JP6551514B2

JP6551514B2 - シート型ヒートパイプ

Info

Publication number: JP6551514B2
Application number: JP2017507319A
Authority: JP
Inventors: 拓生若岡; 岸本　敦司; 敦司岸本; 三浦　忠将; 忠将三浦
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-10-23
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2035-10-23
Also published as: CN207662247U; JPWO2016153040A1; KR20170109592A; WO2016153040A1; JPWO2016151916A1; CN107407531B; CN111023879A; US10544994B2; WO2016151916A1; US20180010861A1; CN107407531A; US20200124352A1; JP6481753B2; KR101992135B1

Description

本発明はシート型ヒートパイプ、および該シート型ヒートパイプを利用した薄型放熱板に関する。

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でより顕著であり、熱設計が非常に困難になっている。近年、よく用いられる熱対策部材としてはグラファイトシートなどが挙げられるが、熱輸送量は十分ではない。

一方、熱輸送力が高い熱対策部材として、ヒートパイプ（またはベーパーチャンバー）が挙げられる。ヒートパイプは全体としての見かけの熱伝導率が、銅やアルミニウム等の金属に対して数倍から数十倍程度に優れている。

ヒートパイプを利用した熱対策部材として、例えば、特許文献１は、ヒートパイプを内蔵した放熱板を提案している。この放熱板では、放熱部の本体部の板材または上からかぶせる熱伝導部材に溝が形成され、その溝部にヒートパイプが設置されている。板材、ヒートパイプ、熱伝導部材は、はんだ等の接合部材で接合されている。

また、特許文献２は、ヒートパイプを用いる高放熱かつ薄型の携帯型電子機器用の冷却構造を提案している。この冷却構造では、厚さ方向に押し潰されて扁平化されたヒートパイプが、放熱板上に設置されており、その一端が、発熱部品から受熱する位置に配置されている。発熱部品は、シールドプレートに覆われており、そのプレートは発熱部品の幅方向または長さ方向に外れた箇所で、発熱部品の厚さより低くなるように基板側に屈曲した段差部を有し、その段差部と前記放熱板との間に、前記扁平型ヒートパイプの一端が挟み込まれている。

特許文献１：特開２０１１−００３６０４号公報
特許文献２：特開２０１５−０９５６２９号公報

特許文献１に記載の放熱板においては、熱伝導部材を嵌め込むための凹部と、さらにヒートパイプを嵌め込むための溝を形成するのに十分な厚みを本体部の板材に確保する必要がある。薄型化が求められているスマートフォンやタブレット端末等の情報端末においては、特許文献１の放熱板ではもはや薄型化の要求を満たすことが難しい。

一方、特許文献２に記載の扁平型ヒートパイプを有する放熱板においても、シールドケースにヒートパイプを挟み込むための溝部を設ける必要があることから、厚みの制限がある。さらに、特許文献２の熱対策部材は、ノイズ除去のための電磁波シールドとしての機能や筐体の機械的強度を高める機能が求められているが、厚みを小さくするために各部材を薄くすると、上記の機能を十分に発揮できなくなる虞がある。また、特許文献２に記載の扁平型ヒートパイプは丸型のパイプを作製した後に押しつぶして扁平にすることからパイプの肉厚は容易に変えることができない。

本発明は、薄型の熱対策部材、例えばヒートパイプまたは放熱板を提供することを目的とする。また、このヒートパイプを用いた放熱板を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意検討した結果、金属シートを接合して形成したシート状のコンテナに、ウィックおよび作動液を封入したシート型のヒートパイプを用いることにより、上記の問題を解決できることを見出し、本発明に至った。

本発明の第１の要旨によれば、シート状コンテナと、
コンテナ内に封入されるウィックと、
コンテナ内に封入される作動液と
を有して成るシート型ヒートパイプであって、
シート状コンテナは、第１金属シートおよび第２金属シートで構成され、
第１金属シートおよび第２金属シートは、重ね合わされた状態で内部に密閉された空間を形成するように一部が接合されており、
シート状コンテナの厚みが０．５ｍｍ以下であることを特徴とするシート型ヒートパイプが提供される。

本発明の第２の要旨によれば、金属板と、
金属板上に、金属板と第２金属シートの主面が密着するように配置された上記シート型ヒートパイプと
を有して成る薄型放熱板が提供される。

本発明の第３の要旨によれば、金属板と、
金属板上に配置されたシート型ヒートパイプと
を有して成る薄型放熱板であって、
上記シート型ヒートパイプは、
シート状コンテナと、
コンテナ内に封入されるウィックと、
コンテナ内に封入される作動液と
を有して成り、
上記シート状コンテナは、第１金属シートおよび第２金属シートで構成され、
上記第１金属シートおよび第２金属シートは、重ね合わされた状態で内部に密閉された空間を形成するように一部が接合しており、
第２金属シートが金属板と一体となっているか、あるいは、金属板が第２金属シートを兼ねていることを特徴とする、薄型放熱板が提供される。

本発明の第４の要旨によれば、上記シート型ヒートパイプまたは上記薄型放熱板を有して成る電子機器が提供される。

本発明によれば、金属シートを接合して形成したシート状のコンテナに、ウィックおよび作動液を封入したシート型ヒートパイプを用いることにより、小型の電子機器に好適に用いることができる熱対策部材を提供することができる。本発明のシート型ヒートパイプおよびシート型ヒートパイプを用いた冷却板は、コンテナ壁の厚み等の設計の自由度が高く、冷却機能に加え、種々の機能を有し得る。

図１は、本発明の一の実施態様におけるシート型ヒートパイプ１ａの断面図を模式的に示す。図２は、本発明の別の実施態様におけるシート型ヒートパイプ１ｂの断面図を模式的に示す。図３は、本発明の別の実施態様におけるシート型ヒートパイプ１ｃの断面図を模式的に示す。図４は、本発明の別の実施態様におけるシート型ヒートパイプ１ｄの断面図を模式的に示す。図５は、本発明の別の実施態様におけるシート型ヒートパイプ１ｅの断面図を模式的に示す。図６は、本発明の別の実施態様におけるシート型ヒートパイプ１ｆの断面図を模式的に示す。図７は、本発明の一の実施態様における薄型放熱板１１ａの断面図を模式的に示す。図８は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｂの断面図を模式的に示す。図９は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｃの断面図を模式的に示す。図１０は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｄの断面図を模式的に示す。図１１は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｅの断面図を模式的に示す。図１２は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｆの断面図を模式的に示す。図１３は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｇの断面図を模式的に示す。図１４は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｋの断面図を模式的に示す。図１５は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｍの断面図を模式的に示す。図１６は、電子部品における本発明の放熱板の設置例を模式的に示す。図１７は、電子部品における本発明の放熱板の別の設置例を模式的に示す。

以下、本発明のシート型ヒートパイプについて説明する。

本明細書において、「ヒートパイプ」とは、コンテナと、該コンテナ内に封入される作動液と、ウィックとを有してなり、蒸発部から冷却部に熱を輸送することができるデバイスを意味する。熱の輸送は、作動液が蒸発部において熱を吸収して蒸発し、気相となった作動液が冷却部へと移動し、冷却部において熱を放出して凝縮し、液相となった作動液が再び蒸発部へと移動するサイクルにより行われる。

上記コンテナは、第１金属シートと第２金属シートが、重ね合わせた状態で内部に密閉された空間が形成されるように一部、例えば周縁部が接合されている。第１金属シートと第２金属シートとは、完全に一致するように重なっている必要はなく、ウィックおよび作動液を封入するのに十分な空間を確保できるような範囲で重なっていればよい。

上記第１金属シートおよび第２金属シートを構成する材料は、特に限定されないが、例えば銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、銀等、あるいはこれらの合金が挙げられる。

一の態様において、第１金属シートを構成する材料と、第２金属シートを構成する材料は異なっている。両者の材料を異なるものとすることにより、一方の金属シートで一の機能を得、他方の金属シートで他の機能を得ることができる。

上記の機能としては、特に限定されないが、例えば、強度向上機能、剛性向上機能、熱伝導機能、電磁波シールド機能等が挙げられる。

一の態様において、一方の金属シートを構成する材料は、他方の金属シートを構成する材料よりも高熱伝導率であり得る。一方の金属シートの熱伝導率を高くすることにより、効率よく熱を伝えることができ、他方の金属シートで他の機能を得ることができる。

熱伝導率の高い材料としては、例えば銅、銀等、あるいはこれらの合金が挙げられる。

別の態様において、一方の金属シートを構成する材料は、他方の金属シートを構成する材料よりも高硬度であり得る。一方の金属シートの硬度を高くすることにより、この金属シートで強度および剛性を担保し、他方の金属シートで他の機能を得ることができる。

硬度の高い材料としては、例えばチタン、アルミニウム合金等が挙げられる。

第１金属シートおよび第２金属シートの厚みは、０．０１８ｍｍ以上０．３８ｍｍ以下、好ましくは０．０１８ｍｍ以上０．１８ｍｍ以下であり得る。第１金属シートおよび第２金属シートの厚みは、同じであっても、異なっていてもよい。

一の態様において、第１金属シートと第２金属シートの厚みは異なっている。両者の厚みを異なるものとすることにより、一方の金属シートで一の機能を得、他方の金属シートで他の機能を得ることができる。例えば、より厚い金属シートは、より高い電磁波シールド機能、強度向上機能、剛性向上機能を有し得る。一方、より薄い金属シートは、厚み方向に対してより効率的な熱伝達機能を有し得る。

一の態様において、第１金属シートおよび第２金属シートは、肉厚部と肉薄部とを有し得る。即ち、一の金属シートにおいて、厚みのより厚い部分（肉厚部）とより薄い部分（肉薄部）が存在し得る。このように一の金属シートにおいて、厚みを変化させることにより、一の金属シートに複数の機能を発揮させることができる。

この態様において、第１金属シートおよび第２金属シートの両方が、肉厚部と肉薄部とを有していてもよく、いずれか一方のみが、肉厚部と肉薄部とを有し、他方が一定の厚みを有していてもよい。

本発明のシート型ヒートパイプは、第１金属シートおよび第２金属シートの厚み、材料を組み合わせることにより、種々の機能を、種々の組み合わせで有し得る。

本発明のシート型ヒートパイプのコンテナ内に封入される作動液は、コンテナ内の環境下において気−液の相変化を生じ得るものであれば特に限定されず、例えば水、アルコール類、代替フロン等を用いることができる。一の態様において、作動液は水性化合物であり、好ましくは水である。

本発明のシート型ヒートパイプのコンテナ内に封入されるウィックは、特に限定されず、例えば、毛管圧力により作動液を移動させることができる構造を有するものが挙げられる。本明細書において、毛管圧力により作動液を移動させることができる構造を、毛細管構造といい、例えば、細孔、溝、突起などの凹凸を有する微細構造、例えば、多孔構造、繊維構造、溝構造、網目構造等が挙げられる。

ウィックの設置箇所は、特に限定されないが、コンテナの内部に、蒸発部から凝縮部まで連続して設置されることが好ましい。例えば、ウィックは、コンテナが中空の直方体である場合、１つの内壁面上に設置されていてもよく、すべての内壁面に設置されていてもよい。ウィックは、コンテナと一体に成形してもよく、またはコンテナの内壁面を加工して得てもよく、あるいは別途作製したウィックをコンテナの内壁面に貼り付けてもよい。

ウィックの毛細管構造は、特に限定されず、従来のヒートパイプおよびベーパーチャンバーにおいて用いられている公知の構造であってもよい。

ウィックは、コンテナの内壁面に所定の間隔で形成された溝、凹凸もしくは突起の集合体であってもよく、または焼結金属もしくは焼結セラミック、または繊維等であってもよい。

好ましい態様において、本発明のシート状ヒートパイプは、ウィック上に配置された多孔体を有する。

一の態様において、多孔体は、１００ｎｍ以下の平均孔径を有し得る。多孔体の平均孔径は、好ましくは０．３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、より好ましくは０．３ｎｍ以上５０ｎｍ以下、さらに好ましくは０．３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり得る。より小さな平均孔径を有することにより、多孔体は、より多くの作動液を保持することができ、また、毛管圧力が大きくなる。

多孔体の平均孔径は、ガス吸着法により測定することができる。具体的には、ガスを細孔表面に物理的に吸着させ、その吸着量と相対圧との関係から細孔分布を測定することができる。上記ガスとしては、細孔径が０．７ｎｍ以上である場合には、窒素が用いられ、細孔径が０．７ｎｍ未満である場合には、アルゴンが用いられる。

一の態様において、多孔体は、１００ｍ^２／ｇ以上の比表面積を有し得る。多孔体の比表面積は、好ましくは１００ｍ^２／ｇ以上２０，０００ｍ^２／ｇ以下であり、より好ましくは５００ｍ^２／ｇ以上１５，０００ｍ^２／ｇ以下、さらに好ましくは１，０００ｍ^２／ｇ以上１０，０００ｍ^２／ｇ以下であり得る。より大きな比表面積を有することにより、多孔体は、より多くの作動液を保持することができる。

多孔体の比表面積は、ガス吸着法により測定することができる。具体的には、ガスを細孔表面に物理的に吸着させ、その吸着量と相対圧との関係からＢＥＴ法などの計算式から換算することができる。上記ガスとしては、細孔径が０．７ｎｍ以上である場合には、窒素が用いられ、細孔径が０．７ｎｍ未満である場合には、アルゴンが用いられる。

一の態様において、多孔体は、５体積％以上、好ましくは１０体積％以上、より好ましくは２０体積％以上の作動液保持率を有し得る。より大きな作動液保持率を有することにより、多孔体はより多くの作動液を保持することができる。この保持率を高めることより、本発明のシート型ヒートパイプは、より高い熱輸送量を達成することができる。

尚、作動液保持率とは、多孔体の体積に対する、多孔体に吸着される作動液の割合（体積％）を意味する。該作動液の保持率は、熱重量測定により、多孔体を４０℃から１６０℃まで加熱した場合の重量変化率（減少率）を測定し、重量変化率と多孔体の密度とから算出することができる。

多孔体は、特に限定されないが、例えば、ゼオライトまたは多孔性金属錯体であり得る。他にもメソポーラスシリカ、活性炭などのカーボン系材料、珪藻土などが挙げられる。

上記ゼオライトとしては、上記した細孔径、比表面積または作動液保持率を有するものであれば特に限定されず、所望の性能に応じて適宜選択することができる。代表的な本発明に用いることができるゼオライトは、例えば、ＩＺＡ規格のＦＡＵタイプ、ＬＴＡタイプ、ＡＦＩタイプ、ＭＦＩタイプ、ＭＯＲタイプ、ＡＥＬタイプ、ＣＨＡタイプ、ＢＥＡタイプ、ＬＴＬタイプ、等が挙げられる。

多孔性金属錯体とは、金属イオンと有機配位子等から構成された多孔性物質を意味する。多孔性金属錯体は、当業者にはよく知られており、多孔性配位高分子（ＰＣＰ：Porous Coordination Polymers）または金属有機構造体（ＭＯＦ：Metal Organic Frameworks）とも称される。

本発明に用いられる多孔性金属錯体は、上記した細孔径、比表面積または作動液保持率を有するものであれば特に限定されず、所望の性能に応じて適宜選択することができる。代表的な本発明に用いることができる多孔性金属錯体は、例えば、ＭＩＬ系、ＺＩＦ系、ＭＯＦ系、ＨＫＵＳＴ−１、ＪＡＳＴ−１、などが挙げられる。

多孔体は、好ましくは親水性である。親水性の多孔体を用いることにより、親水性の作動液、例えば水を用いた場合に、毛管圧力が増大し、熱輸送量を高めることができる。

多孔体は、その種類に応じて、作動液の脱着温度が異なる。従って、ウィック上に配置する多孔体の種類および量を調節することにより、本発明のシート型ヒートパイプの作動温度を制御することができる。

また、多孔体は、水を吸脱着する際にもエネルギーを吸収・放出するので、この吸脱着エネルギーを利用することにより、より効率的に熱を輸送することができる。

一の態様において、シート型ヒートパイプは、低温では作動液の潜熱のみで動作して熱を輸送し、高温では作動液の潜熱に加え、多孔体の吸脱着エネルギーを利用することにより、より効率的に熱を輸送することができる。

ウィック上に多孔体を配置する方法は、特に限定されず、例えば、コーティングにより多孔体膜を形成したり、多孔体の微粉末をウィック上に結着させたりする方法が挙げられる。例えば、ゼオライトを用いる場合には、ゼオライトと低融点ガラスを含んだスラリー中にウィックを浸漬し、引き上げて加熱することにより、ウィック上にゼオライトを配置することができる。また、多孔性金属錯体を用いる場合には、多孔性金属錯体の原料である金属イオンおよび有機配位子を含む溶液中にウィックを浸漬し、加熱して乾燥することにより、ウィック上に多孔性金属錯体を形成することができる。

本発明のシート型ヒートパイプの厚みは、０．５ｍｍ以下、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり得る。シート型ヒートパイプの厚みを０．５ｍｍ以下とすることにより、より薄い熱対策部材とすることができる。また、シート型ヒートパイプの厚みを０．０５ｍｍ以上とすることにより、シート型ヒートパイプの強度をより容易に確保することができる。薄型化と強度を両立する観点から、シート型ヒートパイプの厚みは、より好ましくは０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下である。

本発明のシート型ヒートパイプのコンテナ内には、ウィックおよび作動液以外の部材が含まれていてもよい。例えば、コンテナは、コンテナの空間が潰れないように保持するための支持部材、気相の作動液および液相の作動液の移動を補助するための部材、例えば両者の移動空間を隔てる内部壁などを含んでいてもよい。

一の態様において、本発明のシート型ヒートパイプは、第１金属シートおよび／または第２金属シート上に樹脂部を有し得る。

一の態様において、樹脂部は、第１金属シートまたは第２金属シートのいずれか一方上にのみ存在する。

別の態様において、樹脂部は、第１金属シート上および第２金属シート上に存在する。

樹脂部は、第１金属シートおよび第２金属シートのいずれの位置に存在してもよく、また、第１金属シートおよび第２金属シートの全体を覆っていても、または一部のみを覆っていてもよい。また、第１金属シートおよび第２金属シート上の樹脂部は、互いに対向する位置に存在してもよく、あるいは対向しない位置に存在してもよい。

樹脂部を構成する樹脂は、特に限定されないが、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン・酢酸ビニル今日中体（ＥＶＡ）、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。

一の態様において、樹脂部は、他の材料を含みえる。樹脂部に他の材料を含ませることにより、本発明のシート型ヒートパイプに種々の機能を与えることができる。

他の材料としては、例えば、電磁波吸収材（例えば、磁性体フィラー）、蓄熱材（例えば、パラフィンフィラー、酸化バナジウム）等が挙げられる。電磁波吸収材を用いることにより、シート型ヒートパイプは、電磁波ノイズのシールド効果を得ることができる。また、蓄熱材を用いることにより、発熱体の温度上昇を遅らせることができる。

一の態様において、樹脂部の熱伝導率は、その樹脂部を有する第１金属シートまたは第２金属シートの熱伝導率よりも低い。樹脂部の熱伝導率を金属シートの熱伝導率よりも低くすることにより、樹脂部を有する金属シートの面内方向の均熱効果が向上する。

一の態様において、樹脂部の弾性率は、その樹脂部を有する第１金属シートまたは第２金属シートの弾性率よりも低い。樹脂部の弾性率を金属シートの弾性率よりも低くすることにより、シート型ヒートパイプにかかる応力を緩和することができ、また、破損を防止することができる。

樹脂部の厚みは、好ましくは０．５ｍｍ以下、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下、より好ましくは０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下であり得る。

樹脂部は、金属シートの表面に樹脂を塗布することにより設置してもよく、別途作製した樹脂シートを貼り付けてもよい。別法として、予め樹脂部を設けた金属シートを用いてもよい。

本発明のシート型ヒートパイプの製造方法は、特に限定されず、上記の構成を得られる方法であれば特に限定されない。例えば、２枚の金属シートを重ね合わせ、ウィックおよび作動液を封入するための開口部を残して接合し、開口部からウィックおよび作動液をコンテナ内に入れ、次いで、開口部を封止することにより得ることができる。また、別法として、一方の金属シート上にウィックを配置し、次いで、他方の金属シートを重ねて一部を接合し、開口部から作動液を入れて、封止してもよい。また、ウィックは予め金属シート上に形成されていてもよい。第１金属シートと第２金属シートの接合方法は、特に限定されないが、例えば、抵抗溶接、レーザー溶接、超音波接合、はんだを含むろう材による接合等が挙げられる。

上記したように、本発明のシート型ヒートパイプは、コンテナを構成する第１金属シートおよび第２金属シートの厚み、材料および樹脂部の組み合わせに応じて、種々の機能を有し得る。例えば、シート型ヒートパイプの実施態様として、下記のシート型ヒートパイプが挙げられる。

態様１（図１）：第１金属シート２と第２金属シート３の厚みが同じであるシート型ヒートパイプ１ａ。態様１のシート型ヒートパイプ１ａは、上下の区別がなく、電子部品等への設置が容易である等の利点を有する。

第１金属シートと第２金属シートの厚みが異なる態様：
態様２（図２）：一方の金属シート（図２においては第１金属シート２）が、他方の金属シート（図２においては第２金属シート３）の厚みよりも厚いシート型ヒートパイプ１ｂ。態様２のシート型ヒートパイプ１ｂは、より厚い金属シートにより、より高い強度、剛性、また、より高いノイズ除去機能、より高い電磁波シールド機能が得られる等の利点を有する。

第１金属シートおよび／または第２金属シートが肉厚部および肉薄部を有する態様：
態様３（図３）：一方の金属シート（図３においては第１金属シート２）が肉厚部４と肉薄部５を有し、他方の金属シート（図３においては第２金属シート３）の厚みが一様であるシート型ヒートパイプ１ｃ。態様３のシート型ヒートパイプ１ｃは、金属シートの肉厚部により、より高い電磁波シールド機能が得られ、肉薄部により、コンテナ内部とコンテナ外部間でより効率的な熱の受け渡しができる等の利点を有する。
態様４（図４）：第１金属シート２および第２金属シート３が、肉厚部４と肉薄部５を有し、互いの肉厚部と肉薄部が向かい合っているシート型ヒートパイプ１ｄ。態様４のシート型ヒートパイプ１ｄは、金属シートの肉厚部により、より高い電磁波シールド機能が得られ、肉薄部により、コンテナ内部とコンテナ外部間でより効率的な熱の受け渡しができる等の利点を有する。また、このような機能をヒートパイプの両面に与えることができる点も有利である。

第１金属シートおよび／または第２金属シートが、樹脂部を有する態様
態様５（図５）：一方の金属シート（図５においては第１金属シート２）が樹脂部６を有するシート型ヒートパイプ１ｅ。態様５のシート型ヒートパイプ１ｅは、金属シート上の樹脂部により、種々の機能を有し得る。
態様６（図６）：第１金属シート２および第２金属シート３が樹脂部６を有し、それらが対向しないように配置されているシート型ヒートパイプ１ｆ。態様６のシート型ヒートパイプ１ｆは、複数の樹脂部を有することから、種々の機能を有し得る。
尚、図１〜６においては、簡単のためにウィックおよび作動液は図示していない。

次に、本発明の薄型放熱板について説明する。

本発明の薄型放熱板は、金属板と、当該金属板上に、金属板と第２金属シートの主面が密着するように配置された上記のシート型ヒートパイプとを有して成る。

上記金属板を構成する材料は、金属であれば特に限定されず、例えば銅、Ａｌ合金、Ｍｇ合金、チタン等が考えられる。

上記金属板の厚みは、１．０ｍｍ以下、好ましくは０．１０ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり得る。薄型放熱板の厚みを１．０ｍｍ以下とすることにより、より薄い熱対策部材とすることができる。また、薄型放熱板の厚みを０．１０ｍｍ以上とすることにより、薄型放熱板の強度をより容易に確保することができる。薄型化と強度を両立する観点から、薄型放熱板の厚みは、より好ましくは０．３０ｍｍ以上０．８０ｍｍ以下である。

好ましい態様において、上記金属板は、上記シート型ヒートパイプを設置するための凹部を有し得る。凹部の深さは、そこに設置するシート型ヒートパイプの厚みに応じて適宜設定され、例えば、０．５ｍｍ以下、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下、より好ましくは０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下であり得る。

本発明の薄型放熱板において、上記金属板上には、上記した本発明のシート型ヒートパイプが、金属板と第２金属シートの主面が密着するように配置されている。

好ましい態様において、金属板は凹部を有し、凹部内にシート型ヒートパイプを有している。凹部内にシート型ヒートパイプを設置することにより、シート型ヒートパイプの設置による厚みの増加を抑制することができる。好ましくは、凹部の深さは、シート型ヒートパイプの厚み以下、例えばシート型ヒートパイプの厚み未満またはシート型ヒートパイプの厚みと同じであり得る。

金属板とシート型ヒートパイプとの設置方法は、特に限定されず、予め作製したシート型ヒートパイプを金属板上に設置してもよく、あるいは、金属板上に直接シート型ヒートパイプを形成することにより設置してもよい。

予め作製したシート型ヒートパイプを設置する場合、その設置方法は、例えば、はんだ、導電性接着材、熱伝導性テープを用いて接合する方法、ねじ穴、爪等を設けて機械的に固定する方法等が挙げられる。

金属板上に直接シート型ヒートパイプを形成する場合、例えば、下記のように形成することができる。まず、金属板上に第２金属シートを配置または形成し、次いで、ウィックを配置または形成し、その上から第１金属シートをかぶせ、第１金属シートと第２金属シートを作動液の封入口を残して接合し、作動液を封入した後に封入口を閉じて封止する。このように直接シート型ヒートパイプを金属板上に形成することにより、金属板と第２金属シートは一体となり、シート型ヒートパイプと金属板とをより密着させることが容易になる。その結果、シート型ヒートパイプと放熱板間での熱のやりとりの効率を高めることができ、また、放熱板の凹部空間を有効に利用することができることから、コンテナの容量をより大きくすることができる。

一の態様において、金属板上に、第２金属シートを配置することなく、直接ウィックを配置して、金属板と第１金属シートを接合することにより、金属板と第１金属シートからコンテナを形成してもよい。即ち、この態様において、金属板は第２金属シートを兼ねている。この態様においては、さらにコンテナの容量を大きくすることが可能になる。

従って、本発明は、金属板と、
金属板上に配置されたシート型ヒートパイプと
を有して成る薄型放熱板であって、
上記シート型ヒートパイプは、
シート状コンテナと、
コンテナ内に封入されるウィックと、
コンテナ内に封入される作動液と
を有して成り、
上記シート状コンテナは、第１金属シートおよび第２金属シートで構成され、
上記第１金属シートおよび第２金属シートは、重ね合わされた状態で内部に密閉された空間を形成するように一部が接合しており、
第２金属シートが金属板と一体となっているか、あるいは、金属板が第２金属シートを兼ねていることを特徴とする、薄型放熱板をも提供する。

本発明の放熱板は、上記した本発明のシート型ヒートパイプの形態を適宜選択することにより、種々の機能を有し得る。例えば、本発明の放熱板の実施態様として、下記の放熱板が挙げられる。

シート型ヒートパイプの設置状態に関する態様：
態様１（図７）：予め作製したシート型ヒートパイプ１６が金属板１７の凹部に設置されている放熱板１１ａ。態様１の放熱板は、シート型ヒートパイプを別途作製することから、シート型ヒートパイプの設計、製造法の自由度が高い等の利点を有する。
態様２（図８）：金属板１７と第２金属シート１３が一体となっている放熱板１１ｂ。態様２の放熱板は、シート型ヒートパイプの第２金属シート１３が金属板に高度に密着していることから、シート型ヒートパイプと金属板間の熱の受け渡し効率が高く、また、コンテナの容積を大きくできる等の利点を有する。

第１金属シート１２と第２金属シート１３の厚みが異なっている態様：
態様３（図９）：第１金属シート１２が厚く、第２金属シート１３が薄い放熱板１１ｃ。態様３の放熱板は、放熱板の表面に厚い金属シートが存在することから、より高い強度および剛性、特に剛性、また、より高いノイズ除去機能、より高い電磁波シールド機能が得られる等の利点を有する。また、金属板とコンテナ内部間を隔てる第２金属シートが薄いことから、金属板とコンテナ内部間の効率的な熱の受け渡しができる等の利点を有する。
態様４（図１０）：第２金属シート１３が厚く、第１金属シート１２が薄い放熱板１１ｄ。態様４の放熱板は、シート型ヒートパイプの露出面となる第１金属シート１２が薄いことから、外部から、特に発熱部からの熱を効率的に受け取ることができる等の利点を有する。また、第２金属シート１３が厚いことから、強度も確保することができる等の利点を有する。

各金属シートが、肉厚部および肉薄部を有する態様：
態様５（図１１）：第１金属シート１２が肉厚部１４と肉薄部１５を有し、第２金属シート１３の厚みが一様である放熱板１１ｅ。態様５の放熱板は、第１金属シート１２の肉厚部により、より高い電磁波シールド機能が得られ、肉薄部により、外部から、特に発熱部からの熱を効率的に受け取ることができる等の利点を有する。
態様６（図１２）：第１金属シート１２および第２金属シート１３が、肉厚部１４と肉薄部１５を有し、互いの肉厚部と肉薄部が向かい合っている放熱板１１ｆ。態様６の放熱板は、金属シートの肉厚部により、より高い電磁波シールド機能が得られ、肉薄部により、発熱部からの熱を効率的に受け取ることができ、コンテナ内部と金属板間でより効率的な熱の受け渡しができる等の利点を有する。

第１金属シート１２と第２金属シート１３の材料が異なっている態様：
態様７（図１３）：第１金属シート１２を構成する材料と第２金属シート１３を構成する材料が異なっている放熱板１１ｇ。態様７の放熱板は、第１金属シート１２を構成する材料と第２金属シート１３の材料が異なっていることから、強度向上機能、剛性向上機能、熱伝導機能、電磁波シールド機能等の種々の機能を発揮できる等の利点を有する。
態様８：第１金属シート１２の熱伝導率が、第２金属シート１３の熱伝導率よりも高い放熱板１１ｈ。態様８の放熱板は、第１金属シート１２の熱伝導率が高いことから、外部から、特に発熱部からの熱を効率的に受け取ることができ、従って、厚みを変更することなく熱の受け取り効率を高めることができる等の利点を有する。
態様９：第１金属シート１２の硬度が、第２金属シート１３の硬度よりも高い放熱板１１ｉ。態様９の放熱板は、第１金属シート１２の硬度が高いことから、厚みを大きくすることなく、剛性を高めることができる等の利点を有する。
態様１０：第２金属シート１３の硬度が、第１金属シート１２の硬度よりも高い放熱板１１ｊ。態様１０の放熱板は、第２金属シート１３の硬度が高いことから、厚みを大きくすることなく、強度を高めることができる等の利点を有する。

第１金属シート１２および／または第２金属シート１３上に樹脂部を有する態様：
態様１１（図１４）：第１金属シート１２上に樹脂部を有する放熱板１１ｋ。態様１１の放熱板は、樹脂部により、種々の機能を有し得る。
態様１２（図１５）：第１金属シート１２および第２金属シート１３上に、樹脂部を有し、それらが対向しないように配置されている放熱板１１ｍ。態様１２の放熱板は、樹脂部により、種々の機能を有し得る。
態様１３：態様１１および１２において、樹脂部が電磁波吸収剤および／または蓄熱材を含む放熱板１１ｎ。態様１３の放熱板は、樹脂部に含まれる電磁波吸収剤または蓄熱材により、電磁波吸収機能または蓄熱機能を有し得る。
態様１４：態様１１および１２において、樹脂部の熱伝導率が、第１金属シート１２および第２金属シート１３の熱伝導率よりも低い放熱板１１ｐ。
態様１５：態様１１および１２において、樹脂部の弾性率が、第１金属シート１２および第２金属シート１３の弾性率よりも低い放熱板１１ｑ。
尚、図７〜１５においては、簡単のためにウィックおよび作動液は図示していない。

本発明のシート型ヒートパイプおよび薄型放熱板は、厚みが非常に小さいので、小型化、特に薄型化が要求される電子機器、例えばスマートフォンやタブレットなどのモバイル端末における利用に適している。

従って、本発明は、本発明のシート型ヒートパイプまたは薄型放熱板を有して成る電子機器をも提供する。

本発明の放熱板を電子機器に組み入れる場合、通常、シート型ヒートパイプの一部が、発熱素子と直接または間接的に接触するように、あるいは、発熱素子の熱の影響下にあるように、設置される。

電子機器への組み入れ例を、図１６および図１７に示す。

図１６では、本発明の放熱板２１は、シート型ヒートパイプ２２が、電子機器３１の内部の発熱部品３２と、サーマルインターフェースマテリアル３３を介して熱的に接続されており、金属板２３は液晶ディスプレイ３４に熱を渡せるように設置されている。この場合、発熱部品３２で生じた熱は、サーマルインターフェースマテリアル３３を介してシート型ヒートパイプ２２に伝わり、シート型ヒートパイプ２２により金属板２３の広範囲に移送される。金属板に移送された熱は、さらに液晶ディスプレイ３４を介して、外部に消散される。

図１７では、本発明の放熱板２１は、シート型ヒートパイプ２２が、電子機器３１の内部の発熱部品３２と、サーマルインターフェースマテリアル３３を介して熱的に接続されており、金属板２３は筐体３５に接触するように設置されている。この場合、発熱部品３２で生じた熱は、サーマルインターフェースマテリアル３３を介してシート型ヒートパイプ２２に伝わり、シート型ヒートパイプ２２により金属板２３の広範囲に移送される。金属板に移送された熱は、さらに筐体３５を介して、外部に消散される。

また、本発明のシート型ヒートパイプおよび薄型放熱板は、電気装置の回路のグラウンドと電気的に結合してシールドとして機能することもできる。

本発明のシート型ヒートパイプおよび薄型放熱板は、非常に薄いので、幅広い用途に用いることができる。特に、小型電子機器等の冷却デバイス等として、小型で効率的な熱輸送が求められる用途に用いることができる。

１ａ〜１ｆ…シート型ヒートパイプ
２…第１金属シート
３…第２金属シート
４…肉厚部
５…肉薄部
６…樹脂部
１１ａ〜１１ｍ…放熱板
１２…第１金属シート
１３…第２金属シート
１４…肉厚部
１５…肉薄部
１６…シート型ヒートパイプ
１７…金属板
１８…樹脂部
２１…薄型放熱板
２２…シート型ヒートパイプ
２３…金属板
３１…電子部品
３２…発熱部品
３３…サーマルインターフェースマテリアル
３４…液晶ディスプレイ
３５…筐体
３６…シールドケース
３７…電子部品
３８…バッテリ

Claims

シート状コンテナと、
コンテナ内に封入されるウィックと、
コンテナ内に封入される作動液と
を有して成るシート型ヒートパイプであって、
シート状コンテナは、第１金属シートおよび第２金属シートで構成され、
第１金属シートおよび第２金属シートは、重ね合わされた状態で内部に密閉された空間を形成するように一部が接合されており、
シート状コンテナの厚みが０．５ｍｍ以下であり、
前記第１金属シートを構成する材料と前記第２金属シートを構成する材料とが異なり、
前記第１金属シートおよび前記第２金属シートが、肉厚部および肉薄部を有し、互いの肉厚部と肉薄部が向かい合っている
ことを特徴とする、シート型ヒートパイプ。
第１金属シートおよび／または第２金属シート上に樹脂部を有することを特徴とする、請求項１に記載のシート型ヒートパイプ。
樹脂部が、電磁波吸収材および／または蓄熱材を含むことを特徴とする、請求項２に記載のシート型ヒートパイプ。
樹脂部の熱伝導率が、第１金属シートおよび／または第２金属シートの熱伝導率よりも低いことを特徴とする、請求項２または３に記載のシート型ヒートパイプ。
樹脂部の弾性率が、第１金属シートおよび／または第２金属シートの弾性率よりも低いことを特徴とする、請求項２〜４のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプ。
ウィックの表面に、細孔の平均孔径が１００ｎｍ以下である多孔体が配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプ。
ウィックの表面に、比表面積が１００ｍ^２／ｇ以上である多孔体が配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプ。
ウィックの表面に、作動液の保持率が５体積％以上である多孔体が配置されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプ。
多孔体が、ゼオライトまたは多孔性金属錯体であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプ。
金属板と、
金属板上に、金属板と第２金属シートの主面が密着するように配置された請求項１〜９のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプと
を有して成る薄型放熱板。
金属板が凹部を有し、凹部内にシート型ヒートパイプが配置されていることを特徴とする、請求項１０に記載の薄型放熱板。
第１金属シートを構成する材料と第２金属シートを構成する材料が異なることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の薄型放熱板。
第１金属シートの熱伝導率が、第２金属シートの熱伝導率よりも高いことを特徴とする、請求項１２に記載の薄型放熱板。
第１金属シートの硬度が、第２金属シートの硬度よりも高いことを特徴とする、請求項１２に記載の薄型放熱板。
第２金属シートの硬度が、第１金属シートの硬度よりも高いことを特徴とする、請求項１２に記載の薄型放熱板。
第１金属シートおよび／または第２金属シート上に樹脂部を有することを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の薄型放熱板。
樹脂部が、電磁波吸収材および／または蓄熱材を含むことを特徴とする、請求項１６に記載の薄型放熱板。
樹脂部の熱伝導率が、第１金属シートおよび／または第２金属シートの熱伝導率よりも低いことを特徴とする、請求項１６または１７に記載の薄型放熱板。
樹脂部の弾性率が、第１金属シートおよび／または第２金属シートの弾性率よりも低いことを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の薄型放熱板。
樹脂部が、第１金属シート上にのみ存在することを特徴とする、請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の薄型放熱板。
金属板と、
金属板上に配置されたシート型ヒートパイプと
を有して成る薄型放熱板であって、
上記シート型ヒートパイプは、
シート状コンテナと、
コンテナ内に封入されるウィックと、
コンテナ内に封入される作動液と
を有して成り、
上記シート状コンテナは、第１金属シートおよび第２金属シートで構成され、
上記第１金属シートおよび第２金属シートは、重ね合わされた状態で内部に密閉された空間を形成するように一部が接合しており、
第２金属シートが金属板と一体となっており、
第１金属シートを構成する材料と第２金属シートを構成する材料とが異なり、
前記第１金属シートおよび前記第２金属シートが、肉厚部および肉薄部を有し、互いの肉厚部と肉薄部が向かい合っていることを特徴とする、薄型放熱板。
金属板と、
金属板上に配置されたシート型ヒートパイプと
を有して成る薄型放熱板であって、
上記シート型ヒートパイプは、
シート状コンテナと、
コンテナ内に封入されるウィックと、
コンテナ内に封入される作動液と
を有して成り、
上記シート状コンテナは、第１金属シートおよび第２金属シートで構成され、
上記第１金属シートおよび第２金属シートは、重ね合わされた状態で内部に密閉された空間を形成するように一部が接合しており、
金属板が第２金属シートを兼ねており、
第１金属シートを構成する材料と金属板を構成する材料とが異なっており、
前記第１金属シートおよび前記第２金属シートが、肉厚部および肉薄部を有し、互いの肉厚部と肉薄部が向かい合っていることを特徴とする、薄型放熱板。
厚みが１．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１０〜２２のいずれか１項に記載の薄型放熱板。
請求項１〜９のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプまたは請求項１０〜２３のいずれか１項に記載の薄型放熱板を有して成る電子機器。
請求項１〜９のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプまたは請求項１０〜２３のいずれか１項に記載の薄型放熱板が、回路のグラウンドと電気的に結合してシールドとして機能することを特徴とする、請求項２４に記載の電子機器。