WO2020026908A1 - ベーパーチャンバー - Google Patents

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WO2020026908A1
WO2020026908A1 PCT/JP2019/028980 JP2019028980W WO2020026908A1 WO 2020026908 A1 WO2020026908 A1 WO 2020026908A1 JP 2019028980 W JP2019028980 W JP 2019028980W WO 2020026908 A1 WO2020026908 A1 WO 2020026908A1
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WO
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sheet
vapor chamber
inclined portion
housing
support
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PCT/JP2019/028980
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English (en)
French (fr)
Inventor
拓生 若岡
雄志郎 村重
Original Assignee
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
    • F28D15/04—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 with tubes having a capillary structure
    • 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
    • F28D15/0233—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 the conduits having a particular shape, e.g. non-circular cross-section, annular
    • 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
    • F28D15/04—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 with tubes having a capillary structure
    • F28D15/046—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 with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a vapor chamber.
  • a vapor chamber which is a planar heat pipe is cited.
  • the vapor chamber has an apparent thermal conductivity that is several to several tens times higher than that of a metal such as copper or aluminum.
  • the vapor chamber generally has a structure in which a wick for transporting a hydraulic fluid by capillary force is provided inside a housing, and the hydraulic fluid is sealed.
  • the working fluid absorbs heat from the heating element in the evaporating section that absorbs heat from the heating element and evaporates in the vapor chamber, and the working fluid in a gas phase moves to the condensing section and is cooled and cooled. Return to phase.
  • the working fluid that has returned to the liquid phase moves to the heating element side (evaporation section) again by the capillary force of the wick, and cools the heating element.
  • the vapor chamber operates autonomously without external power, and can diffuse heat two-dimensionally at high speed using the latent heat of evaporation and condensation of the working fluid.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a housing that constitutes a vapor chamber described in Patent Literature 1.
  • a cup-shaped first sheet 11a and a second sheet 12a are both joined.
  • the cavity is narrow. Since the cavity is a path for the working liquid in a gas phase, if the cavity becomes narrow in the vicinity of the junction, the heat equalization performance will decrease. Further, when the vapor chamber bends, stress concentrates on a portion where the first sheet 11a and the second sheet 12a are inclined.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a housing constituting a vapor chamber described in Patent Document 2.
  • a dish-shaped first sheet 11b having a concave portion and a flat plate-shaped second sheet 12b are joined.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a housing constituting a vapor chamber described in Patent Document 3.
  • a housing constituting a vapor chamber described in Patent Document 3.
  • two layers of the first sheet 11c and the second sheet 12c are both joined as shown in FIG.
  • the first sheet 11c is flat.
  • the second sheet 12c is also flat, but has a central portion plastically deformed in a convex shape.
  • one of the sheets constituting the housing is bent at 90 degrees, so that when the vapor chamber is bent, the sheet is bent at the corners of the sheet bent at 90 degrees. Stress concentrates.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problem, and provides a vapor chamber that secures a cavity up to a vicinity of a joint between sheets forming a housing and that does not easily apply stress to the housing. With the goal.
  • the vapor chamber of the present invention includes a housing composed of opposed first and second sheets joined to an outer edge region, a working fluid sealed in an internal space in the housing, and A vapor chamber including a wick provided on a main surface facing the second sheet, and a plurality of columns provided on a main surface of the second sheet facing the first sheet to maintain the internal space.
  • the first sheet has an inclined portion that is inclined in a height direction toward a joint with the second sheet in at least a part of an outer edge region of the housing, and the first sheet and the first sheet When viewed in a cross section in a direction orthogonal to the direction in which the second sheet faces, the second sheet in a region in contact with the joining portion following the inclined portion of the first sheet is the second sheet in a region in contact with the support. In a position overlapping with over preparative and height direction.
  • FIG. 1 is a sectional view schematically showing an example of the vapor chamber according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a sectional view schematically showing an example of a vapor chamber according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a sectional view schematically showing an example of a vapor chamber according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a sectional view schematically showing an example of a vapor chamber according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a housing that constitutes a vapor chamber described in Patent Literature 1.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a housing constituting a vapor chamber described in Patent Document 2.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view schematically illustrating an example of a housing constituting a vapor chamber described in Patent Document 3.
  • the present invention is not limited to the following configuration, and can be appropriately modified and applied without changing the gist of the present invention. It should be noted that a combination of two or more individual desirable configurations of the present invention described below is also the present invention.
  • the thickness of the second sheet that is in contact with the joining portion following the inclined portion of the first sheet is the same as the thickness of the second sheet that is not in contact with the support.
  • FIG. 1 is a sectional view schematically showing an example of the vapor chamber according to the first embodiment of the present invention.
  • the vapor chamber 1 shown in FIG. 1 includes a housing 10A including a first sheet 11A and a second sheet 12A facing each other, a hydraulic fluid 20 sealed in an internal space in the housing 10A, and a first sheet 11A.
  • the wick 30 includes a wick 30 provided on a main surface facing the second sheet 12A, and a plurality of columns 40 provided on a main surface of the second sheet 12A facing the first sheet 11A.
  • the housing 10 ⁇ / b> A has a cavity 13 inside, and the first sheet 11 ⁇ / b> A and the second sheet 12 ⁇ / b> A are supported by columns 40 in order to maintain the cavity 13.
  • the wick 30 includes a plurality of protrusions 31 arranged at predetermined intervals on the inner wall surface of the first sheet 11A, and a mesh 32 arranged on the protrusions 31. .
  • the first sheet 11A faces the joint X with the second sheet 12A in the entire outer edge region of the housing 10A. It has an inclined portion Y inclined in the direction (height direction). Specifically, the first sheet 11A has an inclined portion Y that is inclined in the height direction so as to widen the cavity 13 from the bottom portion Z for arranging the wick 30 toward the joint portion X with the second sheet 12A. Have. In FIG. 1, the angle between the extension of the bottom Z of the first sheet 11A and the inclined portion Y is referred to as the angle ⁇ of the inclined portion Y of the first sheet 11A.
  • the extension of the bottom Z is the same as the direction in which the main surface of the first sheet 11A that does not face the second sheet 12A extends.
  • the main surface of the first sheet 11A that does not face the second sheet 12A is By grounding a plane not included in the configuration, the angle ⁇ between the plane and the slope Y can be obtained by the angle between the plane and the slope Y.
  • the second sheet 12A is not substantially inclined in the height direction toward the joint with the first sheet 11A in the entire outer edge region of the housing 10A. Further, the thickness of the second sheet 12A in contact with the joining portion X following the inclined portion Y of the first sheet 11A is the same as the thickness of the second sheet 12A not in contact with the support 40. Therefore, the height of the outer wall surface of the second sheet 12A in the region in contact with the joining portion X following the inclined portion Y of the first sheet 11A matches the height of the outer wall surface of the second sheet 12A in the region in contact with the support post 40. I have.
  • the first sheet and the second sheet when viewed in a cross section in a direction orthogonal to the direction in which the first sheet and the second sheet face each other, the first sheet and the second sheet in a region in contact with a joining portion continuing from the inclined portion of the first sheet.
  • the second sheet is characterized in that it is located at a position overlapping the second sheet in the height direction in a region in contact with the support.
  • the first sheet is inclined in a cross-sectional view in a direction orthogonal to a direction in which the first sheet and the second sheet face each other.
  • the height of the outer wall surface of the second sheet in a region in contact with the joining portion following the portion matches the height of the outer wall surface of the second sheet in a region in contact with the support.
  • the second sheet in the region contacting the joining portion following the inclined portion of the first sheet may be located at a position overlapping at least a part of the second sheet in the region contacting the support.
  • the structure shown in FIG. 5 is different from the structure shown in FIG. 5 in that the second sheet in a region that comes into contact with the joining portion that follows the inclined portion of the first sheet is located at a position that overlaps with the second sheet in the region that comes into contact with the support in the height direction. Since the cavity on the second sheet side in which the gaseous working fluid is present can be secured widely, the soaking performance can be enhanced. Further, since the joint is easily flattened, the airtightness can be improved. Further, when the distance between the first sheet and the second sheet is equal, that is, when the heights of the cavities in the cross section are equal, the first sheet has a larger inclined portion than the structure shown in FIG. When the working fluid is cooled to a liquid phase, it tends to return to the wick along the inclined portion.
  • the thickness of the second sheet contacting the joining portion following the inclined portion of the first sheet is the same as the total thickness of the second sheet contacting the support and the support.
  • FIG. 2 is a sectional view schematically showing an example of a vapor chamber according to the second embodiment of the present invention.
  • the vapor chamber 2 illustrated in FIG. 2 includes a housing 10B including a first sheet 11B and a second sheet 12B opposed to each other, a hydraulic fluid 20 sealed in an internal space in the housing 10B, and a first sheet 11B.
  • the wick 30 includes a wick 30 provided on a main surface facing the second sheet 12B, and a plurality of columns 40 provided on a main surface facing the first sheet 11B of the second sheet 12B.
  • the housing 10 ⁇ / b> B has a cavity 13 inside, and the first sheet 11 ⁇ / b> B and the second sheet 12 ⁇ / b> B are supported by columns 40 in order to maintain the cavity 13.
  • the wick 30 includes a plurality of protrusions 31 arranged at predetermined intervals on the inner wall surface of the first sheet 11B, and a mesh 32 arranged on the protrusions 31. .
  • the first sheet 11B has an inclined portion Y that is inclined in the height direction toward the joint X with the second sheet 12B over the entire outer edge region of the housing 10B.
  • the first sheet 11B has an inclined portion Y that is inclined in the height direction so as to widen the cavity 13 from the bottom portion Z for arranging the wick 30 toward the joint portion X with the second sheet 12B.
  • the angle between the extension of the bottom Z of the first sheet 11B and the inclined portion Y is referred to as the angle ⁇ of the inclined portion Y of the first sheet 11B.
  • the extension of the bottom Z is the same direction as the direction in which the main surface of the first sheet 11B that does not face the second sheet 12B extends.
  • the main surface of the first sheet 11B that does not face the second sheet 12B is By grounding a plane not included in the configuration, the angle ⁇ between the plane and the slope Y can be obtained by the angle between the plane and the slope Y.
  • the second sheet 12B is not substantially inclined in the height direction toward the joint with the first sheet 11B in the entire outer edge region of the housing 10B. Further, the thickness of the second sheet 12B in contact with the joining portion X following the inclined portion Y of the first sheet 11B is the same as the total thickness of the second sheet 12B in contact with the support 40 and the support 40. Therefore, the height of the outer wall surface of the second sheet 12B in the region in contact with the joining portion X following the inclined portion Y of the first sheet 11B matches the height of the outer wall surface of the second sheet 12B in the region in contact with the support 40. I have.
  • the first sheet and the second sheet cross-sectionally viewed in a direction orthogonal to a direction in which the first and second sheets face each other. It is characterized in that the second sheet in a region in contact with the joining portion following the inclined portion of one sheet is located at a position overlapping with the second sheet in a region in contact with the column in the height direction.
  • the first sheet is inclined in a cross-sectional view in a direction orthogonal to the direction in which the first sheet and the second sheet face each other.
  • the height of the outer wall surface of the second sheet in a region in contact with the joining portion following the portion matches the height of the outer wall surface of the second sheet in a region in contact with the support.
  • the second sheet in the region contacting the joining portion following the inclined portion of the first sheet may be located at a position overlapping at least a part of the second sheet in the region contacting the support.
  • the first sheet has an inclined portion over the entire outer edge region of the housing. Rather, the first sheet has an inclined portion in a part of the outer edge region of the housing.
  • the second sheet in the region in contact with the joining portion following the inclined portion of the first sheet is replaced with the second sheet in the region in contact with the support.
  • the first sheet may not have an inclined portion in another portion of the outer edge region of the housing if it is located at a position overlapping with the height direction, or a joining portion continuing from the inclined portion of the first sheet. There may be a portion where the second sheet in the region contacting the support does not overlap with the second sheet in the height direction in the region contacting the support.
  • FIG. 3 is a sectional view schematically showing an example of a vapor chamber according to the third embodiment of the present invention.
  • the vapor chamber 3 shown in FIG. 3 includes a housing 10C including a first sheet 11C and a second sheet 12C facing each other, a working fluid 20 sealed in an internal space in the housing 10C, and a first sheet 11C.
  • the wick 30 includes a wick 30 provided on a main surface facing the second sheet 12C, and a plurality of columns 40 provided on a main surface of the second sheet 12C facing the first sheet 11C.
  • the housing 10 ⁇ / b> C has a cavity 13 inside, and the first sheet 11 ⁇ / b> C and the second sheet 12 ⁇ / b> C are supported by columns 40 in order to maintain the cavity 13.
  • the wick 30 includes a plurality of convex portions 31 arranged at predetermined intervals on the inner wall surface of the first sheet 11C, and a mesh 32 arranged on the convex portions 31. .
  • the first sheet 11C has a height toward a joint X with the second sheet 12C in a part of the outer edge area of the housing 10C (the outer edge area on the left side in FIG. 3). It has an inclined portion Y inclined in the direction. Specifically, the first sheet 11C has an inclined portion Y that is inclined in the height direction so as to widen the cavity 13 from the bottom portion Z for arranging the wick 30 toward the joint portion X with the second sheet 12C. Have. In FIG. 3, the angle between the extension of the bottom Z of the first sheet 11C and the inclined portion Y is referred to as the angle ⁇ of the inclined portion Y of the first sheet 11C.
  • the extension of the bottom Z is the same as the direction in which the main surface of the first sheet 11C that does not face the second sheet 12C extends.
  • the main surface of the first sheet 11C not facing the second sheet 12C is By grounding on a plane not included in the configuration, the angle ⁇ of the inclined part Y can be obtained by the angle between the plane and the inclined part Y.
  • the second sheet 12C has a portion in the outer edge region of the housing 10C that is in contact with the joining portion X that follows the inclined portion Y of the first sheet 11C, in the height direction toward the joining portion with the first sheet 11C. It is not substantially inclined. Further, the thickness of the second sheet 12C in contact with the joining portion X following the inclined portion Y of the first sheet 11C is the same as the thickness of the second sheet 12A not in contact with the support 40. Therefore, the height of the outer wall surface of the second sheet 12C in the region in contact with the joining portion X following the inclined portion Y of the first sheet 11C matches the height of the outer wall surface of the second sheet 12C in the region in contact with the support 40. I have. In another portion of the outer edge region of the housing 10C (the outer edge region on the right side in FIG. 3), there is a portion where the height of the outer wall surface of the second sheet 12C does not match.
  • the first sheet and the second sheet are viewed in a cross section in a direction orthogonal to a direction in which the first and second sheets face each other. It is characterized in that the second sheet in a region in contact with the joining portion following the inclined portion of one sheet is located at a position overlapping with the second sheet in a region in contact with the column in the height direction.
  • the first sheet is inclined in a cross section in a direction orthogonal to the direction in which the first sheet and the second sheet face each other.
  • the height of the outer wall surface of the second sheet in a region in contact with the joining portion following the portion matches the height of the outer wall surface of the second sheet in a region in contact with the support.
  • the second sheet in the region contacting the joining portion following the inclined portion of the first sheet may be located at a position overlapping at least a part of the second sheet in the region contacting the support.
  • the thickness of the second sheet that is in contact with the joining portion following the inclined portion of the first sheet is the second sheet that is not in contact with the support.
  • the thickness of the second sheet may be the same as the thickness of the second sheet, or as in the second embodiment of the present invention, the thickness of the second sheet in contact with the joining portion following the inclined portion of the first sheet may be different from the thickness of the second sheet in contact with the support. It may be the same as the total thickness of the support.
  • the shape of the housing is not particularly limited.
  • the planar shape of the housing (the shape viewed from the upper side in FIGS. 1 to 3) includes a polygon such as a triangle or a rectangle, a circle, an ellipse, and a combination thereof.
  • the first sheet and the second sheet constituting the housing may overlap so that the ends may coincide, or may overlap with the ends shifted.
  • the material forming the first sheet and the second sheet is not particularly limited as long as it has characteristics suitable for use as the vapor chamber, for example, thermal conductivity, strength, flexibility, and the like.
  • the material constituting the first sheet and the second sheet is preferably a metal, for example, copper, nickel, aluminum, magnesium, titanium, iron, or the like, or an alloy containing these as a main component.
  • the material constituting the first sheet and the second sheet is particularly preferably copper.
  • the material forming the first sheet and the material forming the second sheet may be different.
  • stress applied to the housing can be dispersed.
  • different materials for both one function can be obtained by one sheet and another function can be obtained by the other sheet.
  • the above functions are not particularly limited, and include, for example, a heat conduction function, an electromagnetic wave shielding function, and the like.
  • the thicknesses of the first sheet and the second sheet are not particularly limited. However, if the first sheet and the second sheet are too thin, the strength of the housing is reduced and deformation is likely to occur. Therefore, the thickness of each of the first sheet and the second sheet is preferably 20 ⁇ m or more, and more preferably 30 ⁇ m or more. On the other hand, if the first sheet and the second sheet are too thick, it becomes difficult to reduce the thickness of the entire vapor chamber. Therefore, the thickness of each of the first sheet and the second sheet is preferably 200 ⁇ m or less, more preferably 150 ⁇ m or less, and further preferably 100 ⁇ m or less. The thickness of the first sheet and the second sheet may be the same or different.
  • the thickness of the first sheet is the thickness of the part not in contact with the convex part.
  • the thickness of the second sheet is the thickness of the portion not in contact with the support.
  • the thickness of the first sheet may be constant, or a thick portion and a thin portion may exist.
  • the thickness of the second sheet may be constant, or a thick portion and a thin portion may exist.
  • the portion of the second sheet that is not in contact with the support may be recessed inside the housing.
  • the angle of the inclined portion of the first sheet (the angle indicated by ⁇ in FIGS. 1, 2, and 3) is preferably 1 ° or more and 17 ° or less in a cross-sectional view. If the angle of the inclined portion of the first sheet is too small, the reflux of the gas-phase working liquid is deteriorated, so that the temperature of the vapor chamber tends to increase. On the other hand, if the angle of the inclined portion of the first sheet is too large, the stress applied to the joining portion increases, so that the joining portion between the first sheet and the second sheet is peeled off, and leakage is likely to occur.
  • the angle of the inclined portion of the first sheet By setting the angle of the inclined portion of the first sheet to be equal to or more than 1 ° and equal to or less than 17 °, it is possible to alleviate the stress applied to the joint while suppressing the temperature rise of the vapor chamber.
  • the working fluid is not particularly limited as long as it can cause a gas-liquid phase change under the environment in the housing, and for example, water, alcohols, chlorofluorocarbon alternatives and the like can be used.
  • the working fluid is preferably an aqueous compound, and more preferably water.
  • the wick is not particularly limited as long as it has a capillary structure capable of moving a hydraulic fluid by capillary pressure.
  • the capillary structure of the wick may be a known structure used in a conventional vapor chamber.
  • Examples of the capillary structure include a fine structure having irregularities such as pores, grooves, and projections, such as a porous structure, a fiber structure, a groove structure, and a mesh structure.
  • the wick is provided continuously from the evaporating section to the condensing section inside the housing. At least a portion of the wick may be integral with the housing.
  • the wick may include a mesh, a nonwoven fabric, or a porous body on the surface of the first sheet opposite to the inner wall surface.
  • the wick may include a plurality of convex portions arranged at predetermined intervals on the inner wall surface of the first sheet, and a mesh, a nonwoven fabric, or a porous body disposed on the convex portions. It may be provided with a mesh, a nonwoven fabric, or a porous body directly disposed on the inner wall surface of the sheet.
  • the first sheet has the inclined portion, even when the position of the mesh, the nonwoven fabric, or the porous body constituting the wick is shifted, the first sheet is formed along the inclined portion.
  • the wick can be easily returned to the original position, thereby preventing the wick from shifting.
  • the convex portion refers to a portion relatively higher in height than the periphery, and in addition to a portion protruding from the inner wall surface, a concave portion formed on the inner wall surface, for example, a relatively high height due to a groove or the like. Also includes the part where is higher.
  • the shape of the convex portion is not particularly limited, and examples thereof include a columnar shape, a prismatic shape, a truncated cone shape, and a truncated pyramid shape.
  • the shape of the convex portion may be a wall shape, that is, a shape in which a groove is formed between adjacent convex portions.
  • the protrusion may be integral with the first sheet, and may be formed by, for example, etching the inner wall surface of the first sheet.
  • the support supports the first sheet and the second sheet from inside.
  • the support may be supported directly on the first sheet or the second sheet, or may be supported via another member such as a wick.
  • the shape of the support is not particularly limited, and examples thereof include a column, a prism, a truncated cone, and a truncated pyramid.
  • the arrangement of the columns is not particularly limited, but is preferably evenly arranged, for example, in a lattice point shape such that the distance between the columns is constant. By arranging the columns evenly, it is possible to secure uniform strength throughout the vapor chamber.
  • the support may be integral with the second sheet, and may be formed by, for example, etching the inner wall surface of the second sheet.
  • the method for producing the vapor chamber of the present invention is not particularly limited as long as the above-described configuration can be obtained.
  • the first sheet on which the wick is arranged and the second sheet on which the columns are arranged are overlapped and joined together, leaving an opening for enclosing the working fluid, and the working fluid is put into the housing from the opening, and then, It can be obtained by sealing the opening.
  • the method of joining the first sheet and the second sheet is not particularly limited, but includes, for example, laser welding, resistance welding, diffusion joining, brazing, TIG welding (tungsten-inert gas welding), ultrasonic joining, resin sealing, and the like. Is mentioned. Of these, laser welding, resistance welding or brazing is preferred.
  • the vapor chamber according to the fourth embodiment of the present invention further includes a support member that supports at least the inclined portion of the first sheet from outside.
  • the vapor chamber shown in FIG. 1, FIG. 2, or FIG. 3 includes a support member.
  • FIG. 4 is a sectional view schematically showing an example of a vapor chamber according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the vapor chamber 4 shown in FIG. 4 includes a housing 10A, a hydraulic fluid 20, a wick 30, a plurality of columns 40, and a support member 50.
  • a hydraulic fluid 20 a hydraulic fluid 20
  • a wick 30 a plurality of columns 40
  • a support member 50 a support member 50.
  • the support member 50 is a frame that supports the joint X and the inclined portion Y of the first sheet 11A from the outside.
  • the shape of the support member is not particularly limited as long as the support member supports at least the inclined portion of the first sheet from the outside, but the gap between the support member and the inclined portion of the first sheet is not particularly limited. It is preferable that the shape be such that it fills in.
  • the support member may be a frame or a plate.
  • the support member may support only the inclined portion of the first sheet, or may support the joint and the inclined portion of the first sheet.
  • the support member is a plate-like body, the support member preferably supports the bottom and the inclined portion of the first sheet, and may support the joint in addition to the bottom and the inclined portion of the first sheet.
  • the material forming the support member is preferably a material having a lower thermal conductivity than the material forming the first sheet and the second sheet. In this case, it becomes difficult for heat to be transmitted to the members arranged outside the vapor chamber.
  • examples of the material forming the support member include stainless steel (for example, SUS304), aluminum, and resin.
  • the vapor chamber of the present invention is not limited to the above embodiment, and various applications and modifications can be made within the scope of the present invention with respect to the configuration of the vapor chamber, manufacturing conditions, and the like.
  • the vapor chamber of the present invention may be provided with a wick on the main surface of the second sheet facing the first sheet.
  • the pillar may support the second sheet via the wick without directly contacting the second sheet.
  • the vapor chamber of the present invention has a high heat transport capability and a high thermal diffusion capability as described above, and thus is suitably used as a heat dissipation device.
  • the vapor chamber of the present invention is advantageous for miniaturization, particularly for thinning, and is therefore suitable for use in equipment that requires miniaturization, for example, electronic equipment.

Abstract

本発明のベーパーチャンバーは、外縁領域が接合された対向する第１シート及び第２シートから構成される筐体と、上記筐体内の内部空間に封入された作動液と、上記第１シートの上記第２シートと対向する主面に設けられたウィックと、上記内部空間を維持するため、上記第２シートの上記第１シートと対向する主面に設けられた複数の支柱と、を備えるベーパーチャンバーであって、上記第１シートは、上記筐体の外縁領域の少なくとも一部において、上記第２シートとの接合部に向かって高さ方向に傾斜する傾斜部を有し、上記第１シートと上記第２シートが対向する方向に直交する方向に断面視して、上記第１シートの上記傾斜部から続く上記接合部に接する領域における上記第２シートは、上記支柱に接する領域における上記第２シートと高さ方向で重なる位置にある。

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いる。この状況はスマートフォンやタブレットなどのモバイル端末でより顕著であり、熱設計が非常に困難になっている。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ているが、熱輸送量は充分ではない。　
熱輸送能力が高い熱対策部材として、面状のヒートパイプであるベーパーチャンバーが挙げられる。ベーパーチャンバーは、全体としての見かけの熱伝導率が、銅やアルミニウム等の金属に対して数倍から数十倍程度に優れている。
特許文献１～３に開示されているように、ベーパーチャンバーは、一般的に、筐体の内部に、毛細管力によって作動液を輸送するウィックが設けられ、作動液が封入された構造を有する。上記作動液は、発熱素子からの熱を吸収する蒸発部において発熱素子からの熱を吸収してベーパーチャンバー内で蒸発し、気相となった作動液が凝縮部に移動し、冷却されて液相に戻る。液相に戻った作動液は、ウィックの毛細管力によって再び発熱素子側（蒸発部）に移動し、発熱素子を冷却する。このサイクルを繰り返すことにより、ベーパーチャンバーは外部動力を有することなく自立的に作動し、作動液の蒸発潜熱および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。
国際公開第２０１６／１５１９１６号 特開２０１１－８５３１１号公報 特開２０１６－５０７１３号公報
図５は、特許文献１に記載のベーパーチャンバーを構成する筐体の一例を模式的に示す断面図である。
特許文献１に記載のベーパーチャンバーを構成する筐体においては、図５に示すように、どちらもカップ形状の第１シート１１ａと第２シート１２ａとが接合されている。
図５に示す構造では、第１シート１１ａ及び第２シート１２ａがどちらも接合部付近で凹んで傾斜しているため、空洞が狭くなっている。空洞は気相となった作動液の経路であるため、接合部付近で空洞が狭くなると、均熱性能が低下してしまう。また、ベーパーチャンバーがたわんだ際には、第１シート１１ａ及び第２シート１２ａが傾斜している部分に応力が集中してしまう。
図６は、特許文献２に記載のベーパーチャンバーを構成する筐体の一例を模式的に示す断面図である。
特許文献２に記載のベーパーチャンバーを構成する筐体においては、図６に示すように、凹部を有する皿状の第１シート１１ｂと、平板状の第２シート１２ｂとが接合されている。
図７は、特許文献３に記載のベーパーチャンバーを構成する筐体の一例を模式的に示す断面図である。
特許文献３に記載のベーパーチャンバーを構成する筐体においては、図７に示すように、どちらも２層の第１シート１１ｃと第２シート１２ｃとが接合されている。第１シート１１ｃは平板状である。第２シート１２ｃも平板状であるが、中央部が凸状に塑性変形されている。
図６及び図７に示す構造では、筐体を構成するいずれか一方のシートが９０度に曲げられているため、ベーパーチャンバーがたわんだ際には、９０度に曲げられたシートの角部に応力が集中してしまう。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、筐体を構成するシート同士の接合部付近まで空洞を確保し、かつ、筐体に応力がかかりにくいベーパーチャンバーを提供することを目的とする。
本発明のベーパーチャンバーは、外縁領域が接合された対向する第１シート及び第２シートから構成される筐体と、上記筐体内の内部空間に封入された作動液と、上記第１シートの上記第２シートと対向する主面に設けられたウィックと、上記内部空間を維持するため、上記第２シートの上記第１シートと対向する主面に設けられた複数の支柱と、を備えるベーパーチャンバーであって、上記第１シートは、上記筐体の外縁領域の少なくとも一部において、上記第２シートとの接合部に向かって高さ方向に傾斜する傾斜部を有し、上記第１シートと上記第２シートが対向する方向に直交する方向に断面視して、上記第１シートの上記傾斜部から続く上記接合部に接する領域における上記第２シートは、上記支柱に接する領域における上記第２シートと高さ方向で重なる位置にある。
本発明によれば、筐体を構成するシート同士の接合部付近まで空洞を確保し、かつ、筐体に応力がかかりにくいベーパーチャンバーを提供することができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の第２実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。 図３は、本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。 図４は、本発明の第４実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。 図５は、特許文献１に記載のベーパーチャンバーを構成する筐体の一例を模式的に示す断面図である。 図６は、特許文献２に記載のベーパーチャンバーを構成する筐体の一例を模式的に示す断面図である。 図７は、特許文献３に記載のベーパーチャンバーを構成する筐体の一例を模式的に示す断面図である。
以下、本発明のベーパーチャンバーについて説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
以下に示す各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。第２実施形態以降では、第１実施形態と共通の事項についての記述は省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しない。
以下の説明において、各実施形態を特に区別しない場合、単に「本発明のベーパーチャンバー」という。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーでは、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する第２シートの厚みが、支柱に接していない第２シートの厚みと同じである。
図１は、本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。
図１に示すベーパーチャンバー１は、対向する第１シート１１Ａ及び第２シート１２Ａから構成される筐体１０Ａと、筐体１０Ａ内の内部空間に封入された作動液２０と、第１シート１１Ａの第２シート１２Ａと対向する主面に設けられたウィック３０と、第２シート１２Ａの第１シート１１Ａと対向する主面に設けられた複数の支柱４０とを備えている。筐体１０Ａは、内部に空洞１３を有しており、空洞１３を維持するために、第１シート１１Ａ及び第２シート１２Ａが支柱４０によって支持されている。第１シート１１Ａ及び第２シート１２Ａは、外縁領域において互いに接合され、封止されている。図１に示すベーパーチャンバー１では、ウィック３０は、第１シート１１Ａの内壁面に所定の間隔で配置された複数の凸部３１と、凸部３１上に配置されたメッシュ３２とを備えている。
図１に示すベーパーチャンバー１では、第１シート１１Ａは、筐体１０Ａの外縁領域の全体において、第２シート１２Ａとの接合部Ｘに向かって、第１シート１１Ａと第２シート１２Ａが対向する方向（高さ方向）に傾斜する傾斜部Ｙを有している。具体的には、第１シート１１Ａは、ウィック３０を配置するための底部Ｚから第２シート１２Ａとの接合部Ｘに向かって、空洞１３が広がるように高さ方向に傾斜する傾斜部Ｙを有している。図１中、第１シート１１Ａの底部Ｚの延長線と傾斜部Ｙとの間の角度を、第１シート１１Ａの傾斜部Ｙの角度θという。なお、底部Ｚの延長線とは、第１シート１１Ａの第２シート１２Ａと対向しない主面の展延する方向と同一方向である。また、第１シート１１Ａが第２シート１２Ａと対向しない主面において微妙な凹凸を有している場合にあっては、第１シート１１Ａの第２シート１２Ａと対向しない主面をベーパーチャンバー１の構成には含まれない平面に接地させて、当該平面と傾斜部Ｙとの間の角度によって傾斜部Ｙの角度θを得ることができる。
一方、第２シート１２Ａは、筐体１０Ａの外縁領域の全体において、第１シート１１Ａとの接合部に向かって高さ方向に実質的に傾斜していない。また、第１シート１１Ａの傾斜部Ｙから続く接合部Ｘに接する第２シート１２Ａの厚みは、支柱４０に接していない第２シート１２Ａの厚みと同じである。したがって、第１シート１１Ａの傾斜部Ｙから続く接合部Ｘに接する領域における第２シート１２Ａの外壁面の高さは、支柱４０に接する領域における第２シート１２Ａの外壁面の高さと一致している。
本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーにおいては、第１シートと第２シートが対向する方向に直交する方向に断面視して、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する領域における第２シートが、支柱に接する領域における第２シートと高さ方向で重なる位置にあることを特徴としている。
本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーでは、図１に示すベーパーチャンバー１のように、第１シートと第２シートが対向する方向に直交する方向に断面視して、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する領域における第２シートの外壁面の高さが、支柱に接する領域における第２シートの外壁面の高さと一致していることが理想的であるが、高さ方向に沿って、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する領域における第２シートが、支柱に接する領域における第２シートの少なくとも一部と重なる位置にあればよい。
第１シートの傾斜部から続く接合部に接する領域における第２シートが、支柱に接する領域における第２シートと高さ方向で重なる位置にあると、図５に示す構造とは異なり、接合部付近まで気相の作動液が存在する第２シート側の空洞を広く確保することができるため、均熱性能を高くすることができる。さらに、接合部が平坦になりやすいため、気密性を高くすることができる。また、第１シートと第２シートとの間の距離が等しい場合、すなわち断面視した空洞の高さが等しい場合、図５に示す構造より第１シートが大きな傾斜部を有するため、気相の作動液が冷却されて液相となった際、傾斜部に沿ってウィックに戻りやすくなる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係るベーパーチャンバーでは、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する第２シートの厚みが、支柱に接する第２シートと該支柱との合計厚みと同じである。
図２は、本発明の第２実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。
図２に示すベーパーチャンバー２は、対向する第１シート１１Ｂ及び第２シート１２Ｂから構成される筐体１０Ｂと、筐体１０Ｂ内の内部空間に封入された作動液２０と、第１シート１１Ｂの第２シート１２Ｂと対向する主面に設けられたウィック３０と、第２シート１２Ｂの第１シート１１Ｂと対向する主面に設けられた複数の支柱４０とを備えている。筐体１０Ｂは、内部に空洞１３を有しており、空洞１３を維持するために、第１シート１１Ｂ及び第２シート１２Ｂが支柱４０によって支持されている。第１シート１１Ｂ及び第２シート１２Ｂは、外縁領域において互いに接合され、封止されている。図２に示すベーパーチャンバー２では、ウィック３０は、第１シート１１Ｂの内壁面に所定の間隔で配置された複数の凸部３１と、凸部３１上に配置されたメッシュ３２とを備えている。
図２に示すベーパーチャンバー２では、第１シート１１Ｂは、筐体１０Ｂの外縁領域の全体において、第２シート１２Ｂとの接合部Ｘに向かって高さ方向に傾斜する傾斜部Ｙを有している。具体的には、第１シート１１Ｂは、ウィック３０を配置するための底部Ｚから第２シート１２Ｂとの接合部Ｘに向かって、空洞１３が広がるように高さ方向に傾斜する傾斜部Ｙを有している。図２中、第１シート１１Ｂの底部Ｚの延長線と傾斜部Ｙとの間の角度を、第１シート１１Ｂの傾斜部Ｙの角度θという。なお、底部Ｚの延長線とは、第１シート１１Ｂの第２シート１２Ｂと対向しない主面の展延する方向と同一方向である。また、第１シート１１Ｂが第２シート１２Ｂと対向しない主面において微妙な凹凸を有している場合にあっては、第１シート１１Ｂの第２シート１２Ｂと対向しない主面をベーパーチャンバー２の構成には含まれない平面に接地させて、当該平面と傾斜部Ｙとの間の角度によって傾斜部Ｙの角度θを得ることができる。
一方、第２シート１２Ｂは、筐体１０Ｂの外縁領域の全体において、第１シート１１Ｂとの接合部に向かって高さ方向に実質的に傾斜していない。また、第１シート１１Ｂの傾斜部Ｙから続く接合部Ｘに接する第２シート１２Ｂの厚みは、支柱４０に接する第２シート１２Ｂと支柱４０との合計厚みと同じである。したがって、第１シート１１Ｂの傾斜部Ｙから続く接合部Ｘに接する領域における第２シート１２Ｂの外壁面の高さは、支柱４０に接する領域における第２シート１２Ｂの外壁面の高さと一致している。
本発明の第２実施形態に係るベーパーチャンバーにおいても、本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーと同様、第１シートと第２シートが対向する方向に直交する方向に断面視して、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する領域における第２シートが、支柱に接する領域における第２シートと高さ方向で重なる位置にあることを特徴としている。
本発明の第２実施形態に係るベーパーチャンバーでは、図２に示すベーパーチャンバー２のように、第１シートと第２シートが対向する方向に直交する方向に断面視して、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する領域における第２シートの外壁面の高さが、支柱に接する領域における第２シートの外壁面の高さと一致していることが理想的であるが、高さ方向に沿って、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する領域における第２シートが、支柱に接する領域における第２シートの少なくとも一部と重なる位置にあればよい。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーでは、本発明の第１実施形態及び第２実施形態に係るベーパーチャンバーのように第１シートが筐体の外縁領域の全体において傾斜部を有しているのではなく、第１シートが筐体の外縁領域の一部において傾斜部を有している。本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーでは、筐体の外縁領域の一部において、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する領域における第２シートが、支柱に接する領域における第２シートと高さ方向で重なる位置にあれば、筐体の外縁領域の他の部分において、第１シートが傾斜部を有していなくてもよいし、あるいは、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する領域における第２シートが、支柱に接する領域における第２シートと高さ方向で重なる位置にない部分が存在してもよい。
図３は、本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。
図３に示すベーパーチャンバー３は、対向する第１シート１１Ｃ及び第２シート１２Ｃから構成される筐体１０Ｃと、筐体１０Ｃ内の内部空間に封入された作動液２０と、第１シート１１Ｃの第２シート１２Ｃと対向する主面に設けられたウィック３０と、第２シート１２Ｃの第１シート１１Ｃと対向する主面に設けられた複数の支柱４０とを備えている。筐体１０Ｃは、内部に空洞１３を有しており、空洞１３を維持するために、第１シート１１Ｃ及び第２シート１２Ｃが支柱４０によって支持されている。第１シート１１Ｃ及び第２シート１２Ｃは、外縁領域において互いに接合され、封止されている。図３に示すベーパーチャンバー３では、ウィック３０は、第１シート１１Ｃの内壁面に所定の間隔で配置された複数の凸部３１と、凸部３１上に配置されたメッシュ３２とを備えている。
図３に示すベーパーチャンバー３では、第１シート１１Ｃは、筐体１０Ｃの外縁領域の一部（図３では図面左側の外縁領域）において、第２シート１２Ｃとの接合部Ｘに向かって高さ方向に傾斜する傾斜部Ｙを有している。具体的には、第１シート１１Ｃは、ウィック３０を配置するための底部Ｚから第２シート１２Ｃとの接合部Ｘに向かって、空洞１３が広がるように高さ方向に傾斜する傾斜部Ｙを有している。図３中、第１シート１１Ｃの底部Ｚの延長線と傾斜部Ｙとの間の角度を、第１シート１１Ｃの傾斜部Ｙの角度θという。なお、底部Ｚの延長線とは、第１シート１１Ｃの第２シート１２Ｃと対向しない主面の展延する方向と同一方向である。また、第１シート１１Ｃが第２シート１２Ｃと対向しない主面において微妙な凹凸を有している場合にあっては、第１シート１１Ｃの第２シート１２Ｃと対向しない主面をベーパーチャンバー３の構成には含まれない平面に接地させて、当該平面と傾斜部Ｙとの間の角度によって傾斜部Ｙの角度θを得ることができる。
一方、第２シート１２Ｃは、筐体１０Ｃの外縁領域のうち、第１シート１１Ｃの傾斜部Ｙから続く接合部Ｘに接する部分において、第１シート１１Ｃとの接合部に向かって高さ方向に実質的に傾斜していない。また、第１シート１１Ｃの傾斜部Ｙから続く接合部Ｘに接する第２シート１２Ｃの厚みは、支柱４０に接していない第２シート１２Ａの厚みと同じである。したがって、第１シート１１Ｃの傾斜部Ｙから続く接合部Ｘに接する領域における第２シート１２Ｃの外壁面の高さは、支柱４０に接する領域における第２シート１２Ｃの外壁面の高さと一致している。筐体１０Ｃの外縁領域の他の部分（図３では図面右側の外縁領域）においては、第２シート１２Ｃの外壁面の高さが一致していない部分が存在する。
本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーにおいても、本発明の第１実施形態に係るベーパーチャンバーと同様、第１シートと第２シートが対向する方向に直交する方向に断面視して、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する領域における第２シートが、支柱に接する領域における第２シートと高さ方向で重なる位置にあることを特徴としている。
本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーでは、図３に示すベーパーチャンバー３のように、第１シートと第２シートが対向する方向に直交する方向に断面視して、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する領域における第２シートの外壁面の高さが、支柱に接する領域における第２シートの外壁面の高さと一致していることが理想的であるが、高さ方向に沿って、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する領域における第２シートが、支柱に接する領域における第２シートの少なくとも一部と重なる位置にあればよい。
本発明の第３実施形態に係るベーパーチャンバーにおいては、本発明の第１実施形態のように、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する第２シートの厚みが、支柱に接していない第２シートの厚みと同じであってもよいし、本発明の第２実施形態のように、第１シートの傾斜部から続く接合部に接する第２シートの厚みが、支柱に接する第２シートと該支柱との合計厚みと同じであってもよい。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、筐体の形状は、特に限定されない。例えば、筐体の平面形状（図１～図３において図面上側から見た形状）は、三角形または矩形などの多角形、円形、楕円形、これらを組み合わせた形状などが挙げられる。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、筐体を構成する第１シートと第２シートとは、端部が一致するように重なっていてもよいし、端部がずれて重なっていてもよい。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、第１シート及び第２シートを構成する材料は、ベーパーチャンバーとして用いるのに適した特性、例えば熱伝導性、強度、柔軟性などを有するものであれば、特に限定されない。第１シート及び第２シートを構成する材料は、好ましくは金属であり、例えば、銅、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄など、またはそれらを主成分とする合金などが挙げられる。第１シート及び第２シートを構成する材料は、銅であることが特に好ましい。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、第１シートを構成する材料と、第２シートを構成する材料は異なっていてもよい。例えば、強度の高い材料を第１シートに用いることにより、筐体にかかる応力を分散させることができる。また、両者の材料を異なるものとすることにより、一方のシートで一の機能を得、他方のシートで他の機能を得ることができる。上記の機能としては、特に限定されないが、例えば、熱伝導機能、電磁波シールド機能等が挙げられる。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、第１シート及び第２シートの厚みは特に限定されないが、第１シート及び第２シートが薄すぎると、筐体の強度が低下して変形が起こりやすくなる。そのため、第１シート及び第２シートの厚みは、それぞれ２０μｍ以上であることが好ましく、３０μｍ以上であることがより好ましい。一方、第１シート及び第２シートが厚すぎると、ベーパーチャンバー全体の薄型化が困難になる。そのため、第１シート及び第２シートの厚みは、それぞれ２００μｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましい。第１シート及び第２シートの厚みは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
なお、ウィックを構成する凸部が第１シートと一体である場合、第１シートの厚みは、凸部に接していない部分の厚みとする。また、支柱が第２シートと一体である場合、第２シートの厚みは、支柱に接していない部分の厚みとする。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、第１シートの厚みは、一定であってもよいし、厚い部分と薄い部分が存在していてもよい。同様に、第２シートの厚みは、一定であってもよいし、厚い部分と薄い部分が存在していてもよい。また、支柱に接していない部分の第２シートは、筐体の内側に凹んでいてもよい。
本発明のベーパーチャンバーでは、断面視において、第１シートの傾斜部の角度（図１、図２及び図３中、θで示す角度）は、１°以上、１７°以下であることが好ましい。
第１シートの傾斜部の角度が小さすぎると、気相の作動液の還流が悪化するため、ベーパーチャンバーの温度が上昇しやすくなる。一方、第１シートの傾斜部の角度が大きすぎると、接合部にかかる応力が大きくなるため、第１シートと第２シートの接合部が剥がれてしまい、リークが生じやすくなる。第１シートの傾斜部の角度を１°以上、１７°以下にすることにより、ベーパーチャンバーの温度上昇を抑えつつ、接合部にかかる応力を緩和させることができる。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、作動液は、筐体内の環境下において気－液の相変化を生じ得るものであれば特に限定されず、例えば、水、アルコール類、代替フロン等を用いることができる。作動液は、水性化合物であることが好ましく、水であることがより好ましい。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、ウィックは、毛管圧力により作動液を移動させることができる毛細管構造を有する限り、特に限定されない。ウィックの毛細管構造は、従来のベーパーチャンバーに用いられている公知の構造であってもよい。毛細管構造としては、細孔、溝、突起などの凹凸を有する微細構造、例えば、多孔構造、繊維構造、溝構造、網目構造などが挙げられる。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、ウィックは、筐体の内部に、蒸発部から凝縮部まで連続して設けられることが好ましい。ウィックの少なくとも一部は、筐体と一体であってもよい。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、ウィックは、第１シートの内壁面とは反対側の表面に、メッシュ、不織布又は多孔体を備えていてもよい。例えば、ウィックは、第１シートの内壁面に所定の間隔で配置された複数の凸部と、上記凸部上に配置されたメッシュ、不織布又は多孔体とを備えていてもよいし、第１シートの内壁面に直接配置されたメッシュ、不織布又は多孔体を備えていてもよい。
上述のように、本発明のベーパーチャンバーでは、第１シートが傾斜部を有しているため、ウィックを構成するメッシュ、不織布又は多孔体の位置がずれた場合であっても、傾斜部に沿って元の位置に戻りやすいため、ウィックの位置ずれを防止することができる。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、ウィックが第１シートの内壁面に複数の凸部を備える場合、凸部間に作動液を保持することができるため、ベーパーチャンバーの熱輸送能力を向上させることができる。
本明細書において、凸部とは、周囲よりも相対的に高さが高い部分をいい、内壁面から突出した部分に加え、内壁面に形成された凹部、例えば溝などにより相対的に高さが高くなっている部分も含む。
凸部の形状は、特に限定されないが、例えば、円柱形状、角柱形状、円錐台形状、角錐台形状などが挙げられる。また、凸部の形状は、壁状であってもよく、すなわち、隣接する凸部の間に溝が形成されるような形状であってもよい。
凸部は、第１シートと一体であってもよく、例えば、第１シートの内壁面をエッチング加工すること等により形成されていてもよい。
本発明のベーパーチャンバーにおいて、支柱は、第１シート及び第２シートを内側から支持している。支柱を筐体の内部に配置することにより、筐体の内部が減圧された場合、筐体外部からの外圧が加えられた場合などに筐体が変形することを抑制することができる。なお、支柱は、直接第１シート又は第２シートに接して支持してもよいし、他の部材、例えばウィックなどを介して支持してもよい。
支柱の形状は、特に限定されないが、例えば、円柱形状、角柱形状、円錐台形状、角錐台形状などが挙げられる。
支柱の配置は、特に限定されないが、好ましくは均等に、例えば支柱間の距離が一定となるように格子点状に配置される。支柱を均等に配置することにより、ベーパーチャンバー全体にわたって均一な強度を確保することができる。
支柱は、第２シートと一体であってもよく、例えば、第２シートの内壁面をエッチング加工すること等により形成されていてもよい。
本発明のベーパーチャンバーを製造する方法は、上記の構成を得られる方法であれば特に限定されない。例えば、ウィックを配置した第１シートと支柱を配置した第２シートとを重ね合わせ、作動液を封入するための開口部を残して接合し、開口部から作動液を筐体内に入れ、次いで、開口部を封止することにより得ることができる。
第１シート及び第２シートの接合方法は、特に限定されないが、例えば、レーザー溶接、抵抗溶接、拡散接合、ロウ接、ＴＩＧ溶接（タングステン－不活性ガス溶接）、超音波接合、樹脂封止などが挙げられる。これらのなかでは、レーザー溶接、抵抗溶接またはロウ接が好ましい。
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態に係るベーパーチャンバーは、第１シートの少なくとも傾斜部を外側から支持する支持部材をさらに備えている。
本発明の第４実施形態に係るベーパーチャンバーでは、例えば、図１、図２又は図３に示すベーパーチャンバーが支持部材を備えている。
図４は、本発明の第４実施形態に係るベーパーチャンバーの一例を模式的に示す断面図である。
図４に示すベーパーチャンバー４は、筐体１０Ａと、作動液２０と、ウィック３０と、複数の支柱４０と、支持部材５０とを備えている。図４に示すベーパーチャンバー４では、図１に示すベーパーチャンバー１が支持部材５０を備えていると言える。
図４に示すベーパーチャンバー４では、支持部材５０は、第１シート１１Ａの接合部Ｘ及び傾斜部Ｙを外側から支持する枠体である。
本発明の第４実施形態に係るベーパーチャンバーにおいては、支持部材が第１シートの少なくとも傾斜部を外側から支持する限り、支持部材の形状は特に限定されないが、第１シートの傾斜部との隙間を埋める形状であることが好ましい。
本発明の第４実施形態に係るベーパーチャンバーにおいて、支持部材は、枠体であってもよいし、板状体であってもよい。
支持部材が枠体である場合、支持部材は、第１シートの傾斜部のみを支持してもよいし、第１シートの接合部及び傾斜部を支持してもよい。
支持部材が板状体である場合、支持部材は、第１シートの底部及び傾斜部を支持することが好ましく、第１シートの底部及び傾斜部に加えて接合部を支持してもよい。
本発明の第４実施形態に係るベーパーチャンバーにおいて、支持部材を構成する材料は、第１シート及び第２シートを構成する材料よりも熱伝導率の低い材料であることが好ましい。この場合、ベーパーチャンバーの外側に配置される部材へ熱が伝わりにくくなる。
本発明の第４実施形態に係るベーパーチャンバーにおいて、支持部材を構成する材料としては、例えば、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４など）、アルミニウム、樹脂などが挙げられる。
［その他の実施形態］
本発明のベーパーチャンバーは、上記実施形態に限定されるものではなく、ベーパーチャンバーの構成、製造条件等に関し、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
例えば、本発明のベーパーチャンバーは、第２シートの第１シートと対向する主面にウィックを備えていてもよい。この場合、支柱は、第２シートに直接接触せず、上記ウィックを介して第２シートを支持してもよい。
本発明のベーパーチャンバーは、上記のように熱輸送能力および熱拡散能力が高いので、放熱デバイスとして好適に用いられる。
また、本発明のベーパーチャンバーは、小型化、特に薄型化に有利であるため、小型化が要求される機器、例えば電子機器における利用に適している。
１，２，３，４　ベーパーチャンバー
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ　筐体
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ　第１シート
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ　第２シート
１３　空洞
２０　作動液
３０　ウィック
３１　凸部
３２　メッシュ
４０　支柱
５０　支持部材
Ｘ　接合部
Ｙ　傾斜部
Ｚ　底部
θ　第１シートの傾斜部の角度

Claims (7)

  1. 外縁領域が接合された対向する第１シート及び第２シートから構成される筐体と、
    前記筐体内の内部空間に封入された作動液と、
    前記第１シートの前記第２シートと対向する主面に設けられたウィックと、
    前記内部空間を維持するため、前記第２シートの前記第１シートと対向する主面に設けられた複数の支柱と、を備えるベーパーチャンバーであって、
    前記第１シートは、前記筐体の外縁領域の少なくとも一部において、前記第２シートとの接合部に向かって高さ方向に傾斜する傾斜部を有し、
    前記第１シートと前記第２シートが対向する方向に直交する方向に断面視して、前記第１シートの前記傾斜部から続く前記接合部に接する領域における前記第２シートは、前記支柱に接する領域における前記第２シートと高さ方向で重なる位置にある、ベーパーチャンバー。
  2. 前記第１シートの前記傾斜部から続く前記接合部に接する前記第２シートの厚みが、前記支柱に接していない前記第２シートの厚みと同じである、請求項１に記載のベーパーチャンバー。
  3. 前記第１シートの前記傾斜部から続く前記接合部に接する前記第２シートの厚みが、前記支柱に接する前記第２シートと該支柱との合計厚みと同じである、請求項１に記載のベーパーチャンバー。
  4. 断面視において、前記第１シートの前記傾斜部の角度は、１°以上、１７°以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載のベーパーチャンバー。
  5. 前記第１シートは、前記筐体の外縁領域の全体において、前記傾斜部を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載のベーパーチャンバー。
  6. 前記第１シートの少なくとも前記傾斜部を外側から支持する支持部材をさらに備える、請求項１～５のいずれか１項に記載のベーパーチャンバー。
  7. 前記ウィックは、前記第１シートの内壁面とは反対側の表面に、メッシュ、不織布又は多孔体を備える、請求項１～６のいずれか１項に記載のベーパーチャンバー。
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