WO2018198372A1 - ベーパーチャンバー - Google Patents

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WO2018198372A1
WO2018198372A1 PCT/JP2017/017076 JP2017017076W WO2018198372A1 WO 2018198372 A1 WO2018198372 A1 WO 2018198372A1 JP 2017017076 W JP2017017076 W JP 2017017076W WO 2018198372 A1 WO2018198372 A1 WO 2018198372A1
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WO
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housing
vapor chamber
pillar
column
contact
Prior art date
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PCT/JP2017/017076
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English (en)
French (fr)
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拓生 若岡
修次 松本
孝義 小幡
宗一 久米
池田　治彦
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株式会社村田製作所
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00—Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02—Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20336—Heat pipes, e.g. wicks or capillary pumps

Definitions

  • the present invention relates to a vapor chamber.
  • the vapor chamber is usually provided with a capillary structure called a wick on the inner wall of the housing in order to recirculate the working fluid.
  • a support body for supporting the housing from the inside is usually arranged, whereby deformation of the housing due to decompression, external force, for example, contact with other parts of the housing Prevents deformation.
  • Patent Document 1 describes a heat plate having two cover plates 20 and 21, a columnar support structure 110, and a working fluid.
  • a wick structure is formed inside two cover plates 20 and 21, and the two cover plates 20 and 21 are supported from the inside by a support structure 110. With such a configuration, two-dimensional heat diffusion is achieved.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a vapor chamber having a wide moving portion of the working fluid that has become a gas and having an excellent heat transport capability.
  • a vapor chamber is enclosed in a housing, a pillar disposed in the housing so as to be in contact with a main inner surface of the housing, and the housing.
  • the pillar has a substantially frustum shape.
  • the pillar is a porous body.
  • the pillar is a porous body having a porosity of 1% to 20%.
  • the pillar is a porous body having a pore diameter of 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the vapor chamber of one embodiment includes a plurality of the pillars having different heights.
  • a convex portion having a height of 1 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less is formed on the main inner surface of the casing that faces the main inner surface of the casing that is in contact with the first bottom surface.
  • a ratio of a bonding area between the first bottom surface and the housing to an area of the first bottom surface is 0.5 or more and 1 or less.
  • a heat dissipation device comprising the vapor chamber of the present invention is provided.
  • an electronic apparatus comprising the vapor chamber of the present invention or the heat dissipation device of the present invention is provided.
  • a vapor chamber that can efficiently recirculate the working fluid without narrowing the portion where the working fluid that has become gas moves.
  • Patent Document 1 if a wick structure inside one cover plate is removed in order to secure a space (hereinafter also referred to as a “steam channel”) for moving a gaseous working fluid, the inside of the cover plate Surface wettability decreases. Due to the decrease in wettability, droplets are formed on the inner surface of the cover plate, and the droplets block the vapor flow path, resulting in a problem that the heat transport capability of the heat plate is decreased. The inventor of the present application found this problem and intensively studied to solve the problem.
  • the pillar 3 provided inside the housing 2 is provided with a first bottom surface in contact with the housing 2 and a second surface in contact with the wick 4. It has been found that this problem can be solved by forming a pillar shape having a bottom surface and a porous surface, and making the area of the first bottom surface larger than the area of the second bottom surface.
  • the first bottom surface of the pillar 3 is in contact with the main inner surface of the housing 2, the second bottom surface is in contact with the wick 4, and the wick 4 is not provided on the first bottom surface side.
  • the wicks 4 are provided on both sides of the columnar portions on the two bottom surfaces, a portion where the working fluid that has become a gas moves can be widely provided.
  • the pillar 3 has a pillar shape with a porous surface, and the area of the first bottom face in contact with the housing 2 is larger than the area of the second bottom face in contact with the wick 4. Since the area of the first bottom surface in contact with the housing 2 is larger than the area of the second bottom surface in contact with the wick 4, for example, compared to the case where the first bottom surface is formed to have the same area as the second bottom surface, The pillar 3 can also contact droplets formed on the surface of the housing 2 in a wider range. Furthermore, since the column 3 has a porosity on the surface, the liquid droplet that has come into contact with the column 3 penetrates into the porosity on the surface of the column 3 by capillary action. Thus, since the droplet formed on the main inner surface of the housing 2 can be removed, it is possible to prevent the heat transport capability of the vapor chamber from being lowered due to the droplet blocking the vapor flow path.
  • the porosity of the surface of the pillar 3 can also adsorb impurity gas that can be generated inside when the vapor chamber becomes hot.
  • the impurity gas trapped by the wick 4 can be reduced and the hydrophilicity of the wick 4 can be prevented from being lowered. Can be prevented.
  • the casing 2 of the vapor chamber of the present invention only needs to have two opposing main inner surfaces.
  • the shape of the main inner surface of the housing 2 may be polygonal or circular.
  • the main inner surface refers to a surface having the largest area among surfaces defining the internal space of the housing 2 and a surface facing the surface.
  • the height A of the housing 2 indicated by A in FIG. 1 may be, for example, not less than 100 ⁇ m and not more than 600 ⁇ m, and preferably in the range of not less than 200 ⁇ m and not more than 500 ⁇ m.
  • the width B of the housing 2 indicated by B in FIG. 1 (that is, the width of the vapor chamber) may be, for example, 5 mm or more and 500 mm or less, preferably 20 mm or more and 300 mm or less, more preferably 50 mm. It may be in the range of 200 mm or less.
  • the depth D of the housing 2 (ie, the depth of the vapor chamber), which is perpendicular to the arrow indicating the width B of the housing 2 in FIG. It may be below, Preferably it may exist in the range of 20 mm or more and 300 mm or less, More preferably, you may exist in the range of 50 mm or more and 200 mm or less.
  • the height A, the width B, and the depth D described above may be uniform or different at any location of the housing 2.
  • the housing 2 may be integrally formed from a single member, and for example, as shown in FIGS. 1 and 2, is composed of two opposing sheets with the outer edges sealed. May be. Moreover, you may form from two or more plate-shaped members.
  • the upper housing sheet 6 forms the upper main inner surface of the housing 2
  • the lower housing sheet 7 forms the lower main inner surface of the housing 2.
  • the upper housing sheet 6 and the lower housing sheet 7 are sealed with each other at their outer edge portions.
  • the outer edge portions of the upper housing sheet 6 and the lower housing sheet 7 refer to a region of a predetermined distance inward from the end portion of the sheet.
  • the outer edge portion of the upper housing sheet 6 and the outer edge portion of the lower housing sheet 7 are sealed by joining with a brazing material, but the outer edge portion is sealed.
  • a brazing material but the outer edge portion is sealed.
  • laser welding, resistance welding, TIG welding (tungsten / inert gas welding), diffusion bonding, resin sealing, ultrasonic bonding, or the like may be used.
  • the material for forming the housing 2 is not particularly limited, and for example, a metal member such as Cu, Ni, Al, Mg, Ti, Fe, and an alloy metal member based on them can be used. Cu and Cu alloys are used.
  • the thickness C (in the example shown, the thickness of the housing sheet) of the wall surface constituting the housing 2 indicated by C in FIG. 1 may be, for example, 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, and preferably 30 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. More preferably, it is in the range of 40 ⁇ m or more and 60 ⁇ m or less.
  • the thickness C described above may be uniform or different at any location of the housing 2.
  • the thickness C of the upper housing sheet 6 and the thickness of the lower housing sheet 7 may be different.
  • the pillar 3 is disposed in the internal space of the housing 2 so as to support the housing 2 from the inside.
  • the pillar 3 may be fixed to the housing 2 or may not be fixed to the housing 2.
  • the column 3 has a column shape having a first bottom surface and a second bottom surface, and the area of the first bottom surface is larger than the area of the second bottom surface.
  • the area of the first bottom surface means the area of the portion surrounded by the outer periphery of the first bottom surface
  • the area of the second bottom surface means the area of the portion surrounded by the outer periphery of the second bottom surface.
  • the first bottom surface of the column 3 is in contact with the main inner surface of the housing 2, and the second bottom surface of the column 3 is in contact with the wick 4.
  • the column 3 is wider than the case where the first bottom surface is formed to have the same area as the second bottom surface. It can come into contact with the droplets formed on the main inner surface of the housing 2 in the area.
  • the pillar 3 can be formed in an arbitrary shape such that the area of the first bottom surface is larger than the area of the second bottom surface.
  • the column 3 may be a column 3 whose side surface is a surface that linearly connects the outer periphery of the first bottom surface and the outer periphery of the second bottom surface, that is, a frustum shape, or a surface having an uneven surface.
  • the pillar 3 which is.
  • the column 3 is preferably formed in a substantially frustum shape, more preferably a quadrangular frustum shape or a truncated cone shape, and further preferably a truncated cone shape.
  • the pillar 3 By forming the pillar 3 in a substantially frustum shape, the pillar 3 is less likely to fall down, and the casing 2 can be supported more firmly from the inside. The casing when a load is applied to the casing 2 2 deformation can be effectively reduced.
  • the pillar 3 has a porous surface, the liquid droplet that has come into contact with the pillar 3 permeates into the porous surface of the pillar 3 by capillary action. That is, the liquid droplet that has come into contact with the pillar 3 is sucked up by the pillar 3. In this way, since the droplets formed on the main inner surface of the housing 2 can be efficiently removed, it is possible to prevent the heat transport capability of the vapor chamber from being lowered due to the droplets blocking the vapor channel. .
  • the structure of the pillar 3 is not particularly limited as long as it has a porous surface.
  • the structure in which the entire pillar 3 is porous the structure in which the pore is formed on the surface of the columnar base material, and the columnar base material
  • the structure etc. which covered the surface with another porous material may be sufficient.
  • the strength of the column 3 can be increased by adopting a structure in which a hole is formed on the surface of the columnar substrate or a structure in which the surface of the columnar substrate is covered with another porous material.
  • the structure of the pillar 3 may be a structure in which the whole pillar 3 is porous.
  • the column 3 having a structure in which the entire column 3 is porous may be formed by forming a porous body into a column shape, or may be formed by forming a hole in the entire column-shaped substrate.
  • the structure of the pillar 3 may be a structure in which porosity is formed on the surface of the columnar substrate or a structure in which the surface of the columnar substrate is covered with another porous body.
  • the porous body is not particularly limited, and any porous body can be used.
  • porous bodies such as a metal porous body, a ceramic porous body, a resin porous body, a metal porous sintered body, a ceramic porous sintered body, can be used, for example.
  • the material constituting the substrate is not particularly limited, and examples thereof include metals such as copper, aluminum, nickel, magnesium, titanium, and iron, alloys containing these metals, and resin materials.
  • the average porosity of the porous portion of the pillar 3 may be 1% or more and 20% or less, preferably 5% or more and 15% or less, and more preferably 7% or more and 13% or less.
  • a sufficient amount of liquid can be permeated into the column 3. Since the porosity of the porous portion of the column 3 is 20% or less, the housing 2 can be firmly supported from the inside, and deformation of the housing 2 when a load is applied to the housing 2 can be achieved. It can be effectively reduced.
  • the porosity of the porous portion refers to the ratio of the sum of the volume of the voids of the porous portion to the apparent volume of the porous portion, for example, Archimedes method, mercury porosity method, weight porosity method, gas adsorption method Can be measured.
  • gas adsorption method gas is physically adsorbed on the pore surface, and the pore distribution can be measured from the relationship between the adsorption amount and the relative pressure.
  • nitrogen is used when the pore diameter is 0.7 nm or more.
  • the porosity can be converted by image analysis of the column cross section.
  • the porous portion refers to a region in which the porosity on the surface of the base material is formed. Moreover, in the column 3 in which the surface of the columnar substrate is covered with another porous material, the porous portion refers to a region occupied by the other porous material.
  • the average pore diameter of the porous column 3 may be 1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less, preferably 2 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the average pore diameter of the porous columns 3 is 1 ⁇ m or more, a sufficient amount of liquid can be permeated into the columns 3. Since the average pore diameter of the columns 3 is 50 ⁇ m or less, the housing 2 can be firmly supported from the inside, and the deformation of the housing 2 when a load is applied to the housing 2 is effective. Can be reduced.
  • the average pore diameter of the porous is the same as the average value of the length of the outer periphery of the cross section of the void having the outer periphery of the substantially circular section observed by image analysis of arbitrary five column cross sections.
  • the diameter of a circle having a length is the same as the average value of the length of the outer periphery of the cross section of the void having the outer periphery of the substantially circular section observed by image analysis of arbitrary five column cross sections.
  • a plurality of pillars 3 having different heights may be arranged.
  • the first bottom surface of any pillar 3 is in contact with the housing 2 and the second bottom surface is in contact with the wick 4.
  • the difference between the height of the pillar 3 having the largest height and the height of the pillar 3 having the smallest height may be in the range of 0.01 ⁇ m to 50 ⁇ m, preferably Is in the range of 0.1 to 20 ⁇ m.
  • the working fluid can be effectively vaporized (boiled) near the portion in contact with the heat source.
  • the area of the portion where the column 3 and the housing 2 are joined is the first bottom surface of the column 3 Smaller than the area.
  • the ratio of the bonding area between the first bottom surface and the housing 2 to the area of the first bottom surface may be 0.5 or more and 1 or less.
  • the ratio of the bonding area to the area of the first bottom surface is 0.5 or more, the position of the column 3 is less likely to be displaced due to an impact or the like during use.
  • the main inner surface of the body sheet 7 may have a convex portion 9.
  • the height of the convex portion 9 is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, more preferably in the range of 5 ⁇ m to 50 ⁇ m, and still more preferably in the range of 15 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the convex portion 9 may be formed directly on the main inner surface of the housing 2 as shown in FIG. Moreover, you may provide by mounting the metal foil which has the convex part 9 on the main inner surface.
  • a capillary force is generated by the space between the convex portions 9, so that the space between the convex portions 9 can play a role of refluxing the working fluid.
  • the efficiency is higher than that of the vapor chamber having no convex portion 9. Thermal diffusion can occur.
  • casing 2 can be formed in arbitrary shapes so that the space which can circulate a hydraulic fluid between adjacent convex parts 9 is formed.
  • casing 2 is preferably formed in the column shape which has the mutually opposing bottom face parallel to each other.
  • casing 2 may be a substantially quadrangular prism shape, a substantially cylindrical shape, and frustum shape, for example.
  • the bottom surface of the convex portion 9 has a ratio of the length of the short side to the length of the long side close to 1, as shown in FIG. It may be a rectangle. Further, as shown in FIG. 4, the ratio of the length of the short side to the length of the long side may be significantly less than 1. Although not shown, the ratio of the length of the short side to the length of the long side may be 1. That is, the bottom surface of the convex portion 9 may be square.
  • the distance F between the convex portion 9 and the adjacent convex portion 9 is in the range of 1 ⁇ m to 500 ⁇ m, more preferably in the range of 5 ⁇ m to 300 ⁇ m, and still more preferably in the range of 15 ⁇ m to 150 ⁇ m. . When the distance F is within such a range, the working fluid can be recirculated more effectively.
  • the wick 4 is disposed in the internal space of the housing 2 and plays a role of refluxing the working fluid.
  • positioning aspect of the wick 4 is not specifically limited, For example, as FIG. 1 shows, you may arrange
  • the thickness of the wick 4 may be, for example, in the range of 5 ⁇ m to 200 ⁇ m, preferably in the range of 10 ⁇ m to 80 ⁇ m, and more preferably in the range of 30 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the thickness of the wick 4 may be uniform everywhere in the wick 4 or may be different.
  • the wick 4 does not necessarily need to be formed over the entire main inner surface of the vapor chamber casing 2, and may be partially formed.
  • the material of the wick 4 is not particularly limited, and for example, a porous body, a mesh, a sintered body, a nonwoven fabric, and the like can be used, and a mesh or a nonwoven fabric is preferably used.
  • the working fluid is further sealed in the casing 2 of the vapor chamber of the present invention.
  • the hydraulic fluid is vaporized by the heat from the heating element and becomes vapor. Thereafter, the working fluid that has become vapor moves in the housing 2, releases heat, and returns to the liquid.
  • the working fluid that has returned to the liquid is transported to the heat source again by capillary action by the wick 4. And it is vaporized by the heat from the heat source again to become steam.
  • the vapor chamber of the present invention operates independently without requiring external power, and can rapidly diffuse heat in two dimensions using the latent heat of evaporation / condensation of the working fluid. .
  • the type of hydraulic fluid is not particularly limited, and for example, water, alcohols, alternative chlorofluorocarbons, etc. can be used, and water is preferably used.
  • the vapor chamber of the present invention can be mounted on a heat dissipation device so as to be close to a heat source. Accordingly, the present invention also provides a heat dissipation device comprising the vapor chamber of the present invention. By providing the heat dissipation device of the present invention with the vapor chamber of the present invention, it is possible to effectively suppress an increase in temperature around the electronic component that generates heat and the component.
  • the vapor chamber or the heat dissipation device of the present invention can be mounted on an electronic device for the purpose of heat dissipation. Accordingly, the present invention provides an electronic apparatus comprising the vapor chamber or heat dissipation device of the present invention.
  • the electronic device of the present invention include a smartphone, a tablet terminal, a notebook computer, a game device, and a wearable device.
  • the vapor chamber of the present invention operates independently without requiring external power, and can diffuse heat at a high speed two-dimensionally using latent heat of evaporation / condensation of the working fluid. Therefore, by providing the electronic apparatus with the vapor chamber or the heat dissipation device of the present invention, it is possible to effectively realize heat dissipation in a limited space inside the electronic apparatus.
  • Example 1 Two Cu foils for forming the upper housing sheet 6 and the lower housing sheet 7 were prepared.
  • the dimensions of the Cu foil forming the upper housing sheet 6 were 100 mm in length and 50 mm in width, and the thickness was 50 ⁇ m.
  • the dimensions of the Cu foil forming the lower housing sheet 7 were 100 mm long and 50 mm wide, and the thickness was 50 ⁇ m.
  • a metal paste mainly composed of a metal such as copper was arranged on the upper housing sheet 6 in a frustum shape having a circular bottom surface. By firing this metal paste, the pillar 3 having a frustum shape having a circular bottom surface was formed on the upper housing sheet 6.
  • the convex part 9 was formed in Cu foil which forms the lower housing sheet 7 by etching.
  • the etching solution used for forming the protrusions 9 was sodium persulfate, the etching temperature was 40 ° C., and the etching time was adjusted to obtain a predetermined shape.
  • the wick 4 is disposed so as to be sandwiched between the pillar 3 formed on the upper housing sheet 6 and the convex portion 9 formed on the lower housing sheet 7, and the outer edge portion of the upper housing sheet 6 and the lower housing The outer edge of the sheet 7 was sealed by brazing to obtain a vapor chamber of the present invention.
  • the thickness of the wick 4 used is
  • the resulting vapor chamber had a height A of 400 ⁇ m, a width B of 50 mm, and a depth D of 100 ⁇ m.
  • Comparative Example 1 A vapor chamber of the present invention was obtained in the same manner as in Example 1 except that the pillar 3 was formed by etching the upper housing sheet 6.
  • the etching solution used for forming the pillar 3 was sodium persulfate, the etching temperature was 40 ° C., and the etching time was adjusted to obtain a predetermined shape.
  • the obtained column 3 had a columnar shape with a constant thickness over the length of the column 3.
  • the surface shape of the surface forming the main inner surface of the upper housing sheet 6 provided with the pillar 3 of Example 1 was measured, it was as shown in FIG. From the measurement, it was confirmed that the pillar 3 had a height of about 120 ⁇ m. Furthermore, it has confirmed that the width
  • the contact angle of the working fluid on the main inner surface with which the first bottom surface of the column 3 was in contact was 60 °.
  • the maximum heat transport amount of the vapor chamber obtained as Comparative Example 1 was 5 W, whereas the maximum heat transport amount of the vapor chamber of Example 1 was 10 W. This is because the column 3 of the vapor chamber of Example 1 has a frustum shape having a porous surface, so that the droplets on the main inner surface with which the first bottom surface of the column 3 is in contact with the column 3 are allowed to penetrate. This is considered to be because of the reduction.
  • the droplets on the main inner surface with which the first bottom surface of the pillar 3 is in contact are reduced by the pillar 3, so that the vapor flow path is prevented from being blocked by the droplets, and the heat plate has high heat transport. It is thought that it showed ability.
  • the vapor chamber, heat dissipation device and electronic apparatus of the present invention can be used for a wide range of applications in the field of portable information terminals and the like. For example, it can be used to lower the temperature of a heat source such as a CPU and extend the usage time of an electronic device, and can be used for a smartphone, a tablet, a notebook PC, and the like.

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Abstract

本発明は、筐体と、前記筐体の主内面と接するように、前記筐体内に配置された柱と、前記筐体内に封入された作動液と、前記筐体内に配置されたウィックとを有し、前記柱は第一底面と第二底面とを有し、表面に多孔を有する柱形状を有しており、前記第一底面は筐体の主内面に接し、前記第二底面はウィックに接し、前記第一底面の面積が、前記第二底面の面積よりも大きい、ベーパーチャンバーを提供する。

Description

ベーパーチャンバー
　本発明は、ベーパーチャンバーに関する。
　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の分野において特に顕著である。近年、熱対策部材としては、グラファイトシートなどが用いられることが多いが、その熱輸送量は十分ではないため、様々な熱対策部材の使用が検討されている。なかでも、非常に効果的に熱を拡散させることが可能であるとして、面状のヒートパイプであるベーパーチャンバーの使用の検討が進んでいる。
　ベーパーチャンバーには、通常、作動流体を還流させるために筐体内壁にウィック（ｗｉｃｋ）と呼ばれる毛細管構造が設けられている。このウィックの上部には、通常、筐体を内側から支持するための支持体が配置され、これにより、減圧による筐体の変形、外部からの力、例えば他の部品との接触による筐体の変形を防いでいる。
　特許文献１には、２枚のカバープレート２０、２１と柱状の支持構造１１０と作動流体とを有するヒートプレートが記載されている。特許文献１において、２枚のカバープレート２０、２１の内側にはウィック構造が形成されており、２枚のカバープレート２０、２１は支持構造１１０によって内側から支持されている。このような構成により、二次元的な熱の拡散が達成されている。
米国特許出願公開第２００９／０２６０７８５号明細書
　特許文献１のように支持構造１１０の両側にウィック構造を形成すると、液体の作動流体の還流を効率よく行うことができる。しかしながら、支持構造１１０の両側にウィック構造が設けられていることにより、気体の作動液が移動する部分が狭くなるため、ベーパーチャンバーにおける熱抵抗の増加および熱輸送能力の低減が懸念される。
　本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、気体となった作動液が移動する部分が広く、優れた熱輸送能力を有するベーパーチャンバーを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るベーパーチャンバーは、筐体と、前記筐体の主内面と接するように、前記筐体内に配置された柱と、前記筐体内に封入された作動液と、前記筐体内に配置されたウィックとを有し、前記柱は第一底面と第二底面とを有し、表面に多孔を有する柱形状を有しており、前記第一底面は筐体の主内面に接し、前記第二底面はウィックに接し、前記第一底面の面積が、前記第二底面の面積よりも大きい。
　また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記柱は略錐台形状を有する。
　また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記柱は多孔質体である。
　また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記柱は、気孔率が１％以上２０％以下の多孔質体である。
　また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記柱は、気孔径が１μｍ以上５０μｍ以下の多孔質体である。
　また、一実施形態のベーパーチャンバーは、異なる高さを有する複数の前記柱を有する。
　また、一実施形態のベーパーチャンバーでは、前記第一底面が接している筐体の主内面に対向する前記筐体の主内面に高さ１μｍ以上２００μｍ以下の凸部が形成されている。
　また、一実施形態のベーパーチャンバーにおいて、前記第一底面の面積に対する、前記第一底面と前記筐体との接合面積の比が０．５以上１以下である。
　さらに、本発明によれば、本発明のベーパーチャンバーを有して成る放熱デバイスが提供される。
　さらに、本発明によれば、本発明のベーパーチャンバーまたは本発明の放熱デバイスを有して成る電子機器が提供される。
　本発明によれば、気体となった作動液が移動する部分を狭めずに、作動流体の還流を効率よく行うことができるベーパーチャンバーが提供される。
本発明の一実施形態のベーパーチャンバーの断面図である。 本発明の一実施形態のベーパーチャンバーの断面図である。 本発明の一実施形態のベーパーチャンバーの主内面の凸部の模式図である。 本発明の一実施形態のベーパーチャンバーの主内面の凸部の模式図である。 実施例１の柱の表面のＳＥＭ像である。 実施例１の柱の断面のＳＴＭ像である。 実施例１の円柱の形状測定図である。
　以下、本発明について図面を参照してより詳細に説明する。
　特許文献１において、気体の作動液が移動するための空間（以下、「蒸気流路」ともいう）を確保するために、一方のカバープレートの内側のウィック構造を取り除くと、そのカバープレートの内側表面の濡れ性が低下する。この濡れ性の低下によりカバープレートの内側表面に液滴が形成され、この液滴が蒸気流路を塞いでしまうため、ヒートプレートの熱輸送能力が低下してしまうという問題が生じる。本願発明者はこの問題を見出し、解決するために鋭意検討したところ、筐体２と、筐体２の主内面と接するように筐体２内に配置された柱３と、筐体２内に封入された作動液と、筐体２内に配置されたウィック４とを有するベーパーチャンバーにおいて、筐体２内部に設ける柱３を、筐体２に接する第一底面と、ウィック４に接する第二底面とを有し、表面に多孔を有する柱形状とし、第一底面の面積を、第二底面の面積よりも大きくすることにより、この問題を解決できることを見出した。
　本発明において、柱３の第一底面は筐体２の主内面と接し、第二底面がウィック４と接しており、第一底面側にウィック４が設けられていないため、特許文献１のように二つの底面の柱状部の両側にウィック４が設けられた構造のベーパーチャンバーと比較して、気体となった作動液が移動する部分を広く設けることができる。
　さらに、本発明において、柱３は表面に多孔を有する柱形状であり、筐体２と接する第一底面の面積が、ウィック４と接する第二底面の面積よりも大きい。筐体２と接する第一底面の面積が、ウィック４と接する第二底面の面積よりも大きいため、例えば第一底面が第二底面と同じ面積を有するように形成された場合と比較して、柱３は、より広い範囲の筐体２の表面に形成された液滴とも接触することができる。さらに、柱３は表面に多孔を有しているため、柱３と接触した液滴は毛細管現象により柱３の表面の多孔内に浸透する。このようにして筐体２の主内面に形成された液滴を取り除くことができるため、液滴が蒸気流路を塞ぐことによるベーパーチャンバーの熱輸送能力の低下を防ぐことができる。
　さらに、柱３の表面の多孔は、ベーパーチャンバーが高温になった際に、内部で発生し得る不純物ガスを吸着することもできる。柱３の多孔で不純物ガスを吸着することにより、ウィック４でトラップされる不純物ガスを低減することができ、ウィック４の親水性の低下を防ぐことができるため、ベーパーチャンバーの熱伝導特性の劣化を防ぐことができる。
　以下において、本発明のベーパーチャンバーの各構成について詳細に説明する。
　本発明のベーパーチャンバーの筐体２は、２つの対向する主内面を備えるものであればよい。筐体２の主内面の形状は多角形であってもよく、円形であってもよい。本明細書において主内面とは、筐体２の内部空間を規定する面のうち、最も面積の大きい面と、その面に対向する面とをいう。
　図１においてＡで示される筐体２の高さＡ（すなわち、ベーパーチャンバーの厚さ）は、例えば１００μｍ以上６００μｍ以下であってよく、好ましくは２００μｍ以上５００μｍ以下の範囲にある。図１においてＢで示される筐体２の幅Ｂ（すなわち、ベーパーチャンバーの幅）は、例えば５ｍｍ以上５００ｍｍ以下であってよく、好ましくは２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の範囲にあってよく、より好ましくは５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にあってよい。また、図示されていないが、図１において筐体２の幅Ｂを示す矢印と直行する、紙面手前から奥に向かう筐体２の奥行きＤ（すなわち、ベーパーチャンバーの奥行き）は、例えば５ｍｍ以上５００ｍｍ以下であってよく、好ましくは２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下の範囲にあってよく、より好ましくは５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲にあってよい。上述した高さＡ、幅Ｂおよび奥行きＤは筐体２のいかなる箇所においても一様であってもよく、異なっていてもよい。
　筐体２は、単一の部材から一体に形成されるものであってもよく、例えば図１および２に示されるように、外縁部が封止された対向する２つのシートから成るものであってもよい。また、２以上の板状部材から形成されてもよい。図１および２のベーパーチャンバー１ａおよび１ｂにおいて、上部筐体シート６は筐体２の上側の主内面を、下部筐体シート７は筐体２の下側の主内面を形成している。筐体２において、上部筐体シート６と下部筐体シート７とは、それぞれの外縁部で互いに封止されている。上部筐体シート６および下部筐体シート７の外縁部とは、シートの端部から内側に所定距離の領域をいう。図１および３のベーパーチャンバーにおいて、上部筐体シート６の外縁部と下部筐体シート７の外縁部とは、ろう材で接合することにより封止されているが、外縁部を封止する方法はこれに限定されず、例えばレーザー溶接、抵抗溶接、ＴＩＧ溶接（タングステン・不活性ガス溶接）、拡散接合、樹脂封止、超音波接合等により封止することもできる。
　筐体２を形成する材料は、特に限定されず、例えばＣｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｆｅなどの金属部材、およびそれらを主成分とした合金金属部材等を用いることができ、好ましくはＣｕおよびＣｕ合金が用いられる。
　図１においてＣで示される筐体２を構成する壁面の厚さＣ（図示する例においては、筐体シートの厚さ）は、例えば１０μｍ以上２００μｍ以下であってよく、好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあり、より好ましくは４０μｍ以上６０μｍ以下の範囲にある。上述した厚さＣは筐体２のいかなる箇所においても一様であってよく、異なっていてもよい。例えば、上部筐体シート６の厚さＣと、下部筐体シート７の厚さとが異なっていてもよい。
　柱３は、筐体２を内側から支持するように、筐体２の内部空間に配置される。柱３は、筐体２に固定されていてもよく、筐体２に固定されていなくてもよい。柱３が筐体２の内部空間に配置されることにより、筐体２に荷重が作用した際の筐体２の変形を低減することができる。
　柱３は第一底面と第二底面とを有する柱形状を有しており、第一底面の面積は、第二底面の面積よりも大きい。本明細書において、第一底面の面積とは、第一底面の外周により囲まれる部分の面積をいい、第二底面の面積とは、第二底面の外周により囲まれる部分の面積をいう。柱３の第一底面は筐体２の主内面に接しており、柱３の第二底面はウィック４と接している。ここで、第一底面の面積が、第二底面の面積よりも大きいため、例えば第一底面が第二底面と同じ面積を有するように形成された場合と比較して、柱３は、より広い範囲の筐体２の主内面に形成された液滴と接触することができる。
　柱３は、第一底面の面積が、第二底面の面積よりも大きくなるような任意の形状に形成することができる。例えば、柱３は、側面が、第一底面の外周と第二底面の外周とを直線的に結ぶ面である柱３、即ち錐台形状であってもよく、あるいは、側面が凹凸を有する面である柱３であってもよい。柱３は、好ましくは略錐台形状、より好ましくは四角錐台形状または円錐台形状、さらに好ましくは円錐台形状に形成される。柱３が略錐台形状に形成されることにより、柱３が倒れにくく、筐体２を内側からより強固に支持することができるようになり、筐体２に荷重が作用した際の筐体２の変形を効果的に低減することができる。
　さらに、柱３は表面に多孔を有しているため、柱３と接触した液滴は毛細管現象により柱３の表面の多孔内に浸透する。即ち、柱３と接触した液滴は柱３に吸い上げられる。このようにして筐体２の主内面上に形成される液滴を効率的に取り除くことができるため、液滴が蒸気流路を塞ぐことによるベーパーチャンバーの熱輸送能力の低下を防ぐことができる。
　柱３の構造は、表面に多孔を有するものであれば特に限定されず、例えば柱３全体が多孔質である構造、柱状の基材の表面に多孔が形成された構造、柱状の基材の表面を別の多孔材料で覆った構造等であってもよい。柱３全体が多孔質である構造を採用することにより、より多くの作動液を柱３に浸透させることができるようになる。また、柱状の基材の表面に多孔が形成された構造または柱状の基材の表面を別の多孔材料で覆った構造を採用することにより、柱３の強度を高めることができる。一の態様において、柱３の構造は、柱３全体が多孔質である構造であり得る。かかる柱３全体が多孔質である構造を有する柱３は、多孔質体を柱状に成形したものであってもよく、あるいは、柱状の基材全体に多孔を形成したものであってもよい。一の態様において、柱３の構造は、柱状の基材の表面に多孔が形成された構造または柱状の基材の表面を別の多孔質体で覆った構造であり得る。
　上記多孔質体としては、特に限定されず、任意の多孔質体を用いることができる。例えば、例えば、金属多孔体、セラミックス多孔体、樹脂多孔体、金属多孔質焼結体、セラミックス多孔質焼結体等の多孔質体を用いることができる。
　上記基材を構成する材料としては、特に限定されず、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、マグネシウム、チタン、鉄等の金属およびこれらの金属を含む合金、ならびに樹脂材料等が挙げられる。
　柱３の多孔部の平均気孔率は、１％以上２０％以下であってよく、好ましくは５％以上１５％以下の範囲にあり、より好ましくは７％以上１３％以下の範囲にある。柱３の多孔部の平均気孔率が１％以上であることにより、十分な量の液体を柱３に浸透させることができるようになる。柱３の多孔部の気孔率が２０％以下であることにより、筐体２を内側から強固に支持することができるようになり、筐体２に荷重が作用した際の筐体２の変形を効果的に低減することができる。本明細書において、多孔部の気孔率とは多孔部のみかけの体積に対する多孔部が有する空隙の体積の和の割合をいい、例えばアルキメデス法、水銀気孔率法、重量気孔率方法、ガス吸着法により測定することができる。例えば、ガス吸着法で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、窒素が用いられる。また、柱断面の画像解析により、気孔率の換算も行うことができる。
また、柱状の基材の表面に多孔が形成された柱３において、多孔部とは、基材の表面の多孔が形成されている領域をいう。また、柱状の基材の表面を別の多孔材料で覆った柱３において、多孔部とは、当該別の多孔材料が占める領域をいう。
　柱３の多孔の平均気孔径は１μｍ以上５０μｍ以下であってよく、好ましくは２μｍ以上３０μｍ以下の範囲にあり、より好ましくは５μｍ以上２０μｍ以下の範囲にある。柱３の多孔の平均気孔径が１μｍ以上であることにより、十分な量の液体を柱３に浸透させることができるようになる。柱３の多孔の平均気孔径が５０μｍ以下であることにより、筐体２を内側から強固に支持することができるようになり、筐体２に荷重が作用した際の筐体２の変形を効果的に低減することができる。本明細書において、多孔の平均気孔径とは、任意の５箇所の柱断面の画像解析により観察された、略円形に近い断面外周を有する空隙の断面外周の長さの平均値と同じ周の長さを有する円の直径をいう。
　本発明のベーパーチャンバーにおいて、異なる高さを有する柱３を複数配置してもよい。柱３が複数用いられる場合、いずれの柱３の第一底面も筐体２に接し、第二底面はウィック４に接している。異なる高さを有する柱３のうち、最も大きい高さを有する柱３の高さと、最も小さい高さを有する柱３の高さとの差は０．０１μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあってよく、好ましくは０．１μｍ以上２０μｍ以下の範囲にある。本発明のベーパーチャンバーにおいて、主内面の中央に高い柱が分布することが好ましい。これにより筐体の変形を効果的に低減することができる。また、本発明のベーパーチャンバーにおいて、熱源と接する部分から遠い場所と比較して、熱源と接する部分の近くに高い柱が多く存在していることが好ましい。これにより、熱源と接する部分の近くで作動液を効果的に気化（沸騰）させることができる。
　柱３が表面に細孔を有する材料または多孔質体等の空隙を有する材料から形成されるために、柱３と筐体２とが接合されている部分の面積は、柱３の第一底面の面積よりも小さくなる。柱３が筐体２に接合されることにより固定されている場合、第一底面の面積に対する、第一底面と筐体２との接合面積の比は０．５以上１以下であってよい。第一底面の面積に対する接合面積の比が０．５以上であることにより、使用に際しての衝撃等により柱３の位置にずれが生じにくくなる。
　図２に示されるように、柱３の第一底面が接している筐体２の主内面（即ち、上部筐体シート６の主内面）に対向する筐体２の主内面（即ち、下部筐体シート７の主内面）は、凸部９を有していてもよい。
　上記凸部９の高さは、特に限定されないが、好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下の範囲にあり、より好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下の範囲にあり、さらに好ましくは１５μｍ以上３０μｍ以下の範囲にある。
　凸部９は、図２に示されるように筐体２の主内面に直接形成されていてもよい。また、凸部９を有する金属箔を主内面の上に載置することにより設けてもよい。凸部９を設けることにより、凸部９間の空間による毛細管力が生じるので、凸部９間の空間は作動液を還流させる役割を果たし得る。このため、凸部９を有する本発明のベーパーチャンバーにおいて、作動液の還流はウィック４と凸部９間の空間の両方によって促進されるため、凸部９を有しないベーパーチャンバーと比較して効率的な熱拡散が生じ得る。
　筐体２の凸部９は、隣接する凸部９との間に、作動液を還流させることができる空間が形成されるような任意の形状に形成することができる。筐体２の凸部９は、好ましくは、互いに平行な対向する底面を有する柱状に形成される。筐体２の凸部９は、例えば、略四角柱形状、略円柱形状、錐台形状であってよい。筐体２の凸部９が略四角柱形状に形成される場合、凸部９の底面は、図３に示されるように、長辺の長さに対する短辺の長さの比が１に近い四角形であってよい。また、図４に示されるように、長辺の長さに対する短辺の長さの比が１を大きく下回っていてもよい。また、図示されていないが、長辺の長さに対する短辺の長さの比が１であってもよい。すなわち、凸部９の底面は正方形であってもよい。
　凸部９と、隣接する凸部９との間の距離Ｆは、１μｍ以上５００μｍ以下の範囲にあり、より好ましくは５μｍ以上３００μｍ以下の範囲にあり、さらに好ましくは１５μｍ以上１５０μｍ以下の範囲にある。距離Ｆがこのような範囲内にあることにより、作動液をより効果的に還流させることができる。
　ウィック４は、筐体２の内部空間に配置され、作動液を還流させる役割を果たす。ウィック４の配置の態様は、特に限定されず、例えば、図１に示されるように、筐体２の主内面と柱３との間に挟持されるように配置されてもよい。また、図２に示されるように、第一底面が接している筐体２の主内面に対向する筐体２の主内面に凸部９が形成されている場合には、凸部９と柱３との間に挟持されるように配置されてもよい。
　ウィック４の厚さは、例えば５μｍ以上２００μｍ以下の範囲にあってよく、好ましくは１０μｍ以上８０μｍ以下の範囲にあり、より好ましくは３０μｍ以上５０μｍ以下の範囲にある。ウィック４の厚さは、ウィック４のいかなる箇所においても一様であってよく、異なっていてもよい。また、ウィック４は必ずしも、ベーパーチャンバーの筐体２の主内面全体に亘って形成される必要はなく、部分的に形成されていてもよい。
　ウィック４の材料は特に限定されず、例えば、多孔体、メッシュ、焼結体、不織布等を用いることができ、好ましくはメッシュや不織布が用いられる。
　図１および図３には示されていないが、本発明のベーパーチャンバーの筐体２内にはさらに、作動液が封入されている。作動液は、発熱体からの熱により気化し、蒸気となる。その後、蒸気となった作動液は筐体２内を移動し、熱を放出して液体に戻る。液体に戻った作動液は、ウィック４による毛細管現象により再び熱源へ運ばれる。そして再び熱源からの熱により気化し、蒸気となる。これを繰り返すことにより、本発明のベーパーチャンバーは、外部動力を要することなく自立的に作動し、作動液の蒸発・凝縮潜熱を利用して、二次元的に迅速に熱を拡散させることができる。
　作動液の種類は特に限定されず、例えば、水、アルコール類、代替フロン等を用いることができ、好ましくは水が用いられる。
　本発明のベーパーチャンバーは、熱源に近接させるように、放熱デバイスに搭載され得る。従って、本発明は、本発明のベーパーチャンバーを有して成る放熱デバイスも提供する。本発明の放熱デバイスが本発明のベーパーチャンバーを備えることにより、発熱している電子部品および部品の周辺の温度上昇を効果的に抑制することができる。
　本発明のベーパーチャンバーまたは放熱デバイスは、放熱を目的として電子機器に搭載され得る。従って、本発明は、本発明のベーパーチャンバーまたは放熱デバイスを有して成る電子機器を提供する。本発明の電子機器としては、例えばスマートフォン、タブレット端末、ノートパソコン、ゲーム機器、ウェアラブルデバイス等が挙げられる。本発明のベーパーチャンバーは上記のとおり、外部動力を必要とせず自立的に作動し、作動液の蒸発・凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。そのため、電子機器が本発明のベーパーチャンバーまたは放熱デバイスを備えることにより、電子機器内部の限られたスペースにおいて、放熱を効果的に実現することができる。
　（実施例１）
　はじめに、上部筐体シート６と下部筐体シート７とを形成するＣｕ箔を２枚準備した。上部筐体シート６を形成するＣｕ箔の寸法は、縦１００ｍｍ横５０ｍｍであり、厚さが５０μｍであった。下部筐体シート７を形成するＣｕ箔の寸法は縦１００ｍｍ横５０ｍｍであり、厚さが５０μｍであった。構成成分として、銅等の金属を主成分とする金属ペーストを、上部筐体シート６に、円形の底面を有する錐台形状に配置した。この金属ペーストを焼成することにより、上部筐体シート６上に円形の底面を有する錐台形状を有する柱３を形成した。さらに、下部筐体シート７を形成するＣｕ箔にエッチングにより凸部９を形成した。凸部９の形成のために使用したエッチング液は過硫酸ソーダであり、エッチングの温度は４０℃であり、エッチング時間は所定形状が得られるように調整した。上部筐体シート６に形成された柱３と下部筐体シート７に形成された凸部９とで挟持されるようにウィック４を配置し、上部筐体シート６の外縁部と、下部筐体シート７の外縁部とを、ろう接することにより封止して、本発明のベーパーチャンバーを得た。使用したウィック４の厚さは、
５０μｍであり、得られたベーパーチャンバーは４００μｍの高さＡと、５０ｍｍの幅Ｂと、１００μｍの奥行きＤとを有していた。
　（比較例１）
　柱３を、上部筐体シート６をエッチング処理することにより形成した以外は、実施例１と同様の方法で、本発明のベーパーチャンバーを得た。比較例１において、柱３の形成のために使用したエッチング液は過硫酸ソーダであり、エッチングの温度は４０℃であり、エッチング時間は所定形状が得られるように調整した。得られた柱３は、柱３の長さに亘って太さが一定の円柱形状を有していた。
　実施例１の柱３の表面のＳＥＭ像を測定したところ、図５のようになり、断面のＳＥＭ像を測定したところ、図６のようになった。実施例１の柱３が細孔および空隙を多く有する多孔質体であることが確認できた。
　さらに、実施例１の柱３を備える上部筐体シート６の、主内面を形成する面の表面形状を測定したところ、図７のようになった。当該測定により、柱３は約１２０μｍの高さを有していることが確認できた。さらに、上部筐体シート６の主内面に接する第一底面部分の幅が、もう一方の底面である第二底面部分の幅よりも大きいことが確認できた。
　実施例１および比較例１として得られたベーパーチャンバーの、柱３の第一底面が接する主内面の作動液の接触角は６０°であった。比較例１として得られたベーパーチャンバーの最大熱輸送量が５Ｗであったのに対して、実施例１のベーパーチャンバーの最大熱輸送量は１０Ｗであった。これは、実施例１のベーパーチャンバーの柱３が、表面に多孔を有する錐台形状を有しているため、柱３の第一底面が接する主内面の液滴を、柱３に浸透させることにより低減することができたためであると考えられる。実施例１のベーパーチャンバーでは、柱３の第一底面が接する主内面の液滴が柱３により低減されたため、液滴により蒸気流路が塞がれることが抑制され、ヒートプレートが高い熱輸送能力を示したものと考えられる。
　本発明のベーパーチャンバー、放熱デバイスおよび電子機器は携帯情報端末等の分野において、広範な用途に使用できる。例えば、ＣＰＵ等の熱源の温度を下げ、電子機器の使用時間を延ばすために使用することができ、スマートフォン、タブレット、ノートＰＣ等に使用することができる。
　　１ａ　ベーパーチャンバー
　　１ｂ　ベーパーチャンバー
　　２　　筐体
　　３　　柱
　　４　　ウィック
　　６　　上部筐体シート
　　７　　下部筐体シート
　　９　　凸部

Claims (10)

  1. 　筐体と、
    　前記筐体の主内面と接するように、前記筐体内に配置された柱と、
    　前記筐体内に封入された作動液と、
    　前記筐体内に配置されたウィックとを有し、
    　前記柱は第一底面と第二底面とを有し、表面に多孔を有する柱形状を有しており、
    　前記第一底面は筐体の主内面に接し、前記第二底面はウィックに接し、
    　前記第一底面の面積が、前記第二底面の面積よりも大きい、
    ベーパーチャンバー。
  2. 　前記柱が略錐台形状を有する、請求項１に記載のベーパーチャンバー。
  3. 　前記柱が多孔質体である、請求項１または２に記載のベーパーチャンバー。
  4. 　前記柱が、気孔率が１％以上２０％以下の多孔質体である、請求項３に記載のベーパーチャンバー。
  5. 　前記柱が、平均気孔径が１μｍ以上５０μｍ以下の多孔質体である、請求項３に記載のベーパーチャンバー。
  6. 　異なる高さを有する複数の前記柱を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のベーパーチャンバー。
  7. 　前記第一底面が接している筐体の主内面に対向する前記筐体の主内面に高さ１μｍ以上１００μｍ以下の凸部が形成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のベーパーチャンバー。
  8. 　前記第一底面の面積に対する、前記第一底面と前記筐体との接合面積の比が０．５以上１以下である、請求項１～７のいずれか一項に記載のベーパーチャンバー。
  9. 　請求項１～８のいずれか一項に記載のベーパーチャンバーを有して成る放熱デバイス。
  10. 　請求項１～８のいずれか一項に記載のベーパーチャンバーまたは請求項９に記載の放熱デバイスを有して成る電子機器。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111006528A (zh) * 2019-12-05 2020-04-14 广州大学 一种扁平热管
JP2020076522A (ja) * 2018-11-06 2020-05-21 東芝ホームテクノ株式会社 シート状ヒートパイプ
WO2023085350A1 (ja) * 2021-11-15 2023-05-19 株式会社村田製作所 熱拡散デバイス

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11988453B2 (en) 2014-09-17 2024-05-21 Kelvin Thermal Technologies, Inc. Thermal management planes
WO2019018943A1 (en) * 2017-07-28 2019-01-31 Dana Canada Corporation ULTRA-THIN HEAT EXCHANGERS FOR HEAT MANAGEMENT
JP2021039958A (ja) * 2017-10-26 2021-03-11 株式会社村田製作所 電子機器の内部構造
JP6640401B1 (ja) * 2019-04-18 2020-02-05 古河電気工業株式会社 ヒートシンク
EP3798564B1 (en) * 2019-09-27 2022-08-03 ABB Schweiz AG Vapor chamber for cooling an electronic component
WO2021090840A1 (ja) * 2019-11-06 2021-05-14 古河電気工業株式会社 ベーパーチャンバ
JP6877513B2 (ja) * 2019-11-06 2021-05-26 古河電気工業株式会社 ベーパーチャンバ
US11573055B2 (en) * 2019-12-27 2023-02-07 Intel Corporation Vapor chamber and means of attachment
CN113494864A (zh) * 2020-04-03 2021-10-12 得意精密电子(苏州)有限公司 均温板及均温板的制作方法
CN113532171A (zh) * 2020-04-22 2021-10-22 华为技术有限公司 一种均温板和电子设备
CN219037720U (zh) * 2020-05-15 2023-05-16 株式会社村田制作所 均热板
CN113453500B (zh) * 2021-06-08 2023-04-14 江西新菲新材料有限公司 一种均热板及电子设备

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11183067A (ja) * 1997-12-18 1999-07-06 Fujikura Ltd 平板状ヒートパイプ
JP2001091172A (ja) * 1999-09-21 2001-04-06 Fujikura Ltd 平板状ヒートパイプ
JP2002318085A (ja) * 2001-04-18 2002-10-31 Hitachi Cable Ltd ヒートパイプ及びその製造方法
WO2007026833A1 (ja) * 2005-09-01 2007-03-08 Fuchigami Micro Co., Ltd. ヒートパイプ及びその製造方法
JP2007205701A (ja) * 2006-02-06 2007-08-16 Fujikura Ltd 平板型ヒートパイプおよびその製造方法
JP2008057806A (ja) * 2006-08-29 2008-03-13 Fujikura Ltd ウイック、ヒートパイプ及び熱交換装置
CN101614499A (zh) * 2008-06-27 2009-12-30 超众科技股份有限公司 均温板及其制作方法
JP3156954U (ja) * 2009-10-21 2010-01-28 奇▲こう▼科技股▲ふん▼有限公司 平板型ヒートパイプの支持構造
CN101639331A (zh) * 2008-07-31 2010-02-03 富准精密工业(深圳)有限公司 平板式热管的制造方法
JP2013245875A (ja) * 2012-05-25 2013-12-09 Fujitsu Ltd 冷却装置及び電子装置
JP3192121U (ja) * 2014-04-17 2014-07-31 奇▲こう▼科技股▲ふん▼有限公司 ベイパーチャンバー構造
JP2014219150A (ja) * 2013-05-08 2014-11-20 富士通株式会社 シート状ヒートパイプ及びその製造方法並びに電子装置

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6269866B1 (en) * 1997-02-13 2001-08-07 The Furukawa Electric Co., Ltd. Cooling device with heat pipe
US6871701B2 (en) * 2001-04-09 2005-03-29 The Furukawa Electric Co., Ltd. Plate-type heat pipe and method for manufacturing the same
TW530935U (en) * 2002-07-26 2003-05-01 Tai Sol Electronics Co Ltd Heat dissipation apparatus for lower-connect type integrated circuit
US6880626B2 (en) * 2002-08-28 2005-04-19 Thermal Corp. Vapor chamber with sintered grooved wick
US6945317B2 (en) * 2003-04-24 2005-09-20 Thermal Corp. Sintered grooved wick with particle web
US7509995B2 (en) * 2004-05-06 2009-03-31 Delphi Technologies, Inc. Heat dissipation element for cooling electronic devices
CN100356129C (zh) * 2004-10-26 2007-12-19 台达电子工业股份有限公司 平板式热管及其支撑结构
TWI284190B (en) * 2004-11-11 2007-07-21 Taiwan Microloops Corp Bendable heat spreader with metallic screens based micro-structure and method for fabricating same
TWM299458U (en) * 2006-04-21 2006-10-11 Taiwan Microloops Corp Heat spreader with composite micro-structure
US20090250196A1 (en) * 2006-08-09 2009-10-08 Batty J Clair Relieved-channel, bonded heat exchanger
CN101232794B (zh) * 2007-01-24 2011-11-30 富准精密工业(深圳)有限公司 均热板及散热装置
DE202007007568U1 (de) * 2007-05-25 2007-09-20 Boston Cool Tec Corporation, Wilmington Eine flache Heatpipe (Wärmeleitrohr) und Kühlkörper welche diese verwenden
TW200849295A (en) * 2007-06-15 2008-12-16 Fu-Chia Chang Super-conducting uniform-temperature heat dissipating module
US20090040726A1 (en) * 2007-08-09 2009-02-12 Paul Hoffman Vapor chamber structure and method for manufacturing the same
US20090260785A1 (en) * 2008-04-17 2009-10-22 Wang Cheng-Tu Heat plate with capillary supporting structure and manufacturing method thereof
CN101676672B (zh) * 2008-09-18 2012-08-22 和硕联合科技股份有限公司 均温板
TWI459889B (zh) * 2008-09-18 2014-11-01 Pegatron Corp 均溫板
US20100071879A1 (en) * 2008-09-19 2010-03-25 Foxconn Technology Co., Ltd. Method for manufacturing a plate-type heat pipe and a plate-type heat pipe obtained thereby
US20100077615A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Foxconn Technology Co., Ltd. Method for manufacturing a plate-type heat pipe
CN101749977A (zh) * 2008-12-22 2010-06-23 富瑞精密组件（昆山）有限公司 热导管及其制造方法
JP4811460B2 (ja) * 2008-12-24 2011-11-09 ソニー株式会社 熱輸送デバイス及び電子機器
JP4706754B2 (ja) * 2008-12-24 2011-06-22 ソニー株式会社 熱輸送デバイス及び電子機器
CN101782342B (zh) * 2009-01-16 2013-03-20 富瑞精密组件（昆山）有限公司 热管及其毛细结构的制作方法
TW201038896A (en) * 2009-04-16 2010-11-01 Yeh Chiang Technology Corp Ultra-thin heat pipe
CN101893401B (zh) * 2009-05-19 2013-02-20 富准精密工业(深圳)有限公司 平板式热管及其制造方法
CN102449423A (zh) 2009-07-21 2012-05-09 古河电气工业株式会社 扁平性热管及其制造方法
CN101995183A (zh) * 2009-08-19 2011-03-30 富准精密工业(深圳)有限公司 平板式热管
CN102042776A (zh) * 2009-10-16 2011-05-04 富准精密工业(深圳)有限公司 回路热管
CN102205485A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 富准精密工业(深圳)有限公司 平板式热管及其制造方法
US20120168435A1 (en) * 2011-01-04 2012-07-05 Cooler Master Co., Ltd. Folding vapor chamber
CN202094112U (zh) * 2011-06-30 2011-12-28 广东新创意专利发展有限公司 一种具有支撑柱结构的均热板
CN103868384A (zh) * 2012-12-14 2014-06-18 富瑞精密组件（昆山）有限公司 扁平热管及其制造方法
CN103868386A (zh) * 2012-12-17 2014-06-18 富瑞精密组件（昆山）有限公司 平板热管及其制造方法
US20140166243A1 (en) * 2012-12-19 2014-06-19 Cooler Master Co., Ltd. Vapor chamber and method of manufacturing the same
JP6213807B2 (ja) * 2013-02-26 2017-10-18 株式会社Ｗｅｌｃｏｎ ヒートパイプ
US20140345832A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 Cooler Master Co., Ltd. Plate-type heat pipe
US20140345831A1 (en) * 2013-05-23 2014-11-27 Cooler Master Co., Ltd. Plate-type heat pipe and method of manufacturing the same
US20140352925A1 (en) * 2013-05-28 2014-12-04 Asia Vital Components Co., Ltd. Heat pipe structure
US9549486B2 (en) * 2013-07-24 2017-01-17 Asia Vital Components Co., Ltd. Raised bodied vapor chamber structure
JP5750188B1 (ja) * 2014-07-15 2015-07-15 株式会社フジクラ ヒートパイプ
CN104534906B (zh) * 2015-01-14 2016-04-20 厦门大学 一种具有嵌套式多孔吸液芯的平板热管及其制造方法
US20160309619A1 (en) * 2015-04-17 2016-10-20 Cooler Master Co., Ltd. Liquid cooling heat dissipation structure and method of manufacturing the same
US10018427B2 (en) * 2016-09-08 2018-07-10 Taiwan Microloops Corp. Vapor chamber structure

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11183067A (ja) * 1997-12-18 1999-07-06 Fujikura Ltd 平板状ヒートパイプ
JP2001091172A (ja) * 1999-09-21 2001-04-06 Fujikura Ltd 平板状ヒートパイプ
JP2002318085A (ja) * 2001-04-18 2002-10-31 Hitachi Cable Ltd ヒートパイプ及びその製造方法
WO2007026833A1 (ja) * 2005-09-01 2007-03-08 Fuchigami Micro Co., Ltd. ヒートパイプ及びその製造方法
JP2007205701A (ja) * 2006-02-06 2007-08-16 Fujikura Ltd 平板型ヒートパイプおよびその製造方法
JP2008057806A (ja) * 2006-08-29 2008-03-13 Fujikura Ltd ウイック、ヒートパイプ及び熱交換装置
CN101614499A (zh) * 2008-06-27 2009-12-30 超众科技股份有限公司 均温板及其制作方法
CN101639331A (zh) * 2008-07-31 2010-02-03 富准精密工业(深圳)有限公司 平板式热管的制造方法
JP3156954U (ja) * 2009-10-21 2010-01-28 奇▲こう▼科技股▲ふん▼有限公司 平板型ヒートパイプの支持構造
JP2013245875A (ja) * 2012-05-25 2013-12-09 Fujitsu Ltd 冷却装置及び電子装置
JP2014219150A (ja) * 2013-05-08 2014-11-20 富士通株式会社 シート状ヒートパイプ及びその製造方法並びに電子装置
JP3192121U (ja) * 2014-04-17 2014-07-31 奇▲こう▼科技股▲ふん▼有限公司 ベイパーチャンバー構造

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020076522A (ja) * 2018-11-06 2020-05-21 東芝ホームテクノ株式会社 シート状ヒートパイプ
CN111006528A (zh) * 2019-12-05 2020-04-14 广州大学 一种扁平热管
CN111006528B (zh) * 2019-12-05 2021-09-14 广州大学 一种扁平热管
WO2023085350A1 (ja) * 2021-11-15 2023-05-19 株式会社村田製作所 熱拡散デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
US11340022B2 (en) 2022-05-24
US20200049421A1 (en) 2020-02-13
CN110573821A (zh) 2019-12-13
WO2018199216A1 (ja) 2018-11-01

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