(57)【要約】【課題】  製造の手間やコストを削減し、リークを確実に防止することができる熱輸送装置、その製造方法及びその熱輸送装置を搭載した電子機器を提供し、さらに熱輸送装置のクラックの発生を防止する技術を提供すること。【解決手段】  本実施の形態に係る熱輸送装置１０では、上部基板１１（１３）の厚さｔ１（ｔ２）より小さい幅ｕでなる気相管３等の接続端部３ａ（３ｂ）を上部基板１１（１３）のみに接続するようにしているので、気相管３等が接続される上部基板１１（１３）の側部１１ｄ（１３ｄ）のみの精度を保っていればよい。これにより、比較的容易に気相管３等を接続することができ、製造の手間やコストを削減することができる。また、上部基板１１（１３）の厚さｔ１（ｔ２）が厚くしたことから、両基板の陽極接合時にひずみが大きくなるが、陽極接合温度を従来より低くすることでひずみを抑え、クラックの発生を防止することができる。【選択図】図２
2006132853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体が流通する流路を有し、発熱体の熱で前記作動流体が相変化することにより熱を輸送する熱輸送装置の製造方法であって、
第１の材料でなり、側部を有し少なくとも前記側部が所定の厚さでなる第１の基板と、前記第１の材料とは異なる第２の材料でなる第２の基板とを陽極接合する工程と、
前記第１及び第２の基板の接合後、前記作動流体を流通させるための流通管が有する、前記側部の厚さより小さい幅でなる接続端部を、前記第１の基板の側面に接続する工程と
を具備することを特徴とする熱輸送装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記接続工程は、半田で接続する工程を有することを特徴とする熱輸送装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記半田接続の工程は、前記半田に超音波を照射しながら接続することを特徴とする熱輸送装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記陽極接合する工程は、前記第１及び第２の基板を２５０℃〜３７０℃で加熱する工程を有することを特徴とする熱輸送装置の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記陽極接合する工程は、前記第１及び第２の基板を２９０℃〜３５０℃で加熱する工程を有することを特徴とする熱輸送装置の製造方法。
【請求項６】
請求項２に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記半田接続の工程は、２１０℃〜２２０℃で接続する工程を有することを特徴とする熱輸送装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１に記載の熱輸送装置の製造方法であって、
前記第１の基板は、ガラスでなり、少なくとも前記側部の厚さが２．５ｍｍ〜２．７ｍｍであることを特徴とする熱輸送装置の製造方法。
【請求項８】
第１の材料でなり、側部を有し少なくとも前記側部が所定の厚さでなる第１の基板と、前記第１の材料とは異なる第２の材料でなる第２の基板と、前記第１及び第２の基板が接合されることで形成され、発熱体の熱により相変化して熱を輸送するための作動流体を流通させることが可能な流路とを有するコンテナと、
前記側部に接続され、前記側部の厚さより小さい幅でなり、前記作動流体を流通させるための流通管と
を具備することを特徴とする熱輸送装置。
【請求項９】
発熱体と、
第１の材料でなり、側部を有し少なくとも前記側部が所定の厚さでなる第１の基板と、前記第１の材料とは異なる第２の材料でなる第２の基板と、前記第１及び第２の基板が接合されることで形成され、前記発熱体の熱により相変化して熱を輸送するための作動流体を流通させることが可能な流路とを有するコンテナと、
前記側部に接続され、前記側部の厚さより小さい幅でなり、前記作動流体を流通させるための流通管と
を具備することを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、毛細管力を推進力として作動流体を循環させ、当該作動流体の相変化により発熱体の熱を吸収して熱を輸送する熱輸送装置、その製造方法及びその熱輸送装置を搭載した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣ（Personal Computer）等の電子機器を冷却するために、その電子機器の発熱部から発生する熱を放熱部に輸送するデバイスとして、従来からヒートパイプやＣＰＬ（Capillary Pumped Loop）等が用いられている。これらの熱輸送デバイスは、電子機器の高温の発熱部で発生する熱によって蒸発した気相の作動流体が、低温の放熱部へ移動し、その放熱部で凝縮して液体になって熱を放出するものであり、これにより、発熱体が冷却される。
【０００３】
ヒートパイプは、銅等の金属でなるパイプ状のコンテナに冷媒となる作動流体が収容され、パイプ内部に設けられた毛細管力を発生させるウィックによって作動流体にポンプ力を発生させている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
ＣＰＬはヒートパイプの原理を用いた熱輸送装置で、その形状はパイプ状のものに限られない。例えば、ＣＰＬには、蒸発器と凝縮器とが物理的に分離され、蒸発器と凝縮器とが、気相の作動流体が流通する気相管と液相の作動流体が流通する液相管とによって接続された装置がある（例えば、特許文献２参照。）。この装置の蒸発器や凝縮器は、例えばシリコン基板とガラス基板とが接合されて構成されている。これら両基板の接合には、一般的に陽極接合が採用され、気相管や液相管等の流通管がシリコン基板とガラス基板との間に挟まれるようにして接続されている。
【特許文献１】特開２００１−２５１０８０号公報（段落[００３１]、図８）
【特許文献２】特開２００４−８８０４８号公報（段落[００２５]、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献２に開示された、蒸発器と凝縮器とが物理的に分離したタイプの熱輸送デバイスでは、上記のように流通管がシリコン基板とガラス基板との間に挟まれるように接続されているが、このような形態に限らず、蒸発器等に流通管を接続する方法として、コネクタを用いることも考えられる。例えば、蒸発器等の上面にコネクタが接続され、そのコネクタを介して流通管が蒸発器等に接続されるといった形態が考えられる。
【０００６】
一般に熱輸送デバイスは、作動流体の動作温度を低くするために内部の流路が減圧されている状態にある。陽極接合は、イオンの共有結合で接合されるため、確実に減圧状態を維持することができる。上記のようにコネクタ等により流通管が蒸発器等に接続される場合、シリコン基板とガラス基板とが陽極接合されるのと同様に、そのコネクタと例えばガラス基板とについても陽極接合される必要がある。つまり陽極接合によって、外部の空気が熱輸送デバイスの内部に流入する、いわゆるリークを確実に防止することが可能となる。この場合、コネクタは例えば金属が用いられる。
【０００７】
コネクタとガラス基板とが陽極接合される場合、熱輸送デバイスを製造する場合に少なくとも２回、陽極接合されなければならず、製造に手間や時間がかかるという問題がある。一方、特許文献２に記載の熱輸送デバイスのように、コネクタを用いず蒸発器等に流通管を接続する場合、上記リークを確実に防止するための構造が不可欠となり、この場合も製造の手間や時間、高コストといった問題がある。
【０００８】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、製造の手間やコストを削減し、リークを確実に防止することができる熱輸送装置、その製造方法及びその熱輸送装置を搭載した電子機器を提供することにある。
【０００９】
本発明の別の目的は、熱輸送装置の製造時においてクラック等の発生を防止することができる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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る熱輸送装置の製造方法は、作動流体が流通する流路を有し、発熱体の熱で前記作動流体が相変化することにより熱を輸送する熱輸送装置の製造方法であって、第１の材料でなり、側部を有し少なくとも前記側部が所定の厚さでなる第１の基板と、前記第１の材料とは異なる第２の材料でなる第２の基板とを陽極接合する工程と、前記第１及び第２の基板の接合後、前記作動流体を流通させるための流通管が有する、前記側部の厚さより小さい幅でなる接続端部を、前記側部であって前記第１の基板の側面に接続する工程とを具備する。
【００１１】
従来のように２つの基板で挟まれるようにして流通管が接続される場合、流通管を接続するための溝または切り欠き等を、２つの基板、つまり両方の基板に形成しなければならない。したがって、リーク防止のためにその溝または切り欠きの大きさやその位置の精度を、両方の基板で高く維持する必要がある。これに対し、本発明では、第１の基板の側部の厚さより小さい幅でなる流通管の接続端部を、その側部の側面に接続するようにしている。このような構成によれば、流通管が接続される第１の基板の側部のみの精度を保っていればよいので、比較的容易に流通管を接続することができ、製造の手間やコストを削減することができる。
【００１２】
接続端部は、例えば第１の基板の側面に設けられた接続孔に挿入されて接続されるようにすればよいが、このような方法に限られない。
【００１３】
側部だけでなく、第１の基板全体の厚さがほぼ均一で上記所定の厚さとなるようにしてもよい。
【００１４】
発熱体としては、例えばＩＣチップや抵抗等の電子部品、あるいは放熱フィン（ヒートシンク）等が挙げられるが、これらに限られず発熱するものなら何でもよい。以下、同様である。
【００１５】
本発明の一の形態によれば、前記接続端部を接続する工程は、半田で接続する工程を有する。これにより、製造が容易になるとともに製造コストを抑えることができる。
【００１６】
本発明の一の形態によれば、前記半田接続の工程は、前記半田に超音波を照射しながら接続する。これにより、より低温で半田接続することが可能となる。また、単に半田を用いる場合には、フラックスを接合部位に塗布することで接着性が向上するが、フラックスを用いると、熱輸送装置の流路内に不要なガスが発生する可能性があり、その結果、熱輸送の性能が低下するおそれがある。したがって、超音波半田を採用する効果は大きい。さらに、一度熱を加えて接合した部品に対して、それ以降の工程で熱を加える処理をする場合、熱膨張の観点からも最初の接合処理温度より低い温度で処理するのが望ましい。この点においても超音波半田接合は陽極接合温度より低温化が可能なため、熱輸送装置の実現に適しており、熱膨張等によるクラック等が発生を防止することができる。
【００１７】
本発明の一の形態によれば、前記陽極接合する工程は、前記第１及び第２の基板を２５０℃〜３７０℃で加熱する工程を有する。一般的に、例えば加速度センサ等の振動感知部を作製するときにシリコン−ガラスの陽極接合が用いられる場合があるが、この場合４００度以上の比較的高温で陽極接合処理を行うことができる。これは、加速度センサは、０．３〜１．０ｍｍ程度の小さなガラスやシリコンを用いるので、これらの小さなガラス及びシリコンを陽極接合する場合は、接合後の残留応力によるひずみが相対的に小さいためほとんど問題にならないからである。一方、本発明に係る熱輸送装置は、比較的大きい基板を用い、特に、例えば流通管の接続端部の幅が従来とあまり変わらない場合、第１の基板の側部の厚さが従来までより厚いものを用いることになる。したがって、本発明に係る熱輸送装置において、一般的な温度である４００℃〜４２０℃の高温で接合処理すると、厚さが厚い分、応力ひずみも大きくなりクラック等が発生する可能性が高くなると考えられる。しかしながら、本発明では、２５０℃〜３７０℃という低温で接合することで熱膨張による応力ひずみを抑制することができる。これにより、クラック等の発生を防止し、歩留まりが向上する。
【００１８】
２５０℃以上としたのは、２５０℃より低い温度の場合、陽極接合の接合原理から、例えば第１の基板の導電性が下がり、イオンのキャリアが移動しにくくなる。これに伴って、接合界面で結合する第２の基板のイオンの密度が低下し、接合強度及び気密性が低下するからである。３７０℃以下としたのは、３７０℃以上の温度の場合、上記したように応力によるひずみが大きくなり、クラックが発生するからである。より好ましくは、陽極接合時の加熱温度は２９０℃〜３５０℃であり、最適には３４０℃である。
【００１９】
本発明の一の形態によれば、前記半田接続の工程は、２１０℃〜２２０℃で接続する工程を有する。陽極接合時の加熱温度を上記したように設定される場合、このような低温度で半田接合されることが望ましい。２１０℃より低いと、やはり第１の基板の側部と流通管との接続強度が弱くなるからである。また、第１及び第２の基板を陽極接合した後、上記したように例えばコネクタを第１の基板に陽極接合する場合に、このような２回目の陽極接合では２２０度以上で加熱することが考えられる。したがって、熱輸送装置に２回目の加熱を行う場合、２２０度以下として両基板接合後の熱輸送装置に極力悪影響を与えないようにするためである。
【００２０】
本発明の一の形態によれば、前記第１の基板は、ガラスでなり、少なくとも前記側部の厚さが２．５ｍｍ〜２．７ｍｍである。この場合、基板全体の厚さがほぼ均一で２．５ｍｍ〜２．７ｍｍとなるようにしてもよい。
【００２１】
本発明に係る熱輸送装置は、第１の材料でなり、側部を有し少なくとも前記側部が所定の厚さでなる第１の基板と、前記第１の材料とは異なる第２の材料でなる第２の基板と、前記第１及び第２の基板が接合されることで形成され、発熱体の熱により相変化して熱を輸送するための作動流体を流通させることが可能な流路とを有するコンテナと、前記側部に接続され、前記側部の厚さより小さい幅でなり、前記作動流体を流通させるための流通管とを具備する。
【００２２】
本発明によれば、第１の基板の側部の厚さより小さい幅でなる流通管の接続端部を、その側部に接続するようにしているので、流通管が接続される第１の基板の側部のみの精度を保っていればよく、製造の手間やコストを削減することができる。第１の基板は、前記所定の厚さより薄い第２の厚さでなる部位を有していてもよい。
【００２３】
本発明に係る電子機器は、発熱体と、第１の材料でなり、側部を有し少なくとも前記側部が所定の厚さでなる第１の基板と、前記第１の材料とは異なる第２の材料でなる第２の基板と、前記第１及び第２の基板が接合されることで形成され、前記発熱体の熱により相変化して熱を輸送するための作動流体を流通させることが可能な流路とを有するコンテナと、前記側部であって前記第１の基板の側面に接続され、前記側部の厚さより小さい幅でなり、前記作動流体を流通させるための流通管とを具備する。
【００２４】
電子機器としては、コンピュータ、ＰＤＡ（Personal Digital Assistance）、電子辞書、カメラ、ディスプレイ装置、オーディオ機器、携帯電話、その他の電化製品等が挙げられる。以下、同様である。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明によれば、製造の手間やコストを削減し、リークを確実に防止することができる。熱輸送装置の製造時においてクラック等の発生を防止することができるので、歩留まりが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る熱輸送装置を示す斜視図である。図２は、図１に示す熱輸送装置１０の断面図である。
【００２８】
この熱輸送装置１０は、内部に収容された作動流体を蒸発させて図示しない発熱体の熱を吸収するコンテナ状の蒸発器１と、蒸発した作動流体を凝縮して熱を放出するコンテナ状の凝縮器２とを備えている。蒸発器１と凝縮器２との間には、蒸発器１で蒸発した作動流体を凝縮器２へ流通させる気相管３と、凝縮器２で凝縮した作動流体を蒸発器１へ流通させる液相管４とが接続されている。気相管３及び液相管４は、それぞれ複数、例えば２本ずつ設けられている。このように各管３及び４が複数ずつ設けられることにより、例えば万が一、液相管４のうち１本に気泡が混入するようなことが起こっても、他の液相管４を用いて作動流体を流通させることができる。作動流体としては、例えば純水、エタノール、メタノール、アセトン、イソプロピルアルコール、代替フロン、アンモニア等が用いられている。
【００２９】
図２に示すように、蒸発器１は、矩形の上部基板１１と下部基板１２とで構成されている。上部基板１１は、上述したようにガラスでなり、例えばパイレックス（登録商標）ガラスが用いられている。一方、下部基板１２はシリコンでなる。後述するように、両基板１１及び１２は例えば陽極接合で接合される。上部基板１１または下部基板１２には、液相管４から戻ってくる液相の作動流体を流通させる液相流路８が、例えば溝状に形成されている。これらの液相流路８は、蒸発器１の幅方向（Ｙ方向）の両端部において、液相管４の長手方向（Ｘ方向）に沿って直線状に設けられている。また、下部基板１２には、作動流体を流通させる溝１２ａがＹ方向で複数形成されている。これらの溝１２ａを作動流体が流通しながら、蒸発器１の下面側に熱的に接触する発熱体１５からの熱により蒸発することで、その熱を吸収する。これら、液相流路８、溝１２ａ等は、例えば半導体製造におけるフォトリソグラフィ技術、切削加工等によって作製される。
【００３０】
凝縮器２は、蒸発器１と同様に、矩形の上部基板１３と下部基板１４とで構成されている。上部基板１３はガラスでなり、例えばパイレックス（登録商標）ガラスが用いられている。一方、下部基板１４はシリコンでなる。後述するように、両基板１３及び１４は例えば陽極接合で接合される。上部基板１３及び下部基板１４には、作動流体の流路となる溝１３ａ（図１参照）及び１４ａ等が設けられ、これらの溝１３ａ、１４ａ等は、例えばフォトリソグラフィ、または、切削加工等によって作製される。また、図１に示すように、凝縮器２の上部基板１３には、作動流体の注入孔１３ｂが形成されている。この注入孔１３ｂは、例えば銅やアルミニウム等の金属でなる蓋５により封止された状態となっており、これにより凝縮器２の内部が気密状態とされている。
【００３１】
蒸発器１において、上部基板１１の側部１１ｄには、気相管３の接続端部３ａ及び３ｂ、液相管４の接続端部４ａ及び４ｂを接続するための接続孔１１ｂが設けられ、この接続孔１１ｂは上記液相流路８等に連通している。つまり、上部基板１１の側面から気相管３及び液相管４が挿通されている。凝縮器２の側部１３ｄも同様に、気相管３及び液相管４を接続するための接続孔１３ｃが設けられおり、これらは、溝１３ａや１４ａ等に連通している。気相管３及び液相管４は、例えばアルミニウム、銅、またはステンレス（例えばＳＵＳ３１６）等の金属でなる。しかし、これらの材料に限られるものではなく、蒸発器１等に接続可能で気密性の高い材質またはコーティング等の構造であれば何でもよい。気相管３と、接続孔１１ｂ及び１３ｃとは、例えば半田１６によって接合されている。液相管４も同様に、接続孔１１ｂ及び１３ｃに例えば半田１６によって接合されている。半田によって接続されることで、製造が容易となり、製造コストが削減される。
【００３２】
従来のように２つの基板で挟まれるようにして気相管や液相管が接続される場合、その気相管等を接続するための溝または切り欠き等を、２つの基板、つまり両方の基板に形成しなければならない。したがって、リーク防止のためにその溝または切り欠きの大きさやその位置の精度を、両方の基板で高く維持する必要がある。これに対し、本実施の形態に係る熱輸送装置１０では、上部基板１１（１３）の厚さｔ１（ｔ２）より小さい幅ｕでなる気相管３等の接続端部３ａ（３ｂ）を上部基板１１（１３）のみに接続するようにしているので、気相管３等が接続される上部基板１１（１３）の側部１１ｄ（１３ｄ）のみの精度を保っていればよい。これにより、比較的容易に気相管３等を接続することができ、製造の手間やコストを削減することができる。
【００３３】
以上のように構成された熱輸送装置１０の動作について説明する。
【００３４】
発熱体１５が発する熱は下部基板１２に伝えられ、この熱により、蒸発器１内の作動流体の一部が蒸発する。蒸発した作動流体は、２本の気相管３を流通し、凝縮器２内の流路に流入する。凝縮器２内に流入した作動流体は、溝１４ａ等を流通することにより、熱を上部基板１３や下部基板１４に伝えて凝縮する。上部基板１３や下部基板１４に伝達された熱は、凝縮器２の外部に放出される。凝縮器２は、図示しないヒートシンク等に熱的に接しており、このヒートシンクは、ファンやペルチェ素子等によって強制冷却される。
【００３５】
凝縮した作動流体は、２本の液相管４を流通して蒸発器１内の液相流路８にそれぞれ流入し、作動流体は毛細管力によって液相流路８を流通する。蒸発器１内の液相流路８を流通する作動流体は、液相から気相へ相変化しながら溝１２ａを流通する。以上のような動作が繰り返されることで、発熱体１５の熱を凝縮器２側へ輸送し、発熱体１５が発する熱を凝縮器２の外部に放出して発熱体を冷却することができる。
【００３６】
次に、この熱輸送装置１０の製造方法を説明する。図３は、その製造方法を示すフローチャートである。
【００３７】
まず、上記溝１２ａ（１４ａ）等が形成された加工済みのシリコン基板１２（１４）及び同様に加工済みのガラス基板１１（１３）を用意する（ステップ３０１−１、ステップ３０１−２）。そして両基板を陽極接合する（ステップ３０２）。このときの加熱温度は、例えば３１５℃〜３４０℃とする。より広い範囲では２５０℃〜３７０℃とし、より好適には、２９０℃〜３５０℃である。
【００３８】
次に、陽極接合された基板（蒸発器１または凝縮器２）（以下、接合済み基板という。）と、気相管３または液相管４（以下、流通管という。）とを用意する（ステップ３０３−１、３０３−２）。そして、流通管が、ガラス基板１１（１３）に形成された接続孔１１ｂ（１３ｃ）に挿入され、流通管を接合する（ステップ３０４）。この場合、例えば半田１６で接続され、このときの加熱温度は２１０℃〜２２０℃とする。また、この接続工程は、超音波半田接続することが好ましい。これにより、より低温で半田接続することが可能となる。また、単に半田を用いる場合には、フラックスを接合部位に塗布することで接着性が向上するが、フラックスを用いると、熱輸送装置１０の流路内に不要なガスが発生する可能性があり、その結果、熱輸送の性能が低下するおそれがある。したがって、超音波半田を採用する効果は大きい。さらに、ステップ２の陽極接合において一度熱を加えて接合した部品に対して、それ以降の工程で熱を加える処理をする場合、熱膨張の観点からも最初の接合処理温度より低い温度で処理するのが望ましい。この点においても超音波半田接合は陽極接合温度より低温化が可能なため、熱輸送装置１０の実現に適しており、熱膨張等によるクラック等が発生を防止することができる。
【００３９】
このように超音波半田で接合されることが望ましいが、半田に限らず、接着剤、溶接、焼きバメ、冷やしバメ等の一般的な接合技術が用いられてもよい。
【００４０】
図４は、従来のようにコネクタを介して流通管を接続する場合のフローチャートである。
【００４１】
例えば、加工済みシリコン基板と加工済みガラス基板とが例えば３７５℃〜４２０℃で陽極接合され（ステップ４０２）、その接合済み基板と加工済みコネクタとがさらに２２０℃〜２５０℃で陽極接合される（ステップ４０４）。その後、流通管と、上記接合済みのコネクタとが例えば半田で１５０℃〜１６０℃で接合される（ステップ４０６）。
【００４２】
このように図３及び図４を比べると、ステップ３０２では、ステップ４０２における温度より低い温度で接合できるにもかかわらず、ステップ３０４において、ステップ４０６より高い温度で接合することができる。これは、製造工程順に熱処理の温度を低くしていくことが必要だからであり、本実施の形態では、コネクタの接合工程を省略することができるからである。ステップ４０６においては温度が低いため、流通管とコネクタとの接合強度が低下し、気密性に悪影響を及ぼすおそれがある。本実施の形態によれば、半田を高温タイプにすることが可能となり、実際に熱衝撃試験でのリーク歩留まりを大幅に改善することに成功した。また、半田接合を高温にできることにより、つまり、熱輸送装置１０の製造において熱処理を伴う最後の工程で比較的高温で熱処理できることにより、その最後の工程の熱処理温度と、実際の熱輸送装置の使用時の温度との差が大きくなり、信頼性が向上する。さらに、本実施の形態では、製造リードタイムにおいて有利となり、かつ投入エネルギーも節約できる。
【００４３】
また、ステップ３０２で加熱温度を低くできることにより、金属（コネクタ）とガラスとの熱膨張係数（線熱膨張係数）の差に起因する応力ひずみ、クラックの発生を防止することができる。線熱膨張係数とは、温度が１Ｋ変化したときの単位長さ、または単位体積の変化率である。ステップ３０２での加熱温度については、後に詳しく説明する。
【００４４】
図５は、本実施の形態に係る製造方法で使用される陽極接合装置の一例を示す側面図である。この陽極接合装置は、例えばアルミニウムでなる下部電極２１及び上部電極２３、これらの電極に電圧を印加する電源２６を備えている。下部電極２１は、加熱源２７によって加熱されるホットプレート２２に保持されており、このホットプレート２２は、例えば熱電対を利用した温度センサ２４が接続されている。一方、上部電極２３には、アーク防止用のアルミニウムでコーティングされたガラス電極２５が取り付けられている。このガラス電極２５には、図示しないＩＲ（赤外線）輻射温度計が接続されている。下部電極２１はアース接続される。例えば、シリコン基板とガラス基板とを接合する場合、上部電極２３（あるいはガラス電極２５）がガラス基板１１と接触し、下部電極２１はシリコン基板１２に接触するように、接合済み基板１がこの陽極接合装置にセットされて、例えば７５０Ｖ〜１．５ｋＶで電圧が印加される。
【００４５】
図３及び図４を比較して、本実施の形態に係る熱輸送装置では、さらに以下のような利点がある。金属のコネクタとガラス基板とが上記のような陽極接合装置で接合される場合、金属及びガラスの物性上、上述したシリコン−ガラスの陽極接合時と、逆バイアスとなるように電圧が印加される。つまり、コネクタが上部電極に接し、ガラス基板は下部電極に接する。この場合、ガラス中のＮａがシリコンとガラスの間に形成された作動流体の流路内に析出してしまう。このＮａは冷媒と反応し、例えば水素ガスを発生する等、熱輸送装置の性能や信頼性に致命的な影響を与える可能性がある。しかし、本実施の形態では、これらの工程を省略できることによりＮａ析出を接合済み基板１の外側面だけに発生することになり問題ない。
【００４６】
次に、ガラス基板とシリコン基板の陽極接合の実験について、従来例と比較しながら説明する。
【００４７】
本発明者らは、陽極接合時の接合温度を３１５℃〜４２０℃、接合印加電圧を７５０V〜１．５ｋＶ、接合時荷重を０ｋｇ〜０．８ｋｇ、シリコン基板のエッチング深さを１００μｍ〜２００μｍ）、シリコン基板厚さを０．５ｍｍ〜０．６２５ｍｍ、パイレックスガラス基板の厚さを２．５ｍｍ〜２．７ｍｍといろいろ条件を変えて実験を行い、田口メソッドL=18の手法を元に解析した。荷重とは、図５に示した陽極接合装置で、両電極２１及び２３によって、上下方向に両基板１１及び１２にかかる力である。つまり、当該両電極２１及び２３で接合済み基板１を挟む力である。エッチング深さとは、シリコン基板に形成された流路用の溝の深さである。エッチング深さが深いほど、接合済み基板１の剛性が低くなり、そり量は大きくなると考えられる。図６は、本実施の形態に係る陽極接合時の最適と思われる接合条件のパラメータを示す。図８は、従来例の接合条件のパラメータである。
【００４８】
図７及び図９は、この接合条件の下で陽極接合を行った後、サンプルに２００℃から０℃への急冷熱衝撃試験を行い、そりやひずみの変化を測定・解析した結果を示す図である。図７は本実施の形態に係るもの、図９は従来例である。図７においてはサンプル数は１１であり、図９ではサンプル数は多数である。図１１に示すように、Ｘ方向のそり量とは、接合済み基板１の短手方向（Ｙ方向）で見た、長手方向（Ｘ方向）での中央位置における基板１のそり量ｄＸ（ｍｍ）であり、Ｙ方向のそり量とは、基板１の長手方向で見た、短手方向での中央位置における基板１そり量ｄＹ（ｍｍ）である。そり量の数値は、図１１中、Ｚ方向に正の方向（上方向）がプラスで、負の方向（下方向）がマイナスである。図７と図９との比較結果から、本実施の形態に係る接合条件下での陽極接合の方が、そり量が抑えられることが判る。
【００４９】
また、図１０は、上記接合条件の下でガラス基板中のひずみ量（ｎｍ）の測定結果であり、本実施の形態と従来との比較を示したものである。測定手法は、光行路差を利用し、光の位相差に光弾性定数を乗ずると単位体積（または面積）当りの応力値が算出される。今回の実験では、相対値比較で済ませたため、光路差で表した。光路差が小さいほどひずみ量が小さい。この結果から判るように、本実施の形態では、従来に比べ桁違いの結果となった。
【００５０】
以上より、本実施の形態と従来例とでそり量に最も顕著な違いが表れる原因となるパラメータは、接合時の加熱温度であることが判った。本実施の形態との比較として使用しているガラスの厚さは、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍが一般的であり、接合時の応力ひずみはそれほど問題とならなかった。これに対し、本実施の形態に係る熱輸送装置１０では、流通管がガラス基板１１（１３）内に挿入されて接続されるようにしている。すなわち、ガラス基板１１の厚さｔ１（ｔ２）（図１参照）は、従来よりも厚いものを用いており、ガラス基板の厚さとシリコン基板の厚さとの差が大きいため、熱膨張によるひずみ量もガラス基板とシリコン基板との差がその分大きくなる。そこで、本実施の形態では、上述したように、陽極接合時の温度を従来より低くすることでそのひずみを抑制している。特に、３１５℃及び３４０℃ではひずみが小さく、それに伴い接合済み基板のそりについてもこれらの温度で最小となった。また、本発明者らは、サンプルを熱輸送装置１０して組み立て、上記の熱衝撃テストを含めた様々な性能試験を行った結果、機械的強度において飛躍的な向上が観測され、残留ひずみに起因すると思われるヒビやクラックの発生は全くなかった。
【００５１】
図１２は、パイレックスガラス（商品名SW-3、SW-Y、SW-YY、PYREX）及び単結晶シリコンの熱膨張曲線を示すグラフである。一般に加速度センサの製造等で行われている陽極接合は４００℃以上と言われている。このグラフから２５０℃から、２９０℃あるいは３００℃あたりまでにおいて、シリコンとパイレックスガラスとの熱膨張率に差がないことが判る。したがって、この温度範囲で陽極接合するようにしてもよい。ちなみに、３４０℃の熱膨張率差（０．０９ｐｐｍ）は４２０℃（０．３８ｐｐｍ）の約１／４となる。
【００５２】
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００５３】
例えば、蒸発器１、または凝縮器２の形態は、上述した形態に限られない。例えば蒸発器１等の形状は矩形板状としたが、５角形以上の多角形または円形板状のものであってもよい。また、熱輸送装置が電子機器に搭載される場合に、その電子機器内の発熱体の配置、形状等に合わせて様々な蒸発器１や凝縮器２の配置や形状等が考えられる。また、気相管、液相管の形状等についても同様であり、例えば断面が円に限られず扁平型のものも考えられる。
【００５４】
また、例えば図１に示すように、蒸発器１の側部１１ｄのみをｔ１の厚さとして、側部１１ｄ以外の部位の厚さをｔ１より小さく設計してもよい。凝縮器２も同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る熱輸送装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す熱輸送装置１０の断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る製造方法を示すフローチャートである。
【図４】コネクタを介して流通管を接続する従来例のフローチャートである。
【図５】本実施の形態に係る製造方法で使用される陽極接合装置の一例を示す側面図である。
【図６】本実施の形態に係る陽極接合時の最適と思われる接合条件を示す図表である。
【図７】図６に示す接合条件の下で接合した後のサンプルのそり量の結果を示す図である。
【図８】従来例の接合条件を示す図表である。
【図９】図８に示す接合条件の下で接合した後のサンプルのそり量の結果を示す図である。
【図１０】ガラス基板中のひずみ量の測定結果を示す図表である。
【図１１】そり量を説明するための斜視図である。
【図１２】パイレックスガラス及び単結晶シリコンの熱膨張曲線を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１…蒸発器
２…凝縮器
３…気相管
４…液相管
１０…熱輸送装置
１１、１３…上部基板（ガラス基板）
１１ｄ、１３ｄ…側部
１２、１４…下部基板（シリコン基板）
１５…発熱体
１６…半田
【図１】
2006132853.tif 000003
【図２】
2006132853.tif 000004
【図３】
2006132853.tif 000005
【図４】
2006132853.tif 000006
【図５】
2006132853.tif 000007
【図６】
2006132853.tif 000008
【図７】
2006132853.tif 000009
【図８】
2006132853.tif 000010
【図９】
2006132853.tif 000011
【図１０】
2006132853.tif 000012
【図１１】
2006132853.tif 000013
【図１２】
2006132853.tif 000014