JP2012184875A - 平面型ヒートパイプ構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平面型ヒートパイプの支持力を強化し、歩留まりを向上させる平面型ヒートパイプ構造およびその製造方法を提供する。
【解決手段】管体１１、薄片体１２および少なくとも一つの凸柱１３を含む。管体１１は、断面扁平状で、第１の側部１１１１および第２の側部１１１２を有する収納空間１１１を設けている。収納空間１１１は、両方の端部にそれぞれ第１の閉鎖端１１２および第２の閉鎖端１１３を連接し、内部に作動液体２を有する。薄片体１２は、第１の延伸部１２ａおよび第２の延伸部１２ｂを有し、管体１１の収納空間１１１内に配置されている。第１の延伸部１２ａおよび第２の延伸部１２ｂは、相互に交錯しながら連接し、複数のマス目１２１を画定している。凸柱１３は、焼結粉末体で、薄片体１２上で選択されたマス目１２１内に固設されるか、全てのマス目１２１内に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、平面型ヒートパイプ構造およびその製造方法に関し、特に、平面型ヒートパイプの支持力を強化し、歩留まりを向上させる平面型ヒートパイプ構造およびその製造方法に関する。

電子産業の発展にとって、冷却または放熱は常に大きな問題である。性能、統合性および機能に対する要求が高くなるにつれ、放熱性能の向上の要請も大きくなった。そのため、熱交換効率に関する研究開発が重要な課題となったのである。

放熱器（Heat Sink）は、電子デバイスまたはシステムの発生した熱量を空気中に放出するのに用いられる。熱抵抗が小さい場合、放熱器の放熱効率が高い。熱抵抗は、放熱器内部の熱伝導性、および放熱器表面と空気との間に発生する対流抵抗からなる。熱伝導性は、銅、アルミニウムなど熱伝導性が高い材料から製造された放熱器により下げることが可能であるが、対流抵抗は、放熱器の特性を低下させるため、次世代の電子デバイスの放熱要求を満たすことができなかった。

現在、市場において、平面型ヒートパイプ（Heat pipe）、 ベーパーチャンバ（Vapor chamber）という放熱効率がさらに高い放熱器が注目され、他の放熱器と組み合わせて用いることにより、当面の放熱問題を解決している。

従来の平面型ヒートパイプ構造は、平面型ヒートパイプ内の中空部に金属粉末を充填し、焼結により平面型ヒートパイプの内壁に毛細管構造を形成している。また、中空部に金属メッシュを配置して毛細管構造を形成することもできる。次に、平面型ヒートパイプ内部を真空にし、作動液体を充填して密閉する。従来の平面型ヒートパイプ構造は、支持構造を持たなかったため、凹んだり熱膨張したりすることがあった。平面型ヒートパイプ構造に圧力が加えられると、内部の毛細管構造（焼結した金属粉末）が破壊され、内壁から剥がれてしまうことがあった。そのため、平面型ヒートパイプ構造の熱伝導率が大幅に低下してしまった。また、平面型ヒートパイプは、チャンバ内壁に毛細管構造および中空部の金属メッシュしかなかったため、作動液体が気体から液体に凝縮される際に、重力および壁面の毛細管還流により気液循環を行い、気液循環効率がはなはだ不良であった。

特許文献１は、ベーパーチャンバーおよび支持構造を開示している。ベーパーチャンバーは、カバー、およびカバー内部に収納された毛細管構造と支持構造を有する。支持構造は、間隔をあけて配列された複数の溝を有する板体を備える。各溝内には、波片がそれぞれ形成されている。波片の上下両端は、毛細管構造をそれぞれ押し付け、毛細管構造とカバーの内壁とを相互に接触させる。波片がベーパーチャンバの中空部に配置されることにより、焼結粉末が圧迫されて凹むのを防いだり、気相変化量を増加させて熱伝導速度を加速させたりすることはできたが、作動液体の還流を補助したり、毛細管効果を向上させることはできなかった。

以上のように、従来のベーパーチャンバおよび支持構造には３つの欠点があった。１、歩留まりが悪かった。２、気液循環が不良だった。３、支持構造が弱かった。

特開２００９−１８０４３７号公報 特開２００４−５３１８６号公報 台湾特許第Ｍ３３６６７３号公報

本発明の第１の目的は、熱伝導速度の加速、支持力の強化、および毛細管効果の向上を実現させる平面型ヒートパイプ構造を提供することにある。
本発明の第２の目的は、歩留まりを向上させ、コストを低下させる平面型ヒートパイプ構造の製造方法を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明は、平面型ヒートパイプ構造およびその製造方法を提供する。本発明の平面型ヒートパイプ構造は、管体、薄片体および少なくとも一つの凸柱を具える。管体は、断面扁平状で、第１の側部および第２の側部を有する収納空間を設けている。収納空間は、両方の端部にそれぞれ第１の閉鎖端および第２の閉鎖端を連接し、内部に作動液体を有する。薄片体は、第１の延伸部および第２の延伸部を有し、管体の収納空間内に配置されている。第１の延伸部および第２の延伸部は、相互に交錯しながら連接し、複数のマス目を画定している。凸柱は、焼結粉末体からなりで、薄片体上で選択されたマス目内に固設されるか、全てのマス目内に配置されている。凸柱の両方に端部は、第１の側部および第２の側部にそれぞれ連接している。

本発明の平面型ヒートパイプ構造およびその製造方法は、凸柱を設けることにより、平面型ヒートパイプ構造の支持強度を大幅に増加させるだけでなく、内部の気液循環効率をさらに向上させ、作動液体を凸柱から還流させ、熱伝導効率を向上させることができる。また、拡散接合を用いて凸柱と管体との結合を強化させることにより、熱抵抗現象を防ぐことができる。

本発明の第１の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示すもう一つの分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す断面図である。 本発明の第７の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の薄片体を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の製造方法を示すフロー図である。 本発明の第３の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の製造方法を示すフロー図である。 本発明の第１の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の製造方法を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜３を参照する。図１は、本発明の第１の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す分解斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示すもう一つの分解斜視図である。図３は、本発明の第１の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す断面図である。図１〜３に示すように、本発明の平面型ヒートパイプ構造１は、管体１１、薄片体１２および少なくとも一つの凸柱１３を具える。

管体１１は、断面扁平状で、第１の側部１１１１および第２の側部１１１２の間に収納空間１１１を設けている。収納空間１１１は、両端部にそれぞれ第１の閉鎖端１１２および第２の閉鎖端１１３を設け、内部に作動液体２を充填する。

薄片体１２は、第１の延伸部１２ａおよび第２の延伸部１２ｂを有し、管体１１の収納空間１１１内に配置されている。第１の延伸部１２ａおよび第２の延伸部１２ｂは、相互に交錯しながら接続し、複数のマス目１２１を画定している。

凸柱１３は、焼結粉末体で、薄片体１２の選択されたマス目１２１内に固設されるか、全てのマス目１２１内（図２参照）に配置されている。凸柱１３の両方の端部は、第１の側部１１１１および第２の側部１１１２にそれぞれ接続している。

凸柱１３は、必要に応じて態様を変更可能であり、増加または減少させたり、薄片体１２の一部分に密集させることもできる。

図４を参照する。図４は、本発明の第２の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す断面図である。図４に示すように、第２の実施形態は、第１の実施形態とほとんど同様であるため、異なる部分のみを説明する。凸柱１３は、外縁に少なくとも一つの溝１３１をさらに有する。

図５を参照する。図５は、本発明の第３の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す断面図である。図５に示すように、第３の実施形態は、第１の実施形態とほとんど同様であるため、異なる部分のみを説明する。凸柱１３は、銅柱である。

図６を参照する。図６は、本発明の第４の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す断面図である。図６に示すように、第４の実施形態は、第３の実施形態とほとんど同様であるため、異なる部分のみを説明する。凸柱１３は、外縁に少なくとも一つの溝１３２をさらに有する。

図７を参照する。図７は、本発明の第５の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す断面図である。図７に示すように、第５の実施形態は、第３の実施形態とほとんど同様であるため、異なる部分のみを説明する。凸柱１３は、外縁に焼結粉末環体１３３を有する。

図８を参照する。図８は、本発明の第６の実施形態による平面型ヒートパイプ構造を示す断面図である。図８に示すように、第６の実施形態は、第５の実施形態とほとんど同様であるため、異なる部分のみを説明する。焼結粉末環体１３３は、少なくとも一つの溝１３３１を有する。

図９を参照する。図９は、本発明の第７の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の薄片体を示す斜視図である。図９に示すように、第７の実施形態は、第１の実施形態とほとんど同様であるため、異なる部分のみを説明する。第１の延伸部１２ａは、内縁に通路１２ｃを有する弧状の突起である。

上記した各実施形態は、凸柱１３を設けることにより、平面型ヒートパイプ構造１の支持強度を大幅に増加させているばかりか、内部の気液循環効率をさらに増加させ、作動液体２を凸柱１３から還流させ、熱伝導効率を加速させることができる。

図１０、図１２および図１３を参照する。図１０は、本発明の第１の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の製造方法を示すフロー図である。
図１２は、本発明の第１の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の製造方法を示す断面図である。図１３は、本発明の第１の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の製造方法を示す断面図である。図１０、図１２および図１３に示すように、平面型ヒートパイプ構造１の製造方法は、第１の工程Ｓ１および第２の工程Ｓ２からなる。

第１の工程Ｓ１において、断面扁平状の管体と、複数のマス目および凸柱と、を有する薄片体を準備する。準備された断面扁平状の管体（管体１１）と、複数のマス目（マス目１２１）および凸柱（凸柱１３）と、を有する薄片体（薄片体１２）で、管体は、銅およびアルミ材料か、両者のうちの熱伝導効率が高いいずれかで、本実施形態では銅材料を用いているが、これに限定されるものではない。凸柱１３は、焼結粉末体で、機械加工であるプレス法でプレス用金型３１およびパンチ３２を用いて薄片体１２のマス目１２１内にプレスされ、薄片体１２に結合させられる。

第２の工程Ｓ２において、断面扁平状の管体内に薄片体を配置し、薄片体を密閉する。要するに、薄片体（薄片体１２）および凸柱（凸柱１３）が管体（管体１１）内に配置され、薄片体（薄片体１２）が密閉される。

図１０、図１４および図１５を参照する。図１４は、本発明の第２の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の製造方法を示す断面図である。図１５は、本発明の第２の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の製造方法を示す断面図である。図１０、図１４および図１５に示すように、平面型ヒートパイプ構造１の製造方法は、第１の工程Ｓ１および第２の工程Ｓ２からなる。

第１の工程Ｓ１において、断面扁平状の管体、および複数のマス目、凸柱を有する薄片体を準備する。準備された断面扁平状の管体（管体１１）、および複数のマス目（マス目１２１）、凸柱（凸柱１３）を有する薄片体（薄片体１２）で、管体は、銅およびアルミ材料か、両者のうちの熱伝導効率が高いいずれかで、本実施形態では銅材料を用いているが、これに限定されるものではない。凸柱１３は、焼結粉末体である。焼結により金属粉末４と薄片体１２とを結合させる。焼結工程では、凸柱１３に焼結成型したい部分に金属粉末４を充填し、金属粉末４をプレスして焼結を行なうと、凸柱１３が形成されて薄片体１２と結合する（図１３および１４参照）。

第２の実施形態の第２の工程Ｓ２は、第１の実施形態と同様のため、説明を省略する。

第１の実施形態および第２の実施形態中の薄片体１２もマス目１２１は、プレス加工により成型される。

図１、図２および図１１を参照する。図１１は、本発明の第３の実施形態による平面型ヒートパイプ構造の製造方法を示すフロー図である。図１、図２および図１１に示すように、平面型ヒートパイプ構造１の製造方法は、第１の工程Ｓ１および第２の工程Ｓ２からなる。

第３の実施形態の第１の工程Ｓ１および第２の工程Ｓ２は、第１の実施形態とほとんど同様であるため、異なる部分のみを説明する。第２の工程Ｓ２の後、第３の工程Ｓ３を加えた。第３の工程Ｓ３において、凸柱および断面扁平状の管体に拡散接合工程を行なう。

拡散接合を用いて凸柱１３と管体１１とを緊密に結合させることにより、凸柱１３と管体１１との結合を強化し、熱伝導抵抗を低減する。

本発明では好適な実施形態を前述の通りに開示したが、これらは決して本発明を限定するものではなく、当該技術を熟知する者は誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の保護の範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

１ 平面型ヒートパイプ構造
２ 作動液体
４ 金属粉末
１１ 管体
１２ 薄片体
１２ａ 第１の延伸部
１２ｂ 第２の延伸部
１２ｃ 通路
１３ 凸柱
３１ プレス用金型
３２ パンチ
１１１ 収納空間
１１２ 第１の閉鎖端
１１３ 第２の閉鎖端
１２１ マス目
１３１ 溝
１３２ 溝
１３３ 焼結粉末環体
１１１１ 第１の側部
１１１２ 第２の側部
１３３１ 溝
Ｓ１ 工程１
Ｓ２ 工程２
Ｓ３ 工程３

Claims (13)

1. 扁平な第１の側部および第２の側部間に収納空間を形成し、該収納空間両端部にそれぞれ第１の閉鎖端および第２の閉鎖端を結合して密閉し、内部に作動液体を充填した断面扁平状の管体と
   延長して相互に交錯して接続されることにより、複数のマス目を画定する第１の延伸部および第２の延伸部からなり、上記管体内に配置された薄片体と、
   上記薄片体の前記マス目内に固設され、その両端部が前記第１の側部および前記第２の側部にそれぞれ接合している少なくとも一つの凸柱と、
   からなることを特徴とする平面型ヒートパイプ構造。
2. 前記凸柱は、銅柱であることを特徴とする請求項１に記載の平面型ヒートパイプ構造。
3. 前記凸柱は、外縁に少なくとも一つの溝をさらに有する銅柱であることを特徴とする請求項１に記載の平面型ヒートパイプ構造。
4. 前記凸柱は、焼結粉末体であることを特徴とする請求項１に記載の平面型ヒートパイプ構造。
5. 前記凸柱は、外縁に焼結粉末環体を有する銅柱であることを特徴とする請求項１に記載の平面型ヒートパイプ構造。
6. 前記凸柱は、外縁に少なくても一つの溝を有する焼結粉末体であることを特徴とする請求項１に記載の平面型ヒートパイプ構造。
7. 前記凸柱は、各マス目に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の平面型ヒートパイプ構造。
8. 前記第１の延伸部は、内縁に通路を有する弧状の突起であることを特徴とする請求項１に記載の平面型ヒートパイプ構造。
9. 断面扁平状の管体と、複数のマス目および凸柱と、を有する薄片体を準備する工程１と、
   断面扁平状の前記管体内に前記薄片体を配置し、前記薄片体を密閉する工程２と、からなることを特徴とする平面型ヒートパイプ構造の製造方法。
10. 前記凸柱は、プレス法により前記薄片体に結合させられることを特徴とする請求項９に記載の平面型ヒートパイプ構造の製造方法。
11. 前記凸柱は、粉末焼結により前記薄片体上に成型されることを特徴とする請求項９に記載の平面型ヒートパイプ構造の製造方法。
12. 前記薄片体は、複数のマス目がプレスにより成型されることを特徴とする請求項９に記載の平面型ヒートパイプ構造の製造方法。
13. 断面扁平状の前記管体内に前記薄片体を配置し、前記薄片体を密閉する前記工程２は、拡散接合により凸柱と断面扁平状の管体との結合度を増加させる工程３をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の平面型ヒートパイプ構造の製造方法。

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