(57)【要約】本発明は、冷媒のドライアウト現象を除去するために、冷媒循環ループの内壁に形成された少なくとも一つのキャビティを備える薄板型冷却装置を提供する。
2006526128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体の循環ループが内蔵されている薄板状のハウジングと、
相変化を起こすことができ、前記ハウジング内の循環ループ内を循環する冷媒と、を含み、
前記ハウジング内の循環ループは、
その内部の一端に形成されるが、前記液相の冷媒が毛細管現象によって少なくとも一部に充填され、充填された液相の冷媒が外部の熱源から伝えられた熱によって気化される蒸発部と、
前記蒸発部と隣接して形成されるが、気化された冷媒が前記分岐部分に向かって移動する通路となり、凝縮されていない気相の冷媒が収容される少なくとも一つの第１キャビティを備える気相冷媒移動部と、
前記気相冷媒移動部と隣接した領域に形成されるが、前記気相の冷媒が液相に凝縮される凝縮部と、
前記分岐部分の少なくとも一部の領域であって前記凝縮部に隣接した領域に形成されるが、前記蒸発部と断熱され、液相に凝縮された冷媒が前記蒸発部に向かって移動する液相冷媒移動部と、
前記蒸発部と前記液相冷媒移動部の少なくとも一部とを断熱させる断熱部と、を備える薄板型冷却装置。
【請求項２】
前記液相冷媒移動部の少なくとも一部分は、前記液相の冷媒が保存される液相冷媒保存部を備える請求項１に記載の薄板型冷却装置。
【請求項３】
前記液相冷媒保存部は複数である請求項２に記載の薄板型冷却装置。
【請求項４】
前記液相冷媒保存部は、表面張力が重力より大きく設定された微細チャンネルを備える請求項２に記載の薄板型冷却装置。
【請求項５】
前記蒸発部または／及び前記液相冷媒移動部の微細チャンネルの断面積は、前記凝縮部と接する前記冷媒移動部から前記気相冷媒移動部と接する蒸発部へ行くほど順次に減少する請求項１に記載の薄板型冷却装置。
【請求項６】
前記凝縮部は、少なくとも一つの第２キャビティを備える請求項１に記載の薄板型冷却装置。
【請求項７】
前記液相冷媒移動部は、少なくとも一つの第３キャビティを備える請求項１に記載の薄板型冷却装置。
【請求項８】
前記液相冷媒移動部及び前記蒸発部は、表面が親水性処理され、前記気相冷媒移動部及び前記凝縮部は、表面が疎水性処理された請求項１に記載の薄板型冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路装置などの熱を冷却するための薄板型冷却装置に係り、特に、作動流体の相変化による冷却方式を利用した冷却装置であって、冷媒のドライアウト現象を防止できる薄板型冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の高集積化の趨勢によってデザインルールが減少し、それにより半導体素子を構成する電子回路の線幅が小さくなるにつれて、単位面積当たりのトランジスタ数が増加して電子装備の小型化、高性能化を達成したが、それに伴って半導体素子の単位面積当たりの熱発散率がさらに高くなった。このような熱発散率の上昇は、半導体素子の性能を低下させて寿命を短縮させ、結局、半導体素子を採用したシステムの信頼度を低下させる。特に、半導体素子においては、その動作温度によって各種パラメータ値が鋭敏に変化して集積回路の特性をさらに劣化させる。
【０００３】
このような熱発散率の上昇に対応して、これを冷却するための冷却技術も発展してきたが、既知の通常的な冷却技術としては、フィンファン（ｆｉｎ−ｆａｎ）冷却方式、熱電素子（Ｐｅｌｔｉｅｒ）冷却方式、液体噴射（ｗａｔｅｒ−ｊｅｔ）冷却方式、潜水（ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）冷却方式、ヒートパイプ（ｈｅａｔ  ｐｉｐｅ）冷却方式などがある。
【０００４】
前記フィンファン冷却方式は、フィン及び／またはファンを利用して強制冷却させる方法であって、数十年間多く利用されてきたが、ノイズ、振動及び大きい体積に比べて冷却効率が低いという問題点がある。また、前記熱電素子冷却方式はノイズ、振動はないが、効率が低いので、大きい作動電源が要求され、高熱側に必要以上の過多の熱消散装置が要求されるという問題点がある。
【０００５】
前記液体噴射冷却方式は、その効率性が優秀で冷却器研究の主流をなしているが、外部電源を利用する薄膜ポンプなどを使用してその構造が複雑であり、重力の影響を多く受けるために適用限界があり、特に個人携帯電子装備に適用する場合にロバスト性設計が困難であるという問題がある。
【０００６】
また、ヒートパイプを使用する冷却装置では、管内気体と液体との流動方向が互いに相反するために、蒸発部から凝縮部へ行く気体の流動が、凝縮部で凝縮されて蒸発部に帰還する流体に流動抵抗として作用する。したがって、もし高い熱量がヒートパイプに印加される場合、速い速度の気体が帰還する液体が蒸発部まで帰還できなくなって、蒸発部では液相冷媒が枯渇してしまうドライアウト現象が発生する。また、パイプ内部で気化された冷媒は浮力及び圧力差に依存して移動し、ヒートパイプ内部では、液化された冷媒が帰還部媒質の構造及び大きさによって重力に依存するために、設置できる位置に多くの制限が伴うという問題点がある。
【０００７】
このような問題点を解決するためのものとして、本発明の出願人は、特許文献１で、冷却性能が重力の影響をほとんど受けずに外部電源の供給なしに冷媒が自然循環する小型の薄板型冷却装置を開示したことがある。開示された薄板型冷却装置は、内部に流体の循環ループが内蔵されている薄板状のハウジングと、前記ハウジング内の循環ループを循環しつつ相変化する冷媒を含むが、前記ハウジング内の循環ループは、前記ハウジング内部の一端に形成され、液相の冷媒を保存することができる冷媒保存部と、前記冷媒保存部の一端に連結される少なくとも一つの第１微細チャンネルを備え、前記第１微細チャンネル内で前記液相の冷媒が、前記第１微細チャンネルの内壁との表面張力により前記冷媒保存部から前記第１微細チャンネルの所定部位まで部分的に充填され、前記第１微細チャンネル内での表面張力が重力より大きく設定されており、熱源から吸収された熱により前記第１微細チャンネルに充填された前記液相の冷媒を気化させることができる蒸発部と、前記蒸発部の第１微細チャンネルから長手方向に同一平面上で所定距離ほど離隔されており、前記第１微細チャンネルで気化されて移動した気相の冷媒を凝縮させることができる少なくとも一つの第２微細チャンネルを備え、前記第２微細チャンネルの内壁と前記凝縮された冷媒との表面張力が重力より大きく設定された凝縮部と、前記蒸発部の第１微細チャンネルと前記凝縮部の第２微細チャンネルとの間に位置する気相冷媒移動部と、前記凝縮部で凝縮された液相の冷媒を前記冷媒保存部に移送させ、前記気相冷媒移動部と分離された液相冷媒移動部と、を備える。
【０００８】
前記開示された薄板型冷却装置によれば、ハウジング内部の循環ループを循環する冷媒が、液相と気相との相変化を起こすことによって、その相変化時の潜熱を利用して前記冷却装置と接触する外部熱源の熱を冷却させる。
【０００９】
しかし、前記開示された薄板型冷却装置によれば、気相の冷媒が凝縮部で完全に凝縮されずに凝縮された冷媒中にバブル形態に含まれて、液相冷媒移動部及び／または冷媒保存部を経て蒸発部に到達する場合がありうる。このように、液相の冷媒中にバブルが含まれて蒸発部に到達すれば、蒸発部では液相の冷媒が枯渇してしまうドライアウト現象が発生する恐れがある。
【００１０】
【特許文献１】大韓民国特許出願第２００１−５２５８４号“薄板型冷却装置”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、前記した問題点を改善するためのものであり、本発明の目的は、蒸発部でのドライアウト現象を防止できる薄板型冷却装置を提供することである。
【００１２】
また、本発明の目的は、冷媒のフローを向上させて冷却効率が上昇した薄板型冷却装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的を達成するために、本発明は、内部に流体の循環ループが内蔵されている薄板状のハウジングと、相変化を起こすことができ、前記ハウジング内の循環ループ内を循環する冷媒と、を含み、前記ハウジング内の循環ループは、その内部の一端に形成されるが、前記液相の冷媒が毛細管現象によって少なくとも一部に充填され、充填された液相の冷媒が外部の熱源から伝えられた熱によって気化される蒸発部と、前記蒸発部と隣接して形成されるが、気化された冷媒が前記分岐部分に向かって移動する通路となり、凝縮されていない気相の冷媒が収容される少なくとも一つの第１キャビティを備える気相冷媒移動部と、前記気相冷媒移動部と隣接した領域に形成されるが、前記気相の冷媒が液相に凝縮される凝縮部と、前記分岐部分の少なくとも一部の領域であって前記凝縮部に隣接した領域に形成されるが、前記蒸発部と断熱され、液相に凝縮された冷媒が前記蒸発部に向かって移動する液相冷媒移動部と、前記蒸発部と前記液相冷媒移動部の少なくとも一部とを断熱させる断熱部と、を備える薄板型冷却装置を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の望ましい実施形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
まず、図１Ａを参照すれば、図１Ａは、本発明の第１実施形態による薄板型冷却装置１００の外形を概略的に図示した斜視図である。本発明の薄板型冷却装置１００は、ほぼ直六面体で構成された外形を持つことが望ましく、それぞれ内部の構成要素が形成された基板１００ａ及び上板１００ｂを接着させて形成されることが望ましい。
【００１６】
理解及び説明の便宜のために、図１Ａに示すように、本発明の薄板型冷却装置１００の長手方向（図面の左側から右側に向かう方向）を“Ｘ軸方向”と定義し、前記薄板型冷却装置１００の幅方向（図面に向かって進入する方向）を“Ｙ軸方向”と定義し、前記薄板型冷却装置１００の高さ方向（図面の下側から上側に向かう方向）を“Ｚ軸方向”と定義する。また、負のＺ軸方向（すなわち、図面の下側から上側に向かう方向）から見た断面を“‘第１’方向から見た断面”とし、正のＺ軸方向（すなわち、図面の上側から下側に向かう方向）から見た断面を“‘第２’方向から見た断面”という。
【００１７】
図１Ｂを参照すれば、図１Ｂは、本発明の第１実施形態による薄板型冷却装置１００のＸＹ平面での断面を‘第２’方向から見た概略的断面図である。図示されたように、前記薄板型冷却装置１００の基板１００ａは、ほぼ方形のハウジング１１２の内部に、前記上板１００ｂと結合されることによって冷媒の循環ループが形成されるように構成される。冷媒は矢印方向に循環され、液相と気相間の相変化時の潜熱を利用して前記冷却装置１００と接触する外部熱源の熱を冷却させる。
【００１８】
前記ハウジング１１２は、シリコンやガリウムのような半導体物質、自体結集断層膜（Ｓｅｌｆ  Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏ  ｌａｙｅｒ；ＳＡＭ）のような新素材積層物質、熱伝導率の優秀な銅またはアルミニウムのような金属物質及び／またはこれらの合金物質、セラミック物質、プラスチックのような高分子物質やダイアモンドのような結晶質材料などの多様な素材で製造できる。特に、外部熱源が半導体チップである場合、外部熱源の表面物質と同じ物質で形成して熱衝撃を最小化できる。また、前記薄板型冷却装置１００が半導体物質で製造される場合には、半導体チップの製造工程で、前記外部熱源の表面物質と一体になるように形成して接触熱抵抗を最小化することもできる。
【００１９】
次いで、前記薄板型冷却装置１００内に注入される冷媒は、外部の熱により液相及び気相間の相変化を起こすことができるものから選択されうる。本実施形態によれば、前記冷媒として、潜熱及び表面張力の大きい水を使用することが望ましいが、これは環境汚染を考慮してフレオン（ＣＦＣ）系列の冷媒を使用しないことが望ましいためである。
【００２０】
また、前記薄板型冷却装置１００の材質によってその内壁と冷媒間の表面張力の大きさが変わるので、本発明の実施においては、それに適した冷媒を選択せねばならない。例えば、水以外にも、メタノールまたはエタノールなどのアルコール系冷媒を使用してもよい。前記のような水やアルコール系冷媒の場合熱容量が大きく、半導体物質の内壁との表面張力による接触角が小さくて、冷媒の流速が速くなって多くの熱量を伝達するのに有利な長所を持つ。また、水やアルコール系冷媒の場合には、フレオン系冷媒と違って、いずれかの理由によって前記薄板型冷却装置１００から漏れても環境汚染の問題が発生しない。
【００２１】
このような冷媒の選択は、本発明の実施のための単純な設計的選択事項に過ぎないので、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００２２】
図示されたように、前記薄板型冷却装置１００は、その内部の一端に形成されるが、前記液相の冷媒が毛細管現象によって少なくとも一部に充填され、充填された液相の冷媒が外部の熱源（図示せず）から伝えられた熱によって気化される蒸発部１０４と、前記蒸発部１０４と隣接して形成されるが、気化された冷媒がその圧力差によって所定方向に移動する気相冷媒移動部１０６と、前記気相冷媒移動部１０６と隣接して形成されるが、前記気相の冷媒が液相に凝縮される凝縮部１０８と、前記凝縮部１０８に隣接して形成されるが、前記蒸発部１０４と断熱され、液相に凝縮された冷媒が前記蒸発部１０４に向かって移動する液相冷媒移動部１０２及び１１０とを備える。
【００２３】
前記蒸発部１０４、気相冷媒移動部１０６、凝縮部１０８並びに液相冷媒移動部１０２及び１１０は、前記薄板型冷却装置１００の基板１００ａのみに形成されてもよい。また、前記薄板型冷却装置１００の上板１００ｂは、所定の領域に形成されたキャビティのみを備えてもよい。前記上板１００ｂの構成については、図２ないし図５を参照して後述する。
【００２４】
前記薄板型冷却装置１００内で前記冷媒は、図面の矢印方向に沿って循環ループを形成する。すなわち、前記蒸発部１０４、前記気相冷媒移動部１０６、前記凝縮部１０８、前記凝縮部側の液相冷媒移動部１１０、及び前記蒸発部側の液相冷媒移動部１０２を順に経て循環されるように構成されている。
【００２５】
本発明の実施形態によっては、前記液相冷媒移動部１０２及び１１０の所定領域に一定量の液相の冷媒が保存されるように、適当な体積を持つ冷媒保存部（図示せず）をさらに備えることができる。例えば、前記蒸発部側の液相冷媒移動部１０２の領域が冷媒保存部として形成されて使われうる。また、前記冷媒保存部は複数個が形成されてもよい。
【００２６】
前記蒸発部側の液相冷媒移動部１０２の一端（“出口側”）には前記蒸発部１０４が隣接して形成され、前記蒸発部１０４には複数個の微細チャンネルが形成されて、毛細管現象によって前記微細チャンネルの少なくとも一部または全部に、前記蒸発部側の液相冷媒移動部１０２に保存された冷媒が充填される。また、前記蒸発部１０４は、外部の熱源（図示せず）に隣接して設置されるが、それにより、前記熱源から伝えられた熱によって、前記微細チャンネルに充填された液相の冷媒が気化されて、気相の冷媒に相変化を起こす。したがって、前記熱源からの熱は、前記冷媒の相変化による潜熱ほど前記冷媒に吸収され、後述するように気相の冷媒が凝縮部１０８で再び凝縮しつつ熱を発散させることによって、前記熱源の熱を除去する。
【００２７】
前記微細チャンネル内での表面張力は重力より大きく形成されることが望ましい。前記微細チャンネルに充填された液相の冷媒のメニスカスの接触角は小さいほど望ましいが、そのためには、前記微細チャンネルの内壁を親水性物質で形成するか、微細チャンネルの表面に親水性処理を施すことが望ましい。このような親水性処理の例には、メッキ処理、塗装処理、コーティング処理、着色処理、陽極化処理、プラズマ処理、レーザー処理などがある。また、その熱伝達率を向上させるように前記微細チャンネルの内壁の表面粗度を調節できる。
【００２８】
一方、蒸発部１０４の微細チャンネルだけでなく、液相冷媒移動部１１０及び１０２と蒸発部１０４はその表面が親水性処理され、気相冷媒移動部１０６及び凝縮部１０８の表面は疎水性処理されることによって、冷媒のフローを向上させて冷却効率を高めることが望ましい。
【００２９】
さらに、前記微細チャンネルの断面は方形以外にも、円形、楕円形、長方形、正方形、多角形など多様な形態を持つように形成することもできる。特に、前記微細チャンネルの長手方向（すなわち、Ｘ軸方向）に沿って断面積を増加または減少させることによって冷媒との表面張力の大きさを制御でき、その内壁に複数のグルーブまたはノードを設置して冷媒の移動方向を決定するか、または冷媒の移動速度を制御することもできる。
【００３０】
次いで、前記蒸発部１０４で気化された冷媒は、前記蒸発部側の液相冷媒移動部１０２の逆方向に移動するが、このように気相の冷媒が移動できる通路の役割を行う気相冷媒移動部１０６が前記蒸発部１０４に隣接して形成される。図示されたように、前記気相冷媒移動部１０６は、気化された冷媒が所定の方向（すなわち、前記冷媒保存部１０２の逆方向）に移動できるように、複数のガイド１１８を備えることができる。前記ガイド１１８は、前記薄板型冷却装置１００の機械的な強度を高める機能も持つ。したがって、機械的な強度に問題がない場合には、前記ガイド１１８は備えないこともある。
【００３１】
次いで、前記凝縮部１０８は、前記気相冷媒移動部１０６を通じて移動してきた気相の冷媒が再び凝縮されて液化される領域である。本実施形態によれば、前記凝縮部１０８は、前記蒸発部１０４と同じ平面上で所定距離ほど離隔した位置に形成されている。
【００３２】
一方、前記凝縮部１０８は、前記蒸発部１０４に形成された微細チャンネルと類似した複数個の微細チャンネル（図示せず）を備えることができる。このような凝縮部１０８の微細チャンネルは、後述するように、前記液相冷媒移動部１１０にも延びて形成され、さらに、前記蒸発部側の液相冷媒移動部１０２にも延びて形成できる。このような凝縮部１０８の微細チャンネルは、気相冷媒の凝縮をさらに容易にし、凝縮された液相の冷媒を前記蒸発部側の液相冷媒移動部１０２の方向に移動させる表面張力を提供することによって、冷媒循環ループの完成を促す。
【００３３】
前記凝縮部１０８の微細チャンネルの深さは、前記蒸発部１０４の微細チャンネルの深さより深く形成されることが望ましいが、これに限定されるものではない。その外にも、断面の形状や断面積の変化、グルーブやノードの形成に関して、前記蒸発部１０４の微細チャンネルに関するあらゆる事項が前記凝縮部１０８の微細チャンネルにも同一に適用できるので、その詳細を省略する。
【００３４】
また、熱放出の効果をさらに向上させるために、前記凝縮部１０８の外部の薄板型冷却装置１００に複数のフィンを形成してもよい。前記フィンは、前記凝縮部１０８の外部に放射状に形成されるか、その他の所定の形状に形成される。このようなフィン間に周囲の空気が接触することによって放熱効果を極大化できる。
【００３５】
さらに、前記フィンがマイクロアクチュエータを備えるように形成される場合には、前記凝縮部１０８から外部に放出される熱をリサイクルして、周囲の空気を循環させるように駆動させてもよい。また、前記フィンが熱電素子を含む微細構造で形成された場合には、前記凝縮部１０８から放出される熱を電気的エネルギーに変換させて微細駆動のためのエネルギーとして使用してもよい。
【００３６】
また、前記凝縮部１０８の体積を前記蒸発部１０４の体積より大きく形成することによって、周囲空気の対流だけでも凝縮部１０８内で気相の冷媒を容易に凝縮させることができる。
【００３７】
次いで、前記液相冷媒移動部１１０は、前記凝縮部１０８で凝縮された液相の冷媒が前記蒸発部側の液相冷媒移動部１０２に移動する通路を形成する。図示されたように、前記液相冷媒移動部１１０は、前記断熱部１１６によって前記気相冷媒移動部１０６、前記凝縮部１０８及び蒸発部１０４から断熱される。
【００３８】
前記断熱部１１６は、前記薄板型冷却装置１００内の所定位置に形成された内部仕切りの形態で構成するか、前記薄板型冷却装置１００内の所定位置に密封された別途の内部空間の形態または前記薄板型冷却装置１００の上下を貫通するように開放されている形態で構成できる。前記薄板型冷却装置１００内に密封された内部空間の形態で形成される場合、前記断熱部１１６は真空状態を保持するか、空気などの断熱物質で充填されることもある。
【００３９】
図示されたように、前記液相冷媒移動部１１０は、前記薄板型冷却装置１００の両側面に沿って対称となるように形成することが望ましい。このような薄板型冷却装置１００の外周に沿って対称的に形成される冷媒循環ループは、薄板の形態、すなわち、断面の縦横比が大きい場合に周囲への熱放出に非常に有利な構造であって、熱源から伝えられた熱を放射方向に拡散させることによって、広い面積を活用して周囲に放出できる。
【００４０】
また、このような両方向の冷媒循環ループは、前記冷却装置１００の設置位置によって重力の影響を受けて、いずれか一側の液相冷媒移動部１１０での冷媒循環が円滑でない場合にも、他の方向液相冷媒移動部１１０を通じて冷媒を循環させることができるという長所を持つ。
【００４１】
もちろん、前記したように、前記液相冷媒移動部１１０もまた、重力の影響をほとんど受けないようにするための微細チャンネルを備えることができ、その微細チャンネル内には、前記冷媒保存部１０２に向かう方向に複数個のグルーブ（図示せず）を形成する等の方法を採用できる。さらに、前記蒸発部１０４または液相冷媒移動部１１０及び１０２に形成された微細チャンネルの断面積は、前記凝縮部１０８と接する液相冷媒移動部１１０から気相冷媒移動部１０６と接する蒸発部１０４に至るまで順次に減少することが望ましい。
【００４２】
一方、前記蒸発部側の液相冷媒移動部１０２と前記液相冷媒移動部１１０との境界部分、及び前記凝縮部１０８と前記液相冷媒移動部１１０との境界部分に、液相冷媒の移動方向を規定するための複数個のガイド（図示せず）を形成して、冷媒の流路が急激に旋回することによって発生する冷媒循環の抵抗を減少させることもできる。
【００４３】
一方、接触熱抵抗を減少させるために中間に熱伝導体を介せずに前記蒸発部１０４に隣接して、前記蒸発部１０４を熱源（図示せず）に直接密着して固定させることが望ましく、このために、本実施形態では、前記蒸発部１０４に隣接して前記冷却装置１００を外部熱源に固定させることができる固定手段１１４を設置し、ボルトまたはリベットで締結可能にした。もちろん、前記固定手段１１４は冷媒の循環と関係ないので、それを備えなくても構わない。
【００４４】
次いで、図２Ａないし図２Ｃを参照して、本発明の第１実施形態による薄板型冷却装置１００の上板１００ｂについて詳細に説明する。図２Ａは、本発明の第１実施形態による薄板型冷却装置１００のＸＹ平面での断面を、‘第１’方向から見た概略的断面図であり、図２Ｂは、本発明の第１実施形態による薄板型冷却装置１００のＹＺ平面での断面を、図２ＡのＡＡ’線に沿って見た概略的断面図であり、図２Ｃは、本発明の第１実施形態による薄板型冷却装置１００のＹＺ平面での断面を、図２ＡのＢＢ’線に沿って見た概略的断面図である。本実施形態によれば、図２Ａに図示された‘第１’方向から見た断面図は、前記薄板型冷却装置１００の上板１００ｂの底面図である。
【００４５】
図示されたように、本実施形態によれば、前記薄板型冷却装置１００の上板１００ｂは、前記基板１００ａの前記気相冷媒移動部１０６に対応する領域に、凝縮されていない気相の冷媒が収容される余裕空間を提供するための第１キャビティ１２４を備える。また、前記上板１００ｂは、前記基板１００ａの断熱部１１６に対応する断熱部１１６を備えることができる。前記上板１００ｂは、前記基板１００ａのハウジング１１２と同じ材料で形成できる。または、ガラスのような材料を使用して前記上板１００ｂを形成してもよい。
【００４６】
図２Ｃを参照すれば、前記第１キャビティ１２４は、ＹＺ平面上でＹ軸と平行した方向に半楕円形状の断面を持つように形成される。前記第１キャビティ１２４は、気相の冷媒が収容される余裕空間を提供することによって、前記凝縮部１０８で凝縮されていない気相の冷媒が凝縮された液相冷媒中に含まれてバブルになることを防止する。
【００４７】
次いで、図３Ａないし図３Ｃを参照して、本発明の第２実施形態による薄板型冷却装置１００の上板１００ｂについて詳細に説明する。図３Ａは、本発明の第２実施形態による薄板型冷却装置１００のＸＹ平面での断面を、‘第１’方向から見た概略的断面図であり、図３Ｂは、本発明の第２実施形態による薄板型冷却装置１００のＹＺ平面での断面を、図３ＡのＡＡ’線に沿って見た概略的断面図であり、図３Ｃは、本発明の第２実施形態による薄板型冷却装置１００のＹＺ平面での断面を、図３ＡのＢＢ’線に沿って見た概略的断面図である。本実施形態によれば、図３Ａに図示された‘第１’方向から見た断面図は、前記薄板型冷却装置１００の上板１００ｂの底面図である。
【００４８】
図示されたように、本実施形態によれば、前記気相冷媒移動部１０６に対応する領域の上板１００ｂには、前記気相冷媒移動部１０６の第２ガイド１１８により形成された複数個の気相冷媒の移動経路それぞれに対応して、ＹＺ平面上でそれぞれ半楕円形の断面を持つ複数個の第１キャビティ１２４を備える。第２実施形態の第１キャビティ１２４は、前記した第１実施形態の第１キャビティ１２４と比較して、前記基板１００ａの第２ガイド１１８に対応するように分離されているという点のみ違って、その機能や形状などは第１実施形態の場合と同一である。
【００４９】
次いで、図４Ａないし図４Ｃを参照して、本発明の第３実施形態による薄板型冷却装置１００の上板１００ｂについて詳細に説明する。図４Ａは、本発明の第３実施形態による薄板型冷却装置１００のＸＹ平面での断面を、‘第１’方向から見た概略的断面図で、図４Ｂは、本発明の第３実施形態による薄板型冷却装置１００のＹＺ平面での断面を、図４ＡのＡＡ’線に沿って見た概略的断面図であり、図４Ｃは、本発明の第３実施形態による薄板型冷却装置１００のＹＺ平面での断面を、図４ＡのＢＢ’線に沿って見た概略的断面図である。本実施形態によれば、図４Ａに図示された‘第１’方向から見た断面図は、前記薄板型冷却装置１００の上板１００ｂの底面図である。
【００５０】
図示されたように、本発明の第３実施形態による薄板型冷却装置１００は、前記基板１００ａの凝縮部１０８に対応する領域に形成された複数個の第２キャビティ１２６をさらに備える。すなわち、前記上板１００ｂは、前記基板１００ａの前記気相冷媒移動部１０６に対応する領域に形成された複数個の第１キャビティ１２４と、前記基板１００ａの凝縮部１０８に対応する領域に形成された複数個の第２キャビティ１２６とを備えるが、前記第１及び第２キャビティ１２４及び１２６それぞれは相互間に連結されるように形成される。
【００５１】
また、図示されたように、前記第２キャビティ１２６のそれぞれは、前記液相冷媒移動部１１０に対応する領域へ行くほどその幅が狭くなるように形成されることが望ましい。このようにすることで、前記基板１００ａと上板１００ｂとが結合された時、前記液相冷媒移動部１１０へ行くほど前記第２キャビティ１２６の断面積が順次小さくなり、したがって、凝縮された冷媒に対する表面張力は順次増加するので、前記凝縮部１０８でまだ凝縮されていない気相の冷媒が、前記気相冷媒移動部１０６に対応する領域の第１キャビティ１２４に復帰する。したがって、凝縮されていない気相の冷媒がバブル形態で液相の冷媒中に含まれて前記蒸発部１０４まで到達することをさらに効果的に防止できる。
【００５２】
次いで、図５Ａないし図５Ｄを参照して、本発明の第４実施形態による薄板型冷却装置１００の上板１００ｂについて詳細に説明する。図５Ａは、本発明の第４実施形態による薄板型冷却装置１００のＸＹ平面での断面を、‘第１’方向から見た概略的断面図であり、図５Ｂは、本発明の第４実施形態による薄板型冷却装置１００のＹＺ平面での断面を、図５ＡのＡＡ’線に沿って見た概略的断面図であり、図５Ｃは、本発明の第４実施形態による薄板型冷却装置１００のＹＺ平面での断面を、図５ＡのＢＢ’線に沿って見た概略的断面図であり、図５Ｄは、本発明の第４実施形態による薄板型冷却装置１００のＹＺ平面での断面を、図５ａのＣＣ’線に沿って見た概略的断面図である。本実施形態によれば、図５Ａに図示された‘第１’方向から見た断面図は、前記薄板型冷却装置１００の上板１００ｂの底面図である。
【００５３】
図示されたように、本実施形態によれば、前記上板１００ｂは、前記基板１００ａの液相冷媒移動部１１０に対応する領域に形成された複数個の第３キャビティ１２８をさらに備える。前記第３キャビティ１２８のそれぞれは、半球形に形成されることが望ましい。また、前記複数個の第３キャビティ１２８は、前記液相冷媒移動部１１０に沿って複数個の列をなすように形成されてもよい。
【００５４】
本実施形態によれば、前記凝縮部１０８でまだ凝縮されていない気相の冷媒がバブルの形態で液相の冷媒に含まれたまま、前記液相冷媒移動部１１０まで移動した場合に、前記複数個の第３キャビティ１２８によりバブル形態の気相の冷媒が捕獲される。したがって、凝縮されていない気相の冷媒がバブル形態で液相の冷媒中に含まれて前記蒸発部１０４まで到達することをさらに効果的に防止できる。
【００５５】
以上で説明した本発明の各実施形態の冷却装置１００は、現在公知のいろいろな方法により製作でき、例えば、半導体素子製造工程を応用したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）方法や、ＳＡＭ（Ｓｅｌｆ  Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）方法を応用して製造できる。図１Ｂ及び図２Ａを参照して、その製造方法を簡単に説明する。
【００５６】
すなわち、まず前記冷却装置１００の基板１００ａの表面をエッチングして冷媒保存部１０２、蒸発部１０４の第１微細チャンネル１２０、凝縮部１０８の第１ガイド１２２、気相冷媒移動部１０６の第２ガイド１１８及び液相冷媒移動部１１０などを形成する。
【００５７】
次いで、前記した実施形態について説明したように、上板１００ｂの表面をエッチングしてキャビティ１２４、１２６及び／または１２８及び／または断熱部１１６を形成する。
【００５８】
前記のような構造が形成された基板１００ａ及び上板１００ｂを互いに接触させた後、これらに電圧を印加することによって、陽極ボンディングを行ってハウジング１１２を一体化させ、別途に冷媒保存部１０２と連結されるように形成した冷媒注入ホール（図示せず）を通じて、循環ループを実質的に真空になるように減圧した後、冷媒を注入し、前記冷媒注入ホールを密封する。
【００５９】
本発明は、以上の実施形態について詳細に説明したが、これに限定されるものではなく、当業者により多様に変形実施できるということは言うまでもない。例えば、前記第１実施形態の構成において、凝縮部１０８に対応するキャビティを前記第３実施例に関して前記した形状に変形するか、または液相冷媒移動部１１０に対応するキャビティを、前記第４実施形態に関して前記した形状に変形して実施できる。また、実施形態によっては、前記上板１００ｂのキャビティが形成された領域以外の領域に前記基板１００ａと同じ構造を形成できるということは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明によれば、薄板型冷却装置において、気相冷媒移動部、凝縮部または／及び液相冷媒移動部の上側に所定形状のキャビティを形成することによって、凝縮部で凝縮されていない気相の冷媒を収容または捕獲させて、凝縮されていない気相の冷媒が蒸発部に通じるチャンネルに常駐して、十分に冷却されて液相に凝縮された冷媒が蒸発部に十分に供給されずに生じるドライアウト現象を防止できる。
【００６１】
また、本発明によれば、下側のチャンネルの深さ及び幅、または形状を変形させることによって液相の冷媒の表面張力を調節することによって、液相の冷媒を無動力で蒸発部に集めて蒸発部にドライアウト現象が起きず、常に前記の蒸発部に液相の冷媒を十分に供給できる。
【００６２】
また、本発明によれば、上・下チャンネルに部分的に表面処理を施して冷媒のフローを向上させ、冷却効率を高める。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態による薄板型冷却装置の外形を概略的に図示した斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態による薄板型冷却装置のＸＹ平面での断面を‘第２’方向から見た概略的断面図である。
【図２Ａ】本発明の第１実施形態による薄板型冷却装置のＸＹ平面での断面を‘第２’方向から見た概略的断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第１実施形態による薄板型冷却装置のＹＺ平面での断面を図２ＡのＡＡ’線に沿って見た概略的断面図である。
【図２Ｃ】本発明の第１実施形態による薄板型冷却装置のＹＺ平面での断面を図２ＡのＢＢ’線に沿って見た概略的断面図である。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態による薄板型冷却装置のＸＹ平面での断面を‘第１’方向から見た概略的断面図である。
【図３Ｂ】本発明の第２実施形態による薄板型冷却装置のＹＺ平面での断面を図３ＡのＡＡ’線に沿って見た概略的断面図である。
【図３Ｃ】本発明の第２実施形態による薄板型冷却装置のＹＺ平面での断面を図３ＡのＢＢ’線に沿って見た概略的断面図である。
【図４Ａ】本発明の第３実施形態による薄板型冷却装置のＸＹ平面での断面を‘第１’方向から見た概略的断面図である。
【図４Ｂ】本発明の第３実施形態による薄板型冷却装置のＹＺ平面での断面を図４ＡのＡＡ’線に沿って見た概略的断面図である。
【図４Ｃ】本発明の第３実施形態による薄板型冷却装置のＹＺ平面での断面を図４ＡのＢＢ’線に沿って見た概略的断面図である。
【図５Ａ】本発明の第４実施形態による薄板型冷却装置のＸＹ平面での断面を‘第１’方向から見た概略的断面図である。
【図５Ｂ】本発明の第４実施形態による薄板型冷却装置のＹＺ平面での断面を図５ＡのＡＡ’線に沿って見た概略的断面図である。
【図５Ｃ】本発明の第４実施形態による薄板型冷却装置のＹＺ平面での断面を図５ＡのＢＢ’線に沿って見た概略的断面図である。
【図５Ｄ】本発明の第４実施形態による薄板型冷却装置のＹＺ平面での断面を図５ＡのＣＣ’線に沿って見た概略的断面図である。
【図１Ａ】
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【国際調査報告】
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