(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源を冷却する装置であって、
熱源から輸送流体に熱を伝達させる少なくとも１つのホット・ポイント要素を備えた気化器領域、
ヒート・シンクに結合された凝縮器領域及び、
凝縮された前記輸送流体を前記気化器領域に戻す毛細管を備えた毛細管領域を備え、
前記毛細管領域の少なくとも１つの前記毛細管が、樹状形状又はフラクタル形状であることを特徴とする
装置。
【請求項２】
前記熱源が出す熱を前記輸送流体に印加すると、当該輸送流体が状態を変えて蒸気になる、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記蒸気から前記ヒート・シンクに熱を伝達させることにより、前記蒸気を凝縮させて凝縮された輸送流体にする、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記装置が柔軟である、
請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記熱源が熱い集積回路チップである、
請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記輸送流体が、アルコール、水、およびフレオンのうちの１つから成る、
請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記毛細管領域の前記毛細管が、
前記毛細管領域中に１つの領域を画定し、
フラクタル・アルゴリズムを使って、前記毛細管領域の前記領域を満たすことにより形成されている、
請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記装置が、高熱伝導性材料を使って形成されている、
請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つのホット・ポイント要素が、円錐形をしたホット・ポイント要素から成る、
請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのホット・ポイント要素が、テーパをつけられたポイントで終端している、
請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記毛細管領域が、さらに、
前記気化器領域から前記凝縮器領域に蒸気を輸送する蒸気通路を備えている、
請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記毛細管が、フォトリソグラフィ技術を使ったマスク工程とエッチング工程によって、前記毛細管領域に形成されている、
請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ヒート・シンクが、
コールド・プレート、熱電冷却器、および放熱フィン
のうちの１つから成る、
請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記気化器領域と前記凝縮器領域が、同心円状に配置されている、
請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置が直線形状をしている、
請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記気化器領域、前記毛細管領域、および前記凝縮器領域のうちの少なくとも１つが、柔軟構造体である、
請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記柔軟構造体は、
前記柔軟構造体の基板をエッチングして形成した刻み目を有し、
それにより、前記柔軟構造体自身が柔軟にされている、
請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記熱源がラップトップ・コンピュータのプロセッサであり、
前記ヒート・シンクが前記ラップトップ・コンピュータの上面に設けられた放熱器から成る、
請求項１に記載の装置。
【請求項１９】
前記熱源が、チップ積層体中の集積回路チップである、
請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
熱源を冷却する方法であって、
熱源から輸送流体に熱を伝達させて当該輸送流体を蒸気に変換する少なくとも１つのホット・ポイント要素を備えた気化器領域を使用するステップ、
ヒート・シンクに結合された凝縮器領域を使って前記蒸気が出す熱を前記ヒート・シンクに伝達させ、当該蒸気を凝縮された輸送流体に変換するステップ及び、
前記凝縮された輸送流体を毛細管領域の毛細管を通じて前記気化器領域に戻すステップを備え、
前記毛細管領域の少なくとも１つの前記毛細管が、樹状形状又はフラクタル形状であることを特徴とする
方法。
【請求項２１】
前記熱源が熱い集積回路チップである、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記輸送流体が、アルコール、水、およびフレオンのうちの１つから成る、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記少なくとも１つのホット・ポイント要素が、円錐形をしたホット・ポイント要素から成る、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記熱源がラップトップ・コンピュータのプロセッサであり、
前記ヒート・シンクが前記ラップトップ・コンピュータの上面に設けられた放熱器から成る、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記熱源が、チップ積層体中の集積回路チップから成る、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
熱源を冷却する装置の製造方法であって、
熱源から輸送流体に熱を伝達させる少なくとも１つのホット・ポイント要素を備え、前記ホット・ポイント要素から前記輸送流体に熱が伝達されると、前記輸送流体を蒸気に変換する気化器領域を形成するステップ、
ヒート・シンクに結合された凝縮器領域であって、熱が前記蒸気から前記ヒート・シンクに伝達されると、当該蒸気を凝縮された輸送流体に凝縮させる凝縮器領域を形成するステップ及び、
前記凝縮された輸送流体を前記気化器領域に戻す毛細管を備えた毛細管領域を形成するステップを備え、
前記毛細管領域の少なくとも１つの前記毛細管が、樹状形状又はフラクタル形状であることを特徴とする
製造方法。
【請求項２７】
さらに、
前記輸送流体を準備するステップであって、前記輸送流体が、アルコール、水、およびフレオンのうちの１つから成るステップ
を備えた、
請求項２６に記載の製造方法。
【請求項２８】
前記毛細管領域の前記毛細管を、
前記毛細管領域中に１つの領域を画定し、
フラクタル・アルゴリズムを使って、前記毛細管領域の前記領域を満たすことにより形成する、
請求項２６に記載の製造方法。
【請求項２９】
前記装置を、高熱伝導性材料を使って形成する、
請求項２６に記載の製造方法。
【請求項３０】
前記少なくとも１つのホット・ポイント要素が、円錐形をしたホット・ポイント要素から成る、
請求項２６に記載の製造方法。
【請求項３１】
さらに、
前記気化器領域から前記凝縮器領域に蒸気を輸送する蒸気通路を前記毛細管領域に形成するステップ
を備えた、
請求項２６に記載の製造方法。
【請求項３２】
前記毛細管を、フォトリソグラフィ技術を使ったマスク工程とエッチング工程によって、前記毛細管領域に形成する、
請求項２６に記載の製造方法。
【請求項３３】
前記気化器領域と前記凝縮器領域が、同心円状に配置されている、
請求項２６に記載の製造方法。
【請求項３４】
前記装置が直線形状をしている、
請求項２６に記載の製造方法。
【請求項３５】
前記気化器領域、前記毛細管領域、および前記凝縮器領域のうちの少なくとも１つが、柔軟構造体である、
請求項２６に記載の製造方法。
【請求項３６】
前記柔軟構造体は、
前記柔軟構造体の基板をエッチングして形成した刻み目を有し、
それにより、前記柔軟構造体自身が柔軟にされている、
請求項３５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒート・パイプと熱電冷却器を用いた、高密度チップ実装用の装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路中で消費される電力が増大すると、当該電子回路から熱を放散させるシステムを改良する必要が生じる。集積度と動作速度のレベルが増大するのにつれて、電力密度が増大する。したがって、電子回路の集積度が高まり、動作速度が増大すると、当該電子回路から熱を放散させる必要性がますます重要になる。
【０００３】
ヒート・パイプは、集積回路装置の放熱を改良するのに役立てることができる。マイクロ・ヒート・パイプは、作業流体を充填（じゅうてん）した小さな導管を用いて高温のデバイスから熱を伝導させている。導管とは、通常、表面に突き出した直線状の通路のことである。作業流体を気化させたり凝縮させたりすると、熱が導管を通って伝導する。作業流体は、導管の加熱されている領域で気化する。気化した流体（蒸気）は、導管の冷やされている部分に移動し、そこで凝縮する。凝縮した流体は、導管の隅に集まったのち、毛細管力によって気化器領域に戻される。作業流体は飽和状態にあるので、導管の内部は、ほぼ一定の温度である。
【０００４】
米国特許第５７６９１５４号と第５９４７１８３号には、ヒート・パイプ・システム内に流体を分布させる芯（しん）構造が開示されている。芯構造にするすることにより、流体を複数の方向に流したのちに発熱領域に戻すことが可能になる。しかし、これら芯構造は、芯構造が任意の構成をとることができることに起因してその流体抵抗が大きく、熱を流体に伝達する点で効率が悪く、そして、柔軟性に乏しい。したがって、このような芯構造を厳密な用途に使うのは、限られる。それ故、改良された毛細管構造と蒸気室を備えたヒート・パイプ装置を備えてヒート・パイプの動作を改良するのが有益である。さらに、柔軟なヒート・パイプ装置を備えて様々な実装形態のうちの複数のもので使用できるようにするのが有益である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
ヒート・パイプと熱電冷却器を使った高密度チップ実装用の装置を提供する。この装置は、気化器領域、凝縮器領域、および毛細管領域を備えている。気化器領域は、熱源から輸送流体に熱を伝達させるのに使う少なくとも１つのホット・ポイント要素を備えている。輸送流体は、加熱すると、状態変化して蒸気になる。この蒸気は、蒸気通路を通って凝縮器領域に移動し、ヒート・シンクに熱を放散させて再び液体（凝縮された輸送流体）に戻る。次いで、凝縮された輸送流体は、毛細管力と、毛細管構造体に形成された毛細管によって気化器領域に戻る。毛細管構造体に形成された毛細管は、樹状形状あるいはフラクタル形状をしている。この装置は、さらに、柔軟性領域を備えることができる。この柔軟性領域によって、装置は、角や端の周りに折り曲げることができるようになる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、ヒート・パイプの基本動作を示す典型的なブロック図である。図１に示すように、ヒート・パイプは、熱源１１０が出す熱をヒート・シンク１２０へ伝達するように動作する。熱源１１０が出す熱は、冷却流体１３０へ伝達される。冷却流体１３０は、当該熱によって蒸気に状態を変える。この蒸気は、ヒート・パイプ１４０中を蒸気室１５０から凝縮器室１６０へ移動する。凝縮器室１６０で、当該蒸気は、状態を変えて元の液体になる。
【０００７】
凝縮器室１６０中の凝縮された流体は、ヒート・パイプ構造体を構成している材料中の毛細管力によって蒸気室１５０に戻される。例えば、ヒート・パイプは、多孔質のガラス材料で構成することができる（図中、丸い小孔を有する壁部として示してある）。ガラス材料中の小孔によって、冷却流体を蒸気室１５０に戻すのを可能にする通路が形成されている。圧力差が存在するのに加え、冷却流体は表面張力によって他の部分の冷却流体に引っ張られることにより、毛細管力によって、冷却流体は、ガラス材料中の小孔を通じて蒸気室１５０に戻る。
【０００８】
本発明は、集積回路チップ用の改良されたヒート・パイプを提供するものである。本発明では、気化器における効率的な相変化と蒸気による効率的な熱放散を実現する構成要素を使用する。さらに、本発明では、最小の流抵抗で最大の毛細管力を実現するフラクタルと構造上の幾何形状に基づいた毛細管構造体を利用する（フラクタルとは、全体の一部を拡大したものが元の全体と同じ形を有する形のことである）。さらに、本発明は、角や端で容易に折り曲げることのできる柔軟な構造を有する。
【０００９】
図２は、本発明に係るヒート・パイプ構造体の上面と断面を示すブロック図である。図２に示すように、本発明のヒート・パイプ構造体は、３つの主領域、すなわち気化器領域２１０、毛細管領域２２０、凝縮器領域２２５を備えている。図２では、これらの領域は、同心円状に形成されている。すなわち、気化器領域２１０が中心に配置されており、気化器領域２１０の周りに毛細管領域２２０が形成されており、毛細管領域２２０の周りに凝縮器領域２２５が形成されている。
【００１０】
気化器領域２１０は、熱源が出す熱をヒート・シンクに輸送する輸送流体に伝達するように機能する。熱源には、熱を発生させることのできる任意の型のデバイスを用いることができる。本発明の好適な実施形態の場合、熱源は、熱い集積回路チップである。熱源は、熱源が出す熱が熱源から気化器領域２１０の構成要素に伝達されるように、気化器領域２１０の背面に配置する。気化器領域２１０の構成要素は、この熱を輸送流体に伝達する。
【００１１】
輸送流体としては、加熱されたときに液体から気体に状態を変化させることのできる任意の型の流体を用いることができる。特定の（すなわち実際に使用する）輸送流体は、熱源の動作温度と輸送流体の沸点とから決めることができる。例えば、熱源が２５℃〜５０℃の温度範囲で動作する場合、輸送流体として、沸点が約５０℃のメタノールなどのアルコールを用いることができる。温度範囲が５０℃よりも高い場合には、例えば水を用いることができる。温度範囲が２５℃よりも低い場合には、例えばフレオンを用いることができる。以上の例に限らず、本発明の本旨と範囲の内で他の輸送流体を用いることができる。
【００１２】
熱が気化器領域２１０の輸送流体に伝達されると、当該輸送流体は、気化して蒸気になる。この蒸気は、毛細管領域２２０の蒸気通路を通って凝縮器領域２２５に移動する。凝縮器領域２２５に結合されたヒート・シンクがこの蒸気から熱を吸収して元の液体（凝縮された流体）に戻す。凝縮された輸送流体は、毛細管領域２２０の毛細管を介して気化器領域２１０に戻される。
【００１３】
輸送流体の毛細管力によって、輸送流体は、ヒート・パイプ構造体の中心部、すなわち気化器領域２１０に向かって移動する。毛細管領域２２０の毛細管は、樹状構造をなすように形成されている。樹状構造とすることにより、最小の表面抵抗で大きな毛細管力を実現できる。このような樹状構造は、アドリアン・ベジャン著『高等工業熱力学』（Adrian Bejan's Advanced Engineering Thermodynamics, chapter 13, John Wiley and Sons, copyright 1997)に一般的に記載されている。
【００１４】
樹状構造は毛細管領域２２０に形成するのが最も容易であるけれども、本発明の本旨と範囲の内で他の構造を用いることもできる。例えば、好適な実施形態では、フラクタル形状を使って毛細管構造体を画定している。フラクタル形状を使うと、フラクタル形状の面積を同一に保ったまま、フラクタル形状の周囲を理論的には無限に増大させることができる。フラクタル形状は、毛細管領域を平面的に画定したのち、この画定した領域をコーン（Kohn）のアルゴリズムなどのフラクタル・アルゴリズムを使って満たすことにより、形成することができる。次いで、結果として得られる形状を毛細管領域基板に彫り込む。
【００１５】
図２には、領域２１０〜２３０の断面図も示してある。
図２に示す構成要素は実際の寸法を反映しておらず、相対的な寸法は説明を容易にするために誇張してある。したがって、図２は、説明目的だけのものであり、本発明のヒート・パイプ構造体を構築するための「青写真」を提供するものではない。
【００１６】
図２に示すように、ヒート・パイプ構造体の上面と下面は、基板２３０、２４０から成る。これらの基板２３０、２４０には、後述する構成要素を格納できる任意の材料を用いることができる。例えば、基板２３０、２４０には、高熱伝導性材料、例えば銅、シリコン、シリコン同位元素Ｓｉ−２８、銅めっきシリコンなどを用いることができる。好適な実施形態では、例えば、銅は他の材料よりも熱伝導率が高く比較的コストが低いので、基板２３０、２４０は銅から成っている。
【００１７】
気化器領域２１０は、熱源、例えば集積回路チップが出す熱を輸送流体に伝達する複数の構成要素２５０を備えている。構成要素２５０には、熱源が出す熱を輸送流体に伝達する任意の型の構成要素を用いることができる。本発明の好適な実施形態では、構成要素２５０として円錐（えんすい）形のホット・ポイントを用いている。好適な実施形態で円錐形のホット・ポイントを用いているのは、鋭利なポイントによって熱流束密度を高められるので、蒸気を生成する凝集サイトの数を多くすることができるからである。熱はホット・ポイントから輸送流体に伝達され、輸送流体は気化する。円錐形のホット・ポイントの配列の製造方法と使用方法は、例えば、次に示す名称の米国特許出願に記載されている。すなわち、「全金属のティップを備えた高度インタフェース熱電冷却器（ENHANCED INTERFACE THERMOELECTRIC COOLERS WITH ALL-METAL TIPS)」、「高度構造化インタフェースを備えた熱電冷却器（THERMOELECTRIC COOLERS WITH ENHANCED STRUCTURED INTERFACES）」、「全金属のティップを備えた高度インタフェース熱電冷却器（（ENHANCED INTERFACE THERMOELECTRIC COOLERS WITH ALL-METAL TIPS)」、「効率的な熱電冷却器用のコールド・ポイントの設計（COLD POINT DESIGN FOR EFFICIENT THERMOELECTRIC COOLERS）」である。
【００１８】
ここでは、好適な実施形態で使われているように、「円錐形」のホット・ポイントを開示するけれども、ホット・ポイントの本体は、円錐である必要はない。それどころか、ホット・ポイントがテーパをつけられたポイントで終端している限り、任意の形状をとりうる。したがって、円錐形のホット・ポイントではなく、例えばピラミッド形のホット・ポイントを用いることもできる。
【００１９】
毛細管領域２２０は、蒸気通路２３５と毛細管構造体２４５を備えている。蒸気通路２３５は、輸送流体を気化器領域２１０から凝縮器領域２２５へ輸送するのに使用する。毛細管構造体２４５は、毛細管構造体２４５中に形成された毛細管を備えている。毛細管構造体２４５中に形成された毛細管は、通路を形成している。この通路を通じて、凝縮された輸送流体を気化器領域２１０へ戻すことができる。
【００２０】
毛細管構造体２４５中の毛細管は、例えばフォトリソグラフィ技術と反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）技術によって形成することができる。また、毛細管構造体２４５を形成するのに、電気めっきも使用することができる。さらに、レーザで基板を切削しても好適な毛細管構造体を形成することができる。一般に、本発明の本旨と範囲の内で本発明の毛細管構造体を形成するのに、マイクロマシンを製造するのに適したプロセスを使用することができる。
【００２１】
凝縮器領域２２５は、凝縮された輸送流体２６０と封止部２７０を備えている。基板２３０の反対表面に、コールド・プレート、熱電冷却器、放熱フィンなどのヒート・シンク（図示せず）を取り付けることができる。封止部２７０は、ヒート・パイプ構造体を封止するように機能する。これにより、ヒート・パイプ構造体が周期的に動作するのが可能になると共に、ヒート・パイプ構造体中に汚染が侵入するのを防止することができる。あるいは、基板２３０、２４０は、例えばＢＰＳＧ（boron-phosphorous-silicate-glass）によって機密封止することもできる。
【００２２】
輸送流体は、ポート（図示せず）を通じて基板２３０、２４０と封止部２７０によって画定された空間に導入することができる。要すれば、輸送流体は、真空下でポートを通じてヒート・パイプ構造体中に導入することができる。次いで、例えばエポキシ充填（じゅうてん）またはレーザ融合溶接によってポートを封止する。ヒート・パイプ構造体は、当業者にとって公知の注入充填−煮沸−クリンプ（ひだ付け）封止プロセスを介して充填することもできる。ヒート・パイプ構造体に導入する輸送流体の量は、凝縮器領域２２５の凝縮液滴が基板２４０の凝縮器領域の表面と毛細管構造体２４５との間を架橋しうる程度であれば十分である。
【００２３】
凝縮された輸送流体２６０は、ヒート・シンク（図示せず）が熱を吸収することに起因して凝縮器領域２２５で蒸気が凝縮することにより得られる。蒸気は、熱を失うと状態変化して元の液体（凝縮された流体）になる。次いで、凝縮された流体は、重力あるいは局所的な芯構造によって凝縮器領域の底に集まり、毛細管構造体２４５の毛細管を介して気化器領域２１０に戻される。
【００２４】
図３は、本発明のヒート・パイプ構造体の典型的な実施形態の動作を説明する典型的なブロック図である。図３に示すように、熱源が出す熱は、ホット・ポイントを介してチップから輸送流体に伝達される。輸送流体は、加熱されると、液体から蒸気に変わる。次いで、輸送流体の蒸気は、毛細管領域の蒸気通路を通って凝縮器領域に移動する。
【００２５】
凝縮器領域では、蒸気中の熱が放熱器に伝達される。蒸気は、熱を失うと元の液体（凝縮された輸送流体）に戻る。凝縮された輸送流体は、凝縮器領域の底にたまる。輸送流体の毛細管力によって、輸送流体は、毛細管領域に形成された毛細管を通って気化器領域に戻り、ホット・ポイントに到達する。このプロセスは、ヒート・パイプ構造体が動作し、熱源が存在する限り、周期的に繰り返される。
【００２６】
図２と図３に示すように、好適な一実施形態のヒート・パイプ構造体は、円形をしている。円形であることにより、ヒート・パイプ構造体を大部分の半導体シリコン・ウェーハに形成できると共に、集積回路（これ自身が円形のシリコン・ウェーハに形成されている）を気化器領域に位置決めすることができる。さらに、円形であることにより、円形のヒート・パイプ構造体の外縁すなわち周辺を封止することにより、ヒート・パイプ構造体を容易に封止することができる。
【００２７】
本発明に係るヒート・パイプ構造体は、用途によっては、直線形状が適している。図４は、本発明に係る直線形状のヒート・パイプ構造体のブロック図である。図４に示すように、このヒート・パイプ構造体は、基板４４０に直線状に形成された、気化器領域４１０、毛細管領域４２０、凝縮器領域４３０を備えている。これらの領域をいったん形成したら、余分の基板は、エッチング除去してもよい。
【００２８】
図５は、本発明の直線形状のヒート・パイプ構造体の実施形態の断面を示す図である。図５に示すように、この直線形状のヒート・パイプ構造体は、断面に１つの毛細管領域と１つの凝縮器領域しか提示されていない点を除いて、円形の実施形態のものと実質的に同じである。
【００２９】
さらに、直線形状のヒート・パイプ構造体は、柔軟性構造領域５１０を備えることができる。この柔軟性構造領域は、気化器領域、毛細管領域、および凝縮器領域のうちの少なくとも１つに渡って形成することができる。図５に示す例では、柔軟性構造領域５１０は、毛細管領域にしか渡っていない。
【００３０】
柔軟性構造領域５１０は、エッチングによって刻み目をつけた基板５２０を備えている。さらに、蒸気通路と毛細管構造体が柔軟性を有する材料で形成されている。例えば、蒸気通路と毛細管構造体は、電気めっき銅、Ｓｉ−２８などで形成することができる。電気めっき銅は熱伝導率が高く、形成が容易であると共にコストが低いので、本発明の好適な実施形態では、蒸気通路と毛細管構造体を電気めっき銅で形成している。
【００３１】
基板５２０の刻み目と、ヒート・パイプ構造体および毛細管構造体の柔軟な材料とによって、柔軟性構造領域５１０を曲げることができるので、ヒート・パイプの全体構造は、ちょうつがいのように両端を折り曲げることができる。ヒート・パイプの全体構造が柔軟性を有することにより、本発明に係るヒート・パイプ構造体は、様々な用途に用いることができる。
【００３２】
例えば、図６に示すように、本発明のヒート・パイプ構造体は、ラップトップ・コンピュータで用いることができる。この場合、ラップトップ・コンピュータの通常は放熱に使用しない面に放熱器を配置することができる。既存のラップトップ・コンピュータでは、ラップトップ・コンピュータの底面や側面を通じて放熱させる必要がある既存の放熱機構を使って、放熱を行なっている。この方式には、これらラップトップ・コンピュータの底面や側面に触れるユーザを傷つけないように、これらの場所が放散しうる熱量を制限する必要がある、という問題がある。この結果、ラップトップ・コンピュータから放散しうる熱量には限りがあるので、ラップトップ・コンピュータのプロセッサの動作温度には限りがある。
【００３３】
本発明は柔軟な放熱機構を実現しているので、ラップトップ・コンピュータのプロセッサが出す熱を、ラップトップ・コンピュータの上表面を通じて放散させることができる。本発明に係るヒート・パイプ構造体は柔軟性があるので、ヒート・パイプ構造体をラップトップ・コンピュータのちょうつがい部の両端で折り曲げることができる。したがって、気化器領域をプロセッサの近傍に配置することができる。毛細管領域は、ラップトップ・コンピュータの底部を横切り、ラップトップ・コンピュータのちょうつがい部をまたぎ、ラップトップ・コンピュータの上面を横切って配置することができる。凝縮器領域はラップトップ・コンピュータの上面に配置することができるので、プロセッサから放熱器に伝達される熱は、ラップトップ・コンピュータの上面を通じて放散させることができる。通常はユーザの膝（ひざ）の上などユーザの近傍に置かれることのない面を通じて放熱しているので放熱量を大きくとれから、プロセッサの動作温度を高めることができる。
【００３４】
図６に示した用途の他に、本発明のヒート・パイプ構造体には、本発明の本旨と範囲の内で、多くの他の用途がありうる。例えば、本発明のヒート・パイプ構造体は、図７（ａ）や図７（ｂ）に示すような集積回路チップ積層体で使用することができる。
【００３５】
図７（ａ）と図７（ｂ）は、本発明の２つの実現方法を示す図である。図７（ａ）に示すように、第１のチップ積層体は、プリント回路基板（ＰＣＢ）バックプレーン７１０、ＰＣＢバックプレーン７１０に接続された入出力（Ｉ／Ｏ）モジュール７２０、互いの上に積層しＩ／Ｏモジュール７２０に接続された複数のチップ７３０を備えている。チップ積層体は、さらに、熱電冷却器（ＴＥＣ）７４０と、熱電冷却器７４０の間に位置するヒート・パイプ構造体体７５０を備えている。
【００３６】
熱電冷却器（ＴＥＣ）７４０の近傍にあるヒート・パイプ構造体７５０の部分は、気化器領域である。熱電冷却器（ＴＥＣ）７４０が放散する熱は、ヒート・パイプ構造体７５０の気化器領域にある構成要素が吸収する。その結果、気化器領域の輸送流体は、状態を変えて蒸気になる。この蒸気は、ヒート・パイプ構造体７５０の蒸気通路を通ってヒート・シンク７６０に結合された凝縮器領域に到達する。そこで、熱は、ヒート・シンク７６０に伝達される。ヒート・シンク７６０は、この熱を外部雰囲気中に放散する。その結果、蒸気は凝縮した液体になる。この凝縮した液体は、ヒート・パイプ構造体７５０の毛細管力と毛細管構造体によって気化器領域に戻される。
【００３７】
図７（ｂ）は、熱い集積回路チップ積層体の別の構成を示す図である。図７（ｂ）では、チップは、第１のヒート・パイプ構造体７７０によって直接に冷却されている。熱は、熱電冷却器（ＴＥＣ）に伝達される。熱電冷却器（ＴＥＣ）は、この熱を第２のヒート・パイプ構造体７８０に放散する。次いで、第２のヒート・パイプ構造体７８０は、ヒート・シンク７６０に放熱する。ヒート・パイプ７７０と７８０は、熱電冷却器（ＴＥＣ）の動作温度範囲によって定義されるように、異なった温度で動作している。また、本発明の本旨と範囲の内で、熱い集積回路チップ積層体をさらに別の構成とすることができる。
【００３８】
以上のように、本発明は、熱源から輸送流体へ効率的に熱を伝達するように、気化器領域の構成要素を使う改良されたヒート・パイプ構造体を提供するものである。また、本発明では、最小の流抵抗で最大の毛細管力を実現するフラクタルかつ構造的な形状に基づく毛細管構造体を使用している。さらに、本発明は、角や端で容易に折り曲げることができる柔軟構造を備えている。
【００３９】
以上、本発明を説明と記述を目的に説明したが、本発明は、ここに開示した形態で尽きるものではなく、また、それらに限定されるものでもない。多くの変更と変形があることは、当業者にとって明らかである。実施形態は、本発明の原理とその実際的な応用を最もよく説明しうるように、そして、考えうる特定の用途に適するように様々に変更した様々な実施形態を通して当業者が本発明を理解しうるように選んで説明した。
【００４０】
まとめとして以下の事項を開示する。
（１）熱源を冷却する装置であって、
熱源から輸送流体に熱を伝達させる少なくとも１つのホット・ポイント要素を備えた気化器領域と、
ヒート・シンクに結合された凝縮器領域と
を備えた装置。
（２）前記熱源が出す熱を前記輸送流体に印加すると、当該輸送流体が状態を変えて蒸気になる、
上記（１）に記載の装置。
（３）前記蒸気から前記ヒート・シンクに熱を伝達させることにより、前記蒸気を凝縮させて凝縮された輸送流体にする、
上記（１）に記載の装置。
（４）さらに、前記凝縮された輸送流体を前記気化器領域に戻す毛細管を備えた毛細管領域を備えた、
上記（３）に記載の装置。
（５）前記毛細管領域の前記毛細管が、少なくとも１つの樹状であり、フラクタルかつ構造的な形状を使って形成されている、
上記（４）に記載の装置。
（６）前記装置が柔軟である、
上記（１）に記載の装置。
（７）前記熱源が熱い集積回路チップである、
上記（１）に記載の装置。
（８）前記輸送流体が、アルコール、水、およびフレオンのうちの１つから成る、
上記（１）に記載の装置。
（９）前記毛細管領域の前記毛細管が、
前記毛細管領域中に１つの領域を画定し、
フラクタル・アルゴリズムを使って、前記毛細管領域の前記領域を満たすことにより形成されている、
上記（４）に記載の装置。
（１０）前記装置が、高熱伝導性材料を使って形成されている、
上記（１）に記載の装置。
（１１）前記少なくとも１つのホット・ポイント要素が、円錐形をしたホット・ポイント要素から成る、
上記（１）に記載の装置。
（１２）前記少なくとも１つのホット・ポイント要素が、テーパをつけられたポイントで終端している、
上記（１）に記載の装置。
（１３）前記毛細管領域が、さらに、前記気化器領域から前記凝縮器領域に蒸気を輸送する蒸気通路を備えている、
上記（４）に記載の装置。
（１４）前記毛細管が、フォトリソグラフィ技術を使ったマスク工程とエッチング工程によって、前記毛細管領域に形成されている、
上記（４）に記載の装置。
（１５）前記ヒート・シンクが、
コールド・プレート、熱電冷却器、および放熱フィン
のうちの１つから成る、
上記（１）に記載の装置。
（１６）前記気化器領域と前記凝縮器領域が、同心円状に配置されている、
上記（１）に記載の装置。
（１７）前記装置が直線形状をしている、
上記（１）に記載の装置。
（１８）前記気化器領域、前記毛細管領域、および前記凝縮器領域のうちの少なくとも１つが、柔軟構造体である、
上記（４）に記載の装置。
（１９）前記柔軟構造体は、
前記柔軟構造体の基板をエッチングして形成した刻み目を有し、
それにより、前記柔軟構造体自身が柔軟にされている、
上記（１８）に記載の装置。
（２０）前記熱源がラップトップ・コンピュータのプロセッサであり、
前記ヒート・シンクが前記ラップトップ・コンピュータの上面に設けられた放熱器から成る、
上記（１）に記載の装置。
（２１）前記熱源が、チップ積層体中の集積回路チップである、
上記（１）に記載の装置。
（２２）熱源を冷却する方法であって、
熱源から輸送流体に熱を伝達させて当該輸送流体を蒸気に変換する少なくとも１つのホット・ポイント要素を備えた気化器領域を使用するステップと、
ヒート・シンクに結合された凝縮器領域を使って前記蒸気が出す熱を前記ヒート・シンクに伝達させ、当該蒸気を凝縮された輸送流体に変換するステップと
を備えた方法。
（２３）さらに、前記凝縮された輸送流体を毛細管領域の毛細管を通じて前記気化器領域に戻すステップ
を備えた、上記（２２）に記載の方法。
（２４）前記毛細管領域の前記毛細管が、少なくとも１つの樹状であり、フラクタルかつ構造的な形状を使って形成されている、
上記（２３）に記載の方法。
（２５）前記熱源が熱い集積回路チップである、
上記（２２）に記載の方法。
（２６）前記輸送流体が、アルコール、水、およびフレオンのうちの１つから成る、
上記（２２）に記載の方法。
（２７）前記少なくとも１つのホット・ポイント要素が、円錐形をしたホット・ポイント要素から成る、
上記（２２）に記載の方法。
（２８）前記熱源がラップトップ・コンピュータのプロセッサであり、
前記ヒート・シンクが前記ラップトップ・コンピュータの上面に設けられた放熱器から成る、
上記（２２）に記載の方法。
（２９）前記熱源が、チップ積層体中の集積回路チップから成る、
上記（２２）に記載の方法。
（３０）熱源を冷却する装置の製造方法であって、
熱源から輸送流体に熱を伝達させる少なくとも１つのホット・ポイント要素を備え、前記ホット・ポイント要素から前記輸送流体に熱が伝達されると、前記輸送流体を蒸気に変換する気化器領域を形成するステップと、
ヒート・シンクに結合された凝縮器領域であって、熱が前記蒸気から前記ヒート・シンクに伝達されると、当該蒸気を凝縮された輸送流体に凝縮させる凝縮器領域を形成するステップと
を備えた製造方法。
（３１）さらに、前記凝縮された輸送流体を前記気化器領域に戻す毛細管を備えた毛細管領域を形成するステップ
を備えた、
上記（３０）に記載の製造方法。
（３２）前記毛細管領域の前記毛細管を、少なくとも１つの樹状であり、フラクタルかつ構造的な形状を使って形成する、
上記（３１）に記載の製造方法。
（３３）さらに、前記輸送流体を準備するステップであって、前記輸送流体が、アルコール、水、およびフレオンのうちの１つから成るステップ
を備えた、
上記（３０）に記載の製造方法。
（３４）前記毛細管領域の前記毛細管を、
前記毛細管領域中に１つの領域を画定し、
フラクタル・アルゴリズムを使って、前記毛細管領域の前記領域を満たすことにより形成する、
上記（３１）に記載の製造方法。
（３５）前記装置を、高熱伝導性材料を使って形成する、
上記（３０）に記載の製造方法。
（３６）前記少なくとも１つのホット・ポイント要素が、円錐形をしたホット・ポイント要素から成る、
上記（３０）に記載の製造方法。
（３７）さらに、前記気化器領域から前記凝縮器領域に蒸気を輸送する蒸気通路を前記毛細管領域に形成するステップ
を備えた、
上記（３１）に記載の製造方法。
（３８）前記毛細管を、フォトリソグラフィ技術を使ったマスク工程とエッチング工程によって、前記毛細管領域に形成する、
上記（３１）に記載の製造方法。
（３９）前記気化器領域と前記凝縮器領域が、同心円状に配置されている、
上記（３０）に記載の製造方法。
（４０）前記装置が直線形状をしている、
上記（３０）に記載の製造方法。
（４１）前記気化器領域、前記毛細管領域、および前記凝縮器領域のうちの少なくとも１つが、柔軟構造体である、
上記（３１）に記載の製造方法。
（４２）前記柔軟構造体は、
前記柔軟構造体の基板をエッチングして形成した刻み目を有し、
それにより、前記柔軟構造体自身が柔軟にされている、
上記（４１）に記載の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ヒート・パイプの基本動作を説明する典型的なブロック図である。
【図２】  本発明に係るヒート・パイプ構造体の上面と断面を説明する典型的なブロック図である。
【図３】  図２のヒート・パイプ構造体の動作を説明する典型的なブロック図である。
【図４】  本発明の直線形状のヒート・パイプ構造体の実施形態を説明する典型的な図である。
【図５】  本発明の直線形状のヒート・パイプ構造体の実施形態の断面を説明する典型的なブロック図である。
【図６】  本発明の直線形状のヒート・パイプ構造体の実施形態の実現例を説明する典型的なブロック図である。
【図７】  本発明のヒート・パイプを使用したチップ容器の２つの構成例を説明する典型的なブロック図である。
【符号の説明】
１１０  熱源
１２０  ヒート・シンク
１３０  冷却流体
１４０  ヒート・パイプ
１５０  蒸気室
１６０  凝縮器室
２１０  気化器領域
２２０  毛細管領域
２２５  凝縮器領域
２３０  基板
２３５  蒸気通路
２４０  基板
２４５  毛細管構造体
２５０  構成要素
２６０  輸送流体
２７０  封止部
４１０  気化器領域
４２０  毛細管領域
４３０  凝縮器領域
４４０  基板
５１０  柔軟性構造領域
５２０  基板
７１０  プリント回路基板（ＰＣＢ）バックプレーン
７２０  入出力（Ｉ／Ｏ）モジュール
７３０  チップ
７４０  熱電冷却器（ＴＥＣ）
７５０  ヒート・パイプ構造体体
７６０  ヒート・シンク
７７０  第１のヒート・パイプ構造体
７８０  第２のヒート・パイプ構造体
【図１】
0003651790.tif 000002
【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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