WO2023182033A1 - 熱拡散デバイス及び電子機器 - Google Patents

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WO2023182033A1
WO2023182033A1 PCT/JP2023/009546 JP2023009546W WO2023182033A1 WO 2023182033 A1 WO2023182033 A1 WO 2023182033A1 JP 2023009546 W JP2023009546 W JP 2023009546W WO 2023182033 A1 WO2023182033 A1 WO 2023182033A1
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WO
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flow path
wick
housing
thickness direction
liquid flow
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Application number
PCT/JP2023/009546
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English (en)
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Inventor
浩士 福田
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-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
    • F28D15/02Heat-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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • F28D15/02Heat-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
    • F28D15/04Heat-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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating

Definitions

  • the present invention relates to heat diffusion devices and electronic equipment.
  • the vapor chamber has a structure in which a working medium (also referred to as working fluid) and a wick that transports the working medium by capillary force are enclosed inside a housing.
  • the working medium absorbs heat from the heat generating elements of electronic components in the evaporator, evaporates within the vapor chamber, moves within the vapor chamber, is cooled, and returns to the liquid phase. .
  • the working medium that has returned to the liquid phase moves again to the evaporation section 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 can diffuse heat two-dimensionally at high speed using the latent heat of vaporization and latent heat of condensation of the working medium.
  • a first sheet and a second sheet on which a wick is disposed are joined in the circumferential direction except for a portion that serves as an inlet for the working medium, so that a wick is disposed in an internal space. It can be manufactured by forming a casing, then injecting the working medium into the internal space through the injection port, deaerating the internal space, and then sealing the injection port.
  • a heating part to which heat is transferred from the outside is provided in a part of a thin plate-shaped main body, and the heat transferred to the heating part is transferred from the heating part to other parts of the main body.
  • the heat diffusion plate for diffusion a plurality of hollow passages are formed inside the main body part so as to pass through the heating part, and each of the hollow passages communicates with each other in the heating part, and the hollow passages are connected to each other in the heating part.
  • a working fluid that is heated to evaporate, radiates heat, and condenses is sealed inside each of the hollow passages, and a wick that generates capillary force when the working fluid in a liquid phase permeates inside each of the hollow passages.
  • the above-mentioned wick is arranged with a vapor flow path opened in the air passage through which the vapor of the working fluid flows, a part of each of the wicks is located in the heating part, and is formed inside each of the hollow passages.
  • a heat diffusion plate is disclosed in which the steam channels communicate with each other at the heating section.
  • a liquid phase working medium located on the surface of a wick is evaporated and changed into a gas phase in an evaporation section (heating section in Patent Document 1).
  • the working medium in the vapor phase moves through the vapor flow path to a location away from the evaporator, where it condenses and changes into a liquid phase.
  • the liquid phase working medium is collected in the wick and moved to the evaporation section, and then evaporated from the surface of the wick in the evaporation section again. In this way, the working medium circulates while repeating gas-liquid phase changes.
  • the non-condensable gas includes, for example, gas such as air that remains in the internal space of the casing without being removed by degassing during manufacturing.
  • the present invention was made in order to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a heat diffusion device that has high thermal conductivity and excellent heat diffusion performance. Furthermore, an object of the present invention is to provide an electronic device including the above heat diffusion device.
  • the heat diffusion device of the present invention includes a casing having a first inner surface and a second inner surface facing each other in the thickness direction, and an evaporation section provided in the inner space, and a case sealed in the inner space of the casing. and a wick disposed in the internal space of the housing.
  • a liquid flow path for the working medium is formed in a space surrounded by at least a portion of the housing and a portion of the wick. At least a portion of the liquid flow path is arranged along an inner edge of the casing when viewed from the thickness direction.
  • the liquid flow path is separated without being connected at a position that does not overlap with the evaporation section when viewed from the thickness direction, and the space where the liquid flow path is separated has a pocket that is continuous with the vapor space of the working medium. A section is formed.
  • the electronic device of the present invention includes the heat diffusion device of the present invention.
  • thermo diffusion device with high thermal conductivity and excellent heat diffusion performance. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide an electronic device including 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 present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing an example of the heat diffusion device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of the heat diffusion device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the heat diffusion device shown in FIG. 3 taken along line IV-IV.
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of a heat diffusion device in which the liquid flow path is not divided.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the heat diffusion device shown in FIG. 5 taken along line VI-VI.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the size of a pocket portion formed in the vapor chamber shown in FIG. 3.
  • FIG. 8 is an enlarged plan view schematically showing an example of the internal structure of a heat diffusion device in which injection port marks are provided on the outer surface of the casing.
  • FIG. 9 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of a heat diffusion device in which a wick is divided at a pocket portion.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the heat diffusion device shown in FIG. 9 taken along line XX.
  • FIG. 11 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of a heat diffusion device in which both ends of a divided liquid flow path are not closed with partition walls.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the heat diffusion device shown in FIG.
  • FIG. 14 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of the heat diffusion device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the heat diffusion device shown in FIG. 14 taken along line XV-XV.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing another example of the heat diffusion device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing an example of a heat diffusion device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing another example of the heat diffusion device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing an example of a heat diffusion device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing another example of the heat diffusion device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing an example of a heat diffusion device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a plan view schematically showing a first modification of the internal structure of the heat diffusion device of the present invention.
  • FIG. 23 is a plan view schematically showing a second modification of the internal structure of the heat diffusion device of the present invention.
  • FIG. 24 is a plan view schematically showing a third modification of the internal structure of the heat diffusion device of the present invention.
  • the heat diffusion device of the present invention will be explained below.
  • the present invention is not limited to the following embodiments, and can be modified and applied as appropriate without changing the gist of the present invention.
  • the present invention also includes a combination of two or more of the individual preferred configurations of the present invention described below.
  • a liquid flow path for a working medium is formed in a space surrounded by at least a portion of the housing and a portion of the wick. Therefore, not only can a capillary force be generated by the wick around the liquid channel, but also the resistance of the liquid passing through the liquid channel is reduced, so that the working medium can move smoothly through the liquid channel. As a result, transmittance can be increased.
  • liquid flow path is arranged along the inner edge of the casing when viewed from the thickness direction.
  • the liquid flow path is not connected but is divided at a position that does not overlap with the evaporation part when viewed from the thickness direction, and the space where the liquid flow path is divided has a pocket part that is continuous with the vapor space of the working medium. It is formed. Since the working medium or non-condensable gas can accumulate in the pocket portion where the liquid flow path is divided, the heat diffusion area can be expanded. As a result, heat diffusion performance is improved.
  • heat diffusion device of the present invention is also applicable to heat diffusion devices such as heat pipes.
  • a part of the wick is arranged so as not to protrude from the liquid flow path into the vapor space.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing an example of a heat diffusion device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically showing an example of the heat diffusion device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of the heat diffusion device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the heat diffusion device shown in FIG. 3 taken along line IV-IV.
  • a vapor chamber (thermal diffusion device) 1 shown in FIG. 1 includes a hollow casing 10 that is hermetically sealed.
  • the housing 10 has a first inner surface 11a and a second inner surface 12a facing each other in the thickness direction Z, as shown in FIG.
  • the vapor chamber 1 further includes a working medium 20 sealed in the internal space of the housing 10 and a wick 30 arranged in the internal space of the housing 10.
  • an evaporation portion EP for evaporating the enclosed working medium 20 is provided in the internal space of the housing 10.
  • a heat source HS which is a heat generating element, is arranged on the outer surface of the housing 10.
  • the heat source HS include electronic components of electronic equipment, such as a central processing unit (CPU).
  • CPU central processing unit
  • a portion of the internal space of the housing 10 that is near the heat source HS and is heated by the heat source HS corresponds to the evaporation portion EP.
  • the vapor chamber 1 has a planar shape as a whole. That is, it is preferable that the housing 10 has a planar shape as a whole.
  • plan shape includes plate shape and 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) is It means a shape that is considerably large relative to its dimensions (hereinafter referred to as thickness or height), for example, a shape 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 set as appropriate depending on the application.
  • the width and length of the vapor chamber 1 are, for example, 5 mm or more and 500 mm or less, 20 mm or more and 300 mm or less, or 50 mm or more and 200 mm or less.
  • the width and length of the vapor chamber 1 may be the same or different.
  • the casing 10 is composed of a first sheet 11 and a second sheet 12 that face each other and whose outer edges are joined.
  • the materials constituting the first sheet 11 and the second sheet 12 have characteristics suitable for use as a heat diffusion device such as a vapor chamber, e.g. It is not particularly limited as long as it has thermal conductivity, strength, flexibility, flexibility, etc.
  • the material constituting 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 these as main components, and particularly preferably copper. It is.
  • the materials constituting the first sheet 11 and the second sheet 12 may be the same or different, but are preferably the same.
  • the first sheet 11 and the second sheet 12 are joined to each other at their outer edges.
  • the method of such joining is not particularly limited, but for example, laser welding, resistance welding, diffusion bonding, brazing welding, TIG welding (tungsten-inert gas welding), ultrasonic bonding, or resin sealing can be used, and preferably Laser welding, resistance welding or brazing can be used.
  • the thickness of the first sheet 11 and the second sheet 12 is 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, and even more preferably 40 ⁇ m or more and 60 ⁇ m or less.
  • the thickness of the first sheet 11 and the second sheet 12 may be the same or different. Further, the thickness of each of the first sheet 11 and the second sheet 12 may be the same over the entirety, or may be partially thin.
  • each of the first sheet 11 and the second sheet 12 may have an outer edge portion thicker than a portion other than the outer edge portion.
  • the overall thickness of the vapor chamber 1 is not particularly limited, but is preferably 50 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the planar shape of the casing 10 viewed from the thickness direction Z is not particularly limited, and examples thereof include polygons such as triangles and rectangles, circles, ellipses, and combinations thereof. Further, the planar shape of the casing 10 may be an L-shape, a C-shape (U-shape), a staircase shape, or the like. Furthermore, the housing 10 may have a through hole. The planar shape of the casing 10 may be a shape depending on the use of the heat diffusion device such as a vapor chamber, the shape of the part where the heat diffusion device is installed, and other components existing nearby.
  • the working medium 20 is not particularly limited as long as it can cause a gas-liquid phase change in the environment inside the casing 10, and for example, water, alcohols, CFC substitutes, etc. can be used.
  • the working medium is an aqueous compound, preferably water.
  • the wick 30 has a capillary structure that can move the working medium 20 by capillary force.
  • the capillary structure of the wick 30 may be any known structure used in conventional heat spreading devices.
  • Examples of the capillary structure include microstructures having irregularities such as pores, grooves, and protrusions, such as porous structures, fiber structures, groove structures, and network structures.
  • the material of the wick 30 is not particularly limited, and for example, a metal porous film formed by etching or metal processing, a mesh, a nonwoven fabric, a sintered body, a porous body, etc. are used.
  • the mesh used as the material of the wick 30 may be composed of, for example, a metal mesh, a resin mesh, or a surface-coated mesh thereof, and is preferably composed of a copper mesh, a stainless steel (SUS) mesh, or a polyester mesh. Ru.
  • the sintered body serving as the material of the wick 30 may be composed of, for example, a porous sintered body of metal, a porous sintered body of ceramics, etc., and is preferably composed of a porous sintered body of copper or nickel.
  • the porous body that is the material of the wick 30 may be composed of, for example, a porous metal body, a porous ceramic body, a porous resin body, or the like.
  • the thickness of the wick 30 is not particularly limited, but is, for example, 2 ⁇ m or more and 200 ⁇ m or less, preferably 5 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and more preferably 10 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less.
  • the thickness of the wick 30 may be partially different.
  • a liquid flow path 40 for the working medium 20 is formed in a space surrounded by at least a portion of the housing 10 and a portion of the wick 30.
  • a vapor space 50 for the working medium 20 is formed in a gap other than the liquid flow path 40 in the casing 10 .
  • a rail-shaped partition wall 60 is arranged on the first inner surface 11a of the casing 10 along the inner edge at a distance from the inner edge of the casing 10.
  • a liquid flow path 40 is formed in a space surrounded by the first inner surface 11a of the housing 10, the wick 30, and the partition wall 60.
  • At least a portion of the liquid flow path 40 is arranged along the inner edge of the casing 10 when viewed from the thickness direction Z. In the example shown in FIG. 3, the liquid flow path 40 is arranged only at the inner edge of the housing 10.
  • the liquid flow path 40 is not connected but separated at a position that does not overlap the evaporation part EP when viewed from the thickness direction Z. No liquid flow path 40 exists in the part where the liquid flow path 40 is divided.
  • a pocket portion 51 that is continuous with the vapor space 50 of the working medium 20 is formed in the space where the liquid flow path 40 is divided. As shown in FIG. 3, the pocket portion 51 is a portion where the liquid flow path 40 is separated and is continuous with the vapor space 50 of the working medium 20. Furthermore, the pocket portion 51 is in contact with the inner edge of the housing 10.
  • FIG. 5 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of a heat diffusion device in which the liquid flow path is not divided.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the heat diffusion device shown in FIG. 5 taken along line VI-VI.
  • the liquid flow paths 40 are connected without being separated.
  • thermal diffusion devices such as the vapor chamber 1 shown in FIG. 3 and the vapor chamber 1a shown in FIG. , moves to a vapor space 50) located in the region indicated by CP in FIGS. 3 and 5, where it condenses and changes into a liquid phase.
  • the liquid-phase working medium 20 is collected by the wick 30 and the liquid flow path 40 and moved to the evaporation section EP.
  • the wicks 30 located in the liquid flow path 40 are preferably connected by a pocket portion 51.
  • the wicks 30 located in a portion overlapping with the liquid flow path 40 when viewed from the thickness direction Z are connected by a pocket portion 51.
  • the presence of the wick 30 not only in the thickness direction Z but also in the portion overlapping the pocket portion 51 when viewed from a certain direction makes it possible to ensure the recovery of the working medium 20.
  • both ends of the divided liquid flow path 40 are preferably closed with partition walls 60.
  • the working medium 20 in the liquid phase is easily held in the liquid flow path 40, making it difficult to flow back into the vapor space 50.
  • FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the size of the pocket portion formed in the vapor chamber shown in FIG. 3.
  • edge portion P1 and the second edge portion P2 are defined as The distance between the edge portion P1 and the second edge portion P2 (the length indicated by D2 in FIG. 7) is preferably 1/2 or less, and more preferably 1/3 or less. The longer the distance D1 between both ends of the divided liquid flow path 40, the larger the size of the pocket portion 51 can be. 20 becomes difficult to collect.
  • the distance D1 between both ends of the divided liquid flow path 40 on the first virtual line IL1 is It is preferable that the distance D2 from the edge P2 is 1/7 or more.
  • FIG. 8 is an enlarged plan view schematically showing an example of the internal structure of a heat diffusion device in which injection port marks are provided on the outer surface of the casing.
  • the housing 10 may have an inlet trace 13 for the working medium 20 communicating with the pocket portion 51 on the outer surface.
  • FIG. 9 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of a heat diffusion device in which a wick is divided at a pocket portion.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the heat diffusion device shown in FIG. 9 taken along line XX.
  • the wicks 30 located in the liquid flow path 40 are not connected by the pocket portion 51 but are separated.
  • the wick 30 located in a portion overlapping with the liquid flow path 40 when viewed from the thickness direction Z is not connected by the pocket portion 51 but is separated. Since the wick 30 is not present in the portion overlapping with the pocket portion 51 when viewed from a certain direction, not only in the thickness direction Z, the vapor space 50 increases, so that more non-condensable gas can be stored in the pocket portion 51. can.
  • the end of the divided wick 30 may coincide with the end of the divided liquid flow path 40, as shown in FIGS. 9 and 10, or may coincide with the end of the divided liquid flow path 40. It doesn't have to match.
  • the end of the divided wick 30 may be located at a position overlapping the divided liquid flow path 40 when viewed from the thickness direction Z.
  • FIG. 11 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of a heat diffusion device in which both ends of a divided liquid flow path are not closed with partition walls.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of the heat diffusion device shown in FIG. 11 taken along line XII-XII.
  • both ends of the divided liquid flow path 40 are not closed by the partition wall 60. In this case, depending on the design, the working medium 20 accumulated in the pocket portion 51 can be easily collected into the liquid flow path 40.
  • the position where the liquid flow path 40 is divided is not particularly limited as long as it does not overlap with the evaporation part EP when viewed from the thickness direction Z.
  • the working medium 20 or non-condensable gas tends to accumulate at a location away from the evaporator EP. Therefore, it is preferable that the liquid flow path 40 is not connected but separated at a location away from the evaporation section EP.
  • the evaporation part EP overlaps the inner edge of the casing 10 when viewed from the thickness direction Z.
  • the pocket portion 51 is preferably located at a position facing the evaporation portion EP when viewed from the thickness direction Z.
  • FIG. 13 is a schematic diagram for explaining the position where the liquid flow path is divided.
  • the evaporation part EP does not overlap the inner edge of the casing 10 when viewed from the thickness direction Z.
  • two intersections between the second imaginary line IL2 passing through the evaporation part EP and the pocket part 51 and the outer edge of the casing 10 are defined as the third edge.
  • P3 and the fourth edge P4 the evaporation part EP is located closer to the third edge P3 than the fourth edge P4, and the pocket part 51 is located closer to the third edge P3 than the third edge P3.
  • it is located near the fourth edge P4.
  • the partition wall 60 When the partition wall 60 is arranged on the first inner surface 11a of the housing 10 as in the vapor chamber 1 shown in FIGS. 2 and 3, the wick 30 is supported by the partition wall 60. Therefore, even if the wick 30 is thinner as the vapor chamber 1 becomes thinner, the liquid flow path 40 is less likely to collapse, so that the volume of the liquid flow path 40 can be secured.
  • partition walls 60 In the example shown in FIGS. 2 and 3, one row of partition walls 60 is arranged, but two or more rows of partition walls 60 may be arranged in parallel with each other. In that case, a liquid flow path 40 surrounded by partition walls 60 may be further formed.
  • the pocket portion 51 can be formed by dividing the liquid flow path 40 on the side closer to the vapor space 50.
  • the material forming the partition wall 60 is not particularly limited, and examples thereof include resin, metal, ceramics, a mixture thereof, a laminate, and the like. Further, as shown in FIGS. 2 and 4, the partition wall 60 may be integrated with the housing 10, or may be formed by, for example, etching the inner surface of the housing 10.
  • the wick 30 may be fixed to the partition wall 60.
  • the wick 30 and the partition wall 60 are made of metal, the wick 30 may be joined to the partition wall 60.
  • the method of bonding is not particularly limited, for example, diffusion bonding can be used.
  • the wick 30 may be fixed to the housing 10.
  • the wick 30 may be joined to the housing 10.
  • the method of bonding is not particularly limited, for example, diffusion bonding can be used.
  • the wick 30 may be fixed to the second inner surface 12a of the housing 10.
  • the wick 30 may be joined to the second inner surface 12a of the housing 10.
  • the end of the wick 30 may be fixed to the outer edge of the second sheet 12 of the housing 10.
  • the end of the wick 30 may be joined to the outer edge of the second sheet 12 of the housing 10.
  • the end of the wick 30 may be supported by the outer edge of the first sheet 11 of the housing 10. In that case, the end of the wick 30 may be fixed to the outer edge of the first sheet 11 of the housing 10. For example, the end of the wick 30 may be joined to the outer edge of the first sheet 11 of the housing 10.
  • a plurality of columns 70 are arranged within the steam space 50.
  • the steam space 50 is divided between the columns 70. It is possible to support the housing 10 or the wick 30 by arranging struts 70 within the steam space 50.
  • the struts 70 are disposed throughout the steam space 50, but the struts 70 may not be disposed in a part of the steam space 50.
  • the support column 70 may or may not be disposed in the pocket portion 51.
  • the support column 70 may be in contact with at least one of the first inner surface 11a and the second inner surface 12a, or may not be in contact with the first inner surface 11a and the second inner surface 12a.
  • the material forming the pillar 70 is not particularly limited, and examples thereof include resin, metal, ceramics, a mixture thereof, a laminate, and the like. Further, the support column 70 may be integrated with the housing 10, and may be formed by, for example, etching the inner surface of the housing 10.
  • the shape of the support 70 is not particularly limited as long as it can support the housing 10, but the shape of the cross section perpendicular to the height direction of the support 70 may be, for example, a polygon such as a rectangle, a circle, an ellipse, etc. Can be mentioned.
  • the heights of the pillars 70 may be the same or different in one vapor chamber.
  • the width of the support 70 is not particularly limited as long as it provides strength that can suppress deformation of the casing 10; is, for example, 100 ⁇ m or more and 2000 ⁇ m or less, preferably 300 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the equivalent circular diameter of the support column 70 By increasing the equivalent circular diameter of the support column 70, deformation of the housing 10 can be further suppressed.
  • the equivalent circular diameter of the support column 70 it is possible to secure a wider space for the vapor of the working medium 20 to move.
  • the arrangement of the struts 70 is not particularly limited, but is preferably arranged evenly in a predetermined area, more preferably evenly throughout, for example, so that the distance between the struts 70 is constant. By arranging the struts 70 evenly, uniform strength can be ensured throughout the heat diffusion device such as the vapor chamber.
  • the rail-shaped partition wall is arranged on the first inner surface of the casing along the inner edge at a distance from the inner edge of the casing.
  • the channel region is sandwiched between the first inner surface of the casing and a part of the wick in the thickness direction, and is sandwiched between the first inner surface of the casing and a part of the wick in the direction perpendicular to the thickness direction. It is sandwiched between the section and the partition wall.
  • FIG. 14 is a plan view schematically showing an example of the internal structure of the heat diffusion device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of the heat diffusion device shown in FIG. 14 taken along line XV-XV.
  • the liquid flow path 40 exists in the internal space of the casing 10 in a region along the inner edge of the casing 10 when viewed from the thickness direction Z.
  • a first steam region Rb that overlaps with a part of the wick 30 when viewed from the thickness direction Z; and a second steam region Rc that does not overlap with the wick 30 when viewed from the thickness direction Z; has.
  • the flow path region Ra is arranged along the inner edge of the housing 10 when viewed from the thickness direction Z.
  • the first steam region Rb has a portion located between the second steam region Rc and the flow path region Ra.
  • the first steam region Rb is preferably located entirely between the second steam region Rc and the channel region Ra; It does not have to be located partially.
  • the first vapor region Rb is a region that does not overlap with the liquid flow path 40 when viewed from the thickness direction Z.
  • the liquid flow path 40 includes a bottom surface 40a composed of the first inner surface 11a or the second inner surface 12a of the casing 10, an upper surface 40b separated from the first inner surface 11a and the second inner surface 12a of the casing 10, and an upper surface 40b.
  • the first side surface 40c and the second side surface 40d are continuous with the first inner surface 11a or the second inner surface 12a of the housing 10.
  • the bottom surface 40a of the liquid flow path 40 is configured from the first inner surface 11a of the housing 10, but may be configured from the second inner surface 12a of the housing 10.
  • the bottom surface 40a of the liquid flow path 40 does not mean a surface located vertically downward.
  • the upper surface 40b of the liquid flow path 40 does not mean a surface located vertically above.
  • the flow path region Ra is also divided.
  • the region where the flow path region Ra is divided serves as a first steam region Rb.
  • the width of the flow path region Ra is not particularly limited, but is, for example, 500 ⁇ m or more and 3000 ⁇ m or less. Note that in a cross-sectional view of the channel region Ra from the stretching direction, if the width of the channel region Ra differs in the thickness direction Z, the width of the widest portion is defined as the width of the channel region Ra.
  • the width of the first steam region Rb is not particularly limited, but the width of the first steam region Rb in a portion where the flow path region Ra is not divided is, for example, 1 mm or more and 10 mm. It is as follows.
  • the width of the widest portion is It is defined as the width of the first steam region Rb.
  • a rail-shaped partition wall 60 is arranged on the first inner surface 11a of the casing 10 along the inner edge at a distance from the inner edge of the casing 10.
  • the liquid flow path 40 is formed by being surrounded by a portion of the housing 10, a portion of the wick 30, and the partition wall 60.
  • the liquid flow path 40 is composed of a bottom surface 40a formed from the first inner surface 11a of the casing 10, an upper surface 40b formed from a part of the wick 30, and an outer edge of the casing 10. It has a first side surface 40c and a second side surface 40d made up of a partition wall 60.
  • the flow path region Ra in a cross-sectional view of the flow path region Ra from the extending direction, the flow path region Ra is sandwiched between the first inner surface 11a of the casing 10 and a part of the wick 30 in the thickness direction Z; It is sandwiched between a part of the casing 10 and the partition wall 60 in a plane direction perpendicular to .
  • the flow path area Ra is surrounded by the first inner surface 11a of the housing 10, the outer edge of the housing 10, a part of the wick 30, and the partition wall 60.
  • partition walls 60 In the example shown in FIGS. 14 and 15, one row of partition walls 60 is arranged, but two or more rows of partition walls 60 may be arranged in parallel with each other. In that case, a liquid flow path 40 surrounded by partition walls 60 may be further formed.
  • a plurality of columns 70 are arranged within the steam space 50.
  • the steam space 50 is divided between the columns 70. It is possible to support the housing 10 or the wick 30 by arranging struts 70 within the steam space 50.
  • the struts 70 are disposed throughout the steam space 50, but the struts 70 may not be disposed in a part of the steam space 50.
  • the strut 70 may be disposed in both the first steam region Rb and the second steam region Rc, or it may be disposed only in either the first steam region Rb or the second steam region Rc. Good too.
  • the struts 70 disposed within the first steam region Rb are in contact with the first inner surface 11a of the casing 10
  • the struts 70 disposed within the second steam region Rc are in contact with the first inner surface 11a of the casing 10. It is in contact with the inner surface 11a and the second inner surface 12a.
  • the support column 70 may be in contact with at least one of the first inner surface 11a and the second inner surface 12a, or may not be in contact with the first inner surface 11a and the second inner surface 12a.
  • the wick 30 is separated from the first inner surface 11a in the first vapor region Rb. As shown in FIG. 15, the wick 30 may be supported by a support 70 arranged on the first inner surface 11a side of the housing 10 in the first steam region Rb.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing another example of the heat diffusion device according to the second embodiment of the present invention.
  • wick 30 is in contact with the first inner surface 11a in the first vapor region Rb.
  • the wick 30 hangs down toward the first inner surface 11a. Therefore, compared to the vapor chamber 2 in which the wick 30 is separated from the first inner surface 11a, the gas-liquid exchange surface can be increased. Furthermore, leakage at the interface between the wick 30 and the partition wall 60 can be reduced.
  • the wick 30 may be supported by a support 70 arranged on the second inner surface 12a side of the housing 10 in the first steam region Rb.
  • the vapor chamber 2A in which the wick 30 is held down by the support column 70 can be manufactured more easily than the vapor chamber 2.
  • the channel region in a cross-sectional view from the extending direction of the channel region, the channel region is sandwiched between the first inner surface of the casing and a part of the wick in the thickness direction. , is sandwiched between a part of the casing and a part of the wick in a plane direction perpendicular to the thickness direction.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing an example of a heat diffusion device according to the third embodiment of the present invention.
  • the partition wall 60 is not arranged.
  • a liquid flow path 40 is formed by being surrounded by a part of the casing 10 and a part of the wick 30.
  • the liquid flow path 40 includes a bottom surface 40a made up of the first inner surface 11a of the housing 10, an upper surface 40b and a second side surface 40d made up of a part of the wick 30, and an outer edge of the housing 10.
  • the first side surface 40c has a first side surface 40c.
  • the flow path region Ra in a cross-sectional view of the flow path region Ra from the extending direction, the flow path region Ra is sandwiched between the first inner surface 11a of the casing 10 and a part of the wick 30 in the thickness direction Z; It is sandwiched between a part of the casing 10 and a part of the wick 30 in a plane direction perpendicular to .
  • the flow path area Ra is surrounded by the first inner surface 11a of the housing 10, the outer edge of the housing 10, and a part of the wick 30.
  • the cross-sectional area of the liquid flow path 40 can be made larger than that in the vapor chamber 2A.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view schematically showing another example of the heat diffusion device according to the third embodiment of the present invention.
  • a plurality of pillars 75 that support the wick 30 are arranged within the flow path area Ra.
  • the shape of the wick 30 can be easily maintained.
  • the cross-sectional area of the flow path region Ra can be made larger than that of the vapor chamber 3.
  • the struts 75 are disposed throughout the flow path area Ra, but the struts 75 are not disposed in a part of the flow path area Ra. It's okay.
  • the arrangement of the struts 75 is not particularly limited, but is preferably arranged evenly in a predetermined area, more preferably evenly throughout, for example, so that the distance between the struts 75 is constant.
  • the distance between the struts 75 may be the same as the distance between the struts 70, or may be different.
  • the support column 75 may or may not be in contact with the first inner surface 11a of the housing 10.
  • the material for forming the support column 75 includes the same material as the support column 70.
  • the material of the struts 75 may be the same as or different from the material of the struts 70.
  • the support column 75 may be integrated with the housing 10, and may be formed by, for example, etching the inner surface of the housing 10.
  • the shape of the support 75 is not particularly limited as long as it can support the wick 30, but examples of the shape of the cross section perpendicular to the height direction of the support 75 include a polygon such as a rectangle, a circle, an ellipse, etc. It will be done.
  • the shape of the support column 75 may be the same as the shape of the support column 70, or may be different.
  • the heights of the pillars 75 may be the same or different in one vapor chamber.
  • the width of the support 75 may be the same as the width of the support 70, or may be different.
  • the channel region in a cross-sectional view from the extending direction of the channel region, the channel region is sandwiched between the first inner surface of the casing and a part of the wick in the thickness direction. , is sandwiched between part of the wick and part of the wick in the plane direction perpendicular to the thickness direction.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view schematically showing an example of a heat diffusion device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • a liquid flow path 40 is formed by being surrounded by a part of the wick 30 except for the first inner surface 11a of the casing 10.
  • the liquid flow path 40 includes a bottom surface 40a made up of the first inner surface 11a of the housing 10, an upper surface 40b made up of a part of the wick 30, a first side surface 40c, and a second side surface 40d. has.
  • the flow path region Ra in a cross-sectional view of the flow path region Ra from the extending direction, the flow path region Ra is sandwiched between the first inner surface 11a of the casing 10 and a part of the wick 30 in the thickness direction Z; It is sandwiched between a part of the wick 30 and a part of the wick 30 in a plane direction perpendicular to the wick 30 .
  • the flow path area Ra is surrounded by the first inner surface 11a of the housing 10 and a part of the wick 30.
  • the cross-sectional area of the liquid flow path 40 can be made larger than that in the vapor chamber 2A.
  • the vapor chamber 4 can be produced, for example, by arranging a wick 30 formed into a predetermined shape by embossing using a mold.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view schematically showing another example of the heat diffusion device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • a plurality of pillars 75 that support the wick 30 are arranged within the flow path area Ra.
  • the shape of the wick 30 can be easily maintained.
  • the cross-sectional area of the flow path region Ra can be made larger than that of the vapor chamber 4.
  • the flow path region includes a first flow path region and a second flow path region in a cross-sectional view from the extending direction of the flow path region.
  • the first flow path region is sandwiched between the first inner surface of the casing and a part of the wick in the thickness direction, and between a part of the wick and a part of the wick in a surface direction perpendicular to the thickness direction.
  • the second flow path region is sandwiched between the second inner surface of the casing and a part of the wick in the thickness direction, and between a part of the wick and a part of the wick in a surface direction perpendicular to the thickness direction.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view schematically showing an example of a heat diffusion device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • a liquid flow path 40 is formed by being surrounded by a part of the wick 30 except for the first inner surface 11a or the second inner surface 12a of the housing 10.
  • the liquid channel 40 includes a first liquid channel 41 and a second liquid channel 42.
  • the first liquid flow path 41 includes a bottom surface 41a made up of the first inner surface 11a of the housing 10, a top surface 41b made up of a part of the wick 30, a first side surface 41c, and a second side surface 41d. and has.
  • the second liquid flow path 42 has a bottom surface 42a formed from the second inner surface 12a of the housing 10, an upper surface 42b formed from a part of the wick 30, a first side surface 42c, and a second side surface 42d.
  • the channel region Ra in a cross-sectional view from the extending direction of the channel region Ra, includes a first channel region Ra1 and a second channel region Ra2.
  • the first channel region Ra1 is sandwiched between the first inner surface 11a of the casing 10 and a part of the wick 30 in the thickness direction Z, and is sandwiched between a part of the wick 30 and a part of the wick 30 in a surface direction orthogonal to the thickness direction Z.
  • the second flow path region Ra2 is sandwiched between the second inner surface 12a of the housing 10 and a part of the wick 30 in the thickness direction Z, and is sandwiched between a part of the wick 30 and a part of the wick 30 in a surface direction perpendicular to the thickness direction Z. It is sandwiched between a part of In other words, the first flow path area Ra1 is surrounded by the first inner surface 11a of the housing 10 and a part of the wick 30, and the second flow path area Ra2 is surrounded by the second inner surface 12a of the housing 10 and a part of the wick 30. surrounded by some.
  • the operation of the vapor chamber can be maintained by using the other flow path. It can be guaranteed. Therefore, it is possible to prevent the flow of the liquid phase working medium 20 from becoming stagnant.
  • the pocket portion 51 can be formed if at least the second liquid flow path 42 out of the first liquid flow path 41 and the second liquid flow path 42 is separated.
  • a plurality of pillars 75 that support the wick 30 may be arranged within the flow path area Ra.
  • a plurality of struts 75 may be arranged within the first flow path region Ra1
  • a plurality of struts 75 may be arranged within the second flow path region Ra2
  • a plurality of struts 75 may be arranged within the first flow path region Ra1.
  • a plurality of support columns 75 may be arranged within the second channel area Ra2.
  • the liquid flow path 40 may further include a liquid flow path such as a third liquid flow path. That is, the flow path area Ra may further include a flow path area such as a third flow path area. In that case, the pocket portion 51 can be formed by dividing the liquid flow path on the side closer to the vapor space 50.
  • 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 configuration, manufacturing conditions, etc. of the heat diffusion device.
  • the number of locations where the liquid flow path is divided is not limited to one location, and may be two or more locations.
  • the evaporation section may or may not overlap the inner edge of the casing when viewed from the thickness direction.
  • FIG. 22 is a plan view schematically showing a first modification of the internal structure of the heat diffusion device of the present invention.
  • the planar shape of the casing 10 viewed from the thickness direction Z is L-shaped.
  • the evaporation part EP does not overlap the inner edge of the housing 10 when viewed from the thickness direction Z.
  • the liquid flow path 40 is also arranged at locations other than the area along the inner edge of the housing 10 when viewed from the thickness direction Z. Therefore, the liquid flow path 40 extends into the evaporation part EP when viewed from the thickness direction Z.
  • the evaporation section may be provided at the center of the casing or around it.
  • FIG. 23 is a plan view schematically showing a second modification of the internal structure of the heat diffusion device of the present invention.
  • FIG. 24 is a plan view schematically showing a third modification of the internal structure of the heat diffusion device of the present invention.
  • the evaporation part EP is provided near the center of the casing 10.
  • the liquid flow path 40 is arranged so as to pass through the inside of the evaporation part EP when viewed from the thickness direction Z.
  • the liquid flow path 40 is arranged along the outer peripheral edge of the evaporation part EP when viewed from the thickness direction Z.
  • the ratio of the vapor space 50 to the internal space of the housing 10 can be increased compared to the vapor chamber 8 shown in FIG.
  • heat from the heat source HS (see FIG. 1) is more easily transmitted to the working medium 20 in the evaporation part EP than in the vapor chamber 7 shown in FIG.
  • a part of the wick may be arranged so as to protrude from the liquid flow path into the vapor space, or may be arranged so as not to protrude from the liquid flow path.
  • the casing may have one evaporation section or a plurality of evaporation sections. That is, one heat source or a plurality of heat sources may be arranged on the outer surface of the casing.
  • the number of evaporation sections and heat sources is not particularly limited.
  • the first sheet and the second sheet may overlap so that their edges coincide, or may overlap with each other.
  • the material constituting the first sheet and the material constituting the second sheet may be different.
  • stress applied to the housing can be dispersed.
  • different materials for both sheets one function can be obtained with one sheet, and another function can be obtained with the other sheet.
  • the above-mentioned functions are not particularly limited, but include, for example, a heat conduction function, an electromagnetic wave shielding function, and the like.
  • the heat diffusion device of the present invention can be installed in electronic equipment for the purpose of heat radiation. Therefore, electronic equipment including the heat diffusion device of the present invention is also one of the present inventions. Examples of the electronic device of the present invention include a smartphone, a tablet terminal, a notebook computer, a game device, a wearable device, and the like. As described above, the heat diffusion device of the present invention operates independently without requiring external power, and can diffuse heat two-dimensionally at high speed by utilizing the latent heat of vaporization and latent heat of condensation of the working medium. Therefore, an electronic device including 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 the field of mobile information terminals and the like. For example, it can be used to lower the temperature of a heat source such as a CPU and extend the usage time of electronic devices, and can be used for smartphones, tablet terminals, notebook computers, etc.
  • Vapor chamber (thermal diffusion device) 10 Housing 11 First sheet 11a First inner surface 12 Second sheet 12a Second inner surface 13 Inlet trace 20 Working medium 30 Wick 40 Liquid channel 40a Bottom surface of liquid channel 40b Top surface of liquid channel 40c No.

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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内面(11a)及び第2内面(12a)を有し、かつ、内部空間に蒸発部(EP)が設けられている筐体(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)の内部空間に配置されるウィック(30)と、を備える。少なくとも筐体(10)の一部とウィック(30)の一部とに囲まれた空間には、作動媒体(20)の液体流路(40)が形成される。液体流路(40)の少なくとも一部は、厚さ方向(Z)から見て筐体(10)の内縁に沿って配置される。液体流路(40)は、厚さ方向(Z)から見て蒸発部(EP)と重ならない位置で連結されずに分断され、液体流路(40)が分断された空間には、作動媒体(20)の蒸気空間(50)と連続するポケット部(51)が形成されている。

Description

熱拡散デバイス及び電子機器
 本発明は、熱拡散デバイス及び電子機器に関する。
 近年、素子の高集積化及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及びタブレット等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等が用いられることが多いが、その熱輸送量は充分ではないため、様々な熱対策部材の使用が検討されている。中でも、非常に効果的に熱を拡散させることが可能である熱拡散デバイスとして、面状のヒートパイプであるベーパーチャンバーの使用の検討が進んでいる。
 ベーパーチャンバーは、筐体の内部に、作動媒体(作動流体ともいう)と、毛細管力によって作動媒体を輸送するウィックとが封入された構造を有する。作動媒体は、電子部品等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及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。
 このようなベーパーチャンバーは、例えば、ウィックを配置した第1シートと第2シートとを、作動媒体の注入口となる部位を除いて周方向に接合することにより、内部空間にウィックが配置された筐体を形成し、次に、注入口から作動媒体を内部空間へ注入し、内部空間を脱気した後、注入口を封止することにより製造することができる。
 特許文献1には、薄い板状の本体部の一部に外部から熱が伝達される加熱部が設けられ、上記加熱部に伝達された熱を上記加熱部から上記本体部の他の部分に拡散させる熱拡散板において、複数本の中空路が上記本体部の内部に上記加熱部を通るように形成されるとともに、上記各中空路が上記加熱部で互いに連通しており、上記中空路の内部に、加熱されて蒸発しかつ放熱して凝縮する作動流体が封入され、上記各中空路の内部に、液相の上記作動流体が浸透することにより毛管力を発生するウィックが、上記各中空路の内部に上記作動流体の蒸気が流動する蒸気流路をあけた状態に配置され、上記各ウィックの一部が上記加熱部に位置するとともに、上記各中空路の内部に形成されている上記各蒸気流路が上記加熱部で互いに連通していることを特徴とする熱拡散板が開示されている。
特開2016-223673号公報
 一般に、ベーパーチャンバーでは、蒸発部(特許文献1でいう加熱部)においてウィックの表面に位置する液相の作動媒体が蒸発して気相に変化する。気相の作動媒体は蒸気流路を通って蒸発部から離れた場所に移動し、そこで凝縮して液相に変化する。液相の作動媒体はウィックに回収されて蒸発部に移動した後、再び蒸発部においてウィックの表面から蒸発する。このように、作動媒体は、気-液の相変化を繰り返しながら循環する。
 特許文献1に記載の熱拡散板では、特許文献1の図1又は図4に示されているように、多数のウィックが本体部の内部の全体にわたって設けられている。したがって、特許文献1に記載の熱拡散板では、筐体の内部空間に占める蒸気流路の領域が制限されるため、均熱領域が減少するだけでなく、熱伝導率そのものも低下する、という問題が生じる。
 さらに、液相の作動媒体がウィックに回収される場所において、作動媒体又は非凝縮性ガス(NCG)が蒸気流路に溜まると、熱拡散を阻害する、という問題も生じる。ここで、非凝縮性ガスとしては、例えば、製造時における脱気によって取り除かれずに筐体の内部空間に残留する空気等のガスが挙げられる。
 なお、上記の問題は、ベーパーチャンバーに限らず、ベーパーチャンバーと同様の構成によって熱を拡散させることが可能な熱拡散デバイスに共通する問題である。
 本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、熱伝導率が高く、熱拡散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内面及び第2内面を有し、かつ、内部空間に蒸発部が設けられている筐体と、上記筐体の上記内部空間に封入される作動媒体と、上記筐体の上記内部空間に配置されるウィックと、を備える。少なくとも上記筐体の一部と上記ウィックの一部とに囲まれた空間には、上記作動媒体の液体流路が形成される。上記液体流路の少なくとも一部は、上記厚さ方向から見て上記筐体の内縁に沿って配置される。上記液体流路は、上記厚さ方向から見て上記蒸発部と重ならない位置で連結されずに分断され、上記液体流路が分断された空間には、上記作動媒体の蒸気空間と連続するポケット部が形成されている。
 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、熱伝導率が高く、熱拡散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、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分解斜視図である。 図3は、本発明の第1実施形態に係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4は、図3に示す熱拡散デバイスのIV-IV線に沿った断面図である。 図5は、液体流路が分断されていない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6は、図5に示す熱拡散デバイスのVI-VI線に沿った断面図である。 図7は、図3に示すベーパーチャンバーに形成されるポケット部のサイズを説明するための模式図である。 図8は、筐体の外面に注入口痕が設けられている熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す拡大平面図である。 図9は、ポケット部でウィックが分断されてい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10は、図9に示す熱拡散デバイスのX-X線に沿った断面図である。 図11は、分断された液体流路の両端が隔壁で閉じられていない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12は、図11に示す熱拡散デバイスのXII-XII線に沿った断面図である。 図13は、液体流路が分断されている位置を説明するための模式図である。 図14は、本発明の第2実施形態に係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15は、図14に示す熱拡散デバイスのXV-XV線に沿った断面図である。 図16は、本発明の第2実施形態に係る熱拡散デバイスの別の一例を模式的に示す断面図である。 図17は、本発明の第3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18は、本発明の第3実施形態に係る熱拡散デバイスの別の一例を模式的に示す断面図である。 図19は、本発明の第4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20は、本発明の第4実施形態に係る熱拡散デバイスの別の一例を模式的に示す断面図である。 図21は、本発明の第5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22は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の第1変形例を模式的に示す平面図である。 図23は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の第2変形例を模式的に示す平面図である。 図24は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の第3変形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。
 本発明の熱拡散デバイスでは、少なくとも筐体の一部とウィックの一部とに囲まれた空間には、作動媒体の液体流路が形成されている。そのため、液体流路の周囲のウィックによって毛細管力を発現させることができるだけでなく、液体流路を通過する液体抵抗が小さくなることで作動媒体が液体流路をスムーズに移動できる。その結果、透過率を高くすることができる。
 さらに、液体流路の少なくとも一部は、厚さ方向から見て筐体の内縁に沿って配置されている。液体流路を筐体の内部空間の全体にわたって配置しないことにより、筐体の内部空間において蒸気空間を広く確保できる。その結果、熱伝導率が向上する。
 その上、液体流路は、厚さ方向から見て蒸発部と重ならない位置で連結されずに分断され、液体流路が分断された空間には、作動媒体の蒸気空間と連続するポケット部が形成されている。液体流路が分断されたポケット部には作動媒体又は非凝縮性ガスが溜まることができるため、熱拡散領域を広げることができる。その結果、熱拡散性能が向上する。
 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又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、ヒートパイプ等の熱拡散デバイスにも適用可能である。
 以下に示す図面は模式的なものであり、その寸法や縦横比の縮尺などは実際の製品とは異なる場合がある。
[第1実施形態]
 本発明の第1実施形態に係る熱拡散デバイスでは、ウィックの一部が液体流路から蒸気空間にはみ出さないように配置されている。
 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、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分解斜視図である。図3は、本発明の第1実施形態に係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4は、図3に示す熱拡散デバイスのIV-IV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(熱拡散デバイス)1は、気密状態に密閉された中空の筐体10を備える。筐体10は、図4に示すように、厚さ方向Zに対向する第1内面11a及び第2内面12aを有する。ベーパーチャンバー1は、さらに、筐体10の内部空間に封入される作動媒体20と、筐体10の内部空間に配置されるウィック30と、を備える。
 筐体10の内部空間には、図3に示すように、封入した作動媒体20(図4参照)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。
 ベーパーチャンバー1は、全体として面状であることが好ましい。すなわち、筐体10は、全体として面状であることが好ましい。ここで、「面状」とは、板状及びシート状を包含し、幅方向Xの寸法(以下、幅という)及び長さ方向Yの寸法(以下、長さという)が厚さ方向Zの寸法(以下、厚さ又は高さという)に対して相当に大きい形状、例えば幅及び長さが、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の幅及び長さは、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の幅及び長さは、各々、例えば、5mm以上500mm以下、20mm以上300mm以下又は50mm以上200mm以下である。ベーパーチャンバー1の幅及び長さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。
 筐体10は、外縁部が接合された対向する第1シート11及び第2シート12から構成されることが好ましい。
 筐体10が第1シート11及び第2シート12から構成される場合、第1シート11及び第2シート12を構成する材料は、ベーパーチャンバー等の熱拡散デバイス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及び第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、又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及び第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及び第2シート12から構成される場合、第1シート11及び第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)、超音波接合又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、抵抗溶接又はロウ接を用いることができる。
 第1シート11及び第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及び第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及び第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及び第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及び第2シート12は、各々、外縁部が外縁部以外の部分よりも厚い形状であってもよい。
 ベーパーチャンバー1全体の厚さは、特に限定されないが、好ましくは50μm以上500μm以下である。
 厚さ方向Zから見た筐体10の平面形状は特に限定されず、例えば、三角形又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等の熱拡散デバイスの用途、熱拡散デバイスの組み入れ箇所の形状、近傍に存在する他の部品に応じた形状であってもよい。
 作動媒体20は、筐体10内の環境下において気-液の相変化を生じ得るものであれば特に限定されず、例えば、水、アルコール類、代替フロンなどを用いることができる。例えば、作動媒体は水性化合物であり、好ましくは水である。
 ウィック30は、毛細管力により作動媒体20を移動させることができる毛細管構造を有する。ウィック30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。
 ウィック30の材料は特に限定されず、例えば、エッチング加工又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、多孔体などが用いられる。ウィック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)メッシュ又はポリエステルメッシュから構成される。ウィック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などから構成されてもよく、好ましくは銅又はニッケルの多孔質焼結体から構成される。ウィック30の材料となる多孔体は、例えば、金属多孔体、セラミックス多孔体、樹脂多孔体などから構成されてもよい。
 ウィック30の厚さは、特に限定されないが、例えば2μm以上200μm以下であり、好ましくは5μm以上100μm以下、より好ましくは10μm以上40μm以下である。ウィック30の厚さは、部分的に異なっていてもよい。
 図2、図3及び図4に示すように、少なくとも筐体10の一部とウィック30の一部とに囲まれた空間には、作動媒体20の液体流路40が形成されている。一方、筐体10内の液体流路40以外の隙間には、作動媒体20の蒸気空間50が形成されている。
 図2、図3及び図4に示す例では、レール状の隔壁60が、筐体10の第1内面11aに、筐体10の内縁から間隔を空けて内縁に沿って配置されている。
 したがって、筐体10の第1内面11aとウィック30と隔壁60とに囲まれた空間に液体流路40が形成されている。
 液体流路40の少なくとも一部は、厚さ方向Zから見て筐体10の内縁に沿って配置される。図3に示す例では、液体流路40は、筐体10の内縁にのみ配置されている。
 図3及び図4に示すように、液体流路40は、厚さ方向Zから見て蒸発部EPと重ならない位置で連結されずに分断されている。液体流路40が分断されている部分には、液体流路40が存在しない。
 液体流路40が分断された空間には、作動媒体20の蒸気空間50と連続するポケット部51が形成されている。図3に示すように、ポケット部51は、液体流路40が分断され、かつ、作動媒体20の蒸気空間50と連続する部分である。さらに、ポケット部51は、筐体10の内縁に接している。
 図5は、液体流路が分断されていない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6は、図5に示す熱拡散デバイスのVI-VI線に沿った断面図である。
 図5及び図6に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)1aでは、液体流路40が分断されずに連結されている。
 図3に示すベーパーチャンバー1及び図5に示すベーパーチャンバー1a等の熱拡散デバイスでは、蒸発部EPにおいて蒸発した気相の作動媒体20が蒸気空間50を通って蒸発部EPから離れた場所(例えば、図3及び図5中にCPで示す領域に位置する蒸気空間50)に移動し、そこで凝縮して液相に変化する。液相の作動媒体20はウィック30及び液体流路40に回収されて蒸発部EPに移動することになる。
 図3及び図4に示すように、液体流路40が分断された空間にポケット部51が形成されていると、作動媒体20がポケット部51に溜まることができるだけでなく、筐体10の内部空間に非凝縮性ガスが残留する場合には非凝縮性ガスもポケット部51に溜まることができるため、熱拡散領域を広げることができる。その結果、熱拡散性能が向上する。
 図3及び図4に示すように、液体流路40に位置するウィック30は、ポケット部51で連結されていることが好ましい。図3及び図4に示す例では、厚さ方向Zから見て液体流路40と重なる部分に位置するウィック30がポケット部51で連結されている。厚さ方向Zに限らず、ある方向から見てポケット部51と重なる部分にもウィック30が存在することで、作動媒体20の回収性を確保することができる。
 図3及び図4に示すように、分断された液体流路40の両端が隔壁60で閉じられていることが好ましい。この場合、液相の作動媒体20が液体流路40に保持されやすくなるため、蒸気空間50に逆流しにくくなる。
 図7は、図3に示すベーパーチャンバーに形成されるポケット部のサイズを説明するための模式図である。
 図7に示すように、ベーパーチャンバー1を厚さ方向Zから見て、分断された液体流路40の両端を通る第1仮想線IL1と筐体10の外縁との2箇所の交点を第1縁端部P1及び第2縁端部P2としたとき、第1仮想線IL1上の、分断された液体流路40の両端間の距離(図7中、D1で示す長さ)は、第1縁端部P1と第2縁端部P2との間の距離(図7中、D2で示す長さ)の1/2以下であることが好ましく、1/3以下であることがより好ましい。分断された液体流路40の両端間の距離D1が長くなるほどポケット部51のサイズを大きくすることができるが、一方で、液体流路40のサイズが小さくなるため、液体流路40に作動媒体20が回収されにくくなる。分断された液体流路40の両端間の距離D1が第1縁端部P1と第2縁端部P2との間の距離D2の1/2以下であると、ポケット部51によって熱拡散性能が向上しつつ、液体流路40に作動媒体20が回収されやすくなる。
 一方、ポケット部51による熱拡散性能の向上効果を得る観点からは、第1仮想線IL1上の、分断された液体流路40の両端間の距離D1は、第1縁端部P1と第2縁端部P2との間の距離D2の1/7以上であることが好ましい。
 図8は、筐体の外面に注入口痕が設けられている熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す拡大平面図である。
 図8に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)1Aのように、筐体10は、ポケット部51と連通する作動媒体20の注入口痕13を外面に有してもよい。
 図5に示すベーパーチャンバー1aのように筐体10の内部空間の外周が隔壁60で覆われていると、製造時に筐体10の内部空間へ作動媒体20を注入すること及び筐体10の内部空間を脱気することが困難である。これに対し、図8に示すベーパーチャンバー1Aでは、筐体10の内部空間へ作動媒体20を注入し、筐体10の内部空間を脱気するための経路を、ポケット部51を利用して形成することができる。その結果、非凝縮性ガスの排出効果を向上させることができる。
 図9は、ポケット部でウィックが分断されてい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10は、図9に示す熱拡散デバイスのX-X線に沿った断面図である。
 図9及び図10に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)1Bでは、液体流路40に位置するウィック30は、ポケット部51で連結されずに分断されている。図9及び図10に示す例では、厚さ方向Zから見て液体流路40と重なる部分に位置するウィック30がポケット部51で連結されずに分断されている。厚さ方向Zに限らず、ある方向から見てポケット部51と重なる部分にウィック30が存在しないことで、蒸気空間50が増えるため、より多くの非凝縮性ガスをポケット部51に溜め込むことができる。
 分断されたウィック30の端部は、図9及び図10に示すように、分断された液体流路40の端部と一致してもよく、あるいは、分断された液体流路40の端部と一致しなくてもよい。例えば、分断されたウィック30の端部は、厚さ方向Zから見て、分断された液体流路40と重なる位置にあってもよい。
 図11は、分断された液体流路の両端が隔壁で閉じられていない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12は、図11に示す熱拡散デバイスのXII-XII線に沿った断面図である。
 図11及び図12に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)1Cでは、分断された液体流路40の両端が隔壁60で閉じられていない。この場合、設計によっては、ポケット部51に溜まった作動媒体20が液体流路40に回収されやすくなる。
 なお、液体流路40が分断されている位置は、厚さ方向Zから見て蒸発部EPと重ならない位置であれば特に限定されない。一般に、作動媒体20又は非凝縮性ガスは蒸発部EPから離れた場所で溜まりやすい。そのため、液体流路40は、蒸発部EPから離れた場所で連結されずに分断されていることが好ましい。
 図3に示すベーパーチャンバー1等では、厚さ方向Zから見て、蒸発部EPが筐体10の内縁に重なっている。この場合、図3等に示すように、ポケット部51は、厚さ方向Zから見て蒸発部EPに対向する位置にあることが好ましい。
 図13は、液体流路が分断されている位置を説明するための模式図である。
 図13に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)1Dでは、厚さ方向Zから見て、蒸発部EPが筐体10の内縁に重なっていない。この場合、図13に示すように、厚さ方向Zから見て、蒸発部EP及びポケット部51を通る第2仮想線IL2と筐体10の外縁との2箇所の交点を第3縁端部P3及び第4縁端部P4としたとき、蒸発部EPは、第4縁端部P4よりも第3縁端部P3の近くに位置し、ポケット部51は、第3縁端部P3よりも第4縁端部P4の近くに位置することが好ましい。
 図2及び図3に示すベーパーチャンバー1のように、筐体10の第1内面11aに隔壁60が配置されている場合、隔壁60によってウィック30が支えられる。したがって、ベーパーチャンバー1の薄型化に伴ってウィック30が薄い場合であっても、液体流路40が潰れにくくなるため、液体流路40の体積を確保することができる。
 図2及び図3に示す例では、1列の隔壁60が配置されているが、互いに並列するように2列以上の隔壁60が配置されていてもよい。その場合、隔壁60同士で囲まれた液体流路40がさらに形成されていてもよい。
 筐体10に、複数の液体流路40が存在する場合、少なくとも1つの液体流路40が、厚さ方向Zから見て蒸発部EPと重ならない位置で連結されずに分断されていればよい。その場合、蒸気空間50に近い側の液体流路40が分断されることで、ポケット部51を形成することができる。
 隔壁60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、又はそれらの混合物、積層物などが挙げられる。また、図2及び図4に示すように、隔壁60は、筐体10と一体であってもよく、例えば、筐体10の内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。
 ウィック30は、隔壁60に固定されていてもよい。例えば、ウィック30及び隔壁60が金属から構成される場合、ウィック30が隔壁60に接合されていてもよい。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。
 ウィック30は、筐体10に固定されていてもよい。例えば、筐体10及びウィック30が金属から構成される場合、ウィック30が筐体10に接合されていてもよい。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4に示すように、筐体10の第2内面12aとウィック30との間には空間が存在しないことが好ましい。その場合、ウィック30は、筐体10の第2内面12aに固定されていてもよい。例えば、ウィック30は、筐体10の第2内面12aに接合されていてもよい。
 後述の図15に示すように、筐体10の第2シート12の外縁部とウィック30の端部との間には空間が存在しないことが好ましい。その場合、ウィック30の端部は、筐体10の第2シート12の外縁部に固定されていてもよい。例えば、ウィック30の端部は、筐体10の第2シート12の外縁部に接合されていてもよい。
 後述の図15に示すように、筐体10の第1シート11の外縁部によってウィック30の端部が支えられていてもよい。その場合、ウィック30の端部は、筐体10の第1シート11の外縁部に固定されていてもよい。例えば、ウィック30の端部は、筐体10の第1シート11の外縁部に接合されていてもよい。
 図2及び図3に示すように、蒸気空間50内には、複数の支柱70が配置されていることが好ましい。支柱70間では、蒸気空間50が分断される。蒸気空間50内に支柱70を配置することによって筐体10又はウィック30を支持することが可能である。
 図2及び図3に示すように、蒸気空間50内の全体に支柱70が配置されていることが好ましいが、蒸気空間50内の一部に支柱70が配置されていなくてもよい。ポケット部51には、支柱70が配置されていてもよく、配置されていなくてもよい。
 支柱70は、第1内面11a及び第2内面12aの少なくとも一方に接していてもよく、第1内面11a及び第2内面12aに接していなくてもよい。
 支柱70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、又はそれらの混合物、積層物などが挙げられる。また、支柱70は、筐体10と一体であってもよく、例えば、筐体10の内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。
 支柱70の形状は、筐体10を支持できる形状であれば特に限定されないが、支柱70の高さ方向に垂直な断面の形状としては、例えば、矩形などの多角形、円形、楕円形などが挙げられる。
 支柱70の高さは、一のベーパーチャンバーにおいて、同じであってもよく、異なっていてもよい。
 図4に示す断面において、支柱70の幅は、筐体10の変形を抑制できる強度を与えるものであれば特に限定されないが、支柱70の端部の高さ方向に垂直な断面の円相当径は、例えば100μm以上2000μm以下であり、好ましくは300μm以上1000μm以下である。支柱70の円相当径を大きくすることにより、筐体10の変形をより抑制することができる。一方、支柱70の円相当径を小さくすることにより、作動媒体20の蒸気が移動するための空間をより広く確保することができる。
 支柱70の配置は、特に限定されないが、好ましくは所定の領域において均等に、より好ましくは全体にわたって均等に、例えば支柱70間の距離が一定となるように配置される。支柱70を均等に配置することにより、ベーパーチャンバー等の熱拡散デバイスの全体にわたって均一な強度を確保することができる。
[第2実施形態]
 本発明の第2実施形態に係る熱拡散デバイスでは、ウィックの一部が液体流路から蒸気空間にはみ出すように配置されている。これにより、気液交換面を増大させることができる。
 本発明の第2実施形態に係る熱拡散デバイスでは、レール状の隔壁が、筐体の第1内面に、筐体の内縁から間隔を空けて内縁に沿って配置されている。流路領域の延伸方向からの断面視において、流路領域は、厚さ方向では筐体の第1内面とウィックの一部とに挟まれ、厚さ方向に直交する面方向では筐体の一部と隔壁とに挟まれている。
 図14は、本発明の第2実施形態に係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15は、図14に示す熱拡散デバイスのXV-XV線に沿った断面図である。
 図14及び図15に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)2では、筐体10の内部空間は、厚さ方向Zから見た筐体10の内縁に沿った領域のうち、液体流路40が存在する領域である流路領域Raと、厚さ方向Zから見てウィック30の一部と重なる第1蒸気領域Rbと、厚さ方向Zから見てウィック30と重ならない第2蒸気領域Rcと、を有する。流路領域Raは、厚さ方向Zから見て筐体10の内縁に沿って配置されている。流路領域Raの延伸方向(図15ではY方向)からの断面視において、第1蒸気領域Rbは、第2蒸気領域Rcと流路領域Raとの間に位置する部分を有する。上記の断面視において、第1蒸気領域Rbは、第2蒸気領域Rcと流路領域Raとの間の全体に位置することが好ましいが、第2蒸気領域Rcと流路領域Raとの間の一部に位置しなくてもよい。なお、第1蒸気領域Rbは、厚さ方向Zから見て液体流路40と重ならない領域である。
 液体流路40は、筐体10の第1内面11a又は第2内面12aから構成される底面40aと、筐体10の第1内面11a及び第2内面12aから離れている上面40bと、上面40bに連続し、かつ、筐体10の第1内面11a又は第2内面12aに接する第1側面40c及び第2側面40dと、を有する。図15に示す例では、液体流路40の底面40aが筐体10の第1内面11aから構成されているが、筐体10の第2内面12aから構成されていてもよい。このように、本明細書において、液体流路40の底面40aとは、鉛直下方に位置する面を意味するものではない。同様に、液体流路40の上面40bとは、鉛直上方に位置する面を意味するものではない。
 図14において、液体流路40が分断されている部分では、流路領域Raも分断されている。流路領域Raが分断されている領域は、第1蒸気領域Rbとなっている。
 流路領域Raの延伸方向からの断面視において、流路領域Raの幅は特に限定されないが、例えば500μm以上3000μm以下である。なお、流路領域Raの延伸方向からの断面視において、流路領域Raの幅が厚さ方向Zで異なる場合には、最も広い部分の幅を流路領域Raの幅と定義する。
 流路領域Raの延伸方向からの断面視において、第1蒸気領域Rbの幅は特に限定されないが、流路領域Raが分断されていない部分における第1蒸気領域Rbの幅は、例えば1mm以上10mm以下である。なお、流路領域Raの延伸方向からの断面視において、流路領域Raが分断されていない部分における第1蒸気領域Rbの幅が厚さ方向Zで異なる場合には、最も広い部分の幅を第1蒸気領域Rbの幅と定義する。
 図14及び図15に示す例では、レール状の隔壁60が、筐体10の第1内面11aに、筐体10の内縁から間隔を空けて内縁に沿って配置されている。
 したがって、筐体10の一部とウィック30の一部と隔壁60とに囲まれることで液体流路40が形成されている。具体的には、液体流路40は、筐体10の第1内面11aから構成される底面40aと、ウィック30の一部から構成される上面40bと、筐体10の外縁部から構成される第1側面40cと、隔壁60から構成される第2側面40dと、を有する。
 この場合、流路領域Raの延伸方向からの断面視において、流路領域Raは、厚さ方向Zでは筐体10の第1内面11aとウィック30の一部とに挟まれ、厚さ方向Zに直交する面方向では筐体10の一部と隔壁60とに挟まれている。言い換えると、流路領域Raは、筐体10の第1内面11aと筐体10の外縁部とウィック30の一部と隔壁60とに囲まれている。
 図14及び図15に示す例では、1列の隔壁60が配置されているが、互いに並列するように2列以上の隔壁60が配置されていてもよい。その場合、隔壁60同士で囲まれた液体流路40がさらに形成されていてもよい。
 図14及び図15に示すように、蒸気空間50内には、複数の支柱70が配置されていることが好ましい。支柱70間では、蒸気空間50が分断される。蒸気空間50内に支柱70を配置することによって筐体10又はウィック30を支持することが可能である。
 図14及び図15に示すように、蒸気空間50内の全体に支柱70が配置されていることが好ましいが、蒸気空間50内の一部に支柱70が配置されていなくてもよい。支柱70は、第1蒸気領域Rb内及び第2蒸気領域Rc内の両方に配置されていてもよく、第1蒸気領域Rb内及び第2蒸気領域Rc内のいずれか一方のみに配置されていてもよい。
 図15に示す例では、第1蒸気領域Rb内に配置されている支柱70は、筐体10の第1内面11aに接し、第2蒸気領域Rc内に配置されている支柱70は、第1内面11a及び第2内面12aに接している。支柱70は、第1内面11a及び第2内面12aの少なくとも一方に接していてもよく、第1内面11a及び第2内面12aに接していなくてもよい。
 図15に示すベーパーチャンバー2では、第1蒸気領域Rbにおいて、ウィック30が第1内面11aから離れている。図15に示すように、第1蒸気領域Rbにおいて筐体10の第1内面11a側に配置されている支柱70によってウィック30が支えられていてもよい。
 図16は、本発明の第2実施形態に係る熱拡散デバイスの別の一例を模式的に示す断面図である。
 図16に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)2Aでは、第1蒸気領域Rbにおいて、ウィック30の少なくとも一部が第1内面11aに接している。
 第1蒸気領域Rbにおいて、ウィック30の少なくとも一部が第1内面11aに接しているベーパーチャンバー2Aでは、ウィック30が第1内面11a側に垂れている。そのため、ウィック30が第1内面11aから離れているベーパーチャンバー2に比べて、気液交換面を増大させることができる。さらに、ウィック30と隔壁60との間の界面でのリークを低減させることができる。
 図16に示すように、第1蒸気領域Rbにおいて筐体10の第2内面12a側に配置されている支柱70によってウィック30が支えられていてもよい。支柱70によってウィック30が押さえ付けられるベーパーチャンバー2Aは、ベーパーチャンバー2に比べて簡便に作製することができる。
[第3実施形態]
 本発明の第3実施形態に係る熱拡散デバイスでは、流路領域の延伸方向からの断面視において、流路領域は、厚さ方向では筐体の第1内面とウィックの一部とに挟まれ、厚さ方向に直交する面方向では筐体の一部とウィックの一部とに挟まれている。
 図17は、本発明の第3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17に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)3では、図16に示すベーパーチャンバー2Aと異なり、隔壁60が配置されていない。
 ベーパーチャンバー3では、筐体10の一部とウィック30の一部とに囲まれることで液体流路40が形成されている。具体的には、液体流路40は、筐体10の第1内面11aから構成される底面40aと、ウィック30の一部から構成される上面40b及び第2側面40dと、筐体10の外縁部から構成される第1側面40cと、を有する。
 この場合、流路領域Raの延伸方向からの断面視において、流路領域Raは、厚さ方向Zでは筐体10の第1内面11aとウィック30の一部とに挟まれ、厚さ方向Zに直交する面方向では筐体10の一部とウィック30の一部とに挟まれている。言い換えると、流路領域Raは、筐体10の第1内面11aと筐体10の外縁部とウィック30の一部とに囲まれている。
 ベーパーチャンバー3では、隔壁60が配置されていない分、ベーパーチャンバー2Aに比べて液体流路40の断面積を大きくすることができる。
 図18は、本発明の第3実施形態に係る熱拡散デバイスの別の一例を模式的に示す断面図である。
 図18に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)3Aでは、流路領域Ra内に、ウィック30を支持する複数の支柱75が配置されている。流路領域Ra内に支柱75を配置することによってウィック30の形状を維持しやすくなる。また、ウィック30を面方向に広げやすくなるため、ベーパーチャンバー3に比べて流路領域Raの断面積を大きくすることができる。
 ベーパーチャンバー3Aを厚さ方向Zから見たときに、流路領域Ra内の全体に支柱75が配置されていることが好ましいが、流路領域Ra内の一部に支柱75が配置されていなくてもよい。
 支柱75の配置は、特に限定されないが、好ましくは所定の領域において均等に、より好ましくは全体にわたって均等に、例えば支柱75間の距離が一定となるように配置される。支柱75間の距離は、支柱70間の距離と同じであってもよく、異なっていてもよい。
 支柱75は、筐体10の第1内面11aに接していてもよく、接していなくてもよい。
 支柱75を形成する材料としては、支柱70と同様の材料が挙げられる。支柱75の材料は、支柱70の材料と同じであってもよく、異なっていてもよい。また、支柱75は、筐体10と一体であってもよく、例えば、筐体10の内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。
 支柱75の形状は、ウィック30を支持できる形状であれば特に限定されないが、支柱75の高さ方向に垂直な断面の形状としては、例えば、矩形などの多角形、円形、楕円形などが挙げられる。支柱75の形状は、支柱70の形状と同じであってもよく、異なっていてもよい。
 支柱75の高さは、一のベーパーチャンバーにおいて、同じであってもよく、異なっていてもよい。
 図18に示す断面において、支柱75の幅は、支柱70の幅と同じであってもよく、異なっていてもよい。
[第4実施形態]
 本発明の第4実施形態に係る熱拡散デバイスでは、流路領域の延伸方向からの断面視において、流路領域は、厚さ方向では筐体の第1内面とウィックの一部とに挟まれ、厚さ方向に直交する面方向ではウィックの一部とウィックの一部とに挟まれている。
 図19は、本発明の第4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19に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)4では、筐体10の第1内面11a以外ではウィック30の一部に囲まれることで液体流路40が形成されている。具体的には、液体流路40は、筐体10の第1内面11aから構成される底面40aと、ウィック30の一部から構成される上面40b、第1側面40c及び第2側面40dと、を有する。
 この場合、流路領域Raの延伸方向からの断面視において、流路領域Raは、厚さ方向Zでは筐体10の第1内面11aとウィック30の一部とに挟まれ、厚さ方向Zに直交する面方向ではウィック30の一部とウィック30の一部とに挟まれている。言い換えると、流路領域Raは、筐体10の第1内面11aとウィック30の一部とに囲まれている。
 ベーパーチャンバー4では、ベーパーチャンバー3と同様、ベーパーチャンバー2Aに比べて液体流路40の断面積を大きくすることができる。
 ベーパーチャンバー4は、例えば、金型を用いた型押し成形で所定の形状に形成したウィック30を配置することにより作製することができる。
 図20は、本発明の第4実施形態に係る熱拡散デバイスの別の一例を模式的に示す断面図である。
 図20に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)4Aでは、流路領域Ra内に、ウィック30を支持する複数の支柱75が配置されている。流路領域Ra内に支柱75を配置することによってウィック30の形状を維持しやすくなる。また、ウィック30を面方向に広げやすくなるため、ベーパーチャンバー4に比べて流路領域Raの断面積を大きくすることができる。
[第5実施形態]
 本発明の第5実施形態に係る熱拡散デバイスでは、流路領域の延伸方向からの断面視において、流路領域は、第1流路領域と第2流路領域とを含む。第1流路領域は、厚さ方向では筐体の第1内面とウィックの一部とに挟まれ、厚さ方向に直交する面方向ではウィックの一部とウィックの一部とに挟まれている。第2流路領域は、厚さ方向では筐体の第2内面とウィックの一部とに挟まれ、厚さ方向に直交する面方向ではウィックの一部とウィックの一部とに挟まれている。
 図21は、本発明の第5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21に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)5では、筐体10の第1内面11a又は第2内面12a以外ではウィック30の一部に囲まれることで液体流路40が形成されている。液体流路40は、第1液体流路41と第2液体流路42とを含む。具体的には、第1液体流路41は、筐体10の第1内面11aから構成される底面41aと、ウィック30の一部から構成される上面41b、第1側面41c及び第2側面41dと、を有する。第2液体流路42は、筐体10の第2内面12aから構成される底面42aと、ウィック30の一部から構成される上面42b、第1側面42c及び第2側面42dと、を有する。
 この場合、流路領域Raの延伸方向からの断面視において、流路領域Raは、第1流路領域Ra1と第2流路領域Ra2とを含む。第1流路領域Ra1は、厚さ方向Zでは筐体10の第1内面11aとウィック30の一部とに挟まれ、厚さ方向Zに直交する面方向ではウィック30の一部とウィック30の一部とに挟まれている。第2流路領域Ra2は、厚さ方向Zでは筐体10の第2内面12aとウィック30の一部とに挟まれ、厚さ方向Zに直交する面方向ではウィック30の一部とウィック30の一部とに挟まれている。言い換えると、第1流路領域Ra1は、筐体10の第1内面11aとウィック30の一部とに囲まれ、第2流路領域Ra2は、筐体10の第2内面12aとウィック30の一部とに囲まれている。
 ベーパーチャンバー5では、第1液体流路41及び第2液体流路42のうち、一方の流路を使用できなくなった場合であっても、他方の流路を使用することでベーパーチャンバーの動作を担保できる。そのため、液相の作動媒体20の流れが滞ってしまうのを防止することができる。
 ベーパーチャンバー5では、第1液体流路41及び第2液体流路42のうち、少なくとも第2液体流路42が分断されていれば、ポケット部51を形成することができる。
 ベーパーチャンバー5では、流路領域Ra内に、ウィック30を支持する複数の支柱75が配置されていてもよい。その場合、第1流路領域Ra1内に複数の支柱75が配置されていてもよく、第2流路領域Ra2内に複数の支柱75が配置されていてもよく、第1流路領域Ra1内及び第2流路領域Ra2内に複数の支柱75が配置されていてもよい。
 ベーパーチャンバー5では、液体流路40は、第3液体流路などの液体流路をさらに含んでもよい。すなわち、流路領域Raは、第3流路領域などの流路領域をさらに含んでもよい。その場合、蒸気空間50に近い側の液体流路が分断されることで、ポケット部51を形成することができる。
[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において、液体流路が分断されている箇所は、1箇所に限定されず、2箇所以上であってもよい。
 本発明の熱拡散デバイスにおいて、蒸発部は、厚さ方向から見て、筐体の内縁に重なってもよく、重ならなくてもよい。
 図22は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の第1変形例を模式的に示す平面図である。
 図22に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)6では、厚さ方向Zから見た筐体10の平面形状がL字型である。ベーパーチャンバー2と異なり、ベーパーチャンバー6では、厚さ方向Zから見て、蒸発部EPは、筐体10の内縁に重ならない。しかし、ベーパーチャンバー6では、液体流路40は、厚さ方向Zから見て筐体10の内縁に沿った領域以外の箇所にも配置されている。そのため、液体流路40は、厚さ方向Zから見たときに、蒸発部EP内まで延びている。
 本発明の熱拡散デバイスにおいて、蒸発部は、筐体の中央部又はその周辺に設けられてもよい。
 図23は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の第2変形例を模式的に示す平面図である。図24は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の第3変形例を模式的に示す平面図である。
 図23に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)7及び図24に示すベーパーチャンバー(熱拡散デバイス)8では、蒸発部EPは、筐体10の中央部寄りに設けられている。
 図23に示すベーパーチャンバー7では、厚さ方向Zから見て、液体流路40は、蒸発部EPの内部を通るように配置されている。
 図24に示すベーパーチャンバー8では、厚さ方向Zから見て、液体流路40は、蒸発部EPの外周縁に沿うように配置されている。
 図23に示すベーパーチャンバー7では、図24に示すベーパーチャンバー8に比べて、筐体10の内部空間に占める蒸気空間50の割合を大きくすることができる。一方、図24に示すベーパーチャンバー8では、図23に示すベーパーチャンバー7に比べて、蒸発部EPにおいて熱源HS(図1参照)からの熱が作動媒体20に伝わりやすくなる。
 本発明の熱拡散デバイスにおいて、ウィックの一部は、液体流路から蒸気空間にはみ出すように配置されていてもよく、はみ出さないように配置されていてもよい。
 本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体は、1個の蒸発部を有してもよく、複数の蒸発部を有してもよい。すなわち、筐体の外面には、1個の熱源が配置されてもよく、複数の熱源が配置されてもよい。蒸発部及び熱源の数は特に限定されない。
 本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体が第1シート及び第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シート及び第2シートから構成される場合、第1シートを構成する材料と、第2シートを構成する材料とは異なっていてもよい。例えば、強度の高い材料を第1シートに用いることにより、筐体にかかる応力を分散させることができる。また、両者の材料を異なるものとすることにより、一方のシートで一の機能を得、他方のシートで他の機能を得ることができる。上記の機能としては、特に限定されないが、例えば、熱伝導機能、電磁波シールド機能等が挙げられる。
 本発明の熱拡散デバイスは、放熱を目的として電子機器に搭載され得る。したがって、本発明の熱拡散デバイスを備える電子機器も本発明の1つである。本発明の電子機器としては、例えばスマートフォン、タブレット端末、ノートパソコン、ゲーム機器、ウェアラブルデバイス等が挙げられる。本発明の熱拡散デバイスは上記のとおり、外部動力を必要とせず自立的に作動し、作動媒体の蒸発潜熱及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、1A、1B、1C、1D、1a、2、2A、3、3A、4、4A、5、6、7、8 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内面
 12 第2シート
 12a 第2内面
 13 注入口痕
 20 作動媒体
 30 ウィック
 40 液体流路
 40a 液体流路の底面
 40b 液体流路の上面
 40c 液体流路の第1側面
 40d 液体流路の第2側面
 41 第1液体流路
 41a 第1液体流路の底面
 41b 第1液体流路の上面
 41c 第1液体流路の第1側面
 41d 第1液体流路の第2側面
 42 第2液体流路
 42a 第2液体流路の底面
 42b 第2液体流路の上面
 42c 第2液体流路の第1側面
 42d 第2液体流路の第2側面
 50 蒸気空間
 51 ポケット部
 60 隔壁
 70、75 支柱
 D1 分断された液体流路の両端間の距離
 D2 第1縁端部と第2縁端部との間の距離
 EP 蒸発部
 HS 熱源
 IL1 第1仮想線
 IL2 第2仮想線
 P1 第1縁端部
 P2 第2縁端部
 P3 第3縁端部
 P4 第4縁端部
 Ra 流路領域
 Ra1 第1流路領域
 Ra2 第2流路領域
 Rb 第1蒸気領域
 Rc 第2蒸気領域
 X 幅方向
 Y 長さ方向
 Z 厚さ方向

Claims (16)

  1.  厚さ方向に対向する第1内面及び第2内面を有し、かつ、内部空間に蒸発部が設けられている筐体と、
     前記筐体の前記内部空間に封入される作動媒体と、
     前記筐体の前記内部空間に配置されるウィックと、を備え、
     少なくとも前記筐体の一部と前記ウィックの一部とに囲まれた空間には、前記作動媒体の液体流路が形成され、
     前記液体流路の少なくとも一部は、前記厚さ方向から見て前記筐体の内縁に沿って配置され、
     前記液体流路は、前記厚さ方向から見て前記蒸発部と重ならない位置で連結されずに分断され、
     前記液体流路が分断された空間には、前記作動媒体の蒸気空間と連続するポケット部が形成されている、熱拡散デバイス。
  2.  前記筐体は、前記ポケット部と連通する前記作動媒体の注入口痕を外面に有する、請求項1に記載の熱拡散デバイス。
  3.  前記液体流路に位置する前記ウィックは、前記ポケット部で連結されている、請求項1又は2に記載の熱拡散デバイス。
  4.  前記液体流路に位置する前記ウィックは、前記ポケット部で連結されずに分断されている、請求項1又は2に記載の熱拡散デバイス。
  5.  前記厚さ方向から見て、前記分断された液体流路の両端を通る第1仮想線と前記筐体の外縁との2箇所の交点を第1縁端部及び第2縁端部としたとき、
     前記第1仮想線上の、前記分断された液体流路の両端間の距離は、前記第1縁端部と前記第2縁端部との間の距離の1/2以下である、請求項1~4のいずれか1項に記載の熱拡散デバイス。
  6.  前記厚さ方向から見て、前記蒸発部及び前記ポケット部を通る第2仮想線と前記筐体の外縁との2箇所の交点を第3縁端部及び第4縁端部としたとき、
     前記蒸発部は、前記第4縁端部よりも前記第3縁端部の近くに位置し、
     前記ポケット部は、前記第3縁端部よりも前記第4縁端部の近くに位置する、請求項1~5のいずれか1項に記載の熱拡散デバイス。
  7.  前記筐体の前記第1内面に、前記筐体の内縁から間隔を空けて前記内縁に沿って配置されるレール状の隔壁をさらに備え、
     前記液体流路は、前記筐体の前記第1内面と前記ウィックと前記隔壁とに囲まれた空間に形成され、
     前記分断された液体流路の両端が前記隔壁で閉じられている、請求項1~6のいずれか1項に記載の熱拡散デバイス。
  8.  前記筐体の前記内部空間は、
      前記厚さ方向から見た前記筐体の内縁に沿った領域のうち、前記液体流路が存在する領域である流路領域と、
      前記厚さ方向から見て前記ウィックの一部と重なる第1蒸気領域と、
      前記厚さ方向から見て前記ウィックと重ならない第2蒸気領域と、を有し、
     前記流路領域の延伸方向からの断面視において、前記第1蒸気領域は、前記第2蒸気領域と前記流路領域との間に位置する部分を有する、請求項1~6のいずれか1項に記載の熱拡散デバイス。
  9.  前記筐体の前記第1内面に、前記筐体の内縁から間隔を空けて前記内縁に沿って配置されるレール状の隔壁をさらに備え、
     前記流路領域の延伸方向からの断面視において、前記流路領域は、前記厚さ方向では前記筐体の前記第1内面と前記ウィックの一部とに挟まれ、前記厚さ方向に直交する面方向では前記筐体の一部と前記隔壁とに挟まれている、請求項8に記載の熱拡散デバイス。
  10.  前記第1蒸気領域において、前記ウィックが前記第1内面から離れている、請求項9に記載の熱拡散デバイス。
  11.  前記第1蒸気領域において、前記ウィックの少なくとも一部が前記第1内面に接している、請求項9に記載の熱拡散デバイス。
  12.  前記流路領域の延伸方向からの断面視において、前記流路領域は、前記厚さ方向では前記筐体の前記第1内面と前記ウィックの一部とに挟まれ、前記厚さ方向に直交する面方向では前記筐体の一部と前記ウィックの一部とに挟まれている、請求項8に記載の熱拡散デバイス。
  13.  前記流路領域の延伸方向からの断面視において、前記流路領域は、前記厚さ方向では前記筐体の前記第1内面と前記ウィックの一部とに挟まれ、前記厚さ方向に直交する面方向では前記ウィックの一部と前記ウィックの一部とに挟まれている、請求項8に記載の熱拡散デバイス。
  14.  前記流路領域の延伸方向からの断面視において、前記流路領域は、第1流路領域と第2流路領域とを含み、前記第1流路領域は、前記厚さ方向では前記筐体の前記第1内面と前記ウィックの一部とに挟まれ、前記厚さ方向に直交する面方向では前記ウィックの一部と前記ウィックの一部とに挟まれており、前記第2流路領域は、前記厚さ方向では前記筐体の前記第2内面と前記ウィックの一部とに挟まれ、前記厚さ方向に直交する面方向では前記ウィックの一部と前記ウィックの一部とに挟まれている、請求項8に記載の熱拡散デバイス。
  15.  前記流路領域内に、前記ウィックを支持する複数の支柱をさらに備える、請求項12~14のいずれか1項に記載の熱拡散デバイス。
  16.  請求項1~15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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