熱輸送装置、電子機器及び熱輸送装置の製造方法
【課題】大型化することなく高い放熱効果が得られるヒートスプレッダ、このヒートスプレッダを備えた電子機器及び製造が容易かつ安価で、信頼性を向上させることができるヒートスプレッダの製造方法を提供すること。
【解決手段】カーボンナノチューブからなる蒸発部７は、その蒸発面７２に溝７４が設けられている。溝７４は、周方向溝部７５と径方向溝部７６により構成されている。周方向溝部７５は、蒸発面７２の中点Ｏを中心とした同心円状に形成されており、径方向溝部７６は、中点Ｏを通過するように放射状に形成されている。溝７４はＶ字形状の断面を有する。溝７４の底部７７は蒸発部７内に位置する。溝７４の幅は好ましくは４０μｍ以下である。
【解決手段】カーボンナノチューブからなる蒸発部７は、その蒸発面７２に溝７４が設けられている。溝７４は、周方向溝部７５と径方向溝部７６により構成されている。周方向溝部７５は、蒸発面７２の中点Ｏを中心とした同心円状に形成されており、径方向溝部７６は、中点Ｏを通過するように放射状に形成されている。溝７４はＶ字形状の断面を有する。溝７４の底部７７は蒸発部７内に位置する。溝７４の幅は好ましくは４０μｍ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の熱源に熱的に接続される熱輸送装置、この熱輸送装置を備えた電子機器及び熱輸送装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の熱源、例えばＰＣ（Personal Computer）のＣＰＵ（Central Processing Unit）に熱的に接続され、熱源の熱を吸収して輸送する装置として、ヒートスプレッダ、ヒートパイプ及びＣＰＬ（Capillary Pumped Loop）等の熱輸送装置が使われている。例えばヒートスプレッダは、例えば銅板等からなるソリッド型の金属ヒートスプレッダや最近では蒸発部及び作動流体を有するものが提案されている。同様に、ヒートパイプ及びＣＰＬも、蒸発部及び作動流体を有する。
【０００３】
ところで、ナノ材料例えばカーボンナノチューブは熱伝導性が高く、蒸発現象の促進に寄与することが知られている。このようなカーボンナノチューブを利用した熱輸送装置の一つとしてのヒートパイプが特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されたたヒートパイプは、パイプの内壁に設けられたカーボンナノチューブ層がウィックを構成している。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７２１３６３７号（第３欄６６行目〜第４欄１２行目、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、作動流体に接触する蒸発部の表面積が大きいほど蒸発を促進させることが知られている。特許文献１に記載されたカーボンナノチューブ層からなるウィックにおいて、熱を拡散させる効率を高めるためには、カーボンナノチューブ層からなるウィックの面積を大きくすればよい。しかし、この主の熱輸送装置が実装される電子機器は、放熱効率を高めることが要求される一方で、更なる小型化の要請が強い。従って、この主の熱輸送装置において、ウィックの面積を大きくすることは小型化の要請に反する。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、大型化することなく高い放熱効率が得られる熱輸送装置及びこの熱輸送装置を備えた電子機器を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、製造が容易で、信頼性の高い熱輸送装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る熱輸送装置は、蒸発部と、流路と、凝縮部と、作動流体とを具備する。蒸発部は、ナノ材料からなり、表面にＶ字形状の溝を有する。流路は、前記蒸発部と連通する。凝縮部は、前記流路を介して前記蒸発部と連通する。作動流体は、前記蒸発部で液相から気相に蒸発し、前記凝縮部で気相から液相に凝縮する。
【０００９】
本発明によれば、熱源が蒸発部に熱的に接続され、液相の作動流体は蒸発部で気相に蒸発し、この気相の作動流体は凝縮部で液相に凝縮する。熱輸送装置内でこの相変化が繰り返される。蒸発部は表面に溝を有するため、表面処理をしないときと比較して、作動流体に接触する表面積が増加する。液相の作動流体はこの溝を毛細管力により流通し、その結果、溝全域に作動流体が行き渡る。
【００１０】
蒸発部はナノ材料からなる。ナノ材料は、例えばカーボンナノチューブである。カーボンナノチューブは例えば金属ヒートスプレッダの典型的な金属材料である銅のおよそ１０倍の高熱伝導特性を持つ。従って、カーボンナノチューブからなる蒸発部を設けることで、主に金属材料から構成される熱輸送装置と比較して、極めて高い熱伝達効率が得られる。
【００１１】
蒸発部の表面にはＶ字形状の溝が形成されている。一般に、溝内の液相の作動流体はメニスカス周辺部に薄液膜領域を有する。Ｖ字形状の溝は、例えばＵ字形状や凹形状の溝と比べて、メニスカス周辺部の薄液膜領域が大きい。蒸発部からの熱は、薄液膜領域において、薄液膜領域以外の作動流体の熱伝達率より高い熱伝達率で伝達される。このため、薄液膜領域における蒸発効率は、薄液膜領域以外の作動流体の蒸発効率より高い。従って、大きな薄液膜領域を可能にするＶ字形状の溝は、Ｕ字形状や凹形状の溝と比べて熱伝達率が高く、蒸発効率も高い。
【００１２】
本発明によれば、高熱伝導効率を有するカーボンナノチューブ等のナノ材料に高蒸発効率を実現するＶ字形状の溝を設けて蒸発部を構成することで、熱輸送装置を大型化することなく、極めて高い放熱効率を実現することができる。
【００１３】
本発明において、前記Ｖ字形状の溝の底角２θ（１０≦２θ≦１３０）と、幅ａとの関係は、ａ≦１１×２θ＋５０かつａ≧０．３×２θ＋１である。
【００１４】
本発明によれば、Ｖ字形状の溝において、底角が大きく、メニスカス面が最も上昇している位置における作動流体の幅すなわち溝の幅が小さく、作動流体の溝壁面に対する接触角が小さいとき、良好な蒸発効率が得られる。溝の幅ａを溝の底角２θ（１０≦２θ≦１３０）に対してａ≦１１×２θ＋５０かつａ≧０．３×２θ＋１に形成することで蒸発効率が急激に上昇する。
【００１５】
本発明において、前記溝は、前記蒸発部の表面に同心状及び放射状に設けられていてもよいし、螺旋状及び放射状に設けられていてもよい。
【００１６】
本発明によれば、この溝の形状により、液相の作動流体が蒸発部の表面の周方向及び径方向に流通可能となる。すなわち、作動流体が満遍なく溝を流通できる。従って、毛細管力による液相の作動流体の流通を更に効率よく行うことができる。
【００１７】
本発明において、前記蒸発部の裏面と前記溝の底部との距離が１μｍ以上としてもよい。
【００１８】
本発明によれば、蒸発部の裏面と溝の底部との間に１μｍ以上の厚さを保つので、蒸発部は１μｍ以上の厚さを有する途切れがなく一体的な領域を有する。熱源からの熱がこの領域を伝播するので、蒸発部全体で良好な熱伝導性が得られる。更に、溝を形成する際、基板等が傷つくおそれがない。更に、傷ついた箇所を流通して冷媒が侵入することがないため、剥離等のおそれがない。
【００１９】
本発明において、前記蒸発部の表面は親水性を有してもよい。
【００２０】
本発明によれば、例えばカーボンナノチューブは疎水性であるため、作動流体として純水を用いる場合、親水化することで、作動流体の接触角を小さくすることができる。接触角を小さくすることで、作動流体の薄液膜領域を増加させることができる。薄液膜領域が大きいほど作動流体は蒸発しやすくなるため、蒸発効率が向上する。
【００２１】
本発明に係る電子機器は、熱源と、熱輸送装置とを有する。前記熱輸送装置は、蒸発部と、流路と、凝縮部と、作動流体とを具備する。蒸発部は、ナノ材料からなり、表面にＶ字形状の溝を有する。流路は、前記蒸発部と連通する。凝縮部は、前記流路を介して前記蒸発部と連通する。作動流体は、前記蒸発部で液相から気相に蒸発し、前記凝縮部で気相から液相に凝縮する。
【００２２】
本発明の電子機器によれば、液相の作動流体は蒸発部で気相に蒸発し、この気相の作動流体は凝縮部で液相に凝縮する。熱輸送装置内でこの相変化が繰り返される。蒸発部は表面に溝を有するため、表面処理をしないときと比較して、作動流体に接触する表面積が増加する。液相の作動流体はこの溝を毛細管力により流通し、その結果、溝全域に作動流体が行き渡る。
【００２３】
この熱輸送装置の蒸発部はナノ材料からなる。ナノ材料は、例えばカーボンナノチューブである。カーボンナノチューブは例えば、金属ヒートスプレッダの典型的な金属材料である銅のおよそ１０倍の高熱伝導特性を持つ。従って、カーボンナノチューブからなる蒸発部を設けることで、主に金属材料から構成される熱輸送装置と比較して、極めて高い熱伝達効率が得られる。
【００２４】
この熱輸送装置の蒸発部の表面にはＶ字形状の溝が形成されている。一般に、溝内の液相の作動流体はメニスカス周辺部に薄液膜領域を有する。Ｖ字形状の溝は、例えばＵ字形状や凹形状の溝と比べて、メニスカス周辺部の薄液膜領域が大きい。蒸発部からの熱は、薄液膜領域において、薄液膜領域以外の作動流体の熱伝達率より高い熱伝達率で伝達される。このため、薄液膜領域における蒸発効率は、薄液膜領域以外の作動流体の蒸発効率より高い。従って、大きな薄液膜領域を可能にするＶ字形状の溝は、Ｕ字形状や凹形状の溝と比べて熱伝達率が高く、蒸発効率も高い。
【００２５】
この熱輸送装置によれば、高熱伝導効率を有するカーボンナノチューブ等のナノ材料に高蒸発効率を実現するＶ字形状の溝を設けて蒸発部を構成することで、熱輸送装置を大型化することなく、極めて高い放熱効率を実現することができる。
【００２６】
本発明では、熱源がこの熱輸送装置の蒸発部に熱的に接続されるため、熱輸送装置が熱源の熱を効率よく拡散することができる。
【００２７】
本発明に係る熱輸送装置の製造方法は、蒸発部を構成する基板上に触媒層を形成し、前記触媒層上にナノ材料層を形成し、バイト加工及びプレス加工のいずれか一方を用いて前記ナノ材料層上にＶ字形状の溝を形成する。
【００２８】
本発明によれば、ナノ材料層を形成する。例えば、カーボンナノチューブを密集して生成させることでカーボンナノチューブ層を形成する。カーボンナノチューブ層を１つの材料と見なし、バイト加工を行う。具体的には、密集して生成しているカーボンナノチューブをバイトで少しずつ倒すようにしてミクロンオーダーの形状を形成することができる。この加工方法は、金属等の基板を切削するよりも容易であり、またエッヂングよりも安価にできる上、良好な微細加工性が得られる。バイト加工を行う場合、下地層としての触媒層よりも硬度が低いバイトを使用してもよい。それにより、加工時に触媒層、基板及びバイト自体を傷つけることがなく、傷や剥がれのない蒸発部を実現することができる。プレス加工を行う場合も、金型等が触媒層を構成する金属よりも硬度が低い素材で構成してもよい。それにより、加工時に触媒層、基板及びバイト自体を傷つけることがなく、傷や剥がれのない蒸発部を実現することができる。
【００２９】
本発明において、前記溝の底部と前記触媒層との距離が１μｍ以上となるように前記ナノ材料層上にＶ字形状の溝を形成してもよい。
【００３０】
本発明によれば、溝の底部と触媒層との間に１μｍ以上の厚さを保つので、蒸発部は１μｍ以上の厚さを有する途切れがなく一体的な領域を有する。熱源からの熱がこの領域を伝播するので、蒸発部全体で良好な熱伝導性が得られる。また、溝を形成する際、触媒層等が傷つくおそれがない。更に、傷ついた箇所を流通して冷媒が侵入することがないため、剥離等のおそれがない。
【００３１】
本発明において、ナノ材料層の表面に親水化処理を行ってもよい。
【００３２】
本発明によれば、カーボンナノチューブは疎水性であるため、例えば作動流体として純水を用いる場合、親水化処理を行うことで、作動流体の接触角を小さくすることができる。接触角を小さくすることで、作動流体の薄液膜領域を増加させることができる。薄液膜領域が大きいほど作動流体は蒸発しやすくなるため、蒸発効率が向上する。
【００３３】
本発明の別の観点に係る熱輸送装置の製造方法は、蒸発部を構成する基板上に触媒層を形成し、触媒層が設けられた基板と型との間に反応気相を流すことで、表面にＶ字形状の溝を有するナノ材料層を形成する。
【００３４】
本発明によれば、切削等を行う必要が無いため、下地層としての触媒層及び基板を傷つけるおそれが低減する。
【００３５】
本発明において、ナノ材料層の表面に親水化処理を行ってもよい。
【００３６】
本発明によれば、ナノ材料は例えばカーボンナノチューブである。カーボンナノチューブは疎水性であるため、例えば作動流体として純水を用いる場合、親水化処理を行うことで、作動流体の接触角を小さくすることができる。接触角を小さくすることで、作動流体の薄液膜領域を増加させることができる。薄液膜領域が大きいほど作動流体は蒸発しやすくなるため、蒸発効率が向上する。
【００３７】
本発明の別の観点に係る熱輸送装置の製造方法は、蒸発部を構成する基板にＶ字形状の溝を形成し、前記基板上に触媒層を形成し、前記触媒層上にナノ材料層を形成する。
【００３８】
本発明によれば、上記と同様に、基板等を傷つけるおそれが低減する。
【００３９】
本発明において、ナノ材料層の表面に親水化処理を行ってもよい。
【００４０】
本発明によれば、ナノ材料は例えばカーボンナノチューブである。カーボンナノチューブは疎水性であるため、例えば作動流体として純水を用いる場合、親水化処理を行うことで、作動流体の接触角を小さくすることができる。接触角を小さくすることで、作動流体の薄液膜領域を増加させることができる。薄液膜領域が大きいほど作動流体は蒸発しやすくなるため、蒸発効率が向上する。
【発明の効果】
【００４１】
以上のように、本発明の熱輸送装置によれば、大型化することなく高い放熱効率が得られる。
【００４２】
本発明の熱輸送装置の製造方法によれば、製造が容易かつ安価で、信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。以下の実施形態では、熱輸送装置としてヒートスプレッダを一例に挙げて説明する。
【００４４】
＜第１の実施形態＞
［ヒートスプレッダの構造］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るヒートスプレッダに熱源が接続された状態を示す側面図である。図２は、図１に示したヒートスプレッダを示す平面図である。図３は、図２に示したＡ−Ａ線断面から見たヒートスプレッダを示す断面図である。図４は、図３に示したＢ−Ｂ線断面から見たヒートスプレッダを示す断面図である。
【００４５】
図１〜図４に示すように、ヒートスプレッダ１は、コンテナ２と、図示しない冷媒（作動流体）と、この冷媒の流路６と、蒸発部７とを有する。
【００４６】
図１に示すように、コンテナ２は、受熱側としての受熱板４と、受熱板４と対向して設けられた放熱側としての放熱板３と、受熱板４と放熱板３とを気密に接合する側壁５とを備えている。受熱板４は、コンテナ２の外壁面に相当する受熱面４１と、放熱板３に対向する蒸発面４２とを有する。受熱面４１には熱源５０が熱的に接続されている。熱的に接続とは、直接接続される場合の他に、例えば熱伝導体を介して接続される場合なども含まれる。熱源５０としては、例えばＣＰＵや抵抗等の電子部品、あるいは、その他の発熱するデバイスが挙げられる。
【００４７】
図３に示すように、コンテナ２の内部空間は、主に流路６を構成する。この流路６は、図示しない冷媒の流路である。
【００４８】
受熱板４には、下地層８が設けられている。この下地層８の上には蒸発部７が設けられている。
【００４９】
図４に示すように、蒸発部７は平面略円形を有し、受熱板４の蒸発面４２の略中央に位置している。
【００５０】
なお、本明細書において、「受熱側」は受熱板４のみを指すものではなく、コンテナ２の内部空間の受熱板４付近の領域を含めてよい。「受熱側」を示す領域は、熱源５０の熱量等により多少シフトする場合がある。同様に、「放熱側」も放熱板３のみを指すものではなく、コンテナ２の内部空間の放熱板３付近の領域を含めてよい。なお、このコンテナ２の内部空間の放熱板３付近の領域を、「凝縮部」と呼ぶことがある。
【００５１】
図２に示すように、ヒートスプレッダ１は平面略正方形状を有する。しかし、これに限られず、任意の形状でよい。ヒートスプレッダ１の一辺の長さｅは、例えば３０〜５０ｍｍである。図１に示すように、ヒートスプレッダ１は、例えば側面略長方形状を有する。ヒートスプレッダ１の高さｈは、例えば２〜５ｍｍである。上述したヒートスプレッダ１のサイズは、ヒートスプレッダ１に熱的に接続される熱源５０がＰＣのＣＰＵであることを想定したものである。ヒートスプレッダ１のサイズは熱源５０の大きさに応じて適宜決めればよい。例えばヒートスプレッダ１に熱的に接続される熱源５０が大型ディスプレイ等の熱源である場合、ｅは例えば２６００ｍｍ程度とすればよい。
【００５２】
ヒートスプレッダ１のサイズは、冷媒が流通して適切に凝縮できるような値に設定される。ヒートスプレッダ１の動作温度範囲は、およそ−４０℃〜＋２００℃が想定されている。ヒートスプレッダ１の吸熱密度は、典型的には８Ｗ／ｍｍ２以下である。
【００５３】
放熱板３、受熱板４及び側壁５は、例えば金属材料からなる。その金属材料としては、銅、ステンレス、またはアルミニウムが挙げられるが、これらに限られない。金属の他に、カーボン等の高熱伝導性の材料でもよい。放熱板３、受熱板４及び側壁５の全てが異なる材料で構成されていてもよいし、これらのうち２つが同じ材料で構成されていてもよいし、全てが同じ材料で構成されていてもよい。放熱板３、受熱板４及び側壁５はろう付け、すなわち溶着により接合されてもよいし、材料によっては接着剤を用いて接合されてもよい。
【００５４】
下地層８は、蒸発部７を形成するための触媒層であり、例えば金属材料からなる。その金属材料としては、アルミニウムやチタンが挙げられるが、これらに限られない。また、例えば放熱板３を構成する材料が触媒となり得る場合には、下地層８は設けなくてもよい。
【００５５】
冷媒としては、例えば純水、エタノール、メタノール及びイソプロピルアルコール等のアルコール類、フロン系、代替フロン系、フッ素系、アンモニア、アセトン等が用いられる。しかし、これらに限られない。
【００５６】
蒸発部７は、カーボンナノチューブからなる。カーボンナノチューブは例えば金属ヒートスプレッダの典型的な金属材料である銅のおよそ１０倍の高熱伝導特性を持つ。従って、カーボンナノチューブにより蒸発部７を構成することで、主に金属材料から構成されるヒートスプレッダと比較して、極めて高い熱伝達効率が得られる。カーボンナノチューブは疎水性である。そのため、例えば、蒸発部７がカーボンナノチューブで構成され、冷媒が純水である場合、蒸発部７の少なくとも蒸発面７２が親水化される。
【００５７】
なお、図３では、説明を分かりやすくするため、コンテナ２に対する蒸発部７のスケール比を大きくするなど、実際の形状から変更して描いている。
【００５８】
図４の例では、蒸発部７は平面略円形を有し、受熱板４の蒸発面４２の略中央に位置しているが、蒸発部７の平面形状は任意であり、略楕円形、略多角形などでもよい。蒸発部７の直径は、例えば３０ｍｍ程度であるが、これに限られない。蒸発部７の厚さは、例えば１０〜５０μｍ、典型的には２０μｍ程度である。蒸発部７のサイズは、熱源５０から発せられる熱量に応じて適宜変更可能である。受熱板４の蒸発面４２に対する蒸発部７の設置位置も略中央に限られず、任意の位置でよい。受熱板４の蒸発面４２に対する蒸発部７の大きさ比は図示したものに限られず、任意でよい。
【００５９】
［蒸発部の構造］
図５は、図３に示した蒸発部７を蒸発面７２側から見た平面模式図である。図６は、蒸発部７の斜視図である。図７は、図５に示したＣ−Ｃ線断面から見た蒸発部７を示す断面図である。図８は、図６に示したＤ−Ｄ線断面から見た蒸発部７の一部を示す断面拡大斜視図である。
【００６０】
図５〜図８に示すように、蒸発部７は、その表面に設けられた蒸発面７２と、蒸発面７２の裏面に設けられた受熱面７１と、側面７３とを備えている。側面７３は、例えば蒸発面７２及び受熱面７１に対して垂直に設けられているが、これに限られない。蒸発面７２には溝７４が設けられている。溝７４は、周方向溝部７５と径方向溝部７６により構成されている。周方向溝部７５は、蒸発面７２の中点Ｏを中心とした同心円状に形成されている。径方向溝部７６は、中点Ｏを通過するように放射状に形成されている。なお、同心円及び放射線の数は図示された例に限定されない。
【００６１】
溝７４の形状は上記した例に限定されず、冷媒が満遍なく溝７４を流通できる任意の形状でよい。例えば、周方向溝部７５は中点Ｏを中心とした同心多角形状、同心楕円状及び螺旋状等に形成されてもよい。あるいは、溝７４を周方向及び径方向に形成するのではなく、例えば略格子状に形成してもよい。これらの場合も、同心多角形の数、同心楕円の数、螺旋の巻き数及び格子線の数等は限定されない。
【００６２】
上記した溝７４の形状により、液冷媒が蒸発部７の蒸発面７２の周方向及び径方向に流通可能となる。すなわち、液冷媒が満遍なく溝７４を流通できる。従って、毛細管力による液冷媒の流通を効率よく行うことができる。
【００６３】
なお、図５〜図８の例では、図を分かりやすくするため、蒸発部７に対する溝７４のスケール比を変更するなど、実際の形状から変更して描いている。
【００６４】
図９は、蒸発部７を下地層８を介して受熱板４に設けたときに、溝７４をその長手方向に対して垂直な断面から見た局部断面図である。溝７４はＶ字形状の断面を有する。すなわち、溝７４は底部７７及び壁面７８を備える。底部７７はＶ字形の頂部に相当する。
【００６５】
底部７７と下地層８との距離ｌは、例えば１μｍ以上である。なお、図示は省略するが、下地層８を設けない場合も、底部７７と蒸発面４２との距離は、例えば１μｍ以上である。
【００６６】
溝７４の底部７７と受熱面７１との間に１μｍ以上の厚さを保つことで、蒸発部７は１μｍ以上の厚さを有する途切れの無い一体的な領域（下部領域７９）を有する。熱がこの下部領域を伝播することで、蒸発部７全体で良好な熱伝導性が得られる。更に、後に説明する蒸発面７２に溝７４を形成する際、下地層８、受熱板４及び加工工具自体が傷つくおそれがない。傷ついた下地層８を通って受熱板４と下地層８との間に冷媒が侵入することがないため、下地層８全体が剥離するおそれがない。
【００６７】
溝７４の深さは、例えば２〜８００μｍ、典型的には３０μｍである。溝７４の深さは、液冷媒に適切な毛細管力が働くような値に設定される。溝７４のＶ字形状の幅は、例えば１０〜１００μｍ程度に形成可能である。このＶ字形は、底部７７に相当する頂部を通過する垂線に対して左右対称であるが、左右対称でなくてもよい。
【００６８】
溝７４内の液冷媒はメニスカス周辺部に液膜の薄い領域（後述する薄液膜領域Ｆ。図１０を参照。）を有する。Ｖ字形状の溝７４は、例えばＵ字形状や凹形状の溝と比べて、メニスカス周辺部の薄液膜領域Ｆが大きい。蒸発部７からの熱は、薄液膜領域Ｆにおいて、薄液膜領域Ｆ以外の作動流体の熱伝達率より高い熱伝達率で伝達される。このため、薄液膜領域Ｆにおける蒸発効率は、薄液膜領域Ｆ以外の液冷媒の蒸発効率より高い。従って、大きな薄液膜領域Ｆを可能にするＶ字形状の溝７４は、Ｕ字形状や凹形状の溝と比べて熱伝達率が高く、蒸発効率も高い。
【００６９】
［Ｖ字の詳細な構造］
次に、溝７４のＶ字形について検討する。この溝７４のＶ字形は、毛細管力と冷媒との圧力損失の差ΔＰ、毛管長κ−１及び過熱度Ｔにより決定する。
【００７０】
なお、Ｖ字形の底角２θは、１０°≦２θ≦１３０°とする。２θ＜１０°とするとＶ字加工を作成することが困難であり、作成したとしても蒸気冷媒が液冷媒表面から抜けにくくなるためである。また、２θ＞１３０°とすると熱の広がり抵抗が大きくなってしまうためである。
【００７１】
まず、圧力損失の差ΔＰについて検討する。ここで、液冷媒を毛細管力で流通させるためには、圧力損失の差ΔＰ＞０とすればよい。
【００７２】
ヒートスプレッダ１において、冷媒が循環するためには流路抵抗などの圧力損失の和よりも大きな毛細管力が必要である。下記の式（１）は、この圧力関係式を表す。
【００７３】
ΔＰｃａｐ≧ΔＰｗ＋ΔＰｌ＋ΔＰｖ・・・（１）
【００７４】
ここで、ΔＰｃａｐは毛細管力、ΔＰｗはウィックの圧力損失、ΔＰｌは液相の圧力損失、ΔＰｖは気相の圧力損失を示す。
【００７５】
気相の圧力損失を無視できるような気相流路であると仮定すると、下記の式（２）が成り立つ。
【００７６】
ΔＰｃａｐ≧ΔＰｗ＋ΔＰｌ・・・（２）
【００７７】
そこで、圧力損失の差ΔＰは下記の式（３）のように求められる。
【００７８】
ΔＰ＝ΔＰｃａｐ−（ΔＰｗ＋ΔＰｌ）・・・（３）
【００７９】
図１１は、溝７４を示す模式図である。
【００８０】
図１１において、Ｍは溝７４内の液冷媒の表面であり、メニスカス面を示す。ａは溝７４の開口幅であり、溝７４内の液冷媒の幅と実質的に等しい。αは、溝７４内の液冷媒の壁面７８に対する接触角を示す。２θは上述のようにＶ字形の底角を示す。ここで、毛細管力ΔＰｃａｐは下記の式（４）で表される。
【００８１】
ΔＰｃａｐ＝２δｃｏｓ（θ＋α）／ａ・・・（４）
【００８２】
接触角αは小さいほど、毛細管力ΔＰｃａｐは大きくなる。蒸発部７の少なくとも蒸発面７２は親水化されるので、接触角αは０に近づくので、α＝０と仮定する。表面張力δは、純水の１００°における値を一定として計算する。流路抵抗（圧力損失）は、以下の数式により求められる。
【００８３】
【数１】
【００８４】
【数２】
【００８５】
【数３】
【００８６】
【数４】
【００８７】
【数５】
【００８８】
【数６】
【００８９】
【表１】
【００９０】
図１２は、底角２θを変化させた場合における圧力損失の差ΔＰの溝幅ａに対する依存性を示すグラフである。圧力損失の差ΔＰが大きいほど液冷媒が流通しやすいので、溝幅ａはおよそ４０μｍ以下に形成するのがよい。
図１３は、圧力損失の差ΔＰ＝０としたときの、溝幅ａの底角２θに対する依存性を示すグラフである。上述のように、圧力損失の差ΔＰが大きいと液冷媒は流通しやすい。図中、ΔＰ≧０を示すのは、グラフの左側であり、例えば破線楕円により示される領域である。
【００９１】
次に、毛管長κ−１について検討する。毛管長κ−１は、一般に２ｍｍ程度とされる。毛管長κ−１は、以下の数式で表される。
【００９２】
【数７】
【００９３】
毛管長κ−１よりもメニスカス半径が短い範囲では、重力は無視してよい。すなわち、毛管長κ−１が支配的な熱輸送装置を実現できる領域である。毛管長κ−１をおよそ２ｍｍとした場合、メニスカス半径はおよそ２ｍｍ以下とすればよい。図３４に、メニスカス半径が２ｍｍ以下となる範囲を示す。
【００９４】
次に、過熱度Ｔについて検討する。過熱度Ｔは、Ｔ≦１００が有用である。
図１０は、図９に示す溝７４がその内部に液冷媒を有した状態を示す模式図である。本実施形態においては底部７７を通過する垂線に対してＶ字形状を有する溝７４が左右対称であるため、溝７４の底部７７を通過する垂線から右半分を示す。
【００９５】
Ｘ軸は水平方向、すなわち溝７４の幅方向を示す。Ｙ軸は垂直方向、すなわち溝７４の深さ方向を示す。原点は底部７７を示す。θは溝７４の底角２θの１／２である。原点から角度θをもって伸びる直線は溝７４の壁面７８を示す。この壁面７８は、下記の式（５）で表される。
【００９６】
y１＝（１／ｔａｎθ）ｘ１・・・（５）
【００９７】
Ｒは溝７４内の液冷媒を示す。Ｍは円弧であり、液冷媒Ｒの表面を示す。液冷媒Ｒの表面Ｍはメニスカス面となっている。ａは溝７４の開口幅である。ｔは溝７４内の液冷媒の深さであって、最も蒸発面７２に近い位置から底部７７までの深さを示す。ｔは溝７４の深さと実質的に等しい。ｓは式（５）で表される壁面７８上の任意の点（Ｘ１，Ｙ１）と（ａ／２，ｔ）との距離を示す。ここで、０＜Ｘ１＜ａ／２であり、０＜Ｙ１＜ｔである。点線は、式（５）で表される壁面７８に直交する直線であって、下記の式（６）で表される。
【００９８】
ｙ２＝（−ｔａｎθ）ｘ２＋（１／ｔａｎθ＋ｔａｎθ）ｘ１・・・（６）
【００９９】
式（２）と円弧Ｍとの交点を（Ｘ２，Ｙ２）とする。ここで、０＜Ｘ２＜ａ／２であり、０＜Ｙ２＜ｔである。ｕは、（Ｘ１，Ｙ１）と（Ｘ２，Ｙ２）との距離である。Ｆは、（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）及び円弧ｍと式（５）との交点からなる略三角形領域であり、薄液膜領域を示す。
【０１００】
ここで、過熱度を図９に示す一次元のモデルに基いて、１００℃以下を示すＶ字形状を見積もる。溝７４のＶ字形状で底面（基板）の温度Ｔがどのように変わるかを見るため、ここでは飽和温度（すなわち相変化を起す温度）を０℃と仮定して飽和温度の影響を受けない条件にする。
【０１０１】
熱伝導率λと蒸発熱伝達率ｈとを以下のように仮定する。
【０１０２】
【数８】
【０１０３】
【数９】
【０１０４】
【表２】
【０１０５】
上記の式より底面（基板）の温度Ｔが求められる。図３５に、底角２θを変化させた場合における過熱度Ｔの溝幅ａに対する依存性を示す。
過熱度Ｔ≦１００を有用と考え、図３６に、Ｔ＝１００を示す溝幅ａの底角２θに対する依存性を示す。上述のように、Ｔ≦１００が有用であり、図中、Ｔ≦１００を示すのは、グラフの右側であり、例えば破線により示される領域である。
図３７は、以上に示した毛細管力と冷媒との圧力損失の差ΔＰ、毛管長κ−１及び過熱度Ｔの条件から導かれる溝７４のＶ形状を示すグラフである。具体的には、図３７は、図１３、図３４及び図３６に示すグラフを合成した図である。図３７より、Ｖ字形は破線で示される領域に相当する形状であればよく、このＶ字形の範囲は、前記Ｖ字形状の溝の底角２θ（１０≦２θ≦１３０）と、幅ａとの関係において、ａ≦１１×２θ＋５０かつａ≧０．３×２θ＋１である。
【０１０６】
［ヒートスプレッダの動作］
以上のように構成されたヒートスプレッダ１の動作について説明する。図１４は、その動作を説明するための模式図である。
【０１０７】
熱源５０が熱を発生すると、この熱を受熱板４が受ける。そうすると、受熱側における蒸発部７の溝７４において毛細管力により液冷媒が流通する（矢印Ａ）。この液冷媒は受熱板４及び蒸発部７で、とりわけ蒸発部７で蒸発し、気相の冷媒（以下、蒸気冷媒とする）となる。蒸気冷媒の一部は、溝７４内で流通するが、蒸気冷媒のほとんどは、放熱側に向かうように流路６を流通する（矢印Ｂ）。蒸気冷媒が流路６を流通することで熱が拡散し、凝縮部において蒸気冷媒が凝縮し、液相に戻る（矢印Ｃ）。これにより主に放熱板３から熱が放出される（矢印Ｄ）。液冷媒は受熱側に戻る（矢印Ｅ）。このような動作が繰り返されることにより、熱源５０の熱がヒートスプレッダ１により移動する。
【０１０８】
図１４で矢印Ａ〜Ｅで示した各動作の領域は、ある程度の目安あるいは基準を示すものである。熱源５０の熱量等によりそれらの各動作領域が多少シフトする場合があるので、各動作が領域ごとに明確に分けられるわけではない。
【０１０９】
なお、ヒートスプレッダ１の放熱板３の表面には、図示しないヒートシンク等の放熱のための部材が熱的に接続される場合がある。この場合、ヒートスプレッダ１により拡散させられた熱がヒートシンクに伝達され、ヒートシンクから放熱される。
【０１１０】
以上のように、本実施形態のヒートスプレッダ１によれば、蒸発部７の溝７４内の液冷媒はメニスカス周辺部に薄液膜領域Ｆを有する。本実施形態では、溝７４はＶ字形状であり、Ｖ字形状の溝は、例えばＵ字形状や凹形状の溝と比べて、メニスカス周辺部の薄液膜領域Ｆが大きい。薄液膜領域Ｆにおける熱伝達率は、薄液膜領域Ｆ以外の作動流体の熱伝達率より高く、このため、薄液膜領域Ｆにおける蒸発効率は、薄液膜領域Ｆ以外の作動流体の蒸発効率より高い。従って、大きな薄液膜領域Ｆを有するＶ字形状の溝７４は、Ｕ字形状や凹形状の溝と比べて熱伝達率が高く、蒸発効率も高い。本発明では、上記構成を有する蒸発部７により高い蒸発効率が得られるので、ヒートスプレッダ１を大型化することなく高い放熱効率が得られる。
【０１１１】
［熱輸送装置の変形例］
ここで、熱輸送装置の変形例について説明する。これ以降の説明では、ヒートスプレッダ１の部材や機能等について同様のものは同様の参照符号を付した上で説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１１２】
図３８は、熱輸送装置の変形例としてのヒートパイプを示す断面図である。図３９は、図３８に示すヒートパイプに設けられるナノ材料層を示す斜視図である。図４０は、図３８に示すヒートパイプの動作を説明するための模式図である。図４１は、熱輸送装置の別の変形例としてのＣＰＬを示す断面図である。図４２は、図４１に示すＣＰＬの動作を説明するための模式図である。
【０１１３】
図３８に示すように、ヒートパイプ１ａは、コンテナ２ａと、図示しない冷媒（作動流体）とを有する。コンテナ２ａの外壁面の一部の領域には、熱源５０が熱的に接続され、この領域は受熱部４ａとして機能する。コンテナ２ａの受熱部４ａと対向する領域は、放熱部３ａとして機能する。コンテナ２ａの内周面には、下地層８ａが設けられている。この下地層８ａにはナノ材料層７ａが設けられる。ナノ材料層７ａの表面には、例えば図３９に示すように長尺状の溝７４ａが形成されている。具体的には、それぞれの溝７４ａが受熱部４ａと放熱部３ａとを連通するようにナノ材料層７ａが設けられる。ナノ材料層７ａの受熱部４ａに対応する領域は、蒸発部７ａ１として機能する。ナノ材料層７ａの蒸発部７ａ１を除く領域は、冷媒の液相流路７ａ２として機能する。コンテナ２ａの内部空間の液相流路７ａ２に対応する領域は、冷媒の気相流路６ａとして機能する。
【０１１４】
図４０に示すように、熱源５０が熱を発生すると、この熱を受熱部４ａが受ける。そうすると、受熱側における蒸発部７ａ１の溝７４ａにおいて毛細管力により液冷媒が流通する（矢印Ａａ）。この液冷媒は蒸発部７ａ１で蒸発し、蒸気冷媒となる。蒸気冷媒の一部は、溝７４ａ内で流通するが、蒸気冷媒のほとんどは、放熱側に向かうように気相流路６ａを流通する（矢印Ｂａ）。蒸気冷媒が気相流路６ａを流通することで熱が移動し、蒸気冷媒が凝縮し、液相に戻る（矢印Ｃａ）。これにより主に放熱部３ａから熱が放出される（矢印Ｄａ）。液冷媒は毛細管力により液相流路７ａ２を流通し、受熱側に戻る（矢印Ｅａ）。このような動作が繰り返されることにより、ヒートスプレッダ１と同様に、熱源５０の熱がヒートパイプ１ａにより移動する。
【０１１５】
図４１に示すように、ＣＰＬ１ｂは、複数のコンテナ２ｂ１と、２ｂｃと、図示しない冷媒（作動流体）と、複数の管部材６ｂ１、６ｂ２と、蒸発部７ｂとを有する。コンテナ２ｂ１は、受熱部４ｂを構成する。コンテナ２ｂ２は、放熱部３ｂを構成する。管部材６ｂ１、６ｂ２は、それぞれコンテナ２ｂ１、２ｂ２に半田または溶接等により接続される。これにより管部材６ｂ１、６ｂ２は、それぞれコンテナ２ｂ１、２ｂ２を気密に連結することで流路を構成し、受熱部４ｂと放熱部３ｂとの間で冷媒を流通させる。具体的には、管部材６ｂ１は気相流路６ｂ３を構成し、管部材６ｂ２は液相流路６ｂ４を構成する。なお、図示しないが、管部材６ｂ２の内壁面に、例えば図３９に示すナノ材料層７ａを、溝７４ａが受熱部４ｂと放熱部３ｂとを連通するように設けてもよい。コンテナ２ｂ１には、下地層８ｂが設けられている。この下地層８ｂの上には蒸発部７と同様の、表面に溝を有する蒸発部７ｂが設けられている。受熱部４ｂには熱源５０が熱的に接続される。
【０１１６】
図４２に示すように、熱源５０が熱を発生すると、この熱を受熱部４ｂが受ける。そうすると、受熱側における蒸発部７ｂの溝において毛細管力により液冷媒が流通する（矢印Ａｂ）。この液冷媒は蒸発部７ｂで蒸発し、蒸気冷媒となる。蒸気冷媒の一部は、溝内で流通するが、蒸気冷媒のほとんどは、放熱側に向かうように気相流路６ｂ３を流通する（矢印Ｂｂ）。蒸気冷媒が気相流路６ｂ３を流通することで熱が移動し、蒸気冷媒が凝縮し、液相に戻る（矢印Ｃｂ）。これにより主に放熱部３ｂから熱が放出される（矢印Ｄｂ）。液冷媒は液相流路６ｂ４を流通し、受熱側に戻る（矢印Ｅｂ）。このような動作が繰り返されることにより、ヒートスプレッダ１と同様に、熱源５０の熱がＣＰＬ１ｂにより移動する。
【０１１７】
［ヒートスプレッダの製造方法］
図１等に示すヒートスプレッダ１の説明に戻る。ヒートスプレッダ１の製造方法の一実施形態について説明する。図１５は、ヒートスプレッダ１の製造方法を示すフローチャートである。
【０１１８】
受熱板４の蒸発面４２に下地層８を形成する（ステップ１０１）。下地層８はカーボンナノチューブを生成するための触媒層である。
【０１１９】
次に、下地層８にカーボンナノチューブを密集して生成することで、カーボンナノチューブ層を形成する（ステップ１０２）。カーボンナノチューブはプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相蒸着）や熱ＣＶＤにより触媒層上に生成することができるが、この方法に限られない。蒸発面４２には必要に応じて適当な表面処理が行われていてもよい。放熱板３の受熱板４と対向する面も同様である。
【０１２０】
次に、カーボンナノチューブ層の表面に、図１６に示す加工工具（バイト）でＶ字形状を有する溝を形成する（ステップ１０３）。例えば、周方向溝部７５を形成する場合はバイトを円弧状に走らせればよい。これにより、蒸発面７２に溝７４を有する蒸発部７が形成される。一般に、ミクロンオーダーの形状を有するカーボンナノチューブを機械加工して微細な構造体を作成することは難しく、通常はエッヂングを用いる。それに対し、本発明者の見地によれば、密集して生成しているカーボンナノチューブを１つの材料（カーボンナノチューブ層）とみなし、カーボンナノチューブを少しずつ倒すようにすることで、ミクロンオーダーの形状を形成することができる。この加工方法は、金属等の基板を切削するよりも容易であり、またエッヂングよりも安価にできる上、良好な微細加工性が得られる。バイトは下地層８を構成する金属よりも硬度が低い素材で構成されてもよい。それにより、加工時に下地層８、受熱板４及びバイト自体を傷つけることがなく、下地層８と溝７４の底部７７との距離ｌを１μｍ以上に保つことが可能となる。これにより、傷や剥がれのない蒸発部７を実現することができる。破れた下地層を通って受熱板４と下地層８との間に冷媒が侵入することがないため、下地層８全体が剥離するおそれがない。金型によるプレス成型などで溝７４を形成してもよい。この場合も同様の趣旨により、金型が下地層８を構成する金属よりも硬度が低い素材で構成されてもよい。
【０１２１】
所望のＶ字形状の溝が精密加工された型と触媒層としての下地層８を設けた受熱板４との間に反応気相を流すことで、表面に溝７４を有する蒸発部７を形成してもよい。この方法によれば、切削等を行う必要がないため、下地層８及び受熱板４を傷つけるおそれが更に低減する。なお、この方法は熱ＣＶＤに限られる。
【０１２２】
受熱板４にＶ字形状の溝を形成し、受熱板４上に対応するＶ字形状の溝を有する触媒層としての下地層８を形成し、下地層８上に対応するＶ字形状の溝を有するカーボンナノチューブ層を形成してもよい。ここでも切削等を行う必要が無いため、下地層８及び受熱板４を傷つけるおそれが更に低減する。
【０１２３】
次に、蒸発面７２に親水化処理を行う（ステップ１０４）。例えば冷媒に純水を用いる場合、カーボンナノチューブは疎水性であるため、親水化することで、冷媒液面の、溝７４の壁面７８に対する接触角を小さくすることができる。接触角を小さくすることで、冷媒の薄液膜領域を大きくすることができる。薄液膜領域が大きいほど冷媒は蒸発しやすくなり、蒸発効率が向上する。親水化処理としては、例えば蒸発面７２をショウ酸等の酸で処理し、カルボキシル基を生成することで親水化してもよいし、紫外線照射により親水化してもよい。親水化処理を行うかどうかは、使用する冷媒に応じてその都度決めればよい。使用する冷媒が純水でない場合は、親水化処理を行わなくてもよい。
【０１２４】
次に、受熱板４に側壁５を介して放熱板３を液密に接合し（ステップ１０５）、コンテナ２を構成する。接合時には、各部材の精密な位置合わせが行われる。
【０１２５】
次に、コンテナ２内に冷媒を注入し、封止する（ステップ１０６）。図１７は、コンテナ２内への冷媒の注入方法を順に示した模式図である。受熱板４は、注入口４５及び注入路４６を備えている。
【０１２６】
図１７（Ａ）に示すように、例えば注入口４５及び注入路４６を介して流路６内が減圧され、注入口４５及び注入路４６を介して図示しないディスペンサにより冷媒が内部流路に注入される。
【０１２７】
図１７（Ｂ）に示すように、押圧領域４７が押圧されて注入路４６が塞がれる（仮封止）。別の注入路４６及び注入口４５を介して流路６内が減圧され、その流路６内が目標圧になった時点で、図１７（Ｂ）に示すように、押圧領域４７が押圧されて注入路４６が塞がれる（仮封止）。
【０１２８】
図１７（Ｃ）に示すように、押圧領域４７よりも注入口４５に近い側において、注入路４６が例えばレーザ溶接により塞がれる（本封止）。これにより、ヒートスプレッダ１の内部が密閉される。このように、コンテナ２内に冷媒を注入し、封止することで、ヒートスプレッダ１が完成する。
【０１２９】
次に、受熱板４に熱源５０を実装する（ステップ１０７）。熱源５０がＣＰＵの場合、この工程は、例えばはんだ付け等のリフロー工程により行われる。
【０１３０】
リフロー工程と、ヒートスプレッダ１の製造工程とは、別の場所（例えば別の工場など）で行われる場合もある。したがって、リフロー後に作動流体が注入される場合、例えばヒートスプレッダ１を工場間を往復させる必要があり、それによるコスト、作業者の労力、時間、あるいは工場間往復の際に発生するパーティクルの問題等がある。図１５に示す製造方法によれば、ヒートスプレッダ１が完成された後にリフローすることが可能となり、上記問題を解決することができる。
【０１３１】
本実施形態のヒートスプレッダの製造方法によれば、バイト加工やプレス加工で溝７４を形成する。この加工方法は、金属等の基板を切削するよりも容易であり、またエッヂングよりも安価にできる上、良好な微細加工性が得られる。バイトや金型は下地層８を構成する金属よりも硬度が低い素材で構成されるため、加工時に下地層８、受熱板４及びバイトや金型自体を傷つけることがなく、下地層８と溝７４の底部７７との距離ｌを１μｍ以上に保つことが可能となる。これにより、傷や剥がれのない蒸発部７を実現することができる。破れた下地層を通って受熱板４と下地層８との間に冷媒が侵入することがないため、下地層８全体が剥離するおそれがない。また、反応気相を流す方法や受熱板４にＶ字形状の溝を形成する方法でも切削等を行う必要が無いため、下地層８及び受熱板４を傷つけるおそれが更に低減する。従って、製造が容易かつ安価で、信頼性を向上させることができる。
【０１３２】
＜第２の実施形態＞
［ヒートスプレッダの構造］
本発明の第２の実施形態について説明する。
【０１３３】
図１８は、本発明の第２の実施形態に係るヒートスプレッダに熱源が接続された状態を示す側面図である。図１９は、図１８に示したヒートスプレッダの分解斜視図である。
【０１３４】
図１８及び図１９に示すように、ヒートスプレッダ１００は、コンテナ９と、図示しない冷媒の流路を構成する複数の流路板材６００と、蒸発部７００とを有し、内部に図示しない冷媒を有する。
【０１３５】
コンテナ９は、受熱側としての受熱板５００と、受熱板５００と対向して設けられた放熱側としての放熱板２００と、後述する流路板材６００のフレーム部６０７とを備えている。受熱板５００の受熱面５０１には熱源５０が熱的に接続されている。本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、「受熱側」は受熱板５００のみを指すものではなく、コンテナ９内部の受熱板５００付近の領域を含めてよい。同様に、「放熱側」も放熱板２００のみを指すものではなく、コンテナ９内部の放熱板２００付近の領域を含めてよい。
【０１３６】
流路を構成する複数の流路板材６００は、受熱板５００と放熱板２００との間で積層されている。図１９に示すように、複数の流路板材６００は、例えば液冷媒を、毛細管力により流通させることが可能な流路を構成する複数の毛細管板材（第１の板材、流路構造体、第１の構成部材）４００を含む。複数の流路板材６００は、主に蒸気冷媒を流通させる気相流路の一部を構成する複数の気相板材３００（第２の板材、第２の構成部材）とを含む。
【０１３７】
蒸発部７００は、第１の実施形態の蒸発部７と同一のものであり、具体的には、カーボンナノチューブからなり、蒸発面７２にＶ字形状の溝７４を有しており、溝７４の幅は溝の幅ａとした時に溝の底角２θ（１０≦２θ≦１３０）に対してａ≦１１×２θ＋５０かつａ≧０．３×２θ＋１であることが好ましい。なお、第１の実施形態で説明した蒸発部７及び溝７４の構造、サイズ、性質等は、全て本実施形態の蒸発部７００に適応される。蒸発部７００は、受熱板５００の蒸発面及び毛細管板材４００の気相板材３００側の面に設けられている。典型的には、蒸発部７００はそれぞれの部材の略中央に設けられるが、これに限られない。蒸発部７００は全ての毛細管板材４００に設けられていてもよいし、一部に設けられていてもよい。
【０１３８】
毛細管板材４００の枚数は、例えば１０〜３０枚、典型的には２０枚である。しかし、受熱板５００に熱的に接続される熱源５０から発せられる熱量等に応じて、毛細管板材４００の枚数は適宜変更可能であり、１０〜３０枚に限られない。気相板材３００の枚数は、例えば１〜２０枚、典型的には８枚である。気相板材３００についても、毛細管板材４００と同様の趣旨で、枚数は適宜変更可能であり、１〜２０枚に限られない。
【０１３９】
図２０は、ヒートスプレッダ１００の一部を示す断面図である。説明を分かりやすくするため、例えば毛細管板材４００及び気相板材３００が、それぞれ４枚ずつ（４０１〜４０４、３０１〜３０４）設けられている例を示している。
【０１４０】
図２０において、下から順に受熱板５００、複数の毛細管板材４００（以下、毛細管板材群４１０という。）、複数の気相板材３００（以下、気相板材群３１０という。）、放熱板２００が積層されている。毛細管板材群４１０のうち、最も下部にある毛細管板材４０４が受熱板５００に接合され、最も上部にある毛細管板材４０１が、最も下部にある気相板材３０４に接合されている。最も上部にある気相板材３０１が、放熱板２００に接合されている。
【０１４１】
以降の説明では、毛細管板材４０１〜４０４のうち、その構成が同じ部分については、任意の１枚の毛細管板材４００について説明し、その場合、「毛細管板材４００」と呼ぶ。同様に、気相板材３０１〜３０４のうち任意の１枚の気相板材３００について説明するときは、「気相板材３００」と呼ぶ。
【０１４２】
図２１は、受熱板５００の内側の一部を示す斜視図である。受熱板５００の内側５０９には複数の溝５０５が形成されている。溝５０５の深さは、例えば１０〜５０μｍ、典型的には２０μｍ程度である。溝５０５の深さは、液冷媒に適切な毛細管力が働くような値に設定される。
【０１４３】
複数の溝５０５が形成されることにより、各溝５０５の間には複数のリブ５０６が形成される。このようなリブが形成されることについては、後述する毛細管板材４００、気相板材３００及び放熱板２００についても同様である。
【０１４４】
溝５０５の形状は凹形状が例示されているが、Ｖ字形状及びＵ字形状等、任意の形状でよい。溝は、冷媒が適切に流通できるように設計されればよい。このことは後述する溝４０５、２０５についても同様である。蒸発効率の観点からは、溝５０５は溝７４のようにＶ字形状を有してもよい。しかし、受熱板５００に設置された蒸発部７００が受熱板５００と比べて極めて高い蒸発効率を有するため、溝５０５は必ずしもＶ字形状にしなくてもよい。後述する溝４０５、２０５は凹形状であるため、製造効率の観点からは、溝５０５はむしろ凹形状でよい。
【０１４５】
例えば、受熱板５００上の蒸発部７００が設けられる領域（以下、設置領域という。）には複数の溝５０５及びリブ５０６が形成されていない。設置領域の深さは、溝５０５の深さと同じであり、平面視形状は、受熱面７１と同じである。蒸発部７００の高さは、典型的には溝５０５の深さと同じである。すなわち、蒸発部７００は受熱板５００の設置領域に隙間無く設置される。典型的には、受熱板５００の蒸発部７００が設けられていない領域の高さは、蒸発部７００が設置されている領域の高さと等しい。このような設置領域が形成され、蒸発部７００が設置されることは、後述する毛細管板材４００についても同様である。
【０１４６】
受熱板５００には、図示しない冷媒の注入路及び注入口が形成されている。この注入路及び注入口は、放熱板２００に形成されていてもよい。
【０１４７】
図２２は、例えば２枚積層された毛細管板材４００の一部を示す斜視図である。図２３は、毛細管板材群４１０の一部を示す平面図であり、図２４は、図２３におけるＥ−Ｅ線断面図である。図２５は、毛細管板材４００の全体を示す平面図である。図２３、２４は、図を分かりやすくするため、蒸発部７００が設けられていない領域を示している。同様の趣旨で、図２５は、蒸発部７００の設置領域が設けられていない毛細管板材４００を示している。
【０１４８】
毛細管板材４００の表面には複数の溝（第１の溝）４０５が形成される。溝４０５の深さは、例えば１０〜５０μｍ、典型的には２０μｍ程度である。溝４０５の深さは、液冷媒に適切な毛細管力が働くような値に設定される。
【０１４９】
なお、図２５に示した毛細管板材４００では、図を分かりやすくするため、毛細管板材４００全体の大きさに対して、溝４０５等のスケールを大きくして描いている。後で説明する図２７及び図２８も同様の趣旨である。
【０１５０】
毛細管板材４０１〜４０４は、各層の溝４０５がそれぞれ直交する方向に延びるように、Ｘ−Ｙ平面で９０度ずつ回転させて積層されている。毛細管板材４００の溝４０５を構成する壁面４３０（図２３、図２４参照）には、毛細管板材４００を貫通する複数の開口４０８が、溝４０５の長手方向（例えば図２３においてＸ方向）に沿って配置されている。この溝４０５を構成する壁面４３０は、リブの側面４３１及び床面４３２によって構成されており、このうち床面４３２にその複数の開口４０８が形成されている。
【０１５１】
例えば毛細管板材４０１及びこれに隣接する毛細管板材４０２に着目する。毛細管板材４０１の溝４０５と毛細管板材４０２の溝４０５とが、毛細管板材４０１の開口４０８を介して連通するように、毛細管板材４０１及び４０２とが相対的に配置されて接合されている。
【０１５２】
すなわち、毛細管板材４０２のリブ４０６が毛細管板材４０１の開口４０８を塞がないように、かつ、毛細管板材４０１の裏面と毛細管板材４０２のリブ４０６とが接合されるように、毛細管板材４０１及び４０２が相対的に配置されて接合されている。他の毛細管板材４０２と４０３、毛細管板材４０３と４０４のそれぞれの相対的な位置についても同様である。
【０１５３】
これらの開口４０８は、受熱板５００で受けた熱により蒸発した蒸気冷媒が流通する気相流路の一部として機能する。
【０１５４】
これらの各層の開口４０８は、各流路板材６００が積層される方向（Ｚ方向）に並ぶように、つまり、それらの開口面が互いに対面するように配置されている。これにより、蒸気冷媒がＺ方向に並んだ開口４０８を介して流通するときの流路抵抗が小さくなり、熱効率が向上する。しかしながら、必ずしも開口４０８はＺ方向で並ぶように配置されていなくてもよく、ある１つの層の開口４０８とそれと隣接する層の開口４０８が多少Ｙ方向またはＸ方向にずれて配置されていてもよい。
【０１５５】
再び毛細管板材４０１及びこれに隣接する毛細管板材４０２に着目する。図２４に示すように、毛細管板材４０２の溝４０５を構成する壁面４３０と、この壁面４３０の床面４３２に対面する、毛細管板材４０１の裏面側である天井面４３３とで囲まれる領域が、主に液冷媒の毛細管力による流路として機能する。ただし、床面４３２及び天井面４３３には、開口４０８が設けられているので、Ｚ方向に開口４０８によって貫かれる領域は、蒸気冷媒の流路として機能する。
【０１５６】
さらに詳しく説明すると、特に壁面４３０の、側面４３１と床面４３２の境界、及び、側面４３１と天井面４３３との境界において、液冷媒に毛細管力が最も強く働く。その結果、液冷媒は、図６に示すように、開口４０８を避けた領域４４０を流通することになる。なお、「壁面」の概念には、側面４３１及び床面４３２だけでなく、天井面４３３も含まれてもよい。
【０１５７】
例えば、毛細管板材４０１の各溝４０５が、第１の流路層として機能する場合、それに隣接する毛細管板材４０２の各溝４０５が、第２の流路層として機能する。
【０１５８】
図２３に示すように、溝４０５の幅ｂは１００〜２００μｍであり、リブ４０６の幅ｃは５０〜１００μｍであり、開口４０８の直径ｄは５０〜１００μｍである。しかし、これらの範囲に限られず、熱源５０の熱量等に応じて適宜変更可能である。
【０１５９】
開口４０８の形状は、典型的には円形であるが、楕円、長穴、あるいは多角形等、どのような形状であってもよい。
【０１６０】
図２６は、例えば２枚積層された気相板材３００の一部を示す斜視図である。図２６では、主に気相板材３０１及び３０２に着目して説明する。
【０１６１】
気相板材３００は、典型的には２種類の板材で構成される。図２７は、気相板材３０１の全体を示す平面図である。図１１は、気相板材３０２の全体を示す平面図である。気相板材３０１及び３０２に共通する構成としては、Ｚ方向に貫通する複数の溝（第２の溝）３０５を有する点である。溝３０５の深さは、５０〜１５０μｍ、典型的には１００μｍ程度とされるが、この範囲に限られない。溝３０５の深さは、蒸気冷媒が流通して適切に凝縮できるような値に設定される。
【０１６２】
１枚の気相板材３００が複数の溝３０５を有することで、複数のリブ３０６が形成される。図９に示すように、気相板材３０１の溝３０５が延びる方向と、その気相板材３０１に隣接する気相板材３０２の溝３０５が延びる方向とが直交するように、気相板材３０１及び３０２がＸ−Ｙ平面内で９０度回転方向にずれて配置されている。気相板材３０３及び３０４も同様の構成を有しており、気相板材３０１〜３０４が順に９０度ずつずれて配置されている。
【０１６３】
気相板材３０１〜３０４の溝３０５は、主に蒸気冷媒が流通する領域であり、これらの溝３０５は、気相流路の一部としての凝縮領域として機能する。
【０１６４】
図２８に示すように、気相板材３０２は、その溝３０５が形成される領域の周囲に、凝縮して液体となった液冷媒が、毛細管板材４００の溝４０５に戻るためのリターン孔３０８（リターン流路）が形成される領域を有している。気相板材３０１はリターン孔３０８を有しておらず、気相板材３０２のリターン孔３０８に対応する、Ｚ方向の隣接する位置では、気相板材３０１の溝３０５が存在する。
【０１６５】
リターン孔３０８の直径は、５０〜１５０μｍ程度に設定されているが、この範囲に限られず、適宜変更可能である。リターン孔３０８の直径は、蒸気冷媒が凝縮して液冷媒になるときに、その液冷媒に毛細管力が働くような値に設定される。
【０１６６】
このように、リターン孔３０８を有しない気相板材３０１と、それを有する気相板材３０２とが１ペアとされ、本実施形態では、典型的には、その１ペアが複数ペア積層される。すなわち、図２０では、気相板材３０１及び３０３が、リターン孔３０８を有しない板材であり、気相板材３０２及び３０４が、リターン孔３０８を有する板材である。
【０１６７】
リターン孔３０８が形成される領域の幅は、５〜１０ｍｍ程度であるが、この範囲に限られず、適宜変更可能である。
【０１６８】
なお、リターン孔３０８を有していない複数の気相板材３０１のみが積層されて、気相板材群３１０が構成されていてもよいし、リターン孔３０８を有する複数の気相板材３０２のみが積層されて、気相板材群３１０が構成されていてもよい。あるいは、放熱板２００に近い側に配置された気相板材３００は、リターン孔３０８を有しない複数の気相板材３０１であり、毛細管板材４００に近い側に配置された気相板材３００は、リターン孔３０８を有する複数の気相板材３０２であってもよい。あるいは、複数の気相板材３０１及び複数の気相板材３０２が順番がランダムに積層されていてもよい。
【０１６９】
例えば、気相板材３０２の各溝３０５が、第１の流路層として機能する場合、それに隣接する気相板材３０２の各溝３０５が、第２の流路層として機能する。
【０１７０】
図２０に示すように、放熱板２００は、受熱板５００と同様に、内側に複数の溝２０５を有する。複数の溝２０５は、気相板材３００の溝３０５と同様な機能を有し、それと同様なサイズで形成されればよい。
【０１７１】
受熱板５００、毛細管板材群４１０、気相板材群３１０及び放熱板２００のそれぞれのリブ５０６、４０６、３０６及び２０６により、Ｚ方向で柱構造（破線６３０で囲まれる部分）が形成されるように、受熱板５００、毛細管板材群４１０、気相板材群３１０及び放熱板２００が積層されている。このように、複数の柱構造６３０が形成される。受熱板５００、毛細管板材群４１０及び蒸発部７００も柱構造を形成する。これにより、外部からヒートスプレッダ１００に加えられる圧縮応力に耐え得る強度を確保することができる。
【０１７２】
これら受熱板５００、毛細管板材群４１０、気相板材群３１０、放熱板２００及び蒸発部７００が、拡散接合により接合されることにより、後述するようにヒートスプレッダ１００の内部から発生する引っ張り応力にも耐え得る強度が得られる。
【０１７３】
以上のように構成された、各溝５０５、４０５、３０５、２０５、開口４０８、冷媒の注入路等は、典型的にはフォトリソグラフィ及びエッチング等のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により形成される。しかし、レーザ加工等、他の加工方法により形成されてもよい。
【０１７４】
図１９、図２５、図２７、図２８に示すように、受熱板５００、流路板材６００及び放熱板２００は、それぞれ溝５０５、４０５、３０５及び２０５が形成されていないフレーム部５０７、６０７及び２０７をそれぞれ有している。すなわち、気相板材３００はフレーム部３０７を有し、毛細管板材４００はフレーム部４０７を有している。これらフレーム部５０７、４０７、３０７及び２０７が接合される。すなわち、受熱板５００、放熱板２００、及びフレーム部４０７及び３０７により、ヒートスプレッダ１００のコンテナ９が形成される。
【０１７５】
例えば図２５に示すように、フレーム部５０７、４０７、３０７及び２０７の幅ｆは数ｍｍであるが、適宜変更可能である。これらの幅ｆは、コンテナとしての強度、ヒートスプレッダ１００のＸ−Ｙ平面内で占める流路部分の割合、または、熱源５０の熱量等に応じて適切な値に設定される。
【０１７６】
受熱板５００、複数の流路板材６００及び放熱板２００は、ろう付け、すなわち溶着により接合されてもよいし、材料によっては接着剤を用いて接合されてもよい。あるいは、上記した拡散接合により接合されてもよい。複数の毛細管板材４００同士の接合、複数の気相板材３００同士の接合及び受熱板５００、複数の毛細管板材４００及び蒸発部７００の接合についても同様に行えばよい。
【０１７７】
［ヒートスプレッダの動作］
以上のように構成されたヒートスプレッダ１００の動作について説明する。
【０１７８】
熱源５０が熱を発生すると、この熱を受熱板５００が受ける。そうすると、毛細管板材群４１０の溝４０５及び蒸発部７００の溝７４において毛細管力により集められた液冷媒が蒸発する。蒸気冷媒の一部は、溝４０５及び溝７４内で流通するが、蒸気冷媒のほとんどは、開口４０８を介して放熱板２００側に向かうように流通し、気相板材群３１０の溝３０５を流通する。蒸気冷媒がそれらの溝３０５を流通することで熱が拡散し、蒸気冷媒が凝縮する。これにより主に放熱板２００から熱を放出する。凝縮した蒸気冷媒は、毛細管力により、リターン孔３０８を介して毛細管板材群４１０の溝４０５及び蒸発部７００の溝７４に戻る。このような動作が繰り返されることにより、熱源５０の熱がヒートスプレッダ１００により移動する。
【０１７９】
以上のように、本実施形態に係るヒートスプレッダ１００は、気相及び液相の作動流体が混在してしまうことを前提とし、それらの流通方向を制御する、という考え方に基いて考え出されたデバイスである。
【０１８０】
すなわち、液冷媒は、Ｘ−Ｙ平面内に設けられた複数の溝４０５及び溝７４を流通し、一方、蒸気冷媒のほとんどが流路抵抗の小さい開口４０８を介して、Ｚ方向に流通する。蒸発部７００には開口が設けられていないため、溝７４内での液冷媒の流通及び蒸発を、積極的かつ活発に行うことができる。溝４０５を流通する液冷媒は、主に壁面４３０の側面４３１中心に集められるので、蒸気冷媒が液冷媒の流通を阻害することを防止できる。これにより、相変化による熱効率を向上させ、熱抵抗を低減することができる。
【０１８１】
＜第３の実施形態＞
図２９は、本発明の第３の実施形態に係るヒートスプレッダを示す模式的な断面図である。図３０は、図２９に示したヒートスプレッダの平面図である。
【０１８２】
受熱板５００には、例えば冷媒の２つの注入口５２６と、これらにそれぞれ連通する２つの注入路５２７が形成されている。２つの板材のうちの一方に溝（注入路５２７のための溝）及び開口（注入口５２６のための開口）が形成された後、これら２つの板材が接合されて受熱板５００が形成されることで、これらの注入路５２７や注入口５２６が形成される。注入路５２７は、毛細管板材４００の溝４０５に連通している。注入口５２６及び注入路５２７はそれぞれ１つずつであってもよい。なお、図３０の斜線部分は、流路板材６００による冷媒の流路が形成される部分を示している。
【０１８３】
注入路５２７は、例えば直線状に形成され、その直線上の所定の領域が、注入路５２７に圧力をかけて注入路５２７を塞ぐための押圧領域５４０となる。押圧領域５４０とは、すなわちカシメ領域である。ヒートスプレッダ１５０の内部、つまり流路板材６００が配置される領域には、このカシメ領域に対応する位置で、受熱板５００から放熱板２００にかけてＺ方向に柱部６０３が形成されている。
【０１８４】
この柱部６０３は、受熱板５００、毛細管板材４００、気相板材３００及び放熱板２００にそれぞれ形成された円柱状のリブ同士が積層されることにより形成されればよい。この柱部６０３の幅（あるいは直径）は、流路板材６００により構成される流路（以下、内部流路という。）が、そのカシメ時の押圧力により塞がれない程度の幅に適宜設定される。
【０１８５】
上記ヒートスプレッダ１５０への冷媒の注入方法は、図１７に示した方法と同様に行えばよい。
【０１８６】
ここで、押圧領域に対応する位置に柱部６０３を備えるようにすれば、内部流路が、カシメ時に押圧力によりつぶされて塞がれてしまうといったことを防止できる。
【０１８７】
注入路５２７に対応する位置に、内部流路が形成されないようにヒートスプレッダ１５０が構成されることも考えられる。すなわち、内部流路に対応しない位置に専用の押圧領域５４０が設けられていてもよい。しかし、このような専用の押圧領域５４０に対応する位置には内部流路がないため、その専用の押圧領域５４０に対応する位置は熱拡散の機能が低い領域となる。
【０１８８】
本実施形態に係るヒートスプレッダ１５０によれば、柱部６０３の周囲には内部流路が配置されるため、実質的にヒートスプレッダ１５０の全面において、熱拡散の効率を高めることができる。
【０１８９】
［ヒートスプレッダの製造方法］
上記ヒートスプレッダ１５０（またはヒートスプレッダ１００）の製造方法の一実施形態について説明する。図３１は、その製造方法を示すフローチャートである。
【０１９０】
複数の板材が用意され、これらの板材に溝５０５、４０５、３０５、２０５、開口４０８等が形成される（ステップ２０１）。これにより、受熱板５００、複数の流路板材６００及び放熱板２００が形成される。
【０１９１】
受熱板５００と放熱板２００との間に複数の流路板材６００が挟まれるように、受熱板５００、毛細管板材４００、気相板材３００及び放熱板２００が積層される。受熱板５００及び毛細管板材４００の設置領域には蒸発部７００が設置されている。これらの部材は拡散接合される（ステップ２０２）。積層時には、各板の精密な位置合わせが行われる。拡散接合時は金属結合がなされるので、ヒートスプレッダ１５０の強度または剛性を高めることができる。
【０１９２】
図１７（Ａ）〜１７（Ｃ）に示したように、冷媒が内部流路に注入され、封止される（ステップ２０３）。これにより、ヒートスプレッダ１５０が完成する。
【０１９３】
受熱板５００に熱源５０が実装される（ステップ２０４）。この工程を、例えばはんだ付け等のリフロー工程により行う場合、受熱板５００やヒートスプレッダ１５０全体が、２３０〜２４０℃と高温になる。このような環境では、冷媒の蒸発により内部圧力が増すが、ステップ１０２では拡散接合が行われるため、その内部圧力による引っ張り応力に耐え得る強度や剛性を確保することができる。
【０１９４】
図３２は、上記ヒートスプレッダ１００または１５０のリブの他の実施形態を示す模式図である。この図３２では、例えば複数の毛細管板材４００のリブ４１６が、複数の円柱部４１７を有している。これら複数の円柱部４１７同士のピッチ、その数、円柱部４１７の大きさ等は適宜設定可能である。円柱形状に限られず、楕円、角形、またはその他の形状であってもよい。
【０１９５】
これらの複数の毛細管板材４００の円柱部４１７同士がＺ方向で重なり合って接合されるように、複数の毛細管板材４００同士が接合される。このことは、受熱板５００と毛細管板材４００の接合、毛細管板材４００と気相板材３００との接合、または、気相板材３００と放熱板２００との接合に関しても同様である。
【０１９６】
このような構成によれば、内部流路に影響を与えずに接合面積を増やし、ヒートスプレッダ１５０に対する外部からの圧縮応力や、内部からの引っ張り応力に対する強度または剛性を高めることができる。
【０１９７】
図３３は、上記ヒートスプレッダ１（１００、１５０）を備えた電子機器として、デスクトップ型のＰＣを示す斜視図である。ＰＣ２０の筐体２１内には、回路基板２２が配置され、例えば回路基板２２には熱源としてのＣＰＵ２３が搭載されている。このＣＰＵ２３にヒートスプレッダ１（１００、１５０）が熱的に接続され、ヒートスプレッダ１（１００、１５０）には図示しないヒートシンクが熱的に接続される。
【０１９８】
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。
【０１９９】
ヒートスプレッダ１（１００、１５０）の平面形状は四角形あるいは正方形とした。しかし、その平面形状は、円形、楕円形、多角形、あるいは他の任意の形状であってもよい。
【０２００】
各溝７４、５０５、４０５、３０５、２０５、壁面４３０、リブ５０６、４０６、３０６及び２０６、フレーム部５０７、４０７、３０６及び２０７等の形状等は、適宜変更可能である。
【０２０１】
図３３の電子機器としてデスクトップ型のＰＣを例に挙げた。しかし、これに限られず、電子機器としては、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電子辞書、カメラ、ディスプレイ装置、オーディオ／ビジュアル機器、プロジェクタ、携帯電話、ゲーム機器、カーナビゲーション機器、ロボット機器、レーザ発生装置、その他の電化製品等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【０２０２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るヒートスプレッダに熱源が接続された状態を示す側面図である。
【図２】図１に示したヒートスプレッダを示す平面図である。
【図３】図２に示したＡ−Ａ線断面から見たヒートスプレッダを示す断面図である。
【図４】図３に示したＢ−Ｂ線断面から見たヒートスプレッダを示す断面図である。
【図５】図３に示した蒸発部を蒸発面側から見た平面模式図である。
【図６】図３に示した蒸発部の斜視図である。
【図７】図５に示したＣ−Ｃ線断面から見た蒸発部を示す断面図である。
【図８】図６に示したＤ−Ｄ線断面から見た蒸発部の一部を示す断面拡大斜視図である。
【図９】蒸発部を下地層を介して受熱板に設けたときに、溝をその長手方向に対して垂直な断面から見た局部断面図である。
【図１０】図９に示す溝がその内部に液冷媒を有した状態を示す模式図である。
【図１１】溝を示す模式図である。
【図１２】底角２θを変化させた場合における圧力損失の差ΔＰの溝幅ａに対する依存性を示すグラフである。
【図１３】圧力損失の差ΔＰ＝０としたときの、溝幅ａの底角２θに対する依存性を示すグラフである。
【図１４】ヒートスプレッダの動作を説明するための模式図である。
【図１５】ヒートスプレッダの製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図１６】バイトを示す部分斜視図である。
【図１７】コンテナ内に冷媒を注入し、封止する方法を順に示した模式図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係るヒートスプレッダに熱源が接続された状態を示す側面図である。
【図１９】図１８に示したヒートスプレッダの分解斜視図である。
【図２０】図１８に示したヒートスプレッダの一部を示す断面図である。
【図２１】受熱板の内側の一部を示す斜視図である。
【図２２】２枚積層された毛細管板材の一部を示す斜視図である。
【図２３】毛細管板材群の一部を示す平面図である。
【図２４】図２３におけるＥ−Ｅ線断面図である。
【図２５】毛細管板材の全体を示す平面図である。
【図２６】２枚積層された気相板材の一部を示す斜視図である。
【図２７】気相板材の全体を示す平面図である。
【図２８】図２７に示した気相板材とペアとなる気相板材の全体を示す平面図である。
【図２９】本発明の第３の実施形態に係るヒートスプレッダを示す模式的な断面図である。
【図３０】図２９に示したヒートスプレッダの平面図である。
【図３１】ヒートスプレッダの製造方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図３２】ヒートスプレッダのリブの他の実施形態を示す模式図である。
【図３３】ヒートスプレッダを備えた電子機器として、デスクトップ型のＰＣを示す斜視図である。
【図３４】メニスカス半径が２ｍｍ以下となる範囲を示すグラフである。
【図３５】底角２θを変化させた場合における過熱度Ｔの溝幅ａに対する依存性を示すグラフである。
【図３６】Ｔ＝１００を示す溝幅ａの底角２θに対する依存性を示すグラフである。
【図３７】毛細管力と冷媒との圧力損失の差ΔＰ、毛管長κ−１及び過熱度Ｔの条件から導かれる溝７４のＶ形状を示すグラフである。
【図３８】熱輸送装置の変形例としてのヒートパイプを示す断面図である。
【図３９】図３８に示すヒートパイプに設けられるナノ材料層を示す斜視図である。
【図４０】図３８に示すヒートパイプの動作を説明するための模式図である。
【図４１】熱輸送装置の別の変形例としてのＣＰＬを示す断面図である。
【図４２】図４１に示すＣＰＬの動作を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【０２０３】
１、１００、１５０…ヒートスプレッダ
２、９…コンテナ
３、２００…放熱板
４、５００…受熱板
５…側壁
６…流路
７、７００…蒸発部
８…下地層
４５、５２６…注入口
４６、５２７…注入路
４７…押圧領域
５０…熱源
７４、２０５、３０５、４０５、５０５…溝
７５…周方向溝部
７６…径方向溝部
７７…底部
７８、４３０…壁面
７９…下部領域
２０６、３０６、４０６、４１６、５０６…リブ
２０７、３０７、４０７、５０７、６０７…フレーム部
３００、３０１、３０２、３０３、３０４…気相板材
３０８…リターン孔
４００、４０１、４０２、４０３、４０４…毛細管板材
４０８…開口
６０３…柱部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器の熱源に熱的に接続される熱輸送装置、この熱輸送装置を備えた電子機器及び熱輸送装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の熱源、例えばＰＣ（Personal Computer）のＣＰＵ（Central Processing Unit）に熱的に接続され、熱源の熱を吸収して輸送する装置として、ヒートスプレッダ、ヒートパイプ及びＣＰＬ（Capillary Pumped Loop）等の熱輸送装置が使われている。例えばヒートスプレッダは、例えば銅板等からなるソリッド型の金属ヒートスプレッダや最近では蒸発部及び作動流体を有するものが提案されている。同様に、ヒートパイプ及びＣＰＬも、蒸発部及び作動流体を有する。
【０００３】
ところで、ナノ材料例えばカーボンナノチューブは熱伝導性が高く、蒸発現象の促進に寄与することが知られている。このようなカーボンナノチューブを利用した熱輸送装置の一つとしてのヒートパイプが特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されたたヒートパイプは、パイプの内壁に設けられたカーボンナノチューブ層がウィックを構成している。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７２１３６３７号（第３欄６６行目〜第４欄１２行目、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、作動流体に接触する蒸発部の表面積が大きいほど蒸発を促進させることが知られている。特許文献１に記載されたカーボンナノチューブ層からなるウィックにおいて、熱を拡散させる効率を高めるためには、カーボンナノチューブ層からなるウィックの面積を大きくすればよい。しかし、この主の熱輸送装置が実装される電子機器は、放熱効率を高めることが要求される一方で、更なる小型化の要請が強い。従って、この主の熱輸送装置において、ウィックの面積を大きくすることは小型化の要請に反する。
【０００６】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、大型化することなく高い放熱効率が得られる熱輸送装置及びこの熱輸送装置を備えた電子機器を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、製造が容易で、信頼性の高い熱輸送装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る熱輸送装置は、蒸発部と、流路と、凝縮部と、作動流体とを具備する。蒸発部は、ナノ材料からなり、表面にＶ字形状の溝を有する。流路は、前記蒸発部と連通する。凝縮部は、前記流路を介して前記蒸発部と連通する。作動流体は、前記蒸発部で液相から気相に蒸発し、前記凝縮部で気相から液相に凝縮する。
【０００９】
本発明によれば、熱源が蒸発部に熱的に接続され、液相の作動流体は蒸発部で気相に蒸発し、この気相の作動流体は凝縮部で液相に凝縮する。熱輸送装置内でこの相変化が繰り返される。蒸発部は表面に溝を有するため、表面処理をしないときと比較して、作動流体に接触する表面積が増加する。液相の作動流体はこの溝を毛細管力により流通し、その結果、溝全域に作動流体が行き渡る。
【００１０】
蒸発部はナノ材料からなる。ナノ材料は、例えばカーボンナノチューブである。カーボンナノチューブは例えば金属ヒートスプレッダの典型的な金属材料である銅のおよそ１０倍の高熱伝導特性を持つ。従って、カーボンナノチューブからなる蒸発部を設けることで、主に金属材料から構成される熱輸送装置と比較して、極めて高い熱伝達効率が得られる。
【００１１】
蒸発部の表面にはＶ字形状の溝が形成されている。一般に、溝内の液相の作動流体はメニスカス周辺部に薄液膜領域を有する。Ｖ字形状の溝は、例えばＵ字形状や凹形状の溝と比べて、メニスカス周辺部の薄液膜領域が大きい。蒸発部からの熱は、薄液膜領域において、薄液膜領域以外の作動流体の熱伝達率より高い熱伝達率で伝達される。このため、薄液膜領域における蒸発効率は、薄液膜領域以外の作動流体の蒸発効率より高い。従って、大きな薄液膜領域を可能にするＶ字形状の溝は、Ｕ字形状や凹形状の溝と比べて熱伝達率が高く、蒸発効率も高い。
【００１２】
本発明によれば、高熱伝導効率を有するカーボンナノチューブ等のナノ材料に高蒸発効率を実現するＶ字形状の溝を設けて蒸発部を構成することで、熱輸送装置を大型化することなく、極めて高い放熱効率を実現することができる。
【００１３】
本発明において、前記Ｖ字形状の溝の底角２θ（１０≦２θ≦１３０）と、幅ａとの関係は、ａ≦１１×２θ＋５０かつａ≧０．３×２θ＋１である。
【００１４】
本発明によれば、Ｖ字形状の溝において、底角が大きく、メニスカス面が最も上昇している位置における作動流体の幅すなわち溝の幅が小さく、作動流体の溝壁面に対する接触角が小さいとき、良好な蒸発効率が得られる。溝の幅ａを溝の底角２θ（１０≦２θ≦１３０）に対してａ≦１１×２θ＋５０かつａ≧０．３×２θ＋１に形成することで蒸発効率が急激に上昇する。
【００１５】
本発明において、前記溝は、前記蒸発部の表面に同心状及び放射状に設けられていてもよいし、螺旋状及び放射状に設けられていてもよい。
【００１６】
本発明によれば、この溝の形状により、液相の作動流体が蒸発部の表面の周方向及び径方向に流通可能となる。すなわち、作動流体が満遍なく溝を流通できる。従って、毛細管力による液相の作動流体の流通を更に効率よく行うことができる。
【００１７】
本発明において、前記蒸発部の裏面と前記溝の底部との距離が１μｍ以上としてもよい。
【００１８】
本発明によれば、蒸発部の裏面と溝の底部との間に１μｍ以上の厚さを保つので、蒸発部は１μｍ以上の厚さを有する途切れがなく一体的な領域を有する。熱源からの熱がこの領域を伝播するので、蒸発部全体で良好な熱伝導性が得られる。更に、溝を形成する際、基板等が傷つくおそれがない。更に、傷ついた箇所を流通して冷媒が侵入することがないため、剥離等のおそれがない。
【００１９】
本発明において、前記蒸発部の表面は親水性を有してもよい。
【００２０】
本発明によれば、例えばカーボンナノチューブは疎水性であるため、作動流体として純水を用いる場合、親水化することで、作動流体の接触角を小さくすることができる。接触角を小さくすることで、作動流体の薄液膜領域を増加させることができる。薄液膜領域が大きいほど作動流体は蒸発しやすくなるため、蒸発効率が向上する。
【００２１】
本発明に係る電子機器は、熱源と、熱輸送装置とを有する。前記熱輸送装置は、蒸発部と、流路と、凝縮部と、作動流体とを具備する。蒸発部は、ナノ材料からなり、表面にＶ字形状の溝を有する。流路は、前記蒸発部と連通する。凝縮部は、前記流路を介して前記蒸発部と連通する。作動流体は、前記蒸発部で液相から気相に蒸発し、前記凝縮部で気相から液相に凝縮する。
【００２２】
本発明の電子機器によれば、液相の作動流体は蒸発部で気相に蒸発し、この気相の作動流体は凝縮部で液相に凝縮する。熱輸送装置内でこの相変化が繰り返される。蒸発部は表面に溝を有するため、表面処理をしないときと比較して、作動流体に接触する表面積が増加する。液相の作動流体はこの溝を毛細管力により流通し、その結果、溝全域に作動流体が行き渡る。
【００２３】
この熱輸送装置の蒸発部はナノ材料からなる。ナノ材料は、例えばカーボンナノチューブである。カーボンナノチューブは例えば、金属ヒートスプレッダの典型的な金属材料である銅のおよそ１０倍の高熱伝導特性を持つ。従って、カーボンナノチューブからなる蒸発部を設けることで、主に金属材料から構成される熱輸送装置と比較して、極めて高い熱伝達効率が得られる。
【００２４】
この熱輸送装置の蒸発部の表面にはＶ字形状の溝が形成されている。一般に、溝内の液相の作動流体はメニスカス周辺部に薄液膜領域を有する。Ｖ字形状の溝は、例えばＵ字形状や凹形状の溝と比べて、メニスカス周辺部の薄液膜領域が大きい。蒸発部からの熱は、薄液膜領域において、薄液膜領域以外の作動流体の熱伝達率より高い熱伝達率で伝達される。このため、薄液膜領域における蒸発効率は、薄液膜領域以外の作動流体の蒸発効率より高い。従って、大きな薄液膜領域を可能にするＶ字形状の溝は、Ｕ字形状や凹形状の溝と比べて熱伝達率が高く、蒸発効率も高い。
【００２５】
この熱輸送装置によれば、高熱伝導効率を有するカーボンナノチューブ等のナノ材料に高蒸発効率を実現するＶ字形状の溝を設けて蒸発部を構成することで、熱輸送装置を大型化することなく、極めて高い放熱効率を実現することができる。
【００２６】
本発明では、熱源がこの熱輸送装置の蒸発部に熱的に接続されるため、熱輸送装置が熱源の熱を効率よく拡散することができる。
【００２７】
本発明に係る熱輸送装置の製造方法は、蒸発部を構成する基板上に触媒層を形成し、前記触媒層上にナノ材料層を形成し、バイト加工及びプレス加工のいずれか一方を用いて前記ナノ材料層上にＶ字形状の溝を形成する。
【００２８】
本発明によれば、ナノ材料層を形成する。例えば、カーボンナノチューブを密集して生成させることでカーボンナノチューブ層を形成する。カーボンナノチューブ層を１つの材料と見なし、バイト加工を行う。具体的には、密集して生成しているカーボンナノチューブをバイトで少しずつ倒すようにしてミクロンオーダーの形状を形成することができる。この加工方法は、金属等の基板を切削するよりも容易であり、またエッヂングよりも安価にできる上、良好な微細加工性が得られる。バイト加工を行う場合、下地層としての触媒層よりも硬度が低いバイトを使用してもよい。それにより、加工時に触媒層、基板及びバイト自体を傷つけることがなく、傷や剥がれのない蒸発部を実現することができる。プレス加工を行う場合も、金型等が触媒層を構成する金属よりも硬度が低い素材で構成してもよい。それにより、加工時に触媒層、基板及びバイト自体を傷つけることがなく、傷や剥がれのない蒸発部を実現することができる。
【００２９】
本発明において、前記溝の底部と前記触媒層との距離が１μｍ以上となるように前記ナノ材料層上にＶ字形状の溝を形成してもよい。
【００３０】
本発明によれば、溝の底部と触媒層との間に１μｍ以上の厚さを保つので、蒸発部は１μｍ以上の厚さを有する途切れがなく一体的な領域を有する。熱源からの熱がこの領域を伝播するので、蒸発部全体で良好な熱伝導性が得られる。また、溝を形成する際、触媒層等が傷つくおそれがない。更に、傷ついた箇所を流通して冷媒が侵入することがないため、剥離等のおそれがない。
【００３１】
本発明において、ナノ材料層の表面に親水化処理を行ってもよい。
【００３２】
本発明によれば、カーボンナノチューブは疎水性であるため、例えば作動流体として純水を用いる場合、親水化処理を行うことで、作動流体の接触角を小さくすることができる。接触角を小さくすることで、作動流体の薄液膜領域を増加させることができる。薄液膜領域が大きいほど作動流体は蒸発しやすくなるため、蒸発効率が向上する。
【００３３】
本発明の別の観点に係る熱輸送装置の製造方法は、蒸発部を構成する基板上に触媒層を形成し、触媒層が設けられた基板と型との間に反応気相を流すことで、表面にＶ字形状の溝を有するナノ材料層を形成する。
【００３４】
本発明によれば、切削等を行う必要が無いため、下地層としての触媒層及び基板を傷つけるおそれが低減する。
【００３５】
本発明において、ナノ材料層の表面に親水化処理を行ってもよい。
【００３６】
本発明によれば、ナノ材料は例えばカーボンナノチューブである。カーボンナノチューブは疎水性であるため、例えば作動流体として純水を用いる場合、親水化処理を行うことで、作動流体の接触角を小さくすることができる。接触角を小さくすることで、作動流体の薄液膜領域を増加させることができる。薄液膜領域が大きいほど作動流体は蒸発しやすくなるため、蒸発効率が向上する。
【００３７】
本発明の別の観点に係る熱輸送装置の製造方法は、蒸発部を構成する基板にＶ字形状の溝を形成し、前記基板上に触媒層を形成し、前記触媒層上にナノ材料層を形成する。
【００３８】
本発明によれば、上記と同様に、基板等を傷つけるおそれが低減する。
【００３９】
本発明において、ナノ材料層の表面に親水化処理を行ってもよい。
【００４０】
本発明によれば、ナノ材料は例えばカーボンナノチューブである。カーボンナノチューブは疎水性であるため、例えば作動流体として純水を用いる場合、親水化処理を行うことで、作動流体の接触角を小さくすることができる。接触角を小さくすることで、作動流体の薄液膜領域を増加させることができる。薄液膜領域が大きいほど作動流体は蒸発しやすくなるため、蒸発効率が向上する。
【発明の効果】
【００４１】
以上のように、本発明の熱輸送装置によれば、大型化することなく高い放熱効率が得られる。
【００４２】
本発明の熱輸送装置の製造方法によれば、製造が容易かつ安価で、信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。以下の実施形態では、熱輸送装置としてヒートスプレッダを一例に挙げて説明する。
【００４４】
＜第１の実施形態＞
［ヒートスプレッダの構造］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るヒートスプレッダに熱源が接続された状態を示す側面図である。図２は、図１に示したヒートスプレッダを示す平面図である。図３は、図２に示したＡ−Ａ線断面から見たヒートスプレッダを示す断面図である。図４は、図３に示したＢ−Ｂ線断面から見たヒートスプレッダを示す断面図である。
【００４５】
図１〜図４に示すように、ヒートスプレッダ１は、コンテナ２と、図示しない冷媒（作動流体）と、この冷媒の流路６と、蒸発部７とを有する。
【００４６】
図１に示すように、コンテナ２は、受熱側としての受熱板４と、受熱板４と対向して設けられた放熱側としての放熱板３と、受熱板４と放熱板３とを気密に接合する側壁５とを備えている。受熱板４は、コンテナ２の外壁面に相当する受熱面４１と、放熱板３に対向する蒸発面４２とを有する。受熱面４１には熱源５０が熱的に接続されている。熱的に接続とは、直接接続される場合の他に、例えば熱伝導体を介して接続される場合なども含まれる。熱源５０としては、例えばＣＰＵや抵抗等の電子部品、あるいは、その他の発熱するデバイスが挙げられる。
【００４７】
図３に示すように、コンテナ２の内部空間は、主に流路６を構成する。この流路６は、図示しない冷媒の流路である。
【００４８】
受熱板４には、下地層８が設けられている。この下地層８の上には蒸発部７が設けられている。
【００４９】
図４に示すように、蒸発部７は平面略円形を有し、受熱板４の蒸発面４２の略中央に位置している。
【００５０】
なお、本明細書において、「受熱側」は受熱板４のみを指すものではなく、コンテナ２の内部空間の受熱板４付近の領域を含めてよい。「受熱側」を示す領域は、熱源５０の熱量等により多少シフトする場合がある。同様に、「放熱側」も放熱板３のみを指すものではなく、コンテナ２の内部空間の放熱板３付近の領域を含めてよい。なお、このコンテナ２の内部空間の放熱板３付近の領域を、「凝縮部」と呼ぶことがある。
【００５１】
図２に示すように、ヒートスプレッダ１は平面略正方形状を有する。しかし、これに限られず、任意の形状でよい。ヒートスプレッダ１の一辺の長さｅは、例えば３０〜５０ｍｍである。図１に示すように、ヒートスプレッダ１は、例えば側面略長方形状を有する。ヒートスプレッダ１の高さｈは、例えば２〜５ｍｍである。上述したヒートスプレッダ１のサイズは、ヒートスプレッダ１に熱的に接続される熱源５０がＰＣのＣＰＵであることを想定したものである。ヒートスプレッダ１のサイズは熱源５０の大きさに応じて適宜決めればよい。例えばヒートスプレッダ１に熱的に接続される熱源５０が大型ディスプレイ等の熱源である場合、ｅは例えば２６００ｍｍ程度とすればよい。
【００５２】
ヒートスプレッダ１のサイズは、冷媒が流通して適切に凝縮できるような値に設定される。ヒートスプレッダ１の動作温度範囲は、およそ−４０℃〜＋２００℃が想定されている。ヒートスプレッダ１の吸熱密度は、典型的には８Ｗ／ｍｍ２以下である。
【００５３】
放熱板３、受熱板４及び側壁５は、例えば金属材料からなる。その金属材料としては、銅、ステンレス、またはアルミニウムが挙げられるが、これらに限られない。金属の他に、カーボン等の高熱伝導性の材料でもよい。放熱板３、受熱板４及び側壁５の全てが異なる材料で構成されていてもよいし、これらのうち２つが同じ材料で構成されていてもよいし、全てが同じ材料で構成されていてもよい。放熱板３、受熱板４及び側壁５はろう付け、すなわち溶着により接合されてもよいし、材料によっては接着剤を用いて接合されてもよい。
【００５４】
下地層８は、蒸発部７を形成するための触媒層であり、例えば金属材料からなる。その金属材料としては、アルミニウムやチタンが挙げられるが、これらに限られない。また、例えば放熱板３を構成する材料が触媒となり得る場合には、下地層８は設けなくてもよい。
【００５５】
冷媒としては、例えば純水、エタノール、メタノール及びイソプロピルアルコール等のアルコール類、フロン系、代替フロン系、フッ素系、アンモニア、アセトン等が用いられる。しかし、これらに限られない。
【００５６】
蒸発部７は、カーボンナノチューブからなる。カーボンナノチューブは例えば金属ヒートスプレッダの典型的な金属材料である銅のおよそ１０倍の高熱伝導特性を持つ。従って、カーボンナノチューブにより蒸発部７を構成することで、主に金属材料から構成されるヒートスプレッダと比較して、極めて高い熱伝達効率が得られる。カーボンナノチューブは疎水性である。そのため、例えば、蒸発部７がカーボンナノチューブで構成され、冷媒が純水である場合、蒸発部７の少なくとも蒸発面７２が親水化される。
【００５７】
なお、図３では、説明を分かりやすくするため、コンテナ２に対する蒸発部７のスケール比を大きくするなど、実際の形状から変更して描いている。
【００５８】
図４の例では、蒸発部７は平面略円形を有し、受熱板４の蒸発面４２の略中央に位置しているが、蒸発部７の平面形状は任意であり、略楕円形、略多角形などでもよい。蒸発部７の直径は、例えば３０ｍｍ程度であるが、これに限られない。蒸発部７の厚さは、例えば１０〜５０μｍ、典型的には２０μｍ程度である。蒸発部７のサイズは、熱源５０から発せられる熱量に応じて適宜変更可能である。受熱板４の蒸発面４２に対する蒸発部７の設置位置も略中央に限られず、任意の位置でよい。受熱板４の蒸発面４２に対する蒸発部７の大きさ比は図示したものに限られず、任意でよい。
【００５９】
［蒸発部の構造］
図５は、図３に示した蒸発部７を蒸発面７２側から見た平面模式図である。図６は、蒸発部７の斜視図である。図７は、図５に示したＣ−Ｃ線断面から見た蒸発部７を示す断面図である。図８は、図６に示したＤ−Ｄ線断面から見た蒸発部７の一部を示す断面拡大斜視図である。
【００６０】
図５〜図８に示すように、蒸発部７は、その表面に設けられた蒸発面７２と、蒸発面７２の裏面に設けられた受熱面７１と、側面７３とを備えている。側面７３は、例えば蒸発面７２及び受熱面７１に対して垂直に設けられているが、これに限られない。蒸発面７２には溝７４が設けられている。溝７４は、周方向溝部７５と径方向溝部７６により構成されている。周方向溝部７５は、蒸発面７２の中点Ｏを中心とした同心円状に形成されている。径方向溝部７６は、中点Ｏを通過するように放射状に形成されている。なお、同心円及び放射線の数は図示された例に限定されない。
【００６１】
溝７４の形状は上記した例に限定されず、冷媒が満遍なく溝７４を流通できる任意の形状でよい。例えば、周方向溝部７５は中点Ｏを中心とした同心多角形状、同心楕円状及び螺旋状等に形成されてもよい。あるいは、溝７４を周方向及び径方向に形成するのではなく、例えば略格子状に形成してもよい。これらの場合も、同心多角形の数、同心楕円の数、螺旋の巻き数及び格子線の数等は限定されない。
【００６２】
上記した溝７４の形状により、液冷媒が蒸発部７の蒸発面７２の周方向及び径方向に流通可能となる。すなわち、液冷媒が満遍なく溝７４を流通できる。従って、毛細管力による液冷媒の流通を効率よく行うことができる。
【００６３】
なお、図５〜図８の例では、図を分かりやすくするため、蒸発部７に対する溝７４のスケール比を変更するなど、実際の形状から変更して描いている。
【００６４】
図９は、蒸発部７を下地層８を介して受熱板４に設けたときに、溝７４をその長手方向に対して垂直な断面から見た局部断面図である。溝７４はＶ字形状の断面を有する。すなわち、溝７４は底部７７及び壁面７８を備える。底部７７はＶ字形の頂部に相当する。
【００６５】
底部７７と下地層８との距離ｌは、例えば１μｍ以上である。なお、図示は省略するが、下地層８を設けない場合も、底部７７と蒸発面４２との距離は、例えば１μｍ以上である。
【００６６】
溝７４の底部７７と受熱面７１との間に１μｍ以上の厚さを保つことで、蒸発部７は１μｍ以上の厚さを有する途切れの無い一体的な領域（下部領域７９）を有する。熱がこの下部領域を伝播することで、蒸発部７全体で良好な熱伝導性が得られる。更に、後に説明する蒸発面７２に溝７４を形成する際、下地層８、受熱板４及び加工工具自体が傷つくおそれがない。傷ついた下地層８を通って受熱板４と下地層８との間に冷媒が侵入することがないため、下地層８全体が剥離するおそれがない。
【００６７】
溝７４の深さは、例えば２〜８００μｍ、典型的には３０μｍである。溝７４の深さは、液冷媒に適切な毛細管力が働くような値に設定される。溝７４のＶ字形状の幅は、例えば１０〜１００μｍ程度に形成可能である。このＶ字形は、底部７７に相当する頂部を通過する垂線に対して左右対称であるが、左右対称でなくてもよい。
【００６８】
溝７４内の液冷媒はメニスカス周辺部に液膜の薄い領域（後述する薄液膜領域Ｆ。図１０を参照。）を有する。Ｖ字形状の溝７４は、例えばＵ字形状や凹形状の溝と比べて、メニスカス周辺部の薄液膜領域Ｆが大きい。蒸発部７からの熱は、薄液膜領域Ｆにおいて、薄液膜領域Ｆ以外の作動流体の熱伝達率より高い熱伝達率で伝達される。このため、薄液膜領域Ｆにおける蒸発効率は、薄液膜領域Ｆ以外の液冷媒の蒸発効率より高い。従って、大きな薄液膜領域Ｆを可能にするＶ字形状の溝７４は、Ｕ字形状や凹形状の溝と比べて熱伝達率が高く、蒸発効率も高い。
【００６９】
［Ｖ字の詳細な構造］
次に、溝７４のＶ字形について検討する。この溝７４のＶ字形は、毛細管力と冷媒との圧力損失の差ΔＰ、毛管長κ−１及び過熱度Ｔにより決定する。
【００７０】
なお、Ｖ字形の底角２θは、１０°≦２θ≦１３０°とする。２θ＜１０°とするとＶ字加工を作成することが困難であり、作成したとしても蒸気冷媒が液冷媒表面から抜けにくくなるためである。また、２θ＞１３０°とすると熱の広がり抵抗が大きくなってしまうためである。
【００７１】
まず、圧力損失の差ΔＰについて検討する。ここで、液冷媒を毛細管力で流通させるためには、圧力損失の差ΔＰ＞０とすればよい。
【００７２】
ヒートスプレッダ１において、冷媒が循環するためには流路抵抗などの圧力損失の和よりも大きな毛細管力が必要である。下記の式（１）は、この圧力関係式を表す。
【００７３】
ΔＰｃａｐ≧ΔＰｗ＋ΔＰｌ＋ΔＰｖ・・・（１）
【００７４】
ここで、ΔＰｃａｐは毛細管力、ΔＰｗはウィックの圧力損失、ΔＰｌは液相の圧力損失、ΔＰｖは気相の圧力損失を示す。
【００７５】
気相の圧力損失を無視できるような気相流路であると仮定すると、下記の式（２）が成り立つ。
【００７６】
ΔＰｃａｐ≧ΔＰｗ＋ΔＰｌ・・・（２）
【００７７】
そこで、圧力損失の差ΔＰは下記の式（３）のように求められる。
【００７８】
ΔＰ＝ΔＰｃａｐ−（ΔＰｗ＋ΔＰｌ）・・・（３）
【００７９】
図１１は、溝７４を示す模式図である。
【００８０】
図１１において、Ｍは溝７４内の液冷媒の表面であり、メニスカス面を示す。ａは溝７４の開口幅であり、溝７４内の液冷媒の幅と実質的に等しい。αは、溝７４内の液冷媒の壁面７８に対する接触角を示す。２θは上述のようにＶ字形の底角を示す。ここで、毛細管力ΔＰｃａｐは下記の式（４）で表される。
【００８１】
ΔＰｃａｐ＝２δｃｏｓ（θ＋α）／ａ・・・（４）
【００８２】
接触角αは小さいほど、毛細管力ΔＰｃａｐは大きくなる。蒸発部７の少なくとも蒸発面７２は親水化されるので、接触角αは０に近づくので、α＝０と仮定する。表面張力δは、純水の１００°における値を一定として計算する。流路抵抗（圧力損失）は、以下の数式により求められる。
【００８３】
【数１】
【００８４】
【数２】
【００８５】
【数３】
【００８６】
【数４】
【００８７】
【数５】
【００８８】
【数６】
【００８９】
【表１】
【００９０】
図１２は、底角２θを変化させた場合における圧力損失の差ΔＰの溝幅ａに対する依存性を示すグラフである。圧力損失の差ΔＰが大きいほど液冷媒が流通しやすいので、溝幅ａはおよそ４０μｍ以下に形成するのがよい。
図１３は、圧力損失の差ΔＰ＝０としたときの、溝幅ａの底角２θに対する依存性を示すグラフである。上述のように、圧力損失の差ΔＰが大きいと液冷媒は流通しやすい。図中、ΔＰ≧０を示すのは、グラフの左側であり、例えば破線楕円により示される領域である。
【００９１】
次に、毛管長κ−１について検討する。毛管長κ−１は、一般に２ｍｍ程度とされる。毛管長κ−１は、以下の数式で表される。
【００９２】
【数７】
【００９３】
毛管長κ−１よりもメニスカス半径が短い範囲では、重力は無視してよい。すなわち、毛管長κ−１が支配的な熱輸送装置を実現できる領域である。毛管長κ−１をおよそ２ｍｍとした場合、メニスカス半径はおよそ２ｍｍ以下とすればよい。図３４に、メニスカス半径が２ｍｍ以下となる範囲を示す。
【００９４】
次に、過熱度Ｔについて検討する。過熱度Ｔは、Ｔ≦１００が有用である。
図１０は、図９に示す溝７４がその内部に液冷媒を有した状態を示す模式図である。本実施形態においては底部７７を通過する垂線に対してＶ字形状を有する溝７４が左右対称であるため、溝７４の底部７７を通過する垂線から右半分を示す。
【００９５】
Ｘ軸は水平方向、すなわち溝７４の幅方向を示す。Ｙ軸は垂直方向、すなわち溝７４の深さ方向を示す。原点は底部７７を示す。θは溝７４の底角２θの１／２である。原点から角度θをもって伸びる直線は溝７４の壁面７８を示す。この壁面７８は、下記の式（５）で表される。
【００９６】
y１＝（１／ｔａｎθ）ｘ１・・・（５）
【００９７】
Ｒは溝７４内の液冷媒を示す。Ｍは円弧であり、液冷媒Ｒの表面を示す。液冷媒Ｒの表面Ｍはメニスカス面となっている。ａは溝７４の開口幅である。ｔは溝７４内の液冷媒の深さであって、最も蒸発面７２に近い位置から底部７７までの深さを示す。ｔは溝７４の深さと実質的に等しい。ｓは式（５）で表される壁面７８上の任意の点（Ｘ１，Ｙ１）と（ａ／２，ｔ）との距離を示す。ここで、０＜Ｘ１＜ａ／２であり、０＜Ｙ１＜ｔである。点線は、式（５）で表される壁面７８に直交する直線であって、下記の式（６）で表される。
【００９８】
ｙ２＝（−ｔａｎθ）ｘ２＋（１／ｔａｎθ＋ｔａｎθ）ｘ１・・・（６）
【００９９】
式（２）と円弧Ｍとの交点を（Ｘ２，Ｙ２）とする。ここで、０＜Ｘ２＜ａ／２であり、０＜Ｙ２＜ｔである。ｕは、（Ｘ１，Ｙ１）と（Ｘ２，Ｙ２）との距離である。Ｆは、（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）及び円弧ｍと式（５）との交点からなる略三角形領域であり、薄液膜領域を示す。
【０１００】
ここで、過熱度を図９に示す一次元のモデルに基いて、１００℃以下を示すＶ字形状を見積もる。溝７４のＶ字形状で底面（基板）の温度Ｔがどのように変わるかを見るため、ここでは飽和温度（すなわち相変化を起す温度）を０℃と仮定して飽和温度の影響を受けない条件にする。
【０１０１】
熱伝導率λと蒸発熱伝達率ｈとを以下のように仮定する。
【０１０２】
【数８】
【０１０３】
【数９】
【０１０４】
【表２】
【０１０５】
上記の式より底面（基板）の温度Ｔが求められる。図３５に、底角２θを変化させた場合における過熱度Ｔの溝幅ａに対する依存性を示す。
過熱度Ｔ≦１００を有用と考え、図３６に、Ｔ＝１００を示す溝幅ａの底角２θに対する依存性を示す。上述のように、Ｔ≦１００が有用であり、図中、Ｔ≦１００を示すのは、グラフの右側であり、例えば破線により示される領域である。
図３７は、以上に示した毛細管力と冷媒との圧力損失の差ΔＰ、毛管長κ−１及び過熱度Ｔの条件から導かれる溝７４のＶ形状を示すグラフである。具体的には、図３７は、図１３、図３４及び図３６に示すグラフを合成した図である。図３７より、Ｖ字形は破線で示される領域に相当する形状であればよく、このＶ字形の範囲は、前記Ｖ字形状の溝の底角２θ（１０≦２θ≦１３０）と、幅ａとの関係において、ａ≦１１×２θ＋５０かつａ≧０．３×２θ＋１である。
【０１０６】
［ヒートスプレッダの動作］
以上のように構成されたヒートスプレッダ１の動作について説明する。図１４は、その動作を説明するための模式図である。
【０１０７】
熱源５０が熱を発生すると、この熱を受熱板４が受ける。そうすると、受熱側における蒸発部７の溝７４において毛細管力により液冷媒が流通する（矢印Ａ）。この液冷媒は受熱板４及び蒸発部７で、とりわけ蒸発部７で蒸発し、気相の冷媒（以下、蒸気冷媒とする）となる。蒸気冷媒の一部は、溝７４内で流通するが、蒸気冷媒のほとんどは、放熱側に向かうように流路６を流通する（矢印Ｂ）。蒸気冷媒が流路６を流通することで熱が拡散し、凝縮部において蒸気冷媒が凝縮し、液相に戻る（矢印Ｃ）。これにより主に放熱板３から熱が放出される（矢印Ｄ）。液冷媒は受熱側に戻る（矢印Ｅ）。このような動作が繰り返されることにより、熱源５０の熱がヒートスプレッダ１により移動する。
【０１０８】
図１４で矢印Ａ〜Ｅで示した各動作の領域は、ある程度の目安あるいは基準を示すものである。熱源５０の熱量等によりそれらの各動作領域が多少シフトする場合があるので、各動作が領域ごとに明確に分けられるわけではない。
【０１０９】
なお、ヒートスプレッダ１の放熱板３の表面には、図示しないヒートシンク等の放熱のための部材が熱的に接続される場合がある。この場合、ヒートスプレッダ１により拡散させられた熱がヒートシンクに伝達され、ヒートシンクから放熱される。
【０１１０】
以上のように、本実施形態のヒートスプレッダ１によれば、蒸発部７の溝７４内の液冷媒はメニスカス周辺部に薄液膜領域Ｆを有する。本実施形態では、溝７４はＶ字形状であり、Ｖ字形状の溝は、例えばＵ字形状や凹形状の溝と比べて、メニスカス周辺部の薄液膜領域Ｆが大きい。薄液膜領域Ｆにおける熱伝達率は、薄液膜領域Ｆ以外の作動流体の熱伝達率より高く、このため、薄液膜領域Ｆにおける蒸発効率は、薄液膜領域Ｆ以外の作動流体の蒸発効率より高い。従って、大きな薄液膜領域Ｆを有するＶ字形状の溝７４は、Ｕ字形状や凹形状の溝と比べて熱伝達率が高く、蒸発効率も高い。本発明では、上記構成を有する蒸発部７により高い蒸発効率が得られるので、ヒートスプレッダ１を大型化することなく高い放熱効率が得られる。
【０１１１】
［熱輸送装置の変形例］
ここで、熱輸送装置の変形例について説明する。これ以降の説明では、ヒートスプレッダ１の部材や機能等について同様のものは同様の参照符号を付した上で説明を簡略化または省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１１２】
図３８は、熱輸送装置の変形例としてのヒートパイプを示す断面図である。図３９は、図３８に示すヒートパイプに設けられるナノ材料層を示す斜視図である。図４０は、図３８に示すヒートパイプの動作を説明するための模式図である。図４１は、熱輸送装置の別の変形例としてのＣＰＬを示す断面図である。図４２は、図４１に示すＣＰＬの動作を説明するための模式図である。
【０１１３】
図３８に示すように、ヒートパイプ１ａは、コンテナ２ａと、図示しない冷媒（作動流体）とを有する。コンテナ２ａの外壁面の一部の領域には、熱源５０が熱的に接続され、この領域は受熱部４ａとして機能する。コンテナ２ａの受熱部４ａと対向する領域は、放熱部３ａとして機能する。コンテナ２ａの内周面には、下地層８ａが設けられている。この下地層８ａにはナノ材料層７ａが設けられる。ナノ材料層７ａの表面には、例えば図３９に示すように長尺状の溝７４ａが形成されている。具体的には、それぞれの溝７４ａが受熱部４ａと放熱部３ａとを連通するようにナノ材料層７ａが設けられる。ナノ材料層７ａの受熱部４ａに対応する領域は、蒸発部７ａ１として機能する。ナノ材料層７ａの蒸発部７ａ１を除く領域は、冷媒の液相流路７ａ２として機能する。コンテナ２ａの内部空間の液相流路７ａ２に対応する領域は、冷媒の気相流路６ａとして機能する。
【０１１４】
図４０に示すように、熱源５０が熱を発生すると、この熱を受熱部４ａが受ける。そうすると、受熱側における蒸発部７ａ１の溝７４ａにおいて毛細管力により液冷媒が流通する（矢印Ａａ）。この液冷媒は蒸発部７ａ１で蒸発し、蒸気冷媒となる。蒸気冷媒の一部は、溝７４ａ内で流通するが、蒸気冷媒のほとんどは、放熱側に向かうように気相流路６ａを流通する（矢印Ｂａ）。蒸気冷媒が気相流路６ａを流通することで熱が移動し、蒸気冷媒が凝縮し、液相に戻る（矢印Ｃａ）。これにより主に放熱部３ａから熱が放出される（矢印Ｄａ）。液冷媒は毛細管力により液相流路７ａ２を流通し、受熱側に戻る（矢印Ｅａ）。このような動作が繰り返されることにより、ヒートスプレッダ１と同様に、熱源５０の熱がヒートパイプ１ａにより移動する。
【０１１５】
図４１に示すように、ＣＰＬ１ｂは、複数のコンテナ２ｂ１と、２ｂｃと、図示しない冷媒（作動流体）と、複数の管部材６ｂ１、６ｂ２と、蒸発部７ｂとを有する。コンテナ２ｂ１は、受熱部４ｂを構成する。コンテナ２ｂ２は、放熱部３ｂを構成する。管部材６ｂ１、６ｂ２は、それぞれコンテナ２ｂ１、２ｂ２に半田または溶接等により接続される。これにより管部材６ｂ１、６ｂ２は、それぞれコンテナ２ｂ１、２ｂ２を気密に連結することで流路を構成し、受熱部４ｂと放熱部３ｂとの間で冷媒を流通させる。具体的には、管部材６ｂ１は気相流路６ｂ３を構成し、管部材６ｂ２は液相流路６ｂ４を構成する。なお、図示しないが、管部材６ｂ２の内壁面に、例えば図３９に示すナノ材料層７ａを、溝７４ａが受熱部４ｂと放熱部３ｂとを連通するように設けてもよい。コンテナ２ｂ１には、下地層８ｂが設けられている。この下地層８ｂの上には蒸発部７と同様の、表面に溝を有する蒸発部７ｂが設けられている。受熱部４ｂには熱源５０が熱的に接続される。
【０１１６】
図４２に示すように、熱源５０が熱を発生すると、この熱を受熱部４ｂが受ける。そうすると、受熱側における蒸発部７ｂの溝において毛細管力により液冷媒が流通する（矢印Ａｂ）。この液冷媒は蒸発部７ｂで蒸発し、蒸気冷媒となる。蒸気冷媒の一部は、溝内で流通するが、蒸気冷媒のほとんどは、放熱側に向かうように気相流路６ｂ３を流通する（矢印Ｂｂ）。蒸気冷媒が気相流路６ｂ３を流通することで熱が移動し、蒸気冷媒が凝縮し、液相に戻る（矢印Ｃｂ）。これにより主に放熱部３ｂから熱が放出される（矢印Ｄｂ）。液冷媒は液相流路６ｂ４を流通し、受熱側に戻る（矢印Ｅｂ）。このような動作が繰り返されることにより、ヒートスプレッダ１と同様に、熱源５０の熱がＣＰＬ１ｂにより移動する。
【０１１７】
［ヒートスプレッダの製造方法］
図１等に示すヒートスプレッダ１の説明に戻る。ヒートスプレッダ１の製造方法の一実施形態について説明する。図１５は、ヒートスプレッダ１の製造方法を示すフローチャートである。
【０１１８】
受熱板４の蒸発面４２に下地層８を形成する（ステップ１０１）。下地層８はカーボンナノチューブを生成するための触媒層である。
【０１１９】
次に、下地層８にカーボンナノチューブを密集して生成することで、カーボンナノチューブ層を形成する（ステップ１０２）。カーボンナノチューブはプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相蒸着）や熱ＣＶＤにより触媒層上に生成することができるが、この方法に限られない。蒸発面４２には必要に応じて適当な表面処理が行われていてもよい。放熱板３の受熱板４と対向する面も同様である。
【０１２０】
次に、カーボンナノチューブ層の表面に、図１６に示す加工工具（バイト）でＶ字形状を有する溝を形成する（ステップ１０３）。例えば、周方向溝部７５を形成する場合はバイトを円弧状に走らせればよい。これにより、蒸発面７２に溝７４を有する蒸発部７が形成される。一般に、ミクロンオーダーの形状を有するカーボンナノチューブを機械加工して微細な構造体を作成することは難しく、通常はエッヂングを用いる。それに対し、本発明者の見地によれば、密集して生成しているカーボンナノチューブを１つの材料（カーボンナノチューブ層）とみなし、カーボンナノチューブを少しずつ倒すようにすることで、ミクロンオーダーの形状を形成することができる。この加工方法は、金属等の基板を切削するよりも容易であり、またエッヂングよりも安価にできる上、良好な微細加工性が得られる。バイトは下地層８を構成する金属よりも硬度が低い素材で構成されてもよい。それにより、加工時に下地層８、受熱板４及びバイト自体を傷つけることがなく、下地層８と溝７４の底部７７との距離ｌを１μｍ以上に保つことが可能となる。これにより、傷や剥がれのない蒸発部７を実現することができる。破れた下地層を通って受熱板４と下地層８との間に冷媒が侵入することがないため、下地層８全体が剥離するおそれがない。金型によるプレス成型などで溝７４を形成してもよい。この場合も同様の趣旨により、金型が下地層８を構成する金属よりも硬度が低い素材で構成されてもよい。
【０１２１】
所望のＶ字形状の溝が精密加工された型と触媒層としての下地層８を設けた受熱板４との間に反応気相を流すことで、表面に溝７４を有する蒸発部７を形成してもよい。この方法によれば、切削等を行う必要がないため、下地層８及び受熱板４を傷つけるおそれが更に低減する。なお、この方法は熱ＣＶＤに限られる。
【０１２２】
受熱板４にＶ字形状の溝を形成し、受熱板４上に対応するＶ字形状の溝を有する触媒層としての下地層８を形成し、下地層８上に対応するＶ字形状の溝を有するカーボンナノチューブ層を形成してもよい。ここでも切削等を行う必要が無いため、下地層８及び受熱板４を傷つけるおそれが更に低減する。
【０１２３】
次に、蒸発面７２に親水化処理を行う（ステップ１０４）。例えば冷媒に純水を用いる場合、カーボンナノチューブは疎水性であるため、親水化することで、冷媒液面の、溝７４の壁面７８に対する接触角を小さくすることができる。接触角を小さくすることで、冷媒の薄液膜領域を大きくすることができる。薄液膜領域が大きいほど冷媒は蒸発しやすくなり、蒸発効率が向上する。親水化処理としては、例えば蒸発面７２をショウ酸等の酸で処理し、カルボキシル基を生成することで親水化してもよいし、紫外線照射により親水化してもよい。親水化処理を行うかどうかは、使用する冷媒に応じてその都度決めればよい。使用する冷媒が純水でない場合は、親水化処理を行わなくてもよい。
【０１２４】
次に、受熱板４に側壁５を介して放熱板３を液密に接合し（ステップ１０５）、コンテナ２を構成する。接合時には、各部材の精密な位置合わせが行われる。
【０１２５】
次に、コンテナ２内に冷媒を注入し、封止する（ステップ１０６）。図１７は、コンテナ２内への冷媒の注入方法を順に示した模式図である。受熱板４は、注入口４５及び注入路４６を備えている。
【０１２６】
図１７（Ａ）に示すように、例えば注入口４５及び注入路４６を介して流路６内が減圧され、注入口４５及び注入路４６を介して図示しないディスペンサにより冷媒が内部流路に注入される。
【０１２７】
図１７（Ｂ）に示すように、押圧領域４７が押圧されて注入路４６が塞がれる（仮封止）。別の注入路４６及び注入口４５を介して流路６内が減圧され、その流路６内が目標圧になった時点で、図１７（Ｂ）に示すように、押圧領域４７が押圧されて注入路４６が塞がれる（仮封止）。
【０１２８】
図１７（Ｃ）に示すように、押圧領域４７よりも注入口４５に近い側において、注入路４６が例えばレーザ溶接により塞がれる（本封止）。これにより、ヒートスプレッダ１の内部が密閉される。このように、コンテナ２内に冷媒を注入し、封止することで、ヒートスプレッダ１が完成する。
【０１２９】
次に、受熱板４に熱源５０を実装する（ステップ１０７）。熱源５０がＣＰＵの場合、この工程は、例えばはんだ付け等のリフロー工程により行われる。
【０１３０】
リフロー工程と、ヒートスプレッダ１の製造工程とは、別の場所（例えば別の工場など）で行われる場合もある。したがって、リフロー後に作動流体が注入される場合、例えばヒートスプレッダ１を工場間を往復させる必要があり、それによるコスト、作業者の労力、時間、あるいは工場間往復の際に発生するパーティクルの問題等がある。図１５に示す製造方法によれば、ヒートスプレッダ１が完成された後にリフローすることが可能となり、上記問題を解決することができる。
【０１３１】
本実施形態のヒートスプレッダの製造方法によれば、バイト加工やプレス加工で溝７４を形成する。この加工方法は、金属等の基板を切削するよりも容易であり、またエッヂングよりも安価にできる上、良好な微細加工性が得られる。バイトや金型は下地層８を構成する金属よりも硬度が低い素材で構成されるため、加工時に下地層８、受熱板４及びバイトや金型自体を傷つけることがなく、下地層８と溝７４の底部７７との距離ｌを１μｍ以上に保つことが可能となる。これにより、傷や剥がれのない蒸発部７を実現することができる。破れた下地層を通って受熱板４と下地層８との間に冷媒が侵入することがないため、下地層８全体が剥離するおそれがない。また、反応気相を流す方法や受熱板４にＶ字形状の溝を形成する方法でも切削等を行う必要が無いため、下地層８及び受熱板４を傷つけるおそれが更に低減する。従って、製造が容易かつ安価で、信頼性を向上させることができる。
【０１３２】
＜第２の実施形態＞
［ヒートスプレッダの構造］
本発明の第２の実施形態について説明する。
【０１３３】
図１８は、本発明の第２の実施形態に係るヒートスプレッダに熱源が接続された状態を示す側面図である。図１９は、図１８に示したヒートスプレッダの分解斜視図である。
【０１３４】
図１８及び図１９に示すように、ヒートスプレッダ１００は、コンテナ９と、図示しない冷媒の流路を構成する複数の流路板材６００と、蒸発部７００とを有し、内部に図示しない冷媒を有する。
【０１３５】
コンテナ９は、受熱側としての受熱板５００と、受熱板５００と対向して設けられた放熱側としての放熱板２００と、後述する流路板材６００のフレーム部６０７とを備えている。受熱板５００の受熱面５０１には熱源５０が熱的に接続されている。本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、「受熱側」は受熱板５００のみを指すものではなく、コンテナ９内部の受熱板５００付近の領域を含めてよい。同様に、「放熱側」も放熱板２００のみを指すものではなく、コンテナ９内部の放熱板２００付近の領域を含めてよい。
【０１３６】
流路を構成する複数の流路板材６００は、受熱板５００と放熱板２００との間で積層されている。図１９に示すように、複数の流路板材６００は、例えば液冷媒を、毛細管力により流通させることが可能な流路を構成する複数の毛細管板材（第１の板材、流路構造体、第１の構成部材）４００を含む。複数の流路板材６００は、主に蒸気冷媒を流通させる気相流路の一部を構成する複数の気相板材３００（第２の板材、第２の構成部材）とを含む。
【０１３７】
蒸発部７００は、第１の実施形態の蒸発部７と同一のものであり、具体的には、カーボンナノチューブからなり、蒸発面７２にＶ字形状の溝７４を有しており、溝７４の幅は溝の幅ａとした時に溝の底角２θ（１０≦２θ≦１３０）に対してａ≦１１×２θ＋５０かつａ≧０．３×２θ＋１であることが好ましい。なお、第１の実施形態で説明した蒸発部７及び溝７４の構造、サイズ、性質等は、全て本実施形態の蒸発部７００に適応される。蒸発部７００は、受熱板５００の蒸発面及び毛細管板材４００の気相板材３００側の面に設けられている。典型的には、蒸発部７００はそれぞれの部材の略中央に設けられるが、これに限られない。蒸発部７００は全ての毛細管板材４００に設けられていてもよいし、一部に設けられていてもよい。
【０１３８】
毛細管板材４００の枚数は、例えば１０〜３０枚、典型的には２０枚である。しかし、受熱板５００に熱的に接続される熱源５０から発せられる熱量等に応じて、毛細管板材４００の枚数は適宜変更可能であり、１０〜３０枚に限られない。気相板材３００の枚数は、例えば１〜２０枚、典型的には８枚である。気相板材３００についても、毛細管板材４００と同様の趣旨で、枚数は適宜変更可能であり、１〜２０枚に限られない。
【０１３９】
図２０は、ヒートスプレッダ１００の一部を示す断面図である。説明を分かりやすくするため、例えば毛細管板材４００及び気相板材３００が、それぞれ４枚ずつ（４０１〜４０４、３０１〜３０４）設けられている例を示している。
【０１４０】
図２０において、下から順に受熱板５００、複数の毛細管板材４００（以下、毛細管板材群４１０という。）、複数の気相板材３００（以下、気相板材群３１０という。）、放熱板２００が積層されている。毛細管板材群４１０のうち、最も下部にある毛細管板材４０４が受熱板５００に接合され、最も上部にある毛細管板材４０１が、最も下部にある気相板材３０４に接合されている。最も上部にある気相板材３０１が、放熱板２００に接合されている。
【０１４１】
以降の説明では、毛細管板材４０１〜４０４のうち、その構成が同じ部分については、任意の１枚の毛細管板材４００について説明し、その場合、「毛細管板材４００」と呼ぶ。同様に、気相板材３０１〜３０４のうち任意の１枚の気相板材３００について説明するときは、「気相板材３００」と呼ぶ。
【０１４２】
図２１は、受熱板５００の内側の一部を示す斜視図である。受熱板５００の内側５０９には複数の溝５０５が形成されている。溝５０５の深さは、例えば１０〜５０μｍ、典型的には２０μｍ程度である。溝５０５の深さは、液冷媒に適切な毛細管力が働くような値に設定される。
【０１４３】
複数の溝５０５が形成されることにより、各溝５０５の間には複数のリブ５０６が形成される。このようなリブが形成されることについては、後述する毛細管板材４００、気相板材３００及び放熱板２００についても同様である。
【０１４４】
溝５０５の形状は凹形状が例示されているが、Ｖ字形状及びＵ字形状等、任意の形状でよい。溝は、冷媒が適切に流通できるように設計されればよい。このことは後述する溝４０５、２０５についても同様である。蒸発効率の観点からは、溝５０５は溝７４のようにＶ字形状を有してもよい。しかし、受熱板５００に設置された蒸発部７００が受熱板５００と比べて極めて高い蒸発効率を有するため、溝５０５は必ずしもＶ字形状にしなくてもよい。後述する溝４０５、２０５は凹形状であるため、製造効率の観点からは、溝５０５はむしろ凹形状でよい。
【０１４５】
例えば、受熱板５００上の蒸発部７００が設けられる領域（以下、設置領域という。）には複数の溝５０５及びリブ５０６が形成されていない。設置領域の深さは、溝５０５の深さと同じであり、平面視形状は、受熱面７１と同じである。蒸発部７００の高さは、典型的には溝５０５の深さと同じである。すなわち、蒸発部７００は受熱板５００の設置領域に隙間無く設置される。典型的には、受熱板５００の蒸発部７００が設けられていない領域の高さは、蒸発部７００が設置されている領域の高さと等しい。このような設置領域が形成され、蒸発部７００が設置されることは、後述する毛細管板材４００についても同様である。
【０１４６】
受熱板５００には、図示しない冷媒の注入路及び注入口が形成されている。この注入路及び注入口は、放熱板２００に形成されていてもよい。
【０１４７】
図２２は、例えば２枚積層された毛細管板材４００の一部を示す斜視図である。図２３は、毛細管板材群４１０の一部を示す平面図であり、図２４は、図２３におけるＥ−Ｅ線断面図である。図２５は、毛細管板材４００の全体を示す平面図である。図２３、２４は、図を分かりやすくするため、蒸発部７００が設けられていない領域を示している。同様の趣旨で、図２５は、蒸発部７００の設置領域が設けられていない毛細管板材４００を示している。
【０１４８】
毛細管板材４００の表面には複数の溝（第１の溝）４０５が形成される。溝４０５の深さは、例えば１０〜５０μｍ、典型的には２０μｍ程度である。溝４０５の深さは、液冷媒に適切な毛細管力が働くような値に設定される。
【０１４９】
なお、図２５に示した毛細管板材４００では、図を分かりやすくするため、毛細管板材４００全体の大きさに対して、溝４０５等のスケールを大きくして描いている。後で説明する図２７及び図２８も同様の趣旨である。
【０１５０】
毛細管板材４０１〜４０４は、各層の溝４０５がそれぞれ直交する方向に延びるように、Ｘ−Ｙ平面で９０度ずつ回転させて積層されている。毛細管板材４００の溝４０５を構成する壁面４３０（図２３、図２４参照）には、毛細管板材４００を貫通する複数の開口４０８が、溝４０５の長手方向（例えば図２３においてＸ方向）に沿って配置されている。この溝４０５を構成する壁面４３０は、リブの側面４３１及び床面４３２によって構成されており、このうち床面４３２にその複数の開口４０８が形成されている。
【０１５１】
例えば毛細管板材４０１及びこれに隣接する毛細管板材４０２に着目する。毛細管板材４０１の溝４０５と毛細管板材４０２の溝４０５とが、毛細管板材４０１の開口４０８を介して連通するように、毛細管板材４０１及び４０２とが相対的に配置されて接合されている。
【０１５２】
すなわち、毛細管板材４０２のリブ４０６が毛細管板材４０１の開口４０８を塞がないように、かつ、毛細管板材４０１の裏面と毛細管板材４０２のリブ４０６とが接合されるように、毛細管板材４０１及び４０２が相対的に配置されて接合されている。他の毛細管板材４０２と４０３、毛細管板材４０３と４０４のそれぞれの相対的な位置についても同様である。
【０１５３】
これらの開口４０８は、受熱板５００で受けた熱により蒸発した蒸気冷媒が流通する気相流路の一部として機能する。
【０１５４】
これらの各層の開口４０８は、各流路板材６００が積層される方向（Ｚ方向）に並ぶように、つまり、それらの開口面が互いに対面するように配置されている。これにより、蒸気冷媒がＺ方向に並んだ開口４０８を介して流通するときの流路抵抗が小さくなり、熱効率が向上する。しかしながら、必ずしも開口４０８はＺ方向で並ぶように配置されていなくてもよく、ある１つの層の開口４０８とそれと隣接する層の開口４０８が多少Ｙ方向またはＸ方向にずれて配置されていてもよい。
【０１５５】
再び毛細管板材４０１及びこれに隣接する毛細管板材４０２に着目する。図２４に示すように、毛細管板材４０２の溝４０５を構成する壁面４３０と、この壁面４３０の床面４３２に対面する、毛細管板材４０１の裏面側である天井面４３３とで囲まれる領域が、主に液冷媒の毛細管力による流路として機能する。ただし、床面４３２及び天井面４３３には、開口４０８が設けられているので、Ｚ方向に開口４０８によって貫かれる領域は、蒸気冷媒の流路として機能する。
【０１５６】
さらに詳しく説明すると、特に壁面４３０の、側面４３１と床面４３２の境界、及び、側面４３１と天井面４３３との境界において、液冷媒に毛細管力が最も強く働く。その結果、液冷媒は、図６に示すように、開口４０８を避けた領域４４０を流通することになる。なお、「壁面」の概念には、側面４３１及び床面４３２だけでなく、天井面４３３も含まれてもよい。
【０１５７】
例えば、毛細管板材４０１の各溝４０５が、第１の流路層として機能する場合、それに隣接する毛細管板材４０２の各溝４０５が、第２の流路層として機能する。
【０１５８】
図２３に示すように、溝４０５の幅ｂは１００〜２００μｍであり、リブ４０６の幅ｃは５０〜１００μｍであり、開口４０８の直径ｄは５０〜１００μｍである。しかし、これらの範囲に限られず、熱源５０の熱量等に応じて適宜変更可能である。
【０１５９】
開口４０８の形状は、典型的には円形であるが、楕円、長穴、あるいは多角形等、どのような形状であってもよい。
【０１６０】
図２６は、例えば２枚積層された気相板材３００の一部を示す斜視図である。図２６では、主に気相板材３０１及び３０２に着目して説明する。
【０１６１】
気相板材３００は、典型的には２種類の板材で構成される。図２７は、気相板材３０１の全体を示す平面図である。図１１は、気相板材３０２の全体を示す平面図である。気相板材３０１及び３０２に共通する構成としては、Ｚ方向に貫通する複数の溝（第２の溝）３０５を有する点である。溝３０５の深さは、５０〜１５０μｍ、典型的には１００μｍ程度とされるが、この範囲に限られない。溝３０５の深さは、蒸気冷媒が流通して適切に凝縮できるような値に設定される。
【０１６２】
１枚の気相板材３００が複数の溝３０５を有することで、複数のリブ３０６が形成される。図９に示すように、気相板材３０１の溝３０５が延びる方向と、その気相板材３０１に隣接する気相板材３０２の溝３０５が延びる方向とが直交するように、気相板材３０１及び３０２がＸ−Ｙ平面内で９０度回転方向にずれて配置されている。気相板材３０３及び３０４も同様の構成を有しており、気相板材３０１〜３０４が順に９０度ずつずれて配置されている。
【０１６３】
気相板材３０１〜３０４の溝３０５は、主に蒸気冷媒が流通する領域であり、これらの溝３０５は、気相流路の一部としての凝縮領域として機能する。
【０１６４】
図２８に示すように、気相板材３０２は、その溝３０５が形成される領域の周囲に、凝縮して液体となった液冷媒が、毛細管板材４００の溝４０５に戻るためのリターン孔３０８（リターン流路）が形成される領域を有している。気相板材３０１はリターン孔３０８を有しておらず、気相板材３０２のリターン孔３０８に対応する、Ｚ方向の隣接する位置では、気相板材３０１の溝３０５が存在する。
【０１６５】
リターン孔３０８の直径は、５０〜１５０μｍ程度に設定されているが、この範囲に限られず、適宜変更可能である。リターン孔３０８の直径は、蒸気冷媒が凝縮して液冷媒になるときに、その液冷媒に毛細管力が働くような値に設定される。
【０１６６】
このように、リターン孔３０８を有しない気相板材３０１と、それを有する気相板材３０２とが１ペアとされ、本実施形態では、典型的には、その１ペアが複数ペア積層される。すなわち、図２０では、気相板材３０１及び３０３が、リターン孔３０８を有しない板材であり、気相板材３０２及び３０４が、リターン孔３０８を有する板材である。
【０１６７】
リターン孔３０８が形成される領域の幅は、５〜１０ｍｍ程度であるが、この範囲に限られず、適宜変更可能である。
【０１６８】
なお、リターン孔３０８を有していない複数の気相板材３０１のみが積層されて、気相板材群３１０が構成されていてもよいし、リターン孔３０８を有する複数の気相板材３０２のみが積層されて、気相板材群３１０が構成されていてもよい。あるいは、放熱板２００に近い側に配置された気相板材３００は、リターン孔３０８を有しない複数の気相板材３０１であり、毛細管板材４００に近い側に配置された気相板材３００は、リターン孔３０８を有する複数の気相板材３０２であってもよい。あるいは、複数の気相板材３０１及び複数の気相板材３０２が順番がランダムに積層されていてもよい。
【０１６９】
例えば、気相板材３０２の各溝３０５が、第１の流路層として機能する場合、それに隣接する気相板材３０２の各溝３０５が、第２の流路層として機能する。
【０１７０】
図２０に示すように、放熱板２００は、受熱板５００と同様に、内側に複数の溝２０５を有する。複数の溝２０５は、気相板材３００の溝３０５と同様な機能を有し、それと同様なサイズで形成されればよい。
【０１７１】
受熱板５００、毛細管板材群４１０、気相板材群３１０及び放熱板２００のそれぞれのリブ５０６、４０６、３０６及び２０６により、Ｚ方向で柱構造（破線６３０で囲まれる部分）が形成されるように、受熱板５００、毛細管板材群４１０、気相板材群３１０及び放熱板２００が積層されている。このように、複数の柱構造６３０が形成される。受熱板５００、毛細管板材群４１０及び蒸発部７００も柱構造を形成する。これにより、外部からヒートスプレッダ１００に加えられる圧縮応力に耐え得る強度を確保することができる。
【０１７２】
これら受熱板５００、毛細管板材群４１０、気相板材群３１０、放熱板２００及び蒸発部７００が、拡散接合により接合されることにより、後述するようにヒートスプレッダ１００の内部から発生する引っ張り応力にも耐え得る強度が得られる。
【０１７３】
以上のように構成された、各溝５０５、４０５、３０５、２０５、開口４０８、冷媒の注入路等は、典型的にはフォトリソグラフィ及びエッチング等のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により形成される。しかし、レーザ加工等、他の加工方法により形成されてもよい。
【０１７４】
図１９、図２５、図２７、図２８に示すように、受熱板５００、流路板材６００及び放熱板２００は、それぞれ溝５０５、４０５、３０５及び２０５が形成されていないフレーム部５０７、６０７及び２０７をそれぞれ有している。すなわち、気相板材３００はフレーム部３０７を有し、毛細管板材４００はフレーム部４０７を有している。これらフレーム部５０７、４０７、３０７及び２０７が接合される。すなわち、受熱板５００、放熱板２００、及びフレーム部４０７及び３０７により、ヒートスプレッダ１００のコンテナ９が形成される。
【０１７５】
例えば図２５に示すように、フレーム部５０７、４０７、３０７及び２０７の幅ｆは数ｍｍであるが、適宜変更可能である。これらの幅ｆは、コンテナとしての強度、ヒートスプレッダ１００のＸ−Ｙ平面内で占める流路部分の割合、または、熱源５０の熱量等に応じて適切な値に設定される。
【０１７６】
受熱板５００、複数の流路板材６００及び放熱板２００は、ろう付け、すなわち溶着により接合されてもよいし、材料によっては接着剤を用いて接合されてもよい。あるいは、上記した拡散接合により接合されてもよい。複数の毛細管板材４００同士の接合、複数の気相板材３００同士の接合及び受熱板５００、複数の毛細管板材４００及び蒸発部７００の接合についても同様に行えばよい。
【０１７７】
［ヒートスプレッダの動作］
以上のように構成されたヒートスプレッダ１００の動作について説明する。
【０１７８】
熱源５０が熱を発生すると、この熱を受熱板５００が受ける。そうすると、毛細管板材群４１０の溝４０５及び蒸発部７００の溝７４において毛細管力により集められた液冷媒が蒸発する。蒸気冷媒の一部は、溝４０５及び溝７４内で流通するが、蒸気冷媒のほとんどは、開口４０８を介して放熱板２００側に向かうように流通し、気相板材群３１０の溝３０５を流通する。蒸気冷媒がそれらの溝３０５を流通することで熱が拡散し、蒸気冷媒が凝縮する。これにより主に放熱板２００から熱を放出する。凝縮した蒸気冷媒は、毛細管力により、リターン孔３０８を介して毛細管板材群４１０の溝４０５及び蒸発部７００の溝７４に戻る。このような動作が繰り返されることにより、熱源５０の熱がヒートスプレッダ１００により移動する。
【０１７９】
以上のように、本実施形態に係るヒートスプレッダ１００は、気相及び液相の作動流体が混在してしまうことを前提とし、それらの流通方向を制御する、という考え方に基いて考え出されたデバイスである。
【０１８０】
すなわち、液冷媒は、Ｘ−Ｙ平面内に設けられた複数の溝４０５及び溝７４を流通し、一方、蒸気冷媒のほとんどが流路抵抗の小さい開口４０８を介して、Ｚ方向に流通する。蒸発部７００には開口が設けられていないため、溝７４内での液冷媒の流通及び蒸発を、積極的かつ活発に行うことができる。溝４０５を流通する液冷媒は、主に壁面４３０の側面４３１中心に集められるので、蒸気冷媒が液冷媒の流通を阻害することを防止できる。これにより、相変化による熱効率を向上させ、熱抵抗を低減することができる。
【０１８１】
＜第３の実施形態＞
図２９は、本発明の第３の実施形態に係るヒートスプレッダを示す模式的な断面図である。図３０は、図２９に示したヒートスプレッダの平面図である。
【０１８２】
受熱板５００には、例えば冷媒の２つの注入口５２６と、これらにそれぞれ連通する２つの注入路５２７が形成されている。２つの板材のうちの一方に溝（注入路５２７のための溝）及び開口（注入口５２６のための開口）が形成された後、これら２つの板材が接合されて受熱板５００が形成されることで、これらの注入路５２７や注入口５２６が形成される。注入路５２７は、毛細管板材４００の溝４０５に連通している。注入口５２６及び注入路５２７はそれぞれ１つずつであってもよい。なお、図３０の斜線部分は、流路板材６００による冷媒の流路が形成される部分を示している。
【０１８３】
注入路５２７は、例えば直線状に形成され、その直線上の所定の領域が、注入路５２７に圧力をかけて注入路５２７を塞ぐための押圧領域５４０となる。押圧領域５４０とは、すなわちカシメ領域である。ヒートスプレッダ１５０の内部、つまり流路板材６００が配置される領域には、このカシメ領域に対応する位置で、受熱板５００から放熱板２００にかけてＺ方向に柱部６０３が形成されている。
【０１８４】
この柱部６０３は、受熱板５００、毛細管板材４００、気相板材３００及び放熱板２００にそれぞれ形成された円柱状のリブ同士が積層されることにより形成されればよい。この柱部６０３の幅（あるいは直径）は、流路板材６００により構成される流路（以下、内部流路という。）が、そのカシメ時の押圧力により塞がれない程度の幅に適宜設定される。
【０１８５】
上記ヒートスプレッダ１５０への冷媒の注入方法は、図１７に示した方法と同様に行えばよい。
【０１８６】
ここで、押圧領域に対応する位置に柱部６０３を備えるようにすれば、内部流路が、カシメ時に押圧力によりつぶされて塞がれてしまうといったことを防止できる。
【０１８７】
注入路５２７に対応する位置に、内部流路が形成されないようにヒートスプレッダ１５０が構成されることも考えられる。すなわち、内部流路に対応しない位置に専用の押圧領域５４０が設けられていてもよい。しかし、このような専用の押圧領域５４０に対応する位置には内部流路がないため、その専用の押圧領域５４０に対応する位置は熱拡散の機能が低い領域となる。
【０１８８】
本実施形態に係るヒートスプレッダ１５０によれば、柱部６０３の周囲には内部流路が配置されるため、実質的にヒートスプレッダ１５０の全面において、熱拡散の効率を高めることができる。
【０１８９】
［ヒートスプレッダの製造方法］
上記ヒートスプレッダ１５０（またはヒートスプレッダ１００）の製造方法の一実施形態について説明する。図３１は、その製造方法を示すフローチャートである。
【０１９０】
複数の板材が用意され、これらの板材に溝５０５、４０５、３０５、２０５、開口４０８等が形成される（ステップ２０１）。これにより、受熱板５００、複数の流路板材６００及び放熱板２００が形成される。
【０１９１】
受熱板５００と放熱板２００との間に複数の流路板材６００が挟まれるように、受熱板５００、毛細管板材４００、気相板材３００及び放熱板２００が積層される。受熱板５００及び毛細管板材４００の設置領域には蒸発部７００が設置されている。これらの部材は拡散接合される（ステップ２０２）。積層時には、各板の精密な位置合わせが行われる。拡散接合時は金属結合がなされるので、ヒートスプレッダ１５０の強度または剛性を高めることができる。
【０１９２】
図１７（Ａ）〜１７（Ｃ）に示したように、冷媒が内部流路に注入され、封止される（ステップ２０３）。これにより、ヒートスプレッダ１５０が完成する。
【０１９３】
受熱板５００に熱源５０が実装される（ステップ２０４）。この工程を、例えばはんだ付け等のリフロー工程により行う場合、受熱板５００やヒートスプレッダ１５０全体が、２３０〜２４０℃と高温になる。このような環境では、冷媒の蒸発により内部圧力が増すが、ステップ１０２では拡散接合が行われるため、その内部圧力による引っ張り応力に耐え得る強度や剛性を確保することができる。
【０１９４】
図３２は、上記ヒートスプレッダ１００または１５０のリブの他の実施形態を示す模式図である。この図３２では、例えば複数の毛細管板材４００のリブ４１６が、複数の円柱部４１７を有している。これら複数の円柱部４１７同士のピッチ、その数、円柱部４１７の大きさ等は適宜設定可能である。円柱形状に限られず、楕円、角形、またはその他の形状であってもよい。
【０１９５】
これらの複数の毛細管板材４００の円柱部４１７同士がＺ方向で重なり合って接合されるように、複数の毛細管板材４００同士が接合される。このことは、受熱板５００と毛細管板材４００の接合、毛細管板材４００と気相板材３００との接合、または、気相板材３００と放熱板２００との接合に関しても同様である。
【０１９６】
このような構成によれば、内部流路に影響を与えずに接合面積を増やし、ヒートスプレッダ１５０に対する外部からの圧縮応力や、内部からの引っ張り応力に対する強度または剛性を高めることができる。
【０１９７】
図３３は、上記ヒートスプレッダ１（１００、１５０）を備えた電子機器として、デスクトップ型のＰＣを示す斜視図である。ＰＣ２０の筐体２１内には、回路基板２２が配置され、例えば回路基板２２には熱源としてのＣＰＵ２３が搭載されている。このＣＰＵ２３にヒートスプレッダ１（１００、１５０）が熱的に接続され、ヒートスプレッダ１（１００、１５０）には図示しないヒートシンクが熱的に接続される。
【０１９８】
本発明に係る実施形態は、以上説明した実施形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。
【０１９９】
ヒートスプレッダ１（１００、１５０）の平面形状は四角形あるいは正方形とした。しかし、その平面形状は、円形、楕円形、多角形、あるいは他の任意の形状であってもよい。
【０２００】
各溝７４、５０５、４０５、３０５、２０５、壁面４３０、リブ５０６、４０６、３０６及び２０６、フレーム部５０７、４０７、３０６及び２０７等の形状等は、適宜変更可能である。
【０２０１】
図３３の電子機器としてデスクトップ型のＰＣを例に挙げた。しかし、これに限られず、電子機器としては、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電子辞書、カメラ、ディスプレイ装置、オーディオ／ビジュアル機器、プロジェクタ、携帯電話、ゲーム機器、カーナビゲーション機器、ロボット機器、レーザ発生装置、その他の電化製品等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【０２０２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るヒートスプレッダに熱源が接続された状態を示す側面図である。
【図２】図１に示したヒートスプレッダを示す平面図である。
【図３】図２に示したＡ−Ａ線断面から見たヒートスプレッダを示す断面図である。
【図４】図３に示したＢ−Ｂ線断面から見たヒートスプレッダを示す断面図である。
【図５】図３に示した蒸発部を蒸発面側から見た平面模式図である。
【図６】図３に示した蒸発部の斜視図である。
【図７】図５に示したＣ−Ｃ線断面から見た蒸発部を示す断面図である。
【図８】図６に示したＤ−Ｄ線断面から見た蒸発部の一部を示す断面拡大斜視図である。
【図９】蒸発部を下地層を介して受熱板に設けたときに、溝をその長手方向に対して垂直な断面から見た局部断面図である。
【図１０】図９に示す溝がその内部に液冷媒を有した状態を示す模式図である。
【図１１】溝を示す模式図である。
【図１２】底角２θを変化させた場合における圧力損失の差ΔＰの溝幅ａに対する依存性を示すグラフである。
【図１３】圧力損失の差ΔＰ＝０としたときの、溝幅ａの底角２θに対する依存性を示すグラフである。
【図１４】ヒートスプレッダの動作を説明するための模式図である。
【図１５】ヒートスプレッダの製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図１６】バイトを示す部分斜視図である。
【図１７】コンテナ内に冷媒を注入し、封止する方法を順に示した模式図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態に係るヒートスプレッダに熱源が接続された状態を示す側面図である。
【図１９】図１８に示したヒートスプレッダの分解斜視図である。
【図２０】図１８に示したヒートスプレッダの一部を示す断面図である。
【図２１】受熱板の内側の一部を示す斜視図である。
【図２２】２枚積層された毛細管板材の一部を示す斜視図である。
【図２３】毛細管板材群の一部を示す平面図である。
【図２４】図２３におけるＥ−Ｅ線断面図である。
【図２５】毛細管板材の全体を示す平面図である。
【図２６】２枚積層された気相板材の一部を示す斜視図である。
【図２７】気相板材の全体を示す平面図である。
【図２８】図２７に示した気相板材とペアとなる気相板材の全体を示す平面図である。
【図２９】本発明の第３の実施形態に係るヒートスプレッダを示す模式的な断面図である。
【図３０】図２９に示したヒートスプレッダの平面図である。
【図３１】ヒートスプレッダの製造方法の他の実施形態を示すフローチャートである。
【図３２】ヒートスプレッダのリブの他の実施形態を示す模式図である。
【図３３】ヒートスプレッダを備えた電子機器として、デスクトップ型のＰＣを示す斜視図である。
【図３４】メニスカス半径が２ｍｍ以下となる範囲を示すグラフである。
【図３５】底角２θを変化させた場合における過熱度Ｔの溝幅ａに対する依存性を示すグラフである。
【図３６】Ｔ＝１００を示す溝幅ａの底角２θに対する依存性を示すグラフである。
【図３７】毛細管力と冷媒との圧力損失の差ΔＰ、毛管長κ−１及び過熱度Ｔの条件から導かれる溝７４のＶ形状を示すグラフである。
【図３８】熱輸送装置の変形例としてのヒートパイプを示す断面図である。
【図３９】図３８に示すヒートパイプに設けられるナノ材料層を示す斜視図である。
【図４０】図３８に示すヒートパイプの動作を説明するための模式図である。
【図４１】熱輸送装置の別の変形例としてのＣＰＬを示す断面図である。
【図４２】図４１に示すＣＰＬの動作を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【０２０３】
１、１００、１５０…ヒートスプレッダ
２、９…コンテナ
３、２００…放熱板
４、５００…受熱板
５…側壁
６…流路
７、７００…蒸発部
８…下地層
４５、５２６…注入口
４６、５２７…注入路
４７…押圧領域
５０…熱源
７４、２０５、３０５、４０５、５０５…溝
７５…周方向溝部
７６…径方向溝部
７７…底部
７８、４３０…壁面
７９…下部領域
２０６、３０６、４０６、４１６、５０６…リブ
２０７、３０７、４０７、５０７、６０７…フレーム部
３００、３０１、３０２、３０３、３０４…気相板材
３０８…リターン孔
４００、４０１、４０２、４０３、４０４…毛細管板材
４０８…開口
６０３…柱部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ材料からなり、表面にＶ字形状の溝を有する蒸発部と、
前記蒸発部と連通する流路と、
前記流路を介して前記蒸発部と連通する凝縮部と、
前記蒸発部で液相から気相に蒸発し、前記凝縮部で気相から液相に凝縮する作動流体と
を具備する熱輸送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
前記Ｖ字形状の溝の底角２θ（１０≦２θ≦１３０）と、幅ａとの関係は、ａ≦１１×２θ＋５０かつａ≧０．３×２θ＋１である
熱輸送装置。
【請求項３】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
前記溝は、前記蒸発部の表面に同心状及び放射状に設けられている
熱輸送装置。
【請求項４】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
前記溝は、前記蒸発部の表面に螺旋状及び放射状に設けられている
熱輸送装置。
【請求項５】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
前記蒸発部の裏面と前記溝の底部との距離が１μｍ以上である
熱輸送装置。
【請求項６】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
前記蒸発部の表面は親水性を有する
熱輸送装置。
【請求項７】
熱源と、
ナノ材料からなり、表面にＶ字形状の溝を有する蒸発部と、前記蒸発部と連通する流路と、前記流路を介して前記蒸発部と連通する凝縮部と、前記蒸発部で液相から気相に蒸発し、前記凝縮部で気相から液相に凝縮する作動流体とを有する熱輸送装置と
を具備する電子機器。
【請求項８】
蒸発部を構成する基板上に触媒層を形成し、
前記触媒層上にナノ材料層を形成し、
バイト加工及びプレス加工のいずれか一方を用いて前記ナノ材料層上にＶ字形状の溝を形成する
熱輸送装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記溝の底部と前記触媒層との距離が１μｍ以上となるように前記ナノ材料層上にＶ字形状の溝を形成する
熱輸送装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記ナノ材料層の表面に親水化処理を行う
熱輸送装置の製造方法。
【請求項１１】
蒸発部を構成する基板上に触媒層を形成し、
触媒層が設けられた基板と型との間に反応気相を流すことで、表面にＶ字形状の溝を有するナノ材料層を形成する
熱輸送装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記ナノ材料層の表面に親水化処理を行う
熱輸送装置の製造方法。
【請求項１３】
蒸発部を構成する基板にＶ字形状の溝を形成し、
前記基板上に触媒層を形成し、
前記触媒層上にナノ材料層を形成する
熱輸送装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記ナノ材料層の表面に親水化処理を行う
熱輸送装置の製造方法。
【請求項１】
ナノ材料からなり、表面にＶ字形状の溝を有する蒸発部と、
前記蒸発部と連通する流路と、
前記流路を介して前記蒸発部と連通する凝縮部と、
前記蒸発部で液相から気相に蒸発し、前記凝縮部で気相から液相に凝縮する作動流体と
を具備する熱輸送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
前記Ｖ字形状の溝の底角２θ（１０≦２θ≦１３０）と、幅ａとの関係は、ａ≦１１×２θ＋５０かつａ≧０．３×２θ＋１である
熱輸送装置。
【請求項３】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
前記溝は、前記蒸発部の表面に同心状及び放射状に設けられている
熱輸送装置。
【請求項４】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
前記溝は、前記蒸発部の表面に螺旋状及び放射状に設けられている
熱輸送装置。
【請求項５】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
前記蒸発部の裏面と前記溝の底部との距離が１μｍ以上である
熱輸送装置。
【請求項６】
請求項１に記載の熱輸送装置であって、
前記蒸発部の表面は親水性を有する
熱輸送装置。
【請求項７】
熱源と、
ナノ材料からなり、表面にＶ字形状の溝を有する蒸発部と、前記蒸発部と連通する流路と、前記流路を介して前記蒸発部と連通する凝縮部と、前記蒸発部で液相から気相に蒸発し、前記凝縮部で気相から液相に凝縮する作動流体とを有する熱輸送装置と
を具備する電子機器。
【請求項８】
蒸発部を構成する基板上に触媒層を形成し、
前記触媒層上にナノ材料層を形成し、
バイト加工及びプレス加工のいずれか一方を用いて前記ナノ材料層上にＶ字形状の溝を形成する
熱輸送装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記溝の底部と前記触媒層との距離が１μｍ以上となるように前記ナノ材料層上にＶ字形状の溝を形成する
熱輸送装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記ナノ材料層の表面に親水化処理を行う
熱輸送装置の製造方法。
【請求項１１】
蒸発部を構成する基板上に触媒層を形成し、
触媒層が設けられた基板と型との間に反応気相を流すことで、表面にＶ字形状の溝を有するナノ材料層を形成する
熱輸送装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記ナノ材料層の表面に親水化処理を行う
熱輸送装置の製造方法。
【請求項１３】
蒸発部を構成する基板にＶ字形状の溝を形成し、
前記基板上に触媒層を形成し、
前記触媒層上にナノ材料層を形成する
熱輸送装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記ナノ材料層の表面に親水化処理を行う
熱輸送装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【公開番号】特開２０１０−１２１８６７（Ｐ２０１０−１２１８６７Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９６６２６（Ｐ２００８−２９６６２６）
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２０日（２００８．１１．２０）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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