置は、フラッシュメモリを有するカード型記憶媒体が着脱可能なスロットと、前記記録媒体側又は電子機器装置側に配置されたドライバと、前記ドライバを冷却する冷却装置とを有する電子機器装置であって、前記冷却装置は、第１の面と、前記第１の面に形成され、液相路、気相路、蒸発部及び低温部を構成し酸化第一銅からなる第１の溝と、前記第１の溝の前記気相路に形成されたダイヤモンド状炭素膜とを有する第１の基板と、前記第１の基板に接合される側に設けられた第２の面と、前記第２の面とは反対側に設けられた第３の面とを有する第２の基板と、酸化第一銅からなる第２の溝を有し、前記第２の溝が前記蒸発部に連通するように前記第３の面を介して前記第２の基板に組み込まれたエバポレータ用基板とを有する。
【００２６】
本発明では、上記構成の、冷却性能が高く、かつ、薄型化を図った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薄型化して動作不良等を生じることもない。
【００２７】
本発明の更に別の観点に係る冷却装置の製造方法は、第１の基板の第１の面に、液相路、気相路、蒸発部及び低温部を構成する第１の溝を形成する工程と、前記第１の溝を酸化第一銅に改質する工程と、前記酸化第一銅に改質された前記第１の溝の前記気相路に、ダイヤモンド状炭素膜を形成する工程と、前記第１の基板の前記第１の面側に、第２の基板の第２の面を接合することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程と、銅からなるエバポレータ用基板に第２の溝を形成する工程と、前記第２の溝を酸化第一銅に改質する工程と、前記第２の溝が前記蒸発部に連通するように、前記第２の基板の前記第２の面とは反対側に設けられた当該第２の基板の第３の面を介して、前記エバポレータ用基板を前記第２の基板に組み込む工程とを具備する。
【００２８】
本発明は、上記構成の第１の溝及び第２の溝の毛細管力が向上した冷却装置を効率よく確実に製造することが可能となる。また、流路表面にダイヤモンド状炭素の薄膜を設けることもできる。これにより作動液の流動性が向上する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００３０】
（冷却装置）
図１は本発明の一実施形態に係る冷却装置を分解した斜視図であり、図２はその冷却装置の組み立てた状態の断面図である。
【００３１】
図１及び図２に示すように、冷却装置１は４枚の基板１０、２０、３０、４０からなる。基板１０は熱伝導性の低い樹脂材料として例えば、ポリイミド樹脂または他の耐熱性のよいエンジニアプラスチック等からなる矩形状の基板であり、その流路全体には作動液に対する親水性を高めるために酸素イオンを注入した後、気相路にはダイヤモンド状炭素（Ｄｉａｍｏｎｄ−ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ、以下ＤＬＣとも言う）薄膜が形成され、撥水性を高めるようになっており、上側に配置される。
【００３２】
コンデンサ用基板２０は例えば銅、真鍮等の銅合金またはニッケル等の金属からなる矩形状のコンデンサ部分２１と、放熱フィン２２とからなる。
【００３３】
エバポレータ用基板４０は、例えば銅からなる矩形状の基板である。この基板４０の表面には、溝（第２の溝）４１が形成され、該溝表面は酸素イオンが注入することで酸化第一銅とされている。
【００３４】
基板３０は熱伝導性の低い樹脂材料として例えば、ポリイミド樹脂他の耐熱性のよいエンジニアプラスチック等からなる矩形状の基板であり、下側に配置される。
【００３５】
コンデンサ用基板２０、エバポレータ用基板４０はそれぞれ基板３０の孔３１、３２に組み込まれる。これら４枚の基板１０、２０、３０、４０は、銅薄膜などを介して接着される。
【００３６】
基板１０の表面１０ａ、コンデンサ部分２１の表面２１ａ、及びエバポレータ用基板４０の表面４０ａには溝１１、溝２１ｃ、及び溝４１が、また基板３０には孔３１、３２が、放熱フィン２２の表面２２ａには、凸部２２ｃがそれぞれ形成されている。これらの溝、孔、凸部２２ｃは４枚の基板が接着する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。
【００３７】
図３は、基板１０の溝の構成を示した平面図である。
【００３８】
図３に示すように、基板１０の表面１０ａには溝（第１の溝）１１が形成されている。この溝１１は、液体が流れる液相路１２、気体が流れる気相路１５が設けられ、これら流路表面には、銅箔が埋め込まれており、その表面には親水性を高めるために酸素イオンを注入した後、例えば気相路１５上には撥水性を高めるためにＤＬＣの薄膜が形成されている。また、基板１０には液を供給するリザーバ１３が設けられており、ヒートパイプ内がドライアウトしないよう適宜液体を補充できるようになっている。
【００３９】
このように、液相路１２、気相路１５それぞれに膜処理を施すことにより、液相路１２表面は親水性が高く、気相路１５は撥水性を高くすることが可能となるので、液相気相を問わず、作動液を効率良く輸送することが可能となり、冷却効率を向上させることができる。
【００４０】
図４は、基板３０の孔の構成を示した平面図である。
【００４１】
図４に示すように、基板３０に設けられた孔３１、３２はそれぞれ、基板３０を貫通するように形成されている。
【００４２】
図５は、エバポレータ用基板４０の平面図である。
【００４３】
図５に示すように、エバポレータ用基板４０は銅からなり、その表面４０ａには溝４１が形成されている。この溝４１表面上には、酸素イオンが注入され、酸化第一銅の膜が形成されている。
このように銅に酸素イオンを注入して表面を酸化第一銅とすることにより、親水性を向上することができる。すなわち、酸素イオン注入前の銅表面の水の接触角はだいたい６０度程度であるが、イオン注入を行い、酸化第一銅膜を形成した場合、酸化第一銅の水との接触角は概ね１５度程度まで引き下げることができる。このように溝４１表面の親水性が向上することにより溝４１の毛細管力が向上し、それにより作動液の気化量も向上する。
【００４４】
また、酸化第一銅は作動液に対する耐腐食も高いので、従来は腐食を考慮して厚く形成していたところ、本実施形態では小型薄型のエバポレータを形成することが可能となる。
【００４５】
なお、この酸化第一銅とされた溝表面にＤＬＣ薄膜を形成し、耐腐食性を向上させるようにしても構わない。
【００４６】
図６は、コンデンサ用基板のコンデンサ部分を示した平面図である。図７は、コンデンサ用基板の放熱フィンを示した平面図であり、図８は、図７の放熱フィンの断面図である。
【００４７】
コンデンサ用基板２０は、コンデンサ部分２１と放熱フィン２２とからなる。
【００４８】
図６に示すように、コンデンサ部分２１の表面２１ａ上には溝２１ｃが形成されている。表面２１ａと対向する対向面２１ｂは、放熱フィン２２と接着固定されている。
【００４９】
図７又は図８に示すように、コンデンサ用基板２０の放熱フィン２２は、熱伝導性が低く、１００℃以上の耐熱性を有する樹脂材料、例えばエチレン、オレフィン等からなり、外部表面に熱伝導性の高い材料として、例えばＤＬＣの薄膜(図示せず)が形成されている。この放熱フィン２２の表面２２ａは、複数の、例えば４個の凸部２２ｃが形成され、放熱フィン２２の内部は、０．１気圧の減圧状態となり、該内部には冷媒としての水２２ｅが封入されている。対向面２２ｂには、例えば銅等の基板からなる蓋部２２ｄが設けられ、水２２ｅを封止している。放熱フィン２２内部の水２２ｅは、コンデンサ部分２１からの凝縮熱により沸騰し、熱交換される。
【００５０】
このように、本発明の放熱フィン２２は、金属材料で形成されていた放熱フィンと比較して軽量化を図ることができる。この放熱フィン２２の外部表面にＤＬＣの薄膜が形成されることで、十分な放熱効果を得ることが可能となる。なお、ここでは、ＤＬＣの薄膜で説明したが、熱伝導性の高い金属等の薄膜を形成してもよい。
【００５１】
なお、図９に示すように、放熱フィン２２に、外部ポンプ２２ｆを更に設けてもよい。放熱フィン２２の蓋部２２ｄは、配管を介して、外部ポンプ２２ｆと連通されている。これによって、放熱フィン２２内部の水２２ｅは、該配管を介して外部ポンプ２２ｆによって能動的に循環することができる。
【００５２】
図１０は、上記の各基板１０、２０、３０及び４０を接着層６０を介して接合した状態を示している。
【００５３】
これら各基板１０、２０、３０及び４０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。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しながら循環する。これにより熱移動を行わせ、冷却装置として機能する。
【００５４】
以下、その液体／気体の循環の様子を便宜的に液相路１２を始点として説明する。
【００５５】
まず、液体が液相路１２から蒸発部１４へ流入する。その際に蒸発部１４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。
【００５６】
蒸発部１４に流入した液体は、加熱され沸騰する。沸騰することによって気化した気体は、気相路１５を介して低温部１６へ流入し、液体に凝縮される。このとき凝縮された液体は、低温部１６から液相路１２へ再度循環される。
【００５７】
なお、本実施形態では、基板１０及び３０の材料として樹脂材料を用いたが、ガラスを用いても良いし、樹脂材料とガラスとの組み合わせであっても良い。
【００５８】
図１１は基板上をある一定時間で熱が拡散した領域を模式的に図に示したもので、図１１（ａ）はシリコン基板を用いた場合を示し、図１１（ｂ）は樹脂基板を用いた場合を示し、図１１（ｃ）は樹脂基板に金属を組み込んだ樹脂・金属複合基板を示している。
【００５９】
図１１（ａ）に示すように、シリコン基板の熱源Ａ−１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１１（ｂ）に示すように樹脂基板の熱源Ｂ−１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）。
【００６０】
ヒートパイプとして機能するためには、エバポレータに一定以上の熱が集中し
なければならないが、図１１（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。
【００６１】
また、ヒートパイプとして機能するためには、エバポレータに一定以上の熱伝導性がなければならないが、図１１（ｂ）に示したように樹脂基板のみの場合には熱伝導性がほとんどなくその機能を十分に果たさない。
【００６２】
以上の点に対し、本発明では、図１１（ｃ）に示したように、樹脂・金属複合基板の熱源Ｃ−１の熱は金属部については高い拡散性を有し、その周りの樹脂領域にはほとんど拡散せず（Ｃ−２）、エバポレータにおいては熱が十分に伝わり、周囲の樹脂の部分に熱が拡散しにくいので、つまり熱がエバポレータに集中し、ヒートパイプとしての機能を十分に果たすことになる。
【００６３】
図１２は流路を流れる液体の様子を模式的に示したものである。図１２（ａ）は、金属基板で形成された溝を流れる液体の様子を表したものであり、図１２（ｂ）は、金属基板にＤＬＣの薄膜が形成された溝を流れる液体の様子を表したものである。
【００６４】
図１２（ａ）に示すように、金属で形成された溝を流れる液体は、溝を流れる際に金属との間で化学反応（腐食）を生じ、その生成物が堆積し、流路が細くなり、作動液の循環不良を起こしている。
【００６５】
これに対して、図１２（ｂ）に示すように、金属表面にＤＬＣの薄膜で被覆され形成された溝を流れる液体は、溝を流れる際に金属との間で化学反応（腐食）を生じないので、腐食を防止することができる。しかも、溝表面の撥水性が高くなるので、ウィックの溝を流れる作動液の流動性が良好となり、作動液の循環不良等を起こすことはなくなる。
（冷却装置の製造方法）
図１３は冷却装置の製造工程を示したものである。
【００６６】
まず、ヒートパイプとして機能する樹脂材料からなる基板１０及び基板３０の溝を形成する（ステップ９０１）。基板１０及び基板３０をパターンニングした後、エッチングにより溝を形成する。
次に、コンデンサ又はウィックとして機能する金属材料からなるコンデンサ用基板２０のコンデンサ部分２１及びエバポレータ用基板４０の溝を形成する（ステップ９０２）。コンデンサ部分２１の表面２０ｂには、気体状態から液体状態へ変化させる際に機能するコンデンサして機能する溝２１ｃを形成する。エバポレータ用基板４０には、液体状態から気体状態へ変化させる際に機能するウィックの溝４１として機能する溝を形成する。これらの溝はＵＶ−ＬＩＧＡと呼ばれる方法によって形成される。
【００６７】
図１４をもとに、ＵＶ−ＬＩＧＡについて具体的に説明する。
【００６８】
まず、図１４（ａ）に示すように、プレート８２上例えば有機材料であるＳＵ−８からなるレジスト層８１を形成し、その上にパターンニングされたレジスト膜８３を形成する。これをパターン基板８０と呼ぶ。
【００６９】
次に、図１４（ｂ）に示すように、パターン基板８０の上方からＵＶを照射し、レジスト層８１のエッチングを行う。
【００７０】
次に、図１４（ｃ）に示すように、このパターン基板８０からレジスト膜８３を剥離し、この表面にニッケルＮｉの電鋳でニッケル層８４を形成する。
【００７１】
そして、図１４（ｄ）に示すように、パターン基板８０からニッケル層８４を剥離する。剥離したニッケル層８４が溝を有するコンデンサ用基板２０及びエバポレータ用基板４０となる。なお、コンデンサ用基板２０及びエバポレータ用基板４０の形成は、ＵＶ−ＬＩＧＡではなく、反応性イオンエッチング法によっても可能である。
【００７２】
次に、コンデンサ用基板２０の放熱フィン２２を形成する（ステップ９０３）。
【００７３】
放熱フィン２２は、所定の金型により樹脂材料の放熱フィン２２を形成する。さらに、このように形成された樹脂材料の内部へ冷媒として水２２ｅを封入し、銅等の基板からなる蓋部２２ｄと接合し、封止する。
【００７４】
次に、エバポレータ用基板４０のウィックの溝４１、に酸素イオンを注入する。
【００７５】
図１５は、エバポレータ用基板４０のウィックの溝４１へのＰＢＩＩ（プラズマベーストイオンインプランテーション）技術を用いた表面処理装置を示し、図１６は、基板１０のＰＢＩＩ技術を用いた表面処理装置を示している。また、図１７は、図１５及び図１６のパルス電圧を示した図である。
【００７６】
図１５に示すように、エバポレータ用基板４０は、真空装置１２４内の中心部に絶縁碍子１２０を介しパルス電源１２１に接続されている。真空装置１２４は、真空ポンプ１２３により排気され、更に、イオン源１２２により、目的に応じて酸素、メタン、窒素、チタン等がパルスに同期して供給されるようになっていて、ここでは酸素イオンが供給されるようになっている。
【００７７】
ＰＢＩＩ技術は、被処理物としてのウィックの溝４１を真空装置１２４内に中心部に配置し、その周囲をプラズマで囲み、ウィックの溝４１表面に負の高電圧パルス電圧を印加することにより、プラズマ中のイオンをウィックの溝４１表面に誘引衝突堆積させ、３次元の表面の機能を改質させようとする技術である。
【００７８】
熱伝導のよい無酸素銅からなるウィックの溝４１に、イオン源１２２より供給された酸素イオンを図１７のパルス条件でパルスプラズマ化させる。例えば、深さ２０μｍ、間隔１００μｍ、幅４０μｍのウィックを用い、時間は約１分間、温度は３５度で、パルスイオン電流は０．７Ａの条件で、酸素イオンの注入を行い、ウィックの溝４１表面にイオン注入を施した。これによって、ウィックの溝４１表面は、無酸素銅から酸化第一銅に改質される。無酸素銅の表面の接触角は水玉により測定され未処理では６０度であったが酸素イオン注入により接触角が１５度に改質、すなわち親水性が向上した。これによりウイックの毛細管力が向上し、ポンプ力を大きくすることができた。
【００７９】
次に基板１０の表面処理を行う（ステップ９０４）。
【００８０】
まず、ステップ９０１で形成された液相路１２及び気相路１５の溝１３０に銅箔をホットエンボスにより埋めこむ。次いで、図１６に示すＰＢＩＩ装置で、図１７に示す条件で酸素イオンを溝表面に注入し、表面を改質する。液相路１２又は気相路１５の溝を除く非処理部分は、メタルマスク又はレジストマスクの保護膜１３６により保護される。図１５と同様に、液相路１２又は気相路１５の溝１３０は、真空装置１３５内の中心部に絶縁碍子１３１を介しパルス電源１３２に接続されている。真空装置１３５は、真空ポンプ１３４により排気され、更に、イオン源１３３において、酸素、メタン、窒素、チタン等が図１７のパルス条件でパルスプラズマ化され、該パルスに同期して供給されるようになっている。このように、非処理領域を保護膜１３６で保護することにより、選択的に必要な処理領域つまり、液相路１２又は気相路１５の溝１３０のみにＤＬＣ薄膜を形成することができる。このようにして、この改質後の液相路１２／気相路１５の溝１３０表面にＤＬＣ薄膜を３ミクロン形成する。この時の水との接触角は７０度であった。更にイオン源１３３より供給されたＣＦ４ガスをパルスプラズマ化し、時間は約３分間で、図１７のパルス条件で、イオン注入を行い、表面の水素をフッ素で置換する。この場合は水との接触角は１１０度になった。これにより、液相路１２／気相路１５の溝にＤＬＣ薄膜が形成される。なお、ここでは、銅の酸化で説明したが、銅の変わりにチタンを用いた場合においても同様の結果が得られた。
【００８１】
また、放熱フィン２２に関しても、ここで説明した工程と同様にしてＤＬＣの薄膜の形成を行う。
【００８２】
なお、ここでＤＬＣ薄膜を形成するプラズマを使った表面改質技術においては、ＰＢＩＩ技術を用いたが、この他にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等を用いて形成してもよい。
【００８３】
次に、図１８に示すように溝が各々形成された基板１０と基板３０とを銅等の薄膜を介して接合する（ステップ９０５）。基板１０、基板３０同士を接合する際には、作動液として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。
【００８４】
更に、図１９に示すように、基板３０を貫通して開けられた孔にコンデンサ用基板２０及びエバポレータ用基板４０を組み込む工程を行う（ステップ９０６）。基板３０と、コンデンサ用基板２０及びエバポレータ用基板４０はそれぞれ隙間がないように、例えばプラスチックを溶解して接合することによって組み込む。基板が薄いので例えばパッキングプレート等に貼り付けて組み込みを行うことが好ましい。また、本実施例においてコンデンサ用基板２０又はエバポレータ用基板４０は、基板３０に貫通して開けられた孔３２、３４に組み込まれるが、これらの基板は基板３０の表面３０ｂから基板３０を貫通しないように開けられた孔に組み込まれてもよい。これにより冷却装置１が形成されることになる。
【００８５】
上に述べた製造方法により、ヒートパイプを効率よく製造できる。
【００８６】
尚、本実施形態では、溝４１に酸素イオン注入を行ったが、その後に基板流路等と同様に、保護膜としてＤＬＣを設けることも可能である。そうすることにより、作動液の流動性を高め、耐腐食性を更に向上することができる。
【００８７】
また、本実施形態ではウイックの材料として銅を用いているが、銅の代わりにチタンを用いても良い。
【００８８】
（冷却装置の他の例）
図２０はコンデンサ基材１４２とエバポレータ基材１４４とをフレキシブル基板１４１で繋げているフレキシブル冷却装置１４０を示したものである。
【００８９】
コンデンサ基材１４２、エバポレータ基材１４４はそれぞれフッ素樹脂からなり、上述した方法によってコンデンサ用基板２０、エバポレータ用基板４０が組み込まれたものである。
【００９０】
フレキシブル基板１４１はプラスチックからなり、内部にヒートパイプの流路１４３を含んでいる。これらの基材又は基板が一体となってヒートパイプを構成する。
【００９１】
フレキシブル基板１４１は自由な変形が可能である。例えば電子機器の発熱部にエバポレータ基材１４４を装着させ、電子機器の外部表面の形状に沿うようにフレキシブル基板を密着させることができる。
【００９２】
このような構成の冷却装置によれば、狭い空間にも効率的にヒートパイプを装着させることができ、電子機器等の小型薄型化が図れる。
【００９３】
（電子機器装置）
図２１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。
【００９４】
パソコン１５０は、フラッシュメモリ１５３とドライバ１５２とを有する記録媒体１５４を着脱するためのスロット１５１、及び処理部１５５を有する。本発明に係る冷却装置１はスロット１５１を介して装着された記録媒体１５４の例えばドライバ１５２の直下に溝４１が位置するようにパソコン１５０内に配置されている。
【００９５】
また、本発明に係る冷却装置１は、エバポレータが処理部１５５に隣接するように配置されてもよい。この場合、コンデンサは図示しない例えば冷却ファンなどに隣接するように設置するのが好ましい。これにより、処理部１５５から発せられた熱は、エバポレータで吸収され、冷却ファンの働きによってコンデンサから放出されることとなるため、処理部１５５を冷却することができる。
【００９６】
なお、ここでは、電子機器装置としてパソ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。
【００９７】
（表示装置）
図２２は本発明に係る冷却装置が搭載された液晶ディスプレイの概略斜視図である。
【００９８】
液晶ディスプレイ１６０は、ドライバ１６１、表示部１６２、冷却ファン１６３とを有する。本発明に係る冷却装置１はドライバ１６１に隣接してエバポレータが位置するように、さらに冷却ファン１６３に隣接してコンデンサが位置するように液晶ディスプレイ内に配置されている。液晶ディスプレイ１６０の起動によってドライバ１６１から発生した熱は、エバポレータに吸収され、この吸収熱により冷却装置１の内部の液体が気化し、流路を通ってコンデンサに流れる。冷却ファン１６３はコンデンサを冷却し、コンデンサに流れてきた気体の熱を放出させ、この気体を再び液化させる。コンデンサで液化された液体は流路を通ってエバポレータに流れ、ドライバ１６１から発生した熱を吸収して再び気化する。このように冷却装置１内部の液体の循環によってドライバ１６１を冷却することができる。同様にして、エバポレータを表示部１６２に隣接して設置することにより、表示部１６２を冷却することも可能である。
【００９９】
なお、ここでは、表示装置として液晶ディスプレイを例にとり説明したが、本発明に係る冷却装置はプラズマディスプレイや有機ＥＬディスプレイ等の他の表示装置にも搭載することが可能である。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小型薄型化が可能で、かつ、循環効率が良く、温調性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一の形態に係る冷却装置の構成を表す分解した斜視図である。
【図２】 本発明の一の形態に係る冷却装置の組み立てた状態の断面図である。
【図３】 本発明の一の形態に係るの冷却装置の基板を示す平面図である。
【図４】 本発明の一の形態に係る冷却装置の基板を示す平面図である。
【図５】 本発明の一の形態に係る冷却装置のエバポレータ用基板を示す平面図である。
【図６】 本発明の一の形態に係る冷却装置のコンデンサ用基板のコンデンサ部分を示す平面図である。
【図７】 本発明の一の形態に係る冷却装置の放熱フィンを示す平面図である。
【図８】 本発明の一の形態に係る冷却装置の放熱フィンの断面図である。
【図９】 本発明の一の形態に係る冷却装置の放熱フィンの応用例としての斜視図である。
【図１０】 本発明の一の形態に係る冷却装置の２枚の基板、コンデンサ用基板及びエバポレータ用基板を組み立てた状態を示した平面図である。
【図１１】 シリコン基板、樹脂基板及び本発明の樹脂・金属複合基板に対して熱拡散性の観点から比較した図である。
【図１２】 金属基板及び本発明において、溝表面にＤＬＣの薄膜を形成する金属基板に対して潤滑特性の観点から比較した図である。
【図１３】 本発明の冷却装置の製造工程を示した図である。
【図１４】 本発明の冷却装置に用いるコンデンサ用基板及びエバポレータ用基板を形成する工程を示した概略図である。
【図１５】 本発明の冷却装置に用いるエバポレータ用基板のウィックの溝４１へＰＢＩＩ技術を行う表面処理装置を示した斜視図である。
【図１６】 本発明の冷却装置に用いる基板へＰＢＩＩ技術を行う表面処理装置を示した斜視図である。
【図１７】 図１５及び図１６に示す表面処理装置で処理されるときのパルス電圧を示した図である。
【図１８】 本発明の冷却装置の用いる２枚の基板を接合する工程を示した概略図である。
【図１９】 本発明の冷却装置に用いる基板にコンデンサ用基板及びエバポレータ用基板を組み込む工程を示した概略図である。
【図２０】 本発明の他の形態に係る冷却装置を示した概略図である。
【図２１】 本発明の冷却装置を搭載したパソコンの概略斜視図である。
【図２２】 本発明の冷却装置を搭載した液晶ディスプレイの概略斜視図である。
【符号の説明】
１ 冷却装置
１０ 基板
２０ コンデンサ用基板
３０ 基板
４０ エバポレータ用基板
１１ 溝
２１ｃ 溝
４１ 溝
２２ 放熱フィン
１５０ パソコン
１６０ 液晶ディスプレイ
Claims (12)
- 第１の面と、前記第１の面に形成され、液相路、気相路、蒸発部及び低温部を構成し酸化第一銅からなる第１の溝と、前記第１の溝の前記気相路に形成されたダイヤモンド状炭素膜とを有する第１の基板と、
前記第１の基板に接合される側に設けられた第２の面と、前記第２の面とは反対側に設けられた第３の面とを有する第２の基板と、
酸化第一銅からなる第２の溝を有し、前記第２の溝が前記蒸発部に連通するように前記第３の面を介して前記第２の基板に組み込まれたエバポレータ用基板と
を具備することを特徴とする冷却装置。 - 請求項１に記載の冷却装置において、
前記第２の溝上には、ダイヤモンド状炭素膜が形成されていることを特徴とする冷却装置。 - 請求項１に記載の冷却装置において、
基板表面と、前記基板表面に形成されたコンデンサ溝とを有し、金属に相当する熱伝導性を有する材料からなり、前記コンデンサ溝が前記低温部に連通するように前記第３の面を介して前記第２の基板に組み込まれたコンデンサ部分用の基板を更に具備することを特徴とする冷却装置。 - 請求項３に記載の冷却装置において、
前記コンデンサ部分用基板は、前記基板表面の反対側に設けられた基板裏面を有し、
当該冷却装置は、
前記コンデンサ部分用基板の前記基板裏面に接合され、樹脂材料からなる放熱フィンをさらに具備し、
前記放熱フィンの表面には前記樹脂材料よりも熱伝導性の高い薄膜が被覆されていることを特徴とする冷却装置。 - 請求項４に記載の冷却装置において、
前記樹脂材料よりも熱伝導性の高い薄膜は、ダイヤモンド状炭素であることを特徴とする冷却装置。 - 請求項１に記載の冷却装置において、
前記第１の基板又は前記第２の基板は樹脂を含むことを特徴とする冷却装置。 - 第１の面と、前記第１の面に形成され、液相路、気相路、蒸発部及び低温部を構成する第１の溝を有する第１の基板と、前記第１の基板に接合される側に設けられた第２の面と、前記第２の面とは反対側に設けられた第３の面とを有する第２の基板とを含む冷却装置に用いられるエバポレータ用基板であって、
酸化第一銅からなる第２の溝と、
前記第２の溝上に形成されたダイヤモンド状炭素膜とを有し、
前記第２の溝が前記蒸発部に連通するように前記第３の面を介して前記第２の基板に組み込まれていることを特徴とするエバポレータ用基板。 - フラッシュメモリを有するカード型記憶媒体が着脱可能なスロットと、前記記録媒体側又は電子機器装置側に配置されたドライバと、前記ドライバを冷却する冷却装置とを有する電子機器装置であって、
前記冷却装置は、
第１の面と、前記第１の面に形成され、液相路、気相路、蒸発部及び低温部を構成し酸化第一銅からなる第１の溝と、前記第１の溝の前記液相路及び前記気相路に形成されたダイヤモンド状炭素膜とを有する第１の基板と、
前記第１の基板に接合される側に設けられた第２の面と、前記第２の面とは反対側に設けられた第３の面とを有する第２の基板と、
酸化第一銅からなる第２の溝を有し、前記第２の溝が前記蒸発部に連通するように前記第３の面を介して前記第２の基板に組み込まれたエバポレータ用基板と
を有することを特徴とする電子機器装置。 - 第１の基板の第１の面に、液相路、気相路、蒸発部及び低温部を構成する第１の溝を形成する工程と、
前記第１の溝を酸化第一銅に改質する工程と、
前記酸化第一銅に改質された前記第１の溝の前記気相路に、ダイヤモンド状炭素膜を形成する工程と、
前記第１の基板の前記第１の面側に、第２の基板の第２の面を接合することにより、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合する工程と、
銅からなるエバポレータ用基板に第２の溝を形成する工程と、
前記第２の溝を酸化第一銅に改質する工程と、
前記第２の溝が前記蒸発部に連通するように、前記第２の基板の前記第２の面とは反対側に設けられた当該第２の基板の第３の面を介して、前記エバポレータ用基板を前記第２の基板に組み込む工程と
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９に記載の冷却装置の製造方法において、
前記改質工程は、酸素イオン注入により行うことを特徴とする冷却装置の製造方法。 - 請求項１０に記載の冷却装置の製造方法において、
前記酸素イオン注入をプラズマベースイオンインプランテーション法により行うことを特徴とする冷却装置の製造方法。 - 請求項９に記載の冷却装置の製造方法において、
前記ダイヤモンド状炭素膜の形成をプラズマベースイオンインプランテーション法により行うことを特徴とする冷却装置の製造方法。
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