KR20080048438A - 히트 파이프 및 그 제조 방법 - Google Patents

히트 파이프 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

종래보다도 훨씬 열 전도성을 향상할 수 있는 소형 박형의 히트 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
하내면에 상부재측 격자 형상 오목부(21)를 가지는 상부재(2)와 상내면에 하부재측 격자 형상 오목부(17)를 가지는 하부재(3) 사이에, 상부재(2) 및 하부재(3)의 상부재측 격자 형상 오목부(21) 및 하부재측 격자 형상 오목부(17)와 연통된 평면 방향의 증기 확산 유로(10)를 복수 형성하는 상측 중간판(7) 및 하측 중간판(8)을 개재시키고, 상부재(2) 및 하부재(3) 사이의 밀봉 공간 내부로 냉매를 봉입한 히트 파이프(1)로서, 상측 중간판(7) 및 하측 중간판(8)의 증기 확산 유로(10)를 형성하는 부분 이외의 부분에, 상부재(2) 및 하부재(3)의 상부재측 격자 형상 오목부(21) 및 하부재측 격자 형상 오목부(17)에 연통되는 수직 방향 또는 수직·평면 양방향의 모세관 유로(11)를 형성하여 이루어진다.

Description

히트 파이프 및 그 제조 방법{HEAT PIPE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
본 발명은 히트 파이프 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 박형이고 또한 평판 형상으로 이루어지는 히트 파이프에 적용하기에 적합한 것이다.
히트 파이프로서, 일본 특허 공개2002-039693호 공보나 일본 특허 공개2004-077120호 공보 등에 의해 소개된 것이 있다.
이와 같은 히트 파이프에 있어서는, 슬릿(윅)을 갖는 박판으로 이루어지는 칸막이판 등을 복수 서로 겹치고, 서로 겹쳐 놓은 것의 상하에 외벽 부재를 겹쳐 컨테이너를 구성하고, 상기 슬릿으로 이루어지는 컨테이너 내부 공간에 냉매를 봉입한 것이다. 특히, 일본 특허 공개2002-039693호 공보에 기재된 기술에 있어서는, 상기 복수의 칸막이판의 겹침이 각 슬릿의 폭 방향으로 어긋나도록 되어 있다.
그리고, 컨테이너의 형성은, 그 컨테이너를 구성하는 각 부재를 컨테이너주변부에서 접합 일체화함으로써 행해지고 있다.
또한, 일반적으로 컨테이너 내부 공간으로의 냉매 봉입은, 예를 들면 히트 파이프의 측면 또는 상면 혹은 하면에 구멍을 형성하고, 그 구멍을 통해 냉매를 내부로 주입한 후, 상기 구멍을 코킹 등에 의해 차단하는 방법으로 행해지고 있다.
이와 같은 히트 파이프는, 얇은 판형 부재로 히트 파이프를 구성하고 있으므 로, 평탄하고 박형인 플랫(flat)형 히트 파이프를 제공할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 이와 같은 히트 파이프는, 각 슬릿끼리 서로 겹쳐진 부분이 냉매가 통하는 유로가 됨과 아울러, 슬릿의 어긋난 부분이 모세관 현상으로 냉매를 이동시키는 이동로가 되고, 열 전도성을 높일 수 있는 이점이 있다.
특허문헌1: 일본 특허 공개2002-039693호 공보
특허문헌2: 일본 특허 공개2004-077120호 공보
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 이와 같은 히트 파이프에서는, 박형이고 평판 형상이면서 열 전도성을 높게 할 수 있다는 이점을 가지고 있으나, 항상 고속으로 계속 동작하여 열량이 큰 CPU(Central Processing Unit) 등을 효율 좋게 냉각하기 위해서는 박형을 유지하면서, 게다가 열 전도성을 향상시키는 것이 바람직하다.
본 발명은, 이상과 같은 점을 고려해서 고안된 것으로, 액 피드백 특성을 향상시킴으로써, 종래보다도 훨씬 열 전도성을 향상시킬 수 있는 소형 박형의 히트 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 방열 효과를 향상시킴으로써, 종래보다도 훨씬 열 전도성을 향상시킬 수 있는 소형 박형의 히트 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 피냉각 장치에서 나오는 열을 직접 히트 파이프에 집어넣음으로써 종래보다도 훨씬 열 전도성을 향상시킬 수 있는 소형 박형의 히트 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 아웃 가스 농도를 감소시켜서, 내부 부식에 의한 수명 저하를 방지할 수 있는 히트 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 냉매의 열 팽창에 의해 히트 파이프가 변형 파손되는 것을 방지하고. 히트 파이프의 내열성, 신뢰성을 높일 수 있는 히트 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 히트 파이프의 생산성을 높여서 보다 나은 히트 파이프의 저가격화를 도모하고, 또한 밀봉 부재에 의해 히트 파이프의 외면 평탄성이 파손될 수 있는 우려를 방지할 수 있는 히트 파이프를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명의 히트 파이프는, 하면에 오목부를 가지는 평탄 형상의 상부재와, 상면에 오목부를 가지는 평탄 형상의 하부재 사이에, 상기 상부재 및 상기 하부재의 오목부와 연통된 평면 방향의 증기 확산 유로를 복수 형성하는 평탄 형상의 중간판을 하나 또는 복수 개재시키고, 상기 상부재 및 상기 하부재 사이의 밀봉 공간 내부에 상기 증기 확산 유로 및 상기 오목부를 구비하고, 또한 상기 밀봉 공간 내부에 냉매를 봉입한 히트 파이프로서, 상기 중간판에는, 상기 증기 확산 유로를 형성한 부분 이외의 부분에, 상기 상부재 및 상기 하부재의 오목부에 연통되는 수직 방향 또는 수직·평면 양방향의 모세관 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성의 히트 파이프에 있어서, 상기 중간판은 복수 개재되고, 상기 중간판의 각각에는 관통 구멍이 뚫려 형성되어 있고, 상기 중간판을 서로 겹침으로써, 상기 관통 구멍이 각각 일부만이 겹쳐지고, 상기 관통 구멍의 상기 평면 방향의 단면적보다도 좁은 모세관 유로를 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 상부재 및 상기 하부재 중 적어도 한쪽 외면에, 피냉각 장치가 장착되는 복수의 돌기를 일체 형성하는 것이 바람직하다.
이들 상기 구성의 히트 파이프에 있어서, 상기 상부재 및 상기 하부재의 평면 형상이 장방형이고, 중앙부가 피냉각 장치 배치부로 되어, 상기 증기 확산 유로 각각이, 변에 대해서 경사방향으로 되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 상부재 및 상기 하부재의 평면 형상이 장방형이고, 중앙부가 피냉각 장치 배치부로 되어, 상기 증기 확산 유로 각각이, 상기 중앙부의 피냉각 장치 배치부로부터 방사상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재의 주변부 및 피냉각 장치배치부의 주변부 내지 그 근방에 접합용 돌기가 형성되어 있고, 상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재가, 히트 프레스(열전사 기계)에 의해 상기 접합용 돌기를 통해서 직접 접합되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 히트 파이프 제조 방법은, 상면에 오목부를 가지는 평판 형상의 하부재와, 하면에 오목부를 가지는 평탄 형상의 상부재와, 상기 상부재 및 상기 하부재 사이에 설치되어, 상기 상부재 및 상기 하부재의 오목부와 연통된 평면 방향의 증기 확산 유로를 복수 형성하는 하나 또는 복수의 평판 형상의 중간판을 적층하고, 상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재가 서로 직접 접합되어야 하는 주변부, 또는 상기 주변부 및 피냉각 장치 배치부의 주변부 내지 그 근방에 형성된 접합용 돌기에, 히트 프레스하고, 상기 접합용 돌기의 형성 위치에서 상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재를 직접 접합함으로써 일체화하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법에서는, 하면에 오목부를 가지는 평판 형상의 상부재와, 상면에 오목부를 가지는 평판 형상의 하부재 사이에, 상기 상부재 및 상기 하부재의 오목부와 연통된 복수의 증기 확산 유로를 형성하는 하나 또는 복수의 평판 형상의 중간판이 개재되고, 상기 상부재 및 상기 하부재의 밀봉 공간에, 상기 증기 확산 유로 및 상기 오목부가 구성되도록 적층하고, 상기 상부재 또는 상기 하부재의 한쪽에, 상기 밀봉 공간과 외부가 연통되는 하나 또는 복수의 냉매 주입 구멍이 형성되고, 상기 밀봉 공간 내부로 냉매가 봉입되고, 상기 냉매 주입 구멍이 가소성 금속으로 이루어지는 밀봉 마개에 의해 차단되어 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉매 주입 구멍의 각각의 내주면에, 상기 밀봉 마개로 상기 냉매 주입 구멍의 각각을 완전하게 차단하는 상태가 될 때까지는 외부와 내부 공간을 연통시키는 상태를 유지하고, 완전하게 차단하는 상태가 되면 그 밀봉 마개로 차단되는 하나 또는 복수의 가스 배출 홈을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉매 주입 구멍의 각각은 상부가 하부보다 큰 지름으로 되어, 상기 냉매 주입 구멍의 각각을 차단하는 상기 밀봉 마개의 표면이 그 냉매 주입 구멍이 형성된 부재의 외면에서 돌출되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 밀봉 공간 내부가 감압 하에 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서의 히트 파이프 제조 방법은, 상면에 오목부를 가지는 평판 형상의 하부재, 하면에 오목부를 가지는 평판 형상의 상부재, 및 상기 상부재 및 상기 하부재의 오목부와 연통된 평면 방향의 증기 확산 유로를 복수 형성하는 하나 또는 복수의 평판 형상의 중간판을 적층하고, 상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재가 서로 직접 접합되어야 하는 주변부, 또는 상기 주변부 및 피냉각 장치 배치부의 주변부 내지 그 근방에 형성된 접합용 돌기에, 히트 프레스하고, 상기 접합용 돌기의 형성 위치에서 상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재를 직접 접합함으로써 일체화하는 공정과, 감압 하에 있어서 상기 하부재 및 상기 상부재 중 적어도 한쪽에 형성된 냉매 주입 구멍을 통해 상기 상부재 및 상기 하부재의 밀봉 공간 내부로 냉매를 주입하는 공정과, 상기 냉매 주입 구멍상의 각각에 밀봉 마개가 되는 가소성 금속체를 배치하고, 가압의 의해 상기 가소성 금속체를 압접하여 상기 냉매 주입 구멍의 각각을 차단하는 밀봉 마개로 하는 공정을 가지는 것을 특징으로 한다.
발명의 효과
본 발명의 히트 파이프에 의하면, 하나 또는 복수의 중간판에 의해, 상부재 및 하부재의 오목부와 연통되는 평면 방향의 증기 확산 유로가 형성됨과 아울러, 상부재 및 하부재의 오목부와 연통되는 수직 방향 또는 수직·평면 양방향의 모세관 유로가 형성되므로, 증기 확산 유로에 의한 증기 확산과, 모세관 유로에 의한 냉매 피드백의 의해 상기 냉매가 순환하기 쉽게 되어, 액 순환 특성이 향상되고, 종래보다도 훨씬 열 전도성을 향상시킬 수 있는 소형 박형의 히트 파이프를 제공할 수 있다.
특히, 중간판의 증기 확산 유로가 형성되는 부분 이외의 부분에, 수직·평면 양방향으로 냉매를 피드백시키는 미세한 모세관 유로를 보다 많이 형성함으로써, 히트 파이프의 거의 전면을 열전도에 기여하는 면적으로 하고, 이로 인해, 현저하게 열전도 효과를 높일 수 있다.
또한 상기 구성의 히트 파이프에 있어서, 복수의 중간판의 각 관통 구멍을 각각 일부 겹쳐서 모세관 유로를 형성하면, 각 모세관 유로의 평면 방향의 단면적을, 각 중간판의 관통 구멍 평면 방향의 단면적보다도 좁게 하는 것이 가능하게 되어, 증기 확산 작용과 모세관 현상에 의한 액 순환 작용의 밸런스가 맞아, 나아가서는 열전도 효과를 최대로 최적화할 수 있다.
이는, 중간판의 관통 구멍 가공 기술로서 미세화의 한계보다도 더욱 미세한 모세관 유로에서도 형성할 수 있음에 틀림없다.
또한, 상부재 및 하부재 중 적어도 한쪽 외면에, 피냉각 장치를 장착시키는 복수의 돌기를 일체 형성하고, 그 돌기에 피냉각 장치를 직접 접촉시킴으로써, 상기 피냉각 장치의 냉각 효과를 보다 강하게 할 수 있다. 따라서, 피냉각 장치에서 나오는 열을 직접 히트 파이프에 집어넣음으로써, 종래보다도 훨씬 열 전도성을 향상시킬 수 있는 소형 박형의 히트 파이프를 제공할 수 있다. 따라서, 예를 들면 발열량이 큰 5GHz 레벨의 고속 CPU(Central Processing Unit)라 해도, 확실하게 냉각할 수 있는 방열 효과가 높은 최적의 히트 파이프를 제공할 수 있다.
이는, 일반적인 히트 파이프와 같이 평탄면에 피냉각 장치의 저면을 접착하면, 거기에 열 저항이 극히 큰 접착제가 개재되고, 이 경우 열 전도율을 높이는 것이 어렵다. 따라서, CPU와 같이 발열량이 크고, 보다 방열 효과가 강한 것이 요구되는 피냉각 장치에 필요한 방열성을 충분히 얻을 수 없는 경우가 많다.
이에 대해, 본 발명의 히트 파이프에 있어서는, 피냉각 장치를 배치해야 하는 부분에 미세한 돌기를 복수 형성하고, 그 복수의 돌기간의 간극에 제공된 접착제를 통해서 피냉각 장치를 히트 파이프에 고정할 수 있으므로, 각 돌기 부분과 피냉각 장치가 직접 접촉하여, 접착제를 최소화시켜서 피냉각 장치로부터의 열을 히트 파이프에 전달할 수 있다.
또한, 상부재 및 하부재의 평면 형상이 장방형이고, 중앙부에 피냉각 장치를 설치하고, 변에 대해서 경사 방향으로 각 증기 확산 유로를 형성하거나, 혹은 상기 중앙부에서 방사상으로 각 증기 확산 유로를 형성하거나 한다면, 중앙부에서 모퉁이부로 유효한 방열이 가능하게 되고, 히트 파이프의 모퉁이부를 포함하는 면적의 대략 전체를 방열에 기여시킬 수 있어, 열전도 효과를 더욱 높일 수 있다.
본 발명의 있어서의 히트 파이프에 의하면, 하부재, 중간판 및 상부재의 주변부에 있어서 뿐만 아니라, 피냉각 장치 배치부의 주변부 내지 그 근방에 있어서도 히트 프레스에 의해 접합용 돌기를 통해 직접 접합하도록 함으로써, 냉매의 열 팽창에 의해 히트 파이프가 변형 파손되는 것을 방지하고, 히트 파이프의 내열성, 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 변형 파손되기 어렵기 때문에 히트 파이프의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
본 발명의 있어서의 히트 파이프 제조 방법에 의하면, 하부재, 중간판 및 상부재가 서로 직접 접합되어야 하는 주변부, 또는 상기 주변부 및 피냉각 장치 배치부의 주변부 내지 그 근방에 형성된 접합용 돌기에 히트 프레스하기 때문에, 접합용 돌기의 형성 위치에 열, 압력이 집중되어 이와 같은 접합용 돌기의 형성 위치에 직접 접합할 수 있고, 용접제나 접착제 등을 필요로 하지 않고, 히트 파이프의 일체화에 불가결한 접합을 할 수 있다.
따라서, 용접제나 접착제 등에 의해 불순물이 히트 파이프 내부에 혼입되는 경우가 없기 때문에, 내부 부식에 의한 수명 저하를 방지할 수 있는 히트 파이프를 제공할 수 있다. 더욱이, 히트 파이프를 보다 간단하고 신속하게 제조할 수 있고, 또한, 은 합금 등 고가의 접착 부재를 사용하지 않으므로, 히트 파이프의 저가격화를 도모할 수 있다.
본 발명의 히트 파이프 및 히트 파이프 제조 방법에 의하면, 각 히트 파이프의 냉매 주입용 구멍상에 가소성 금속을 적재하고, 이들 복수의 히트 파이프에 대해서 한 번에 가소성 금속의 가압 및 가열을 하고, 모든 가소성 금속을 소성 유동시켜 일제히 냉매 봉입할 수 있다. 이렇게 해서 종래의 냉매 주입 구멍마다 개별적으로 코킹 작업을 행하는 밀봉 방법과 비교하여 히트 파이프의 양산성을 높일 수 있고, 또한 양산성을 높임으로써 히트 파이프의 저가격화를 도모할 수도 있다.
또한, 이 경우, 가소성 금속으로 냉매 주입 구멍을 밀봉할 때에, 가스 배출 홈을 통해 진공 탈기를 행하도록 함으로써, 가령 히트 파이프 내부를 부식시키는 유해 성분이 상기 내부 공간 내부에 존재하고 있어도, 내부 공간 내부의 공기가 가스 배출 홈을 통해 샐 수 있기 때문에, 상기 공기와 아울러 내부 공간 내부로부터 유해 성분을 확실하게 제거시킬 수 있고, 이렇게 해서 아웃 가스 농도를 감소시켜, 내부 부식에 의한 수명 저하를 방지할 수 있는 히트 파이프를 제공할 수 있다.
또한, 냉매 주입 구멍의 각각에 대해서, 그 상부를 하부보다 큰 지름으로 하면, 작은 지름의 하부를 완전하게 메운 상태의 가소성 금속의 잔여 부분이 큰 지름의 상부 내부로 들어가서, 히트 파이프 외면에서 돌출되지 않도록 할 수 있다.
따라서, 밀봉에 의해 히트 파이프 외면의 평탄성을 저해하는 돌기가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 밀봉 후의 상기 밀봉 공간이 가압 하에 있으면, 냉매의 비등점이 내려가기 때문에, 피냉각 장치의 열을 빼앗는 냉매가 상온보다 조금 높은 온도에서, 증기 확산 유로에 의한 증기 확산과, 모세관 유로에 의한 냉매 피드백에 의해 상기 냉매가 순환 가능하게 되고, 방열 효과를 향상시킴으로써, 종래보다도 훨씬 열 전도성을 향상시킬 수 있는 소형 박형의 히트 파이프를 제공할 수 있다.
[도1] 실시예1에 의한 히트 파이프의 상외면 및 하외면의 외관 구성을 나타내는 사시도이다.
[도2] A-A' 단면에 있어서의 상부재, 상측 중간판, 하측 중간판 및 하부재의 외관 구성을 나타내는 사시도이다.
[도3] A-A' 단면에 있어서 상부재, 상측 중간판, 하측 중간판 및 하부재가 일체화되어 있을 때의 일부 정면 단면 구성 및 B-B' 단면 구성을 나타내는 개략도이다.
[도4] A-A' 단면에 있어서의 하부재의 하외면의 외관 구성을 나타내는 사시 도이다.
[도5] (A)는 상부재의 하내면과, 상측 중간판 및 하측 중간판의 상면구성과,하부재의 상내면의 구성을 나타내는 개략도이고, (B)는 상측 중간판, 하측 중간판 및 하부재를 적층시켰을 때의 모습을 나타나는 개략도이다.
[도6] 상측 중간판의 관통 구멍과, 하측 중간판의 관통 구멍의 배치 모습을 나타내는 개략도이다.
[도7] 상측 중간판, 하측 중간판 및 하부재를 적층시켰을 때의 상세 구성을 나타내는 개략도이다.
[도8] 실시예1에 의한 히트 파이프의 제조 방법의 일례를, 공정순으로 (A)~(E)에 따라 나타내고 있고, (A), (B), (D), (E)는 단면도를, 또한 (C)는 개구 부분을 위에서 본 도면으로 나타내고 있다.
[도9] 상부재에 있어서의 냉매 주입용 구멍 및 공기 배출용 구멍의 구성을 나타내는 평면 단면도이다.
[도10] 히트 파이프의 밀봉 공간 내부에 있어서의 냉매 순환 현상의 원리를 간단하게 나타내는 단면도이다.
[도11] 증기 확산 유로 및 모세관 유로를 통과하는 냉매 순환 현상의 모습을 나타내는 상세 측단면도이다.
[도12] 실시예2에 의한 히트 파이프 내부의 증기 확산 유로의 모습을 나타내는 외관도이다.
[도13] 히트 파이프와, 단순한 구리판에 대하여 행한 열 확산성에 관한 시뮬 레이션 결과를 나타내는 개략도이다.
[도14] 두께가 다른 구리판과, 본원 발명의 히트 파이프의 열 확산성에 관한 실험 결과의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
[도15] 실시예3에 의한 히트 파이프의 상부재, 상측 중간판, 하측 중간판 및 하부재의 측단면 구성을 나타내는 단면도이다.
[도16] 하측 중간판의 외관 구성과, 측단면 구성과, 모세관 중앙 형성 영역에 형성된 중간판 중앙 돌기의 외관 구성을 나타내는 개략도이다.
[도17] 실시예3의 다른 실시 형태에 의한 중간판의 외관 구성을 나타내는 개략도이다.
[도18] 실시예4에 의한 히트 파이프의 상외면 및 하외면의 외관 구성을 나타내는 사시도이다.
[도19] 실시예4에 의한 히트 파이프 제조 방법의 일례(1)를 나타내는 것으로, (A)~(C)는 제조 방법을 공정순으로 나타내는 단면도이다.
[도20] 하부재에 있어서의 상내면의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.
[도21] 상부재에 있어서의 하내면의 전체 구성을 나타내는 개략도이다.
[도22] 실시예4에 의한 히트 파이프 제조 방법의 일례(2)를 나타내는 것으로, (A)~(C)는 제조 방법을 공정순으로 나타내는 단면도이다.
[도23] 상부재에 형성한 냉매 주입용 구멍의 정면 구성 및 측단면 구성을 나타내는 것으로, (A)는 평면도, (B)는 단면도이다.
[도24] 다른 실시 형태에 의한 냉매 주입용 구멍 또는 공기 배출용 구멍의 정면 구성, 측단면 구성 및 밀봉 부재에 의한 밀봉 모습(1)을 나타내는 것으로, (A)는 평면도, (B) 및 (C)는 단면도이다.
[도25] 다른 실시 형태에 의한 냉매 주입용 구멍 또는 공기 배출용 구멍의 정면 구성, 측단면 구성 및 밀봉 부재에 의한 밀봉 모습(2)을 나타내는 것으로, (A)는 평면도, (B) 및 (C)는 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명의 히트 파이프는, 구성으로서 오목부를 가지는 상부재와 오목부를 가지는 하부재 사이에, 증기 확산 유로 및 수직 방향(혹은 수직·평면 양방향)의 모세관 유로를 형성하는 하나 또는 복수의 중간판을 개재시킨 것으로, 그 상부재, 하부재 및 중간판의 재료로서는 열 전도성이 높은 구리가 최적이다.
이와 같은 히트 파이프의 피냉각 장치, 예를 들면 IC(반도체 집적 장치), LSI(대규모 집적 회로 장치) 또는 CPU 등을 배치하는 피냉각 장치 배치부는, 상부재와 하부재 중 어느 한쪽, 예를 들면 하부재의 외측(하측)면 중앙에 설치되지만, CPU 등과 같이 방열량이 많은 피냉각 장치의 경우에는, 그 피냉각 장치 배치부에 돌기를 일체로 설치하도록 하면 좋다.
즉, 돌기가 없는 공극 부분에 접착제를 개재시키는 한편, 돌기를 피냉각 장치에 직접 접촉시킴으로써, 피냉각 장치를 피냉각 장치 배치부의 소망 위치에 설치하여 고정하면서, 접착제를 경유하지 않고 피냉각 장치로부터의 열을 빠르게 히트 파이프 측으로 전달하는 것이 가능하게 된다.
히트 파이프 외곽을 이루는 상부재와 하부재의 평면 형상이 장방형인 경우, 증기 확산 유로의 방향은, 히트 파이프의 긴 변 혹은 짧은 변과 평행이어도 좋으나, 그보다는 경사지게 하는 것이 좋다. 이는, 긴 변 혹은 짧은 변과 평행하게 한 경우에는, 히트 파이프의 중앙부로부터 외측으로의 방열을 유효하게 할 수 없음에 반해서, 경사지게 한 경우에는 모퉁이부에 유효한 방열을 할 수 있기 때문이다.
특히, 히트 파이프 중앙부의 피냉각 장치로부터 방사상으로 증기 확산 유로를 형성한 경우에는, 피냉각 장치가 배치되는 히트 파이프 중앙부에서 네 곳의 모든 모퉁이부를 포함하는 주변에 있어서 전체적으로 고르게 효율적으로 방열할 수 있다. 따라서, 열전도 효과를 높일 수 있고, 히트 파이프로서 최적이라고 말할 수 있다.
여기서, 중간판이 복수인 경우에 있어서, 각 중간판의 증기 확산 유로용 구멍이 서로 겹쳐진 영역에서, 상부재 및 하부재의 오목부와 연통된 광영역으로 되고, 증기로 된 냉매가 평면 방향으로 흐르는 유로(이하, 이것을 증기 확산 유로라고 한다)가 형성된다. 또한, 중간판이 1장일 때에는, 증기 확산 유로용 구멍 자체가 증기 확산 유로가 된다.
증기 확산 유로의 형상은, 띠 형상이나 사다리꼴 형상 혹은 중앙부에서 주변부를 향해서 폭 치수가 점점 넓어지거나, 좁아져도 되고, 이 밖의 여러 형상이어도 된다.
중간판이 복수인 경우에 있어서, 서로 겹쳐진 증기 확산 유로용 구멍이 완전하게 겹쳐지도록 해도 좋고, 증기 확산 유로용 구멍이 폭 방향으로 어긋나도록 해 도 좋다. 또한, 이후의 실시예 항목에 기재된 실시예에 있어서는, 중간판은 증기 확산 유로용 구멍이 폭 방향으로 어긋나지 않도록 겹쳐져 있다.
또한, 중간판이 복수인 경우에 있어서, 이들 복수의 중간판을 서로 겹침으로써, 서로 겹쳐진 관통 구멍이 형성되고, 상부재 및 하부재의 오목부와 연통되고, 냉매가 수직 방향 또는 수직·평면 양방향으로 흐르는 유로(이하, 이것을 모세관 유로라고 한다)가 형성된다. 또한, 각 중간판의 관통 구멍이 다른 패턴으로 형성되어 있는 경우도 있고, 각 중간판의 관통 구멍이 동일한 패턴으로 형성되어 있는 경우도 있다. 또한 중간판이 1장일 때에는, 관통 구멍 자체가 모세관 유로가 된다.
즉, 각 중간판의 각 관통 구멍의 위치, 형상, 크기가 완전히 일치하고, 각 중간판의 관통 구멍이 대응하는 것끼리, 그것과 동일한 위치, 동일한 형상, 동일한 크기의 모세관 유로가 구성되도록 중간판을 상부재·하부재 사이에 설치하도록 하는 양상이 있을 수 있다.
이 경우 관통 구멍, 나아가서는 모세관 유로의 형상은, 예를 들면 장방형(예를 들면 정방형 또는 장방형)으로, 각에 알(R)이 붙어 있어도 좋다. 또한, 기본적으로는 장방형이지만, 그 일부 내지 모든 변의 면(모세관 유로의 내주면)이 물결 모양, 주름 모양 등, 표면적이 넓어지도록 해도 좋다. 그 이유는, 모세관 유로의 내주면의 표면적이 넓으면 냉각 효과가 강해지기 때문이다. 또한 모세관 유로의 형상은, 육각형이어도 좋고, 원형이어도 좋고, 타원이어도 좋다.
그러나, 평판 형상으로 이루어진 상부재 및 하부재의 평면부와 평행이 되는 방향(이하, 이것을 평면 방향이라고 한다)에서 본 모세관 유로의 단면적을, 보다 작게 형성하기 위해서는, 복수의 중간판을 그 관통 구멍들이 완전히 정합되는 위치보다도 적당하게 어긋나게 하고, 일부만이 겹쳐지도록 하면, 모세관 유로의 실질적인 단면적을 각 중간판의 관통 구멍 평면 방향의 단면적에 비해 작게 할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면 중간판이 2장인 경우에 있어서는, 상기 2장의 중간판 관통 구멍의 크기, 형상, 배치 피치(pitch)를 동일하게 하면서, 그 배치 위치를 그 배치 피치의 2분의 1만 소정 방향(예를 들면 횡 방향(후술하는 도1(A)의 X1방향))으로 옮기면, 모세관 유로의 실질적인 단면적을, 각 중간판의 관통 구멍 단면적의 2분의 1로 작게 할 수 있다.
또한, 2장의 중간판 관통 구멍의 배치 위치를 상기 한 방향과 교차하는 방향(예를 들면 종 방향(후술할 도1(A)의 Y1방향))으로 옮기면, 모세관 유로의 실질적인 단면적을, 각 중간판의 관통 구멍 단면적의 약 4분의 1로 작게 할 수 있다.
또한, 각 중간판에 있어서 관통 구멍을 이동시켜 배치한 경우에는, 냉매가 수직 방향뿐만 아니라 혹은 수직·평면 양방향으로도 흐르는 모세관 유로가 형성되게 된다.
또한, 상기 상부재 및 하부재의 오목부는, 하기 실시예 중에서는 돌기 기둥에 의해 구분되어 격자 모양으로 형성되는데, 그것 이외의 예를 들면 그물코 등의 형상 패턴으로 형성해도 좋다. 그것에 대응하여 돌기 기둥은, 그 횡단면이 정방형, 원형, 타원형, 다각형, 별형의 기둥 모양으로 형성된다. 상부재나 하부재 하나의 판 두께는, 500~2000μm 범위 내이고, 오목부의 깊이(즉, 돌기 기둥의 높이)는, 100~1000μm 범위 내이다. 또한, 중간판의 판 두께는 50~500μm의 범위 내이다.
또한, 히트 파이프의 제조는, 하부재, 중간판 및 상부재로서, 서로 직접 접합해야 하는 부재의 접합해야 하는 부분들의 한쪽에 접합용 돌기를 형성한 것을, 각각 서로 별개로 제조하고, 위치를 맞춘 후에 적층하고, 히트 프레스로 직접 접합하여 일체화함으로써, 히트 파이프 제조상의 냉매 봉입 이외의 모든 것을 끝낼 수 있다.
여기서 직접 접합이라는 것은, 접합하려고 하는 제1 및 제2의 면부를 밀착시킨 상태에서 가압하면서 열 처리를 가하는 것으로, 제1 및 제2의 면부 사이에 작용하는 원자 사이의 힘에 의해 원자들을 강고하게 접합시키는 것으로, 이에 의해 접착제 등을 사용하지 않고 제1 및 제2의 면부를 일체화할 수 있는 것이다.
이 경우의 접합용 돌기는, 예를 들면 상부재나 중간판 주위에 액자 형상으로 형성된다. 그 후, 감압 하(예를 들면 진공 중)에 있어서, 히트 파이프의 일부(예를 들면 상부재 혹은 하부재)에 형성한 2개의 냉매 주입 구멍(하나가 냉매 주입용 구멍, 다른 하나가 공기 배출용 구멍이 된다)을 통해 냉매를 소정량 주입한다. 그리고 냉매 주입 구멍(한쪽이 냉매 주입용 구멍, 다른 한쪽이 공기 배출 구멍)을 가소성 금속으로 밀봉함으로써 히트 파이프가 완성된다.
또한, 상기 히트 프레스에 의한 직접 접합의 조건으로서, 프레스 압력은, 40~150kg/cm2 범위 내이고, 온도는 250~400℃ 범위 내인 것이 바람직하다. 냉매의 주입량은, 예를 들면 물의 경우, 관통 구멍의 총체적과 동등 내지 상당한 것이 바람직하다.
상기 히트 파이프에서는, 하부재, 중간판 및 상부재의 주변부 및 피냉각 장 치 배치부의 주변부 내지 그 근방에 접합용 돌기가 형성되어 있고, 이들 하부재, 중간판 및 상부재가 히트 프레스에 의해 접합용 돌기를 통해 직접 접합이 되어 있다. 이에 의해서 피냉각 장치 배치부의 주변부 내지 그 근방에 있어서도 직접 접합되어 일체화가 도모되고, 냉매의 열 팽창에 의해 히트 파이프가 변형 파손되는 것을 방지하고, 히트 파이프의 내열성, 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 변형 파손되기 어렵기 때문에 히트 파이프의 장기 수명화를 도모할 수 있다.
즉, 상기 히트 파이프에서는, 피냉각 장치에서 발생하는 열로 냉매의 온도가 상승하고, 상기 냉매의 열 팽창에 의해 대략 중앙부가 바깥쪽으로 팽창하려고 하는 현상(이하, 이를 팝콘 현상이라고 한다)의 발생을 방지할 수 있다. 피냉각 장치 배치부의 주변부 내지 그 근방에 형성되는 접합용 돌기는, 예를 들면 적어도 하나 이상 있으면 좋고, 또한 그 형상은 각 기둥(정방 기둥 또는 직방 기둥 등을 포함한다), 원 기둥, 타원 기둥이어도 좋다.
그러나, 밀봉은 다음과 같은 양산성이 높은 방법으로도 행할 수 있다.
이 경우, 하부재, 중간판 및 상부재를 히트 프레스로 직접 접합하여 일체화한 히트 파이프(이 단계에서는 미완성 상태)에는, 하부재와 상부재 중 어느 한쪽에, 예를 들면 2개의 냉매 주입 구멍(한쪽이 냉매 주입용 구멍, 다른 한쪽이 공기 배출용 구멍이 된다)이 형성되어 있고(냉매 주입 구멍은 반드시 복수일 필요는 없고, 1개라도 좋다), 대기압 하에서 내부 밀봉 공간(이 단계에서는 밀봉되어 있지 않다)내부로 소정량의 냉매가 주입된다. 그리고, 그 후 각 냉매 주입 구멍상에 땜납 등의 가소성 금속(밀봉 마개)을 둔다.
이 상태 그대로, 저온(0℃~상온(예를 들면 25℃ 정도)) 하에서 가스 배출 홈을 통해서 감압에 의한 진공 탈기(예를 들면 기압 0.5KPa)를, 예를 들면 10분 정도 행하고, 그 후 저온 상태 그대로 몇 분간 프레스에 의해 밀봉 부재를 위에서 가압(10~80kg/cm2)하여 저온 가압 변형시킨다. 이렇게 해서 저온 진공 가압 처리함으로써 냉매 주입 구멍을 임시 밀봉한다. 이때 냉매 주입 구멍이 가소성 금속으로 차단된다.
다음으로, 저온 진공 가열 처리가 끝나면, 예를 들면 10분 간 정도, 고온(상온(예를 들면 25℃ 정도)~180℃) 하에서 진공도를 예를 들면 0.5KPa로 하고, 또한 프레스에 의해 가소성 금속으로서의 가소성 금속을 위에서 가압(30~150kg/cm2)한다. 이에 의해 가소성 금속이 소성 유동하여 고온 가압 변형되고, 냉매 주입 구멍이 가소성 금속에서 더욱 강고히 차단된 상태가 된다.
이와 같은 히트 파이프 제조 방법에 의하면, 각 히트 파이프의 냉매 주입 구멍상에 가소성 금속을 적재하고, 이들 복수의 히트 파이프에 대해서 한번에 가소성 금속의 가압 및 가열을 하고, 모든 가소성 금속을 소성 유동시켜서 일제히 냉매 봉입할 수 있다. 이렇게 해서 종래의 냉매 주입 구멍마다 개별적으로 코킹 작업을 행하는 밀봉 방법과 비교하여, 일괄적으로, 또한 평면상에서 행할 수 있는 정도로 간단하게 히트 파이프의 밀봉을 행할 수 있으므로, 히트 파이프의 양산성을 높일 수 있다. 또한 양산성을 높임으로써 히트 파이프의 저가격화를 도모할 수도 있다.
또한, 냉매 주입 구멍의 배치는, 한쪽(예를 들면 냉매 주입 구멍)이 장방형 형상의 히트 파이프 한쪽의 모퉁이부에, 다른 한쪽(예를 들면 공기 배출용 구멍)이 그 모퉁이부의 대각에 위치하도록 하면, 히트 파이프 내부 전체로의 냉매 공급을 원활하게 행하기 쉽다.
또한, 밀봉 후의 밀봉 공간이 대기압보다도 낮은 감압 하에서 생기므로, 냉매의 비등점이 내려감으로써, 피냉각 장치로부터의 열을 빼앗는 냉매가 상온보다도 조금 높은 온도에서 증기화하여 증기 확산 유로로 확산되고, 히트 파이프 전체에서 열 균일화를 달성할 수 있다. 이 경우의 밀봉 공간의 압력은, 0.3~0.8KPa의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
또한, 냉매 주입 구멍을 상부가 하부보다 큰 지름의 형상으로 해도 좋다. 그렇게 하면, 작은 지름의 하부를 완전히 메운 상태의 가소성 금속의 잔여 부분이 큰 지름의 상부 내부로 들어가서, 히트 파이프 외면으로부터 돌출되지 않도록 할 수 있다.
따라서, 밀봉에 의해 히트 파이프 외면의 평탄성을 저해하는 돌기가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 히트 파이프의 본체를 이루는 상부재, 중간판 및 하부재는 열 전도성이 좋은 구리, 구리 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 철, 철 합금, 스테인레스 등이 적합하고, 또한, 냉매는 물(순수, 증류수 등), 에탄올, 메탄올, 아세톤 등이 적합하다.
실시예1
이하, 본 발명을 도시하는 실시예에 따라 상세히 설명한다.
도1(A) 및 (B)는 실시예1에 의한 히트 파이프(1)의 상외면 및 하외면의 외관 구성을 나타내는 것이다. 이 히트 파이프(1)는, 열 전도성이 높은 구리 등의 고열전도 재료로 형성된 상부재(2) 및 하부재(3)를 구비하고, 하부재(3)의 하외면(3a) 중앙부에 설치된 피냉각 장치 배치부(4)에, 예를 들면 IC(반도체 집적 장치)나 LSI(대규모 집적 회로 장치), CPU 등의 피냉각 장치(13)가 장착될 수 있다.
상부재(2) 및 하부재(3)는, 평판 형상으로 평면부가 예를 들면 장방형(정방 형상)으로 되어 있고, 상외면(2a)에 요철이 없으므로, 휴대 기기나 소형 기기 내부로의 실장의 자유도를 향상할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 상부재(2) 및 하부재(3)에는, 4개의 모퉁이부에 각각 위치 결정 구멍(5)이 뚫려 형성되어 있고, 이들 위치 결정 구멍(5)을 기초로 상부재(2) 및 하부재(3)가 위치 결정되고, 이 상태에서 서로 겹쳐져 직접 접합되어 있다.
여기서 도2는 도1의 A-A' 단면 부분의 상부재(2), 상측 중간판(7), 하측 중간판(8) 및 하부재(3)의 외관 구성을 나타내는 것으로, 이 히트 파이프(1)의 상부재(2) 및 하부재(3) 사이에는, 상측 중간판(7) 및 하측 중간판(8)이 위치 결정 구멍(5)을 기초로 위치 결정되어 차례로 적층되어 있다. 또한, 도3(A)는 상부재, 상측 중간판, 하측 중간판 및 하부재가 일체화되어 있을 때의 일부 정면 단면 구성을 나타내고, 도3(B)는 도3(A)의 B-B' 단면을 나타내고 있고, 도3(A) 및 (B)에 나타내는 바와 같이, 이들 하측 중간판(8) 및 상측 중간판(7)에 의해 증기 확산 유로(10) 및 모세관 유로(11)가 형성되어 있다.
여기서 히트 파이프(1)의 밀봉 공간(12) 내부에는 물로 된 냉매(도시하지 않 음)가 감압 하에서 소정량 봉입되어 있고, 이 냉매가 피냉각 장치(13)의 열에 의해 증기 확산 유로(10) 및 모세관 유로(11)를 순환할 수 있도록 이루어져 있다.
실제로, 이 히트 파이프(1)에서는, 피냉각 장치(13)로부터의 열에 의해 냉매가 데워져서 증발하고, 대각선상의 모퉁이부 사이의 방향과 평행한 평면 방향(평판 형상으로 된 상부재(2) 및 하부재(3)의 평면부와 평행을 이루는 도1 중 X1 방향, 상기 평면부와 평행이고 X1 방향과 직교하는 Y1 방향으로 이루어지는 방향)으로 연장되는 복수의 증기 확산 유로(10)를 통해서 증기가 주변부측으로 확산됨과 아울러, 주변부측에 있어서 방열 응축하여 액화된 냉매가 모세관 현상에 의해 수직 방향(X1 방향 및 Y1 방향에 직교하는 방향)의 모세관 유로(11)와, 하부재(3)의 상내면(3b)에 형성된 소정의 깊이로 이루어지는 격자 형상의 오목부(이하, 이를 하부재측 격자 형상 오목부라고 한다)(17)를 통과하여 중앙부측으로 다시 돌아오고, 이와 같은 냉매의 순환 현상이 연속적으로 반복해서 행해질 수 있다. 이에 의해, 히트 파이프(1)에서는, 냉매가 증발할 때의 잠열에 의해 피냉각 장치(13)로부터 열을 빼앗아, 상부재(2) 전면(全面)과, 피냉각 장치 배치부(4) 이외의 하부재(3)와, 증기 확산 유로(10)에서 방열함으로써 상기 피냉각 장치(13)를 효율 좋게 냉각할 수 있도록 되어 있다.
덧붙여 말하면, 하부재(3) 하외면(3a)의 중앙부에 설치된 피냉각 장치 배치부(4)(도1(B))는, 피냉각 장치(13)의 형상(이 경우 대략 정방형 형상)에 맞추어서 형성되고, 도1(B)의 A-A' 단면 부분에 있어서의 하부재(3)의 구성을 나타내는 도4에 나타내는 바와 같이, 피냉각 장치(13)의 외곽에 맞추어서 소면적으로 이루어지 는 돌기(14)를 복수 가진다.
이 실시 형태의 경우, 돌기(14)는 각 기둥 형상으로 이루어지고, 사변형으로 이루어지는 선단면이 50~300μm 각으로, 15000μm 각인 피냉각 장치 배치부(4)에 있어서 등간격(이 경우, 500~1000μm 피치)을 두어 규칙적으로 배치되어 있다.
피냉각 장치 배치부(4)에는, 돌기(14)가 없는 공극 부분에, 예를 들면 에폭시계 수지나 실리콘계 접착 수지 등의 접착 수지(14a)가 형성되어 있고, 상기 접착 수지(14a)에 피냉각 장치(13)가 접착되어 있다. 이에 의해, 피냉각 장치(13)는, 이들 복수의 돌기(14)의 선단면에 대해서, 접착제 등을 개재시키지 않고 직접 밀착시켜서 설치할 수 있도록 되어 있다.
도5(A)는, 도1의 A-A' 단면 부분의 상부재, 상측 중간판, 하측 중간판 및 하부재의 상면구성을 나타내는 것이고, 도5(B)는 상측 중간판, 하측 중간판 및 하부재를 적층시켰을 때의 모습을 나타내는 것이다. 이 도5(A)에 나타내는 바와 같이, 하부재(3)에는, 모퉁이부에 뚫려 형성된 위치 결정 구멍(5)의 주위와, 외곽이 되는 주변부(16)를 제외하여 하부재측 격자 형상 오목부(17)가 형성되고, 상기 하부재측 격자 형상 오목부(17)에 의해 구분된 각 영역에, 선단부를 평면 형상으로 한 돌기 기둥(18)이 각각 형성되어 있다. 또한, 이 실시 형태에 있어서는, 하부재(3)의 두께가 예를 들면 800μm 정도로 이루어지고, 상기 하부재(3)의 상내면(3b)에 깊이가 예를 들면 200μm 정도인 하부재측 격자 형상 오목부(17)가 형성되어 있다.
또한, 상부재(2)에는, 모퉁이부에 뚫려 형성된 위치 결정 구멍(5)의 주위와, 외곽이 되는 주변부(20)를 제외하고, 하내면(2b) 전면에 소정 깊이로 이루어지는 격자 형상 오목부(이하, 이를 상부재측 격자 형상 오목부라고 한다)(21)가 형성되고, 상기 상부재측 격자 형상 오목부(21)에 의해서 구분된 각 영역에, 평면 형상으로 된 돌기 기둥(22)이 각각 형성되어 있다.
또한, 이 실시 형태의 경우에 있어서는, 상부재(2)는 하부재(3)과 동일 형상 및 동일 치수로 이루어지고, 두께가 예를 들면 800μm 정도로 선정되어 있음과 아울러, 상기 상부재(2)의 하면에 깊이가 예를 들면 200μm 정도의 상부재측 격자 형상 오목부(21)가 형성되고, 상기 하내면(2b)에 선단부가 평면 형상으로 이루어지는 사각 기둥 형상의 돌기 기둥(22)이 규칙적으로 형성된 구성을 가진다.
상측 중간판(7) 및 하측 중간판(8)은, 두께가 예를 들면 100μm 정도의 평판 형상이고, 구리 등의 고열전도 재료로 구성되어 있고, 외곽의 형상이 상부재(2) 및 하부재(3)와 동일 형상으로 형상되고, 이에 의해 주변부(23, 24)가 상부재(2) 및 하부재(3)의 주변부(16, 20)와 일치하도록 구성되어 있다.
도5(A)에 나타내는 바와 같이, 상측 중간판(7)에는, 하측 중간판(8)과 함께 증기 확산 유로(10)를 형성하는 제1 증기 확산 유로용 구멍(25a), 제2 증기 확산 유로용 구멍(25b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(25c)이 두께를 관통하도록 뚫려 형성되어 있음과 아울러, 이들 제1 증기 확산 유로용 구멍(25a), 제2 증기 확산 유로용 구멍(25b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(25c)과 순차적으로 번갈아 모세관 형성 영역(26)이 형성되고, 도5(B)에 나타내는 바와 같이, 하측 중간판(8)과 함께 모세관 유로(11)를 형성하는 복수의 관통 구멍(27)이 상기 모세관 형성 영역(26)에 제1패턴(후술함)으로 뚫려 형성되어 있다.
여기서, 제1 증기 확산 유로용 구멍(25a), 제2 증기 확산 유로용 구멍(25b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(25c)은, 띠 형상으로 형성되어 있고, 제1 증기 확산 유로용 구멍(25a)이 대각선상에 있는 한 쌍의 모퉁이부 사이에 연장되도록 형성되고, 이 제1 증기 확산 유로용 구멍(25a)의 양측에 각각 소정의 간격을 두고, 또한 평행하게 제2 증기 확산 유로용 구멍(25b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(25c)이 형성되어 있다.
모세관 형성 영역(26)에서는, 격자 형상의 칸막이 벽(30)을 가지고, 이 칸막이 벽(30)에 의해 구분된 각 영역이 관통 구멍(27)으로 되어 있다. 이 관통 구멍(27)은, 사변 형상으로 이루어지고, 제1패턴으로서, 소정 간격으로 규칙적으로 배치되어 있음과 아울러, 각 네 변이 상측 중간판(7)의 외곽인 주변부의 네 변과 각각 평행이 되도록 배치되어 있다. 덧붙여 말하면, 이 실시 형태의 경우, 관통 구멍(27)의 폭은 예를 들면 280μm 정도로 선정되어 있음과 아울러, 칸막이 벽(30)의 폭은 예를 들면 70μm 정도로 선정되어 있다.
한편, 하측 중간판(8)은 상측 중간판(7)과 동일하게 형성되어 있으나, 모세관 형성 영역(31)에 관통 구멍(32)이 제2패턴(후술함)으로 형성되어 있는 점에서 다른 것이다. 즉, 하측 중간판(8)에는 상측 중간판(7)과 함께 증기 확산 유로(10)를 형성하는 제1 증기 확산 유로용 구멍(33a), 제2 증기 확산 유로용 구멍(33b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(33c)이 두께를 관통하도록 뚫려 형성되어 있고, 이들 제1 증기 확산 유로용 구멍(33a), 제2 증기 확산 유로용 구멍(33b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(33c)과 순차적으로 번갈아 형성된 각 모세관 형성 영역(31)에, 상 측 중간판(7)과 함께 모세관 유로(11)를 형성하는 복수의 관통 구멍(32)이 제2패턴으로 뚫려 형성되어 있다.
여기서, 제1 증기 확산 유로용 구멍(33a), 제2 증기 확산 유로용 구멍(33b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(33c)은, 도3(A) 및 (B)에 나타내는 바와 같이, 상측 중간판(7)의 제1 증기 확산 유로용 구멍(25a), 제2 증기 확산 유로용 구멍(25b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(25c)과 동일 형상 및 동일 위치에 형성되어, 상기 상측 중간판(7)의 제1 증기 확산 유로용 구멍(25a), 제2 증기 확산 유로용 구멍(25b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(25c)과 어긋나지 않고 서로 겹쳐지도록 되어 있다.
이에 의해, 상측 중간판(7)의 제1 증기 확산 유로용 구멍(25a), 제2 증기 확산 유로용 구멍(25b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(25c)과, 하측 중간판(8)의 제1 증기 확산 유로용 구멍(33a), 제2 증기 확산 유로용 구멍(33b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(33c)이 서로 겹쳐진 영역에서는, 상부재(2)의 상부재측 격자 형상 오목부(21)로부터 하부재(3)의 하부재측 격자 형상 오목부(17)까지가 연통되어 넓게 연속된 광영역이 되는 증기 확산 유로(10)가 형성될 수 있다.
도5(B)에 나타내는 바와 같이, 이들 증기 확산 유로(10)는 제1 증기 확산 유로용 구멍(33a), 제2 증기 확산 유로용 구멍(33b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(33c)과 동일 형상의 띠 형상으로 이루어지고, 대각선상에 있는 한 쌍의 모퉁이부 사이의 방향과 평행하게 배치될 수 있다.
한편, 모세관 형성 영역(31)에는, 격자 형상의 칸막이 벽(35)이 형성되고, 이 칸막이 벽(35)에 의해 구분된 각 영역이 관통 구멍(32)(도5(A))으로 되어 있다. 이 관통 구멍(32)는, 사변 형상으로 이루어지고, 제2패턴으로서, 제1패턴과 동일하게 소정 간격으로 규칙적으로 배치되고, 각 네 변이 하측 중간판(8)의 외곽인 주변부(24)의 네 변과 각각 평행이 되도록 배치되어 있으나, 상측 중간판(7)의 관통 구멍(27)과 소정 거리만큼 어긋나도록 배치되어 있다.
도6는, 상측 중간판(7)의 관통 구멍(27)과, 하측 중간판(8)의 관통 구멍(32)의 배치 모양을 나타내는 것이다. 이 실시 형태의 경우, 제2패턴으로서는, 하측 중간판(8)의 관통 구멍(32)의 중심부(O1)가, 상측 중간판(7)에 있어서의 관통 구멍(27)의 한쪽 변 방향(X2 방향)에 변의 2분의 1만큼 어긋남과 아울러, 상측 중간판(7)에 있어서의 관통 구멍(27)의 X2 방향과 직교하는 다른 쪽 변 방향(Y2 방향)에 변의 2분의 1만큼 어긋나도록 배치되어 있다.
즉, 하측 중간판(8)에서는, 하측 중간판(8)의 서로 인접하는 4개의 관통 구멍(32)의 중앙 부분에 해당하는 칸막이 벽(35)의 교차부분(O2)을, 상측 중간판(7)의 관통 구멍(27)의 중심부(O3)와 일치하도록 배치하고, 이에 의해서 상측 중간판(7)에 있어서의 하나의 관통 구멍(27)의 영역 내부에, 하측 중간판(8)의 4개의 관통 구멍(32)을 서로 겹쳐서, 4개의 모세관 유로(11)를 형성할 수 있도록 되어 있다.
여기서 도7은 상측 중간판(7), 하측 중간판(8) 및 하부재(3)를 적층시켰을 때의 상세 구성을 나타내는 것이다. 이 도7에 나타내는 바와 같이, 상측 중간판(7) 및 하측 중간판(8)에서는, 상측 중간판(7)의 각 관통 구멍(27)마다 각각 상기 관통 구멍(27) 면적의 대략 4분의 1정도로 이루어지는 모세관 유로(11)를 형성할 수 있 도록 되어 있다. 이에 의해서, 상측 중간판(7) 및 하측 중간판(8)에서는, 상측 중간판(7)의 관통 구멍(27)보다도 훨씬 작고, 또한 세밀하게 구분되어 표면적이 큰 모세관 유로(11)를 보다 많이 형성할 수 있도록 되어 있다.
다음으로 히트 파이프(1)의 제조 방법에 대해 이하에서 설명한다. 도8(A)~(C)는 히트 파이프(1) 제조 방법의 일례를 나타내는 것으로, 도8(A)에 나타내는 바와 같이, 먼저 하부재(3), 하측 중간판(8), 상측 중간판(7) 및 상부재(2)를 준비한 후, 밑에서부터 차례로 적층해 간다.
여기서 도9는 상부재(2)에 있어서의 냉매 주입용 구멍(37) 및 공기 배출용 구멍(38)의 구성을 나타내는 평면 단면도이고, 이 도9에 나타내는 바와 같이, 상부재(2)에는, 하내면(2b)의 주변부(20) 일부에 냉매 주입용 구멍(37) 및 공기 배출용 구멍(38)이 개구되어 있다. 또한, 상부재(2)에는, 하내면(2b)으로부터 돌출된 액자 형상의 접합용 돌기(40a)가 냉매 주입용 구멍(37) 및 공기 배출용 구멍(38)을 제외하고 주변부(20)에 형성되어 있다. 이에 의해서 상부재(2)는 접합용 돌기(40a)를 통해서 상측 중간판(7)과 직접 접합할 수 있도록 되어 있다.
또한, 상측 중간판(7)에는, 하면으로부터 돌출된 액자 형상의 접합용 돌기(40b)가 주변부(23)를 따라서 형성되고, 접합용 돌기(40b)를 통해서 하측 중간판(8)이 직접 접합될 수 있다. 게다가, 하측 중간판(8)에는, 하면으로부터 돌출된 액자 형상의 접합용 돌기(40c)가 주변부(24)를 따라서 형성되고, 접합용 돌기(40c)를 통해서 하부재(3)가 직접 접합될 수 있다.
덧붙여서 말하면, 이 실시 형태의 경우, 접합용 돌기(40a, 40b, 40c)는 높이 가 예를 들면 35μm 정도로 선정되어 있음과 아울러, 폭이 예를 들면 50μm 정도로 선정되어 있다.
또한, 하부재(3)에도, 상부재(2)와 동일하게 냉매 주입용 구멍(37) 및 공기 배출용 구멍(38)이 개구되어 있다. 그리고 하부재(3), 하측 중간판(8), 상측 중간판(7) 및 상부재(2)는, 위치 결정 구멍(5)에 기초하여 위치 결정되고, 이에 의해 외곽인 주변부(16, 20, 23, 24)를 모두 일치시킨 최적의 위치에서 서로 겹쳐져서 적층될 수 있다.
이에 의해서, 상부재(2) 및 하부재(3) 사이에서는, 상측 중간판(7)의 제1 증기 확산 유로용 구멍(25a), 제2 증기 확산 유로용 구멍(25b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(25c)과, 하측 중간판(8)의 제1 증기 확산 유로용 구멍(33a), 제2 증기 확산 유로용 구멍(33b) 및 제3 증기 확산 유로용 구멍(33c)이 서로 겹쳐짐으로써, 한 쌍의 모퉁이부 사이의 방향과 평행하게 하여 주변부(16, 20)쪽으로 연장되는 증기 확산 유로(10)가 복수 형성될 수 있다(도3(A)).
이와 동시에 상부재(2) 및 하부재(3) 사이에서는, 상측 중간판(7)의 모세관 형성 영역(26)과, 하측 중간판(8)의 모세관 형성 영역(31)이 서로 겹침으로써, 증기 확산 유로(10)를 형성한 부분 이외의 부분에 미세한 모세관 유로(11)가 복수 형성될 수 있다.
이어서, 하부재(3), 하측 중간판(8), 상측 중간판(7) 및 상부재(2)를 최적의 위치에서 서로 겹쳐져서 적층시킨 상태 그대로, 이들 하부재(3), 하측 중간판(8), 상측 중간판(7) 및 상부재(2)를, 융점 이하의 온도로 가열하면서, 더욱 가압(즉 히 트 프레스(온도는 예를 들면 300℃, 압력은 예를 들면 100kg/cm2))하고, 직접 접합시킨다.
이렇게 해서 하부재(3), 하측 중간판(8), 상측 중간판(7) 및 상부재(2)는, 도8(B)에 나타내는 바와 같이, 접합용 돌기(40a, 40b, 40c)에 의해 주변부(16, 20, 23, 24)가 직접 접합됨으로써 일체화되고, 냉매 주입용 구멍(37) 및 공기 배출용 구멍(38)을 통해서만 히트 파이프(1)의 내부 공간(45)과 외부가 연통된 상태가 된다.
이어서, 냉매 주입용 구멍(37) 및 공기 배출용 구멍(38)이 위쪽으로 배치되도록, 적재대(도시하지 않음) 상에 히트 파이프(1)를 세운 후, 대기압 하에서 상기 냉매 주입용 구멍(37)으로부터 히트 파이프(1)의 내부 공간(45) 내부로 액상 냉매를 소정량 주입한다. 이 때, 히트 파이프(1)의 내부 공간(45) 내부의 공기는, 공기 배출용 구멍(38)으로부터 배기된다. 또한, 냉매의 봉입양은, 예를 들면 물의 경우, 모세관 유로의 총체적과 동등 내지 상당하게 하는 것이 바람직하다.
그 후, 히트 파이프(1)의 내부 공간(45) 내부로의 냉매 주입이 끝나면, 도8(C) 및 (D)에서 나타내는 바와 같이, 냉매 주입용 구멍(37) 및 공기 배출용 구멍(38) 부분에 구 형상체로 이루어지는 밀봉 부재(39)를 적재한다. 이 상태 그대로, 냉매 주입용 구멍(37) 및 공기 배출용 구멍(38)과, 밀봉 부재(39)의 극간을 통해서, 저온(0℃~상온(예를 들면 25℃)) 하에서 감압에 의한 진공 탈기(예를 들면 기압 0.5KPa)를, 예를 들면 10분 정도 행하고, 그 후 저온상태 그대로, 몇 분간 프레 스(도시하지 않음)에 의해 밀봉 부재(39)를 위에서 가압(10~80kg/cm2)하여 저온 가압 변형시킨다. 이렇게 해서 저온 진공 가압 처리를 함으로써 냉매 주입용 구멍(37) 및 공기 배출용 구멍(38)을 임시 밀봉한다. 이 때 냉매 주입용 구멍(37) 및 공기 배출용 구멍(38)이 밀봉 부재(39)에 의해 차단된다.
덧붙여서 말하면, 진공 탈기가 행해지는 온도로서는, 20℃ 정도의 저온이 바람직하고, 또한, 밀봉 부재(39)를 저온 가압 변형시키는 압력으로서는, 60kg/cm2 정도가 바람직하다.
여기서, 냉매 주입용 구멍(37) 및 공기 배출용 구멍(38)은, 도8(C)에 나타내는 바와 같이, 긴 쪽 방향이 600μm, 짧은 쪽 방향이 400μm로 형성된 장방형으로 이루어지고, 밀봉 부재(39)의 단면 원형으로 이루어지는 적재 부분(39a)과 각부 부근 사이에 극간이 형성될 수 있도록 이루어져 있다. 이에 의해서 냉매 주입용 구멍(37) 및 공기 배출용 구멍(38)에서는, 밀봉 부재(39)에 의해 밀봉될 때에 극간을 통해서 내부 공간(45)의 가스 배출을 행할 수 있도록 이루어져 있다.
다음으로, 저온 진공 가열 처리가 끝나면, 예를 들면 10분 간 정도, 고온(상온(예를 들면 25℃)~180℃) 하에서 진공도를 예를 들면 0.5KPa로 하고, 다시 프레스에 의해 밀봉 부재(39)를 위에서 가압(30~150kg/cm2)한다. 이에 의해서 밀봉 부재(39)가 소성 유동해서 고온 가압 변형되고, 도8(E)에 나타내는 바와 같이, 밀봉 부재(39)가 밀봉 마개로 되어 냉매 주입용 구멍(37) 및 공기 배출용 구멍(38)을 더욱 강고하게 차단한 상태로 된다. 이에 의해서 내부 공간(45)이 밀봉 공간(12)으로 되 고 냉매가 봉입된 히트 파이프(1)가 제조될 수 있다.
덧붙여서 말하면, 재차 프레스를 행할 때의 온도로서는, 120℃ 정도의 고온이 바람직하고, 또한, 밀봉 부재(39)를 고온 가압 변형시키는 압력으로서는, 100kg/cm2 정도가 바람직하다.
여기서 도10(A)는, 히트 파이프(1)에 있어서의 증기 확산 유로(10)의 각 부분에서의 측단면 구성을 나타내는 것으로, 피냉각 장치(13)로부터의 열의 전도를 나타낸 개략도이고, 도10(B)는, 도10(A)와 동일하게 히트 파이프(1)에 있어서의 증기 확산 유로(10)의 각 부분에서의 측단면 구성을 나타내는 것으로, 증기가 확산하는 모습을 나타낸 개략도이다.
또한, 도10(C)는, 히트 파이프(1)에 있어서의 모세관 유로(11)의 각 부분에서의 측단면 구성을 나타내는 것으로, 냉매가 모세관 유로(11)를 통과하여 하부재측 격자 형상 오목부(17)까지 유도되는 모습을 나타낸 개략도이고, 도10(D)는, 도10(C)와 동일하게 히트 파이프(1)에 있어서의 모세관 유로(11)의 각 부분에서의 측단면 구성을 나타내는 것으로, 냉매가 하부재측 격자 형상 오목부(17)를 통과하여 중앙부까지 유도되는 모습을 나타낸 개략도이다.
이상과 같은 구성에 있어서, 이 히트 파이프(1)에서는, 대각선상에 있는 한 쌍의 모퉁이부 사이의 방향과 평행으로 하고 주변부(16, 20)로 연장되는 증기 확산 유로(10)를 밀봉 공간(12) 내부에 형성함으로써, 도10(A)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면 프린프 배선판(42)에 탑재된 피냉각 장치(13)로부터의 열을 냉매가 흡열하고, 이에 의해서 냉매가 데워져서 증발하면, 저항이 없는 공간인 증기 확산 유로 (10)에 증기가 유도되고, 도10(B)에 나타내는 바와 같이, 증기가 증기 확산 유로(10)를 통해서 주변부(16, 20)측으로 확산되고, 히트 파이프(1)의 주변부(16, 20)에서 증기가 방열하고 응축한다.
또한, 이 히트 파이프(1)에서는, 증기 확산 유로(10)를 형성한 부분 이외의 부분에 미세한 모세관 유로(11)를 복수 형성함으로써, 도10(C)에 나타내는 바와 같이, 주변부(16, 20)측이나 상부재(2), 모세관 유로(11)에 있어서 방열 응축하여 액화한 냉매가 모세관 현상에 의해 모세관 유로(11)를 통과하여 하부재측 격자 형상 오목부(17)까지 유도되고, 도10(D)에 나타내는 바와 같이, 이 하부재측 격자 형상 오목부(17)를 통해서 중앙부측(즉, 피냉각 장치 배치부(4)측)으로 재차 돌아갈 수 있다. 이렇게 해서 히트 파이프(1)에서는 도10(A)~(D)에서 나타나는 냉매의 모순 현상이 연속적으로 반복해서 행해짐으로써, 냉매가 증발할 때의 잠열에 의해 피냉각 장치(13)로부터 열을 빼앗고, 방열해서 피냉각 장치(13)를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
또한, 이 히트 파이프(1)에서는, 단지 위치 결정 구멍(5)에 기초해서 상측 중간판(7) 및 하측 중간판(8)의 주변부를 일치시키도록 해서 서로 겹치는 것 만으로, 상기 상측 중간판(7)에 뚫려 형성된 관통 구멍(27)이, 하측 중간판(8)에 뚫려 형성된 관통 구멍(32)과 소정 거리만 어긋나고 일부만이 서로 겹쳐지도록 하였다.
이에 의해서, 이 히트 파이프(1)에서는, 상측 중간판(7)의 관통 구멍(27)이 하측 중간판(8)의 칸막이 벽(35)에 의해 복수로 분할되고, 상측 중간판(7)이나 하측 중간판(8)으로의 관통 구멍(27, 32)의 가공 기술로서 미세화 한계보다도 더욱 미세한 모세관 유로(11)를 용이하게 형성할 수 있다.
그리고, 이와 같은 히트 파이프(1)에서는, 모세관 유로(11)를 미세하게 만든 만큼, 모세관 현상에 의한 모세관력을 크게 할 수 있으므로, 상기 모세관력에 의해 냉매를 하부재측 격자 형상 오목부(17)까지 훨씬 확실하게 이끌 수 있고, 이렇게 해서 훨씬 확실하게 냉매의 순환 현상을 연속적으로 반복할 수 있다. 또한, 히트 파이프(1)에서는, 상측 중간판(7)의 관통 구멍(27) 및 하측 중간판(8)의 관통 구멍(32)이 세밀하게 구분된 모세관 유로(11)를 형성함으로써, 상기 모세관 유로(11)의 표면적도 크게 할 수 있고, 그 결과 모세관 유로(11)에 증기가 부착되는 양이 늘고, 상기 증기를 쉽게 방열할 수 있다.
여기서 도11은 히트 파이프(1)에 있어서의 증기 확산 유로(10) 및 모세관 유로(11)가 순차적으로 번갈아 형성된 각 부분에서의 측단면 상세 구성을 나타내는 것이다. 이 도11에 나타내는 바와 같이, 이 히트 파이프(1)에서는, 상측 중간판(7)의 관통 구멍(27)을 하측 중간판(8)의 관통 구멍(32)보다도 주변부(16, 20)측(즉 피냉각 장치 배치부(4)에서 멀어지는 방향)으로 어긋나도록 배치함으로써, 수직 방향으로 연장되는 모세관 유로(11)뿐만 아니라, 상부재(2)에서 하부재(3)로 향할 때 경사 주변부(16, 20)측으로 기울어진 모세관 유로(11)도 형성할 수 있다.
이에 의해서 열량이 크고, 증기가 비교적 많이 발생하는 피냉각 장치(13) 근방 부근에서는, 상기 증기가 증기 확산 유로(10)(도면 중 화살표(a1) 방향)으로 유도될 뿐만 아니라, 각 모세관 유로(11)를 통해서도 중앙부측으로부터 주변부(16, 20)측으로 향해 경사진 위쪽 방향으로 상승하므로, 모세관 유로(11)를 상승할 정도 로 주변으로도 넓어지고, 주변부(16, 20)측이나 상부재(2), 모세관 유로(11)로의 열발산을 훨씬 촉진시킬 수 있고, 이렇게 해서 효율적으로 열방열을 행할 수 있다.
또한, 히트 파이프(1)에서는, 주변부(16, 20)나 상부재(2), 모세관 유로(11)에서 방열 응축해서 액화한 냉매가, 모세관력에 의해 모세관 유로(11)을 통과하여 하부재측 격자 형상 오목부(17)로 향하여 수직 방향(도면 중 화살표(a2) 방향)으로 하강하고, 게다가, 상기 하부재측 격자 형상 오목부(17)를 통해서 효율 좋게 냉매를 중앙부측에 되돌릴 수도 있다.
또한, 히트 파이프(1)에서는, 주변부(16, 20)나 상부재(2), 모세관 유로(11)에서 방열 응축하고 액화한 냉매가, 모세관력에 의해 주변부(16, 20)측이나 상부재(2), 모세관 유로(11)에서 중앙부측으로 향하여 기울어져 경사진 방향(도면 중 화살표(a3) 방향)의 모세관 유로(11)를 통과하여 중앙부측의 하부재측 격자 형상 오목부(17)를 향해서 직접 하강하는 경우도 있고, 이에 의해서 냉매를 효율 좋게 중앙부측으로 되돌릴 수도 있다.
덧붙여서 말하면, 주변부(16, 20)나 상부재(2), 모세관 유로(11)에서 방열 응축하여 액화한 냉매는, 주로 모세관 유로(11)를 경유해서 하부재측 격자 형상 오목부(17)로 유도되지만, 증기 확산 유로(10)에 있어서도 일부가 증기 확산 유로(10)를 경유하여 하부재측 격자 형상 오목부(17)로 유도되는 경우도 있다. 이렇게 해서 히트 파이프(1)에서는, 이와 같은 냉매의 순환 현상이 연속적으로 반복해서 행해짐으로써, 훨씬 유효하게 피냉각 장치(13)의 방열을 행할 수 있다.
여기에 덧붙여서, 이 히트 파이프(1)에서는, 증기 확산 유로(10)와 모세관 유로(11)가 직접 연통되지 않고, 하부재측 격자 형상 오목부(17) 및 상부재측 격자 형상 오목부(21)를 통해서 간접적으로 연통시키도록 함으로써, 모세관 유로(11)에 있어서의 모세관력에 의해 증기 확산 유로(10)에서의 증기 확산이 방해되지 않고, 증기로 된 냉매를 주변부(16, 20)까지 확실하게 유도할 수 있고, 또한 증기 확산 유로(10)에 있어서의 증기 확산에 의해 모세관 유로(11)에서의 모세관력이 약해지는 경우가 없으므로, 액체로 된 냉매를 모세관 유로(11)에 의해 확실하게 하부재측 격자 형상 오목부(17)로 유도할 수 있다.
여기에 덧붙여서, 히트 파이프(1)에서는, 피냉각 장치 배치부(4)의 돌기(14) 사이에 형성된 공극 부분에 접착제로서의 접착 수지(14a)를 개재시키는 한편, 돌기를 피냉각 장치(13)에 직접 접촉시킴으로써, 피냉각 장치(13)를 피냉각 장치 배치부(4)의 소망 위치에 설치하여 고정하면서, 접착 수지(14a)를 경유하는 일 없이, 돌기(14)를 통해서 피냉각 장치(13)로부터의 열을 빠르게 히트 파이프측으로 전달하는 것이 가능해진다.
또한, 넓은 면적을 가진 면들을 밀착시키면, 그 밀착 부분 내부에 아주 작지만 공기를 가둘 수 있는 현상이 생기기 쉽다. 따라서, 히트 파이프(1)의 평면 형상으로 이루어지는 하외면(3a)에 직접 피냉각 장치(13)를 장착하면, 하외면(3a)과 피냉각 장치(13) 사이에 열 저항이 매우 큰 공기층이 개재되어 버릴 우려가 있고, 이 경우, 열 효율이 저하된다고 하는 문제가 생긴다.
이 실시 형태의 경우, 돌기(14)는, 선단면이 50~300m 각으로, 15000μm 각의 피냉각 장치 배치부(4)에 있어서 500~1000μm 피치를 두어 규칙적으로 배치하도록 함으로써, 넓은 면들에서 피냉각 장치(13)를 하부재(3)에 밀착시키는 것을 회피하고, 이에 의해 밀착하는 면들 사이에 열 저항이 매우 큰 공기 층이 형성되기 어렵게 되고, 확실하게 피냉각 장치(13)의 열을 하부재(3)에 계속 전달할 수 있다.
또한, 돌기(14)를 형성하는 구리의 열 전도율은, 390W/m·K이고, 이에 대해서 접착 수지(14a)의 열 전도율은 4~6W/m·K이고, 또한 공기의 열 전도율은 0W/m·K에 가깝다.
또한, 이 히트 파이프(1)에서는, 대각선상에 있는 한 쌍의 모퉁이부 사이 방향과 평행으로 증기 확산 유로(10)가 복수 형성되고, 이들 증기 확산 유로(10)를 통과하여 증기가 확산되기 때문에, 상기 주변부(16, 20)나 상부재(2), 모세관 유로(11), 상기 한 쌍의 모퉁이부 부근도 고르게 방열에 기여시킬 수 있고, 이렇게 해서 효율적으로 방열이 행해져 열전도 효과를 높일 수 있다.
또한, 이 히트 파이프(1)에서는, 접합용 돌기(40a, 40b, 40c)에 의해 하부재(3), 하측 중간판(8), 상측 중간판(7) 및 상부재(2)를 직접 접합하여 일체화하도록 함으로써, 하부재(3), 하측 중간판(8), 상측 중간판(7) 및 상부재(2)를 일체화할 때에, 용접제나 접착제 등을 필요로 하지 않으므로, 용접제나 접착제에 의해 불순물이 히트 파이프(1)내부로 흡입되는 것을 회피할 수 있다.
실시예2
도12는 본 발명에 관련된 실시예2의 히트 파이프(60)를 나타내고, 피냉각 장치 배치부(4)의 중심점으로부터 모든 증기 확산 유로(61)를 방사상으로 형성한 점 이외는, 상술한 실시예1와 다른 것은 없다.
이와 같은 히트 파이프(60)에 의하면, 중앙부로부터 모퉁이부로의 유효한 방열이 훨씬 가능해지고, 히트 파이프(60)의 모퉁이부를 포함하는 면적의 대략 전체를 방열에 고르고 효율적으로 방열에 기여시킬 수 있고, 증기 확산 유로에 의해 증기 확산과, 모세관 유로에 의한 냉매 피드백에 의해, 중앙부로부터 모퉁이부에 상기 냉매의 유효한 순환이 가능해지고, 이렇게 해서 열전도 효과를 훨씬 높일 수 있다.
여기서, 이와 같은 히트 파이프(60)와 구리제 히트 스프레더(heat spreader)에 대해서 열 확산성에 관한 시뮬레이션을 행한 결과, 아래의 결과가 얻어졌다. 구체적으로는, 도13(A)에 나타내는 바와 같이, 40mm 각의 정방형으로 이루어지고, 또한 두께가 1mm의 구리판(46)과, 도13(B)에 나타내는 바와 같은, 상기 구리판(46)과 같은 크기 및 두께로 이루어지는 본원 발명의 히트 파이프(60)를 이용하여, 이를 구리판(46) 및 히트 파이프(60)의 하외면 중앙 15mm 평방 영역(도시하지 않음)을 444kW/m2로 가열했을 때의 열 확산성에 대해서 시뮬레이션을 행했다.
도13(A)에 나타내는 바와 같이, 구리판(46)에서는 그 중앙부가 67℃ 정도의 높은 온도가 되었다. 또한, 그 링 형상 주변은 그보다 다소 낮은 52℃ 정도의 온도가 되고, 또한, 그 링 형상 주변은 27~47℃ 정도의 온도가 되었다. 게다가, 그 최외주부는 약 22℃ 정도의 온도가 되었다. 이와 같이, 구리판(46)에서는, 중앙부와 최외주부의 온도차가 매우 크게 된다.
이에 대해서, 도13(B)에 나타내는 바와 같은 히트 파이프(60)에서는, 전 영역에 걸쳐서 27~47℃ 정도의 온도가 되었다. 이와 같은, 이 히트 파이프(60)에서 는, 온도 분포가 대략 균일하고, 67℃라고 할 수 있는 높은 온도가 되는 부분이 발생하지 않는다.
즉, 도13(A) 및 (B)에 나타내는 온도 분포에서 볼 때, 히트 파이프(60)쪽이 단순한 구리판(46)의 경우보다도 방열 효과가 매우 우수하다. 또한, 표면 온도로 비교한 경우, 본 발명에 관련된 히트 파이프(60)쪽이 단순한 구리판(46)의 경우보다도 약 20배의 방열 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 두께가 1mm의 구리제 히트 스프레더(비교예1)와, 상부재(2)의 상면으로부터 하부재(3)의 하면까지의 두께가 1.2mm로 형성한 히트 파이프(60)의 열 확산성에 대해서 실험을 행했다. 또한, 모든 샘플도 크기가 40mm각인 것을 사용하고, 피냉각 장치(13)가 설치되는 중앙부를 50℃, 45℃, 40℃ 및 35℃가 될 때까지 각각 가열했다.
즉, 본 실험에서는, 중앙부가 같은 온도가 될 때까지 가열했으므로, 열 전도성이 좋은 본원 발명의 히트 파이프(60)에 주어지는 열량이, 비교예1에 비해 크게 된다.
이 실험의 온도 분포(온도의 불규칙)을 그래프화한 것을 도14(a) 및 (b)에 나타낸다. 도14(a)가 비교예1을 나타내고, 도14(b)가 본원 발명에 의한 히트 파이프(60)를 나타낸다. 여기서 도14(a) 및 (b)는, 도13(A)에 나타내는 샘플의 횡 방향(평면 방향 중 하나의 방향이 되는 X1 방향)에 대한 온도 분포이다. 또한, 도14(a) 및 (b)에 나타내는 그래프의 횡축은, 중앙이 피냉각 장치(13)를 설치한 위치를 나타내고, 샘플 X1 방향의 길이를 1에 구격화하여 나타내고 있다.
이 경우, 비교예1의 샘플의 중앙부를 50℃로 했을 때에는, 도14(a)에 나타내는 바와 같이, 중앙부로부터 떨어진 주변부에까지 열이 전달되기 어렵고, 상기 중앙부와 그 주변부에서는 큰 온도차가 있는 것을 확인할 수 있었다.
이에 대해서 히트 파이프(60)에서는, 도14(b)에 나타내는 바와 같이, 중앙부와 그 주변부에서는 온도차가 작은 것을 확인할 수 있었다. 즉, 본원 발명의 히트 파이프(60)는, 내부에서 냉매가 순환함으로써, 모퉁이부를 포함한 전 영역을 방열에 고르게 기여시키고, 열 확산 효과가 비교예1에 비해서 매우 높은 것을 알 수 있다.
뒤이어, 비교예1의 샘플 및 본원 발명의 히트 파이프(60)의 중앙부를 각각 45℃ 및 40℃로 했을 때에도, 상술한 것처럼 비교예1에서는, 상기 중앙부와 그 주변부에서는 큰 온도차가 있는 것을 확인할 수 있고, 히트 파이프(60)에서는, 중앙부와 그 주변부에서는 온도차가 작은 것을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예1의 샘플의 중앙부를 35℃로 했을 때는, 도14(a)에 나타내는 바와 같이, 중앙부로부터 떨어진 주변부에까지 열이 전달되기 어렵고, 상기 중앙부와 그 주변부에서는 큰 온도차가 있는 것을 확인할 수 있지만, 본원 발명의 히트 파이프(60)에서는, 도14(b)에 나타내는 바와 같이, 중앙부를 35℃로 한 경우라도, 상기 중앙부와 그 주변부에서는 온도차가 비교예1보다도 작은 것을 확인할 수 있었다. 즉, 본원 발명의 히트 파이프(60)에서는, 중앙부가 50℃ 이하라도 열 확산 효과가 매우 큰 것을 알 수 있고, 또한 중앙부가 상온보다도 조금 높은 35℃에서도 열 확산 효과가 매우 큰 것을 알 수 있다.
실시예3
상부재, 상측 중간판, 하측 중간판 및 하부재의 측단면 구성을 나타내는 도15에 있어서, 70은 실시예3에 의한 히트 파이프를 나타내고, 하부재(71), 하측 중간판(72), 상측 중간판(73) 및 상부재(74)가 적층되고, 히트 프레스에 의해 주변부(16, 20, 23, 24)가 직접 접합됨과 아울러, 피냉각 장치 배치부(4)의 영역부분에서도 직접 접합될 수 있는 점에서 상술한 실시예2와 다른 것이다.
실제로, 하부재(71)에는, 피냉각 장치 배치부(4)의 각부 부근과 대향하는 위치에, 받침부(75)가 형성되어 있다. 이 받침부(75)는, 하측 중간판(72)의 하면에서 약간 돌출된 접합용 돌기(이하, 이를 중간판 중앙 돌기라고 한다)(76)를 받치고, 히트 프레스에 의해 중간판 중앙 돌기(76)가 직접 접합될 수 있도록 되어 있다.
하측 중간판(72)에는, 도16(A)에 나타내는 바와 같이, 피냉각 장치 배치부(4)의 영역에 맞춰서 정방 형상의 모세관 중앙 형성 영역(77)이 형성되어 있고, 도16(A)의 C-C' 부분의 단면 구성을 나타내는 도16(B) 및 하측 중간판(72)의 요부 평면도인 도16(C)과 같이, 이 모세관 중앙 형성 영역(77)의 네 모퉁이 각부에 중간판 중앙 돌기(76)가 형성되어 있다.
이 실시 형태의 경우, 중간판 중앙 돌기(76)는, 폭(W1)이 50μm 정도로 선정되어 있음과 아울러, 높이(H1)가 35μm 정도로 선정된 미소한 각 기둥 형상으로 이루어지고, 그 긴 폭 방향이 중앙부를 향해 배치되어 있다.
덧붙여서 말하면, 이 실시 형태의 경우, 하측 중간판(72)은, 8개의 증기 확산 유로용 구멍(78)이 모세관 중앙 형성 영역(77)으로부터 방사상에 연장되도록 뚫 려 형성되고, 이들 증기 확산 유로용 구멍(78) 사이에 관통 구멍(79)이 제2패턴으로 뚫려 형성된 모세관 형성 영역(80)을 가진다. 또한, 모세관 중앙 형성 영역(77)에도 관통 구멍(32)이 제2패턴으로 뚫려 형성되어 있다.
또한, 하측 중간판(72)과 일체화되는 상측 중간판(73)은, 하측 중간판(72)과 동일하게 형성되어 있으나, 모세관 형성 영역(82) 및 모세관 중앙 형성 영역(83)에 관통 구멍(27)이 제1패턴으로 형성되어 있는 점에서 다른 것이다. 또한, 이에 덧붙여서, 상측 중간판(73)은, 받침부(75)와 대향하는 위치에 하면으로부터 조금 돌출된 중간판 중앙 돌기(85)를 구비하고 있고, 히트 프레스에 의해 상기 중간판 중앙 돌기(85)를 통해 하측 중간판(72)과 직접 접합한다. 이에 의해 상측 중간판(73) 및 하측 중간판(72)은 일체화될 수 있도록 이루어져 있다.
게다가, 상부재(74)는, 하부재(71)의 받침부(75)와 대향하는 위치에서 하내면으로부터 조금 돌출된 접합용 돌기(이하, 이를 상측 중앙 돌기라 한다)(86)를 구비하고 있고, 히트 프레스에 의해 상기 상측 중앙 돌기(86)를 통하여 상측 중간판(73)과 직접 접합한다. 이에 의해 상부재(74) 및 상측 중간판(73)은 일체화될 수 있도록 이루어져 있다.
이와 같이 하여 냉매 봉입 전의 히트 파이프(70)를 제조할 수 있고, 상술한 실시예2와 동일하게 하여 내부 공간에 냉매가 봉입될 수 있다.
이상의 구성에 있어서, 이 히트 파이프(70)에서는, 상술한 실시예2와 동일한 효과를 얻을 수 있다는 것 외에, 피냉각 장치 배치부(4)와 대향하는 위치에 중간판 중앙 돌기(76, 85) 및 상측 중앙 돌기(86)를 형성함으로써, 주변부(16, 20, 23, 24)뿐만 아니라, 피냉각 장치 배치부(4)와 대향하는 중앙 부분에 있어서도 직접 접합하여 일체화를 도모할 수 있고, 피냉각 장치 배치부(4)와 대향하는 중앙 부분에 지주 구조를 갖춤으로써 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
그러나, 종래의 히트 파이프(도시하지 않음)에서는, 피냉각 장치로부터 발생하는 열로 냉매의 온도가 상승하면, 상기 냉매의 열 팽창에 의해 대략 중앙부가 바깥쪽으로 팽창하려고 하는 현상(팝콘 현상)이 생기고, 경우에 따라서는 상부재와 하부재의 접합이 파손되어, 히트 파이프가 고장나 버릴 우려가 있다는 문제가 있었다.
이에 대해서 본원 발명의 히트 파이프(70)에서는, 피냉각 장치 배치부(4)에 대향하는 중앙 부분에 지주 구조를 형성하여 기계적 강도를 향상시킴으로써, 팝콘 현상의 발생을 방지할 수 있다. 이렇게 해서 팝콘 현상에 의해 히트 파이프(70) 자체가 파손되는 것을 방지하고, 히트 파이프(70)의 신뢰성을 향상시킴과 아울러, 장기 수명화를 도모할 수 있다.
이상의 구성에 의하면, 하부재(71), 하측 중간판(72), 상측 중간판(73) 및 상부재(74)가 서로 직접 접합되어야 하는 주변부(16, 20, 23, 24)뿐만 아니라, 피냉각 장치 배치부(4) 주변부에 대응하는 부분에 중간판 중앙 돌기(76, 85) 및 상측 중앙 돌기(86)를 형성하고, 이들 중간판 중앙 돌기(76, 85) 및 상측 중앙 돌기(86)의 형성 위치에서도 히트 프레스로 직접 접합하여 일체화되어 있으므로, 피냉각 장치(13)가 발생하는 열에 의한 팽창을 방지함과 아울러, 더 나아가서는, 그 팽창에 의해 히트 파이프(70) 자체가 파손되는 것을 방지하고, 히트 파이프(70)의 신뢰성 향상을 도모하고, 장기 수명화를 도모할 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태에 있어서는, 피냉각 장치 배치부(4)의 주변부에 해당하는 모세관 중앙 형성 영역(77)의 네 모퉁이부에 중간판 중앙 돌기(76)를 형성한 경우에 대해서 기술했으나, 본 발명은 이에 관계 없이, 다른 실시 형태에 의한 중간판(88)의 외관 구성을 나타낸 도17에 나타내는 바와 같이, 피냉각 장치 배치부(4)의 주변부에 해당하는 모세관 중앙 형성 영역(77)의 네 모퉁이부에 덧붙여서, 피냉각 장치 배치부(4)의 주변부 내지 그 근방에 중간판 중앙 근방 돌기(87, 89)를 형성해도 좋다.
구체적으로는, 중간판(88)에 있어서, 모세관 중앙 형성 영역(77)의 네 모퉁이부 뿐만 아니라, 모세관 중앙 형성 영역(77)의 중심부에 중간판 중앙 근방 돌기(89)를 형성함과 아울러, 방사상으로 연장되는 모세관 형성 영역(80) 중 임의로 선택한 모세관 형성 영역(80)에도 중간판 중앙 근방 돌기(87)를 형성해도 좋고, 요컨대 팝콘 현상에 의한 파손을 방지할 수 있으면, 피냉각 장치 배치부(4)의 주변부 내지 그 근방 부분 중 임의 부분에 중간판 중앙 돌기를 형성해도 좋다.
실시예4
히트 파이프 상외면의 외관 구성을 나타내는 도18(A)에 있어서, 90은 본 발명에 관련된 히트 파이프를 나타내고, 이 히트 파이프(90)는, 냉매의 봉입방법에 특징을 가지는 것이다. 히트 파이프(90)는 상부재(91)의 상외면(91a)에 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)이 뚫려 접해 있고, 예를 들면 땜납 등의 가소성 금속으로 이루어지는 밀봉 마개로서의 밀봉 부재(94)를 소성 유동시켜 상기 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)을 밀봉한 구성을 가진다.
이 실시 형태의 경우, 냉매 주입용 구멍(92)은, 대향하는 한 쌍의 모퉁이부 중 한쪽 모퉁이부 근방에 형성되어 있음과 아울러, 공기 배출용 구멍(93)은, 상기 한쪽 모퉁이부와 대향하는 다른 쪽의 모퉁이부 근방에 형성되어 있다. 그리고 이 히트 파이프(90)에서는, 냉매 주입용 구멍(92)을 통하여 밀봉 공간에 봉입된 냉매에 의해, 히트 파이프(90) 하외면의 외관 구성을 나타내는 도18(B)에 나타내는 바와 같이, 하부재(95)의 하외면(95a)에 설치한 피냉각 장치(13)를 효율 좋게 냉각할 수 있도록 구성되어 있다.
이 히트 파이프(90)는, 해당 히트 파이프(90)의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도19(A)에 나타내는 바와 같이, 상부재(91) 및 하부재(95) 사이에 제1중간판(96), 제2중간판(97), 제3중간판(98) 및 제4중간판(99)이 설치되어 있고, 이들 상부재(91), 제1중간판(96), 제2중간판(97), 제3중간판(98) 및 제4중간판(99) 및 하부재(95)가 적층되어, 히트 프레스에 의해 서로 직접 접합시켜서 일체화될 수 있다.
실제로, 제1중간판(96), 제2중간판(97), 제3중간판(98) 및 제4중간판(99)은, 주변부(100)의 상면에 각각 접합용 돌기(101)를 가짐과 아울러, 피냉각 장치 배치부(4)에 대응하는 위치에 상면으로부터 조금 돌출된 복수의 중간판 중앙 돌기(102)를 가지고, 히트 프레스함으로써 이들 접합용 돌기(101) 및 중간판 중앙 돌기(102)를 통해서 직접 접합하여 일체화할 수 있다.
또한, 하부재(95)에는, 그 상내면의 전체 구성을 나타내는 도20에 나타내는 바와 같이, 하부재측 격자 형상 오목부(17)가 형성되어 있음과 아울러, 상내면(95b)에 있어서의 피냉각 장치 배치부(4)에 대응한 영역에 정방 형상으로 이루어지는 하측 당접부(105)가 형성되고, 이 하측 당접부(105)의 각 각부에 조금 돌출된 장방 형상의 하측 중앙 돌기(106)가 형성되어 있다.
하측 중앙 돌기(106)는, 주변부(16)를 따라서 형성한 접합용 돌기(107)와 함께, 히트 프레스에 의해 제4중간판(99)과 직접 접합하여 일체화할 수 있도록 되어 있다.
그리고, 하측 당접부(105)는, 상부재(91), 제1중간판(96), 제2중간판(97), 제3중간판(98), 제4중간판(99) 및 하부재(95)를 일체화시켰을 때에, 제4중간판(99)과 일체화함으로써, 중간판 중앙 돌기(102) 및 상측 당접부(110)와 함께 중앙 부분에서 지주 구조를 형성할 수 있도록 되어 있다.
상부재(91)에는, 그 하내면의 전체 구성을 나타내는 도21에 나타내는 바와 같이, 상부재측 격자 형상 오목부(21)가 형성되어 있고, 하내면(91b)에 있어서의 피냉각 장치 배치부(4)에 대응한 영역에 상측 당접부(110)가 형성되어 있다. 이 상측 당접부(110)는, 상부재(91), 제1중간판(96), 제2중간판(97), 제3중간판(98), 제4중간판(99) 및 하부재(95)를 일체화시켰을 때에, 제4중간판(99)과 일체화함으로써 중앙 부분에서의 지주 구조를 형성할 수 있도록 되어 있다.
이렇게 해서, 하부재(95), 제4중간판(99), 제3중간판(98), 제2중간판(97), 제1중간판(96) 및 상부재(91)는, 밑에서부터 순차적으로 적층하여 위치 결정 구멍(5)을 기초로 위치 결정한 후, 히트 프레스됨으로써, 도19(B)에 나타내는 바와 같 이, 직접 접합하여 일체화할 수 있다.
그 후, 도19(C)에 나타내는 바와 같이, 냉매 주입용 구멍(92)에서 냉매 디스펜서(111)를 이용하여 히트 파이프(90) 내부 공간(111)에 냉매(M)(예를 들면 물)가 대기압 하에서 소정량 주입된다. 이 때, 공기 배출용 구멍(93)은, 냉매 공급 때에 있어서의 공기 배출구가 되고, 내부 공간(111)으로의 냉매(M)의 주입을 순조롭게 행할 수 있도록 되어 있다. 또한, 냉매(M)의 봉입량은, 예를 들면 물의 경우, 관통 구멍의 총체적과 동등 내지 상당한 것이 바람직하다.
다음으로, 예를 들면 구 형상체인 밀봉 부재(94)를 미리 소정 수 준비해 두고, 히트 파이프(90)의 다른 제조 방법을 순차적으로 나타낸 도22(A)에 나타내는 바와 같이, 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93) 상에 밀봉 부재(94)를 적재한다.
여기서, 냉매 주입 구멍으로서의 이들 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)은, 동일 형상으로 이루어지고, 냉매 주입용 구멍(92)의 정면 구성을 나타낸 도23(A)와, 냉매 주입용 구멍(92)의 측단면 구성을 나타낸 도23(B)에 나타내는 바와 같이, 중앙부가 가장 크게 개구된 원 기둥 형상의 개구부(113)를 구비하고, 이 개구부(113)의 내주면에 복수의 가스 배출 홈(114)이 형성되어 있다.
덧붙여서 말하면, 이 실시 형태의 경우, 가스 배출 홈(114)은, 개구부(113)의 직경보다도 작은 직경으로 이루어지는 반원 형상으로 이루어지고, 개구부(113)의 내주면에 등간격으로 4개 배치된 구성을 가진다.
그리고 이 상태 그대로, 저온(0℃~상온(예를 들면 25℃)) 하에서 가스 배출 홈(114)을 통해서 감압에 의한 진공 탈기(예를 들면 기압 0.5KPa)를, 예를 들면 10분 정도 행하고, 그 후 저온 상태 그대로, 몇 분간 프레스(116)에 의해 밀봉 부재(94)를 위에서부터 가압(10~80kg/cm2)하여 저온 가압 변형시킨다. 이렇게 해서 저온 진공 가압 처리함으로써 밀봉 부재(94)에서 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)을 임시 밀봉한다. 이때 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)이 밀봉 부재(94)에서 차단된다.
덧붙여서 말하면, 진공 탈기가 행해지는 온도로서는, 20℃ 정도의 저온이 바람직하고, 또한, 밀봉 부재(94)를 저온 가압 변형시키는 압력으로서는, 60kg/cm2 정도가 바람직하다.
여기서, 가스 배출 홈(114)은, 도23(B)에 나타내는 바와 같이, 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93) 상에 구 형상체의 밀봉 부재(94)를 적재한 상태에서도, 히트 파이프(90)의 내부 공간(111)과 외부를 연통된 상태를 유지할 수 있고, 이에 의해서 히트 파이프(90)의 내부 공간(111) 내부의 가스 배출을 행할 수 있도록 되어 있다. 또한, 도22(B) 안의 화살표는 탈기(가스 배출)의 방향을 나타내는 것이다.
또한, 이 가스 배출 홈(114)은, 냉매 주입용 구멍(92) 상에 밀봉 부재(94)가 놓여진 상태일 때 뿐만 아니라, 상기 냉매 주입용 구멍(92)의 밀봉이 어느 정도 진행된 상태일 때라도, 히트 파이프(90) 내부 공간(111)과 외부를 연통되는 상태를 유지하고, 저온 진공 가열 처리 후의 가압 및 가열에 의해, 밀봉 부재(94)에 의해 차단될 수 있도록 형성되어 있다.
다음으로, 저온 진공 가열 처리가 끝나면, 예를 들면 10분 간 정도, 고온(상온(예를 들면 25℃)~180℃) 하에서 진공도를 예를 들면 0.5KPa로 하고, 게다가 프레스(116)에 의해 밀봉 부재(94)를 위에서부터 가압(30~150 kg/cm2)한다. 이에 의해서 밀봉 부재(94)가 소성 유동하여 고온 가압 변형하고, 도22(C)에 나타내는 바와 같이, 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)이 밀봉 부재(94)에서 훨씬 강고하게 차단한 상태가 된다.
덧붙여서 말하면, 재차 프레스를 행할 때의 온도로서는, 120℃ 정도의 고온이 바람직하고, 또한, 밀봉 부재(94)를 고온 가압 변형시키는 압력으로서는, 100kg/cm2 정도가 바람직하다.
즉, 밀봉 부재(94)는, 주로 가압에 의해 소성 유동함과 아울러, 보조적으로(2차적으로) 가열에 의해 소성 유동하고, 가스 배출 홈(114)을 포함하여 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)을 차단할 수 있다. 마지막으로 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)을 밀봉 부재(94)로 차단을 끝내면, 가온 정지, 진공화 정지 및 프레스(116)에 의한 가압 해제를 행하고, 상기 가압, 가열, 진공화 처리를 끝내고, 도22(C)에 나타내는 바와 같이, 구 형상체였던 밀봉 부재(94)는 소성 유동에 의해 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)의 형태로 되어 실질적으로 밀봉 마개가 되고, 히트 파이프(90)의 내부 공간(111)을 밀봉하여 밀봉 공간(112)으로 한다.
이상의 구성에 있어서, 이 히트 파이프(90)에서는, 가스 배출 홈(114)을 구비한 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)을 상부재(91)의 상외면(91a)에 형성하고, 냉매 주입용 구멍(92)에서 냉매(M)를 주입한 후, 상기 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93) 상에 구 형상체의 밀봉 부재(94)를 적재하고, 내부 공간(111)을 감압시키면서 프레스(116)에 의해 밀봉 부재(94)를 가열 압접시키도록 했다. 이에 따라, 이 히트 파이프(90)에서는, 밀봉 부재(94)가 소성 유동하여 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)의 형상에 맞춰서 변형하여 실질적으로 밀봉 마개로 되고, 내부 공간(111)을 감압시킨 상태에서 확실하게 밀봉할 수 있다.
본원 발명의 히트 파이프(90)의 제조 방법(냉매 봉입 방법)에 의하면, 진공 하에 복수의 히트 파이프(90)를 병렬하고, 각 히트 파이프(90)의 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93) 상에 밀봉 부재(94)를 적재하고, 이들 복수의 히트 파이프(90)에 대해서 한번에 가스 배출이나 밀봉 부재(94)의 가압 및 가열을 하고, 모든 밀봉 부재(94)를 소성 유동시켜서 일제히 냉매 봉입할 수 있다. 이렇게 해서 종래의 냉매 주입 구멍마다 개별적으로 코킹 작업을 행하는 밀봉 방법과 비교해서 히트 파이프(90)의 양산성을 높일 수 있고, 또한 양산성을 높임으로써 히트 파이프(90)의 저가격화를 도모할 수도 있다.
또한, 이 히트 파이프(90)에서는, 구 형상체의 밀봉 부재(94)가 소성 유동해서 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93) 형상에 맞춰서 변형해서 밀봉 마개로 되기 때문에, 히트 파이프(90)의 상외면(91a)으로부터 밀봉 부재(94)가 돌 출되기 어렵게 되어, 밀봉에 의해 히트 파이프(90) 외면의 평탄성을 저해하는 것을 방지할 수 있고, 이렇게 해서 휴대 기기나 소형 기기로의 실장 자유도를 향상시킬 수 있다.
또한, 이 히트 파이프(90)에서는, 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)으로서 개구부(113)의 내주면을 잘라낸 가스 배출 홈(114)을 별도로 형성하도록 했다. 이에 의해 밀봉 마개로 되는 밀봉 부재(94)가 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)상에 적재된 상태일 때나, 밀봉 부재(94)가 용융하기 시작해서 밀봉을 조금 진행시킨 상태일 때에도, 가스 배출 홈(114)을 통해 히트 파이프(90)의 내부 공간(111)과 외부를 연통시켜 둘 수 있고, 이렇게 해서 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)이 밀봉 부재(94)에 의해 차단되지 않고, 히트 파이프(90)의 내부 공간(111) 내부로부터 가스 배출을 확실하게 행할 수 있다.
또한, 히트 파이프(90)에서는, 밀봉 부재(94)에서 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)을 밀봉할 때에, 가스 배출 홈(114)을 통해 진공 탈기를 행하도록 함으로써, 설령 히트 파이프(90) 내부를 부식시키는 유해 성분이 상기 내부 공간(111) 내부에 존재하고 있어도, 내부 공간(111) 내부의 공기가 가스 배출 홈(114)을 통해 빠져 나오기 때문에, 상기 공기와 함께 내부 공간(111) 내부로부터 유해 성분을 확실하게 제거시킬 수 있다. 따라서, 아웃 가스 농도를 감소시키고, 내부 부식에 의한 수명 저하를 방지할 수 있는 히트 파이프(90)를 제공할 수 있다.
그리고, 이 히트 파이프(90)에서는, 가소성 금속으로 이루어지는 밀봉 부재(94)가 소성 유동하고 변형하여 밀봉 마개로 되기 때문에, 밀봉 부재(94)에 의해 가스 배출 홈(114)도 확실히 차단시킬 수 있고, 이에 의해 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)을 완전하게 차단한 상태로 하고, 냉매(M)가 완전히 히트 파이프(90)의 내부 공간(111)에 봉입되어, 냉매(M)의 누출이 없는 상태로 할 수 있다.
이와 같이, 이 히트 파이프(90)에서는, 밀봉 공간(112)을 감압 상태(냉매가 물인 경우, 예를 들면 0.5KPa 정도)로 한 것으로, 냉매의 비등점이 내려가서, 예를 들면 50℃ 이하의 상온보다도 조금 높은 온도(예를 들면 30℃~35℃ 정도)에서도 냉매가 증기로 되기 쉬워진다.
이에 의해 이 히트 파이프(90)에서는, 피냉각 장치(13)로부터의 작은 열로도 냉매(M)가 증발하고, 그 증기가 증기 확산 유로(10)를 통하여 주변부(16, 20)측으로 확산됨과 아울러, 주변부(16, 20)측에 있어서 응축하여 액화한 냉매(M)가 모세관 현상에 의해 모세관 유로(11)을 통과하여 중앙부측으로 재차 돌아오도록, 냉매(M)의 순환 현상을 연속적으로, 또한 용이하게 반복할 수 있다.
또한, 이 히트 파이프(90)에서는, 냉매(M)가 상온보다도 조금 높은 온도에서 증기로 되고, 냉매(M)의 순환 현상을 연속적으로 반복하고, 열의 균일화를 도모함으로써, 피냉각 장치(13)를 효율 좋게 냉각할 수 있다.
또한, 본원 발명의 방열판(90)에서는, 방열판을 이용하지 않고 종래의 히트 파이프와 동일한 냉각 효과를 얻을 수 있고, 이렇게 해서 방열판을 사용하지 않는 만큼, 히트 파이프(90) 자체의 부품 점수를 저감할 수 있다.
덧붙여서 말하면, 이 히트 파이프(90)에서는, 상부재(91)의 상외면(91a)에 있어서, 냉매 주입용 구멍(92)을 대향하는 한 쌍의 모퉁이부 중 한쪽의 모퉁이부 근방에 형성함과 아울러, 공기 배출용 구멍(93)을 상기 한쪽의 모퉁이부와 대향하는 다른 쪽의 모퉁이부 근방에 형성하도록 함으로써, 히트 파이프(90)의 내부 공간(111) 전체로의 냉매(M)의 공급을 원활하게 행하기 쉽게 할 수 있다.
또한, 상술한 실시예4에 있어서는, 원 기둥 형상의 개구부(113)의 내주면에 반원 형상의 가스 배출 홈(114)을 4개 형성한 형상으로 이루어지는 냉매 주입용 구멍(92) 및 공기 배출용 구멍(93)을 적용한 경우에 대해서 기술했으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 냉매 주입용 구멍(92) 또는 공기 배출용 구멍(93)의 정면 구성을 나타낸 도24(A)와, 측단면 구성을 나타낸 도24(B)에 나타내는 바와 같이, 상단의 지름이 크고, 밑으로 갈수록 서서히 작아지고, 하단에 있어서 지름이 최소로 되는 역사다리꼴형 원뿔 형상으로 이루어지는 냉매 주입용 구멍(120) 및 공기 배출용 구멍(121)을 적용해도 좋고, 이 경우에 있어서도, 밀봉 부재(94)에 의한 밀봉 모습을 나타낸 도24(C)에 나타내는 바와 같이 구 형상체의 밀봉 부재(94)가 소성 유동하여 냉매 주입용 구멍(120) 및 공기 배출용 구멍(121)의 형상에 맞춰서 변형하여 실질적으로 밀봉 마개로 되고, 내부 공간(111)을 확실하게 밀봉할 수 있다.
또한, 다른 실시 형태에 의한 냉매 주입용 구멍 및 공기 배출용 구멍으로서는, 별도의 냉매 주입용 구멍(133) 또는 공기 배출용 구멍(134)의 정면 구성을 나타낸 도25(A)와, 측단면 구성을 나타낸 도25(B)에서 나타내는 바와 같이, 큰 지름의 짧은 원기둥 형상으로 이루어지는 상부(130)와, 작은 지름의 짧은 원기둥 형상으로 이루어지는 하부(131)를 가지고, 상부(130) 및 하부(131)가 단부(132)를 통해 서 일체 형성된 냉매 주입용 구멍(133) 및 공기 배출용 구멍(134)을 적용하도록 해도 좋다.
이 경우에 있어서는, 다른 밀봉 부재(94)에 의한 밀봉 모습을 나타낸 도25(C)에 나타내는 바와 같이, 밀봉 부재(94)가 소성 유동하여 하부(131)를 완전히 메운 경우, 밀봉 부재(94)의 잔여 부분이 큰 지름의 상부(130) 내부로 들어가고, 이에 의해 밀봉 부재(94)가 히트 파이프(90)의 상외면(91a)으로부터 돌출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 밀봉 부재(94)에 의해 밀봉해도 히트 파이프(90)의 상외면(91a)을 평탄 형상으로 형성할 수 있다.
또한, 도24(A) 및 (B) 및 도25(A) 및 (B)에 나타내는 어떤 예에 있어서도, 도23(A) 및 (B)에 나타내는 예와 마찬가지로, 가스 배출 홈(114)을 별도로 형성해도 좋고, 이 경우, 상술한 효과와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상술한 실시예4에 있어서는, 하나 또는 복수의 냉매 주입 구멍으로서, 냉매 주입용 구멍(37, 92) 및 공기 배출용 구멍(38, 93)을 적용했으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 예를 들면 냉매 주입용 구멍(92)과 공기 배출용 구멍(93)이 일체 형성된 냉매 주입 구멍이나, 냉매 주입용 구멍(92)을 2개 형성해서, 한쪽이 냉매 주입용 구멍으로 이용되고, 다른 쪽을 공기 배출용 구멍으로서 이용하도록 해도 좋다.

Claims (16)

  1. 하면에 오목부를 가지는 평판 형상의 상부재와, 상면에 오목부를 가지는 평판 형상의 하부재 사이에, 상기 상부재 및 상기 하부재의 오목부와 연통된 평면 방향의 증기 확산 유로를 복수 형성하는 평판 형상의 중간판을 하나 또는 복수 개재시키고, 상기 상부재 및 상기 하부재 사이의 밀봉 공간 내부에 상기 증기 확산 유로 및 상기 오목부를 구비하고, 또한 상기 밀봉 공간 내부에 냉매를 봉입한 히트 파이프에 있어서,
    상기 중간판에는, 상기 증기 확산 유로를 형성한 부분 이외의 부분에, 상기 상부재 및 상기 하부재의 오목부에 연통되는 수직 방향 또는 수직·평면 양방향의 모세관 유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중간판은 복수 개재되고,
    상기 중간판의 각각에는 관통 구멍이 뚫려 형성되어 있고, 상기 중간판을 서로 겹침으로써, 상기 관통 구멍이 각각 일부만 겹쳐져서, 상기 관통 구멍의 상기 평면 방향의 단면적보다도 좁은 모세관 유로를 형성하는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부재 및 상기 하부재 중 적어도 한쪽 외면에, 피냉각 장치가 장착되는 복수의 돌기를 일체 형성한 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 상부재 및 상기 하부재 중 적어도 한쪽 외면에, 피냉각 장치가 장착되는 복수의 돌기를 일체 형성한 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  5. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부재 및 상기 하부재의 평면 형상이 장방형이고,
    중앙부가 피냉각 장치 배치부로 되고,
    상기 증기 확산 유로 각각이, 변에 대해서 경사 방향으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  6. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부재 및 상기 하부재의 평면 형상이 장방형이고,
    중앙부가 피냉각 장치 배치부로 되고,
    상기 증기 확산 유로의 각각이, 상기 중앙부의 피냉각 장치 배치부로부터 방사상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재의 주변부 및 피냉각 장치 배치부의 주변부 내지 그 근방에 접합용 돌기가 형성되어 있고,
    상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재가 히트 프레스에 의해 상기 접합용 돌기를 통해 직접 접합되는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재의 주변부 및 피냉각 장치 배치부의 주변부 내지 그 근방에 접합용 돌기가 형성되어 있고,
    상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재가, 히트 프레스에 의해 상기 접합용 돌기를 통해서 직접 접합되는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재의 주변부 및 피냉각 장치 배치부의 주변부 내지 그 근방에 접합용 돌기가 형성되어 있고,
    상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재가 히트 프레스에 의해 상기 접합용 돌기를 통해 직접 접합되는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  10. 상면에 오목부를 가지는 평판 형상의 하부재와, 하면에 오목부를 가지는 평판 형상의 상부재와, 상기 상부재 및 상기 하부재 사이에 설치되고, 상기 상부재 및 상기 하부재의 오목부와 연통된 평면 방향의 증기 확산 유로를 복수 형성하는 하나 또는 복수의 평판 형상의 중간판을 적층하고,
    상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재가 서로 직접 접합되어야 하는 주변부, 또는 그 주변부 및 피냉각 장치 배치부의 주변부 내지 그 근방에 형성된 접합용 돌기에, 히트 프레스하고,
    상기 접합용 돌기의 형성 위치에 상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재를 직접 접합함으로써 일체화하는 것을 특징으로 하는 히트 파이프의 제조 방법.
  11. 하면에 오목부를 가지는 평판 형상의 상부재와, 상면에 오목부를 가지는 평판 형상의 하부재 사이에, 상기 상부재 및 상기 하부재의 오목부와 연통된 복수의 증기 확산 유로를 형성하는 하나 또는 복수의 평판 형상의 중간판이 개재되고, 상기 상부재 및 상기 하부재의 밀봉 공간에, 상기 증기 확산 유로 및 상기 오목부가 구성되도록 적층되고,
    상기 상부재 또는 상기 하부재의 한쪽에, 상기 밀봉 공간과 외부가 연통되는 하나 또는 복수의 냉매 주입 구멍이 형성되고,
    상기 밀봉 공간 내부에 냉매가 봉입되고,
    상기 냉매 주입 구멍이 가소성 금속으로 이루어지는 밀봉 마개로 차단되어 이루는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉매 주입 구멍 각각의 내주면에, 상기 밀봉 마개로 상기 냉매 주입 구 멍의 각각을 완전히 차단하는 상태가 될 때까지는 외부와 내부 공간을 연통시키는 상태를 유지하고, 상기 완전히 차단하는 상태가 되면 그 밀봉 마개로 차단되는 하나 또는 복수의 가스 배출 홈을 형성한 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 냉매 주입 구멍 각각은 상부가 하부보다 큰 지름으로 되고,
    상기 냉매 주입 구멍 각각을 차단하는 상기 밀봉 마개의 표면은 그 냉매 주입 구멍이 형성된 부재의 외면으로부터 돌출되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 냉매 주입 구멍 각각은 상부가 하부보다 큰 지름으로 되고,
    상기 냉매 주입 구멍 각각을 차단하는 상기 밀봉 마개의 표면은 그 냉매 주입 구멍이 형성된 부재의 외면으로부터 돌출되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  15. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제8항, 제9항, 제11항, 제12항, 제13항 또는 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 공간 내부는 감압 하에 있는 것을 특징으로 하는 히트 파이프.
  16. 상면에 오목부를 가지는 평판 형상의 하부재, 하면에 오목부를 가지는 평판 형상의 상부재, 및 상기 상부재 및 상기 하부재의 오목부와 연통된 평면 방향의 증기 확산 유로를 복수 형성하는 하나 또는 복수의 평판 형상의 중간판을 적층하고,
    상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재가 서로 직접 접합되어야 하는 주변부, 또는 상기 주변부 및 피냉각 장치 배치부의 주변부 내지 그 근방에 형성된 접합용 돌기에, 히트 프레스하고,
    상기 접합용 돌기의 형성 위치에서 상기 하부재, 상기 중간판 및 상기 상부재를 직접 접합함으로써 일체화하는 공정;
    감압 하에 있어서 상기 하부재 및 상기 상부재 중 적어도 한쪽에 형성된 냉매 주입 구멍을 통해 상기 상부재 및 상기 하부재의 밀봉 공간 내부에 냉매를 주입하는 공정;
    상기 냉매 주입 구멍 상의 각각에 밀봉 마개로 되는 가소성 금속체를 배치하고, 가압에 의해 상기 가소성 금속체를 압접해서 상기 냉매 주입 구멍 각각을 차단하는 밀봉 마개로 되는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 히트 파이프의 제조 방법.
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