WO2023090265A1 - 熱拡散デバイス - Google Patents

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WO2023090265A1
WO2023090265A1 PCT/JP2022/042050 JP2022042050W WO2023090265A1 WO 2023090265 A1 WO2023090265 A1 WO 2023090265A1 JP 2022042050 W JP2022042050 W JP 2022042050W WO 2023090265 A1 WO2023090265 A1 WO 2023090265A1
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WO
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wall surface
wick structure
housing
diffusion device
support portion
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Application number
PCT/JP2022/042050
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English (en)
French (fr)
Inventor
竜宏 沼本
剛 向井
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Filing date
Publication date
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Priority to JP2023561569A priority patent/JPWO2023090265A1/ja
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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
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to heat diffusion devices.
  • a vapor chamber has a structure in which a working medium (also called a working fluid) and a wick that transports the working medium by capillary force are sealed inside a housing.
  • the working medium absorbs heat from the heat-generating elements such as electronic parts in the evaporator, evaporates in the vapor chamber, moves in the vapor chamber, is cooled, and returns to the liquid phase. .
  • the working medium that has returned to the liquid phase moves again to the evaporating portion on the heating element side by the capillary force of the wick, and cools the heating element.
  • the vapor chamber can operate independently without external power, and heat can be two-dimensionally diffused at high speed by utilizing the latent heat of vaporization and latent heat of condensation of the working medium.
  • Patent Document 1 discloses a thermal ground plane, which is an example of a vapor chamber.
  • the thermal ground plane described in Patent Document 1 includes a first planar substrate member, a plurality of micropillars arranged on the first planar substrate, and at least some of the micropillars a vapor core disposed on at least one of said first planar substrate, said micropillars and said mesh; and disposed on said first planar substrate.
  • said mesh separating said micropillars from said vapor core, said first planar substrate and said second planar substrate separating said micropillars; Surrounding the mesh and the steam core.
  • a wick is composed of struts such as micropillars and perforated bodies such as mesh.
  • the pillars such as micropillars have a shape such as a quadrangular pillar or a cylindrical shape, and a liquid channel for the working medium is formed between the pillars. Therefore, the wider the distance between the struts, the wider the width of the liquid flow path, and the higher the transmittance.
  • the width of the liquid channel is too wide, the perforated body such as the mesh tends to fall between the pillars, which may cause the position of the perforated body to shift and reduce the stability of the wick. For the above reasons, it is difficult to greatly widen the width of the liquid flow path, so it can be said that there is room for improvement from the viewpoint of improving the characteristics of the vapor chamber.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat diffusion device having a wick structure that is structurally stable even if the width of the liquid flow path of the working medium is widened. do.
  • a further object of the present invention is to provide an electronic device comprising the above heat diffusion device.
  • a heat diffusion device of the present invention comprises a housing having a first inner wall surface and a second inner wall surface facing each other in a thickness direction, a working medium enclosed in an internal space of the housing, and the internal space of the housing. a wick structure positioned in the .
  • the wick structure includes a support portion in contact with the first inner wall surface, and a perforated portion made of the same material as the support portion and integrally formed with the support portion.
  • the electronic device of the present invention includes the heat diffusion device of the present invention.
  • thermoelectric device having a wick structure that is structurally stable even when the width of the liquid flow path for the working medium is widened. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an electronic device comprising the above heat diffusion device.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the heat diffusion device of the present invention.
  • FIG. 2 is an example of a cross-sectional view along line II-II of the heat spreading device shown in FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view schematically showing an example of a wick structure constituting the heat diffusion device shown in FIG. 2.
  • FIG. 4A is an example of a plan view of the wick structure shown in FIG. 3 as viewed from the support portion side.
  • FIG. 4B is another example of a plan view of the wick structure shown in FIG. 3 as seen from the support portion side.
  • FIG. 5 is a partially enlarged sectional view schematically showing a first modification of the wick structure.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the heat diffusion device of the present invention.
  • FIG. 2 is an example of a cross-sectional view along line II-II of the heat spreading device shown in FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view schematically showing an example of
  • FIG. 6 is a partially enlarged sectional view schematically showing a second modification of the wick structure.
  • FIG. 7 is a partially enlarged sectional view schematically showing a third modification of the wick structure.
  • FIG. 8 is a plan view schematically showing a fourth modification of the wick structure.
  • 9 is a cross-sectional view schematically showing a first modification of the wick structure shown in FIG. 7.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a second modification of the wick structure shown in FIG. 7.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a third modification of the wick structure shown in FIG. 7.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a fourth modification of the wick structure shown in FIG. 7.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a fifth modification of the wick structure shown in FIG. 7.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a sixth modification of the wick structure shown in FIG. 7.
  • the heat diffusion device of the present invention will be described below.
  • the present invention is not limited to the following embodiments, and can be appropriately modified and applied without changing the gist of the present invention.
  • a combination of two or more of the individual preferred configurations of the present invention described below is also the present invention.
  • the heat diffusion device of the present invention is characterized in that the supporting portion and the perforated portion that constitute the wick structure are made of the same material and are integrally constructed. As a result, adhesion variations do not occur between the supporting portion and the perforated portion. As a result, the wick structure is structurally stable even if the distance between the support portions forming the liquid flow path of the working medium is widened, so that deterioration of the characteristics of the heat diffusion device can be suppressed. Furthermore, since the supporting portion and the perforated portion are integrated, the strength of the wick structure is also improved.
  • integrally constructed means that there is no interface between the support and the perforated portion, specifically, between the support and the perforated portion It means that the boundary cannot be determined.
  • a wick structure in which a copper pillar as a support portion and a copper mesh as a perforated portion are fixed by diffusion bonding or spot welding, the entire surface between the support portion and the perforated portion is bonded. Since it is difficult to remove the holes, some gaps are formed between the support part and the perforated part. In such a wick structure, since the boundary between the supporting portion and the perforated portion can be determined, it can be said that the supporting portion and the perforated portion are not integrally configured.
  • a vapor chamber will be described below as an example of an embodiment of the heat diffusion device of the present invention.
  • the heat diffusion device of the present invention can also be applied to heat diffusion devices such as heat pipes.
  • terms indicating the relationship between elements e.g., “perpendicular”, “parallel”, “orthogonal”, etc.
  • terms indicating the shape of elements are not expressions that express only strict meanings, but substantially It is an expression that means to include a difference in an equivalent range, for example, a few percent difference.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the heat diffusion device of the present invention.
  • FIG. 2 is an example of a cross-sectional view along line II-II of the heat spreading device shown in FIG.
  • a vapor chamber (heat diffusion device) 1 shown in FIG. 1 includes a hollow housing 10 that is hermetically sealed.
  • the housing 10 has a first inner wall surface 11a and a second inner wall surface 12a facing each other in the thickness direction Z.
  • the vapor chamber 1 further includes a working medium 20 enclosed in the inner space of the housing 10 and a wick structure 30 arranged in the inner space of the housing 10 .
  • An evaporator that evaporates the enclosed working medium 20 is set in the housing 10 .
  • a heat source HS which is a heating element, is arranged on the outer wall surface of the housing 10 .
  • the heat source HS include electronic components of electronic equipment, such as a central processing unit (CPU).
  • CPU central processing unit
  • a portion of the internal space of the housing 10 that is in the vicinity of the heat source HS and is heated by the heat source HS corresponds to the evaporator.
  • the vapor chamber 1 is preferably planar as a whole. That is, the housing 10 as a whole is preferably planar.
  • the “planar shape” includes a plate shape and a sheet shape, and the dimension in the width direction X (hereinafter referred to as width) and the dimension in the length direction Y (hereinafter referred to as length) are the thickness direction Z Shapes that are considerably large relative to their dimensions (hereinafter referred to as thickness or height), for example shapes whose width and length are 10 times or more, preferably 100 times or more, the thickness.
  • the size of the vapor chamber 1, that is, the size of the housing 10 is not particularly limited.
  • the width and length of the vapor chamber 1 can be appropriately set according to the application.
  • the width and length of the vapor chamber 1 are, for example, 5 mm or more and 500 mm or less, 20 mm or more and 300 mm or less, or 50 mm or more and 200 mm or less.
  • the width and length of the vapor chamber 1 may be the same or different.
  • the housing 10 is preferably composed of a first sheet 11 and a second sheet 12 that face each other and whose outer edges are joined.
  • the materials that constitute the first sheet 11 and the second sheet 12 should have properties suitable for use as a vapor chamber, such as thermal conductivity, strength, and the like. , flexibility, flexibility, etc., and is not particularly limited.
  • the material that constitutes the first sheet 11 and the second sheet 12 is preferably a metal, such as copper, nickel, aluminum, magnesium, titanium, iron, or an alloy containing them as a main component. Copper is particularly preferable. is.
  • the materials forming the first sheet 11 and the second sheet 12 may be the same or different, but are preferably the same.
  • the housing 10 is composed of the first sheet 11 and the second sheet 12
  • the first sheet 11 and the second sheet 12 are joined together at their outer edge portions.
  • the method of such bonding is not particularly limited, but for example, laser welding, resistance welding, diffusion bonding, brazing, TIG welding (tungsten-inert gas welding), ultrasonic bonding or resin sealing can be used, which is preferable. can use laser welding, resistance welding or brazing.
  • the thicknesses of the first sheet 11 and the second sheet 12 are not particularly limited, but each is preferably 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, more preferably 30 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, still more preferably 40 ⁇ m or more and 60 ⁇ m or less.
  • the thicknesses of the first sheet 11 and the second sheet 12 may be the same or different. Further, the thickness of each sheet of the first sheet 11 and the second sheet 12 may be the same over the entire area, or may be thin in part.
  • first sheet 11 and the second sheet 12 are not particularly limited.
  • first sheet 11 and the second sheet 12 may each have a shape in which the outer edges are thicker than the portions other than the outer edges.
  • the thickness of the entire vapor chamber 1 is not particularly limited, it is preferably 50 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the planar shape of the housing 10 when viewed from the thickness direction Z is not particularly limited, and examples thereof include polygonal shapes such as triangles and rectangles, circular shapes, elliptical shapes, and shapes combining these shapes. Further, the planar shape of the housing 10 may be L-shaped, C-shaped (U-shaped), step-shaped, or the like. Moreover, the housing 10 may have a through hole. The planar shape of the housing 10 may be a shape according to the use of the vapor chamber, the shape of the location where the vapor chamber is installed, and other parts existing nearby.
  • the working medium 20 is not particularly limited as long as it can cause a gas-liquid phase change in the environment inside the housing 10.
  • water, alcohols, CFC alternatives, etc. can be used.
  • working medium 20 is an aqueous compound, preferably water.
  • the wick structure 30 has a capillary structure that can move the working medium 20 by capillary force.
  • the capillary structure of the wick structure 30 may be a known structure used in conventional vapor chambers.
  • the size and shape of the wick structure 30 are not particularly limited.
  • the wick structure 30 may be arranged in the entire internal space of the housing 10 , or the wick structure 30 may not be arranged in a part of the internal space of the housing 10 .
  • FIG. 3 is a partially enlarged sectional view schematically showing an example of a wick structure constituting the heat diffusion device shown in FIG.
  • the wick structure 30 includes a support portion 31 in contact with the first inner wall surface 11a, and a perforated portion made of the same material as the support portion 31 and integrated with the support portion 31. 32 and
  • the materials that form the support portion 31 and the perforated portion 32 are not particularly limited, but examples include resins, metals, ceramics, or mixtures and laminates thereof.
  • FIG. 4A is an example of a plan view of the wick structure shown in FIG. 3 as viewed from the support part side.
  • FIG. 4B is another example of a plan view of the wick structure shown in FIG. 3 as seen from the support portion side.
  • the support portion 31 includes a plurality of columnar members.
  • columnar means a shape in which the ratio of the length of the long side of the bottom surface is less than five times the length of the short side of the bottom surface.
  • the shape of the columnar member is not particularly limited, examples thereof include a cylindrical shape, a prismatic shape, a truncated cone shape, and a truncated pyramid shape.
  • the cross-sectional shape of the support portion 31 perpendicular to the height direction is rectangular, and in the example shown in FIG. 4B, the cross-sectional shape of the support portion 31 perpendicular to the height direction is circular.
  • the columnar member should be relatively taller than its surroundings. Therefore, the columnar member includes, in addition to the portion protruding from the first inner wall surface 11a, a portion relatively high due to the depression formed in the first inner wall surface 11a.
  • the perforated portion 32 for example, a metal porous film, a sintered body, a porous body, or the like formed by etching or metal working is used.
  • the sintered body that is the material of the porous portion 32 may be composed of, for example, a porous sintered body such as a metal porous sintered body or a ceramic porous sintered body, preferably a porous sintered body of copper or nickel. It is composed of a sintered body.
  • the porous body that is the material of the perforated portion 32 may be composed of, for example, a metal porous body, a ceramic porous body, a resin porous body, or the like.
  • the wick structure 30 in which the supporting portion 31 and the perforated portion 32 are integrally formed can be produced, for example, by an etching technique, a printing technique using multi-layer coating, or other multi-layer techniques.
  • the support portion 31 may be integrated with the housing 10, or may be formed by etching the first inner wall surface 11a of the housing 10, for example.
  • the support portion 31 preferably has a tapered shape in which the width narrows from the perforated portion 32 toward the first inner wall surface 11a. As a result, it is possible to widen the flow path between the support portions 31 on the housing 10 side while suppressing the perforated portion 32 from falling between the support portions 31 . As a result, the transmittance is increased and the maximum heat transfer rate is increased.
  • the arrangement of the support parts 31 is not particularly limited, they are preferably arranged evenly in a predetermined area, more preferably evenly over the entire area, for example, so that the center-to-center distance (pitch) of the support parts 31 is constant.
  • the center-to-center distance (the length indicated by P31 in FIG. 4A or 4B) of the support portion 31 is, for example, 60 ⁇ m or more and 800 ⁇ m or less.
  • the width of the support portion 31 (the length indicated by W31 in FIG. 4A or 4B) is, for example, 20 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the height of the support portion 31 (the length indicated by T31 in FIG. 3) is, for example, 10 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the arrangement of the holes 32a of the perforated portion 32 is not particularly limited, it is preferable that the holes 32a of the perforated portion 32 are arranged evenly in a predetermined region, more preferably evenly over the entire area. are arranged so that
  • the center-to-center distance of the holes 32a of the perforated portion 32 (the length indicated by P32 in FIG. 4A or 4B) is, for example, 3 ⁇ m or more and 150 ⁇ m or less.
  • the diameter of the holes 32a of the perforated portion 32 (the length indicated by ⁇ 32 in FIG. 4A or 4B) is, for example, 1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the thickness of the perforated portion 32 (the length indicated by T32 in FIG. 3) is, for example, 5 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • FIG. 5 is a partially enlarged sectional view schematically showing a first modification of the wick structure.
  • holes 32a of the perforated portion 32 may exist in a region overlapping with the support portion 31.
  • FIG. 6 is a partially enlarged sectional view schematically showing a second modification of the wick structure.
  • the support portion 31 and the perforated portion 32 are made of porous material. By forming not only the porous portion 32 but also the support portion 31 from a porous material, the capillary force of the wick structure 30B can be improved.
  • porous body constituting the support portion 31 and the porous portion 32 for example, a porous sintered body such as a metal porous sintered body or a ceramic porous sintered body, a metal porous body, a ceramic porous body, A porous body such as a resin porous body can be used.
  • the wick structure 30B composed of a porous material can be produced, for example, by a multi-layer printing technique using metal paste or ceramic paste.
  • the metal or ceramic content in the paste for forming the support portion 31 may be the same as the metal or ceramic content in the paste for forming the perforated portion 32. It may be less than the metal or ceramic content in the paste for forming it, or it may be more than the metal or ceramic content in the paste for forming the perforated portion 32 .
  • the support portion 31 The density can be greater than the density of the perforated portion 32 . As a result, the strength of the support portion 31 can be increased.
  • FIG. 7 is a partially enlarged sectional view schematically showing a third modification of the wick structure.
  • a support portion 31 is formed in the recessed portion by bending and recessing a portion of the metal foil by press working or the like. Since the steam space is formed in the recessed portion of the support portion 31, the thermal conductivity is improved.
  • a through hole may be formed in a recessed portion when a part of the metal foil is bent.
  • the holes 32a of the perforated portion 32 can be formed, for example, by punching the metal foil forming the wick structure 30 by pressing. In that case, the press work for forming the support portion 31 and the press work for forming the holes 32a of the perforated portion 32 may be performed collectively.
  • the thickness of the metal foil is constant before performing press working or the like.
  • the metal foil may become thin at the bent portion. From the above, in the wick structure 30 ⁇ /b>C, it is preferable that the thickness of the support portion 31 is the same as the thickness of the perforated portion 32 or smaller than the thickness of the perforated portion 32 .
  • FIG. 8 is a plan view schematically showing a fourth modification of the wick structure. Note that FIG. 8 is a plan view of the wick structure viewed from the support portion side.
  • the support portion 31 includes a plurality of rail-shaped members.
  • rail-like means a shape in which the ratio of the length of the long side of the bottom surface is five times or more the length of the short side of the bottom surface.
  • the cross-sectional shape perpendicular to the extending direction of the rail-shaped member is not particularly limited, but examples thereof include polygonal shapes such as quadrangles, semicircular shapes, semielliptical shapes, and shapes in which these are combined.
  • the rail-shaped member should be relatively taller than its surroundings. Therefore, the rail-shaped member includes not only the portion protruding from the first inner wall surface 11a, but also the relatively high portion due to the grooves formed in the first inner wall surface 11a.
  • a pillar 40 may be arranged in the internal space of the housing 10 so as to contact the second inner wall surface 12a. It is possible to support the housing 10 and the wick structure 30 by arranging the struts 40 in the internal space of the housing 10 .
  • the material forming the pillars 40 is not particularly limited, but examples thereof include resins, metals, ceramics, mixtures thereof, laminates, and the like.
  • the support 40 may be integrated with the housing 10, or may be formed by etching the second inner wall surface 12a of the housing 10, for example.
  • the shape of the support 40 is not particularly limited as long as it can support the housing 10 and the wick structure 30, but the shape of the cross section of the support 40 perpendicular to the height direction may be, for example, a polygon such as a rectangle, or a circle. , oval, etc.
  • the height of the struts 40 may be the same or different in one vapor chamber.
  • the width of the support 40 is not particularly limited as long as it provides strength capable of suppressing deformation of the housing 10. is, for example, 100 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less, preferably 300 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the equivalent circle diameter of the strut 40 By increasing the equivalent circle diameter of the strut 40, the deformation of the housing 10 can be further suppressed.
  • the equivalent circle diameter of the strut 40 it is possible to ensure a wider space for the vapor of the working medium 20 to move.
  • the arrangement of the struts 40 is not particularly limited, they are preferably arranged evenly in a predetermined area, more preferably evenly over the entire area, for example, so that the distance between the struts 40 is constant. By arranging the struts 40 evenly, it is possible to ensure uniform strength throughout the vapor chamber 1 .
  • the heat diffusion device of the present invention is not limited to the above embodiments, and various applications and modifications can be made within the scope of the present invention regarding the configuration, manufacturing conditions, etc. of the heat diffusion device.
  • the periphery of the hole of the perforated portion may be provided with a convex portion that approaches the first inner wall surface or the second inner wall surface of the housing in the thickness direction.
  • the convex portion may be provided only on a part of the periphery of the hole of the perforated portion, but is preferably provided on the entire periphery of the hole of the perforated portion.
  • the hole provided on the periphery with a protrusion that approaches the first inner wall surface and the protrusion on the periphery that approaches the second inner wall surface are provided.
  • a hole may be mixed with a hole, and a hole with a convex portion provided on the peripheral edge and a hole without a convex portion provided on the peripheral edge may be mixed.
  • the convex portion When a convex portion approaching the first inner wall surface is provided on the periphery of the hole of the perforated portion, the convex portion may have a lid portion that narrows the opening of the convex portion at the end on the first inner wall surface side. good.
  • the protrusion when a protrusion approaching the second inner wall surface is provided on the periphery of the hole of the perforated portion, the protrusion has a lid portion that narrows the opening of the protrusion at the end on the second inner wall surface side. You may
  • the convex portion can be formed by punching the metal or the like that constitutes the perforated portion by press working.
  • the projections may be formed simultaneously with the holes of the perforated section, or may be formed separately from the perforations of the perforated section.
  • the shape and the like of the convex portion can be adjusted by appropriately adjusting the punch depth and the like.
  • the punching depth means, for example, how far the punch is pushed in the punching direction when punching with a punch.
  • the thickness of the convex portion may be the same as or different from the thickness of the perforated portion other than the convex portion. Moreover, the thickness of the convex portion may be the same as or different from the thickness of the support portion.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a first modification of the wick structure shown in FIG.
  • the peripheral edge of the hole 32a of the perforated portion 32 is provided with a convex portion 33a that approaches the second inner wall surface 12a (see FIG. 2) of the housing 10 in the thickness direction Z.
  • the protrusion 33a has a constant distance between the outer walls of the protrusion 33a in a direction (upward in FIG. 9) toward the second inner wall surface 12a in the cross section along the thickness direction Z. have a certain shape.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a second modification of the wick structure shown in FIG.
  • the periphery of the hole 32a of the perforated portion 32 is provided with a convex portion 33b that approaches the second inner wall surface 12a (see FIG. 2) of the housing 10 in the thickness direction Z.
  • the distance between the outer walls of the convex portion 33b becomes narrower toward the second inner wall surface 12a (upward in FIG. 10). It has a tapered shape.
  • the projection 33b has a reverse tapered shape in which the distance between the outer walls of the projection 33b increases in the direction (upward in FIG. 10) toward the second inner wall surface 12a. good too.
  • the convex portion 33b may have a convex shape on the second inner wall surface 12a side (upper side in FIG. 10) in a cross section along the thickness direction Z, and may be convex on the first inner wall surface 11a side (in FIG. 10 (lower side) may have a convex shape.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing a third modification of the wick structure shown in FIG.
  • the periphery of the hole 32a of the perforated portion 32 is provided with a convex portion 33c that approaches the second inner wall surface 12a (see FIG. 2) of the housing 10 in the thickness direction Z.
  • the convex portion 33c has a lid portion 34 that narrows the opening of the convex portion 33c at the end on the second inner wall surface 12a side (upper side in FIG. 11).
  • FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a fourth modification of the wick structure shown in FIG.
  • the periphery of the hole 32a of the perforated portion 32 is provided with a convex portion 33d that approaches the first inner wall surface 11a (see FIG. 2) of the housing 10 in the thickness direction Z.
  • the convex portion 33d has a constant distance between the outer walls of the convex portion 33d toward the first inner wall surface 11a (lower side in FIG. 12) in the cross section along the thickness direction Z. has a shape that is
  • FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing a fifth modification of the wick structure shown in FIG.
  • the peripheral edge of the hole 32a of the perforated portion 32 is provided with a convex portion 33e that approaches the first inner wall surface 11a (see FIG. 2) of the housing 10 in the thickness direction Z.
  • the protrusion 33e has a narrower distance between the outer walls of the protrusion 33e in a direction toward the first inner wall surface 11a (downward in FIG. 13) in a cross section along the thickness direction Z. It has a tapered shape.
  • the convex portion 33e has a reverse tapered shape in which the distance between the outer walls of the convex portion 33e increases toward the first inner wall surface 11a (downward in FIG. 13) in a cross section along the thickness direction Z.
  • the convex portion 33e may have a convex shape on the second inner wall surface 12a side (upper side in FIG. 13) in a cross section along the thickness direction Z, or a convex shape on the first inner wall surface 11a side (in FIG. 13 (lower side) may have a convex shape.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing a sixth modification of the wick structure shown in FIG.
  • the periphery of the hole 32a of the perforated portion 32 is provided with a convex portion 33f that approaches the first inner wall surface 11a (see FIG. 2) of the housing 10 in the thickness direction Z.
  • the convex portion 33f has a lid portion 34 that narrows the opening of the convex portion 33f at the end on the first inner wall surface 11a side (lower side in FIG. 14).
  • the housing may have one evaporator or may have a plurality of evaporators. That is, one heat source may be arranged on the outer wall surface of the housing, or a plurality of heat sources may be arranged.
  • the number of evaporators and heat sources is not particularly limited.
  • the first sheet and the second sheet when the housing is composed of the first sheet and the second sheet, the first sheet and the second sheet may be overlapped so that the edges are aligned, or the edges may overlap. may be shifted and overlapped.
  • the material of the first sheet and the material of the second sheet may be different.
  • the stress applied to the housing can be dispersed.
  • one sheet can have one function and the other sheet can have another function.
  • the above functions are not particularly limited, but include, for example, a heat conduction function, an electromagnetic wave shielding function, and the like.
  • the heat diffusion device of the present invention can be mounted on electronic equipment for the purpose of heat dissipation. Therefore, an electronic device including the heat diffusion device of the present invention is also one aspect of the present invention.
  • Examples of the electronic device of the present invention include smart phones, tablet terminals, notebook computers, game machines, wearable devices, and the like.
  • the heat diffusion device of the present invention can operate independently without the need for external power, and utilize the latent heat of vaporization and latent heat of condensation of the working medium to diffuse heat two-dimensionally at high speed. Therefore, an electronic device equipped with the heat diffusion device of the present invention can effectively dissipate heat in a limited space inside the electronic device.
  • the heat diffusion device of the present invention can be used for a wide range of applications in fields such as personal digital assistants. For example, it can be used to lower the temperature of a heat source such as a CPU and extend the operating time of electronic equipment, and can be used in smartphones, tablet terminals, laptop computers, and the like.
  • vapor chamber (heat diffusion device) 10 housing 11 first sheet 11a first inner wall surface 12 second sheet 12a second inner wall surface 20 working medium 30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F, 30G, 30H, 30I, 30J wick structure 31 support Portion 32 Perforated portion 32a Hole of perforated portion 33a, 33b, 33c, 33d, 33e, 33f Convex portion 34 Lid portion 40 Support HS Heat source P Center-to-center distance of 31 support portion P Center-to-center distance of hole of 32 perforated portion T Height of 31 support portion T Thickness of 32 perforated portion W Width of 31 support portion X Width direction Y Length direction Z Thickness direction ⁇ Hole diameter of 32 perforated portion

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Abstract

熱拡散デバイスの一実施形態であるベーパーチャンバー（１）は、厚さ方向（Ｚ）に対向する第１内壁面（１１ａ）および第２内壁面（１２ａ）を有する筐体（１０）と、筐体（１０）の内部空間に封入される作動媒体（２０）と、筐体（１０）の上記内部空間に配置されるウィック構造体（３０）と、を備える。ウィック構造体（３０）は、第１内壁面（１１ａ）に接する支持部（３１）と、支持部（３１）と同一材料からなり、支持部（３１）と一体的に構成される有孔部（３２）と、を含む。

Description

熱拡散デバイス
　本発明は、熱拡散デバイスに関する。
　近年、素子の高集積化および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および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。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、その熱輸送量は充分ではないため、様々な熱対策部材の使用が検討されている。中でも、非常に効果的に熱を拡散させることが可能である熱拡散デバイスとして、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は、筐体の内部に、作動媒体（作動流体ともいう）と、毛細管力によって作動媒体を輸送するウィックとが封入された構造を有する。作動媒体は、電子部品などの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た後、ベーパーチャンバー内を移動し、冷却されて液相に戻る。液相に戻った作動媒体は、ウィックの毛細管力によって再び発熱素子側の蒸発部に移動し、発熱素子を冷却する。これ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、作動媒体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。
　特許文献１には、ベーパーチャンバーの一例であるサーマルグラウンドプレーン（ｔｈｅｒｍａｌ　ｇｒｏｕｎｄ　ｐｌａｎｅ）が開示されている。特許文献１に記載のサーマルグラウンドプレーンは、第１の面状基材（ｐｌａｎａｒ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ　ｍｅｍｂｅｒ）と、上記第１の面状基材に配置される複数のマイクロピラーと、少なくとも一部の上記マイクロピラーに接着されるメッシュと、上記第１の面状基材、上記マイクロピラーおよび上記メッシュのうちの少なくとも１つに配置される蒸気コア（ｖａｐｏｒ　ｃｏｒｅ）と、上記第１の面状基材に配置される第２の面状基材と、を備え、上記メッシュは上記マイクロピラーを上記蒸気コアから分離し、上記第１の面状基材および上記第２の面状基材は上記マイクロピラー、上記メッシュおよび上記蒸気コアを取り囲んでいる。
米国特許第１０，５２７，３５８号明細書
　特許文献１に記載されているようなベーパーチャンバーでは、マイクロピラーなどの支柱とメッシュなどの有孔体とによりウィックが構成されている。そのうち、マイクロピラーなどの支柱は四角柱状または円柱状などの形状を有しており、支柱の間に作動媒体の液体流路が形成される。したがって、支柱同士の間隔が広くなるほど、液体流路の幅が広がるため、透過率は高くなる。その一方で、液体流路の幅が広すぎると、メッシュなどの有孔体が支柱の間に落ち込みやすくなるため、有孔体の位置がずれてウィックの安定性が低下するおそれがある。以上の理由から、液体流路の幅を大きく広げることは難しいため、ベーパーチャンバーの特性を向上させる観点からは改善の余地があると言える。
　なお、上記の問題は、ベーパーチャンバーに限らず、ベーパーチャンバーと同様の構成によって熱を拡散させることが可能な熱拡散デバイスに共通する問題である。
　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、作動媒体の液体流路の幅を広げても構造的に安定なウィック構造体を備える熱拡散デバイスを提供することを目的とする。さらに、本発明は、上記熱拡散デバイスを備える電子機器を提供することを目的とする。
　本発明の熱拡散デバイスは、厚さ方向に対向する第１内壁面および第２内壁面を有する筐体と、上記筐体の内部空間に封入される作動媒体と、上記筐体の上記内部空間に配置されるウィック構造体と、を備える。上記ウィック構造体は、上記第１内壁面に接する支持部と、上記支持部と同一材料からなり、上記支持部と一体的に構成される有孔部と、を含む。
　本発明の電子機器は、本発明の熱拡散デバイスを備える。
　本発明によれば、作動媒体の液体流路の幅を広げても構造的に安定なウィック構造体を備える熱拡散デバイスを提供することができる。さらに、本発明によれば、上記熱拡散デバイスを備える電子機器を提供することができる。
図１は、本発明の熱拡散デバイスの一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１に示す熱拡散デバイスのＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図の一例である。 図３は、図２に示す熱拡散デバイスを構成するウィック構造体の一例を模式的に示す、一部を拡大した断面図である。 図４Ａは、図３に示すウィック構造体を支持部側から見た平面図の一例である。図４Ｂは、図３に示すウィック構造体を支持部側から見た平面図の別の一例である。 図５は、ウィック構造体の第１変形例を模式的に示す、一部を拡大した断面図である。 図６は、ウィック構造体の第２変形例を模式的に示す、一部を拡大した断面図である。 図７は、ウィック構造体の第３変形例を模式的に示す、一部を拡大した断面図である。 図８は、ウィック構造体の第４変形例を模式的に示す平面図である。 図９は、図７に示すウィック構造体の第１変形例を模式的に示す断面図である。 図１０は、図７に示すウィック構造体の第２変形例を模式的に示す断面図である。 図１１は、図７に示すウィック構造体の第３変形例を模式的に示す断面図である。 図１２は、図７に示すウィック構造体の第４変形例を模式的に示す断面図である。 図１３は、図７に示すウィック構造体の第５変形例を模式的に示す断面図である。 図１４は、図７に示すウィック構造体の第６変形例を模式的に示す断面図である。
　以下、本発明の熱拡散デバイスについて説明する。
　しかしながら、本発明は、以下の実施形態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好ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
　本発明の熱拡散デバイスでは、ウィック構造体を構成する支持部および有孔部が同一材料からなり、かつ、一体的に構成されていることを特徴としている。これにより、支持部と有孔部との間で接着ばらつきが生じることがない。その結果、作動媒体の液体流路を形成する支持部の間隔を広げてもウィック構造体が構造的に安定するため、熱拡散デバイスの特性劣化を抑制することができる。さらに、支持部および有孔部が一体化しているため、ウィック構造体の強度も向上する。
　本明細書において、「一体的に構成される」とは、支持部と有孔部との間に界面が存在しないことを意味し、具体的には、支持部と有孔部との間に境界が判別できないことを意味する。例えば、支持部としての銅ピラーと、有孔部としての銅メッシュとが、拡散接合またはスポット溶接などで固定されたウィック構造体においては、支持部と有孔部との間を全面にわたって接合することが困難であるため、支持部と有孔部との間の一部には隙間が生じる。このようなウィック構造体では、支持部と有孔部との間に境界が判別できるため、支持部と有孔部とは一体的に構成されていないと言える。
　以下では、本発明の熱拡散デバイスの一実施形態として、ベーパーチャンバーを例にとって説明する。本発明の熱拡散デバイスは、ヒートパイプ等の熱拡散デバイスにも適用可能である。
　以下に示す図面は模式的なものであり、その寸法や縦横比の縮尺などは実際の製品とは異なる場合がある。
　本明細書において、要素間の関係性を示す用語（例えば「垂直」、「平行」、「直交」など）および要素の形状を示す用語は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
　図１は、本発明の熱拡散デバイスの一例を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示す熱拡散デバイスのＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図の一例である。
　図１に示すベーパーチャンバー（熱拡散デバイス）１は、気密状態に密閉された中空の筐体１０を備える。筐体１０は、厚さ方向Ｚに対向する第１内壁面１１ａおよび第２内壁面１２ａを有する。ベーパーチャンバー１は、さらに、筐体１０の内部空間に封入される作動媒体２０と、筐体１０の内部空間に配置されるウィック構造体３０と、を備える。
　筐体１０には、封入した作動媒体２０を蒸発させる蒸発部が設定される。図１に示すように、筐体１０の外壁面には、発熱素子である熱源（ｈｅａｔ　ｓｏｕｒｃｅ）ＨＳが配置される。熱源ＨＳとしては、電子機器の電子部品、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）等が挙げられる。筐体１０の内部空間のうち、熱源ＨＳの近傍であって熱源ＨＳによって加熱される部分が、蒸発部に相当する。
　ベーパーチャンバー１は、全体として面状であることが好ましい。すなわち、筐体１０は、全体として面状であることが好ましい。ここで、「面状」とは、板状およびシート状を包含し、幅方向Ｘの寸法（以下、幅という）および長さ方向Ｙの寸法（以下、長さという）が厚さ方向Ｚの寸法（以下、厚さまたは高さという）に対して相当に大きい形状、例えば幅および長さが、厚さの１０倍以上、好ましくは１００倍以上である形状を意味する。
　ベーパーチャンバー１の大きさ、すなわち、筐体１０の大きさは、特に限定されない。ベーパーチャンバー１の幅および長さは、用途に応じて適宜設定することができる。ベーパーチャンバー１の幅および長さは、各々、例えば、５ｍｍ以上５００ｍｍ以下、２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下または５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。ベーパーチャンバー１の幅および長さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
　筐体１０は、外縁部が接合された対向する第１シート１１および第２シート１２から構成されることが好ましい。
　筐体１０が第１シート１１および第２シート１２から構成される場合、第１シート１１および第２シート１２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、可撓性等を有するものであれば、特に限定されない。第１シート１１および第２シート１２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、またはそれらを主成分とする合金等であり、特に好ましくは銅である。第１シート１１および第２シート１２を構成する材料は、同じであってもよく、異なっていてもよいが、好ましくは同じである。
　筐体１０が第１シート１１および第２シート１２から構成される場合、第１シート１１および第２シート１２は、これらの外縁部において互いに接合される。かかる接合の方法は、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）、超音波接合または樹脂封止を用いることができ、好ましくはレーザー溶接、抵抗溶接またはロウ接を用いることができる。
　第１シート１１および第２シート１２の厚さは、特に限定されないが、各々、好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下、さらに好ましくは４０μｍ以上６０μｍ以下である。第１シート１１および第２シート１２の厚さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。また、第１シート１１および第２シート１２の各シートの厚さは、全体にわたって同じであってもよく、一部が薄くてもよい。
　第１シート１１および第２シート１２の形状は、特に限定されない。例えば、第１シート１１および第２シート１２は、各々、外縁部が外縁部以外の部分よりも厚い形状であってもよい。
　ベーパーチャンバー１全体の厚さは、特に限定されないが、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下である。
　厚さ方向Ｚから見た筐体１０の平面形状は特に限定されず、例えば、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。また、筐体１０の平面形状は、Ｌ字型、Ｃ字型（コの字型）、階段型などであってもよい。また、筐体１０は貫通口を有してもよい。筐体１０の平面形状は、ベーパーチャンバーの用途、ベーパーチャンバーの組み入れ箇所の形状、近傍に存在する他の部品に応じた形状であってもよい。
　作動媒体２０は、筐体１０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、代替フロンなどを用いることができる。例えば、作動媒体２０は水性化合物であり、好ましくは水である。
　ウィック構造体３０は、毛細管力により作動媒体２０を移動させることができる毛細管構造を有する。ウィック構造体３０の毛細管構造は、従来のベーパーチャンバーにおいて用いられている公知の構造であってもよい。
　ウィック構造体３０の大きさおよび形状は、特に限定されないが、例えば、筐体１０の内部空間において連続してウィック構造体３０が配置されていることが好ましい。ウィック構造体３０は、筐体１０の内部空間の全体に配置されていてもよく、筐体１０の内部空間の一部にウィック構造体３０が配置されていなくてもよい。
　図３は、図２に示す熱拡散デバイスを構成するウィック構造体の一例を模式的に示す、一部を拡大した断面図である。
　図２および図３に示すように、ウィック構造体３０は、第１内壁面１１ａに接する支持部３１と、支持部３１と同一材料からなり、支持部３１と一体的に構成される有孔部３２と、を含む。
　支持部３１および有孔部３２を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、樹脂、金属、セラミックス、またはそれらの混合物、積層物などが挙げられる。
　図４Ａは、図３に示すウィック構造体を支持部側から見た平面図の一例である。図４Ｂは、図３に示すウィック構造体を支持部側から見た平面図の別の一例である。
　ウィック構造体３０では、支持部３１は、複数の柱状部材を含む。柱状部材の間に液相の作動媒体２０を保持することにより、ベーパーチャンバー１の熱輸送能力を向上させることができる。ここで、「柱状」とは、底面の長辺の長さの比が、底面の短辺の長さに対して５倍未満である形状を意味する。
　柱状部材の形状は、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、角錐台形状などの形状が挙げられる。図４Ａに示す例では、支持部３１の高さ方向に垂直な断面形状は四角形状であり、図４Ｂに示す例では、支持部３１の高さ方向に垂直な断面形状は円形状である。
　柱状部材は、周囲よりも相対的に高さが高ければよい。したがって、柱状部材は、第１内壁面１１ａから突出した部分に加え、第１内壁面１１ａに形成された凹みにより相対的に高さが高くなっている部分も含む。
　有孔部３２としては、例えば、エッチング加工または金属加工により形成される金属多孔膜、焼結体、多孔体などが用いられる。有孔部３２の材料となる焼結体は、例えば、金属多孔質焼結体、セラミックス多孔質焼結体などの多孔質焼結体から構成されてもよく、好ましくは銅またはニッケルの多孔質焼結体から構成される。有孔部３２の材料となる多孔体は、例えば、金属多孔体、セラミックス多孔体、樹脂多孔体などから構成されてもよい。
　支持部３１および有孔部３２が一体的に構成されるウィック構造体３０は、例えば、エッチング技術、多層塗りによる印刷技術、その他の多層技術などにより作製することができる。
　支持部３１は、筐体１０と一体であってもよく、例えば、筐体１０の第１内壁面１１ａ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。
　図２および図３に示すように、支持部３１は、有孔部３２から第１内壁面１１ａに向かって幅が狭くなるテーパー形状を有することが好ましい。これにより、支持部３１の間への有孔部３２の落ち込みを抑制しつつ、筐体１０側では支持部３１の間の流路を広くすることができる。その結果、透過率が上昇し、最大熱輸送量が大きくなる。
　図２、図３、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、有孔部３２を厚さ方向Ｚから見たとき、支持部３１と重なる領域に有孔部３２の孔３２ａが存在しないことが好ましい。この場合、支持部３１上で作動媒体２０がトラップされにくくなる。
　支持部３１の配置は、特に限定されないが、好ましくは所定の領域において均等に、より好ましくは全体にわたって均等に、例えば支持部３１の中心間距離（ピッチ）が一定となるように配置される。
　支持部３１の中心間距離（図４Ａまたは図４Ｂ中、Ｐ３１で示す長さ）は、例えば、６０μｍ以上８００μｍ以下である。支持部３１の幅（図４Ａまたは図４Ｂ中、Ｗ３１で示す長さ）は、例えば、２０μｍ以上５００μｍ以下である。支持部３１の高さ（図３中、Ｔ３１で示す長さ）は、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下である。
　有孔部３２の孔３２ａの配置は、特に限定されないが、好ましくは所定の領域において均等に、より好ましくは全体にわたって均等に、例えば有孔部３２の孔３２ａの中心間距離（ピッチ）が一定となるように配置される。
　有孔部３２の孔３２ａの中心間距離（図４Ａまたは図４Ｂ中、Ｐ３２で示す長さ）は、例えば、３μｍ以上１５０μｍ以下である。有孔部３２の孔３２ａの径（図４Ａまたは図４Ｂ中、φ３２で示す長さ）は、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下である。有孔部３２の厚さ（図３中、Ｔ３２で示す長さ）は、例えば、５μｍ以上５０μｍ以下である。
　図５は、ウィック構造体の第１変形例を模式的に示す、一部を拡大した断面図である。
　図５に示すウィック構造体３０Ａのように、有孔部３２を厚さ方向Ｚから見たとき、支持部３１と重なる領域に有孔部３２の孔３２ａが存在してもよい。
　図６は、ウィック構造体の第２変形例を模式的に示す、一部を拡大した断面図である。
　図６に示すウィック構造体３０Ｂでは、支持部３１および有孔部３２が多孔質体から構成される。有孔部３２だけでなく支持部３１も多孔質体から構成されることで、ウィック構造体３０Ｂの毛細管力を向上させることができる。
　支持部３１および有孔部３２を構成する多孔質体としては、例えば、金属多孔質焼結体、セラミックス多孔質焼結体などの多孔質焼結体、または、金属多孔体、セラミックス多孔体、樹脂多孔体などの多孔体が挙げられる。
　多孔質体から構成されるウィック構造体３０Ｂは、例えば、金属ペーストまたはセラミックスペーストを用いた多層塗りによる印刷技術などにより作製することができる。この際、支持部３１を形成するためのペースト中の金属またはセラミックスの含有量は、有孔部３２を形成するためのペースト中の金属またはセラミックスの含有量と同じでもよく、有孔部３２を形成するためのペースト中の金属またはセラミックスの含有量よりも少なくてもよく、有孔部３２を形成するためのペースト中の金属またはセラミックスの含有量よりも多くてもよい。例えば、支持部３１を形成するためのペースト中の金属またはセラミックスの含有量を、有孔部３２を形成するためのペースト中の金属またはセラミックスの含有量よりも多くすることで、支持部３１の密度を有孔部３２の密度よりも大きくすることができる。その結果、支持部３１の強度を上げることができる。
　図７は、ウィック構造体の第３変形例を模式的に示す、一部を拡大した断面図である。
　図７に示すウィック構造体３０Ｃでは、例えば、プレス加工などによって金属箔の一部を曲げて凹ませることにより、凹んだ部分に支持部３１が形成されている。支持部３１の凹んだ部分に蒸気空間が形成されるため、熱伝導率が向上する。図７に示す例に限らず、金属箔にプレス加工を行う場合、プレス加工の具合によっては、金属箔の一部を曲げた際に凹んだ部分に貫通孔が形成されてもよい。
　ウィック構造体３０Ｃにおいて、有孔部３２の孔３２ａは、例えば、ウィック構造体３０を構成する金属箔に対して、プレス加工による打ち抜きを行うことによって形成することができる。その場合、支持部３１を形成するプレス加工と、有孔部３２の孔３２ａを形成するプレス加工とが一括で行われてもよい。
　プレス加工などを行う前の金属箔の厚さは一定であることが好ましい。ただし、曲げられた部分では金属箔が薄くなることもある。以上より、ウィック構造体３０Ｃでは、支持部３１の厚さが有孔部３２の厚さと同じであるか、または、有孔部３２の厚さより小さいことが好ましい。
　図８は、ウィック構造体の第４変形例を模式的に示す平面図である。なお、図８は、支持部側から見たウィック構造体の平面図である。
　図８に示すウィック構造体３０Ｄでは、支持部３１は、複数のレール状部材を含む。レール状部材の間に液相の作動媒体２０を保持することにより、ベーパーチャンバー１の熱輸送能力を向上させることができる。ここで、「レール状」とは、底面の長辺の長さの比が、底面の短辺の長さに対して５倍以上である形状を意味する。
　レール状部材の延伸方向に垂直な断面形状は、特に限定されないが、例えば、四角形などの多角形、半円形、半楕円形、これらを組み合わせた形状などが挙げられる。
　レール状部材は、周囲よりも相対的に高さが高ければよい。したがって、レール状部材は、第１内壁面１１ａから突出した部分に加え、第１内壁面１１ａに形成された溝により相対的に高さが高くなっている部分も含む。
　図２に示すように、筐体１０の内部空間には、第２内壁面１２ａに接する支柱４０が配置されていてもよい。筐体１０の内部空間に支柱４０を配置することによって筐体１０およびウィック構造体３０を支持することが可能である。
　支柱４０を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、樹脂、金属、セラミックス、またはそれらの混合物、積層物などが挙げられる。また、支柱４０は、筐体１０と一体であってもよく、例えば、筐体１０の第２内壁面１２ａ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。
　支柱４０の形状は、筐体１０およびウィック構造体３０を支持できる形状であれば特に限定されないが、支柱４０の高さ方向に垂直な断面の形状としては、例えば、矩形などの多角形、円形、楕円形などが挙げられる。
　支柱４０の高さは、一のベーパーチャンバーにおいて、同じであってもよく、異なっていてもよい。
　図２に示す断面において、支柱４０の幅は、筐体１０の変形を抑制できる強度を与えるものであれば特に限定されないが、支柱４０の端部の高さ方向に垂直な断面の円相当径は、例えば１００μｍ以上２０００μｍ以下であり、好ましくは３００μｍ以上１０００μｍ以下である。支柱４０の円相当径を大きくすることにより、筐体１０の変形をより抑制することができる。一方、支柱４０の円相当径を小さくすることにより、作動媒体２０の蒸気が移動するための空間をより広く確保することができる。
　支柱４０の配置は、特に限定されないが、好ましくは所定の領域において均等に、より好ましくは全体にわたって均等に、例えば支柱４０間の距離が一定となるように配置される。支柱４０を均等に配置することにより、ベーパーチャンバー１の全体にわたって均一な強度を確保することができる。
　本発明の熱拡散デバイスは、上記実施形態に限定されるものではなく、熱拡散デバイスの構成、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、有孔部の孔の周縁には、厚さ方向において筐体の第１内壁面又は第２内壁面に近づく凸部が設けられていてもよい。この場合、凸部は、有孔部の孔の周縁の一部にのみ設けられていてもよいが、有孔部の孔の周縁の全体に設けられていることが好ましい。
　有孔部の孔の周縁に凸部が設けられている場合、第１内壁面に近づく凸部が周縁に設けられている孔と、第２内壁面に近づく凸部が周縁に設けられている孔とが混在していてもよく、凸部が周縁に設けられている孔と、凸部が周縁に設けられていない孔とが混在していてもよい。
　第１内壁面に近づく凸部が有孔部の孔の周縁に設けられている場合、凸部は、第１内壁面側の端部において、凸部の開口を狭める蓋部を有してもよい。同様に、第２内壁面に近づく凸部が有孔部の孔の周縁に設けられている場合、凸部は、第２内壁面側の端部において、凸部の開口を狭める蓋部を有してもよい。
　凸部は、例えば、有孔部を構成する金属等に対して、プレス加工による打ち抜きを行うことによって形成することができる。その場合、凸部は、有孔部の孔と同時に形成されてもよく、有孔部の孔とは別に形成されてもよい。プレス加工による打ち抜きにおいて、打ち抜きの深さ等を適宜調整することによって、凸部の形状等を調整することができる。なお、打ち抜きの深さとは、例えば、パンチによって打ち抜きを行う際に、打ち抜き方向に、どの程度までパンチを押し込むかを意味する。
　凸部の厚さは、凸部以外の有孔部の厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。また、凸部の厚さは、支持部の厚さと同じであってもよく、異なっていてもよい。
　特に、図７に示すウィック構造体３０Ｃのように、金属箔のプレス加工によって支持部を形成する場合、支持部を形成するプレス加工と、有孔部の孔および凸部を形成するプレス加工とが一括で行われることが好ましい。
　図９は、図７に示すウィック構造体の第１変形例を模式的に示す断面図である。
　図９に示すウィック構造体３０Ｅにおいて、有孔部３２の孔３２ａの周縁には、厚さ方向Ｚにおいて筐体１０の第２内壁面１２ａ（図２参照）に近づく凸部３３ａが設けられている。図９に示す例では、凸部３３ａは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第２内壁面１２ａに近づく方向（図９では上側）に向かって、凸部３３ａの外壁間の距離が一定である形状を有する。
　図１０は、図７に示すウィック構造体の第２変形例を模式的に示す断面図である。
　図１０に示すウィック構造体３０Ｆにおいて、有孔部３２の孔３２ａの周縁には、厚さ方向Ｚにおいて筐体１０の第２内壁面１２ａ（図２参照）に近づく凸部３３ｂが設けられている。図１０に示す例では、凸部３３ｂは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第２内壁面１２ａに近づく方向（図１０では上側）に向かって、凸部３３ｂの外壁間の距離が狭くなるテーパー形状を有する。凸部３３ｂは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第２内壁面１２ａに近づく方向（図１０では上側）に向かって、凸部３３ｂの外壁間の距離が広くなる逆テーパー形状を有してもよい。これらの場合、凸部３３ｂは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第２内壁面１２ａ側（図１０では上側）に凸な形状であってもよく、第１内壁面１１ａ側（図１０では下側）に凸な形状であってもよい。
　図１１は、図７に示すウィック構造体の第３変形例を模式的に示す断面図である。
　図１１に示すウィック構造体３０Ｇにおいて、有孔部３２の孔３２ａの周縁には、厚さ方向Ｚにおいて筐体１０の第２内壁面１２ａ（図２参照）に近づく凸部３３ｃが設けられている。凸部３３ｃは、第２内壁面１２ａ側（図１１では上側）の端部において、凸部３３ｃの開口を狭める蓋部３４を有する。
　図１２は、図７に示すウィック構造体の第４変形例を模式的に示す断面図である。
　図１２に示すウィック構造体３０Ｈにおいて、有孔部３２の孔３２ａの周縁には、厚さ方向Ｚにおいて筐体１０の第１内壁面１１ａ（図２参照）に近づく凸部３３ｄが設けられている。図１２に示す例では、凸部３３ｄは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第１内壁面１１ａに近づく方向（図１２では下側）に向かって、凸部３３ｄの外壁間の距離が一定である形状を有する。
　図１３は、図７に示すウィック構造体の第５変形例を模式的に示す断面図である。
　図１３に示すウィック構造体３０Ｉにおいて、有孔部３２の孔３２ａの周縁には、厚さ方向Ｚにおいて筐体１０の第１内壁面１１ａ（図２参照）に近づく凸部３３ｅが設けられている。図１３に示す例では、凸部３３ｅは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第１内壁面１１ａに近づく方向（図１３では下側）に向かって、凸部３３ｅの外壁間の距離が狭くなるテーパー形状を有する。凸部３３ｅは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第１内壁面１１ａに近づく方向（図１３では下側）に向かって、凸部３３ｅの外壁間の距離が広くなる逆テーパー形状を有してもよい。これらの場合、凸部３３ｅは、厚さ方向Ｚに沿う断面において、第２内壁面１２ａ側（図１３では上側）に凸な形状であってもよく、第１内壁面１１ａ側（図１３では下側）に凸な形状であってもよい。
　図１４は、図７に示すウィック構造体の第６変形例を模式的に示す断面図である。
　図１４に示すウィック構造体３０Ｊにおいて、有孔部３２の孔３２ａの周縁には、厚さ方向Ｚにおいて筐体１０の第１内壁面１１ａ（図２参照）に近づく凸部３３ｆが設けられている。凸部３３ｆは、第１内壁面１１ａ側（図１４では下側）の端部において、凸部３３ｆの開口を狭める蓋部３４を有する。
　本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体は、１個の蒸発部を有してもよく、複数の蒸発部を有してもよい。すなわち、筐体の外壁面には、１個の熱源が配置されてもよく、複数の熱源が配置されてもよい。蒸発部および熱源の数は特に限定されない。
　本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体が第１シートおよび第２シートから構成される場合、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。
　本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体が第１シートおよび第２シートから構成される場合、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と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。
　本発明の熱拡散デバイスは、放熱を目的として電子機器に搭載され得る。したがって、本発明の熱拡散デバイスを備える電子機器も本発明の１つである。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。本発明の熱拡散デバイスは上記のとおり、外部動力を必要とせず自立的に作動し、作動媒体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。そのため、本発明の熱拡散デバイスを備える電子機器により、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。
　本発明の熱拡散デバイスは、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、タブレット端末、ノートパソコン等に使用することができる。
　１　ベーパーチャンバー（熱拡散デバイス）
　１０　筐体
　１１　第１シート
　１１ａ　第１内壁面
　１２　第２シート
　１２ａ　第２内壁面
　２０　作動媒体
　３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆ、３０Ｇ、３０Ｈ、３０Ｉ、３０Ｊ　ウィック構造体
　３１　支持部
　３２　有孔部
　３２ａ　有孔部の孔
　３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ　凸部
　３４　蓋部
　４０　支柱
　ＨＳ　熱源
　Ｐ３１　支持部の中心間距離
　Ｐ３２　有孔部の孔の中心間距離
　Ｔ３１　支持部の高さ
　Ｔ３２　有孔部の厚さ
　Ｗ３１　支持部の幅
　Ｘ　幅方向
　Ｙ　長さ方向
　Ｚ　厚さ方向
　φ３２　有孔部の孔の径

Claims (8)

  1. 　厚さ方向に対向する第１内壁面および第２内壁面を有する筐体と、
    　前記筐体の内部空間に封入される作動媒体と、
    　前記筐体の前記内部空間に配置されるウィック構造体と、を備え、
    　前記ウィック構造体は、前記第１内壁面に接する支持部と、前記支持部と同一材料からなり、前記支持部と一体的に構成される有孔部と、を含む、熱拡散デバイス。
  2. 　前記支持部は、前記有孔部から前記第１内壁面に向かって幅が狭くなるテーパー形状を有する、請求項１に記載の熱拡散デバイス。
  3. 　前記有孔部を前記厚さ方向から見たとき、前記支持部と重なる領域に前記有孔部の孔が存在しない、請求項１または２に記載の熱拡散デバイス。
  4. 　前記支持部および前記有孔部が多孔質体から構成される、請求項１または２に記載の熱拡散デバイス。
  5. 　前記支持部の厚さが前記有孔部の厚さと同じであるか、または、前記有孔部の厚さより小さい、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
  6. 　前記支持部は、複数の柱状部材を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
  7. 　前記支持部は、複数のレール状部材を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の熱拡散デバイスを備える、電子機器。
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JP2019082264A (ja) * 2017-10-27 2019-05-30 古河電気工業株式会社 ベーパーチャンバ

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