(57)【要約】【課題】  作動液体の輸送量が多いことから、熱輸送特性に優れたベーパチャンバを提供する。【解決手段】  コンテナ内に封入された作動液体の蒸発および凝縮の相変化により熱を輸送するベーパチャンバにおいて、コンテナの内壁に設けられたウィックは、空孔の周囲に金属粉末が焼結した骨格を有する多孔質焼結体でなりかつ、該骨格の表面にはシリコン酸化物が付与されているベーパチャンバである。  熱輸送特性に優れる本発明のベーパチャンバは、コンピュータサーバのマルチプロセッサユニット（ＭＰＵ）などの冷却用途の他には、例えば大型の液晶やプラズマディスプレイといった、冷却にファンを用いた際の騒音が問題となるような機器においては、その静粛性を必要とする用途への適用も考えられる。【選択図】図１
2009092344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンテナ内に封入された作動液体の蒸発および凝縮の相変化により熱を輸送するベーパチャンバにおいて、コンテナの内壁に設けられたウィックは、空孔の周囲に金属粉末が焼結した骨格を有する多孔質焼結体でなりかつ、該骨格の表面にはシリコン酸化物が付与されていることを特徴とする熱輸送特性に優れたベーパチャンバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体チップの放熱手段に用いられるベーパチャンバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体チップは、その高性能化に伴い、単位面積当たりの発熱量も増加の一途にある。そこで、その放熱手段としては、従来の金属板による熱拡散では限界があったことから、長手方向に熱を移動させることで、半導体チップから離れた場所に熱を放散させるヒートパイプが提案されている。そして、最近では、その長手方向だけではなく、２次元方向にも均等に熱を拡散させることが可能な、ベーパチャンバが注目されている。
【０００３】
ベーパチャンバとは、コンテナ内に封入された作動液体の蒸発および凝縮の相変化により熱を輸送するものである。そして、コンテナの内壁には、上記の作動液体の蒸発および凝縮を行うためのウィックが設けられた基本構造を有する（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−２３８６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の方法は、ウィックに多孔質体を採用したことで、作動液体の蒸発および凝縮の効率を上げるのに有効な手法ではある。しかし、このウィックに使用している多孔質体は、作業液体の輸送量を上げる点において、更なる改善の余地があった。つまり、単なる金属粉末の焼結により製作された従来のウィックは、結果的には焼結後の旧原料粉末の隙間によって形成される細孔の毛管力を利用して、作動液体を熱源に輸送する構造であった。そして、この場合、ウィックの空隙率は高くても５０％程度であり、よって、作動液体の輸送量に限界があった。
【０００５】
また、金属多孔質体でなるウィックにおいては、その表面に露出する金属そのものが作動液体と接触することから、この接触によって反応物が生成されれば、それがウィックの細孔を塞いで、作動液体の移動を阻害することとなる。更には、コンテナの腐食要因ともなり得ることから、耐久性を著しく損なう原因となる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、作動液体の輸送性能を向上させた、熱輸送特性に優れたベーパチャンバを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上述した従来の欠点を鑑みた結果、所定の焼結構造と表面改質により、ウィック自体の有する作動液体の輸送能力を向上することが、そのベーパチャンバ全体としての熱輸送特性の向上に大きく寄与することを知見した。
【０００８】
すなわち本発明は、コンテナ内に封入された作動液体の蒸発および凝縮の相変化により熱を輸送するベーパチャンバにおいて、コンテナの内壁に設けられたウィックは、空孔の周囲に金属粉末が焼結した骨格を有する多孔質焼結体でなりかつ、該骨格の表面にはシリコン酸化物が付与されていることを特徴とする熱輸送特性に優れたベーパチャンバである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明であれば、ウィック自体の構造および表面形態を改良することで、その毛管力による作動液体の輸送能力が向上するため、ベーパチャンバの優れた熱輸送特性の達成が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上述したように、本発明の重要な特徴は、ベーパチャンバに組み込まれるウィックの骨格構造に加えては、その表面形態をも改良したところにある。つまり、空孔の周囲に金属粉末が焼結した骨格を有する多孔質焼結体でなりかつ、該骨格の表面にはシリコン酸化物が付与されたウィックを、例えば図１に示すようなベーパチャンバの、その蒸発部側および／または凝集部側に、配置したところにある（図１においては、蒸発部側と凝集部側の両方にウィックを配置している）。すなわち、コンテナ２内に封入された作動液体３の蒸発および凝縮の相変化により熱を輸送するベーパチャンバ１において、コンテナ２の内壁にウィック４を設けた構造である。以下、本発明について説明する。
【００１１】
まず、ウィックの基本構造には、空孔の周囲に金属粉末が焼結した骨格を有する多孔質焼結体を適用した。図２は、本発明に使用するウィックを構成する多孔質焼結体の一例を示す走査型電子顕微鏡写真である。用いた金属粉末は、平均粒径が１０３μｍの電解銅粉であり、後述するが、空孔の形成に用いた樹脂粒の平均粒径は、１８０μｍである。つまり、この構造を成すことで、従来の、焼結部の旧原料粉末同士の隙間から成る細孔以外には、細孔よりも大きな径を有する上記の空孔部も存在することから、その優れた毛管力により、作動液体の高い輸送能力が達成される。
【００１２】
詳しく説明すると、金属粉末の焼結によって形成される骨格部の細孔に加えては、この細孔よりも大きな径を有した空孔をも導入することで、適度な大きさの空孔がウィックの空隙率を大きくし、これが作動液体の輸送に寄与する空間を多く確保するのである。そして、この空孔は相互に連通させることにより、作動液体が流路を通る際の抵抗を小さくできるため、作動液体の輸送能力が更に向上する。また、使用環境によっては、上記の空孔径を大き目に設定して、より多く表面に連通させれば、十分量の作動液体を吸収した状態であっても、更なる空間の存在による通気性の確保がされ、作動液体の蒸発または凝集のための表面積を増やすことができる。
【００１３】
なお、骨格内の細孔および骨格に囲まれた空孔の径や体積率は、ベーパチャンバの仕様に応じて要求されるウィックの作動流体の輸送能力や凝集性に合わせて、設計が可能である。更には、ウィックの厚さ方向および面方向に、それらの分布を持たせることも可能である。
【００１４】
そして、ウィックを構成する金属多孔質焼結体の骨格表面には、親水性に富んだ物質を被覆処理することで、骨格構造により達成された毛管力が、その相互作用により最大限に発揮される。すなわち、骨格表面には、濡れ性に優れたシリコン酸化物を被覆する手法である。このシリコン酸化膜を緻密に被覆すれば、上述した作動液体との反応も防止できることから、耐久性も向上する。
【００１５】
しかも、この骨格表面にシリコン酸化物を被覆する手法には、更なる利点がある。つまり、多孔質体を形成する金属粉末には、熱伝導性の高い銅や銅合金等を採用すれば、それらの金属種は条件によっては撥水性を示す。しかし、そのような場合であっても、親水性に優れたシリコン酸化物を作動液体と接する骨格の表面に被覆した本発明であれば、熱伝導特性の高いウィック基体において、安定した毛管力もが達成できるのである。
【００１６】
なお、本発明のシリコン酸化膜の被覆手段としては、酸化処理、化成処理、そして化学蒸着（ＣＶＤ）処理の他には、シリコンのアルコキシド等の溶液を使ってもよい。アルコキシドによる被覆処理の場合は、被覆物質が骨格部の細孔を塞がないよう、その粘性を低く調整することが重要である。
【００１７】
本発明のベーパチャンバの製造方法としては、例えば次の方法が適用できる。
【００１８】
まず、原料となる金属粉末を準備する。金属粉末の種類としては、熱伝導性の高い銅や銅合金、または、アルミニウムやアルミニウム合金が好ましい。また、その平均粒径としては、約１００μｍ以下のものが好ましい。
【００１９】
次に、この金属粉末に、空孔を形成するための樹脂粒、そしてバインダを混合し、混練体を作製する。樹脂粒の平均粒径は１００〜１０００μｍが好ましい。バインダには樹脂製のものを用いることもできるが、一方では、特に空孔の量を多くするために樹脂粒の配合を多くした場合、上記の樹脂粒の除去には加熱脱脂前の溶剤による溶解抽出手法を適用することが、加熱脱脂時にガスの発生が少なく、クラック等の欠陥のない健全な焼結体を得るのに有効である。よって、この樹脂粒を溶剤によって除去するという効果的な手法を適用する場合には、バインダは、溶剤に溶けない、例えばメチルセルロースまたはポリビニルアルコールと水を主成分とするものを使用することが有効である。
【００２０】
そして、混練体からウィック形状の、例えばシート状の成形体を作製して、これを加熱脱脂、焼結し、ウィックとする。ここで、上記のバインダが水を含む場合は、成型後に乾燥工程を入れることが好ましく、樹脂粒を溶剤で除去する場合は、加熱脱脂の前に溶剤抽出と乾燥の工程を付与することが、好ましい。
【００２１】
そして、焼結により得られたウィックを、ベーパチャンバに組み立て前のコンテナ部品の内壁（作動液体の蒸発部および／または凝集部）に、例えば熱拡散やロウ材などによって接着する。なお、この接着工程においては、ウィックが上記の加熱脱脂および焼結前の成形体の状態にて、それをコンテナ部品の内壁に設置してから、加熱脱脂と焼結を行うことで、コンテナ部品と接着一体化させることもできる。
【００２２】
そして、ウィック部分（骨格表面）にシリコン酸化物の被覆処理を施してから、これらの部品を組み上げて、ベーパチャンバの予備体が完成し、最後には、作動液体の封入等の処理を経て、ベーパチャンバが完成する。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
熱輸送特性に優れる本発明のベーパチャンバは、コンピュータサーバのマルチプロセッサユニット（ＭＰＵ）などの冷却用途の他には、例えば大型の液晶やプラズマディスプレイといった、冷却にファンを用いた際の騒音が問題となるような機器においては、その静粛性を必要とする用途への適用も考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のベーパチャンバの、断面構造の一例を示す模式図である。
【図２】本発明のベーパチャンバに用いられるウィックの一例を示す、走査型電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
【００２５】
１．ベーパチャンバ、２．コンテナ、３．作動液体、４．ウィック
【図１】
2009092344.tif 000003
【図２】
2009092344.tif 000004