WO2016151916A1 - シート型ヒートパイプ - Google Patents

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WO2016151916A1
WO2016151916A1 PCT/JP2015/080027 JP2015080027W WO2016151916A1 WO 2016151916 A1 WO2016151916 A1 WO 2016151916A1 JP 2015080027 W JP2015080027 W JP 2015080027W WO 2016151916 A1 WO2016151916 A1 WO 2016151916A1
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sheet
metal sheet
heat pipe
metal
type heat
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拓生 若岡
岸本　敦司
三浦　忠将
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a sheet-type heat pipe and a thin heat sink using the sheet-type heat pipe.
  • a heat pipe (or vapor chamber) can be cited as a heat countermeasure member having a high heat transport capability.
  • the overall heat conductivity of the heat pipe is about several to several tens of times that of a metal such as copper or aluminum.
  • Patent Document 1 proposes a heat sink with a built-in heat pipe.
  • a groove is formed in the plate member of the main body portion of the heat radiating portion or the heat conducting member covered from above, and a heat pipe is installed in the groove portion.
  • the plate material, the heat pipe, and the heat conducting member are joined by a joining member such as solder.
  • Patent Document 2 proposes a cooling structure for a portable electronic device with a high heat dissipation and a thin shape using a heat pipe.
  • a heat pipe that is crushed and flattened in the thickness direction is installed on a heat radiating plate, and one end of the heat pipe is arranged at a position to receive heat from a heat-generating component.
  • the heat generating component is covered with a shield plate, and the plate has a stepped portion bent toward the substrate side so as to be lower than the thickness of the heat generating component at a position deviated in the width direction or length direction of the heat generating component.
  • One end of the flat heat pipe is sandwiched between the stepped portion and the heat radiating plate.
  • the heat sink having a flat heat pipe described in Patent Document 2 also has a thickness limitation because it is necessary to provide a groove for sandwiching the heat pipe in the shield case. Furthermore, the heat countermeasure member of Patent Document 2 is required to have a function as an electromagnetic wave shield for noise removal and a function to increase the mechanical strength of the housing, but if each member is thinned to reduce the thickness, There is a possibility that the above functions cannot be sufficiently exhibited. Further, since the flat heat pipe described in Patent Document 2 is crushed and flattened after producing a round pipe, the thickness of the pipe cannot be easily changed.
  • An object of the present invention is to provide a thin heat countermeasure member such as a heat pipe or a heat sink. Moreover, it aims at providing the heat sink using this heat pipe.
  • the present inventors have used the sheet-type heat pipe in which a wick and a working fluid are sealed in a sheet-like container formed by joining metal sheets. The inventors have found that the problem can be solved and have reached the present invention.
  • a sheet-like container A wick enclosed in a container; A sheet-type heat pipe having a working fluid sealed in a container,
  • the sheet-like container is composed of a first metal sheet and a second metal sheet, A part of the first metal sheet and the second metal sheet are joined so as to form a sealed space in an overlapped state,
  • a sheet-type heat pipe is provided in which the thickness of the sheet-like container is 0.5 mm or less.
  • a metal plate A thin heat radiating plate is provided that includes the sheet-type heat pipe disposed on the metal plate so that the main surface of the metal plate and the second metal sheet are in close contact with each other.
  • a metal plate A thin heat sink having a sheet-type heat pipe disposed on a metal plate,
  • the sheet-type heat pipe is A sheet-like container;
  • a hydraulic fluid enclosed in a container The sheet-like container is composed of a first metal sheet and a second metal sheet, The first metal sheet and the second metal sheet are partly joined to form a sealed space in an overlaid state,
  • a thin heat radiating plate is provided in which the second metal sheet is integrated with the metal plate or the metal plate also serves as the second metal sheet.
  • an electronic device comprising the sheet type heat pipe or the thin heat sink.
  • a heat countermeasure member that can be suitably used for a small electronic device.
  • the sheet-type heat pipe and the cooling plate using the sheet-type heat pipe of the present invention have a high degree of design freedom such as the thickness of the container wall, and can have various functions in addition to the cooling function.
  • FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of a sheet-type heat pipe 1a in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of a sheet-type heat pipe 1b according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 schematically shows a cross-sectional view of a sheet-type heat pipe 1c according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 schematically shows a cross-sectional view of a sheet-type heat pipe 1d according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 schematically shows a cross-sectional view of a sheet-type heat pipe 1e according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 schematically shows a cross-sectional view of a sheet-type heat pipe 1f according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 schematically shows a cross-sectional view of the thin heat sink 11a in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 schematically shows a cross-sectional view of a thin heat sink 11b in another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 schematically shows a cross-sectional view of a thin heat sink 11c according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 schematically shows a cross-sectional view of a thin heat sink 11d according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 schematically shows a cross-sectional view of a thin heat sink 11e according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 schematically shows a cross-sectional view of a thin heat sink 11f according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 schematically shows a cross-sectional view of a thin heat sink 11g according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 schematically shows a cross-sectional view of a thin heat sink 11k according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 schematically shows a cross-sectional view of a thin heat sink 11m according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 schematically shows an installation example of the heat sink of the present invention in an electronic component.
  • FIG. 17 schematically shows another installation example of the heat sink of the present invention in an electronic component.
  • the “heat pipe” means a device having a container, a working fluid sealed in the container, and a wick, and capable of transporting heat from the evaporation section to the cooling section.
  • the working fluid absorbs heat in the evaporation section and evaporates, and the working fluid that has become a gas phase moves to the cooling section, releases heat in the cooling section, condenses, and becomes a liquid phase. This is performed by a cycle in which the working fluid moves again to the evaporation section.
  • the container has a part, for example, a peripheral part joined so that a sealed space is formed inside the first metal sheet and the second metal sheet in an overlapped state.
  • the first metal sheet and the second metal sheet need not overlap so as to completely coincide with each other, but may overlap as long as a sufficient space can be secured to enclose the wick and the working fluid.
  • the material constituting the first metal sheet and the second metal sheet is not particularly limited, and examples thereof include copper, aluminum, titanium, nickel, silver, and alloys thereof.
  • the material constituting the first metal sheet is different from the material constituting the second metal sheet.
  • the above functions are not particularly limited, and examples thereof include a strength improving function, a rigidity improving function, a heat conduction function, and an electromagnetic wave shielding function.
  • the material constituting one metal sheet may have a higher thermal conductivity than the material constituting the other metal sheet.
  • Examples of the material having high thermal conductivity include copper, silver and the like, or alloys thereof.
  • the material constituting one metal sheet may be harder than the material constituting the other metal sheet.
  • Examples of materials with high hardness include titanium and aluminum alloys.
  • the thickness of the first metal sheet and the second metal sheet may be 0.018 mm or more and 0.38 mm or less, preferably 0.018 mm or more and 0.18 mm or less.
  • the thickness of the first metal sheet and the second metal sheet may be the same or different.
  • the first metal sheet and the second metal sheet have different thicknesses. By making both thickness different, one function can be obtained with one metal sheet and the other function can be obtained with the other metal sheet.
  • a thicker metal sheet may have a higher electromagnetic shielding function, a strength improving function, and a rigidity improving function.
  • a thinner metal sheet may have a more efficient heat transfer function in the thickness direction.
  • the first metal sheet and the second metal sheet may have a thick part and a thin part. That is, in one metal sheet, a thicker part (thick part) and a thinner part (thin part) can exist. Thus, in one metal sheet, a plurality of functions can be exhibited in one metal sheet by changing the thickness.
  • both the first metal sheet and the second metal sheet may have a thick part and a thin part, and only one of them has a thick part and a thin part, and the other May have a certain thickness.
  • the sheet heat pipe of the present invention can have various functions in various combinations by combining the thicknesses and materials of the first metal sheet and the second metal sheet.
  • the hydraulic fluid enclosed in the container of the sheet-type heat pipe of the present invention is not particularly limited as long as it can cause a gas-liquid phase change in the environment in the container.
  • water, alcohols, alternative chlorofluorocarbons Etc. can be used.
  • the hydraulic fluid is an aqueous compound, preferably water.
  • the wick enclosed in the container of the sheet type heat pipe of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include those having a structure capable of moving the hydraulic fluid by capillary pressure.
  • a structure that can move the working fluid by capillary pressure is referred to as a capillary structure, for example, a fine structure having irregularities such as pores, grooves, and protrusions, such as a porous structure, a fiber structure, and a groove structure.
  • a network structure for example, a fine structure having irregularities such as pores, grooves, and protrusions, such as a porous structure, a fiber structure, and a groove structure.
  • the installation location of the wick is not particularly limited, but it is preferable that the wick is installed continuously from the evaporation section to the condensation section inside the container.
  • the wick may be installed on one inner wall surface, or may be installed on all inner wall surfaces.
  • the wick may be molded integrally with the container, may be obtained by processing the inner wall surface of the container, or a separately prepared wick may be attached to the inner wall surface of the container.
  • the capillary structure of Wick is not particularly limited, and may be a known structure used in conventional heat pipes and vapor chambers.
  • the wick may be an aggregate of grooves, irregularities or protrusions formed on the inner wall surface of the container at a predetermined interval, or may be a sintered metal, a sintered ceramic, or a fiber.
  • the sheet-like heat pipe of the present invention has a porous body disposed on the wick.
  • the porous body may have an average pore size of 100 nm or less.
  • the average pore diameter of the porous body is preferably 0.3 nm or more and 100 nm or less, more preferably 0.3 nm or more and 50 nm or less, and further preferably 0.3 nm or more and 20 nm or less.
  • the porous body can hold more hydraulic fluid and the capillary pressure increases.
  • the average pore diameter of the porous body can be measured by a gas adsorption method. Specifically, the gas distribution is physically adsorbed on the pore surface, and the pore distribution can be measured from the relationship between the adsorption amount and the relative pressure.
  • the gas nitrogen is used when the pore diameter is 0.7 nm or more, and argon is used when the pore diameter is less than 0.7 nm.
  • the porous body may have a specific surface area of 100 m 2 / g or more.
  • the specific surface area of the porous body is preferably 100 m 2 / g or more and 20,000 m 2 / g or less, more preferably 500 m 2 / g or more and 15,000 m 2 / g or less, and further preferably 1,000 m 2 / g or more. It can be 10,000 m 2 / g or less.
  • the porous body can hold more hydraulic fluid.
  • the specific surface area of the porous body can be measured by a gas adsorption method.
  • the gas can be physically adsorbed on the pore surface and converted from a calculation formula such as the BET method from the relationship between the adsorbed amount and the relative pressure.
  • nitrogen is used when the pore diameter is 0.7 nm or more, and argon is used when the pore diameter is less than 0.7 nm.
  • the porous body may have a hydraulic fluid retention of 5% by volume or more, preferably 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more.
  • a hydraulic fluid retention rate By having a larger hydraulic fluid retention rate, the porous body can hold more hydraulic fluid. By increasing this retention rate, the sheet-type heat pipe of the present invention can achieve a higher amount of heat transport.
  • the hydraulic fluid retention rate means the ratio (volume%) of the hydraulic fluid that is adsorbed to the porous body with respect to the volume of the porous body.
  • the retention rate of the hydraulic fluid is calculated from the weight change rate and the density of the porous body by measuring the weight change rate (decrease rate) when the porous body is heated from 40 ° C. to 160 ° C. by thermogravimetry. Can do.
  • the porous body is not particularly limited, but may be, for example, zeolite or a porous metal complex.
  • Other examples include carbon-based materials such as mesoporous silica and activated carbon, and diatomaceous earth.
  • the zeolite is not particularly limited as long as it has the above-described pore diameter, specific surface area, or hydraulic fluid retention, and can be appropriately selected according to desired performance.
  • Zeolite that can be used in a typical present invention includes, for example, IZA standard FAU type, LTA type, AFI type, MFI type, MOR type, AEL type, CHA type, BEA type, LTL type, and the like.
  • the porous metal complex means a porous material composed of metal ions and organic ligands. Porous metal complexes are well known to those skilled in the art and are also referred to as porous coordination polymers (PCP) or metal organic structures (MOF).
  • PCP porous coordination polymers
  • MOF metal organic structures
  • the porous metal complex used in the present invention is not particularly limited as long as it has the above-described pore diameter, specific surface area or hydraulic fluid retention, and can be appropriately selected according to desired performance.
  • Typical porous metal complexes that can be used in the present invention include MIL, ZIF, MOF, HKUST-1, JAST-1, and the like.
  • the porous body is preferably hydrophilic.
  • a hydrophilic porous body when a hydrophilic working fluid such as water is used, the capillary pressure increases and the amount of heat transport can be increased.
  • the desorption temperature of the hydraulic fluid varies depending on the type of porous body. Therefore, the operating temperature of the sheet-type heat pipe of the present invention can be controlled by adjusting the type and amount of the porous body disposed on the wick.
  • porous body absorbs and releases energy when adsorbing and desorbing water, heat can be transported more efficiently by using this adsorption and desorption energy.
  • the sheet-type heat pipe operates with only the latent heat of the hydraulic fluid to transport heat at a low temperature, and uses the adsorption / desorption energy of the porous body in addition to the latent heat of the hydraulic fluid at a high temperature. Heat can be transported.
  • the method of disposing the porous body on the wick is not particularly limited, and examples thereof include a method of forming a porous film by coating or binding a fine powder of the porous body on the wick.
  • the zeolite can be disposed on the wick by immersing the wick in a slurry containing zeolite and a low-melting glass, pulling up and heating.
  • the wick is immersed in a solution containing the metal ions and organic ligands that are the raw materials of the porous metal complex, heated and dried, so that the porous material is porous on the wick.
  • Metal complexes can be formed.
  • the thickness of the sheet type heat pipe of the present invention may be 0.5 mm or less, preferably 0.05 mm or more and 0.50 mm or less.
  • a thinner heat countermeasure member can be obtained.
  • strength of a sheet type heat pipe can be more easily ensured by the thickness of a sheet type heat pipe being 0.05 mm or more.
  • the thickness of the sheet type heat pipe is more preferably 0.15 mm or more and 0.30 mm or less.
  • the container is a support member for holding the space of the container so as not to be crushed, a member for assisting the movement of the gas-phase hydraulic fluid and the liquid-phase hydraulic fluid, for example, an inner wall that separates the movement space between the two May be included.
  • the sheet heat pipe of the present invention may have a resin portion on the first metal sheet and / or the second metal sheet.
  • the resin portion exists only on either the first metal sheet or the second metal sheet.
  • the resin portion is present on the first metal sheet and the second metal sheet.
  • the resin portion may be present at any position of the first metal sheet and the second metal sheet, and may cover the entire first metal sheet and the second metal sheet or may cover only a part thereof. May be. Moreover, the resin part on a 1st metal sheet and a 2nd metal sheet may exist in the position which mutually opposes, or may exist in the position which does not oppose.
  • the resin constituting the resin part is not particularly limited, and examples thereof include silicone resins, epoxy resins, ethylene / vinyl acetate today (EVA), chlorinated polyethylene (CPE), urethane resins, and polyimide resins.
  • the resin portion may include other materials.
  • Various functions can be given to the sheet type heat pipe of the present invention by including other materials in the resin portion.
  • Examples of other materials include an electromagnetic wave absorbing material (for example, magnetic filler), a heat storage material (for example, paraffin filler, vanadium oxide), and the like.
  • an electromagnetic wave absorbing material for example, magnetic filler
  • a heat storage material for example, paraffin filler, vanadium oxide
  • the sheet type heat pipe can obtain an electromagnetic noise shielding effect.
  • the temperature rise of a heat generating body can be delayed by using a thermal storage material.
  • the thermal conductivity of the resin part is lower than the thermal conductivity of the first metal sheet or the second metal sheet having the resin part.
  • the elastic modulus of the resin part is lower than the elastic modulus of the first metal sheet or the second metal sheet having the resin part.
  • the thickness of the resin part is preferably 0.5 mm or less, preferably 0.05 mm or more and 0.50 mm or less, more preferably 0.15 mm or more and 0.30 mm or less.
  • the resin part may be installed by applying a resin to the surface of the metal sheet, or a separately prepared resin sheet may be attached. Alternatively, a metal sheet provided with a resin portion in advance may be used.
  • the method for producing the sheet-type heat pipe of the present invention is not particularly limited as long as it is a method capable of obtaining the above configuration.
  • two metal sheets are overlapped and joined leaving an opening for enclosing the wick and the working fluid, the wick and working fluid are put into the container from the opening, and then the opening is sealed Can be obtained.
  • a wick may be arranged on one metal sheet, and then the other metal sheet may be overlapped to join a part, and a working fluid may be put in from the opening to seal.
  • the wick may be previously formed on the metal sheet.
  • the method for joining the first metal sheet and the second metal sheet is not particularly limited, and examples thereof include resistance welding, laser welding, ultrasonic joining, and joining using a brazing material including solder.
  • the sheet-type heat pipe of the present invention can have various functions according to the combination of the thickness, material, and resin part of the first metal sheet and the second metal sheet constituting the container.
  • the following sheet type heat pipe is mentioned as an embodiment of a sheet type heat pipe.
  • Embodiment 1 (FIG. 1): A sheet-type heat pipe 1a in which the first metal sheet 2 and the second metal sheet 3 have the same thickness.
  • the sheet type heat pipe 1a according to the aspect 1 has advantages such as no distinction between upper and lower sides and easy installation on an electronic component or the like.
  • a mode in which the thickness of the first metal sheet and the second metal sheet is different Aspect 2 (FIG. 2): Sheet-type heat pipe 1b in which one metal sheet (first metal sheet 2 in FIG. 2) is thicker than the other metal sheet (second metal sheet 3 in FIG. 2).
  • the sheet-type heat pipe 1b of the aspect 2 has advantages such as higher strength and rigidity, a higher noise removal function, and a higher electromagnetic wave shielding function by a thicker metal sheet.
  • a mode in which the first metal sheet and / or the second metal sheet has a thick part and a thin part Aspect 3 (FIG. 3): One metal sheet (first metal sheet 2 in FIG. 3) has a thick portion 4 and a thin portion 5, and the other metal sheet (second metal sheet 3 in FIG. 3).
  • the sheet-type heat pipe 1c of the aspect 3 has an advantage that a higher electromagnetic wave shielding function can be obtained by the thick part of the metal sheet, and heat can be more efficiently transferred between the container inside and the container outside by the thin part.
  • the sheet type heat pipe 1d according to the aspect 4 has an advantage that a higher electromagnetic wave shielding function can be obtained by the thick part of the metal sheet, and heat can be more efficiently transferred between the inside of the container and the outside of the container by the thin part. Have Moreover, the point which can give such a function to both surfaces of a heat pipe is also advantageous.
  • first metal sheet and / or second metal sheet have resin part
  • Aspect 5 (FIG. 5): Sheet-type heat pipe in which one metal sheet (first metal sheet 2 in FIG. 5) has resin part 6 1e.
  • the sheet-type heat pipe 1e according to the fifth aspect can have various functions depending on the resin portion on the metal sheet.
  • Aspect 6 (FIG. 6): A sheet-type heat pipe 1f in which the first metal sheet 2 and the second metal sheet 3 have the resin portion 6 and are arranged so as not to face each other. Since the sheet-type heat pipe 1f according to the sixth aspect includes a plurality of resin portions, the sheet-type heat pipe 1f may have various functions. In FIGS. 1 to 6, the wick and the hydraulic fluid are not shown for simplicity.
  • the thin heat sink of the present invention comprises a metal plate and the sheet-type heat pipe arranged on the metal plate so that the metal plate and the main surface of the second metal sheet are in close contact with each other.
  • the material constituting the metal plate is not particularly limited as long as it is a metal, and for example, copper, Al alloy, Mg alloy, titanium and the like are conceivable.
  • the thickness of the metal plate may be 1.0 mm or less, preferably 0.10 mm or more and 1.0 mm or less.
  • a thinner heat countermeasure member can be obtained.
  • strength of a thin heat sink can be more easily ensured by the thickness of a thin heat sink being 0.10 mm or more.
  • the thickness of the thin heat sink is more preferably 0.30 mm or more and 0.80 mm or less.
  • the metal plate may have a recess for installing the sheet type heat pipe.
  • the depth of the recess is appropriately set according to the thickness of the sheet-type heat pipe installed therein, and is, for example, 0.5 mm or less, preferably 0.05 mm or more and 0.50 mm or less, more preferably 0.15 mm or more and 0.00. It can be 30 mm or less.
  • the above-described sheet-type heat pipe of the present invention is disposed on the metal plate so that the main surfaces of the metal plate and the second metal sheet are in close contact with each other.
  • the metal plate has a recess, and a sheet-type heat pipe in the recess.
  • a sheet-type heat pipe in the recess.
  • the depth of the recess may be equal to or less than the thickness of the sheet type heat pipe, for example, less than the thickness of the sheet type heat pipe or the same as the thickness of the sheet type heat pipe.
  • the installation method of the metal plate and the sheet type heat pipe is not particularly limited, and a sheet type heat pipe prepared in advance may be installed on the metal plate, or the sheet type heat pipe is directly formed on the metal plate. May be installed.
  • the installation method is, for example, a method of joining using solder, a conductive adhesive, a heat conductive tape, a screw hole, a nail or the like, and mechanically fixing it. Methods and the like.
  • a sheet-type heat pipe directly on a metal plate for example, it can be formed as follows. First, the second metal sheet is arranged or formed on the metal plate, then the wick is arranged or formed, and the first metal sheet is covered from above, and the first metal sheet and the second metal sheet are sealed with the working fluid. After joining the working fluid and sealing the working fluid, the sealing port is closed and sealed.
  • the sheet type heat pipe on the metal plate in this way, the metal plate and the second metal sheet are integrated, and the sheet type heat pipe and the metal plate can be more closely attached. As a result, the efficiency of heat exchange between the sheet-type heat pipe and the heat sink can be increased, and the recessed space of the heat sink can be used effectively, so that the capacity of the container can be increased. it can.
  • the container is made from the metal plate and the first metal sheet by disposing the wick directly on the metal plate and joining the metal plate and the first metal sheet without arranging the second metal sheet. It may be formed. That is, in this aspect, the metal plate also serves as the second metal sheet. In this aspect, the capacity of the container can be further increased.
  • the present invention comprises a metal plate, A thin heat sink having a sheet-type heat pipe disposed on a metal plate,
  • the sheet-type heat pipe is A sheet-like container;
  • a hydraulic fluid enclosed in a container
  • the sheet-like container is composed of a first metal sheet and a second metal sheet, The first metal sheet and the second metal sheet are partly joined to form a sealed space in an overlaid state,
  • a thin heat sink wherein the second metal sheet is integrated with the metal plate, or the metal plate also serves as the second metal sheet.
  • the heat sink of the present invention can have various functions by appropriately selecting the form of the sheet-type heat pipe of the present invention described above.
  • the following heat sink is mentioned as an embodiment of the heat sink of this invention.
  • Aspect 1 (FIG. 7): A heat radiating plate 11 a in which a sheet-type heat pipe 16 prepared in advance is installed in a recess of the metal plate 17. Since the heat sink of aspect 1 produces a sheet type heat pipe separately, it has advantages, such as a high degree of freedom of design of a sheet type heat pipe and a manufacturing method.
  • Aspect 2 (FIG. 8): A heat radiating plate 11b in which the metal plate 17 and the second metal sheet 13 are integrated. In the heat radiation plate of aspect 2, since the second metal sheet 13 of the sheet-type heat pipe is highly adhered to the metal plate, the heat transfer efficiency between the sheet-type heat pipe and the metal plate is high, and It has the advantage that the volume can be increased.
  • a mode in which the thicknesses of the first metal sheet 12 and the second metal sheet 13 are different Aspect 3 (FIG. 9): A heat dissipation plate 11c in which the first metal sheet 12 is thick and the second metal sheet 13 is thin. Since the heat sink of aspect 3 has a thick metal sheet on the surface of the heat sink, it has advantages such as higher strength and rigidity, particularly rigidity, higher noise removal function, and higher electromagnetic shielding function. Have. Moreover, since the 2nd metal sheet which separates between a metal plate and the container inside is thin, it has the advantage that the efficient heat transfer between a metal plate and the container inside can be performed. Aspect 4 (FIG. 10): A heat radiating plate 11d in which the second metal sheet 13 is thick and the first metal sheet 12 is thin.
  • the heat radiation plate of aspect 4 has advantages such as being able to efficiently receive heat from the outside, particularly from the heat generating portion, because the first metal sheet 12 that is the exposed surface of the sheet heat pipe is thin. Moreover, since the 2nd metal sheet 13 is thick, it has advantages, such as ensuring intensity
  • a mode in which each metal sheet has a thick part and a thin part A heat radiating plate 11e in which the first metal sheet 12 has a thick portion 14 and a thin portion 15, and the second metal sheet 13 has a uniform thickness.
  • a higher electromagnetic wave shielding function can be obtained by the thick part of the first metal sheet 12, and the thin part can efficiently receive heat from the outside, particularly from the heat generating part.
  • Aspect 6 (FIG. 12): The heat radiating plate 11f in which the first metal sheet 12 and the second metal sheet 13 have a thick portion 14 and a thin portion 15, and the thick portion and the thin portion face each other.
  • a higher electromagnetic wave shielding function can be obtained by the thick part of the metal sheet, and the heat from the heat generating part can be efficiently received by the thin part, between the inside of the container and the metal plate.
  • Aspect in which materials of the first metal sheet 12 and the second metal sheet 13 are different Aspect 7 (FIG. 13): A heat radiating plate 11g in which the material constituting the first metal sheet 12 and the material constituting the second metal sheet 13 are different. Since the material which comprises the 1st metal sheet
  • Aspect 8 The heat radiating plate 11 h in which the thermal conductivity of the first metal sheet 12 is higher than the thermal conductivity of the second metal sheet 13.
  • the heat dissipation plate of aspect 8 Since the heat dissipation plate of aspect 8 has a high thermal conductivity of the first metal sheet 12, it can efficiently receive heat from the outside, particularly from the heat generating portion, and therefore it can receive heat without changing the thickness. It has the advantage that the efficiency can be increased.
  • Aspect 9 The heat radiating plate 11 i in which the hardness of the first metal sheet 12 is higher than the hardness of the second metal sheet 13. Since the heat sink of aspect 9 has high hardness of the 1st metal sheet 12, it has advantages, such as being able to raise rigidity, without enlarging thickness.
  • Aspect 10 A heat radiating plate 11 j in which the hardness of the second metal sheet 13 is higher than the hardness of the first metal sheet 12. Since the heat sink of aspect 10 has high hardness of the 2nd metal sheet 13, it has advantages, such as being able to raise intensity, without enlarging thickness.
  • Aspect having a resin portion on the first metal sheet 12 and / or the second metal sheet 13 Aspect 11 (FIG. 14): A heat radiating plate 11 k having a resin portion on the first metal sheet 12.
  • the heat sink of aspect 11 can have various functions depending on the resin portion.
  • the heat dissipation plate of aspect 12 can have various functions depending on the resin portion.
  • Aspect 13 Heat radiation plate 11n in aspects 11 and 12, wherein the resin portion includes an electromagnetic wave absorber and / or a heat storage material.
  • the heat radiation plate of aspect 13 can have an electromagnetic wave absorption function or a heat storage function by an electromagnetic wave absorber or a heat storage material contained in the resin portion.
  • Aspect 14 The heat radiation plate 11p in aspects 11 and 12, in which the thermal conductivity of the resin portion is lower than the thermal conductivity of the first metal sheet 12 and the second metal sheet 13.
  • Aspect 15 The heat radiating plate 11q according to aspects 11 and 12, wherein the elastic modulus of the resin portion is lower than the elastic modulus of the first metal sheet 12 and the second metal sheet 13. 7 to 15, the wick and the hydraulic fluid are not shown for simplicity.
  • the sheet-type heat pipe and thin heat sink of the present invention are very small in thickness, and are therefore suitable for use in mobile devices such as smartphones and tablets that are required to be small and particularly thin.
  • the present invention also provides an electronic device having the sheet-type heat pipe or thin heat sink of the present invention.
  • a part of the sheet-type heat pipe is in direct or indirect contact with the heating element, or under the influence of the heat of the heating element. Installed.
  • FIGS. 16 and 17 Examples of incorporation into electronic devices are shown in FIGS. 16 and 17.
  • the heat sink 21 of the present invention has a sheet heat pipe 22 thermally connected to a heat generating component 32 inside an electronic device 31 via a thermal interface material 33, and the metal plate 23 is a liquid crystal. It is installed so that heat can be transferred to the display 34.
  • the heat generated in the heat generating component 32 is transmitted to the sheet type heat pipe 22 through the thermal interface material 33 and is transferred to a wide range of the metal plate 23 by the sheet type heat pipe 22.
  • the heat transferred to the metal plate is further dissipated to the outside through the liquid crystal display 34.
  • the heat sink 21 of the present invention has a sheet-type heat pipe 22 thermally connected to a heat generating component 32 inside an electronic device 31 via a thermal interface material 33, and the metal plate 23 is a housing. It is installed in contact with the body 35.
  • the heat generated in the heat generating component 32 is transmitted to the sheet type heat pipe 22 through the thermal interface material 33 and is transferred to a wide range of the metal plate 23 by the sheet type heat pipe 22.
  • the heat transferred to the metal plate is further dissipated to the outside through the housing 35.
  • the sheet-type heat pipe and thin heat sink of the present invention can also function as a shield by being electrically coupled to the ground of the circuit of the electric device.
  • the sheet-type heat pipe and thin heat sink of the present invention are very thin and can be used for a wide range of applications. In particular, it can be used as a cooling device for a small electronic device or the like in applications where small and efficient heat transport is required.

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Abstract

　本発明は、シート状コンテナと、コンテナ内に封入されるウィックと、コンテナ内に封入される作動液とを有して成るシート型ヒートパイプであって、シート状コンテナは、第１金属シートおよび第２金属シートで構成され、第１金属シートおよび第２金属シートは、重ね合わされた状態で周縁部が密着しており、シート状コンテナの厚みが０．５ｍｍ以下であることを特徴とするシート型ヒートパイプおよび当該シート型ヒートパイプを用いた薄型放熱板を提供する。

Description

シート型ヒートパイプ
　本発明はシート型ヒートパイプ、および該シート型ヒートパイプを利用した薄型放熱板に関する。
　近年、素子の高集積化、高性能化による発熱量が増加している。また、製品の小型化が進むことで発熱密度が増加するため、放熱対策が重要となってきた。この状況はスマートフォンやタブレットなどのモバイル端末でより顕著であり、熱設計が非常に困難になっている。近年、よく用いられる熱対策部材としてはグラファイトシートなどが挙げられるが、熱輸送量は十分ではない。
　一方、熱輸送力が高い熱対策部材として、ヒートパイプ（またはベーパーチャンバー）が挙げられる。ヒートパイプ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。
　ヒートパイプを利用した熱対策部材として、例えば、特許文献１は、ヒートパイプを内蔵した放熱板を提案している。この放熱板では、放熱部の本体部の板材または上からかぶせる熱伝導部材に溝が形成され、その溝部にヒートパイプが設置されている。板材、ヒートパイプ、熱伝導部材は、はんだ等の接合部材で接合されている。
　また、特許文献２は、ヒートパイプを用いる高放熱かつ薄型の携帯型電子機器用の冷却構造を提案している。この冷却構造では、厚さ方向に押し潰されて扁平化されたヒートパイプが、放熱板上に設置されており、その一端が、発熱部品から受熱する位置に配置されている。発熱部品は、シールドプレートに覆われており、そのプレートは発熱部品の幅方向または長さ方向に外れた箇所で、発熱部品の厚さより低くなるように基板側に屈曲した段差部を有し、その段差部と前記放熱板との間に、前記扁平型ヒートパイプの一端が挟み込まれている。
特開２００９－１４３５６７号公報 特開２０１５－０９５６２９号公報
　特許文献１に記載の放熱板においては、熱伝導部材を嵌め込むための凹部と、さらにヒートパイプを嵌め込むための溝を形成するのに十分な厚みを本体部の板材に確保する必要がある。薄型化が求められているスマートフォンやタブレット端末等の情報端末においては、特許文献１の放熱板ではもはや薄型化の要求を満たすことが難しい。
　一方、特許文献２に記載の扁平型ヒートパイプを有する放熱板においても、シールドケースにヒートパイプを挟み込むための溝部を設ける必要があることから、厚みの制限がある。さらに、特許文献２の熱対策部材は、ノイズ除去のための電磁波シールドとしての機能や筐体の機械的強度を高める機能が求められているが、厚みを小さくするために各部材を薄くすると、上記の機能を十分に発揮できなくなる虞がある。また、特許文献２に記載の扁平型ヒートパイプは丸型のパイプを作製した後に押しつぶして扁平にすることからパイプの肉厚は容易に変えることができない。
　本発明は、薄型の熱対策部材、例えばヒートパイプまたは放熱板を提供することを目的とする。また、このヒートパイプを用いた放熱板を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記問題を解決すべく鋭意検討した結果、金属シートを接合して形成したシート状のコンテナに、ウィックおよび作動液を封入したシート型のヒートパイプを用いることにより、上記の問題を解決できることを見出し、本発明に至った。
　本発明の第１の要旨によれば、シート状コンテナと、
　コンテナ内に封入されるウィックと、
　コンテナ内に封入される作動液と
を有して成るシート型ヒートパイプであって、
　シート状コンテナは、第１金属シートおよび第２金属シートで構成され、
　第１金属シートおよび第２金属シートは、重ね合わされた状態で内部に密閉された空間を形成するように一部が接合されており、
　シート状コンテナの厚みが０．５ｍｍ以下であることを特徴とするシート型ヒートパイプが提供される。
　本発明の第２の要旨によれば、金属板と、
　金属板上に、金属板と第２金属シートの主面が密着するように配置された上記シート型ヒートパイプと
を有して成る薄型放熱板が提供される。
　本発明の第３の要旨によれば、金属板と、
　金属板上に配置されたシート型ヒートパイプと
を有して成る薄型放熱板であって、
　上記シート型ヒートパイプは、
　シート状コンテナと、
　コンテナ内に封入されるウィックと、
　コンテナ内に封入される作動液と
を有して成り、
　上記シート状コンテナは、第１金属シートおよび第２金属シートで構成され、
　上記第１金属シートおよび第２金属シートは、重ね合わされた状態で内部に密閉された空間を形成するように一部が接合しており、
　第２金属シートが金属板と一体となっているか、あるいは、金属板が第２金属シートを兼ねていることを特徴とする、薄型放熱板が提供される。
　本発明の第４の要旨によれば、上記シート型ヒートパイプまたは上記薄型放熱板を有して成る電子機器が提供される。
　本発明によれば、金属シートを接合して形成したシート状のコンテナに、ウィックおよび作動液を封入したシート型ヒートパイプを用いることにより、小型の電子機器に好適に用いることができる熱対策部材を提供することができる。本発明のシート型ヒートパイプおよびシート型ヒートパイプを用いた冷却板は、コンテナ壁の厚み等の設計の自由度が高く、冷却機能に加え、種々の機能を有し得る。
図１は、本発明の一の実施態様におけるシート型ヒートパイプ１ａの断面図を模式的に示す。 図２は、本発明の別の実施態様におけるシート型ヒートパイプ１ｂの断面図を模式的に示す。 図３は、本発明の別の実施態様におけるシート型ヒートパイプ１ｃの断面図を模式的に示す。 図４は、本発明の別の実施態様におけるシート型ヒートパイプ１ｄの断面図を模式的に示す。 図５は、本発明の別の実施態様におけるシート型ヒートパイプ１ｅの断面図を模式的に示す。 図６は、本発明の別の実施態様におけるシート型ヒートパイプ１ｆの断面図を模式的に示す。 図７は、本発明の一の実施態様における薄型放熱板１１ａの断面図を模式的に示す。 図８は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｂの断面図を模式的に示す。 図９は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｃの断面図を模式的に示す。 図１０は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｄの断面図を模式的に示す。 図１１は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｅの断面図を模式的に示す。 図１２は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｆの断面図を模式的に示す。 図１３は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｇの断面図を模式的に示す。 図１４は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｋの断面図を模式的に示す。 図１５は、本発明の別の実施態様における薄型放熱板１１ｍの断面図を模式的に示す。 図１６は、電子部品における本発明の放熱板の設置例を模式的に示す。 図１７は、電子部品における本発明の放熱板の別の設置例を模式的に示す。
　以下、本発明のシート型ヒートパイプについて説明する。
　本明細書において、「ヒートパイプ」とは、コンテナと、該コンテナ内に封入される作動液と、ウィックとを有してなり、蒸発部から冷却部に熱を輸送することができるデバイスを意味する。熱の輸送は、作動液が蒸発部において熱を吸収して蒸発し、気相となった作動液が冷却部へと移動し、冷却部において熱を放出して凝縮し、液相となった作動液が再び蒸発部へと移動するサイクルにより行われる。
　上記コンテナは、第１金属シートと第２金属シートが、重ね合わせた状態で内部に密閉された空間が形成されるように一部、例えば周縁部が接合されている。第１金属シートと第２金属シートとは、完全に一致するように重なっている必要はなく、ウィックおよび作動液を封入するのに十分な空間を確保できるような範囲で重なっていればよい。
　上記第１金属シートおよび第２金属シートを構成する材料は、特に限定されないが、例えば銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、銀等、あるいはこれらの合金が挙げられる。
　一の態様において、第１金属シートを構成する材料と、第２金属シートを構成する材料は異なっている。両者の材料を異なるものとすることにより、一方の金属シートで一の機能を得、他方の金属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、強度向上機能、剛性向上機能、熱伝導機能、電磁波シールド機能等が挙げられる。
　一の態様において、一方の金属シートを構成する材料は、他方の金属シートを構成する材料よりも高熱伝導率であり得る。一方の金属シートの熱伝導率を高くすることにより、効率よく熱を伝えることができ、他方の金属シートで他の機能を得ることができる。
　熱伝導率の高い材料としては、例えば銅、銀等、あるいはこれらの合金が挙げられる。
　別の態様において、一方の金属シートを構成する材料は、他方の金属シートを構成する材料よりも高硬度であり得る。一方の金属シートの硬度を高くすることにより、この金属シートで強度および剛性を担保し、他方の金属シートで他の機能を得ることができる。
　硬度の高い材料としては、例えばチタン、アルミニウム合金等が挙げられる。
　第１金属シートおよび第２金属シートの厚みは、０．０１８ｍｍ以上０．３８ｍｍ以下、好ましくは０．０１８ｍｍ以上０．１８ｍｍ以下であり得る。第１金属シートおよび第２金属シートの厚みは、同じであっても、異なっていてもよい。
　一の態様において、第１金属シートと第２金属シートの厚みは異なっている。両者の厚みを異なるものとすることにより、一方の金属シートで一の機能を得、他方の金属シートで他の機能を得ることができる。例えば、より厚い金属シートは、より高い電磁波シールド機能、強度向上機能、剛性向上機能を有し得る。一方、より薄い金属シートは、厚み方向に対してより効率的な熱伝達機能を有し得る。
　一の態様において、第１金属シートおよび第２金属シートは、肉厚部と肉薄部とを有し得る。即ち、一の金属シートにおいて、厚みのより厚い部分（肉厚部）とより薄い部分（肉薄部）が存在し得る。このように一の金属シートにおいて、厚みを変化させることにより、一の金属シートに複数の機能を発揮させることができる。
　この態様において、第１金属シートおよび第２金属シートの両方が、肉厚部と肉薄部とを有していてもよく、いずれか一方のみが、肉厚部と肉薄部とを有し、他方が一定の厚みを有していてもよい。
　本発明のシート型ヒートパイプは、第１金属シートおよび第２金属シートの厚み、材料を組み合わせることにより、種々の機能を、種々の組み合わせで有し得る。
　本発明のシート型ヒートパイプのコンテナ内に封入される作動液は、コンテナ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。一の態様において、作動液は水性化合物であり、好ましくは水である。
　本発明のシート型ヒートパイプのコンテナ内に封入されるウィックは、特に限定されず、例えば、毛管圧力により作動液を移動させることができる構造を有するものが挙げられる。本明細書において、毛管圧力により作動液を移動させることができる構造を、毛細管構造といい、例えば、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、網目構造等が挙げられる。
　ウィックの設置箇所は、特に限定されないが、コンテナの内部に、蒸発部から凝縮部まで連続して設置されることが好ましい。例えば、ウィックは、コンテナが中空の直方体である場合、１つの内壁面上に設置されていてもよく、すべての内壁面に設置されていてもよい。ウィックは、コンテナと一体に成形してもよく、またはコンテナの内壁面を加工して得てもよく、あるいは別途作製したウィックをコンテナの内壁面に貼り付けてもよい。
　ウィックの毛細管構造は、特に限定されず、従来のヒートパイプおよび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。
　ウィックは、コンテナの内壁面に所定の間隔で形成された溝、凹凸もしくは突起の集合体であってもよく、または焼結金属もしくは焼結セラミック、または繊維等であってもよい。
　好ましい態様において、本発明のシート状ヒートパイプは、ウィック上に配置された多孔体を有する。
　一の態様において、多孔体は、１００ｎｍ以下の平均孔径を有し得る。多孔体の平均孔径は、好ましくは０．３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、より好ましくは０．３ｎｍ以上５０ｎｍ以下、さらに好ましくは０．３ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり得る。より小さな平均孔径を有することにより、多孔体は、より多くの作動液を保持することができ、また、毛管圧力が大きくなる。
　多孔体の平均孔径は、ガス吸着法により測定することができる。具体的には、ガスを細孔表面に物理的に吸着させ、その吸着量と相対圧との関係から細孔分布を測定することができる。上記ガスとしては、細孔径が０．７ｎｍ以上である場合には、窒素が用いられ、細孔径が０．７ｎｍ未満である場合には、アルゴンが用いられる。
　一の態様において、多孔体は、１００ｍ２／ｇ以上の比表面積を有し得る。多孔体の比表面積は、好ましくは１００ｍ２／ｇ以上２０，０００ｍ２／ｇ以下であり、より好ましくは５００ｍ２／ｇ以上１５，０００ｍ２／ｇ以下、さらに好ましくは１，０００ｍ２／ｇ以上１０，０００ｍ２／ｇ以下であり得る。より大きな比表面積を有することにより、多孔体は、より多くの作動液を保持することができる。
　多孔体の比表面積は、ガス吸着法により測定することができる。具体的には、ガスを細孔表面に物理的に吸着させ、その吸着量と相対圧との関係からＢＥＴ法などの計算式から換算することができる。上記ガスとしては、細孔径が０．７ｎｍ以上である場合には、窒素が用いられ、細孔径が０．７ｎｍ未満である場合には、アルゴンが用いられる。
　一の態様において、多孔体は、５体積％以上、好ましくは１０体積％以上、より好ましくは２０体積％以上の作動液保持率を有し得る。より大きな作動液保持率を有することにより、多孔体はより多くの作動液を保持することができる。この保持率を高めることより、本発明のシート型ヒートパイプは、より高い熱輸送量を達成することができる。
　尚、作動液保持率とは、多孔体の体積に対する、多孔体に吸着される作動液の割合（体積％）を意味する。該作動液の保持率は、熱重量測定により、多孔体を４０℃から１６０℃まで加熱した場合の重量変化率（減少率）を測定し、重量変化率と多孔体の密度とから算出することができる。
　多孔体は、特に限定されないが、例えば、ゼオライトまたは多孔性金属錯体であり得る。他にもメソポーラスシリカ、活性炭などのカーボン系材料、珪藻土などが挙げられる。
　上記ゼオライトとしては、上記した細孔径、比表面積または作動液保持率を有するものであれば特に限定されず、所望の性能に応じて適宜選択することができる。代表的な本発明に用いることができるゼオライトは、例えば、ＩＺＡ規格のＦＡＵタイプ、ＬＴＡタイプ、ＡＦＩタイプ、ＭＦＩタイプ、ＭＯＲタイプ、ＡＥＬタイプ、ＣＨＡタイプ、ＢＥＡタイプ、ＬＴＬタイプ、等が挙げられる。
　多孔性金属錯体とは、金属イオンと有機配位子等から構成された多孔性物質を意味する。多孔性金属錯体は、当業者にはよく知られており、多孔性配位高分子（ＰＣＰ：Porous Coordination Polymers）または金属有機構造体（ＭＯＦ：Metal Organic Frameworks）とも称される。
　本発明に用いられる多孔性金属錯体は、上記した細孔径、比表面積または作動液保持率を有するものであれば特に限定されず、所望の性能に応じて適宜選択することができる。代表的な本発明に用いることができる多孔性金属錯体は、例えば、ＭＩＬ系、ＺＩＦ系、ＭＯＦ系、ＨＫＵＳＴ－１、ＪＡＳＴ－１、などが挙げられる。
　多孔体は、好ましくは親水性である。親水性の多孔体を用いることにより、親水性の作動液、例えば水を用いた場合に、毛管圧力が増大し、熱輸送量を高めることができる。
　多孔体は、その種類に応じて、作動液の脱着温度が異なる。従って、ウィック上に配置する多孔体の種類および量を調節することにより、本発明のシート型ヒートパイプの作動温度を制御することができる。
　また、多孔体は、水を吸脱着する際にもエネルギーを吸収・放出するので、この吸脱着エネルギーを利用することにより、より効率的に熱を輸送することができる。
　一の態様において、シート型ヒートパイプは、低温では作動液の潜熱のみで動作して熱を輸送し、高温では作動液の潜熱に加え、多孔体の吸脱着エネルギーを利用することにより、より効率的に熱を輸送することができる。
　ウィック上に多孔体を配置する方法は、特に限定されず、例えば、コーティングにより多孔体膜を形成したり、多孔体の微粉末をウィック上に結着させたりする方法が挙げられる。例えば、ゼオライトを用いる場合には、ゼオライトと低融点ガラスを含んだスラリー中にウィックを浸漬し、引き上げて加熱することにより、ウィック上にゼオライトを配置することができる。また、多孔性金属錯体を用いる場合には、多孔性金属錯体の原料である金属イオンおよび有機配位子を含む溶液中にウィックを浸漬し、加熱して乾燥することにより、ウィック上に多孔性金属錯体を形成することができる。
　本発明のシート型ヒートパイプの厚みは、０．５ｍｍ以下、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下であり得る。シート型ヒートパイプの厚みを０．５ｍｍ以下とすることにより、より薄い熱対策部材とすることができる。また、シート型ヒートパイプの厚みを０．０５ｍｍ以上とすることにより、シート型ヒートパイプの強度をより容易に確保することができる。薄型化と強度を両立する観点から、シート型ヒートパイプの厚みは、より好ましくは０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下である。
　本発明のシート型ヒートパイプのコンテナ内には、ウィックおよび作動液以外の部材が含まれていてもよい。例えば、コンテナは、コンテナの空間が潰れないように保持するための支持部材、気相の作動液および液相の作動液の移動を補助するための部材、例えば両者の移動空間を隔てる内部壁などを含んでいてもよい。
　一の態様において、本発明のシート型ヒートパイプは、第１金属シートおよび／または第２金属シート上に樹脂部を有し得る。
　一の態様において、樹脂部は、第１金属シートまたは第２金属シートのいずれか一方上にのみ存在する。
　別の態様において、樹脂部は、第１金属シート上および第２金属シート上に存在する。
　樹脂部は、第１金属シートおよび第２金属シートのいずれの位置に存在してもよく、また、第１金属シートおよび第２金属シートの全体を覆っていても、または一部のみを覆っていてもよい。また、第１金属シートおよび第２金属シート上の樹脂部は、互いに対向する位置に存在してもよく、あるいは対向しない位置に存在してもよい。
　樹脂部を構成する樹脂は、特に限定されないが、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、エチレン・酢酸ビニル今日中体（ＥＶＡ）、塩素化ポリエチレン（ＣＰＥ）、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。
　一の態様において、樹脂部は、他の材料を含みえる。樹脂部に他の材料を含ませることにより、本発明のシート型ヒートパイプに種々の機能を与えることができる。
　他の材料としては、例えば、電磁波吸収材（例えば、磁性体フィラー）、蓄熱材（例えば、パラフィンフィラー、酸化バナジウム）等が挙げられる。電磁波吸収材を用いることにより、シート型ヒートパイプは、電磁波ノイズのシールド効果を得ることができる。また、蓄熱材を用いることにより、発熱体の温度上昇を遅らせることができる。
　一の態様において、樹脂部の熱伝導率は、その樹脂部を有する第１金属シートまたは第２金属シートの熱伝導率よりも低い。樹脂部の熱伝導率を金属シートの熱伝導率よりも低くすることにより、樹脂部を有する金属シートの面内方向の均熱効果が向上する。
　一の態様において、樹脂部の弾性率は、その樹脂部を有する第１金属シートまたは第２金属シートの弾性率よりも低い。樹脂部の弾性率を金属シートの弾性率よりも低くすることにより、シート型ヒートパイプにかかる応力を緩和することができ、また、破損を防止することができる。
　樹脂部の厚みは、好ましくは０．５ｍｍ以下、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下、より好ましくは０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下であり得る。
　樹脂部は、金属シートの表面に樹脂を塗布することにより設置してもよく、別途作製した樹脂シートを貼り付けてもよい。別法として、予め樹脂部を設けた金属シートを用いてもよい。
　本発明のシート型ヒートパイプの製造方法は、特に限定されず、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、２枚の金属シートを重ね合わせ、ウィックおよび作動液を封入するための開口部を残して接合し、開口部からウィックおよび作動液をコンテナ内に入れ、次いで、開口部を封止することにより得ることができる。また、別法として、一方の金属シート上にウィックを配置し、次いで、他方の金属シートを重ねて一部を接合し、開口部から作動液を入れて、封止してもよい。また、ウィックは予め金属シート上に形成されていてもよい。第１金属シートと第２金属シートの接合方法は、特に限定されないが、例えば、抵抗溶接、レーザー溶接、超音波接合、はんだを含むろう材による接合等が挙げられる。
　上記したように、本発明のシート型ヒートパイプは、コンテナを構成する第１金属シートおよび第２金属シートの厚み、材料および樹脂部の組み合わせに応じて、種々の機能を有し得る。例えば、シート型ヒートパイプの実施態様として、下記のシート型ヒートパイプが挙げられる。
　態様１（図１）：第１金属シート２と第２金属シート３の厚みが同じであるシート型ヒートパイプ１ａ。態様１のシート型ヒートパイプ１ａは、上下の区別がなく、電子部品等への設置が容易である等の利点を有する。
　第１金属シートと第２金属シートの厚みが異なる態様：
　態様２（図２）：一方の金属シート（図２においては第１金属シート２）が、他方の金属シート（図２においては第２金属シート３）の厚みよりも厚いシート型ヒートパイプ１ｂ。態様２のシート型ヒートパイプ１ｂは、より厚い金属シートにより、より高い強度、剛性、また、より高いノイズ除去機能、より高い電磁波シールド機能が得られる等の利点を有する。
　第１金属シートおよび／または第２金属シートが肉厚部および肉薄部を有する態様：
　態様３（図３）：一方の金属シート（図３においては第１金属シート２）が肉厚部４と肉薄部５を有し、他方の金属シート（図３においては第２金属シート３）の厚みが一様であるシート型ヒートパイプ１ｃ。態様３のシート型ヒートパイプ１ｃは、金属シートの肉厚部により、より高い電磁波シールド機能が得られ、肉薄部により、コンテナ内部とコンテナ外部間でより効率的な熱の受け渡しができる等の利点を有する。
　態様４（図４）：第１金属シート２および第２金属シート３が、肉厚部４と肉薄部５を有し、互いの肉厚部と肉薄部が向かい合っているシート型ヒートパイプ１ｄ。態様４のシート型ヒートパイプ１ｄは、金属シートの肉厚部により、より高い電磁波シールド機能が得られ、肉薄部により、コンテナ内部とコンテナ外部間でより効率的な熱の受け渡しができる等の利点を有する。また、このような機能をヒートパイプの両面に与えることができる点も有利である。
　第１金属シートおよび／または第２金属シートが、樹脂部を有する態様
　態様５（図５）：一方の金属シート（図５においては第１金属シート２）が樹脂部６を有するシート型ヒートパイプ１ｅ。態様５のシート型ヒートパイプ１ｅは、金属シート上の樹脂部により、種々の機能を有し得る。
　態様６（図６）：第１金属シート２および第２金属シート３が樹脂部６を有し、それらが対向しないように配置されているシート型ヒートパイプ１ｆ。態様６のシート型ヒートパイプ１ｆは、複数の樹脂部を有することから、種々の機能を有し得る。
　尚、図１～６においては、簡単のためにウィックおよび作動液は図示していない。
　次に、本発明の薄型放熱板について説明する。
　本発明の薄型放熱板は、金属板と、当該金属板上に、金属板と第２金属シートの主面が密着するように配置された上記のシート型ヒートパイプとを有して成る。
　上記金属板を構成する材料は、金属であれば特に限定されず、例えば銅、Ａｌ合金、Ｍｇ合金、チタン等が考えられる。
　上記金属板の厚みは、１．０ｍｍ以下、好ましくは０．１０ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であり得る。薄型放熱板の厚みを１．０ｍｍ以下とすることにより、より薄い熱対策部材とすることができる。また、薄型放熱板の厚みを０．１０ｍｍ以上とすることにより、薄型放熱板の強度をより容易に確保することができる。薄型化と強度を両立する観点から、薄型放熱板の厚みは、より好ましくは０．３０ｍｍ以上０．８０ｍｍ以下である。
　好ましい態様において、上記金属板は、上記シート型ヒートパイプを設置するための凹部を有し得る。凹部の深さは、そこに設置するシート型ヒートパイプの厚みに応じて適宜設定され、例えば、０．５ｍｍ以下、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下、より好ましくは０．１５ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下であり得る。
　本発明の薄型放熱板において、上記金属板上には、上記した本発明のシート型ヒートパイプが、金属板と第２金属シートの主面が密着するように配置されている。
　好ましい態様において、金属板は凹部を有し、凹部内にシート型ヒートパイプを有している。凹部内にシート型ヒートパイプを設置することにより、シート型ヒートパイプの設置による厚みの増加を抑制することができる。好ましくは、凹部の深さは、シート型ヒートパイプの厚み以下、例えばシート型ヒートパイプの厚み未満またはシート型ヒートパイプの厚みと同じであり得る。
　金属板とシート型ヒートパイプとの設置方法は、特に限定されず、予め作製したシート型ヒートパイプを金属板上に設置してもよく、あるいは、金属板上に直接シート型ヒートパイプを形成することにより設置してもよい。
　予め作製したシート型ヒートパイプを設置する場合、その設置方法は、例えば、はんだ、導電性接着材、熱伝導性テープを用いて接合する方法、ねじ穴、爪等を設けて機械的に固定する方法等が挙げられる。
　金属板上に直接シート型ヒートパイプを形成する場合、例えば、下記のように形成することができる。まず、金属板上に第２金属シートを配置または形成し、次いで、ウィックを配置または形成し、その上から第１金属シートをかぶせ、第１金属シートと第２金属シートを作動液の封入口を残して接合し、作動液を封入した後に封入口を閉じて封止する。このように直接シート型ヒートパイプを金属板上に形成することにより、金属板と第２金属シートは一体となり、シート型ヒートパイプと金属板とをより密着させることが容易になる。その結果、シート型ヒートパイプと放熱板間での熱のやりとりの効率を高めることができ、また、放熱板の凹部空間を有効に利用することができることから、コンテナの容量をより大きくすることができる。
　一の態様において、金属板上に、第２金属シートを配置することなく、直接ウィックを配置して、金属板と第１金属シートを接合することにより、金属板と第１金属シートからコンテナを形成してもよい。即ち、この態様において、金属板は第２金属シートを兼ねている。この態様においては、さらにコンテナの容量を大きくすることが可能になる。
　従って、本発明は、金属板と、
　金属板上に配置されたシート型ヒートパイプと
を有して成る薄型放熱板であって、
　上記シート型ヒートパイプは、
　シート状コンテナと、
　コンテナ内に封入されるウィックと、
　コンテナ内に封入される作動液と
を有して成り、
　上記シート状コンテナは、第１金属シートおよび第２金属シートで構成され、
　上記第１金属シートおよび第２金属シートは、重ね合わされた状態で内部に密閉された空間を形成するように一部が接合しており、
　第２金属シートが金属板と一体となっているか、あるいは、金属板が第２金属シートを兼ねていることを特徴とする、薄型放熱板をも提供する。
　本発明の放熱板は、上記した本発明のシート型ヒートパイプの形態を適宜選択することにより、種々の機能を有し得る。例えば、本発明の放熱板の実施態様として、下記の放熱板が挙げられる。
　シート型ヒートパイプの設置状態に関する態様：
　態様１（図７）：予め作製したシート型ヒートパイプ１６が金属板１７の凹部に設置されている放熱板１１ａ。態様１の放熱板は、シート型ヒートパイプを別途作製することから、シート型ヒートパイプの設計、製造法の自由度が高い等の利点を有する。
　態様２（図８）：金属板１７と第２金属シート１３が一体となっている放熱板１１ｂ。態様２の放熱板は、シート型ヒートパイプの第２金属シート１３が金属板に高度に密着していることから、シート型ヒートパイプと金属板間の熱の受け渡し効率が高く、また、コンテナの容積を大きくできる等の利点を有する。
　第１金属シート１２と第２金属シート１３の厚みが異なっている態様：
　態様３（図９）：第１金属シート１２が厚く、第２金属シート１３が薄い放熱板１１ｃ。態様３の放熱板は、放熱板の表面に厚い金属シートが存在することから、より高い強度および剛性、特に剛性、また、より高いノイズ除去機能、より高い電磁波シールド機能が得られる等の利点を有する。また、金属板とコンテナ内部間を隔てる第２金属シートが薄いことから、金属板とコンテナ内部間の効率的な熱の受け渡しができる等の利点を有する。
　態様４（図１０）：第２金属シート１３が厚く、第１金属シート１２が薄い放熱板１１ｄ。態様４の放熱板は、シート型ヒートパイプの露出面となる第１金属シート１２が薄いことから、外部から、特に発熱部からの熱を効率的に受け取ることができる等の利点を有する。また、第２金属シート１３が厚いことから、強度も確保することができる等の利点を有する。
　各金属シートが、肉厚部および肉薄部を有する態様：
　態様５（図１１）：第１金属シート１２が肉厚部１４と肉薄部１５を有し、第２金属シート１３の厚みが一様である放熱板１１ｅ。態様５の放熱板は、第１金属シート１２の肉厚部により、より高い電磁波シールド機能が得られ、肉薄部により、外部から、特に発熱部からの熱を効率的に受け取ることができる等の利点を有する。
　態様６（図１２）：第１金属シート１２および第２金属シート１３が、肉厚部１４と肉薄部１５を有し、互いの肉厚部と肉薄部が向かい合っている放熱板１１ｆ。態様６の放熱板は、金属シートの肉厚部により、より高い電磁波シールド機能が得られ、肉薄部により、発熱部からの熱を効率的に受け取ることができ、コンテナ内部と金属板間でより効率的な熱の受け渡しができる等の利点を有する。
　第１金属シート１２と第２金属シート１３の材料が異なっている態様：
　態様７（図１３）：第１金属シート１２を構成する材料と第２金属シート１３を構成する材料が異なっている放熱板１１ｇ。態様７の放熱板は、第１金属シート１２を構成する材料と第２金属シート１３の材料が異なっていることから、強度向上機能、剛性向上機能、熱伝導機能、電磁波シールド機能等の種々の機能を発揮できる等の利点を有する。
　態様８：第１金属シート１２の熱伝導率が、第２金属シート１３の熱伝導率よりも高い放熱板１１ｈ。態様８の放熱板は、第１金属シート１２の熱伝導率が高いことから、外部から、特に発熱部からの熱を効率的に受け取ることができ、従って、厚みを変更することなく熱の受け取り効率を高めることができる等の利点を有する。
　態様９：第１金属シート１２の硬度が、第２金属シート１３の硬度よりも高い放熱板１１ｉ。態様９の放熱板は、第１金属シート１２の硬度が高いことから、厚みを大きくすることなく、剛性を高めることができる等の利点を有する。
　態様１０：第２金属シート１３の硬度が、第１金属シート１２の硬度よりも高い放熱板１１ｊ。態様１０の放熱板は、第２金属シート１３の硬度が高いことから、厚みを大きくすることなく、強度を高めることができる等の利点を有する。
　第１金属シート１２および／または第２金属シート１３上に樹脂部を有する態様：
　態様１１（図１４）：第１金属シート１２上に樹脂部を有する放熱板１１ｋ。態様１１の放熱板は、樹脂部により、種々の機能を有し得る。
　態様１２（図１５）：第１金属シート１２および第２金属シート１３上に、樹脂部を有し、それらが対向しないように配置されている放熱板１１ｍ。態様１２の放熱板は、樹脂部により、種々の機能を有し得る。
　態様１３：態様１１および１２において、樹脂部が電磁波吸収剤および／または蓄熱材を含む放熱板１１ｎ。態様１３の放熱板は、樹脂部に含まれる電磁波吸収剤または蓄熱材により、電磁波吸収機能または蓄熱機能を有し得る。
　態様１４：態様１１および１２において、樹脂部の熱伝導率が、第１金属シート１２および第２金属シート１３の熱伝導率よりも低い放熱板１１ｐ。
　態様１５：態様１１および１２において、樹脂部の弾性率が、第１金属シート１２および第２金属シート１３の弾性率よりも低い放熱板１１ｑ。
　尚、図７～１５においては、簡単のためにウィックおよび作動液は図示していない。
　本発明のシート型ヒートパイプおよび薄型放熱板は、厚みが非常に小さいので、小型化、特に薄型化が要求される電子機器、例えばスマートフォンやタブレットなどのモバイル端末における利用に適している。
　従って、本発明は、本発明のシート型ヒートパイプまたは薄型放熱板を有して成る電子機器をも提供する。
　本発明の放熱板を電子機器に組み入れる場合、通常、シート型ヒートパイプの一部が、発熱素子と直接または間接的に接触するように、あるいは、発熱素子の熱の影響下にあるように、設置される。
　電子機器への組み入れ例を、図１６および図１７に示す。
　図１６では、本発明の放熱板２１は、シート型ヒートパイプ２２が、電子機器３１の内部の発熱部品３２と、サーマルインターフェースマテリアル３３を介して熱的に接続されており、金属板２３は液晶ディスプレイ３４に熱を渡せるように設置されている。この場合、発熱部品３２で生じた熱は、サーマルインターフェースマテリアル３３を介してシート型ヒートパイプ２２に伝わり、シート型ヒートパイプ２２により金属板２３の広範囲に移送される。金属板に移送された熱は、さらに液晶ディスプレイ３４を介して、外部に消散される。
　図１７では、本発明の放熱板２１は、シート型ヒートパイプ２２が、電子機器３１の内部の発熱部品３２と、サーマルインターフェースマテリアル３３を介して熱的に接続されており、金属板２３は筐体３５に接触するように設置されている。この場合、発熱部品３２で生じた熱は、サーマルインターフェースマテリアル３３を介してシート型ヒートパイプ２２に伝わり、シート型ヒートパイプ２２により金属板２３の広範囲に移送される。金属板に移送された熱は、さらに筐体３５を介して、外部に消散される。
　また、本発明のシート型ヒートパイプおよび薄型放熱板は、電気装置の回路のグラウンドと電気的に結合してシールドとして機能することもできる。
　本発明のシート型ヒートパイプおよび薄型放熱板は、非常に薄いので、幅広い用途に用いることができる。特に、小型電子機器等の冷却デバイス等として、小型で効率的な熱輸送が求められる用途に用いることができる。
　　１ａ～１ｆ…シート型ヒートパイプ
　　２…第１金属シート
　　３…第２金属シート
　　４…肉厚部
　　５…肉薄部
　　６…樹脂部
　　１１ａ～１１ｍ…放熱板
　　１２…第１金属シート
　　１３…第２金属シート
　　１４…肉厚部
　　１５…肉薄部
　　１６…シート型ヒートパイプ
　　１７…金属板
　　１８…樹脂部
　　２１…薄型放熱板
　　２２…シート型ヒートパイプ
　　２３…金属板
　　３１…電子部品
　　３２…発熱部品
　　３３…サーマルインターフェースマテリアル
　　３４…液晶ディスプレイ
　　３５…筐体
　　３６…シールドケース
　　３７…電子部品
　　３８…バッテリ

Claims (31)

  1. 　シート状コンテナと、
    　コンテナ内に封入されるウィックと、
    　コンテナ内に封入される作動液と
    を有して成るシート型ヒートパイプであって、
    　シート状コンテナは、第１金属シートおよび第２金属シートで構成され、
    　第１金属シートおよび第２金属シートは、重ね合わされた状態で内部に密閉された空間を形成するように一部が接合されており、
    　シート状コンテナの厚みが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする、シート型ヒートパイプ。
  2. 　第１金属シートと第２金属シートの厚みが異なることを特徴とする、請求項１に記載のシート型ヒートパイプ。
  3. 　第１金属シートまたは第２金属シートが、肉厚部を有することを特徴とする、請求項１に記載のシート型ヒートパイプ。
  4. 　第１金属シートおよび第２金属シートが、肉厚部を有することを特徴とする、請求項１に記載のシート型ヒートパイプ。
  5. 　第１金属シートを構成する材料と第２金属シートを構成する材料とが異なることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプ。
  6. 　第１金属シートおよび／または第２金属シート上に樹脂部を有することを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプ。
  7. 　樹脂部が、電磁波吸収材および／または蓄熱材を含むことを特徴とする、請求項６に記載のシート型ヒートパイプ。
  8. 　樹脂部の熱伝導率が、第１金属シートおよび／または第２金属シートの熱伝導率よりも低いことを特徴とする、請求項６または７に記載のシート型ヒートパイプ。
  9. 　樹脂部の弾性率が、第１金属シートおよび／または第２金属シートの弾性率よりも低いことを特徴とする、請求項６～８のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプ。
  10. 　ウィックの表面に、細孔の平均孔径が１００ｎｍ以下である多孔体が配置されていることを特徴とする、請求項１～９のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプ。
  11. 　ウィックの表面に、比表面積が１００ｍ２／ｇ以上である多孔体が配置されていることを特徴とする、請求項１～９のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプ。
  12. 　ウィックの表面に、作動液の保持率が５体積％以上である多孔体が配置されていることを特徴とする、請求項１～９のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプ。
  13. 　多孔体が、ゼオライトまたは多孔性金属錯体であることを特徴とする、請求項１０～１２のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプ。
  14. 　金属板と、
    　金属板上に、金属板と第２金属シートの主面が密着するように配置された請求項１～１３のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプと
    を有して成る薄型放熱板。
  15. 　金属板が凹部を有し、凹部内にシート型ヒートパイプが配置されていることを特徴とする、請求項１４に記載の薄型放熱板。
  16. 　第１金属シートと第２金属シートの厚みが異なることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の薄型放熱板。
  17. 　第１金属シートの厚みが、第２金属シートの厚みよりも大きいことを特徴とする、請求項１４～１６のいずれか１項に記載の薄型放熱板。
  18. 　第２金属シートの厚みが、第１金属シートの厚みよりも大きいことを特徴とする、請求項１４～１６のいずれか１項に記載の薄型放熱板。
  19. 　第１金属シートを構成する材料と第２金属シートを構成する材料が異なることを特徴とする、請求項１４～１８のいずれか１項に記載の薄型放熱板。
  20. 　第１金属シートの熱伝導率が、第２金属シートの熱伝導率よりも高いことを特徴とする、請求項１９に記載の薄型放熱板。
  21. 　第１金属シートの硬度が、第２金属シートの硬度よりも高いことを特徴とする、請求項１９に記載の薄型放熱板。
  22. 　第２金属シートの硬度が、第１金属シートの硬度よりも高いことを特徴とする、請求項１９に記載の薄型放熱板。
  23. 　第１金属シートおよび／または第２金属シート上に樹脂部を有することを特徴とする、請求項１４～２２のいずれか１項に記載の薄型放熱板。
  24. 　樹脂部が、電磁波吸収材および／または蓄熱材を含むことを特徴とする、請求項２３に記載の薄型放熱板。
  25. 　樹脂部の熱伝導率が、第１金属シートおよび／または第２金属シートの熱伝導率よりも低いことを特徴とする、請求項２３または２４に記載の薄型放熱板。
  26. 　樹脂部の弾性率が、第１金属シートおよび／または第２金属シートの弾性率よりも低いことを特徴とする、請求項２３～２５のいずれか１項に記載の薄型放熱板。
  27. 　樹脂部が、第１金属シート上にのみ存在することを特徴とする、請求項２３～２６のいずれか１項に記載の薄型放熱板。
  28. 　金属板と、
    　金属板上に配置されたシート型ヒートパイプと
    を有して成る薄型放熱板であって、
    　上記シート型ヒートパイプは、
    　シート状コンテナと、
    　コンテナ内に封入されるウィックと、
    　コンテナ内に封入される作動液と
    を有して成り、
    　上記シート状コンテナは、第１金属シートおよび第２金属シートで構成され、
    　上記第１金属シートおよび第２金属シートは、重ね合わされた状態で内部に密閉された空間を形成するように一部が接合しており、
    　第２金属シートが金属板と一体となっているか、あるいは、金属板が第２金属シートを兼ねていることを特徴とする、薄型放熱板。
  29. 　厚みが１．０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１４～２８のいずれか１項に記載の薄型放熱板。
  30. 　請求項１～１３のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプまたは請求項１４～２９のいずれか１項に記載の薄型放熱板を有して成る電子機器。
  31. 　請求項１～１３のいずれか１項に記載のシート型ヒートパイプまたは請求項１４～２９のいずれか１項に記載の薄型放熱板が、回路のグラウンドと電気的に結合してシールドとして機能することを特徴とする、請求項３０に記載の電子機器。
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