(57)【要約】【課題】大型化することなく高い凝縮効率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ヒートスプレッダの製造方法を提供すること【解決手段】凝縮側板材４１に、柱部６０を形成する。凝縮側板材４１の柱部６０が設けられた面と柱部６０の表面（側面及び端部６１）とに先端が下方に向かうようにカーボンナノチューブ等のナノ材料を生成する。柱部６０の端部６１に形成されたナノ材料を除去する。残ったナノ材料は凝縮部２０となる。柱部６０の端部６１と、蒸発側板材４２の蒸発部７０が形成されていない領域を接合する。これにより、凝縮側板材４１及び柱部６０の側面に凝縮部２０が形成されたヒートスプレッダ１０を製造する。柱部６０と凝縮側板材４１及び蒸発側板材４２との接合部分にはナノ材料が形成されていないので、これらの密着性が向上し、ヒートスプレッダ１０の強度が向上する。【選択図】図３
2010062234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ材料からなる凝縮部
を具備するヒートスプレッダ。
【請求項２】
請求項１に記載のヒートスプレッダであって、
前記凝縮部が設けられた第１の領域を有する第１の面を有する第１の板材と、
前記第１の面と対向するように配置された第２の面を有する第２の板材と、
前記第１の板材の第１の領域から前記第２の板材に向けて突出し、ナノ材料が除去され、前記第２の板材の第２の面と接触する端部を有する支持部と
を更に具備するヒートスプレッダ。
【請求項３】
請求項２に記載のヒートスプレッダであって、
前記第２の板材の前記第２の面の第２の領域に設けられ、ナノ材料からなる蒸発部を更に具備し、
前記端部は、前記第２の面の前記第２の領域以外の第３の領域に接触する
ヒートスプレッダ。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載のヒートスプレッダであって、
前記第１の板材は、第１の位置に配置され、
前記第２の板材は、前記第１の位置よりも低い第２の位置に配置され、
前記凝縮部を構成するナノ材料は、先端が下方に向かうカーボンナノチューブである
ヒートスプレッダ。
【請求項５】
熱源と、
ナノ材料からなる凝縮部を有するヒートスプレッダと
を具備する電子機器。
【請求項６】
請求項５に記載の電子機器であって、
前記ヒートスプレッダは、前記凝縮部が設けられた第１の領域を有する第１の面を有する第１の板材と、前記第１の面と対向するように配置された第２の面を有する第２の板材と、前記第１の板材の第１の領域から前記第２の板材に向けて突出し、ナノ材料が除去され、前記第２の板材と接触する端部を有する支持部とを更に有する
電子機器。
【請求項７】
第１の領域に突出部を有する第１の板材を準備し、
前記突出部が形成された前記第１の領域にナノ材料を生成し、
前記突出部の端部に生成されたナノ材料を除去し、
前記突出部の端部に第２の板材の第２の領域を接触させる
ヒートスプレッダの製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載のヒートスプレッダの製造方法であって、
前記第２の板材の前記突出部と接触する面の前記第２の領域以外の第３の領域に、ナノ材料を生成する
ヒートスプレッダの製造方法。
【請求項９】
請求項７に記載のヒートスプレッダの製造方法であって、
前記ナノ材料はカーボンナノチューブであり、
前記第１の板材を第１の位置に配置し、
前記第２の板材を前記第１の位置よりも低い第２の位置に配置し、
先端が下方に向かうようにカーボンナノチューブを生成する
ヒートスプレッダの製造方法。
【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ヒートスプレッダの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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拡散するデバイスとして、ヒートスプレッダが使われている。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相変化型ヒートスプレッダも提案されている。
【０００３】
このような相変化型ヒートスプレッダでは、熱源からの熱を受けた蒸発部で作動流体が蒸発し、蒸発した作動流体は凝縮し、流路を通って蒸発部に戻る。このような動作が繰り返され、熱源の熱が拡散する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】米国特許公開第２００７／０５８０５２号（段落[００３２]、図４）
【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凝縮部の表面積が大きいほど凝縮を促進させることが知られている。従って、ヒートスプレッダにおいて、作動流体の凝縮効率を高めるためには、凝縮部の表面積を大きくすればよい。しかし、この主のデバイスが実装される電子機器は、凝縮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、この主のデバイスにおいて、凝縮部の表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凝縮効率が得られるヒートスプレッダ及びこのヒートスプレッダ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、信頼性の高いヒートスプレッダ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、本発明に係るヒートスプレッダは、ナノ材料からなる凝縮部を具備する。
【０００９】
本発明によれば、ナノ材料は表面にナノ構造を有するので、表面積の大きな凝縮部が実現できる。このため、凝縮部を大型化することなく高い凝縮効率が得られる。
【００１０】
本発明において、第１の板材と、第２の板材と、支持部とを更に具備してもよい。第１の板材は、前記凝縮部が設けられた第１の領域を有する第１の面を有する。第２の板材は、前記第１の面と対向するように配置された第２の面を有する。支持部は、前記第１の板材の第１の領域から前記第２の板材に向けて突出し、端部を有する。端部は、ナノ材料が除去され、前記第２の板材の第２の面と接触する。
【００１１】
本発明によれば、支持部を設けることで、対向する２つの板材を備えるヒートスプレッダの強度を向上させることができる。第１の板材から突出する支持部の端部は第２の板材と接触するが、この端部に生成されたナノ材料は除去されている。これにより、支持部の端部と第２の板材との密着性が向上するため、ヒートスプレッダの強度を更に向上させることができる。
【００１２】
本発明において、前記第２の板材の前記第２の面の第２の領域に設けられ、ナノ材料からなる蒸発部を更に具備し、前記端部は、前記第２の面の前記第２の領域以外の第３の領域に接触してもよい。
【００１３】
本発明によれば、蒸発部はナノ材料からなる。ナノ材料は表面にナノ構造を有するので、表面積の大きな蒸発部が実現できる。第２の板材の、支持部の端部と接触する領域にはナノ材料からなる蒸発部が設けられていない。これにより、支持部の端部と第２の板材との密着性が向上するため、ヒートスプレッダの強度を更に向上させることができる。
【００１４】
本発明において、前記第１の板材は、第１の位置に配置され、前記第２の板材は、前記第１の位置よりも低い第２の位置に配置され、前記凝縮部を構成するナノ材料は、先端が下方に向かうカーボンナノチューブであってもよい。
【００１５】
本発明によれば、凝縮部が蒸発部よりも高い位置に配置される。このため、凝縮部で凝縮した作動流体が重力で蒸発部に流通することができる。凝縮部を構成するナノ材料はカーボンナノチューブである。カーボンナノチューブは高い配向性を有する。この配向性を利用して先端が下方に向かうようにカーボンナノチューブを生成することで、重力による作動流体の流通効率を更に向上できる。
【００１６】
本発明に係る電子機器は、熱源と、ナノ材料からなる凝縮部を有するヒートスプレッダとを具備する。
【００１７】
本発明のヒートスプレッダによれば、ナノ材料は表面にナノ構造を有するので、表面積の大きな凝縮部が実現できる。このため、凝縮部を大型化することなく高い凝縮効率が得られる。
【００１８】
本発明によれば、熱源がこのヒートスプレッダに熱的に接続されるため、ヒートスプレッダが熱源の熱を効率よく拡散することができる。
【００１９】
本発明において、前記ヒートスプレッダは、第１の板材と、第２の板材と、支持部とを更に有してもよい。第１の板材は、前記凝縮部が設けられた第１の領域を有する第１の面を有する。第２の板材は、前記第１の面と対向するように配置された第２の面を有する。支持部は、前記第１の板材の第１の領域から前記第２の板材に向けて突出し、端部を有する。端部は、ナノ材料が除去され、前記第２の板材の第２の面と接触する。
【００２０】
本発明のヒートスプレッダによれば、支持部を設けることで対向する２つの板材を備えるヒートスプレッダの強度を向上させることができる。第１の板材から突出する支持部の端部は第２の板材と接触するが、この端部に生成されたナノ材料は除去されている。これにより、支持部の端部と第２の板材との密着性が向上するため、ヒートスプレッダの強度を更に向上させることができる。
【００２１】
本発明によれば、熱源がこのヒートスプレッダに熱的に接続されるため、ヒートスプレッダが熱源の熱を効率よく拡散することができる。
【００２２】
本発明に係るヒートスプレッダの製造方法は、第１の領域に突出部を有する第１の板材を準備し、前記突出部が形成された前記第１の領域にナノ材料を生成し、前記突出部の端部に生成されたナノ材料を除去し、前記突出部の端部に第２の板材の第２の領域を接触させる。
【００２３】
本発明によれば、第１の板材の第１の領域にナノ材料を生成し、突出部の端部に生成されたナノ材料を除去することで、支持部の端部と第２の板材との密着性が向上するため、ヒートスプレッダの強度を更に向上させることができる。これにより、製造が容易で信頼性が高い製造方法が可能となる。
【００２４】
本発明において、前記第２の板材の前記突出部と接触する面の前記第２の領域以外の第３の領域に、ナノ材料を生成してもよい。
【００２５】
本発明によれば、第２の板材の、支持部の端部と接触する領域にはナノ材料が設けられておらず、支持部の端部と第２の板材との密着性が向上するため、ヒートスプレッダの強度を更に向上させることができる。これにより、製造が容易で信頼性が高い製造方法が可能となる。
【００２６】
本発明において、前記ナノ材料はカーボンナノチューブであり、前記第１の板材を第１の位置に配置し、前記第２の板材を前記第１の位置よりも低い第２の位置に配置し、先端が下方に向かうようにカーボンナノチューブを生成してもよい。
【００２７】
本発明によれば、凝縮部を構成するナノ材料はカーボンナノチューブである。カーボンナノチューブは高い配向性を有する。この配向性を利用して、先端が下方に向かうようにカーボンナノチューブを生成できる。これにより、製造が容易で信頼性が高い製造方法が可能となる。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明のヒートスプレッダによれば、大型化することなく高い凝縮効率が得られる。
【００２９】
本発明のヒートスプレッダの製造方法によれば、製造が容易で、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】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００３１】
（ヒートスプレッダの構造）
図１は、本発明の実施形態に係るヒートスプレッダを示す平面図である。図２は、図１に示したヒートスプレッダを示す側面図である。図３は、図１に示したＡ−Ａ線断面から見たヒートスプレッダを示す縦断面図である。図４は、図２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。
【００３２】
図１〜図４に示すように、ヒートスプレッダ１０は、薄型で矩形状の筐体４０を有する。筐体４０内には、凝縮部２０、蒸発部７０、流路３０及び柱部６０が設けられている。筐体４０は、内部に図示しない作動流体（以下、冷媒とする。）が封入されている。
【００３３】
筐体４０は、矩形状を有する凝縮側板材４１（第１の板材）と、凝縮側板材４１に対向して設けられる蒸発側板材４２（第２の板材）と、側板材４３とを備える。凝縮側板材４１はヒートスプレッダ１０の凝縮側に相当し、蒸発側板材４２はヒートスプレッダ１０の蒸発側に相当する。凝縮側板材４１は蒸発側板材４２より高い位置に配置される。具体的には、凝縮側板材４１は蒸発側板材４２の上部に流路３０を挟んで配置されている。
【００３４】
筐体４０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。金属のほか、カーボン等の高熱伝導性の材料でもよい。凝縮側板材４１、蒸発側板材４２及び側板材４３の全てが異なる材料で構成されていてもよいし、これらのうち一部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。凝縮側板材４１、蒸発側板材４２及び側板材４３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。
【００３５】
蒸発側板材４２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。
【００３６】
凝縮側板材４１は、柱部６０（支持部、突出部）を備える。柱部６０は、凝縮側板材４１の蒸発側板材４２と対向する面（第１の面）に形成され、蒸発側板材４２に向けて突出する。柱部６０はその端部６１で蒸発側板材４２の凝縮側板材４１と対向する面（第２の面）に接触し、凝縮側板材４１と蒸発側板材４２とを備えるヒートスプレッダ１０の強度を向上させる。図示の例では、円形の断面形状を有する柱部６０が４つ設けられているが、柱部６０の断面形状は矩形、楕円形、多角形等、任意の形状でよく、柱部６０の数も任意でよい。
【００３７】
柱部６０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。金属のほか、カーボン等の高熱伝導性の材料でもよい。柱部６０と凝縮側板材４１とは予め一体的な部材として形成されてもよいし、別々の部材として形成された後にろう付け、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。
【００３８】
凝縮部２０は、凝縮側板材４１の蒸発側板材４２と対向する面及び柱部６０の側面とに形成される。凝縮部２０は、ナノ材料からなる。ナノ材料とは、例えばカーボンナノチューブであるが、これに限定されない。カーボンナノチューブは、先端が下方（鉛直方向）に向かうように生成されている。カーボンナノチューブは疎水性を有する。使用する冷媒に応じて、凝縮部２０の表面には適宜親水化処理が行われる。凝縮部２０は例えば凝縮側板材４１の、側板材４３と接合される領域以外の領域及び柱部６０の側面に形成される。これにより、表面積の大きな凝縮部２０が形成でき、凝縮効率を向上させることができる。また、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有するので、カーボンナノチューブで凝縮部２０を形成する場合、例えば銅等の金属材料からなる凝縮側板材４１のみで蒸発側が構成される場合と比較して、極めて高い蒸発効率が得られ、凝縮効率を更に向上させることができる。
【００３９】
蒸発部７０は、蒸発側板材４２の、凝縮側板材４１と対向する面（第２の面）の、柱部６０が接触しない任意の領域、例えば蒸発側板材４２の略中央に形成される。蒸発部７０はナノ材料からなる。ナノ材料は表面にナノ構造を有するので、蒸発側を金属材料等からなる蒸発側板材４２だけで構成する場合に比べて、蒸発側の表面積が増大し、蒸発効率を向上させることができる。ナノ材料は例えばカーボンナノチューブであるが、これに限定されない。蒸発部７０の表面には適宜親水化処理が行われる。カーボンナノチューブで蒸発部７０を形成する場合、例えば銅等の金属材料からなる蒸発側板材４２のみで蒸発側が構成される場合と比較して、極めて高い蒸発効率が得られる。
【００４０】
蒸発部７０は、蒸発側板材４２の略中央部に形成されている。この領域は、蒸発側板材４２に熱的に接続される熱源５０の位置に対応する。熱源５０に対応する領域、すなわち熱源５０の熱が集中する領域に蒸発部７０を形成することで、冷媒の蒸発効率を向上させることができる。
【００４１】
流路３０は、凝縮部２０と、蒸発部７０と、蒸発側板材４２と、側板材４３とによって形成される領域である。流路３０は、凝縮部２０と蒸発部７０及び蒸発側板材４２との間の冷媒の流路である。
【００４２】
ヒートスプレッダ１０の平面一辺の長さｅは、例えば３０〜５０ｍｍである。ヒートスプレッダ１０の高さｈは、例えば２〜５ｍｍである。このヒートスプレッダ１０のサイズは、ヒートスプレッダ１０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１０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１０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６００ｍｍ程度とすればよい。ヒートスプレッダ１０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。また、ヒートスプレッダ１０の形状は、この実施形態で示した矩形状に限定されるものではない。ヒートスプレッダ１０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１０の吸熱密度は、例えば８Ｗ／ｍｍ２以下である。
【００４３】
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が、これらに限られない。しかしながら、潜熱や地球環境保全の観点からは純水を使用するのがよい。
【００４４】
なお、これらの図では、説明を分かりやすくするため、筐体４０に対する凝縮部２０、蒸発部７０、柱部６０等のスケール比を大きくするするなど、実際の形状から変更して描いている。
【００４５】
図５は、蒸発部の形状の他の形態を示す平面図である。
【００４６】
図５に示すように、蒸発部７１は、蒸発側板材４２の中央部を含む十字形に形成される。熱源５０に対応する領域とともに、更に別の領域にも蒸発部７０を形成することで、蒸発部の表面積を大きくすることができ、冷媒の蒸発効率を更に向上させることができる。蒸発部７１が形成された領域には、柱部６０と接触する領域は含まれない。柱部６０が接触する領域に蒸発部７０を形成しないので、柱部６０と蒸発側板材４２との密着性を悪化させることがなく、ヒートスプレッダ１０の強度を向上させることができる。
【００４７】
蒸発部を蒸発側板材４２に形成する場合、密着性の観点から、柱部６０の端部  ６１との接触領域を含まなければ、蒸発部７０はいかなる領域に形成されてもよい。蒸発部を形成するナノ材料は表面にナノ材料を有するので、金属板等同士を接合する場合と比較して、層状に形成したナノ材料と金属板等を接合すると、密着性が低減するためである。加えて、蒸発効率の観点から、熱源５０に対応する領域を含む領域に形成するのがよい。
【００４８】
（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１０の動作について説明する。図６は、その動作を説明するための模式図である。
【００４９】
熱源５０が熱を発生すると、この熱が、蒸発側板材４２を介して筐体４０内に伝達される。そうすると、蒸発側板材４２上の液相の冷媒（以下、液冷媒とする。）は蒸発し、気相の冷媒（以下、蒸気冷媒とする。）となる。
【００５０】
蒸気冷媒は、凝縮部２０に向かうように流路３０を流通する（矢印Ａ）。蒸気冷媒が流路３０を流通することで熱が拡散し、蒸気冷媒は凝縮部２０で凝縮し、液相に戻る（矢印Ｂ）。これによりヒートスプレッダ１０は熱を放出する（矢印Ｃ）。液冷媒は流路３０を流通して蒸発側板材４２に戻る（矢印Ｄ）。
【００５１】
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１０により拡散する。
【００５２】
図６で矢印Ａ〜Ｄ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。
【００５３】
矢印Ｂで示される、液冷媒の凝縮部２０における凝縮について説明する。
【００５４】
凝縮部２０はカーボンナノチューブ等のナノ材料からなり、表面にナノ構造を有する。すなわち、凝縮部２０の表面積は、凝縮部２０が凝縮側板材４１に形成されない場合よりも大きい。凝縮部２０には適宜親水化処理が行われている。このため、液冷媒がナノ構造の細部まで浸透することができる。ナノ材料が高熱伝導特性を有するカーボンナノチューブの場合、ナノ材料の細部まで浸透した液冷媒の潜熱を効率よく伝導させることができる。すなわち、凝縮部２０の大表面積、親水性及び高熱伝導性により、凝縮効率を向上させることができる。
【００５５】
矢印Ｄで示される、液冷媒の流路３０の流通について説明する。
【００５６】
凝縮部２０で凝縮した液冷媒は、重力で流路３０を流通して蒸発側板材４２へと戻る。凝縮部２０を形成するカーボンナノチューブは、先端が下方に向かうように生成されている。液冷媒は先端が下方に向かうカーボンナノチューブをつたって流路３０へと向かう。この構造により、重力による流通を促進させることができる。凝縮後の液冷媒がカーボンナノチューブをつたって速やかに流路３０へと向かうので、新たに凝縮部２０に到達する蒸気冷媒の凝縮の妨げになることも無い。
【００５７】
これにより、蒸発側板材４２への液冷媒の供給量が減少するおそれが低減し、冷媒の循環に障害をきたすことなく、動作の安定性を実現できる。
【００５８】
なお、ヒートスプレッダ１０の凝縮側板材４１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１０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。
【００５９】
（凝縮部の構造）
次に、以上のように構成されたヒートスプレッダ１０の凝縮部２０へのナノ材料の生成について説明する。
【００６０】
図７は、凝縮部２０を形成するナノ材料をカーボンナノチューブとしたときの、カーボンナノチューブの生成長さに対する凝縮効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。凝縮効率は、平均凝縮熱伝達率から求めたΔＴで評価する。ここでは一般的なヌセルトの水膜理論を適用した。図７において、横軸は、カーボンナノチューブの生成長さ（μｍ）であり、縦軸は平均凝縮熱伝達率から求めたΔＴ（Ｋ）である。カーボンナノチューブの生成密度（１／ｃｍ２）を変数とした。
【００６１】
図８は、凝縮部２０を形成するナノ材料をカーボンナノチューブとしたときの、カーボンナノチューブの生成密度に対する凝縮効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。横軸は、カーボンナノチューブの生成密度（１／ｃｍ２）であり、縦軸は平均凝縮熱伝達率から求めたΔＴ（Ｋ）である。カーボンナノチューブの生成長さ（μｍ）を変数とした。
【００６２】
図７及び図８に示したグラフは、下記の式（１）〜（９）により求められる。
【００６３】
各式のパラメータは、表１に示すとおりである。
【００６４】
【表１】
2010062234.tif 000003
【００６５】
冷媒に水を用いたときの凝縮性能（過熱度ΔＴ）が小さいほど、凝縮の際の温度変化を小さくすることができる。凝縮物性値として４０℃のときの値を用いた（動粘度６．６ｅ−７ｍ２／ｓ、密度９９３ｋｇ／ｍ３、熱伝導率０．６３Ｗ／（ｍＫ）、凝縮潜熱２４０７ｋＬ／ｋｇ）。また、８０Ｗを１６ｃｍ２の面積で直径５０ｎｍのカーボンナノチューブを形成していると仮定している。
【００６６】
【数１】
2010062234.tif 000004
【００６７】
【数２】
2010062234.tif 000005
【００６８】
【数３】
2010062234.tif 000006
【００６９】
【数４】
2010062234.tif 000007
【００７０】
【数５】
2010062234.tif 000008
【００７１】
式（２）に式（３）を代入し局所熱伝達率を整理すると、以下の式（６）が求められる。
【００７２】
【数６】
2010062234.tif 000009
【００７３】
式（６）を式（５）に代入すると、平均熱伝達率は以下のように表せる。
【００７４】
【数７】
2010062234.tif 000010
【００７５】
熱量は以下のように表せる。
【００７６】
【数８】
2010062234.tif 000011
【００７７】
式（８）に式（７）を代入し整理すると、過熱度は下記式（９）のようになる。
【００７８】
【数９】
2010062234.tif 000012
【００７９】
図７のグラフに示すように、カーボンナノチューブの生成長さ（μｍ）が大きいとき、低いΔＴ（Ｋ）を得られることが分かる。
【００８０】
より具体的には、カーボンナノチューブの生成長さが５０（μｍ）以上であれば、高い評価指標が得られる。
【００８１】
図８のグラフに示すように、カーボンナノチューブの生成密度（１／ｃｍ２）が大きいとき、高いΔＴ（Ｋ）を得られることが分かる。
【００８２】
より具体的には、カーボンナノチューブの生成長さを５０μｍ以上とした場合、カーボンナノチューブの生成密度が５×１０６（１／ｃｍ２）以上であれば、高い評価指標が得られる。
【００８３】
上記に鑑み、凝縮部２０を形成するナノ材料をカーボンナノチューブとした場合、５０μｍ以上の長さのカーボンナノチューブを５×１０６（１／ｃｍ２）以上の密度で生成させるとよい。
【００８４】
（ヒートスプレッダの製造方法）
次に、ヒートスプレッダ１０の製造方法の一実施形態について説明する。図９は、その製造方法を示すフローチャートである。図１０は、その製造方法を順に示した模式図である。
【００８５】
図１０（Ａ）に示すように、凝縮側板材４１に、柱部６０を形成する（ステップ１０１）。柱部６０と凝縮側板材４１とは予め一体的な部材として形成してもよい。あるいは、別々の部材として形成した後に、ろう付け、すなわち溶着により接合してもよいし、材料によっては接着剤を用いて接着してもよい。
【００８６】
次に、図１０（Ｂ）に示すように、凝縮側板材４１の柱部６０が設けられた面と柱部６０の表面（側面及び端部６１）とにナノ材料を生成する（ステップ１０２）。具体的には、例えば、凝縮側板材４１の柱部６０が設けられた面と柱部６０の表面とに図示しない触媒層を形成し、この触媒層にカーボンナノチューブ等のナノ材料を、先端が下方に向かうように密集して生成する。ナノ材料はプラズマ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。凝縮側板材４１は、後に側板材４３と接合されるので、この接合領域は予めマスキング等を行い、ナノ材料を生成しない。
【００８７】
次に、図１０（Ｃ）に示すように、柱部６０の端部６１に形成されたナノ材料を除去する（ステップ１０３）。ナノ材料は、例えば研磨等で除去すればよい。これにより、柱部６０の端部６１すなわち基材面が露出し、残ったナノ材料が凝縮部２０を構成する。図示のように、端部６１と凝縮部２０の下端面は、凝縮側板材４１からの距離が等しい。
【００８８】
次に、蒸発側板材４２にナノ材料からなる蒸発部７０を形成する（ステップ１０４）。具体的には、例えば、蒸発側板材４２の一面の所定の領域をマスキング等する。このマスキングする領域には、後に接合される柱部６０及び側板材４３との接合領域とその公差分の領域とが少なくとも含まれる。次に、マスキングされた蒸発側板材４２に図示しない触媒層を形成し、この触媒層にカーボンナノチューブ等のナノ材料を密集して生成する。ナノ材料はプラズマＣＶＤ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。これにより、蒸発側板材４２の所望の領域に蒸発部７０が形成される。蒸発部７０が形成されていない領域は、基材が露出している。
【００８９】
次に、凝縮部２０及び蒸発部７０に親水化処理を行う（ステップ１０５）。親水化処理としては、例えば凝縮部２０及び蒸発部７０としてのナノ材料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。
【００９０】
なお、上記製造工程の順序は適宜変更して構わない。例えば、蒸発側板材４２に蒸発部７０を形成（ステップ１０４）した後に、凝縮側板材４１に柱部６０及び凝縮部２０を形成（ステップ１０１〜ステップ１０３）してもよい。あるいは、凝縮部２０を形成（ステップ１０１〜ステップ１０３）した後に凝縮部２０に親水化処理（ステップ１０５）を行い、蒸発部７０を形成（ステップ１０４）した後に蒸発部７０親水化処理（ステップ１０５）を行ってもよい。上記製造工程の順序はこれらの例に限定されない。
【００９１】
次に、柱部６０の端部６１と、蒸発側板材４２の蒸発部７０が形成されていない領域を接合する（ステップ１０６）。柱部６０の端部６１及び蒸発側板材４２はろう付け、すなわち溶着により接合してもよいし、材料によっては接着剤を用いて接着してもよい。
【００９２】
次に、凝縮側板材４１、蒸発側板材４２及び側板材４３を液密に接合し、筐体４０を構成する（ステップ１０７）。各板材はろう付け、すなわち溶着により接合してもよいし、材料によっては接着剤を用いて接着してもよい。接合時には、各板材の精密な位置合わせが行われる。これにより、筐体４０の内部空間に、凝縮部２０、流路３０、柱部６０及び蒸発部７０が形成される。
【００９３】
次に、筐体４０内に冷媒を注入し、封止する（ステップ１０８）。図１１は、筐体４０内への冷媒の注入方法を順に示した模式図である。筐体４０は、注入口４４及び注入路４５を備えている。注入口４４及び注入路４５は、例えば蒸発側板材４２に備えられるが、これに限定されない。
【００９４】
図１１（Ａ）に示すように、例えば注入口４４及び注入路４５を介して筐体４０の内部空間が減圧され、注入口４４及び注入路４５を介して図示しないディスペンサにより冷媒が内部空間に注入される。
【００９５】
図１１（Ｂ）に示すように、押圧領域４６が押圧されて注入路４５が塞がれる（仮封止）。別の注入路４５及び注入口４４を介して筐体４０の内部空間が減圧され、筐体４０の内部空間が目標圧になった時点で、押圧領域４６が押圧されて注入路４５が塞がれる（仮封止）。この押圧領域４６の位置は、筐体４０内部に形成された柱部６０に対応する。
【００９６】
図１１（Ｃ）に示すように、押圧領域４６よりも注入口４４に近い側において、注入路４５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１０の内部が密閉される。このように、筐体４０の内部空間に冷媒を注入し、封止することで、ヒートスプレッダ１０が完成する。なお、蒸発部にナノ材料を形成したり親水化することは必ずしも行うものではい。
【００９７】
次に、蒸発側板材４２の蒸発部７０に対応する位置に熱源５０を実装する（ステップ１０９）。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。
【００９８】
リフロー工程と、ヒートスプレッダ１０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、リフロー後に冷媒が注入される場合、例えばヒートスプレッダ１０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９に示す製造方法によれば、ヒートスプレッダ１０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。
【００９９】
本実施形態のヒートスプレッダの製造方法によれば、ステップ１０１及びステップ１０２において、凝縮側板材４１に柱部６０を形成した後にナノ材料からなる凝縮部２０を形成する。仮に、凝縮側板材４１に凝縮部２０を形成した後に柱部６０を形成した場合、凝縮側板材４１と柱部６０との接合領域及びその公差分の領域を予めマスキングした上で凝縮部２０を形成することになる。しかし、本実施形態によれば、凝縮側板材４１に柱部６０を形成した後にナノ材料からなる凝縮部２０を形成するので、凝縮側板材４１の内面及び柱部６０の表面全域に凝縮部２０を形成することが可能となる。これにより、凝縮部２０の表面積を大きくすることができ、高い凝縮効率が達成できる。
【０１００】
ステップ１０２において、カーボンナノチューブを先端が下方に向かうように生成する。図１２（Ａ）はその様子を示した模式図である。カーボンナノチューブは高い配向性を有するので、容易に先端が下方に向かうように生成することができる。これにより、重力による作動流体の流通効率を向上できる。このため、例えば図１２（Ｂ）のように凝縮側板材４１を傾斜して配置する場合も、容易にカーボンナノチューブの先端が下方（重力方向）に向かうように生成することができるので、製造が容易で、信頼性の高い凝縮部２０の製造が可能となる。凝縮側板材４１を傾斜して配置する場合、仮に凝縮部２０を金属材料により矩形溝で形成したとする。液冷媒を鉛直方向に流通させたい場合、図１２（Ｃ）に示すように、凝縮部２０を鉛直方向と平行に形成する必要がある。凝縮部２０が金属材料で形成される場合は、この金属材料を切削加工等しなければならず、製造が困難で信頼性が低減する。
【０１０１】
ステップ１０３において、柱部６０の端部６１を露出させるのに、研磨等を行えばよいので、製造が容易で信頼性が高い。
【０１０２】
ステップ１０４において、予めマスキング等をすることでナノ材料の生成領域を限定することができるので、製造が容易で、信頼性が高い蒸発部７０の製造が可能となる。
【０１０３】
ステップ１０６において、ナノ材料が生成されていない基材面同士を接合するので、ナノ材料が生成されている場合に比べて、密着性を向上させることができる。これにより、信頼性が高い筐体４０を製造できるとともに、筐体４０の強度を向上させることができる。
【０１０４】
ステップ１０８において、押圧領域４６の位置は、筐体４０内部に形成された柱部６０に対応するため、筐体４０が、押圧時すなわちカシメ時に押圧力により潰されて塞がれてしまうといったことを防止できる。これにより、筐体４０の強度を向上させることができる。
【０１０５】
（電子機器の例）
図１３は、ヒートスプレッダ１０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。ＰＣ８０の筐体８１内には、回路基板８２が配置され、例えば回路基板８２にはＣＰＵ８３が搭載されている。熱源であるＣＰＵ８３にはヒートスプレッダ１０が熱的に接続され、ヒートスプレッダ１０には図示しないヒートシンクが熱的に接続される。
【０１０６】
図示の例では、ＣＰＵ８３はヒートスプレッダ１０の蒸発側板材４２の略中央部に熱的に接続されている。ヒートスプレッダ１０は略鉛直方向に配置されている。図示を省略するが、ヒートスプレッダを略水平方向に配置してもよい。
【０１０７】
本発明に係る実施の形態は、以上説明した実施の形態に限定されず、他の種々の実施形態が考えられる。
【０１０８】
ヒートスプレッダ１０は矩形とした。しかし、円形、楕円、多角形あるいは、他の任意の形状であってもよい。柱部６０や蒸発部７０等の形状も、適宜変更可能である。
【０１０９】
図１３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】
【０１１０】
【図１】本発明の実施形態に係るヒートスプレッダを示す平面図である。
【図２】図１に示したヒートスプレッダを示す側面図である。
【図３】図１に示したＡ−Ａ線断面から見たヒートスプレッダを示す縦断面図である。
【図４】図２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】ヒートスプレッダの蒸発部の形状の他の形態を示す平面図である。
【図６】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７】カーボンナノチューブの生成長さに対する凝縮効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図８】カーボンナノチューブの生成密度に対する凝縮効率をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図９】ヒートスプレッダの製造方法を示すフローチャートである。
【図１０】ヒートスプレッダの製造方法を順に示した模式図である。
【図１１】ヒートスプレッダの筐体内への冷媒の注入方法を順に示した模式図である。
【図１２】図１２（Ａ）はカーボンナノチューブを先端が下方に向かうように生成した様子を示した模式図である。図１２（Ｂ）は凝縮側板材を傾斜して配置する場合にカーボンナノチューブを先端が下方に向かうように生成した様子を示した模式図である。図１２（Ｃ）は凝縮側板材を傾斜して配置する場合に蒸発部を金属材料で形成した様子を示した模式図である。
【図１３】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。
【符号の説明】
【０１１１】
１０…ヒートスプレッダ
２０…凝縮部
３０…流路
４０、８１…筐体
４１…凝縮側板材
４２…蒸発側板材
４３…側板材
５０…熱源
６０…柱部
６１…端部
７０、７１…蒸発部
８０…ＰＣ
８２…回路基板
８３…ＣＰＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2010062234.tif 000021
【図１０】
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【図１１】
2010062234.tif 000023
【図１２】
2010062234.tif 000024
【図１３】
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