WO2018198375A1 - ベーパーチャンバー - Google Patents

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WO2018198375A1
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wick
vapor chamber
casing
sheet
less
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拓生 若岡
宗一 久米
池田　治彦
竜宏 沼本
岸本　敦司
Original Assignee
株式会社村田製作所
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20336—Heat pipes, e.g. wicks or capillary pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F28D15/046—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2275/00—Fastening; Joining
    • F28F2275/06—Fastening; Joining by welding

Definitions

  • the present invention relates to a vapor chamber.
  • the vapor chamber has a structure in which a wick that transports hydraulic fluid by capillary force is provided inside the casing, and the hydraulic fluid is enclosed.
  • the hydraulic fluid absorbs heat from the heating element in the evaporation section that absorbs heat from the heating element, evaporates in the vapor chamber, moves to the condensation section, is cooled, and returns to the liquid.
  • the working fluid that has returned to the liquid moves again to the heating element side (evaporating part) by the capillary force of the wick, and cools the heating element.
  • the vapor chamber operates independently without external power, and heat can be diffused at a high speed two-dimensionally using the latent heat of vaporization and the latent heat of condensation of the working fluid.
  • Patent Document 1 discloses a plate heat pipe in which a wick is arranged in a plate container and a working fluid is sealed under reduced pressure.
  • Patent Document 1 specifically discloses a plate heat pipe in which a wick, which is an aluminum alloy mesh, is brazed to an aluminum body.
  • the plate-type heat pipe described in Patent Document 1 may not have sufficient heat transport capability.
  • An object of the present invention is to provide a vapor chamber that has an excellent heat transport capability and is advantageous for weight reduction.
  • the present inventors do not join the entire surface of the wick to the housing, but join only a part of the surface of the wick so that the space between the wick and the housing is Has been found to be able to be used for holding and transporting the hydraulic fluid, and a vapor chamber having excellent heat transport capability can be obtained, leading to the present invention.
  • a vapor chamber comprising a planar casing, a wick disposed in the casing, and a working fluid sealed in the casing, A vapor chamber is provided in which the ratio of the total area of the joints existing in the joint region to the joint region between the wick and the housing is 50% or less.
  • a heat dissipation device having the above-described vapor chamber.
  • an electronic apparatus comprising the vapor chamber or the heat dissipation device.
  • the heat transport capability can be improved by joining the wick to the main inner surface of the casing on a part of the surface of the wick.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a cross section of a vapor chamber 1 in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view schematically showing the vapor chamber 1 according to one embodiment of the present invention as viewed from the first sheet side.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing a fiber structure of a vapor chamber wick in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view schematically showing the fiber structure of the vapor chamber wick in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a joint portion between the fiber structure wick of the vapor chamber of the present invention and the main inner surface of the casing.
  • FIGS. 6 (a) to 6 (c) are diagrams for explaining the bonding region of the vapor chamber of the present invention.
  • FIGS. 7A and 7B are views for explaining the bonding region of the vapor chamber of the present invention.
  • FIGS. 8A and 8B are views for explaining the bonding region of the vapor chamber of the present invention.
  • FIGS. 9A to 9D are views for explaining the bonding region of the vapor chamber of the present invention.
  • the vapor chamber 1 of the present embodiment includes a housing 4 composed of a first sheet 2 and a second sheet 3 facing each other, and a working fluid sealed in the casing (FIG. 1). Not shown).
  • a plurality of pillars 5 are provided between the first sheet 2 and the second sheet 3 to support them from the inside.
  • the first sheet 2 and the second sheet 3 are supported by the pillar 5 in a region 11 inside the line connecting the pillars 5 existing on the edge side (hereinafter also referred to as “central region”), and are separated by a predetermined distance. ing.
  • the first sheet 2 and the second sheet 3 are in contact with each other at an outer edge portion in a region 12 outside the central region 11 (hereinafter also referred to as “terminal region”), and are joined and sealed.
  • the portion 6 where the first sheet and the second sheet are joined is also referred to as a “sealing portion”.
  • a wick 8 is provided on the inner surface of the second sheet 3 (that is, the main surface on the inner space side of the housing, hereinafter also referred to as “main inner surface”). The wick 8 is bonded and fixed to the main inner surface of the second sheet 3 and a part of the surface thereof.
  • the casing 4 has a planar shape.
  • the “planar shape” includes a plate shape and a sheet shape, and a shape having a length and a width that are considerably larger than a height (thickness), for example, the length and width are 10 times or more of the thickness, Preferably, the shape is 100 times or more.
  • the casing 4 includes a first sheet 2 and a second sheet 3 that face each other.
  • the size of the casing 4 is not particularly limited.
  • the thickness of the housing 4 (indicated by T in FIG. 1) is preferably 100 ⁇ m or more and 600 ⁇ m or less, more preferably 200 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the length (indicated by L in FIGS. 1 and 2) and width (indicated by W in FIG. 2) and width (indicated by W in FIG. 2) of the housing 4 can be appropriately set according to the application to be used, for example, 5 mm to 500 mm. , 20 mm or more and 300 mm or less, or 50 mm or more and 200 mm or less.
  • the shape of the casing 4 is not particularly limited.
  • the planar shape of the housing 4 (the shape shown in FIG. 2, that is, the shape seen from the upper side in FIG. 1) is a polygon such as a triangle or a rectangle, a circle, an ellipse, a combination of these, etc. It can be.
  • the material for forming the first sheet 2 and the second sheet 3 is not particularly limited as long as it has characteristics suitable for use as a vapor chamber, such as thermal conductivity, strength, flexibility, and the like.
  • the material constituting the first sheet 2 and the second sheet 3 is preferably a metal, such as copper, nickel, aluminum, magnesium, titanium, iron, or an alloy containing them as a main component, particularly preferably. It can be copper.
  • the materials constituting the first sheet 2 and the second sheet 3 may be the same or different, but are preferably the same.
  • the thickness (indicated by t in FIG. 1) of the first sheet 2 and the second sheet 3 is not particularly limited, but is preferably 10 ⁇ m to 200 ⁇ m, more preferably 30 ⁇ m to 100 ⁇ m, for example, preferably 40 ⁇ m to 60 ⁇ m. It can be.
  • the first sheet 2 and the second sheet 3 are joined to each other at their outer edge portions.
  • the joining method is not particularly limited.
  • laser welding, resistance welding, diffusion joining, brazing, TIG welding (tungsten-inert gas welding), ultrasonic joining, or resin sealing can be used.
  • Laser welding, resistance welding or brazing can be used.
  • the pillar 5 supports the first sheet 2 and the second sheet 3 from the inside so that the distance between the first sheet and the second sheet is a predetermined distance.
  • the pillar 5 may be in direct contact with each sheet, or may be supported via another member such as a wick.
  • the material which forms the said pillar 5 is not specifically limited, For example, it is a metal, for example, they are copper, nickel, aluminum, magnesium, titanium, iron, or an alloy which has them as a main component, Especially preferably, it is copper. obtain.
  • the material forming the pillar is the same material as either or both of the first sheet and the second sheet.
  • the height of the pillar 5 can be appropriately set according to the desired thickness of the vapor chamber, preferably 50 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less, more preferably 100 ⁇ m or more and 400 ⁇ m or less, and further preferably 100 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, for example 125 ⁇ m or more. 150 ⁇ m or less.
  • the height of the column means the height in the thickness direction of the vapor chamber (the height in the vertical direction in FIG. 1).
  • the shape of the column 5 is not particularly limited, but may be a columnar shape, a prismatic shape, a truncated cone shape, a truncated pyramid shape, or the like.
  • the thickness of the column 5 is not particularly limited as long as it gives strength capable of suppressing deformation of the casing of the vapor chamber.
  • the equivalent circle diameter of a cross section perpendicular to the column height direction is 100 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less.
  • the thickness may be preferably 300 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the arrangement of the pillars 5 is not particularly limited, but is preferably arranged evenly, for example, in the form of lattice points so that the distance between the pillars is constant. By arranging the columns evenly, a uniform strength can be ensured throughout the vapor chamber.
  • the pillar 5 may be formed integrally with the first sheet, or may be manufactured separately from the first sheet and then fixed to a predetermined portion of the first sheet.
  • the hydraulic fluid is not particularly limited as long as it can cause a gas-liquid phase change under the environment in the casing, and for example, water, alcohols, alternative chlorofluorocarbon, or the like can be used.
  • the hydraulic fluid is an aqueous compound, preferably water.
  • the wick 8 is not particularly limited as long as it has a structure capable of moving the hydraulic fluid by capillary force (hereinafter also referred to as “capillary structure”).
  • the capillary structure that exhibits the capillary force for moving the working fluid is not particularly limited, and may be a known structure used in a conventional vapor chamber.
  • examples of the capillary structure include fine structures such as pores, grooves, and protrusions, such as a groove structure and a mesh structure.
  • Examples of the wick 8 include a mesh, a woven fabric, a nonwoven fabric, and a porous foil.
  • the wick 8 has irregularities on the main surface, and has a core material and a skin material.
  • the core material is formed from a resin material.
  • the skin material is formed from a metal material.
  • the core material is formed from a resin material, and the skin material is formed from a metal material.
  • the wick 8 may have irregularities on the main surface.
  • “unevenness” of the main surface of the wick means that when the main surface is superimposed on a completely flat surface, only a part of the main surface can come into contact with the flat surface, and the other portion is flat.
  • a structure that does not contact the surface for example, the main surface and the flat surface are separated by 100 nm or more).
  • the unevenness is formed by pores, grooves, protrusions, fiber structures, etc. existing on the main surface of the wick.
  • the wick 8 has a network structure.
  • the “network structure” refers to a structure in which a plurality of points are connected by a plurality of line segments. In the network structure, at least a part of the points and the plurality of line segments can form an uneven projection.
  • the network structure can be a fiber structure.
  • the fiber structure refers to a structure composed of a plurality of fibers, for example, a structure in which fibers are woven (for example, a structure in which warp threads 13 and weft threads 14 are woven as shown in FIGS. 3 and 4), fibers Includes irregularly entangled structures.
  • the resin material is not particularly limited, and examples thereof include polyethylene, polyester, nylon, Teflon (registered trademark), urethane, and the like.
  • the resin material is polyethylene or polyester.
  • the metal material is not particularly limited, and examples thereof include copper, nickel, aluminum, magnesium, titanium, iron, and alloys containing them as main components.
  • the metallic material is copper, nickel, or an alloy thereof.
  • the skin material is present on the core material so as to cover the core material.
  • the skin material may cover 50% or more of the surface of the core material, preferably 70% or more, more preferably 90% or more, and still more preferably 98% or more. In a preferred embodiment, the skin material substantially completely covers the surface of the core material.
  • the wick 8 has a structure in which warp yarns 13 and weft yarns 14 are knitted, and the core material 15 of the warp yarns 13 and the weft yarns 14 is entirely made of a skin material 16. Covered. In such an embodiment, preferably, the warp yarn 13 and the weft yarn 14 can contact but are not joined.
  • the wick 8 has a structure in which the warp yarn 13 and the weft yarn 14 are knitted, as shown in FIG.
  • the core material 15 of the weft 14 is in direct contact, and the skin material 16 may be present so as to cover them.
  • Examples of the method for forming the skin material on the core include plating, sputtering, vapor deposition, and impregnation, and plating is preferably used.
  • the wick can be obtained by weaving a core material into a fibrous shape using warp and weft, and then producing a skin material by plating.
  • the wick can be manufactured by weaving a core material around the core material into a fibrous shape using warp and weft.
  • the thickness of the skin material is not particularly limited, but may be preferably 0.01 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less, more preferably 0.1 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less, and further preferably 0.5 ⁇ m or more and 3.0 ⁇ m or less.
  • the thickness of the wick 8 is not particularly limited, but may be, for example, 5 ⁇ m to 200 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m to 80 ⁇ m, and more preferably 30 ⁇ m to 50 ⁇ m.
  • the distance between the end of the wick 8 and the sealing portion 6 is not particularly limited, but may be, for example, 5000 ⁇ m or less, preferably 500 ⁇ m or less, more preferably 300 ⁇ m or less, and even more preferably 100 ⁇ m or less.
  • the wick 8 is in contact with the sealing portion 6.
  • the wick 8 is fixed on the main inner surface of the casing 4 (that is, the main inner surface of the second sheet 3).
  • the fixing is performed by joining the main surface of the wick 8 and the main inner surface of the second sheet 3.
  • no positional deviation occurs.
  • this fixing there is no possibility that the position of the wick is shifted and sandwiched between the sealing portions when the first sheet and the second sheet are joined, so that the wick can be installed to a position closer to the sealing portion. . That is, a larger wick can be used, and the heat transport capability of the vapor chamber is improved.
  • the wick 8 and the second sheet 3 are joined by a part of the surface of the wick 8 and a part of the main inner surface of the second sheet 3.
  • a space is created between the wick surface other than the joined part and the second sheet, and the working fluid can be held in the space.
  • the capillary force acts on the hydraulic fluid held in the space, the heat transport capability of the vapor chamber is improved.
  • the ratio of the total area of the joints existing in the joint area to the joint area between the wick and the housing is 50% or less, preferably 30% or less, more preferably 20% or less.
  • the “joining region” is a region where joints having a distance of 100 ⁇ m or less between adjacent joints gather, and is the maximum region obtained by connecting the joints with a straight line (in other words, , A region obtained by connecting the outermost joints).
  • the “area of the joined portion” refers to an area where the joined portion occupies the main inner surface of the housing.
  • the total area of the joints is preferably 0.1% or more and 30% or less, more preferably 1% or more and 20% or less, and further preferably 5% or more and 15% or less with respect to the area of the main surface of the wick. possible.
  • a junction part exists in the shape of a dot on the main inner surface of a case.
  • “exists in the form of dots” means a state in which the area of the joint portion is small and a plurality of such joint portions are separated from each other. That is, the wick 8 and the second sheet 3 are joined at a plurality of points.
  • the area of each junction is preferably 1000 ⁇ m 2 or less, more preferably 100 ⁇ m 2 or less, and even more preferably 10 ⁇ m 2 or less. Capillary force can be further increased by forming the joints in the form of dots.
  • the height of the joint is preferably 20 ⁇ m or less, more preferably 5 ⁇ m or less, and even more preferably 1 ⁇ m or less.
  • the “joint height” means the height from the main inner surface of the housing to the wick at the boundary of the region where the joint is in contact with the main inner surface of the housing (in other words, the outer edge of the joint). (For example, indicated by h in FIG. 5).
  • the wick has a fiber structure as shown in FIGS. 3 and 4, at the contact point between the warp 13 or weft 14 of the wick 8 and the main inner surface of the housing 4. Be joined. It is not necessary for all the contact points to be joined, and only arbitrary contact points can be joined. Preferably, as illustrated, the width of the joint 9 is smaller than the thickness of the fiber.
  • the joining region exists only on a part of the main inner surface of the casing.
  • the shape of the joining region is not particularly limited, and may be a circular shape, an elliptical shape, a polygonal shape, for example, a triangular shape, a quadrangular shape, a pentagonal shape, a linear shape, or a combination thereof.
  • the bonding region may be one or more, but preferably two or more, for example, two or more and ten or less.
  • the joining region is arranged so as not to block as much as possible between the evaporation part and the condensation part of the vapor chamber.
  • the joining area is linear, the joining area is provided at the end of the wick or parallel to the moving direction of the working fluid. Thereby, the movement of the working fluid from the condensing part to the evaporation part becomes smooth, and the heat transport capability of the vapor chamber is improved.
  • the junction region 10 is formed at the end of the wick, for example, at the four corners (FIG. 6 (a)), the center of the opposite side (FIG. 6 (b)), or the center of the four corners and each side (FIG. 6 (c)). ).
  • the junction region 10 may be provided near the central portion of the wick, for example, one in the central portion (FIG. 7A), or four equally in the central portion (FIG. 7B).
  • region 10 is linear, and can be provided in the two sides (FIG. 8 (a)) which a wick opposes, or four sides (FIG. 8 (b)).
  • the bonding region 10 is a combination of the above, for example, the four corners and the center of the wick (FIG. 9A), the four corners, the center of each side, and the center of the wick (FIG. 9B), linear
  • the wick may be provided in the center of the wick (FIG. 9C) in a circle and two opposite sides of the wick, or in the center of the wick in a circle and the four sides of the wick (FIG. 9D).
  • the joining of the wick 8 and the main inner surface of the housing 4 (second sheet 3) is preferably performed by resistance welding. That is, the joint between the wick and the main inner surface of the housing is formed by resistance welding. By joining by resistance welding, it becomes possible to join only at the contact point between the wick and the main inner surface. This makes it easy to control the number, position, size, height, etc. of the joints.
  • the present invention provides a method of manufacturing a vapor chamber comprising a planar casing, a wick disposed in the casing, and a working fluid sealed in the casing, wherein the wick is There is also provided a manufacturing method including disposing on the main inner surface of the housing and fixing by resistance welding.
  • the vapor chamber of this invention was demonstrated by the said embodiment, the vapor chamber of this invention is not limited to the aspect shown in figure, Various modifications are possible.
  • the vapor chamber in another aspect may further have a wick on the inner main surface of the first sheet 2.
  • a convex portion, a concave portion, a groove, or the like may be formed on the main inner surface of the housing, for example, one or both of the first sheet 2 and the second sheet 3.
  • the vapor chamber of the present invention Since the vapor chamber of the present invention has a high heat transport capability as described above, it is preferably used for a heat dissipation device.
  • the present invention also provides a heat dissipation device comprising the vapor chamber of the present invention.
  • the vapor chamber of the present invention is advantageous for downsizing and is suitable for use in equipment that requires downsizing, for example, electronic equipment.
  • the present invention also provides an electronic apparatus comprising the vapor chamber of the present invention or the heat dissipation device of the present invention.
  • the vapor chamber of the present invention Since the vapor chamber of the present invention has a high heat transport capability, it can be used in a wide range of applications. In particular, it can be used as a cooling device for electronic devices or the like in applications where small and efficient heat transport is required.

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Abstract

本発明は、面状の筐体と、前記筐体内に配置されたウィックと、前記筐体内に封入された作動液とを有して成るベーパーチャンバーであって、前記ウィックと前記筐体間の接合領域に対する、該接合領域に存在する接合部の面積の合計の割合が、５０％以下であるベーパーチャンバーを提供する。

Description

ベーパーチャンバー
　本発明は、ベーパーチャンバーに関する。
　近年、素子の高集積化、高性能化による発熱量が増加している。また、製品の小型化が進むことで、発熱密度が増加し、放熱対策が重要となってきている。この状況はスマートフォンやタブレットなどのモバイル端末の分野において特に顕著である。近年、熱対策部材としては、グラファイトシートなどが用いられることが多いが、その熱輸送量は十分ではないため、様々な熱対策部材の使用が検討されている。なかでも、非常に効果的に熱を輸送することが可能であるとして、面状のヒートパイプであるベーパーチャンバーの使用の検討が進んでいる。
　ベーパーチャンバーは、筐体の内部に、毛細管力によって作動液を輸送するウィックが設けられ、作動液が封入された構造を有する。上記作動液は、発熱素子からの熱を吸収する蒸発部において発熱素子からの熱を吸収し、ベーパーチャンバー内で蒸発し、凝縮部に移動し、冷却されて液体に戻る。液体に戻った作動液は、ウィックの毛細管力によって再び発熱素子側（蒸発部）に移動し、発熱素子を冷却する。こ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、作動液の蒸発潜熱および凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。
　上記のようなベーパーチャンバーとして、特許文献１には、板状コンテナ内にウィックが配され、さらに作動液が減圧封入された板型ヒートパイプが開示されている。特許文献１には、具体的に、アルミニウム合金製メッシュであるウィックを、アルミニウム製の本体にろう付けした板型ヒートパイプが開示されている。
特開２００４－２８４４２号公報
　近年の製品の発熱量の増加により、特許文献１に記載のような板型ヒートパイプでは、熱輸送能力が十分でない場合がある。
　本発明は、優れた熱輸送能力を有し、軽量化に有利なベーパーチャンバーを提供することを目的とする。
　本発明者らは、ウィックを筐体に接合する際に、ウィックの表面全体を筐体に接合するのではなく、ウィックの表面の一部のみを接合することにより、ウィックと筐体間の空間を作動液の保持および輸送のために用いることが可能になり、熱輸送能力が優れたベーパーチャンバーを得ることが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、
　面状の筐体と、前記筐体内に配置されたウィックと、前記筐体内に封入された作動液とを有して成るベーパーチャンバーであって、
　前記ウィックと前記筐体間の接合領域に対する、該接合領域に存在する接合部の面積の合計の割合が、５０％以下である
ベーパーチャンバーが提供される。
　本発明の第２の要旨によれば、上記のベーパーチャンバーを有して成る放熱デバイスが提供される。
　本発明の第３の要旨によれば、上記のベーパーチャンバーまたは上記放熱デバイスを有して成る電子機器が提供される。
　本発明によれば、ウィックと筐体の主内面との接合を、ウィックの表面の一部において行うことにより、熱輸送能力を向上させることができる。
図１は、本発明の一の実施形態におけるベーパーチャンバー１の断面を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の一の実施形態におけるベーパーチャンバー１を模式的に示す第１シート側からみた平面図である。 図３は、本発明の一の態様におけるベーパーチャンバーのウィックの繊維構造を模式的に示す平面図である。 図４は、本発明の一の態様におけるベーパーチャンバーのウィックの繊維構造を模式的に示す平面図である。 図５は、本発明のベーパーチャンバーの繊維構造のウィックと筐体の主内面との接合部を模式的に示す断面図である。 図６（ａ）～（ｃ）は、本発明のベーパーチャンバーの接合領域を説明するための図である。 図７（ａ）および（ｂ）は、本発明のベーパーチャンバーの接合領域を説明するための図である。 図８（ａ）および（ｂ）は、本発明のベーパーチャンバーの接合領域を説明するための図である。 図９（ａ）～（ｄ）は、本発明のベーパーチャンバーの接合領域を説明するための図である。
　以下、本発明のベーパーチャンバーについて、図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１および図２に示されるように、本実施形態のベーパーチャンバー１は、対向する第１シート２および第２シート３から構成される筐体４と、その内部に封入された作動液（図示していない）を有して成る。上記筐体４において内部空間を確保するために、第１シート２および第２シート３の間には、これらを内側から支持する複数の柱５が設けられている。第１シート２および第２シート３は、縁側に存在する柱５を結んだ線の内側の領域１１（以下、「中央領域」ともいう）において、柱５により支持され、所定の距離で離隔している。第１シート２および第２シート３は、中央領域１１の外側の領域１２（以下、「末端領域」ともいう）にある外縁部において接触して、接合され、封止されている。第１シートおよび第２シートが接合されている部分６を、以下、「封止部」ともいう。第２シート３の内側表面（即ち、筐体の内部空間側の主面、以下「主内面」ともいう）上には、ウィック８が設けられている。ウィック８は、第２シート３の主内面と、その表面の一部において接合され、固定されている。
　上記筐体４は、面状である。ここに、「面状」とは、板状およびシート状を包含し、高さ（厚み）に対して長さおよび幅が相当に大きい形状、例えば長さおよび幅が、厚みの１０倍以上、好ましくは１００倍以上である形状をいう。
　上記筐体４は、対向する第１シート２および第２シート３から構成される。
　上記筐体４の大きさは、特に限定されない。筐体４の厚さ（図１においてＴで示される）は、好ましくは１００μｍ以上６００μｍ以下であり、より好ましくは２００μｍ以上５００μｍ以下であり得る。筐体４の長さ（図１および図２においてＬで示される）および幅（図２においてＷで表される）は、用いる用途に応じて適宜設定することができ、例えば、５ｍｍ以上５００ｍｍ以下、２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下または５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり得る。
　上記筐体４の形状は、特に限定されない。例えば、上記筐体４の平面形状（図２に示される形状、即ち、図１において図面上側から見た形状）は、三角形または矩形等の多角形、円形、楕円形、これらを組み合わせた形状などであり得る。
　上記第１シート２および第２シート３を形成する材料は、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、柔軟性等を有するものであれば、特に限定されない。上記第１シート２および第２シート３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り得る。第１シート２および第２シート３を構成する材料は、同じであっても、異なっていてもよいが、好ましくは同じである。
　上記第１シート２および第２シート３の厚み（図１においてｔで示される）は、特に限定されないが、好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下、例えば好ましくは４０μｍ以上６０μｍ以下であり得る。
　上記第１シート２および第２シート３は、これらの外縁部において互いに接合されている。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。
　上記柱５は、第１シートと第２シート間の距離が所定の距離となるように、第１シート２および第２シート３を内側から支持している。柱５を筐体４の内部に設置することにより、筐体の内部が減圧された場合、筐体外部からの外圧が加えられた場合等に筐体が変形することを抑制することができる。尚、柱が第１シートおよび第２シートを支持する際は、柱が直接各シートに接して支持してもよく、他の部材、例えばウィック等を介して支持してもよい。
　上記柱５を形成する材料は、特に限定されないが、例えば金属であり、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り得る。好ましい態様において、柱を形成する材料は、第１シートおよび第２シートのいずれかまたは両方と同じ材料である。
　上記柱５の高さは、所望のベーパーチャンバーの厚みに応じて適宜設定することができ、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以上４００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以上２００μｍ以下、例えば１２５μｍ以上１５０μｍ以下である。ここに、柱の高さとは、ベーパーチャンバーの厚み方向の高さ（図１において上下方向の高さ）をいう。
　上記柱５の形状は、特に限定されないが、円柱形状、角柱形状、円錐台形状、角錐台形状等であり得る。
　上記柱５の太さは、ベーパーチャンバーの筐体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、例えば柱の高さ方向に垂直な断面の円相当径は、１００μｍ以上２０００μｍ以下、好ましくは３００μｍ以上１０００μｍ以下であり得る。上記柱の円相当径を大きくすることにより、ベーパーチャンバーの筐体の変形をより抑制することができる。また、上記柱の円相当径を小さくすることにより、作動液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。
　上記柱５の配置は、特に限定されないが、好ましくは均等に、例えば柱間の距離が一定となるように格子点状に配置される。柱を均等に配置することにより、ベーパーチャンバー全体にわたって均一な強度を確保することができる。
　上記柱５は、第１シートと一体に形成されていてもよく、また、第１シートと別個に製造し、その後、第１シートの所定の箇所に固定してもよい。
　上記作動液は、筐体内の環境下において気－液の相変化を生じ得るものであれば特に限定されず、例えば水、アルコール類、代替フロン等を用いることができる。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。
　上記ウィック８は、毛細管力により作動液を移動させることができる構造（以下、「毛細管構造」ともいう）を有するものであれば特に限定されない。作動液を移動させる毛細管力を発揮する毛細管構造は、特に限定されず、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。例えば、上記毛細管構造は、細孔、溝、突起などの微細構造、例えば、溝構造、網目構造等が挙げられる。上記ウィック８のとしては、例えばメッシュ、織物、不織布、多孔箔などが挙げられる。
　一の態様において、上記ウィック８は、主面に凹凸を有し、芯材および表皮材を有してなる。好ましい態様において、上記心材は樹脂材料から形成される。好ましい態様において、上記表皮材は、金属材料から形成される。より好ましい態様において、上記心材は樹脂材料から形成され、上記表皮材は、金属材料から形成される。樹脂材料から形成された芯材を用いることにより、ウィックに可撓性を与えることができる。また、金属材料から形成された表皮材を用いることにより、作動液との濡れ性を向上させ、毛細管力を大きくすることができる。
　上記ウィック８は、主面に凹凸を有し得る。ここに、ウィックの主面の「凹凸」とは、主面をある完全に平坦な面に重ねた場合に、主面の一部のみが平坦な面と接触し得、他の部分は平坦な面に接触しない（例えば主面と平坦な面とが１００ｎｍ以上離れている）構造をいう。例えば、凹凸は、ウィックの主面に存在する細孔、溝、突起、繊維構造等により形成される。
　一の態様において、上記ウィック８は、網目構造を有する。ここに、「網目構造」とは、複数の点を複数の線分で結んだ構造をいう。網目構造において、上記点および複数の線分の少なくとも一部が凹凸の凸部を構成し得る。一の態様において、網目構造は、繊維構造であり得る。繊維構造とは、複数の繊維により構成される構造をいい、例えば繊維が織り込まれた構造（例えば、図３および図４に示されるような、縦糸１３および横糸１４が織り込まれた構造）、繊維が不規則に絡み合った構造等を含む。
　上記樹脂材料としては、特に限定されないが、例えばポリエチレン、ポリエステル、ナイロン、テフロン（登録商標）、ウレタン等が挙げられる。好ましい態様において、樹脂材料は、ポリエチレンまたはポリエステルである。
　上記金属材料としては、特に限定されないが、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が挙げられる。好ましい態様において、金属材料は、銅、ニッケル、またはそれらの合金である。
　上記表皮材は、上記芯材上に芯材を覆うように存在する。表皮材は、芯材の表面の５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは９８％以上を覆い得る。好ましい態様において、表皮材は、芯材の表面を実質的に完全に覆う。
　一の態様において、ウィック８は、図３に示されるように、縦糸１３および横糸１４が編み込まれた構造を有し、縦糸１３と横糸１４の芯材１５は、それぞれ、全体が表皮材１６により覆われている。かかる態様において、好ましくは、縦糸１３と横糸１４は、接触し得るが、接合はされてない。
　別の態様において、ウィック８は、図４に示されるように、縦糸１３および横糸１４が編み込まれた構造を有し、縦糸１３と横糸１４が交差する箇所の一部または全部において、縦糸１３と横糸１４の芯材１５が直接接触し、これらを覆うように表皮材１６が存在し得る。
　上記表皮材を芯材上に形成する方法としては、めっき、スパッタ、蒸着、含浸等が挙げられ、好ましくはめっきが用いられる。
　一の態様において、上記ウィックは、芯材を、縦糸および横糸に用いて繊維状に織り込み、次いで、めっきにより表皮材を製造することにより得ることができる。別の態様において、上記ウィックは、芯材の周囲に表皮材を形成したものを、縦糸および横糸に用いて繊維状に織り込むことにより製造することができる。
　上記表皮材の厚みは、特に限定されないが、好ましくは０．０１μｍ以上１０μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上５．０μｍ以下、さらに好ましくは０．５μｍ以上３．０μｍ以下であり得る。
　上記ウィック８の厚みは、特に限定されないが、例えば５μｍ以上２００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上８０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上５０μｍ以下であり得る。
　上記ウィック８の端と、封止部６との距離は、特に限定されないが、例えば５０００μｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下であり得る。好ましい態様において、ウィック８は、封止部６と接している。ウィックを、可能な限り封止部まで延ばすことにより、ベーパーチャンバーとしての有効面積が大きくなり、熱輸送能力がより向上する。
　上記ウィック８は、筐体４の主内面（即ち、第２シート３の主内面）上に固定されている。該固定は、ウィック８の主表面と第２シート３の主内面とを接合することにより行われる。ウィックを筐体の主内面に固定することにより、位置ずれが生じなくなる。かかる固定により、第１シートと第２シートを接合する際に、ウィックの位置がずれて封止部に挟み込まれる虞がなくなるので、封止部により近い位置までウィックを設置することが可能になる。即ち、より大きなウィックを用いることが可能になり、ベーパーチャンバーの熱輸送能力が向上する。
　上記ウィック８と第２シート３との接合は、ウィック８の表面の一部と、第２シート３の主内面の一部とで接合されている。ウィックの表面の一部のみを接合し、他の部分を接合しないことにより、接合部以外のウィック表面と第２シート間に空間が生じ、かかる空間に作動液を保持することが可能なる。また、かかる空間に保持された作動液に毛細管力が作用するので、ベーパーチャンバーの熱輸送能力が向上する。
　上記ウィックと筐体間の接合領域に対する、該接合領域に存在する接合部の面積の合計の割合は、５０％以下、好ましくは３０％以下、より好ましくは２０％以下である。ここに、「接合領域」とは、隣接する接合部との距離が１００μｍ以内である接合部が集合する領域であって、かかる接合部間を直線で結んで得られる最大の領域（換言すれば、最も外側にある接合部間を結んで得られる領域）をいう。「接合部の面積」とは、接合部が筐体の主内面を占める面積をいう。
　上記接合部の面積の合計は、ウィックの主表面の面積に対して、好ましくは０．１％以上３０％以下、より好ましくは１％以上２０％以下、さらに好ましくは５％以上１５％以下であり得る。接合部の面積の合計を上記の範囲とすることにより、ウィックの接合強度とベーパーチャンバーの熱輸送能力の両方をより十分に確保することができる。
　一の態様において、接合部は、筐体の主内面上に点状に存在する。ここに、「点状に存在する」とは、接合部の面積が小さく、このような接合部が複数、互いに離隔して存在する状態をいう。即ち、ウィック８と第２シート３は、複数の点で接合されている。一の態様において、各接合部の面積は、好ましくは１０００μｍ２以下であり、より好ましくは１００μｍ２以下であり、さらに好ましくは１０μｍ２以下であり得る。接合部を点状とすることにより、毛細管力をより高めることができる。
　上記接合部の高さは、好ましくは２０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下である。ここに、「接合部の高さ」とは、接合部が筐体の主内面に接触している領域の境界（換言すれば、接合部の外縁）における筐体の主内面からウィックまでの高さをいう（例えば、図５においてｈで示される）。接合部の高さを低くすることにより、毛細管力をより高めることができる。また、接合部によりウィックの機能が阻害されることを抑制することができる。
　一の態様において、図５に示されるように、ウィックが図３および図４に示すような繊維構造である場合、ウィック８の縦糸１３または横糸１４と筐体４の主内面との接触点において接合される。上記接触点は、すべてが接合される必要はなく、任意の接触点のみを接合させることができる。好ましくは、図示されるように、接合部９の幅は繊維の太さよりも小さい。
　一の態様において、接合領域は、筐体の主内面の一部にのみ存在する。接合領域の形状は、特に限定されず、円形状、楕円形状、多角形状、例えば三角形状、四角形状または五角形状、直線状、またはこれらを組み合わせた形状であってもよい。接合領域は、１箇所またはそれ以上であってもよいが、好ましくは２箇所以上であり、例えば２箇所以上１０箇所以下であり得る。
　好ましい態様において、接合領域は、ベーパーチャンバーの蒸発部と凝縮部間を可能な限り遮らないように配置される。例えば、接合領域が直線状である場合には、接合領域は、ウィックの端に設けられるか、作動液の移動方向に平行になるように設けられる。これにより、凝縮部から蒸発部への作動液の移動が円滑になり、ベーパーチャンバーの熱輸送能力が向上する。
　一の態様において、接合領域１０は、ウィックの端、例えば四隅（図６（ａ））、対向する辺の中央（図６（ｂ））、または四隅と各辺の中央（図６（ｃ））に設けられ得る。別の態様において、接合領域１０は、ウィックの中央部付近、例えば中央部に１つ（図７（ａ））、または、中央部に均等に４つ（図７（ｂ））設けられ得る。別の態様において、接合領域１０は、直線状であり、ウィックの対向する二辺（図８（ａ））、または四辺（図８（ｂ））に設けられ得る。別の態様において、接合領域１０は、上記を組み合わせた箇所、例えば四隅とウィックの中央（図９（ａ））、四隅と各辺の中央とウィックの中央（図９（ｂ））、直線状にウィックの対向する二辺と円状にウィックの中央（図９（ｃ））または直線状にウィックの四辺と円状にウィックの中央（図９（ｄ））に設けられ得る。
　上記ウィック８と筐体４（第２シート３）の主内面との接合は、好ましくは抵抗溶接により行われる。即ち、ウィックと筐体の主内面間の接合部は、抵抗溶接により形成されている。抵抗溶接で接合を行うことにより、ウィックと主内面の接触点でのみ接合を行うことが可能になる。これにより接合部の数、位置、大きさ、高さなどを制御することが容易になる。
　従って、本発明は、面状の筐体と、前記筐体内に配置されたウィックと、前記筐体内に封入された作動液とを有して成るベーパーチャンバーの製造方法であって、前記ウィックを前記筐体の主内面上に配置し、抵抗溶接により固定することを含む、製造方法をも提供する。
　以上、本発明のベーパーチャンバーについて、上記実施形態により説明したが、本発明のベーパーチャンバーは、図示した態様に限定されず、種々の改変が可能である。
　例えば、別の態様におけるベーパーチャンバーは、さらに第１シート２の内側主面上にもウィックを有し得る。
　また、筐体の主内面、例えば第１シート２および第２シート３のいずれか一方または両方の主内面に凸部、凹部、溝等が形成されていてもよい。
　本発明のベーパーチャンバーは、上記のように熱輸送能力が高いので、放熱デバイスに好適に用いられる。
　従って、本発明は、本発明のベーパーチャンバーを有して成る放熱デバイスをも提供する。
　本発明のベーパーチャンバーは、小型化に有利であり、小型化が要求される機器、例えば電子機器における利用に適している。
　従って、本発明は、本発明のベーパーチャンバーまたは本発明の放熱デバイスを有して成る電子機器をも提供する。
　本発明のベーパーチャンバーは、熱輸送能力が高いので、幅広い用途に用いることができる。特に、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。
　　１　ベーパーチャンバー
　　２　第１シート
　　３　第２シート
　　４　筐体
　　５　柱
　　６　封止部
　　７　凸部
　　８　ウィック
　　９　接合部
　　１０　接合領域
　　１１　中央領域
　　１２　末端領域
　　１３　縦糸
　　１４　横糸
　　１５　芯材
　　１６　表皮材

Claims (9)

  1. 　面状の筐体と、前記筐体内に配置されたウィックと、前記筐体内に封入された作動液とを有して成るベーパーチャンバーであって、
    　前記ウィックと前記筐体間の接合領域に対する、該接合領域に存在する接合部の面積の合計の割合が、５０％以下である
    ベーパーチャンバー。
  2. 　前記ウィックは、樹脂材料から形成された芯材および金属材料から形成された表皮材を有して成る、請求項１に記載のベーパーチャンバー。
  3. 　前記ウィックが、網目構造を有する、請求項１または２に記載のベーパーチャンバー。
  4. 　前記ウィックが銅めっき層を有する、請求項１～３のいずれかに記載のベーパーチャンバー。
  5. 　前記接合領域が、前記ウィックの縁部に設けられている、請求項１～４のいずれか１項に記載のベーパーチャンバー。
  6. 　前記ウィックと筐体の主内面間の接合部が、抵抗溶接により形成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載のベーパーチャンバー。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載のベーパーチャンバーを有して成る放熱デバイス。
  8. 　請求項１～６のいずれか１項に記載のベーパーチャンバーまたは請求項７に記載の放熱デバイスを有して成る電子機器。
  9. 　面状の筐体と、前記筐体内に配置されたウィックと、前記筐体内に封入された作動液とを有して成るベーパーチャンバーの製造方法であって、
    　前記ウィックを前記筐体の主内面上に配置し、抵抗溶接により固定することを含む、製造方法。
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