JP2009024933A - 熱拡散装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】急峻な壁面を有する溝を精度良く形成し、熱拡散を良好にした熱拡散装置を提供する。
【解決手段】寸法差を有する第１及び第２の金属薄板２２及び２３が交互に積層され、上下の封止用金属薄板２５及び２６と共に内部に密閉空間４５が形成されるように拡散接合され、密閉空間４５の壁面に第１及び第２の金属薄板２２、２３の寸法差により急峻な壁面を有する溝４４が形成され、初期状態の減圧下で溝４４内に液体が封止されて成ることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電子機器、その他の機器における発熱源の熱を拡散して発熱源の温度を所要温度以下に抑制する熱拡散装置及びその製造方法に関する。

従来、例えばパーソナルコンピュータ、プロジェクタ（表示装置）等の電子機器等では、発熱源の熱を放熱するための熱拡散装置が必要とされている。この熱拡散装置として、ヒートパイプと呼ばれるものが知られている。ヒートパイプは、例えば図２３に示すように、金属パイプ２の内側に円周方向の断面が凹凸状となるように、長手方向に沿って複数の並列する溝３を形成し、さらに内面に金網で形成されたウィック４を配置して、溝３内に水４を封入して構成される。このヒートパイプ１では、一端部が発熱源に接触されると、この一端部で溝３内の水が蒸発し、瞬時に蒸気が他端側に広がる。他端側では外気に接しているので、熱交換されて蒸気が冷やされて凝縮され、水に戻る。この水はウィック４を通して一方端に還流する。この水の蒸発、凝縮、還流が繰り返えされることにより、発熱源の温度上昇が抑制される。

文献１には、ヒートパイプの一例が開示されている。
特開２００４−１９８０９８号公報

上述のヒートパイプ１では、図２２に示すように、溝３が急峻な壁面、すなわち直角な壁面を有して形成されれば、溝３に封入された水１０の壁面３ａとの接触角θが小さくなり、水１０の薄い部分９が蒸発し易くなり、この部分９の壁面を極低温とすることができる。同時に、毛細管作用により凝集した水１０を溝３を通して蒸発部側に還流させることができる。しかし、実際には、複数本の溝３を有するパイプ２は引き抜き加工により形成されるので、壁面が急峻な溝３を形成することが出来ず、そのため、金網で形成されたウィック４が必要となる。

一方、図２１Ａに示すように、第１の金属薄板１２の面にエッチングにより複数の溝１３を形成し、これに蓋となる第２の金属薄板１４を接合して、各溝１３による密閉空間を形成し、溝１３内に初期状態の減圧下で水１５を封入して成る平面型の熱拡散装置１１が考えられる。しかし、図２１Ｂに示すように、エッチングにより溝１３を形成した場合には、断面が曲面の溝となり、急峻な壁面の溝を形成することができない。

本発明は、上述の点に鑑み、急峻な壁面を有する溝を精度良く形成し、熱拡散を良好にした熱拡散装置及びその製造方法を提供するものである。

本発明に係る熱拡散装置は、寸法差を有する第１及び第２の金属薄板が交互に積層され、上下の封止用金属薄板と共に内部に密閉空間が形成されるように拡散接合され、密閉空間の壁面に、第１及び第２の金属薄板の寸法差により急峻な壁面を有する溝が形成され、初期状態の減圧下で前記溝内に液体が封止されて成ることを特徴とする。

本発明では、寸法差を有する第１及び第２の金属薄板が交互に積層されるので、密閉空間の壁面に、急峻な壁面を有する溝が精度よく形成される。この溝壁面に対する液体の接触角θは小さくすることができるので、水の蒸発が効率良く行われる。

本発明に係る熱拡散装置の製造方法は、寸法差を有する第１及び第２の金属薄板を交互に積層し、上下に封止用金属薄板を配置する工程と、第１、第２の金属薄板と封止用金属薄板とを拡散接合して一体の積層体を形成し、積層体の内部に密閉空間を形成すると共に、密閉空間の壁面に、第１及び第２の金属薄板の寸法差により急峻な壁面を有する溝を形成する工程と、密閉空間内を減圧した初期状態で前記溝内に液体を封入する工程を有することを特徴とする。

本発明の熱拡散装置の製造方法では、寸法差を有する第１及び第２の金属薄板を交互に積層することにより、密閉空間の壁面に、急峻な壁面を有する溝を精度よく形成することができる。この溝に液体を封入することにより、溝壁面に対する液体の接触角θを小さくした状態で封入することができる。

本発明に係る熱拡散装置によれば、急峻は壁面を有する溝が得られ、溝に封入された液体の蒸発が効率良く行うことができるので、熱拡散を良好にした熱拡散装置を提供することができる。
本発明に係る熱拡散装置の製造方法によれば、急峻な壁面を有する溝を精度よく形成することがでるので、熱拡散を良好にした熱拡散装置を製造することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１〜図５に、本発明に係る熱拡散装置及びその製造方法の第１実施の形態を示す。本実施の形態に係る熱拡散装置２１は、図１Ａ，Ｂに示すように、上面からみて輪郭形状が四角形状、本例では同じ大きさの正方形を成した、第１の金属薄板２２及びこの第１の金属薄板２２との間で寸法差を有する第２の金属薄板２３とを交互に積層した積層体２４と、積層体２４の上下を封止する封止用金属薄板２５、２６とを有して構成される。第１、第２の金属薄板２２、２３は、均一な膜厚の薄板で形成される。上下の封止用金属薄板２５、２６も均一な膜厚の薄板から形成される。

第１の金属薄板２２は、図３Ａ，Ｂに示すように、中央部３１と、正方形の枠型の周辺部３２と、中央部３１から周辺部３２に連絡する複数の放射部、本例は４辺をそれぞれ２等分するような十字状に放射する４つの放射部３３［３３１、３３２、３３３、３３４］とを有するパターンに形成される。周辺部３２は全周囲にわたり同じ幅で形成され、その幅は、所要の幅ｗ１に選定される。各放射部３３１〜３３４は、周辺部３２から途中までは同じ幅ｄ１で形成され、途中から中央部３１に行くに従って漸次幅が狭くなるようなテーパ状に形成される。本例では、各放射部３３［３３１〜３３４］はそれぞれ線対称に形成される。４つの放射部３３１〜３３４には、それぞれ後述する下封止用金属薄板２６に一体に設けられた支柱が挿入される貫通孔３５が形成される。第１の金属薄板２２は、１枚の金属薄板をプレス加工して形成することができる。

第２の金属薄板２３は、図４Ａ，Ｂに示すように、中央部３６と、正方形の枠型の周辺部３７と、中央部３６から周辺部３７に連絡する複数の放射部、本例では２つの対角線が交叉して十字状に放射する４つの放射部３８［３８１、３８２、３８３、３８４］とを有するパターンに形成される。つまり、第２の金属薄板２３のパターンは第１の金属薄板２２のパターンとは、放射部の部分で異なる。周辺部３７は全周囲にわたり同じ幅で形成され、その幅は、第１金属薄板２２の幅ｗ１より小さい所要の幅ｗ２（ｗ１＞ｗ２）に選定される。各放射部３８１〜３８４は、周辺部３７から途中までは同じ幅ｄ２で形成され、途中から中央部３６に行くに従って漸次幅が狭くなるようなテーパ状に形成される。本例では、各放射部３８［３８１〜３８４］はそれぞれ線対称に形成される。４つの放射部３８１〜３８４には、それぞれ後述する下封止用金属薄板２６に一体に設けられた支柱が挿入される貫通孔３９が形成される。第１の金属薄板２３は、１枚の金属薄板をプレス加工して形成することができる。

第１の金属薄板２２の放射部３３の幅ｄ１と、第２の金属薄板２３の放射部３８の幅ｄ２とは、同じ寸法としてもよく（ｄ１＝ｄ２）、あるいは異なる寸法としてもよい（ｄ１≠ｄ２）。第１及び第２の金属薄板２２、２３の放射部３３、３８に形成される貫通孔３５、３９は、互いに同じ孔径を有することが好ましい。

第１及び第２の金属薄板２２及び２３は、その周辺部３２及び３７の幅ｗ１，ｗ２が異なることから、積層したときに内側では、周辺部３２、３７において寸法差Δｗ＝ｗ１−ｗ２が生じるようになる。

上封止用金属薄板２５は、図２に示すように、正方形をなし、第１、第２の金属薄板２２、２３における各放射部３３、３８に対応した位置、すなわち下封止用金属薄板２６と一体の支柱に対応した位置に、支柱の先端が挿入される貫通孔４１が形成される。この貫通孔４１は、本例では８つ形成される。

下封止用金属薄板２６は、図５に示すように、正方形をなし、第１、第２の金属薄板２２、２３における各放射部３３、３８の各貫通孔３５、３９及び上封止用金属薄板２５の貫通孔４１に対応した位置に、支柱４２が一体に植立して形成される。本例では８個の支柱４２が形成される。支柱４２は、第１及び第２の金属薄板２２、２３の放射部３３、３８に設けられた貫通孔３５、３９に挿入される径大部４２ａと、その先端の上封止用金属薄板２５の貫通孔４１に挿入される径小部４２ｂとを有して形成される。この支柱４２は、内圧に耐えて下封止用金属薄板２６と上封止用金属薄板２５間の間隔を維持するためのものである。支柱４２は、放射部３３、３８に接合する必要はなく、放射部３３、３８を貫通するようになされる。支柱４２ｂ部は省略可能であり、８本の支柱は積層構造体と同時に拡散接合されることにより、上下の平面を連結する。図では強度確保の為にカシメ構造を併用出来る可能性を示している。

第１及び第２の金属薄板２２及び２３、上下封止用金属薄板２５及び２６は、拡散接合できる金属、例えば銅、ベリリウム銅などの金属、本例では銅を用いて形成される。

本実施の形態では、第１の金属薄板２２と第２の金属薄板２３とを、最上層及び最下層が第１の金属薄膜となるように、交互に複数枚、例えば２１枚積層して積層体２４を形成し、この積層体２４を下封止用金属薄板２６上に配置する。すなわち、積層体２４は、その各放射部３３、３８の貫通孔３５、３９に下封止用金属薄板２６における支柱４２の径大部４２ａが挿入するように、下封止用金属薄板２６上に配置される。この積層体２４の上に上封止用金属薄板２５が配置される。上封止用金属薄板２５は、その各貫通孔４１に下封止用金属薄板２６と一体の支柱４２の先端の径小部４２ｂが挿入されるように、積層体２４上に配置される。

そして、本実施の形態では、上下に封止用金属薄板２５及び２６を配置した積層体２４が、この状態で真空中で加圧、加熱により拡散接合で一体化され、気密的、液密的に封止される。支柱４２は、その先端の段差面が上封止用金属薄板２５の裏面に当接した状態で、上封止用金属薄板と拡散接合される。同時に積層体２４内の密閉空間内の側壁面に形成された、後述する溝内に、初期状態の減圧下で冷媒となる液体が封入され、熱拡散装置２１が構成される。

第１実施の形態に係る熱拡散装置２１は、図１における密閉空間４５内の周辺部２８において、その側壁面に図６に示すように、第１及び第２の金属薄膜２２及び２３の寸法差Δｗにより、急峻な壁面を有する溝４４が形成される。つまり、溝断面で見ると奥壁面に対して直角の上下壁面を有するコ字型の溝４４が形成される。また、密閉空間４５内の中央部２７においては、その側壁面に図７Ａ，Ｂに示すように、第１及び第２の金属薄膜２２及び２３の寸法差Δｗにより、急峻な壁面を有する溝４４が形成される。つまり、溝断面で見ると奥壁面に対して直角の上下壁面を有するコ字型の溝４４が形成される。この中央部２７では、溝４４は上面から見て鎖線２９で示すように、中央部２７の星型に沿って形成される。

一方、第２の金属薄膜２３を挟んで上下に配置された第１の金属薄膜２２においては、その上下の放射部３３［３３１〜３３４］間に、毛細管作用を有する間隔の狭い還流液（後述する）の流路５１が形成される。また、第１の金属薄膜２２を挟んで上下に配置された第２の金属薄膜２３においては、その上下の放射部３８［３８１〜３８４］間に、同様に毛細管作用を有する間隔の狭い還流液の流路５２が形成される（図８参照）。

冷媒となる液体としては、例えば水（純水）を用いることが好ましい。図１１に示すように、溝４４の溝幅ｔ１（つまり第２の金属薄板２３の板厚に相当）、及び深さΔｗは、冷媒に応じて自由に設定できる。例えば、溝幅ｔ１は、冷媒に水を用いた場合、２０μｍ〜１００μｍが最適であるが、冷媒の表面張力によっては、必ずしもこの値に限らない。

次に、具体的に熱拡散装置２１内へ液体を封入する作業について、図９及び図１０を参照して説明する。図９に示すように、拡散接合で一体化した熱拡散装置に対して、予め対角線上の例えば相対向する隅部にそれぞれ液体供給部５４と液体・気体排出部５５が設けられる。液体供給部５４と液体・気体排出部５５は、図１０Ａ，Ｂに示すように、同じ構造を有して形成される。液体供給部５４、液体・気体排出部５５は、積層体２４の最上層の第１の金属薄膜２２に、例えば２か所に密閉空間４５に連通する切欠部５６ａ，５６ｂを形成し、上封止用金属薄板２５に、その下面に切欠部５６ａ，５６ｂと両端が連通する溝５７を形成すると共に、この溝５７から外部に通じる貫通孔５８を形成して構成される。

上封止用金属薄板２５、積層体２４及び下封止用金属薄板２６を、前述のようにして積層配置し拡散接合して封止状態とした後、一方の液体供給部５４の貫通孔５８から溝５７及び切欠部５６ａ，５６ｂを通じて密閉空間４５内に液体、例えば水を供給する。液体は密閉空間４５内を満たすように供給することができる。この状態で、一旦液体供給部５４における溝５７の貫通孔５８を挟む両脇を例えばかしめ加工などにより押し潰して、液体供給部８１を封止する。次いで、他方の液体・気体排出部５５の貫通孔５８から密閉空間４５内の液体を吸引排出すると共に、排気し、密閉空間４５内が減圧状態で、密閉空間の壁面の溝４４内に一部液体が残存するようになす。この状態で、液体・気体排出部５５における溝５７の貫通孔５８を挟む両脇を例えばかしめ加工などにより押し潰して、液体・気体排出部８２を封止する。図１０Ａの符号５９はかしめ位置を示す。この工程終了で、第１実施の形態の熱拡散装置２１が完成する。

次に、第１実施の形態に係る熱拡散装置２１の動作を説明する。先ず、熱拡散装置２１においては、密閉空間の壁面に形成された溝４４は、図１１に示すように、垂直壁面を有する断面四角形状の理想的な溝形状となる。この溝４４内に冷媒となる水１００が封入された場合、壁面４４ａに対する水１００の接触角θは、４０°以下（θ＜４０°）となる。水１００の接触角θが小さくなるので、水１００は、開口側の薄く張り付いている部分１０１で蒸発し易い状態になる。

熱拡散装置２１では、その中央部２７に熱源が配置される。いわゆる点熱源が配置される。熱拡散装置２１の周辺部２８は排熱部、すなわち冷却部として作用する。熱源により熱拡散装置２１の中央部２７が熱せられると、中央部２７に対応する部分の溝４４内の水１００が蒸発し、蒸気となって広い密閉空間４５（図１参照）に放射され周辺部２８側に瞬時に飛散する。蒸気は周辺部２８で冷やされ（すなわち蒸気熱が他端部の排熱部で排熱され）凝縮されて水に戻る。戻った水は周辺部２８の溝４４に入る。図１１で示す断面四角形状の溝４４の幅ｔ１が２０μｍ〜１００μｍ程度に形成されると、線状の溝４４に入った水は毛細管作用により溝４４内に広がる。従って、周辺部２８の溝４４に入った還流液となる水は、溝４４を通り、還流路として構成された放射部３３及び３３間、放射部３８及び３８間の隙間を毛細管作用により流れ、中央部２７の溝４４に還流される。この放射部３３及び３３間、放射部３８及び３８間の狭い空間は、水を広く拡散する所謂ウィックの働きがある。

この熱拡散装置２１によれば、上記水の蒸発、凝縮、還流が繰り返されることにより、中央部の点で熱せられた熱は、周辺に至る全域に拡散され、所要の温度以上に熱せられることがない。従って、熱源での温度上昇を抑制することができる。

図１２〜図１７に、本発明に係る熱拡散装置及びその製造方法の第２実施の形態を示す。本実施の形態に係る熱拡散装置６１は、図１２及び図１３に示すように、上から見てそれぞれ輪郭形状が短辺より長辺が十分に長い長方形を成した、第１の金属薄板６２及びこの第１の金属薄板６２との間で寸法差を有する第２の金属薄板６３とを交互に積層した積層体６４と、積層体６４の上下を封止する封止用金属薄板６５、６６とを有して構成される。第１、第２の金属薄板６２、６３は均一な膜厚の薄板で形成される。上下の封止用金属薄板６５、６６も均一な膜厚の薄板で形成される。

第１の金属薄板６２は、図１４Ａ〜Ｃに示すように、長辺方向に沿って延長された細長い開口６８が複数個、短辺方向に並列して形成されたパターンに形成される。周辺部６７は、その長辺側の幅が所要の幅ｗ３に選定され、その短辺側の幅が所要の幅ｗ４に選定される。この場合、周辺部６７の全周囲にわたり同じ幅とするときは、幅ｗ３＝幅ｗ４となる。各開口６８を仕切る仕切り部６９の幅は所要の幅ｗ５に選定される。なお、周辺部６７における短辺の両側のそれぞれの幅、長辺の両側のそれぞれの幅は、必要に応じて適当な幅に選定することもできる。第１の金属薄板６２は、１枚の金属薄板をプレス加工して形成することができる。

第２の金属薄板６３は、図１５Ａ〜Ｃに示すように、第１の金属薄板６２の細長い開口６８に対応する位置に、同様に長辺方向に沿って延長された細長い開口７１が複数個、短辺方向に並列して形成されたパターンに形成される。この第２の金属薄板６３は、第１の金属薄板６２と全体的にはパターン形状が類似ではあるも、パターン寸法が異なり、正確には第１の金属薄板６２と異なるパターンを有する。

すなわち、第２の金属薄板６３は、その周辺部７２、仕切り部７３の幅が第１の金属薄板６２の周辺部６７、仕切り部６９の幅より小さく形成されており、第１の金属薄板６２との間で寸法差を有して構成される。

図１５Ａ〜Ｃで示すように、第２の金属薄板６３において、周辺部７２は、その長辺側の幅が第１の金属薄板６２の幅ｗ３より小さい所要の幅ｗ６（ｗ３＞ｗ６）に選定され、その短辺側の幅が第１の金属薄板６２の幅ｗ４より小さい所要の幅ｗ７（ｗ４＞ｗ７）に選定される。この場合、周辺部７２の全周囲にわたり同じ幅とするときは、幅ｗ６＝幅ｗ７となる。各開口７１を仕切る仕切り部７３の幅は第１の金属薄板６２の幅ｗ５より小さい所要の幅ｗ８（ｗ５＞ｗ８）に選定される。なお、周辺部７２における短辺の両側のそれぞれの幅、長辺の両側のそれぞれの幅は、必要に応じて適当な幅に選定することもできる。第２の金属薄板６３は、１枚の金属薄板をプレス加工して形成することができる。

第１及び第２の金属薄板６２及び６３は、その周囲部６７及び７２の長辺側の幅ｗ３，ｗ６が異なり、短辺側の幅ｗ４，ｗ７が異なり、仕切り部６９、７３の幅ｗ５，ｗ８が異なることから、積層したときに内側では、細長い開口６９、７１の側壁面において、寸法差Δｗ＝ｗ３−ｗ６、Δｗ＝ｗ４−ｗ７、Δｗ＝ｗ５−ｗ８が生じるようになる。つまり、細長い開口の壁面全周囲にわたり同じ寸法差Δｗが生じる。

上封止用金属薄板６５は、図１６に示すように、第１、第２の金属薄板６２、６３と同じ大きさの輪郭形状を有する長方形の薄板で形成される。上封止用金属薄板６５は、１枚の金属薄板をプレス加工して形成することができる。

下封止用金属薄板６６は、図１７Ａ，Ｂに示すように、第１、第２の金属薄板６２、６３と同じ大きさの輪郭形状を有する長方形の薄板からなり、その上面の長方形の両端側において、上記した第１、第２の金属薄板６２、６３の開口６８、７１に連通するような複数本の横溝７５有して形成される。下封止用金属薄板６６は、１枚の金属薄板をプレス加工して形成することができる。

第１及び第２の金属薄板６２及び６３、上下の封止用金属薄板６５及び６６は、拡散接合できる金属、例えば銅、ベリリウム銅などの金属、本例では銅を用いて形成される。

本実施の形態では、第１の金属薄板６２と第２の金属薄板６３とを、最上層及び最下層が第１の金属薄板６２となるように、交互に複数枚、例えば２１枚積層して積層体６４を形成し、この積層体６４の上下に封止用金属薄板６５及び封止用金属薄板６６を配置する。そして、これら上封止用金属薄板６５、積層体６４及び下封止用金属薄板６６は、真空中で加圧、加熱により拡散接合で一体化され、気密的、液密的に封止される。同時に積層体６４内の開口６８、７１による密閉空間７７の側壁面に形成された、後述する溝内に、初期状態の減圧下で冷媒となる液体を封入され、熱拡散装置６１が構成される。

第２実施の形態に係る熱拡散装置６１は、図１２における細長い開口で形成された各密閉空間７７の側壁面にわたり、第１及び第２の金属薄膜６２及び６３の寸法差Δｗにより、急峻な壁面を有する溝７８（図１３Ａ，Ｂ参照）が形成される。この溝７８は、各密閉空間７７の全周囲に連続した環状に形成され、第１実施の形態と同様に、溝断面で見ると奥壁面に対して直角の上下壁面を有するコ字型に形成される。

冷媒となる液体としては、前述と同様に、例えば水（純水）を用いることが好ましい。

次に、具体的に熱拡散装置６１内へ液体を封入する作業について、図１８〜図２０を参照して説明する。本実施の形態においては、拡散接合で一体化した熱拡散装置６１に対して、予め長手方向の一端部側に液体供給部８１が設けられ、他端部側に液体・気体排出部８２が設けられる。液体供給部８１と液体・気体排出部８２は同じ構造を有して構成される。液体供給部８１及び液体・気体排出部８２は、図１８示すように、積層体６４の最上層の第１の金属薄板６２に、例えば２か所に密閉空間７７に連通する切欠部８３ａ，８３ｂを形成し、上封止用金属薄板６５に、その下面に切欠部８３ａ，８３ｂに両端が連通する溝８４を形成すると共に、この溝８４から外部に通じる貫通孔８５を形成して構成される。

上封止用金属薄板６５、積層体６４及び下封止用金属薄板６６を、前述のようにして積層配置し拡散接合して封止状態とした後、一方の液体供給部８１の貫通孔８５から溝８４及び切欠部８３ａ，８３ｂを通じて密閉空間７７内に液体、例えば水を供給する。水は、下封止用金属薄板の内面に形成された横溝７５を通じて、仕切り部６８、７３で仕切られた各密閉空間７７（図１２参照）内の全てに供給される。水は、全ての密閉空間７７内を満たすように供給することができる。この状態で、一旦、液体供給部８１における溝８４の貫通孔８５を両脇を例えばかしめ加工などにより押し潰して、液体供給部８１を封止する。次いで、他方の液体・気体排出部８２の貫通孔８５から密閉空間７７内の液体を吸引排出すると共に、排気し、密閉空間７７内が減圧状態で、密閉空間７７の壁面全周の溝７８内に一部液体が残存するようになす。この状態で、液体・気体排出部８２における溝８４の貫通孔８５を挟む両脇を例えばかしめ加工などで押し潰して、液体・気体排出部８２を封止する。図２０の符号８９は、かしめ位置を示す。この工程終了で、第２実施の形態の熱拡散装置６１が完成する。

次に、第２実施の形態に係る熱拡散装置６１の動作を説明する。熱拡散装置６１においては、各並列して構成された複数の密閉空間７７の側壁面全周に形成された溝７８は、図１１で説明したと同様に、垂直壁面を有する断面四角形状の理想的な溝形状となる。この溝７８に冷媒となる例えば水１００がみたされた場合、溝壁面に対する水の接触角θは４０°以下（θ＜４０°）となる（図１１参照）。前述と同様に、水１００の接触角θが小さくなるので、水１００は、開口側の薄く張り付いている部分で蒸発し易い状態になる。

第２実施の形態の熱拡散装置６１では、その一端側に熱源が配置される。熱拡散装置６１の他端側は排熱部、すなわち冷却部として作用する。また、直線状の密閉空間７７が気相流路となり、側壁面の溝７８が液相還流路になる。熱源により熱拡散装置６１の一端部が熱せられると、一端部側に対応する溝７８内の水が蒸発し、蒸気となって広い各密閉空間７７に放射され他端側に瞬時に飛散する。蒸気は他端の冷却部で冷やされ（すなわち蒸気熱が他端の排熱部で排熱され）凝縮されて水に戻る。戻った水は他端部の溝７８に入る。断面四角形状の溝７８の幅が２０μｍ〜１００μｍ程度に形成されると、溝７８に入った水は、毛細管作用により短辺より長辺の溝７８内に広がり、長辺の溝７８で構成された還流路を通じて一端部の溝７８に還流される。

この熱拡散装置６１によれば、上記水の蒸発、凝縮、還流が繰り返されることにより、一端部で熱せられた熱は、他端部に至る全域に拡散され、熱拡散装置６１は所要の温度以上に熱せられることがない。従って、熱源での温度上昇を抑制することができる。

拡散装置６１は、第１及び第２の金属薄板を交互に積層してなる積層構造により、壁面が急峻な溝７８を形成することができる。この溝７８は、水を広く拡散するウィックの機能を有する。溝７８によるウィック構造は、エッチングや機械加工に比べて壁面が急峻に立ち上がるため、液体の接触角θが小さく取れることで熱輸送容量も大きく取れる。

上述した本発明の実施の形態に係る熱拡散装置は、例えば電子機器における発熱の抑制に適用することができる。例えばパーソナルコンピュータにおける中央処理装置（ＣＰＵ）の発熱、プロジェクタにおける発光ダイオードの発熱の抑制に適用して好適である。

Ａ，Ｂ 本発明に係る熱拡散装置の第１実施の形態を示す一部破断した平面図及び側面図である。 Ａ，Ｂ 第１実施の形態の上封止用金属薄板の平面図及びそのａ−ａ線上の断面図である。 Ａ，Ｂ 第１実施の形態の第１の金属薄板の平面図及びそのａ−ａ線上の断面図である。 Ａ，Ｂ 第１実施の形態の第２の金属薄板の平面図及びそのａ−ａ線上の断面図である。 Ａ，Ｂ 第１実施の形態の下封止用金属薄板の平面図及びそのａ−ａ線上の断面図である。 第１実施の形態の熱拡散装置における周辺部の拡大断面図である。 Ａ，Ｂ 第１実施の形態の熱拡散装置における中央部の拡大断面図及び拡大平面図である。 第１実施の形態の熱拡散装置における放射部の斜視図である。 第１実施の形態の熱拡散装置の液体供給部及び液体・気体排出部を含む一部破断した平面図である。 Ａ，Ｂ 液体供給部及び液体・気体排出部の一例を示す分解斜視図及びそのＸ−Ｘ線上の断面図である。 本発明で形成された壁面が急峻な溝と封止された液体の関係を示す要部の断面図である。 本発明に係る熱拡散装置の第２実施の形態を示す一部破断した平面図である。 Ａ，Ｂ 図１２のＡ−Ａ線上の断面図及びＢ−Ｂ線上の断面図である。 Ａ，Ｂ及びＣ 第２実施の形態の第１の金属薄板の斜視図、Ａ−Ａ線上の断面図及びＢ−Ｂ線上の断面図である。 Ａ，Ｂ及びＣ 第２実施の形態の第２の金属薄板の斜視図、Ａ−Ａ線上の断面図及びＢ−Ｂ線上の断面図である。 第２実施の形態の上封止用金属薄板の斜視図である。 Ａ，Ｂ 第２実施の形態の下封止用金属薄板の斜視図及びＤ−Ｄ線上の断面図である。 第２実施の形態の熱拡散装置における液体供給部及び液体・気体排出部の一例を示す要部の分解斜視図である。 第２実施の形態の熱拡散装置における液体供給部及び液体・気体排出部の要部の断面図である。 第２実施の形態の熱拡散装置における液体供給部及び液体・気体排出部の封止後の要部の斜視図である。 Ａ，Ｂ 比較例の熱拡散装置の一部破断した斜視図及びＡ−Ａ線上の断面図である。 理想の溝形状を示す断面図である。 従来例のヒートパイプを示す一部断面とする斜視図である。

符号の説明

２１、６１・・熱拡散装置、２２・・第１の金属薄板、２３・・第２の金属薄板、２４・・積層体、２５、２６・・上下の封止用金属薄板、２７・・中央部、２８・・周辺部、３２、３７・・周辺部、３３〔３３１〜３３４〕、３８〔３８１〜３８４〕・・放射部、３１、３６・・中央部、３５、３９、４１・・貫通孔、４２・・支柱、４４・・溝、４４ａ・・溝壁面、４５、７７・・密閉空間、５１、５２・・還流路、５４・・液体供給部、５５・・液体・気体排出部、５６ａ，５６ｂ・・切欠き部、５７・・溝、５８・・貫通孔、５９・・かしめ位置、６２・・第１の金属薄板、６３・・第２の金属薄板、６５、６６・・上下の封止用金属薄板、６７、７２・・周辺部、６８、７１・・長方形の開口、６９、７３・・仕切り部、７５・・溝、７８・・溝、８１・・液体供給部、８２・・液体・気体排出部、８３ａ，８３ｂ・・切欠き部、８４・・溝、８５・・貫通孔、８９・・かしめ位置、１００・・水

Claims (10)

1. 寸法差を有する第１及び第２の金属薄板が交互に積層され、上下の封止用金属薄板と共に内部に密閉空間が形成されるように拡散接合され、
   前記密閉空間の壁面に、前記第１及び第２の金属薄板の寸法差により急峻な壁面を有する溝が形成され、
   初期状態の減圧下で前記溝内に液体が封止されて成る
   ことを特徴とする熱拡散装置。
2. 前記密閉空間が長方形に形成され、
   前記溝が、前記密閉空間の全周囲にわたって連通するように形成され、
   前記密閉空間の長手方向の一端部側が蒸発部となり、他端部側が排熱部として構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の熱拡散装置。
3. 前記長方形の密閉空間が複数個、並列して形成されて成る
   ことを特徴とする請求項２記載の熱拡散装置。
4. 前記第１及び第２の金属薄板が、それぞれ中央部から周辺部に連絡する複数の放射部を有し、
   前記第１及び第２の金属薄板の放射部パターンが異なり、
   一方の前記金属薄板を挟んで積層された他方の前記金属板の放射部間で還流液の流路が形成され、
   前記中央部が蒸発部となり、前記周辺部が排熱部として構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の熱拡散装置。
5. 前記第１及び第２の金属薄板及び前記封止用金属薄板が、同材質で形成されて成る
   ことを特徴とする請求項１記載の熱拡散装置。
6. 寸法差を有する第１及び第２の金属薄板を交互に積層し、上下に封止用金属薄板を配置する工程と、
   前記第１、第２の金属薄板と前記封止用金属薄板とを拡散接合して一体の積層体を形成し、該積層体の内部に密閉空間を形成すると共に、前記密閉空間の壁面に、前記第１及び第２の金属薄板の寸法差により急峻な壁面を有する溝を形成する工程と、
   前記密閉空間内を減圧した初期状態で前記溝内に液体を封入する工程を有する
   ことを特徴とする熱拡散装置の製造方法。
7. 前記第１及び第２の金属薄膜として、互いに長方形の開口を有し、且つ前記開口の周辺部の幅に寸法差を有する薄板を用い、
   上下の封止用金属薄板は、前記開口を塞ぐ面積を有する薄板を用い、
   前記開口による密閉空間の全周囲にわたって連通する前記溝を形成する
   ことを特徴とする請求項６記載の熱拡散装置の製造方法。
8. 前記第１及び第２の金属薄板として、互いに長方形の開口を複数個、並列して有する薄板を用いる
   ことを特徴とする請求項７記載の熱拡散装置の製造方法。
9. 前記第１及び第２の金属薄板として、中央部から周辺部に連絡する複数の放射部が形成され、該放射部間に開口を有し、互いに前記放射部のパターンを異にした薄板を用い、
   前記開口により密閉空間を形成し、
   前記中央部と前記周辺部に前記溝を形成する
   ことを特徴とする請求項６記載の熱拡散装置の製造方法。
10. 前記第１及び第２の金属薄板と前記封止用金属薄板を、同材質の薄板で形成する
    ことを特徴とする請求項６記載の熱拡散装置。

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