WO2022201918A1 - 熱拡散デバイスおよび電子機器 - Google Patents

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WO2022201918A1
WO2022201918A1 PCT/JP2022/004717 JP2022004717W WO2022201918A1 WO 2022201918 A1 WO2022201918 A1 WO 2022201918A1 JP 2022004717 W JP2022004717 W JP 2022004717W WO 2022201918 A1 WO2022201918 A1 WO 2022201918A1
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porous body
wall surface
housing
region
diffusion device
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PCT/JP2022/004717
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Inventor
浩士 福田
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株式会社村田製作所
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
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    • 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
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    • F28D15/04—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes

Definitions

  • the present invention relates to heat diffusion devices and electronic equipment.
  • a vapor chamber has a structure in which a working medium (also called a working fluid) and a wick that transports the working medium by capillary force are sealed inside a housing.
  • the working medium absorbs heat from a heat-generating element such as an electronic component in an evaporating section that absorbs heat from the heat-generating element, evaporates in the vapor chamber, moves in the vapor chamber, and is cooled to a liquid phase. return.
  • the working medium that has returned to the liquid phase moves again to the evaporating portion on the heating element side by the capillary force of the wick, and cools the heating element.
  • the vapor chamber can operate independently without external power, and heat can be two-dimensionally diffused at high speed by utilizing the latent heat of vaporization and latent heat of condensation of the working medium.
  • Patent Document 1 discloses a flat container in which a working fluid is enclosed, and a wick provided inside the container. and a linear bundle in which fibers thicker than the fibers are linearly bundled, and the linear bundle is arranged in a cavity surrounded by the inner peripheral surface of the braided body, and is arranged around the braided body. discloses a heat pipe characterized in that a vapor channel for the working fluid is formed, and a liquid channel for the working fluid is formed in the cavity.
  • the wick is formed with an inner region and an outer region, and the inner region is used as a liquid flow path and the outer region. is the steam flow path.
  • An object of the present invention is to provide a heat diffusion device with excellent liquid transport performance.
  • a further object of the present invention is to provide an electronic device comprising the above heat diffusion device.
  • a heat diffusion device of the present invention includes a housing having a first inner wall surface and a second inner wall surface facing each other in a thickness direction, a working medium enclosed in an internal space of the housing, and the first wall surface of the housing. a sheet-like porous body arranged between the inner wall surface and the second inner wall surface; and a support that supports the porous body. The porous body is arranged between the support and the second inner wall surface.
  • the area where the first inner wall surface and the porous body overlap is smaller than the area where the first inner wall surface and the porous body do not overlap.
  • a liquid flow path for the working medium is formed in a space surrounded by the porous body and the first inner wall surface.
  • the electronic device of the present invention includes the heat diffusion device of the present invention.
  • thermoelectric device it is possible to provide a heat diffusion device with excellent liquid transport performance. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an electronic device comprising the above heat diffusion device.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of a heat diffusion device according to a first embodiment of the invention.
  • 2 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of the heat diffusion device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the heat spreading device shown in FIG. 2 along line III-III.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of liquid channels in the thermal diffusion device of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing an example of liquid channels in the thermal diffusion device of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing an example of a support.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing another example of the support.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an example of a heat diffusion device according to the second embodiment of the invention.
  • FIG. 9 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of a heat diffusion device in which a plurality of porous bodies are arranged.
  • FIG. 10 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of a heat diffusion device in which a housing has a plurality of evaporators.
  • FIG. 11 is a plan view schematically showing another example of the internal structure of a heat diffusion device whose housing has a plurality of evaporators.
  • the heat diffusion device of the present invention will be described below.
  • the present invention is not limited to the following embodiments, and can be appropriately modified and applied without changing the gist of the present invention.
  • a combination of two or more of the individual preferred configurations of the present invention described below is also the present invention.
  • a vapor chamber will be described below as an example of an embodiment of the heat diffusion device of the present invention.
  • the heat diffusion device of the present invention is also applicable to heat diffusion devices such as heat pipes.
  • a vapor channel for the working medium is formed between the porous body and the second inner wall surface.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of the heat diffusion device according to the first embodiment of the invention.
  • 2 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of the heat diffusion device shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the heat spreading device shown in FIG. 2 along line III-III.
  • the vapor chamber 1 shown in FIG. 1 includes a hollow housing 10 that is hermetically sealed. As shown in FIG. 2, the housing 10 is provided with an evaporation portion EP for evaporating the enclosed working medium 20 (see FIG. 3). As shown in FIG. 1, a heat source HS, which is a heating element, is arranged on the outer wall surface of the housing 10 . Examples of the heat source HS include electronic components of electronic equipment, such as a central processing unit (CPU). A portion of the internal space of the housing 10 that is in the vicinity of the heat source HS and is heated by the heat source HS corresponds to the evaporating section EP.
  • CPU central processing unit
  • the housing 10 has a first inner wall surface 11a and a second inner wall surface 12a facing each other in the thickness direction Z, as shown in FIG.
  • the housing 10 preferably consists of a first sheet 11 and a second sheet 12 facing each other with their outer edges joined together.
  • the vapor chamber 1 is planar as a whole. That is, the housing 10 is planar as a whole.
  • the “planar shape” includes a plate shape and a sheet shape, and the dimension in the width direction X (hereinafter referred to as width) and the dimension in the length direction Y (hereinafter referred to as length) are the thickness direction Z Shapes that are considerably large relative to their dimensions (hereinafter referred to as thickness or height), for example shapes whose width and length are 10 times or more, preferably 100 times or more, the thickness.
  • the size of the vapor chamber 1, that is, the size of the housing 10 is not particularly limited.
  • the width and length of the vapor chamber 1 can be appropriately set according to the application.
  • the width and length of the vapor chamber 1 are, for example, 5 mm or more and 500 mm or less, 20 mm or more and 300 mm or less, or 50 mm or more and 200 mm or less.
  • the width and length of vapor chamber 1 may be the same or different.
  • the materials that constitute the first sheet 11 and the second sheet 12 should have properties suitable for use as a vapor chamber, such as thermal conductivity, strength, and the like. , flexibility, flexibility, etc., and is not particularly limited.
  • the material that constitutes the first sheet 11 and the second sheet 12 is preferably a metal, such as copper, nickel, aluminum, magnesium, titanium, iron, or an alloy containing them as a main component. Copper is particularly preferable. is.
  • the materials forming the first sheet 11 and the second sheet 12 may be the same or different, but are preferably the same.
  • the housing 10 is composed of the first sheet 11 and the second sheet 12
  • the first sheet 11 and the second sheet 12 are joined together at their outer edge portions.
  • the method of such bonding is not particularly limited, but for example, laser welding, resistance welding, diffusion bonding, brazing, TIG welding (tungsten-inert gas welding), ultrasonic bonding or resin sealing can be used, preferably can use laser welding, resistance welding or brazing.
  • the thicknesses of the first sheet 11 and the second sheet 12 are not particularly limited, but each is preferably 10 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, more preferably 30 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, still more preferably 40 ⁇ m or more and 60 ⁇ m or less.
  • the thicknesses of the first sheet 11 and the second sheet 12 may be the same or different. Further, the thickness of each sheet of the first sheet 11 and the second sheet 12 may be the same over the entire area, or may be thin in part.
  • first sheet 11 and the second sheet 12 are not particularly limited.
  • first sheet 11 may have a flat plate shape with a constant thickness
  • second sheet 12 may have a shape in which the outer edge portion is thicker than the portions other than the outer edge portion.
  • the first sheet 11 may have a flat plate shape with a constant thickness
  • the second sheet 12 may have a constant thickness and a portion other than the outer edge with respect to the outer edge may be convex outward. good.
  • a recess is formed in the outer edge of the housing 10 . Therefore, the concave portion of the outer edge can be used when mounting the vapor chamber. Also, other components can be placed in the recesses of the outer edge.
  • the thickness of the entire vapor chamber 1 is not particularly limited, it is preferably 50 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the planar shape of the housing 10 when viewed from the thickness direction Z is not particularly limited, and examples thereof include polygonal shapes such as triangles and rectangles, circular shapes, elliptical shapes, and shapes combining these shapes. Further, the planar shape of the housing 10 may be L-shaped, C-shaped (U-shaped), step-shaped, or the like. Moreover, the housing 10 may have a through hole. The planar shape of the housing 10 may be a shape according to the use of the vapor chamber, the shape of the location where the vapor chamber is installed, and other parts existing nearby.
  • the working medium 20 is enclosed in the internal space of the housing 10.
  • the working medium 20 is not particularly limited as long as it can cause a gas-liquid phase change in the environment inside the housing 10.
  • water, alcohols, CFC alternatives, etc. can be used.
  • the working medium is an aqueous compound, preferably water.
  • a sheet-like porous body 30 is arranged between the first inner wall surface 11a and the second inner wall surface 12a of the housing 10 .
  • the porous body 30 functions as a wick that transports the working medium 20 by capillary force.
  • the arrow P indicates the direction of the capillary pressure generated by the porous body 30. As shown in FIG.
  • the porous body 30 is composed of, for example, a metal porous body, a ceramic porous body, or a resin porous body.
  • the porous body 30 may be, for example, a metal porous membrane, a mesh, a non-woven fabric, a sintered body, or the like formed by etching or metal working.
  • the mesh that is the material of the porous body 30 may be composed of, for example, a metal mesh, a resin mesh, or a surface-coated mesh thereof, preferably a copper mesh, a stainless steel (SUS) mesh, or a polyester mesh. Configured.
  • the sintered body that is the material of the porous body 30 may be composed of, for example, a metal porous sintered body or a ceramic porous sintered body, preferably a copper or nickel porous sintered body. Configured.
  • supports 41 and 42 are arranged in the casing 10 along the extending direction of the porous body 30 (here, the longitudinal direction Y).
  • the longitudinal direction Y the extending direction of the porous body 30
  • two rows of supports 41 and 42 are arranged parallel to each other along the stretching direction of the porous body 30, but one row along the stretching direction of the porous body 30 is arranged.
  • Supports may be arranged, and three or more rows of supports may be arranged so as to be parallel to each other along the stretching direction of the porous body 30 .
  • the supports 41 and 42 support the first inner wall surface 11a of the housing 10 and the porous body 30.
  • the porous body 30 is arranged between the supports 41 and 42 and the second inner wall surface 12a.
  • the area where the first inner wall surface 11a and the porous body 30 overlap is the area where the first inner wall surface 11a and the porous body 30 do not overlap.
  • a liquid flow path 50 for the working medium 20 is formed in a space surrounded by the porous body 30 and the first inner wall surface 11a.
  • a vapor channel 60 for the working medium 20 is formed in a gap other than the liquid channel 50 inside the housing 10 .
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an example of liquid channels in the thermal diffusion device of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing an example of liquid channels in the thermal diffusion device of the present invention. 4 and 5, the supports 41 and 42 for supporting the porous body 30 are omitted.
  • a liquid-phase working medium is transported while passing through the inside of a wick.
  • the inside of the wick has a dense structure to increase the capillary pressure. can be considered to be higher.
  • the fluid resistance passing through the inside of the wick increases and the permeability decreases, so the liquid transport performance deteriorates accordingly.
  • the heat diffusion device becomes thinner, the smaller the thickness of the wick, the more difficult it becomes to secure the volume of the liquid flow path and to reduce the fluid resistance.
  • a sheet-like porous body 30 functioning as a wick surrounds supports 41 and 42 (see FIG. 3). is formed in the space surrounded by the porous body 30 and the first inner wall surface 11 a of the housing 10 to form a cavity that serves as a liquid flow path 50 for the working medium 20 .
  • capillary pressure (arrow P in FIGS. 3 and 4) can be developed by the porous body 30 surrounding the cavity.
  • the permeability (arrow K in FIG. 5) can be increased. As a result, the liquid transport performance to the evaporator EP is enhanced.
  • the porous body 30 is supported like a tent by the supports 41 and 42, so that the liquid flow path 50 is formed. Since it becomes difficult to collapse, the volume of the liquid channel 50 can be ensured.
  • the porous body 30 includes a first region 31 separated from the first inner wall surface 11a by supports 41 and 42, and a first region 31 continuous with the first inner wall surface 11a and having an end portion extending from the first inner wall surface 11a. and a second region 32 in contact with the wall surface 11a.
  • a wick is formed on the side surface of the liquid channel 50, so that the surface area of the wick at the boundary between the liquid channel 50 and the vapor channel 60 can be increased.
  • the porous body 30 further has a third region 33 that is continuous with the second region 32 and that is entirely in contact with the first inner wall surface 11a. It is not necessary to have the area 33 .
  • the thickness of the first region 31 of the porous body 30 is T 1 , the first inner wall surface 11a of the housing 10 and the porous body 30
  • the ratio of T 2 /T 1 is not particularly limited, but is preferably 1 or more.
  • the ratio of T 2 /T 1 is, for example, 4 or less.
  • the thickness of the thickest portion is defined as T1.
  • the height of the support 41 and the height of the support 42 are different, the height of the highest portion is defined as T2.
  • the ratio of D/T2 is not particularly limited, but is, for example, 1 or more. 5 or less.
  • the distance D between the support 41 and the support 42 is not particularly limited, but is, for example, 500 ⁇ m or more and 3000 ⁇ m or less.
  • the distance of the widest part is defined as D.
  • the vapor chamber 1 shown in FIG. 3 preferably further includes supports 43 and 44.
  • supports 43 and 44 In the example shown in FIG. 3, two rows of supports 43 and 44 are arranged parallel to each other along the extending direction of the porous body 30, but one row along the extending direction of the porous body 30 is arranged.
  • Supports may be arranged, and three or more rows of supports may be arranged so as to be parallel to each other along the stretching direction of the porous body 30 .
  • Support 43 preferably faces support 41
  • support 44 preferably faces support 42 .
  • the supports 43 and 44 support the second inner wall surface 12a of the housing 10 and the porous body 30. As a result, a vapor channel 60 for the working medium 20 is formed between the first region 31 of the porous body 30 and the second inner wall surface 12a.
  • the vapor flow path 60 is less likely to collapse, so the volume of the vapor flow path 60 should be secured. can be done.
  • the first region 31 and the second region 32 of the porous body 30 can be formed by pressing the sheet-like porous body 30, for example.
  • the same is true when the porous body 30 has the third region 33, and the third region 33 can be formed by pressing.
  • the end of the second region 32 of the porous body 30 is preferably fixed to the first inner wall surface 11a of the housing 10.
  • the end of the second region 32 is preferably joined to the first inner wall surface 11a of the housing 10 .
  • the bonding method is not particularly limited, diffusion bonding or the like can be used, for example.
  • the porous body 30 has the third region 33 , and the entire third region 33 is preferably fixed to the first inner wall surface 11 a of the housing 10 .
  • the entire third region 33 is preferably bonded to the first inner wall surface 11a of the housing 10 .
  • the first region 31 of the porous body 30 is preferably fixed to the supports 41, 42, 43 and 44.
  • first region 31 of porous body 30 is preferably bonded to supports 41 , 42 , 43 and 44 .
  • the bonding method is not particularly limited, diffusion bonding or the like can be used, for example.
  • the liquid channel 50 is also formed between the second region 32 of the porous body 30 and the support 41 in the cross section perpendicular to the extending direction of the porous body 30. .
  • a liquid channel 50 is also formed between the second region 32 of the porous body 30 and the support 42 .
  • the working medium 20 can also wrap around the outside of the support 41 or 42, the wicking function in the width direction X can be improved.
  • the angle formed by the first region 31 and the second region 32 of the porous body 30 is not particularly limited, but is greater than 90 degrees. Large is preferred. If the angle ⁇ is greater than 90 degrees, the liquid flow path 50 can be formed between the second region 32 of the porous body 30 and the support 41 . Furthermore, when the first region 31 and the second region 32 of the porous body 30 are formed by press working, setting the angle ⁇ to be greater than 90 degrees makes the bending portion less likely to be damaged.
  • the angle ⁇ may be the same or different on the support 41 side and the support 42 side. On the other hand, the angle ⁇ is smaller than 135 degrees, for example.
  • the first region 31 and the second region 32 of the porous body 30 are both linear, but one may be linear and the other curved. There may be.
  • supports 41, 42, 43 and 44 are not particularly limited, but examples include resins, metals, ceramics, or mixtures and laminates thereof. Further, as shown in FIG. 3, the supports 41, 42, 43 and 44 may be integrated with the housing 10, for example, by etching the inner wall surface of the first sheet 11 or the second sheet 12. and the like.
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing an example of a support.
  • FIG. 7 is a plan view schematically showing another example of the support.
  • the support 41 is composed of one strut 41A
  • the support 42 is composed of one strut 42A.
  • each of the supports 43 and 44 preferably consists of one strut.
  • the support 41 is composed of a plurality of spaced struts 41B
  • the support 42 is composed of a plurality of spaced struts 42B.
  • the supports 43 and 44 each preferably consist of a plurality of spaced apart struts.
  • the shape of the first inner wall surface 11a of the housing 10 and the supports 41 and 42 that support the porous body 30 is not particularly limited as long as it can support the porous body 30.
  • the support is composed of a plurality of struts 41B or 42B spaced apart. In this case, since the working medium 20 can also flow between adjacent struts 41B or between adjacent struts 42B, the wicking function in the width direction X can be improved.
  • the shape of the second inner wall surface 12a of the housing 10 and the supports 43 and 44 that support the porous body 30 is not particularly limited as long as it is a shape that can support the porous body 30.
  • the support is constructed from struts of In this case, the steam can also flow between adjacent struts.
  • examples of the shape of the cross-section perpendicular to the height direction of the pillars include polygons such as rectangles, circles, ovals, and the like.
  • the height of the columns may be the same or different in one vapor chamber.
  • the height of the struts in one region may differ from the height of the struts in another region.
  • the width of the columns is not particularly limited as long as it provides the strength to support the porous body 30, but the height of the ends of the columns
  • the equivalent circle diameter of the cross section perpendicular to the direction is, for example, 100 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less, preferably 300 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the arrangement of the columns is not particularly limited. More preferably, the struts are arranged such that the distance between them is constant.
  • the steam flow path is formed between the porous body and the second inner wall surface, whereas in the second embodiment of the present invention, the porous body 2 It is in contact with the inner wall surface.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an example of a heat diffusion device according to the second embodiment of the invention.
  • the porous body 30 is in contact with the second inner wall surface 12a of the housing 10. As shown in FIG. 8 , when the porous body 30 has the first region 31 and the second region 32 , the first region 31 of the porous body 30 is in contact with the second inner wall surface 12 a of the housing 10 . In FIG. 8, an arrow P indicates the direction of the capillary pressure generated by the porous body 30. As shown in FIG.
  • the first region 31 of the porous body 30 is preferably fixed to the second inner wall surface 12a of the housing 10.
  • the first region 31 of the porous body 30 is preferably bonded to the second inner wall surface 12a of the housing 10 .
  • the bonding method is not particularly limited, diffusion bonding or the like can be used, for example.
  • the thickness of the first region 31 of the porous body 30 is T 1 , the first inner wall surface 11a of the housing 10 and the porous body 30
  • the ratio of T 2 /T 1 is not particularly limited, but is preferably 1 or more.
  • the ratio of T 2 /T 1 is, for example, 4 or less.
  • the angle ⁇ formed by the first region 31 and the second region 32 of the porous body 30 in the cross section perpendicular to the extending direction of the porous body 30 is not particularly limited, it is preferably larger than 90 degrees. On the other hand, the angle ⁇ is smaller than 135 degrees, for example.
  • the heat diffusion device of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various applications and modifications can be made within the scope of the present invention regarding the structure of the heat diffusion device, manufacturing conditions, and the like.
  • a plurality of porous bodies may be arranged in the heat diffusion device of the present invention.
  • the plurality of porous bodies extend so as to be spaced apart from each other and arranged in parallel in a plan view from the thickness direction.
  • FIG. 9 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of a heat diffusion device in which a plurality of porous bodies are arranged.
  • a plurality of porous bodies 30 are arranged in the vapor chamber 3 shown in FIG. Other configurations are the same as those of the vapor chamber 1 . Although four porous bodies 30 are shown in FIG. 9, the number of porous bodies 30 is not particularly limited as long as it is two or more.
  • the plurality of porous bodies 30 extend parallel to each other at intervals. These porous bodies 30 are preferably arranged so as to be concentrated in the evaporating section EP, as shown in FIG. By concentrating the porous bodies 30 in the evaporating part EP, the working medium can be circulated over a short distance.
  • first steam flow paths 61 are formed between adjacent porous bodies 30 .
  • a first steam flow path 61 is provided between one of the plurality of porous bodies 30 located on the outermost side (porous body 30 on the left side in FIG. 9) and the housing 10.
  • the second steam flow path 62 having a wider width is formed.
  • a third steam channel wider than the first steam channel 61 is provided between the other outermost porous body 30 (the porous body 30 on the right side in FIG. 9) and the housing 10. 63 is preferably formed.
  • the vapor of the working medium does not pass through that part, so the uniform heating performance of the vapor chamber as a whole decreases. Therefore, by providing gaps between the porous bodies 30 and using the gaps as steam flow paths, uniform heating performance can be improved. As a result, it is possible to obtain a vapor chamber which is excellent in liquid circulation and vapor circulation, and which has high liquid transportation capacity and heat soaking performance.
  • the materials of the porous bodies 30 may be the same or different.
  • the thickness of the porous bodies 30 may be the same or different.
  • the housing may have multiple evaporators. That is, a plurality of heat sources may be arranged on the outer wall surface of the housing.
  • the number of evaporators and heat sources is not particularly limited.
  • FIG. 10 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of a heat diffusion device whose housing has a plurality of evaporators.
  • FIG. 11 is a plan view schematically showing another example of the internal structure of a heat diffusion device whose housing has a plurality of evaporators.
  • vapor chamber 4 shown in FIG. 10 two porous bodies 30 are arranged, and the evaporating part EP is provided at the end of each porous body 30 .
  • vapor chamber 5 shown in FIG. 11 three porous bodies 30 are arranged, and an evaporating section EP is provided at the end of each porous body 30 .
  • the evaporator may be provided at the end of the housing or may be provided at the center of the housing.
  • the first sheet and the second sheet when the housing is composed of the first sheet and the second sheet, the first sheet and the second sheet may be overlapped so that the edges are aligned, or the edges may overlap. may be shifted and overlapped.
  • the material of the first sheet and the material of the second sheet may be different.
  • the stress applied to the housing can be dispersed.
  • one sheet can have one function and the other sheet can have another function.
  • the above functions are not particularly limited, but include, for example, a heat conduction function, an electromagnetic wave shielding function, and the like.
  • the thickness of the porous body may or may not be constant in the cross section perpendicular to the extending direction of the porous body.
  • the thickness of the porous body in the first region may be different from the thickness of the porous body in the second region.
  • the heat diffusion device of the present invention may further include a wick other than the sheet-like porous body.
  • the wick is not particularly limited as long as it has a capillary structure capable of moving the working medium by capillary force.
  • the capillary structure of the wick may be any known structure used in conventional heat spreading devices.
  • the capillary structure includes fine structures having unevenness such as pores, grooves, and projections, such as porous structures, fiber structures, groove structures, and network structures.
  • the heat diffusion device of the present invention can be mounted on electronic equipment for the purpose of heat dissipation. Therefore, an electronic device including the heat diffusion device of the present invention is also one aspect of the present invention.
  • Examples of the electronic device of the present invention include smart phones, tablet terminals, notebook computers, game machines, wearable devices, and the like.
  • the heat diffusion device of the present invention can operate independently without requiring external power, and can diffuse heat two-dimensionally and at high speed by utilizing the latent heat of vaporization and latent heat of condensation of the working medium. Therefore, an electronic device equipped with the heat diffusion device of the present invention can effectively dissipate heat in a limited space inside the electronic device.
  • the heat diffusion device of the present invention can be used for a wide range of applications in fields such as personal digital assistants. For example, it can be used to lower the temperature of a heat source such as a CPU and extend the operating time of electronic equipment, and can be used in smartphones, tablet terminals, laptop computers, and the like.

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Abstract

熱拡散デバイスの一実施形態であるベーパーチャンバー（１）は、厚さ方向（Ｚ）に対向する第１内壁面（１１ａ）および第２内壁面（１２ａ）を有する筐体（１０）と、筐体（１０）の内部空間に封入される作動媒体（２０）と、筐体（１０）の第１内壁面（１１ａ）と第２内壁面（１２ａ）との間に配置される、シート状の多孔質体（３０）と、多孔質体（３０）の延伸方向に沿って筐体（１０）内に配置され、筐体（１０）の第１内壁面（１１ａ）および多孔質体（３０）を支持する支持体（４１）および（４２）と、を備える。多孔質体（３０）は、支持体（４１）および（４２）と第２内壁面（１２ａ）との間に配置されている。筐体（１０）を厚さ方向（Ｚ）から平面視したとき、第１内壁面（１１ａ）と多孔質体（３０）が重なる領域は、第１内壁面（１１ａ）と多孔質体（３０が重ならない領域より小さい。多孔質体（３０と第１内壁面（１１ａとで囲まれた空間に、作動媒体（２０の液体流路（５０が形成されている。

Description

熱拡散デバイスおよび電子機器
　本発明は、熱拡散デバイスおよび電子機器に関する。
　近年、素子の高集積化および高性能化による発熱量が増加している。また、製品の小型化が進むことで、発熱密度が増加するため、放熱対策が重要となっている。この状況はスマートフォンおよびタブレットなどのモバイル端末の分野において特に顕著である。熱対策部材としては、グラファイトシートなどが用いられることが多いが、その熱輸送量は十分ではないため、様々な熱対策部材の使用が検討されている。中でも、非常に効果的に熱を拡散させることが可能である熱拡散デバイスとして、面状のヒートパイプであるベーパーチャンバーの使用の検討が進んでいる。
　ベーパーチャンバーは、筐体の内部に、作動媒体（作動流体ともいう）と、毛細管力によって作動媒体を輸送するウィックとが封入された構造を有する。上記作動媒体は、電子部品などの発熱素子からの熱を吸収する蒸発部において発熱素子からの熱を吸収してベーパーチャンバー内で蒸発した後、ベーパーチャンバー内を移動し、冷却されて液相に戻る。液相に戻った作動媒体は、ウィックの毛細管力によって再び発熱素子側の蒸発部に移動し、発熱素子を冷却する。これを繰り返すことにより、ベーパーチャンバーは外部動力を有することなく自立的に作動し、作動媒体の蒸発潜熱および凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。
　特許文献１には、作動流体が内部に封入された扁平状のコンテナと、上記コンテナの内部に設けられたウィックと、を備え、上記ウィックは、繊維を筒状に編んだ編組体と、上記繊維よりも太い繊維を線状に束ねた線状束と、を有し、上記線状束は、上記編組体の内周面によって囲まれた空洞部に配置されており、上記編組体の周囲に、上記作動流体の蒸気流路が形成され、上記空洞部に、上記作動流体の液体流路が形成されている、ことを特徴とするヒートパイプが開示されている。
特開２０１８－７６９８９号公報
　特許文献１に記載のヒートパイプでは、ウィックの材料として用いられている繊維の太さを変えることで、ウィックに内部領域と外部領域とを形成した上で、内部領域を液体流路、外部領域を蒸気流路としている。
　しかしながら、ベーパーチャンバーにおいてウィックが繊維から構成される場合、ウィックの毛細管力と透過率とはトレードオフの関係にある。そのため、充分な液輸送性能を得ることが困難である。
　なお、上記の問題は、ベーパーチャンバーに限らず、ベーパーチャンバーと同様の構成によって熱を拡散させることが可能な熱拡散デバイスに共通する問題である。
　本発明は、液輸送性能に優れた熱拡散デバイスを提供することを目的とする。さらに、本発明は、上記熱拡散デバイスを備える電子機器を提供することを目的とする。
　本発明の熱拡散デバイスは、厚さ方向に対向する第１内壁面および第２内壁面を有する筐体と、上記筐体の内部空間に封入される作動媒体と、上記筐体の上記第１内壁面と上記第２内壁面との間に配置される、シート状の多孔質体と、上記多孔質体の延伸方向に沿って上記筐体内に配置され、上記筐体の上記第１内壁面および上記多孔質体を支持する支持体と、を備える。上記多孔質体は、上記支持体と上記第２内壁面との間に配置されている。上記筐体を上記厚さ方向から平面視したとき、上記第１内壁面と上記多孔質体が重なる領域は、上記第１内壁面と上記多孔質体が重ならない領域より小さい。上記多孔質体と上記第１内壁面とで囲まれた空間に、上記作動媒体の液体流路が形成されている。
　本発明の電子機器は、本発明の熱拡散デバイスを備える。
　本発明によれば、液輸送性能に優れた熱拡散デバイスを提供することができる。さらに、本発明によれば、上記熱拡散デバイスを備える電子機器を提供することができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る熱拡散デバイスの一例を模式的に示す斜視図である。 図２は、図１に示す熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。 図３は、図２に示す熱拡散デバイスのＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図４は、本発明の熱拡散デバイスにおける液体流路の一例を模式的に示す断面図である。 図５は、本発明の熱拡散デバイスにおける液体流路の一例を模式的に示す斜視図である。 図６は、支持体の一例を模式的に示す平面図である。 図７は、支持体の別の一例を模式的に示す平面図である。 図８は、本発明の第２実施形態に係る熱拡散デバイスの一例を模式的に示す断面図である。 図９は、複数の多孔質体が配置された熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。 図１０は、筐体が複数の蒸発部を有する熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。 図１１は、筐体が複数の蒸発部を有する熱拡散デバイスの内部構造の別の一例を模式的に示す平面図である。
　以下、本発明の熱拡散デバイスについて説明する。
　しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
　以下に示す各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。第２実施形態以降では、第１実施形態と共通の事項についての記述は省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しない。
　以下の説明において、各実施形態を特に区別しない場合、単に「本発明の熱拡散デバイス」という。
　以下では、本発明の熱拡散デバイスの一実施形態として、ベーパーチャンバーを例にとって説明する。本発明の熱拡散デバイスは、ヒートパイプなどの熱拡散デバイスにも適用可能である。
　以下に示す図面は模式的なものであり、その寸法や縦横比の縮尺などは実際の製品とは異なる場合がある。
［第１実施形態］
　本発明の第１実施形態では、多孔質体と第２内壁面との間に、作動媒体の蒸気流路が形成されている。
　図１は、本発明の第１実施形態に係る熱拡散デバイスの一例を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示す熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。図３は、図２に示す熱拡散デバイスのＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。
　図１に示すベーパーチャンバー１は、気密状態に密閉された中空の筐体１０を備える。筐体１０には、図２に示すように、封入した作動媒体２０（図３参照）を蒸発させる蒸発部（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ　ｐｏｒｔｉｏｎ）ＥＰが設定されている。図１に示すように、筐体１０の外壁面には、発熱素子である熱源（ｈｅａｔ　ｓｏｕｒｃｅ）ＨＳが配置される。熱源ＨＳとしては、電子機器の電子部品、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）等が挙げられる。筐体１０の内部空間のうち、熱源ＨＳの近傍であって熱源ＨＳによって加熱される部分が、蒸発部ＥＰに相当する。
　筐体１０は、図３に示すように、厚さ方向Ｚに対向する第１内壁面１１ａおよび第２内壁面１２ａを有する。筐体１０は、外縁部が接合された対向する第１シート１１および第２シート１２から構成されることが好ましい。
　ベーパーチャンバー１は、全体として面状である。すなわち、筐体１０は、全体として面状である。ここで、「面状」とは、板状およびシート状を包含し、幅方向Ｘの寸法（以下、幅という）および長さ方向Ｙの寸法（以下、長さという）が厚さ方向Ｚの寸法（以下、厚さまたは高さという）に対して相当に大きい形状、例えば幅および長さが、厚さの１０倍以上、好ましくは１００倍以上である形状を意味する。
　ベーパーチャンバー１の大きさ、すなわち、筐体１０の大きさは、特に限定されない。ベーパーチャンバー１の幅および長さは、用途に応じて適宜設定することができる。ベーパーチャンバー１の幅および長さは、各々、例えば、５ｍｍ以上５００ｍｍ以下、２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下または５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。ベーパーチャンバー１の幅および長さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
　筐体１０が第１シート１１および第２シート１２から構成される場合、第１シート１１および第２シート１２を構成する材料は、ベーパーチャンバーとして用いるのに適した特性、例えば熱伝導性、強度、柔軟性、可撓性等を有するものであれば、特に限定されない。第１シート１１および第２シート１２を構成する材料は、好ましくは金属であり、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、またはそれらを主成分とする合金等であり、特に好ましくは銅である。第１シート１１および第２シート１２を構成する材料は、同じであってもよく、異なっていてもよいが、好ましくは同じである。
　筐体１０が第１シート１１および第２シート１２から構成される場合、第１シート１１および第２シート１２は、これらの外縁部において互いに接合される。かかる接合の方法は、特に限定されないが、例えば、レーザー溶接、抵抗溶接、拡散接合、ロウ接、ＴＩＧ溶接（タングステン－不活性ガス溶接）、超音波接合または樹脂封止を用いることができ、好ましくはレーザー溶接、抵抗溶接またはロウ接を用いることができる。
　第１シート１１および第２シート１２の厚さは、特に限定されないが、各々、好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下、さらに好ましくは４０μｍ以上６０μｍ以下である。第１シート１１および第２シート１２の厚さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。また、第１シート１１および第２シート１２の各シートの厚さは、全体にわたって同じであってもよく、一部が薄くてもよい。
　第１シート１１および第２シート１２の形状は、特に限定されない。例えば、第１シート１１は、厚みが一定の平板形状であり、第２シート１２は、外縁部が外縁部以外の部分よりも厚い形状であってもよい。
　あるいは、第１シート１１は、厚みが一定の平板形状であり、第２シート１２は、厚みが一定で、かつ、外縁部に対して外縁部以外の部分が外側に凸の形状であってもよい。この場合、筐体１０の外縁部に凹みが形成される。そのため、ベーパーチャンバーを搭載する際などに外縁部の凹みを利用することができる。また、外縁部の凹みに他の部品などを配置することができる。
　ベーパーチャンバー１全体の厚さは、特に限定されないが、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下である。
　厚さ方向Ｚから見た筐体１０の平面形状は特に限定されず、例えば、三角形または矩形などの多角形、円形、楕円形、これらを組み合わせた形状などが挙げられる。また、筐体１０の平面形状は、Ｌ字型、Ｃ字型（コの字型）、階段型などであってもよい。また、筐体１０は貫通口を有してもよい。筐体１０の平面形状は、ベーパーチャンバーの用途、ベーパーチャンバーの組み入れ箇所の形状、近傍に存在する他の部品に応じた形状であってもよい。
　図３に示すように、ベーパーチャンバー１においては、筐体１０の内部空間に作動媒体２０が封入されている。
　作動媒体２０は、筐体１０内の環境下において気－液の相変化を生じ得るものであれば特に限定されず、例えば、水、アルコール類、代替フロン等を用いることができる。例えば、作動媒体は水性化合物であり、好ましくは水である。
　筐体１０の第１内壁面１１ａと第２内壁面１２ａとの間には、シート状の多孔質体３０が配置されている。
　多孔質体３０は、毛細管力によって作動媒体２０を輸送するウィックとして機能する。図３では、多孔質体３０により発現する毛細管圧力の向きが矢印Ｐで示されている。
　多孔質体３０は、例えば、金属多孔体、セラミックス多孔体または樹脂多孔体から構成される。多孔質体３０は、例えば、エッチング加工または金属加工により形成される金属多孔膜、メッシュ、不織布、焼結体などであってもよい。多孔質体３０の材料となるメッシュは、例えば、金属メッシュ、樹脂メッシュ、もしくは表面コートしたそれらのメッシュから構成されるものであってよく、好ましくは銅メッシュ、ステンレス（ＳＵＳ）メッシュまたはポリエステルメッシュから構成される。多孔質体３０の材料となる焼結体は、例えば、金属多孔質焼結体、セラミックス多孔質焼結体から構成されるものであってよく、好ましくは銅またはニッケルの多孔質焼結体から構成される。
　さらに、筐体１０内には、多孔質体３０の延伸方向（ここでは長さ方向Ｙ）に沿って支持体４１および４２が配置されている。図３に示す例では、多孔質体３０の延伸方向に沿って互いに並列するように２列の支持体４１および４２が配置されているが、多孔質体３０の延伸方向に沿って１列の支持体が配置されてもよく、多孔質体３０の延伸方向に沿って互いに並列するように３列以上の支持体が配置されてもよい。
　支持体４１および４２は、筐体１０の第１内壁面１１ａおよび多孔質体３０を支持している。多孔質体３０は、支持体４１および４２と第２内壁面１２ａとの間に配置されている。
　図２に示すように、筐体１０を厚さ方向Ｚから平面視したとき、第１内壁面１１ａと多孔質体３０が重なる領域は、第１内壁面１１ａと多孔質体３０が重ならない領域より小さい。
　図３に示すように、多孔質体３０と第１内壁面１１ａとで囲まれた空間には、作動媒体２０の液体流路５０が形成されている。一方、筐体１０内の液体流路５０以外の隙間には、作動媒体２０の蒸気流路６０が形成されている。
　図４は、本発明の熱拡散デバイスにおける液体流路の一例を模式的に示す断面図である。図５は、本発明の熱拡散デバイスにおける液体流路の一例を模式的に示す斜視図である。なお、図４および図５では、多孔質体３０を支持する支持体４１および４２を省略している。
　一般に、ベーパーチャンバーなどの熱拡散デバイスにおいては、液相の作動媒体はウィックの内部を通過しながら輸送される。例えば、特許文献１に記載されているようにウィックが繊維の束から構成される場合、蒸発部への液輸送性能を高めるための方法として、ウィックの内部を密集構造にすることで、毛細管圧力を高くすることが考えられる。しかし、ウィックの内部が密集構造になると、ウィックの内部を通過する流体抵抗が大きくなることで透過率が低くなるため、その分は液輸送性能が悪化する。また、熱拡散デバイスの薄型化に伴い、ウィックの厚みが小さくなるほど、液体流路の体積を確保すること、および、流体抵抗を小さくすることが困難になる。
　これに対して、本発明の熱拡散デバイスでは、図３、図４および図５に示すように、ウィックとして機能するシート状の多孔質体３０が支持体４１および４２（図３参照）の周囲を覆うことで、多孔質体３０と筐体１０の第１内壁面１１ａとで囲まれた空間に、作動媒体２０の液体流路５０となる空洞が形成される。この構成では、まず、空洞の周囲の多孔質体３０によって毛細管圧力（図３および図４中の矢印Ｐ）を発現させることができる。さらに、空洞内を通過する流体抵抗が小さくなることで作動媒体２０が空洞内をスムーズに流動できるため、透過率（図５中の矢印Ｋ）を高くすることができる。その結果、蒸発部ＥＰへの液輸送性能が高くなる。また、熱拡散デバイスの薄型化に伴って多孔質体３０の厚みが小さい場合であっても、支持体４１および４２によって多孔質体３０がテントのように支えられることで、液体流路５０が潰れにくくなるため、液体流路５０の体積を確保することができる。
　図３に示すように、多孔質体３０は、支持体４１および４２により第１内壁面１１ａから離れている第１領域３１と、第１領域３１に連続し、かつ、端部が第１内壁面１１ａに接する第２領域３２と、を有することが好ましい。多孔質体３０がこのような構成を有することにより、液体流路５０の側面にウィックが構成されるため、液体流路５０と蒸気流路６０との境界におけるウィックの表面積を増大させることができる。なお、図３に示す例では、多孔質体３０は、第２領域３２に連続し、かつ、全体が第１内壁面１１ａに接する第３領域３３をさらに有するが、多孔質体３０は第３領域３３を有しなくてもよい。
　図３に示すように、多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、多孔質体３０の第１領域３１の厚さをＴ１、筐体１０の第１内壁面１１ａおよび多孔質体３０を支持する支持体４１または４２の高さをＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１の比は特に限定されないが、１以上であることが好ましい。上述したように、支持体４１および４２によって多孔質体３０を支える構造とすることで、多孔質体３０の厚みが小さい場合であっても、液体流路５０の体積を確保することができる。一方、Ｔ２／Ｔ１の比は、例えば４以下である。
　なお、上記断面において、幅方向Ｘで多孔質体３０の第１領域３１の厚さが異なる場合には、最も厚い部分の厚さをＴ１と定義する。また、支持体４１の高さと支持体４２の高さが異なる場合には、最も高い部分の高さをＴ２と定義する。
　図３に示すように、多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、支持体４１と支持体４２の間隔をＤとしたとき、Ｄ／Ｔ２の比は特に限定されないが、例えば１以上５以下である。
　多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、支持体４１と支持体４２の間隔Ｄは特に限定されないが、例えば５００μｍ以上３０００μｍ以下である。
　なお、上記断面において、厚さ方向Ｚで支持体４１と支持体４２の間隔が異なる場合には、最も広い部分の間隔をＤと定義する。
　図３に示すベーパーチャンバー１は、さらに、支持体４３および４４を備えることが好ましい。図３に示す例では、多孔質体３０の延伸方向に沿って互いに並列するように２列の支持体４３および４４が配置されているが、多孔質体３０の延伸方向に沿って１列の支持体が配置されてもよく、多孔質体３０の延伸方向に沿って互いに並列するように３列以上の支持体が配置されてもよい。支持体４３は支持体４１に対向することが好ましく、支持体４４は支持体４２に対向することが好ましい。
　支持体４３および４４は、筐体１０の第２内壁面１２ａおよび多孔質体３０を支持している。その結果、多孔質体３０の第１領域３１と第２内壁面１２ａとの間に、作動媒体２０の蒸気流路６０が形成されている。筐体１０の第２内壁面１２ａと多孔質体３０との間に支持体４３および４４が配置されることで、蒸気流路６０が潰れにくくなるため、蒸気流路６０の体積を確保することができる。
　多孔質体３０の第１領域３１および第２領域３２は、例えば、シート状の多孔質体３０をプレス加工することによって形成することができる。多孔質体３０が第３領域３３を有する場合も同様であり、プレス加工によって第３領域３３を形成することができる。
　多孔質体３０の第２領域３２の端部は、筐体１０の第１内壁面１１ａに固定されていることが好ましい。例えば、多孔質体３０が金属から構成される場合、第２領域３２の端部が筐体１０の第１内壁面１１ａに接合されていることが好ましい。接合の方法は特に限定されないが、例えば、拡散接合などを用いることができる。多孔質体３０が第３領域３３を有する場合も同様であり、第３領域３３の全体は、筐体１０の第１内壁面１１ａに固定されていることが好ましい。例えば、多孔質体３０が金属から構成される場合、第３領域３３の全体が筐体１０の第１内壁面１１ａに接合されていることが好ましい。
　多孔質体３０の第１領域３１は、支持体４１、４２、４３および４４に固定されていることが好ましい。例えば、多孔質体３０が金属から構成される場合、多孔質体３０の第１領域３１が支持体４１、４２、４３および４４に接合されていることが好ましい。接合の方法は特に限定されないが、例えば、拡散接合などを用いることができる。
　図３に示すように、多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、多孔質体３０の第２領域３２と支持体４１との間にも液体流路５０が形成されていることが好ましい。同様に、多孔質体３０の第２領域３２と支持体４２との間にも液体流路５０が形成されていることが好ましい。この場合、支持体４１または４２の外側にも作動媒体２０が回り込むことができるため、幅方向Ｘのウィック機能を向上させることができる。
　多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、多孔質体３０の第１領域３１と第２領域３２とがなす角度（図３中、αで示す角度）は特に限定されないが、９０度より大きいことが好ましい。上記角度αが９０度より大きいと、多孔質体３０の第２領域３２と支持体４１との間に液体流路５０を形成することができる。さらに、多孔質体３０の第１領域３１および第２領域３２がプレス加工により形成される場合には、上記角度αを９０度より大きくすることで、曲げ箇所が破損しにくくなる。上記角度αは、支持体４１側と支持体４２側で同じでもよく、異なってもよい。一方、上記角度αは、例えば１３５度より小さい。
　図３に示す例では、多孔質体３０の第１領域３１および第２領域３２はいずれも直線状であるが、一方が直線状で他方が曲線状であってもよく、いずれも曲線状であってもよい。
　支持体４１、４２、４３および４４を形成する材料は、特に限定されないが、例えば、樹脂、金属、セラミックス、またはそれらの混合物、積層物等が挙げられる。また、図３に示すように、支持体４１、４２、４３および４４は、筐体１０と一体であってもよく、例えば、第１シート１１または第２シート１２の内壁面をエッチング加工すること等により形成されていてもよい。
　図６は、支持体の一例を模式的に示す平面図である。図７は、支持体の別の一例を模式的に示す平面図である。
　図６に示す例では、支持体４１は、１本の支柱４１Ａから構成されており、支持体４２は、１本の支柱４２Ａから構成されている。この場合、図示されていないが、支持体４３および４４は、各々、１本の支柱から構成されていることが好ましい。
　図７に示す例では、支持体４１は、間隔を空けて配置される複数の支柱４１Ｂから構成されており、支持体４２は、間隔を空けて配置される複数の支柱４２Ｂから構成されている。この場合、図示されていないが、支持体４３および４４は、各々、間隔を空けて配置される複数の支柱から構成されていることが好ましい。
　筐体１０の第１内壁面１１ａおよび多孔質体３０を支持する支持体４１および４２の形状は、多孔質体３０を支持できる形状であれば特に限定されないが、図７に示すように、間隔を空けて配置される複数の支柱４１Ｂまたは４２Ｂから支持体が構成されていることが好ましい。この場合、隣り合う支柱４１Ｂの間または隣り合う支柱４２Ｂの間にも作動媒体２０が回り込むことができるため、幅方向Ｘのウィック機能を向上させることができる。
　筐体１０の第２内壁面１２ａおよび多孔質体３０を支持する支持体４３および４４の形状は、多孔質体３０を支持できる形状であれば特に限定されないが、間隔を空けて配置される複数の支柱から支持体が構成されていることが好ましい。この場合、隣り合う支柱の間にも蒸気が回り込むことができる。
　間隔を空けて配置される複数の支柱から支持体が構成される場合、支柱の高さ方向に垂直な断面の形状としては、例えば、矩形等の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。
　間隔を空けて配置される複数の支柱から支持体が構成される場合、支柱の高さは、一のベーパーチャンバーにおいて、同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、ある領域における支柱の高さと、別の領域における支柱の高さが異なっていてもよい。
　間隔を空けて配置される複数の支柱から支持体が構成される場合、支柱の幅は、多孔質体３０を支持できる強度を与えるものであれば特に限定されないが、支柱の端部の高さ方向に垂直な断面の円相当径は、例えば１００μｍ以上２０００μｍ以下であり、好ましくは３００μｍ以上１０００μｍ以下である。
　間隔を空けて配置される複数の支柱から支持体が構成される場合、支柱の配置は特に限定されないが、所定の領域において均等に支柱が配置されることが好ましく、全体にわたって均等に、例えば支柱間の距離が一定となるように支柱が配置されることがより好ましい。
［第２実施形態］
　本発明の第１実施形態では、多孔質体と第２内壁面との間に蒸気流路が形成されているのに対し、本発明の第２実施形態では、多孔質体が筐体の第２内壁面に接している。
　図８は、本発明の第２実施形態に係る熱拡散デバイスの一例を模式的に示す断面図である。
　図８に示すベーパーチャンバー２では、多孔質体３０が筐体１０の第２内壁面１２ａに接している。図８に示すように、多孔質体３０が第１領域３１と第２領域３２とを有する場合、多孔質体３０の第１領域３１が筐体１０の第２内壁面１２ａに接している。図８では、多孔質体３０により発現する毛細管圧力の向きが矢印Ｐで示されている。
　多孔質体３０の第１領域３１は、筐体１０の第２内壁面１２ａに固定されていることが好ましい。例えば、多孔質体３０が金属から構成される場合、多孔質体３０の第１領域３１が筐体１０の第２内壁面１２ａに接合されていることが好ましい。接合の方法は特に限定されないが、例えば、拡散接合などを用いることができる。
　図８に示すように、多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、多孔質体３０の第１領域３１の厚さをＴ１、筐体１０の第１内壁面１１ａおよび多孔質体３０を支持する支持体４１または４２の高さをＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１の比は特に限定されないが、１以上であることがより好ましい。一方、Ｔ２／Ｔ１の比は、例えば４以下である。
　多孔質体３０の延伸方向に垂直な断面において、多孔質体３０の第１領域３１と第２領域３２とがなす角度αは特に限定されないが、９０度より大きいことが好ましい。一方、上記角度αは、例えば１３５度より小さい。
　その他の構成については、第１実施形態と同様である。
［その他の実施形態］
　本発明の熱拡散デバイスは、上記実施形態に限定されるものではなく、熱拡散デバイスの構成、製造条件等に関し、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。
　本発明の熱拡散デバイスでは、複数の多孔質体が配置されてもよい。この場合、厚さ方向からの平面視で、複数の多孔質体は、互いに間隔を空けて並列するように延びていることが好ましい。
　図９は、複数の多孔質体が配置された熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。
　図９に示すベーパーチャンバー３では、複数の多孔質体３０が配置されている。それ以外の構成は、ベーパーチャンバー１と同じである。図９では、４個の多孔質体３０が示されているが、多孔質体３０の数は、２個以上であれば特に限定されない。
　厚さ方向Ｚからの平面視で、複数の多孔質体３０は、互いに間隔を空けて並列するように延びている。これらの多孔質体３０は、図９に示すように、蒸発部ＥＰに集約するように配置されることが好ましい。多孔質体３０を蒸発部ＥＰに集約させることで、短い距離で作動媒体を循環させることができる。
　図９に示すように、隣り合う多孔質体３０の間には第１蒸気流路６１が形成されていることが好ましい。この場合、複数の多孔質体３０のうち、最も外側に位置する一方の多孔質体３０（図９では左側の多孔質体３０）と筐体１０との間には、第１蒸気流路６１よりも幅の広い第２蒸気流路６２が形成されていることが好ましい。さらに、最も外側に位置する他方の多孔質体３０（図９では右側の多孔質体３０）と筐体１０との間には、第１蒸気流路６１よりも幅の広い第３蒸気流路６３が形成されていることが好ましい。
　複数の多孔質体３０が一部に偏在していると、その部分には作動媒体の蒸気が通らないため、ベーパーチャンバー全体の均熱性能が低下する。そこで、多孔質体３０の間に隙間を設け、その隙間を蒸気流路とすることで、均熱性能を改善することができる。結果として、液循環および蒸気循環に優れ、液輸送能力と均熱性能の高いベーパーチャンバーが得られる。
　多孔質体３０の材料は、それぞれ同じでもよく、異なっていてもよい。
　多孔質体３０の厚さは、それぞれ同じでもよく、異なっていてもよい。
　本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体は、複数の蒸発部を有してもよい。すなわち、筐体の外壁面には、複数の熱源が配置されてもよい。蒸発部および熱源の数は特に限定されない。
　図１０は、筐体が複数の蒸発部を有する熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。図１１は、筐体が複数の蒸発部を有する熱拡散デバイスの内部構造の別の一例を模式的に示す平面図である。
　図１０に示すベーパーチャンバー４では、２個の多孔質体３０が配置されており、各多孔質体３０の端部に蒸発部ＥＰが設けられている。図１１に示すベーパーチャンバー５では、３個の多孔質体３０が配置されており、各多孔質体３０の端部に蒸発部ＥＰが設けられている。
　本発明の熱拡散デバイスにおいて、蒸発部は筐体の端部に設けられてもよいし、筐体の中央部に設けられてもよい。
　本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体が第１シートおよび第２シートから構成される場合、第１シートと第２シートとは、端部が一致するように重なっていてもよいし、端部がずれて重なっていてもよい。
　本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体が第１シートおよび第２シートから構成される場合、第１シートを構成する材料と、第２シートを構成する材料とは異なっていてもよい。例えば、強度の高い材料を第１シートに用いることにより、筐体にかかる応力を分散させることができる。また、両者の材料を異なるものとすることにより、一方のシートで一の機能を得、他方のシートで他の機能を得ることができる。上記の機能としては、特に限定されないが、例えば、熱伝導機能、電磁波シールド機能等が挙げられる。
　本発明の熱拡散デバイスでは、多孔質体の延伸方向に垂直な断面において、多孔質体の厚さが一定であってもよく、一定でなくてもよい。例えば、第１領域における多孔質体の厚さと、第２領域における多孔質体の厚さが異なっていてもよい。
　本発明の熱拡散デバイスは、シート状の多孔質体以外のウィックをさらに備えてもよい。その場合、毛細管力により作動媒体を移動させることができる毛細管構造を有するウィックであれば特に限定されない。ウィックの毛細管構造は、従来の熱拡散デバイスにおいて用いられている公知の構造であってもよい。毛細管構造としては、細孔、溝、突起などの凹凸を有する微細構造、例えば、多孔構造、繊維構造、溝構造、網目構造などが挙げられる。
　本発明の熱拡散デバイスは、放熱を目的として電子機器に搭載され得る。したがって、本発明の熱拡散デバイスを備える電子機器も本発明の１つである。本発明の電子機器としては、例えばスマートフォン、タブレット端末、ノートパソコン、ゲーム機器、ウェアラブルデバイス等が挙げられる。本発明の熱拡散デバイスは上記のとおり、外部動力を必要とせず自立的に作動し、作動媒体の蒸発潜熱および凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。そのため、本発明の熱拡散デバイスを備える電子機器により、電子機器内部の限られたスペースにおいて、放熱を効果的に実現することができる。
　本発明の熱拡散デバイスは、携帯情報端末等の分野において、広範な用途に使用できる。例えば、ＣＰＵ等の熱源の温度を下げ、電子機器の使用時間を延ばすために使用することができ、スマートフォン、タブレット端末、ノートパソコン等に使用することができる。
　１、２、３、４、５　ベーパーチャンバー（熱拡散デバイス）
　１０　筐体
　１１　第１シート
　１１ａ　第１内壁面
　１２　第２シート
　１２ａ　第２内壁面
　２０　作動媒体
　３０　多孔質体
　３１　第１領域
　３２　第２領域
　３３　第３領域
　４１、４２、４３、４４　支持体
　４１Ａ、４１Ｂ、４２Ａ、４２Ｂ　支柱
　５０　液体流路
　６０　蒸気流路
　６１　第１蒸気流路
　６２　第２蒸気流路
　６３　第３蒸気流路
　Ｄ　支持体の間隔
　ＥＰ　蒸発部
　ＨＳ　熱源
　Ｔ１　多孔質体の第１領域の厚さ
　Ｔ２　筐体の第１内壁面および多孔質体を支持する支持体の高さ
　Ｘ　幅方向
　Ｙ　長さ方向
　Ｚ　厚さ方向
　α　多孔質体の第１領域と第２領域とがなす角度

Claims (13)

  1. 　厚さ方向に対向する第１内壁面および第２内壁面を有する筐体と、
    　前記筐体の内部空間に封入される作動媒体と、
    　前記筐体の前記第１内壁面と前記第２内壁面との間に配置される、シート状の多孔質体と、
    　前記多孔質体の延伸方向に沿って前記筐体内に配置され、前記筐体の前記第１内壁面および前記多孔質体を支持する支持体と、を備え、
    　前記多孔質体は、前記支持体と前記第２内壁面との間に配置され、
    　前記筐体を前記厚さ方向から平面視したとき、前記第１内壁面と前記多孔質体が重なる領域は、前記第１内壁面と前記多孔質体が重ならない領域より小さく、
    　前記多孔質体と前記第１内壁面とで囲まれた空間に、前記作動媒体の液体流路が形成されている、熱拡散デバイス。
  2. 　前記支持体は、前記多孔質体の延伸方向に沿って互いに並列するように配置されている、請求項１に記載の熱拡散デバイス。
  3. 　前記支持体は、間隔を空けて配置される複数の支柱から構成されている、請求項１または２に記載の熱拡散デバイス。
  4. 　前記多孔質体は、前記支持体により前記第１内壁面から離れている第１領域と、前記第１領域に連続し、かつ、端部が前記第１内壁面に接する第２領域と、を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
  5. 　前記多孔質体の延伸方向に垂直な断面において、前記多孔質体の前記第２領域と前記支持体との間にも前記液体流路が形成されている、請求項４に記載の熱拡散デバイス。
  6. 　前記多孔質体の延伸方向に垂直な断面において、前記多孔質体の前記第１領域と前記第２領域とがなす角度が９０度より大きい、請求項５に記載の熱拡散デバイス。
  7. 　前記筐体の前記第２内壁面および前記多孔質体を支持する支持体をさらに備え、
    　前記多孔質体の前記第１領域と前記第２内壁面との間に、前記作動媒体の蒸気流路が形成されている、請求項４～６のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
  8. 　前記多孔質体の前記第１領域が前記筐体の前記第２内壁面に接している、請求項４～６のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
  9. 　前記多孔質体の延伸方向に垂直な断面において、前記多孔質体の前記第１領域の厚さをＴ１、前記筐体の前記第１内壁面および前記多孔質体を支持する前記支持体の高さをＴ２としたとき、Ｔ２／Ｔ１の比が１以上である、請求項４～８のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
  10. 　前記多孔質体と前記第２内壁面との間に、前記作動媒体の蒸気流路が形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
  11. 　前記筐体の前記第２内壁面および前記多孔質体を支持する支持体をさらに備える、請求項１０に記載の熱拡散デバイス。
  12. 　前記多孔質体が前記筐体の前記第２内壁面に接している、請求項１～３のいずれか１項に記載の熱拡散デバイス。
  13. 　請求項１～１２のいずれか１項に記載の熱拡散デバイスを備える、電子機器。
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