(57)【要約】【課題】相変化による熱効率を向上させ、熱抵抗を低減することができる相変化型ヒートスプレッダ、流路構造体、及び、この相変化型ヒートスプレッダを備えた電子機器これに用いられる流路構造体等を提供すること。【解決手段】毛細管板材４０１〜毛細管板材４０４は、各層の溝４０５がそれぞれ直交する方向に延びるように、Ｘ−Ｙ平面で９０度ずつ回転させて積層されている。毛細管板材４０１の溝４０５を構成する壁面には、毛細管板材４０１を貫通する複数の開口４０８が、溝４０５の長手方向（例えば図７においてＸ方向）に沿って配置されている。この溝４０５を構成する壁面４３０は、リブの側面４３１及び床面４３２によって構成されており、このうち床面４３２にその複数の開口４０８が形成されている。複数の開口４０８は、受熱板で受けた熱により蒸発した蒸気冷媒が流通する気相流路の一部として機能する。【選択図】図６
2009076650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体の相変化により熱を拡散させる相変化型ヒートスプレッダであって、
受熱側と、前記受熱側に対向して設けられた放熱側とを有するコンテナと、
液相の前記作動流体を毛細管力により流通させる壁面を有し、前記受熱側から前記放熱側に向かう方向で積層するように前記コンテナ内に設けられた複数の流路と、
前記複数の流路を連通するように前記壁面を貫通する開口を有し、前記受熱側で受けた熱により蒸発した気相の前記作動流体が、前記開口を流通して前記放熱側に向かうように、前記気相の作動流体を流通させる気相流路と
を具備する相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項２】
請求項１に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記気相流路は、前記放熱側と前記複数の流路との間に設けられた、前記開口を介して前記複数の流路と連通する、前記気相の作動流体が凝縮する凝縮領域を有する相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項３】
請求項２に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記凝縮領域で凝縮した前記液相の作動流体を、前記複数の流路に戻すリターン流路をさらに具備する相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項４】
請求項２に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記凝縮領域は、
前記作動流体を第１の方向へ流通させる複数の第１の凝縮流路を有する第１の流路層と、
前記作動流体を前記第１の方向とは異なる第２の方向へ流通させる、前記第１の凝縮流路と連通する複数の第２の凝縮流路を有し、前記受熱側から前記放熱側に向かう方向で前記第１の流路層とは別の層である第２の流路層と
を含む相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項５】
請求項１に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記複数の流路は、
前記作動流体を第１の方向へ流通させる複数の第１の流路を有する第１の流路層と、
前記作動流体を前記第１の方向とは異なる第２の方向へ流通させる第２の流路を有し、前記受熱側から前記放熱側に向かう方向で前記第１の流路層とは別の層である第２の流路層と
を含む相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項６】
請求項１に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記気相流路は、前記複数の流路が積層される方向で前記開口が並ぶように、前記開口を複数有する相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項７】
請求項１に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記コンテナの受熱側は、
前記作動流体の注入口と、
前記複数の流路のうちの少なくとも１つの流路と前記注入口とを連通する注入路と、
前記作動流体の前記注入口及び前記注入路を介しての前記複数の流路への注入後に、前記受熱側に圧力をかけて前記注入路を塞ぐための押圧領域とを有し、
前記相変化型ヒートスプレッダは、前記押圧領域に対応する位置で、前記複数の流路の積層方向に立設する柱部をさらに具備する相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項８】
請求項１に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記コンテナの放熱側は、
前記作動流体の注入口と、
前記複数の流路のうちの少なくとも１つの流路と前記注入口とを連通する注入路と、
前記作動流体の前記注入口及び前記注入路を介しての前記複数の流路への注入後に、前記放熱側に圧力をかけて前記注入路を塞ぐための押圧領域とを有し、
前記相変化型ヒートスプレッダは、前記押圧領域に対応する位置で、前記複数の流路の積層方向に立設する柱部をさらに具備する相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項９】
請求項１に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記複数の流路における、該複数の流路の積層方向での高さは、１０〜５０μｍである相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項１０】
請求項１に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記複数の流路を構成する第１の構成部材と、
前記気相流路を構成する第２の構成部材とをさらに具備し、
前記コンテナ、前記第１の構成部材及び前記第２の構成部材のうち少なくとも１つが銅でなる相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項１１】
作動流体の相変化により熱を拡散させる相変化型ヒートスプレッダであって、
受熱板と、
前記受熱板に対向して設けられた放熱板と、
前記受熱板から前記放熱板に向かう方向で積層された複数の第１の板材であって、液相の前記作動流体を毛細管力により流通させる第１の溝と、前記第１の溝同士を連通するように前記第１の板材を貫通する開口とをそれぞれ有し、前記受熱板で受けた熱により蒸発した気相の前記作動流体を前記開口を介して流通させる複数の第１の板材と、
前記開口を流通した前記気相の作動流体を流通させる第２の溝を有し、前記放熱板と前記複数の第１の板材との間に設けられた第２の板材と
を具備する相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記第２の溝は、前記複数の第１の板材の積層方向で前記第２の板材を貫通する相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項１３】
請求項１１に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記第２の板材は、前記第２の溝を流通して凝縮した前記液相の作動流体を、前記複数の流路に戻すリターン孔を有する相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項１４】
請求項１１に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記第２の板材は複数設けられ、前記複数の第２の板材のうち少なくとも１つの前記第２の板材は、前記第２の溝を流通して凝縮した前記液相の作動流体を、前記複数の流路に戻すリターン孔を有する相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項１５】
請求項１１に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記第１の溝の深さは、１０〜５０μｍである相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項１６】
請求項１１に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記第１の板材は、銅でなる相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項１７】
請求項１６に記載の相変化型ヒートスプレッダであって、
前記受熱板、前記放熱板及び第２の板材のうち少なくとも１つが、銅でなる相変化型ヒートスプレッダ。
【請求項１８】
受熱板と、前記受熱板に対向して設けられた放熱板と、前記受熱板で受けた熱により蒸発した気相の作動流体を流通させる溝を有する板材とを備えた、前記作動流体の相変化により前記受熱板で受けた熱を拡散させる相変化型ヒートスプレッダに用いられ、前記受熱板及び前記板材の間で積層される流路構造体であって、
前記受熱板及び前記放熱板の間の平面内で延びるように設けられた複数のリブと、
前記気相の作動流体が前記放熱板に向かうように前記気相の作動流体を流通させる、前記流路構造体を貫通する開口を有し、前記複数のリブの間にそれぞれ設けられた、液相の前記作動流体を毛細管力により流通させる壁面と
を具備する流路構造体。
【請求項１９】
熱源と、
作動流体と、前記熱源の熱を受ける受熱側と、前記受熱側に対向して設けられた放熱側とを有するコンテナと、液相の前記作動流体を毛細管力により流通させる壁面を有し、前記受熱側から前記放熱側に向かう方向で積層するように前記コンテナ内に設けられた複数の流路と、前記複数の流路を連通するように前記壁面を貫通する開口を有し、前記受熱側で受けた熱により蒸発した気相の前記作動流体が、前記開口を流通して前記放熱側に向かうように、前記気相の作動流体を流通させる気相流路とを有する相変化型ヒートスプレッダと
を具備する電子機器。
【請求項２０】
作動流体を流通させる溝を有する複数の板材を受熱板と放熱板との間に挟むように、前記受熱板、前記複数の板材及び前記放熱板を積層し、
前記積層された、前記受熱板、前記複数の板材及び前記放熱板を拡散接合することで、前記溝に対応した前記作動流体の流路を形成し、
前記受熱板または前記放熱板に形成された、前記流路に連通する前記作動流体の注入路を介して、前記溝に前記作動流体を注入し、
前記作動流体の注入後、リフローにより前記受熱板に熱源を接続する前に、前記注入路を塞ぐことで前記流路の内部を密閉する相変化型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、作動流体の相変化を利用して熱源からの熱を受けて拡散させる相変化型ヒートスプレッダ、これに用いられる流路構造体、この相変化型ヒートスプレッダを備えた電子機器及び相変化型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、熱源の熱を吸収して拡散するデバイスとして、ソリッド型の金属ヒートスプレッダがある。このようなソリッド型の金属ヒートスプレッダは、例えばＰＣ（Personal Computer）のＣＰＵ（Central Processing Unit）に熱的に接続され、ＣＰＵからの熱を拡散させる。この金属ヒートスプレッダには、例えばヒートシンクが取り付けられ、金属ヒートスプレッダからヒートシンクに熱が伝達されて放熱されることが一般的である。
【０００３】
しかし、ソリッド型の金属ヒートスプレッダでは、その熱拡散の効率が金属の熱伝導に依存するため、その熱拡散の応答が遅いという問題がある。また、その金属ヒートスプレッダの熱拡散面内における温度のばらつきがあるので、熱源の温度を大きく下げることが困難である。
【０００４】
このような問題を解決するため、従来から相変化型のヒートスプレッダが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載されたヒートスプレッダは、受熱プレート（３）、放熱プレート（４）、細溝プレート（５）及び太溝プレート（６）が積層されて構成されている。受熱プレート（３）が発熱体（２）からの熱を受け、密閉容器（１）内の冷媒が沸騰する。その蒸気は主に太溝プレート（６）の各溝（６ａ）を通り、密閉容器（１）内の全体に拡がり、密閉容器（１）の内壁面で凝縮する。その液化した冷媒は、受熱プレート（３）に配置された細溝プレート（５）の溝（５ａ）を通って受熱部に供給される。このような冷媒の相変化により熱がヒートスプレッダの全体に拡散される。
【０００５】
【特許文献１】特開１１−３１７６８号公報（段落[００１５]、図１〜４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のヒートスプレッダでは、蒸気の冷媒が通る溝（６ａ）と、液体の冷媒が通る溝（５ａ）が分離されている。つまり、蒸気及び液体がそれぞれの溝（６ａ）及び（５ａ）を通ることが想定されてヒートスプレッダが構成されている。しかし、熱源による熱負荷が大きい場合に、液体の溝（５ａ）にも蒸気が流入する。一旦、蒸気は体積を拡げる性質があるので、液体の溝（５ａ）に蒸気が流入すると、その溝（５ａ）で蒸気が拡がり続ける。そうなると、作動流体の供給量が減少し、ドライアウトを生じる結果となる。
【０００７】
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、相変化による熱効率を向上させ、熱抵抗を低減することができる相変化型ヒートスプレッダ、流路構造体、及び、この相変化型ヒートスプレッダを備えた電子機器これに用いられる流路構造体を提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、製造が容易で、信頼性の高い相変化型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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る相変化型ヒートスプレッダは、作動流体の相変化により熱を拡散させる相変化型ヒートスプレッダであって、受熱側と、前記受熱側に対向して設けられた放熱側とを有するコンテナと、液相の前記作動流体を毛細管力により流通させる壁面を有し、前記受熱側から前記放熱側に向かう方向で積層するように前記コンテナ内に設けられた複数の流路と、前記複数の流路を連通するように前記壁面を貫通する開口を有し、前記受熱側で受けた熱により蒸発した気相の前記作動流体が、前記開口を流通して前記放熱側に向かうように、前記気相の作動流体を流通させる気相流路とを具備する。
【００１０】
本発明では、熱源が受熱側に熱的に接続される。受熱側で受けた熱により作動流体が蒸発する。その気相の作動流体は、複数の流路同士を貫通する開口を介して、受熱側から放熱側に向かうように流通する。気相の作動流体が放熱側に近い側に到達すると凝縮し、その液相の作動流体は、複数の流路を毛細管力により流通する。
【００１１】
本発明は、上記特許文献１のように液相と気相の作動流体のそれぞれの流路を構造的に分離してしまうのではない。本発明は、気相及び液相の作動流体が混在してしまうことを前提とし、それらの流通方向を制御する、という基本的な考え方に基いてなされたものである。
【００１２】
液相の作動流体は、受熱側及び放熱側の間の平面内で、複数の流路を流通し、一方、気相の作動流体は、主に、複数の流路より流路抵抗の小さい開口を介して流通する。すなわち、蒸発した気相の作動流体のほとんどは開口を介して実質的に垂直方向へ向かい、気相の作動流体が複数の流路を流通する量は少ない。したがって、複数の流路を流通する液相の作動流体の流通を阻害することを防止することができる。これにより、相変化による熱効率を向上させ、熱抵抗を低減することができる。
【００１３】
本発明において、前記気相流路は、前記放熱側と前記複数の流路との間に設けられた、前記開口を介して前記複数の流路と連通する、前記気相の作動流体が凝縮する凝縮領域を有する。これにより、受熱側に近い側から開口を通り抜けてきた気相の作動流体は凝縮領域で凝縮して効率良く放熱することができる。
【００１４】
本発明において、相変化型ヒートスプレッダは、前記凝縮領域で凝縮した前記液相の作動流体を、前記複数の流路に戻すリターン流路をさらに具備する。典型的には、リターン流路は、コンテナの受熱側の全体のうち、熱源の最も温度が高い位置（熱源中心）から平面方向で比較的遠い位置に配置される。
【００１５】
本発明において、前記凝縮領域は、前記作動流体を第１の方向へ流通させる複数の第１の凝縮流路を有する第１の流路層と、前記作動流体を前記第１の方向とは異なる第２の方向へ流通させる、前記第１の凝縮流路と連通する複数の第２の凝縮流路を有し、前記受熱側から前記放熱側に向かう方向で前記第１の流路層とは別の層である第２の流路層とを含む。すなわち、第１の凝縮流路同士を区切る第１の壁と、第２の凝縮流路同士を区切る第２の壁とが異なる方向となり、第１の壁と第２の壁の重なり部分に柱構造が形成される。これにより、外部から相変化型ヒートスプレッダに加えられる圧縮応力に耐え得る強度を確保することができる。
【００１６】
例えば、上記第１の壁と第２の壁との接合が拡散接合されることで、引っ張り応力にも耐え得る強度が得られる。引っ張り応力としては、例えば相変化型ヒートスプレッダ内で作動流体が蒸発して内部圧力が増すときに相変化型ヒートスプレッダに加えられる応力である。
【００１７】
本発明において、前記複数の流路は、前記作動流体を第１の方向へ流通させる複数の第１の流路を有する第１の流路層と、前記作動流体を前記第１の方向とは異なる第２の方向へ流通させる第２の流路を有し、前記受熱側から前記放熱側に向かう方向で前記第１の流路層とは別の層である第２の流路層とを含む。本発明によっても、第１の流路同士を区切る第１の壁と、第２の流路同士を区切る第２の壁とが異なる方向となり、第１の壁と第２の壁の重なり部分に柱構造が形成される。これにより、上記同様に、外部からの圧縮応力に耐え得る強度を確保することができる。また、本発明においても、第１の壁及び第２の壁の接合が拡散接合されることで、引っ張り応力に対する強度に関して同様の効果が得られる。
【００１８】
本発明において、前記気相流路は、前記複数の流路が積層される方向で前記開口が並ぶように、前記開口を複数有する。これにより、気相の作動流体が、複数の流路の積層方向に複数の開口を介して流通しやすくなり、気相流路の流路抵抗を減らすことができる。
【００１９】
本発明において、前記コンテナの受熱側は、前記作動流体の注入口と、前記複数の流路のうちの少なくとも１つの流路と前記注入口とを連通する注入路と、前記作動流体の前記注入口及び前記注入路を介しての前記複数の流路への注入後に、前記受熱側に圧力をかけて前記注入路を塞ぐための押圧領域とを有し、前記相変化型ヒートスプレッダは、前記押圧領域に対応する位置で、前記複数の流路の積層方向に立設する柱部をさらに具備する。これにより、相変化型ヒートスプレッダの製造時に作動流体が複数の流路内に注入された後、注入路が押圧されて塞がれるときに、受熱側の柱部上の位置が押圧される。これにより、複数の流路や、気相流路がその押圧力によりつぶされて塞がれてしまうといったことを避けることができる。
【００２０】
注入路に対応する位置に、複数の流路や気相流路が形成されないように、受熱側における注入路上に、専用の押圧領域が設けられる構造とすることも可能である。しかし、このような専用の押圧領域に対応する位置には複数の流路や気相流路がないため、その押圧領域は熱拡散の機能が低い領域となる。本発明によれば、柱部の周囲には複数の流路や気相流路が配置されるため、実質的に相変化型ヒートスプレッダの全面において、熱拡散の効率を高めることができる。
【００２１】
受熱側に代えて、放熱側が、上記注入口及び注入路を有していてもよい。
【００２２】
本発明において、前記複数の流路における、該複数の流路の積層方向での高さは、１０〜５０μｍである。これにより、液相の作動流体に最適な毛細管力を発生させることができる。高さが１０μｍより低いと、液相の作動流体の流通量が低下し、熱効率が低下する。高さが５０μｍより高いと、作動流体に所期の毛細管力が働かず、熱効率が低下する。特に、本発明は、典型的には作動流体が純水やエタノールの場合に適用される場合が多い。
【００２３】
本発明において、相変化型ヒートスプレッダは、前記複数の流路を構成する第１の構成部材と、前記気相流路を構成する第２の構成部材とをさらに具備し、前記コンテナ、前記第１の構成部材及び前記第２の構成部材のうち、少なくとも１つが銅でなる。
【００２４】
本発明の他の観点に係る相変化型ヒートスプレッダは、作動流体の相変化により熱を拡散させる相変化型ヒートスプレッダであって、受熱板と、前記受熱板に対向して設けられた放熱板と、前記受熱板から前記放熱板に向かう方向で積層された複数の第１の板材であって、液相の前記作動流体を毛細管力により流通させる第１の溝と、前記第１の溝同士を連通するように前記第１の板材を貫通する開口とをそれぞれ有し、前記受熱板で受けた熱により蒸発した気相の前記作動流体を前記開口を介して流通させる複数の第１の板材と、前記開口を流通した前記気相の作動流体を流通させる第２の溝を有し、前記放熱板と前記複数の第１の板材との間に設けられた第２の板材とを具備する。
【００２５】
本発明では、熱源が受熱板に熱的に接続される。受熱板で受けた熱により作動流体が蒸発する。その気相の作動流体は、第１の溝同士を連通するように第１の板材を貫通する開口を介して流通する。気相の作動流体が放熱板に近い側に到達すると凝縮し、その液相の作動流体は、第１の溝を毛細管力により流通する。
【００２６】
また、相変化型ヒートスプレッダの設計時において、第１の板材の枚数が適宜設定されることにより、熱源が発生する熱量に合わせた最適な相変化型ヒートスプレッダを設計することができる。
【００２７】
第２の板材が複数設けられてもよい。その場合、第２の板材の枚数は、第１の板材の枚数の設定の趣旨と同様に設定されればよい。
【００２８】
本発明に係る流路構造体は、受熱板と、前記受熱板に対向して設けられた放熱板と、前記受熱板で受けた熱により蒸発した気相の作動流体を流通させる溝を有する板材とを備えた、前記作動流体の相変化により前記受熱板で受けた熱を拡散させる相変化型ヒートスプレッダに用いられ、前記受熱板及び前記板材の間で積層される流路構造体であって、前記受熱板及び前記放熱板の間の平面内で延びるように設けられた複数のリブと、前記気相の作動流体が前記放熱板に向かうように前記気相の作動流体を流通させる、前記流路構造体を貫通する開口を有し、前記複数のリブの間にそれぞれ設けられた、液相の前記作動流体を毛細管力により流通させる壁面とを具備する。
【００２９】
本発明に係る電子機器は、熱源と、この熱源の熱を拡散させる相変化型ヒートスプレッダとを具備する。この相変化型ヒートスプレッダは、上記したような各相変化型ヒートスプレッダが用いられる。
【００３０】
本発明に係る相変化型ヒートスプレッダの製造方法は、作動流体を流通させる溝を有する複数の板材を受熱板と放熱板との間に挟むように、前記受熱板、前記複数の板材及び前記放熱板を積層し、前記積層された、前記受熱板、前記複数の板材及び前記放熱板を拡散接合することで、前記溝に対応した前記作動流体の流路を形成し、前記受熱板または前記放熱板に形成された、前記流路に連通する前記作動流体の注入路を介して、前記溝に前記作動流体を注入し、前記作動流体の注入後、リフローにより前記受熱板に熱源を接続する前に、前記注入路を塞ぐことで前記流路の内部を密閉する。
【００３１】
本発明では、受熱板、複数の板材及び放熱板が拡散接合されるので、作動流体の注入後、リフローにより受熱板に熱源が接続されても問題ない。すなわち、リフロー時に流路内で作動流体が蒸発して流路内の圧力が増したときにこの相変化型ヒートスプレッダに加えられる引っ張り応力に耐え得る強度を確保することができる。
【００３２】
上記強度が低い場合、リフロー工程の後、流路内に作動流体を注入しなければならなくなる。すなわち、リフロー工程では、はんだ付け等により受熱板や複数の板材等の温度が高くなるので、その場合に流路内に作動流体があると、その作動流体の蒸発により内部圧力が増し、相変化型ヒートスプレッダが破壊されてしまうからである。
【００３３】
リフロー工程と、相変化型ヒートスプレッダの製造工程とは、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、リフロー後に作動流体が注入される場合、例えば相変化型ヒートスプレッダ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。本発明によれば、相変化型ヒートスプレッダが完成された後にリフローすることが可能となる。したがって、本発明では、そのような問題を解決することができ、製品の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００３４】
以上のように、本発明の相変化型ヒートスプレッダによれば、相変化による熱効率を向上させ、熱抵抗を低減することができる。
【００３５】
本発明の相変化型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】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る相変化型ヒートスプレッダを示す平面図である。図２は、その相変化型ヒートスプレッダ１００に熱源が接続された状態の当該相変化型ヒートスプレッダ１００を示す側面図である。図３は、相変化型ヒートスプレッダ１００の分解斜視図である。
【００３８】
図２に示すように、相変化型ヒートスプレッダ１００は、受熱板５００と、受熱板５００と対向して設けられた放熱板２００と、受熱板５００及び放熱板２００の間で積層された、冷媒（作動流体）の流路を構成する複数の流路板材６００とを備えている。
【００３９】
受熱板５００の表面５０１には熱源５０が熱的に接続されている。熱源５０としては、例えばＩＣ（Integrated Circuit）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である。
【００４０】
図３に示すように、複数の流路板材６００は、例えば液相の冷媒（以下、液冷媒という。）を、毛細管力により流通させることが可能な流路を構成する複数の毛細管板材（第１の板材、流路構造体、第１の構成部材）４００を含む。また、複数の流路板材６００は、主に蒸発した気相の冷媒（以下、蒸気冷媒という。）を流通させる気相流路の一部を構成する複数の気相板材３００（第２の板材、第２の構成部材）とを含む。
【００４１】
毛細管板材４００の枚数は、例えば１０〜３０枚、典型的には２０枚である。しかし、受熱板５００に熱的に接続される熱源５０から発せられる熱量に応じて、毛細管板材４００の枚数は適宜変更可能であり、１０〜３０枚に限られない。気相板材３００の枚数は、例えば１〜２０枚、典型的には８枚である。気相板材３００についても、毛細管板材４００と同様の趣旨で、その枚数は適宜変更可能であり、１〜２０枚に限られない。
【００４２】
図４は、図１に示したＡ−Ａ線断面のうちの一部を示す断面図である。この図４では、説明を分かりやすくするため、例えば毛細管板材４００及び気相板材３００が、それぞれ４枚ずつ（４０１〜４０４、３０１〜３０４）設けられている例を示している。
【００４３】
図４において、下から順に受熱板５００、複数の毛細管板材４００（以下、毛細管板材群４１０という。）、複数の気相板材３００（以下、気相板材群３１０という。）、放熱板２００が積層されている。毛細管板材群４１０のうち、最も下部にある毛細管板材４０４が受熱板５００に接合され、最も上部にある毛細管板材４０１が、最も下部にある気相板材３０４に接合されている。最も上部にある気相板材３０１が、放熱板２００に接合されている。
【００４４】
以降の説明では、毛細管板材４０１〜４０４のうち、その構成が同じ部分については、任意の１枚の毛細管板材４００について説明し、その場合、「毛細管板材４００」と呼ぶ。同様に、気相板材３０１〜３０４のうち任意の１枚の気相板材３００について説明するときは、「気相板材３００」と呼ぶ。
【００４５】
図５は、受熱板５００の内側の一部を示す斜視図である。受熱板５００の内側５０９には複数の溝５０５が形成されている。溝５０５の深さは、１０〜５０μｍ、典型的には２０μｍ程度とされるが、この範囲に限られない。溝５０５の深さは、液冷媒に適切な毛細管力が働くような値に設定される。
【００４６】
複数の溝５０５が形成されることにより、各溝５０５の間には複数のリブ５０６が形成される。このようなリブ５０６が形成されることについては、後述する毛細管板材４００、気相板材３００及び放熱板２００についても同様である。
【００４７】
受熱板５００には、図示しない冷媒の注入路及び注入口が形成されている。この注入路及び注入口は、放熱板２００に形成されていてもよい。
【００４８】
図６は、例えば２枚積層された毛細管板材４００の一部を示す斜視図である。図７は、毛細管板材群４１０の一部を示す平面図であり、図８は、図７におけるＢ−Ｂ線断面図である。図９は、毛細管板材４００の全体を示す平面図である。
【００４９】
毛細管板材４００の表面には複数の溝（第１の溝）４０５が形成される。溝４０５の深さは、１０〜５０μｍ、典型的には２０μｍ程度とされるが、この範囲に限られない。溝４０５の深さは、液冷媒に適切な毛細管力が働くような値に設定される。
【００５０】
なお、図９に示した毛細管板材４００では、図を分かりやすくするため、毛細管板材４００全体の大きさに対して、溝４０５等のスケールを大きくして描いている。後で説明する図１１及び図１２も同様の趣旨である。
【００５１】
毛細管板材４０１〜毛細管板材４０４は、各層の溝４０５がそれぞれ直交する方向に延びるように、Ｘ−Ｙ平面で９０度ずつ回転させて積層されている。毛細管板材４００の溝４０５を構成する壁面４３０（図７、図８参照）には、毛細管板材４００を貫通する複数の開口４０８が、溝４０５の長手方向（例えば図７においてＸ方向）に沿って配置されている。この溝４０５を構成する壁面４３０は、リブの側面４３１及び床面４３２によって構成されており、このうち床面４３２にその複数の開口４０８が形成されている。
【００５２】
例えば毛細管板材４０１及びこれに隣接する毛細管板材４０２に着目する。毛細管板材４０１の溝４０５と毛細管板材４０２の溝４０５とが、毛細管板材４０１の開口４０８を介して連通するように、毛細管板材４０１及び４０２とが相対的に配置されて接合されている。
【００５３】
すなわち、毛細管板材４０２のリブ４０６が毛細管板材４０１の開口４０８を塞がないように、かつ、毛細管板材４０１の裏面と毛細管板材４０２のリブ４０６とが接合されるように、毛細管板材４０１及び４０２が相対的に配置されて接合されている。他の毛細管板材４０２と４０３、毛細管板材４０３と４０４のそれぞれの相対的な位置についても同様である。
【００５４】
これらの開口４０８は、受熱板５００で受けた熱により蒸発した蒸気冷媒が流通する気相流路の一部として機能する。
【００５５】
これらの各層の開口４０８は、各流路板材６００が積層される方向（Ｚ方向）に並ぶように、つまり、それらの開口面が互いに対面するように配置されている。これにより、蒸気冷媒がＺ方向に並んだ開口４０８を介して流通するときの流路抵抗が小さくなり、熱効率が向上する。しかしながら、必ずしも開口４０８はＺ方向で並ぶように配置されていなくてもよく、ある１つの層の開口４０８とそれと隣接する層の開口４０８が多少Ｙ方向またはＸ方向にずれて配置されていてもよい。
【００５６】
再び毛細管板材４０１及びこれに隣接する毛細管板材４０２に着目する。図８に示すように、毛細管板材４０２の溝４０５を構成する壁面４３０と、この壁面４３０の床面４３２に対面する、毛細管板材４０１の裏面側である天井面４３３とで囲まれる領域が、主に液冷媒の毛細管力による流路として機能する。ただし、床面４３２及び天井面４３３には、開口４０８が設けられているので、Ｚ方向に開口４０８によって貫かれる領域は、蒸気冷媒の流路として機能する。
【００５７】
さらに詳しく説明すると、特に壁面４３０の、側面４３１と床面４３２の境界、及び、側面４３１と天井面４３３との境界において、液冷媒に毛細管力が最も強く働く。その結果、液冷媒は、図７に示すように、開口４０８を避けた領域４４０を流通することになる。なお、「壁面」の概念には、側面４３１及び床面４３２だけでなく、天井面４３３も含まれてもよい。
【００５８】
例えば、毛細管板材４０１の各溝４０５が、第１の流路層として機能する場合、それに隣接する毛細管板材４０２の各溝４０５が、第２の流路層として機能する。
【００５９】
図７に示すように、溝４０５の幅ｂは１００〜２００μｍであり、リブ４０６の幅ｃは５０〜１００μｍであり、開口４０８の直径ｄは５０〜１００μｍである。しかし、これらの範囲に限られず、熱源５０の熱量等に応じて適宜変更可能である。
【００６０】
開口４０８の形状は、典型的には円形であるが、楕円、長穴、あるいは多角形等、どのような形状であってもよい。
【００６１】
図１０は、例えば２枚積層された気相板材３００の一部を示す斜視図である。図１０では、主に気相板材３０１及び３０２に着目して説明する。
【００６２】
気相板材３００は、典型的には２種類の板材で構成される。図１１は、気相板材３０１の全体を示す平面図である。図１２は、気相板材３０２の全体を示す平面図である。気相板材３０１及び３０２に共通する構成としては、Ｚ方向に貫通する複数の溝（第２の溝）３０５を有する点である。溝３０５の深さは、５０〜１５０μｍ、典型的には１００μｍ程度とされるが、この範囲に限られない。溝３０５の深さは、蒸気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。
【００６３】
１枚の気相板材３００が複数の溝３０５を有することで、複数のリブ３０６が形成される。図１０に示すように、気相板材３０１の溝３０５が延びる方向と、その気相板材３０１に隣接する気相板材３０２の溝３０５が延びる方向とが直交するように、気相板材３０１及び３０２がＸ−Ｙ平面内で９０度回転方向にずれて配置されている。気相板材３０３及び３０４も同様の構成を有しており、気相板材３０１〜３０４が順に９０度ずつずれて配置されている。
【００６４】
気相板材３０１〜３０４の溝３０５は、主に蒸気冷媒が流通する領域であり、これらの溝３０５は、気相流路の一部としての凝縮領域として機能する。
【００６５】
図１２に示すように、気相板材３０２は、その溝３０５が形成される領域の周囲に、凝縮して液体となった液冷媒が、毛細管板材４００の溝４０５に戻るためのリターン孔３０８（リターン流路）が形成される領域を有している。気相板材３０１はリターン孔３０８を有しておらず、気相板材３０２のリターン孔３０８に対応する、Ｚ方向の隣接する位置では、気相板材３０１の溝３０５が存在する。
【００６６】
リターン孔３０８の直径は、５０〜１５０μｍ程度に設定されているが、この範囲に限られず、適宜変更可能である。リターン孔３０８の直径は、蒸気冷媒が凝縮して液冷媒になるときに、その液冷媒に毛細管力が働くような値に設定される。
【００６７】
このように、リターン孔３０８を有しない気相板材３０１と、それを有する気相板材３０２とが１ペアとされ、本実施の形態では、典型的には、その１ペアが複数ペア積層される。すなわち、図４では、気相板材３０１及び３０３が、リターン孔３０８を有しない板材であり、気相板材３０２及び３０４が、リターン孔３０８を有する板材である。
【００６８】
リターン孔３０８が形成される領域の幅は、５〜１０ｍｍ程度であるが、この範囲に限られず、適宜変更可能である。
【００６９】
なお、リターン孔３０８を有していない複数の気相板材３０１のみが積層されて、気相板材群３１０が構成されていてもよいし、リターン孔３０８を有する複数の気相板材３０２のみが積層されて、気相板材群３１０が構成されていてもよい。あるいは、放熱板２００に近い側に配置された気相板材３００は、リターン孔３０８を有しない複数の気相板材３０１であり、毛細管板材４００に近い側に配置された気相板材３００は、リターン孔３０８を有する複数の気相板材３０２であってもよい。あるいは、複数の気相板材３０１及び複数の気相板材３０２が順番がランダムに積層されていてもよい。
【００７０】
例えば、気相板材３０２の各溝３０５が、第１の流路層として機能する場合、それに隣接する気相板材３０２の各溝３０５が、第２の流路層として機能する。
【００７１】
図４に示すように、放熱板２００は、受熱板５００と同様に、内側に複数の溝２０５を有する。複数の溝２０５は、気相板材３００の溝３０５と同様な機能を有し、それと同様なサイズで形成されればよい。
【００７２】
受熱板５００、毛細管板材群４１０、気相板材群３１０及び放熱板２００のそれぞれのリブ５０６、４０６、３０６及び２０６により、Ｚ方向で柱構造（破線６３０で囲まれる部分）が形成されるように、受熱板５００、毛細管板材群４１０、気相板材群３１０及び放熱板２００が積層されている。このように、複数の柱構造６３０が形成されることにより、外部から相変化型ヒートスプレッダ１００に加えられる圧縮応力に耐え得る強度を確保することができる。
【００７３】
また、これら受熱板５００、毛細管板材群４１０、気相板材群３１０及び放熱板２００が、拡散接合により接合されることにより、後述するように相変化型ヒートスプレッダ１００の内部から発生する引っ張り応力にも耐え得る強度が得られる。
【００７４】
以上のように構成された、各溝５０５、４０５、３０５、２０５、開口４０８、冷媒の注入路等は、典型的にはフォトリソグラフィ及びエッチング等のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により形成される。しかし、レーザ加工等、他の加工方法により形成されてもよい。
【００７５】
図３、図９、図１１、図１２に示すように、受熱板５００、流路板材６００及び放熱板２００は、それぞれ溝５０５、４０５、３０５及び２０５が形成されていないフレーム部５０７、４０７、３０７及び２０７をそれぞれ有している。これらフレーム部５０７、４０７、３０７及び２０７が接合される。すなわち、受熱板５００、放熱板２００、及びこれらフレーム部５０７、４０７、３０７及び２０７により、この相変化型ヒートスプレッダ１００のコンテナが形成される。
【００７６】
例えば図９に示すように、フレーム部５０７、４０７、３０７及び２０７の幅ｆは数ｍｍであるが、適宜変更可能である。これらの幅ｆは、コンテナとしての強度、相変化型ヒートスプレッダ１００のＸ−Ｙ平面内で占める流路部分の割合、または、熱源５０の熱量等に応じて適切な値に設定される。
【００７７】
受熱板５００、放熱板２００及び流路板材６００は、典型的には金属材料でなる。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。受熱板５００、放熱板２００及び流路板材６００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２つが同じ材料で構成されていてもよい。
【００７８】
冷媒としては、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る。しかし、これらに限られない。
【００７９】
図１に示すように、相変化型ヒートスプレッダ１００の一辺の長さｅは、例えば３０〜５０ｍｍとされるが、この範囲に限られない。
【００８０】
受熱板５００、複数の流路板材６００及び放熱板２００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。あるいは、上記した拡散接合により接合されてもよい。また、複数の毛細管板材４００同士の接合、または、複数の気相板材３００同士についても同様に接合されればよい。
【００８１】
以上のように構成された相変化型ヒートスプレッダ１００の動作について説明する。図１３は、その動作を説明するための模式的な図である。
【００８２】
熱源５０が熱を発生すると、この熱を受熱板５００が受ける。そうすると、毛細管板材群４１０の溝４０５において毛細管力により集められた液冷媒が沸騰し、蒸発する。蒸気冷媒の一部は、溝４０５内で流通するが、蒸気冷媒のほとんどは、開口４０８を介して放熱板２００側に向かうように流通し、気相板材群３１０の溝３０５を流通する。蒸気冷媒がそれらの溝３０５を流通することで熱が拡散し、蒸気冷媒が凝縮する。これにより主に放熱板２００から熱を放出する。凝縮した蒸気冷媒は、毛細管力により、リターン孔３０８を介して毛細管板材群４１０の溝４０５に戻る。このような動作が繰り返されることにより、熱源５０の熱が相変化型ヒートスプレッダ１００により拡散する。
【００８３】
図１３で矢印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り、熱源５０の熱量によりそれらの各動作領域が多少シフトしたりするので、各動作が領域ごとに明確に分けられるわけではない。
【００８４】
なお、相変化型ヒートスプレッダ１００の放熱板２００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、相変化型ヒートスプレッダ１００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。
【００８５】
以上のように、本実施の形態に係る相変化型ヒートスプレッダ１００は、気相及び液相の作動流体が混在してしまうことを前提とし、それらの流通方向を制御する、という基本的な考え方に基いて考え出されたデバイスである。
【００８６】
すなわち、液冷媒は、Ｘ−Ｙ平面内に設けられた複数の溝４０５を流通し、一方、蒸気冷媒のほとんどが流路抵抗の小さい開口４０８を介して、Ｚ方向に流通する。溝４０５を流通する液冷媒は、主に壁面４３０の側面４３１中心に集められるので、蒸気冷媒が液冷媒の流通を阻害することを防止できる。これにより、相変化による熱効率を向上させ、熱抵抗を低減することができる。
【００８７】
図１４は、本実施の形態に係る相変化型ヒートスプレッダ１００の冷却性能をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【００８８】
横軸は、相変化型ヒートスプレッダ１００に入力される熱源５０の熱量であり、縦軸は熱抵抗である。このシミュレーションでは、相変化型ヒートスプレッダ１００のスケールとして、図７において、ｂ＝１６０μｍ、ｃ＝８０μｍ、ｄ＝８０μｍ、図８においてａ＝２０μｍ、相変化型ヒートスプレッダ１００のＺ方向の厚さが２．６ｍｍ、図１においてｅ＝４０ｍｍ（正方形）に設定された。受熱板５００、放熱板２００及び流路板材６００の材料としては、銅が用いられた。冷媒としては純水が用いられた。
【００８９】
比較対象となるデバイスは、厚さ２．６ｍｍ、一辺４０ｍｍの正方形であり、ソリッドタイプの銅のヒートスプレッダである。
【００９０】
このグラフから分かるように、相変化型ヒートスプレッダ１００では、例えば入力される熱量が７０Ｗのとき、ソリッドタイプの銅に比べ熱抵抗が２０％減少し、大幅な改善が見られた。
【００９１】
図１５（Ａ）、（Ｂ）は、図１４の実験で用いられたソリッドタイプのヒートスプレッダの熱拡散作用のシミュレーション結果を示す図及びグラフである。図１６（Ａ）、（Ｂ）は、図１４の実験で用いられた相変化型ヒートスプレッダ１００の熱拡散作用のシミュレーション結果を示すグラフである。熱源５０の大きさは、一辺が２０ｍｍ程度の正方形のＩＣであり、入力熱量は１００Ｗとされた。図１５（Ａ）、図１６（Ａ）において、クロスの中心点が、相変化型ヒートスプレッダ１００の中心であり、熱源５０の中心である。
【００９２】
これらのグラフから分かるように、ソリッドタイプのヒートスプレッダに比べ、相変化型ヒートスプレッダ１００による熱拡散の温度勾配が緩やかであり、中心温度が低く、熱拡散作用が高いことが分かる。
【００９３】
図１７は、毛細管板材４００の溝４０５による毛細管力と流路抵抗との関係を示すグラフである。本例では、毛細管板材４００の材料は銅であり、冷媒は純水である。毛細管力と流路抵抗とはトレードオフの関係にある。したがって、両者のバランス調整が必要になる。グラフの横軸は、毛細管の高さ（溝４０５の深さ）であり、横軸は、その毛細管力または流路抵抗によって冷媒にかかる圧力である。
【００９４】
流路抵抗が極力小さく、かつ、毛細管力が極力大きい方ことが望まれる。したがって、その差圧が最も大きいところの毛細管の高さが最適な値となる。この例では、約２０μｍである。
【００９５】
毛細管の高さが１０μｍより低いと、液冷媒の流通量が低下し、熱効率が低下する。毛細管の高さが５０μｍより高いと、作動流体に所期の毛細管力が働かず、熱効率が低下する。
【００９６】
図２４は、本発明者らが、本実施の形態に係る相変化型ヒートスプレッダ１００を、周知のヒートパイプ型（例えば平型のヒートパイプ）のように使用した実験例を示す図である。相変化型ヒートスプレッダ１００も、ヒートパイプも、原理的には毛細管力と相変化潜熱を利用している部分は共通である。異なる点は、相変化型ヒートスプレッダ１００は、主にその中央に熱源が接続され、その相変化型ヒートスプレッダ１００の主面の方向に熱を拡散させるのに対し、ヒートパイプは、熱源及び放熱側が物理的に分離され、熱源から放熱側へ熱を運ぶものである。
【００９７】
したがって、本発明者らは、相変化型ヒートスプレッダ１００の方が、むしろ気相及び液相の分離や毛細管力の強化がされているので、相変化型ヒートスプレッダ１００もヒートパイプ型の使用が可能ではないのか、という観点から、本実験を行った。
【００９８】
本実験で用いられた相変化型ヒートスプレッダは、上記で説明した、一辺が４０ｍｍの正方形の相変化型ヒートスプレッダ１００である。また、放熱側には水冷ジャケット１１が用いられた。
【００９９】
図２４（Ａ）は、相変化型ヒートスプレッダ１００の下部に熱源５０が取り付けられるボトムヒートでの実験例を示す。図２４（Ｂ）は、相変化型ヒートスプレッダ１００の上部に熱源５０が取り付けられるトップヒートでの実験例を示す。すなわち、図２４（Ａ）と図２４（Ｂ）とでは、上下が逆とされ、作動流体に働く重力の影響が考慮されている。作動流体は自重で下部に集まりやすいので、一般的に、ちらかといえばボトムヒートの方がトップヒートに比べ熱源５０の温度が下がりやすい傾向にある。
【０１００】
これらの図に示すように、相変化型ヒートスプレッダ１００の、熱源５０が配置される側とは反対側が、熱伝導グリス１３を介して水冷ジャケットベース１２に接続されている。熱源５０の端部から水冷ジャケットベース１２が接続される部分までの距離は１０ｍｍとされた。
【０１０１】
図２５は、図２４に示す実験において、相変化型ヒートスプレッダ１００の場合と、相変化型ヒートスプレッダ１００に代わりにソリッドタイプの銅板が用いられた場合との、入力熱量と、熱源５０の温度との関係を示すグラフである。銅板は、相変化型スプレッダと同一サイズ（厚さも同一で２．６ｍｍ）である。
【０１０２】
このグラフから、相変化型ヒートスプレッダ１００は、熱源５０の端部から冷却ジャケットベース１２が接続された部分までの距離（１０ｍｍ）は短いが、ドライアウトすることなく十分にヒートパイプとして機能していることが分かる。相変化型ヒートスプレッダ１００の場合、トップヒート及びボトムヒートの両方において、５０Wの入力熱量での熱源５０の温度は、銅板と比較して約１０℃低い値となっている。
【０１０３】
図１８は、本発明の他の実施の形態に係る相変化型ヒートスプレッダを示す模式的な断面図である。図１９は、図１８に示した相変化型ヒートスプレッダ１５０の平面図である。これ以降の説明では、図１等に示した実施の形態に係る相変化型ヒートスプレッダ１５０が含む部材や機能等について同様のものは説明を簡略または省略し、異なる点を中心に説明する。
【０１０４】
受熱板５００には、例えば冷媒の２つの注入口５２６と、これらにそれぞれ連通する２つの注入路５２７が形成されている。なお、２枚の板材のうちの一方に溝（注入路５２７のための溝）及び開口（注入口５２６のための開口）が形成された後、これら２つの板材が接合されて受熱板５００が形成されることで、これらの注入路５２７や注入口５２６が形成される。注入路５２７は、毛細管板材４００の溝４０５に連通している。注入口５２６及び注入路５２７はそれぞれ１つずつであってもよい。なお、図１９の斜線部分は、流路板材６００による冷媒の流路が形成される部分を示している。
【０１０５】
注入路５２７は、例えば直線状に形成され、その直線上の所定の領域が、注入路５２７に圧力をかけて注入路５２７を塞ぐための押圧領域５４０となる。押圧領域５４０とは、すなわちカシメ領域である。相変化型ヒートスプレッダ１５０の内部、つまり流路板材６００が配置される領域には、このカシメ領域に対応する位置で、受熱板５００から放熱板２００にかけてＺ方向に柱部６０３が形成されている。
【０１０６】
この柱部６０３は、受熱板５００、毛細管板材４００、気相板材３００及び放熱板２００にそれぞれ形成された円柱状のリブ同士が積層されることにより形成されればよい。この柱部６０３の幅（あるいは直径）は、流路板材６００により構成される流路（以下、内部流路という。）が、そのカシメ時の押圧力により塞がれない程度の幅に適宜設定される。
【０１０７】
図２０は、上記相変化型ヒートスプレッダ１５０への冷媒の注入方法を順に示した模式図である。
【０１０８】
例えば、図２０（Ａ）に示すように、注入口５２６及び注入路５２７を介して内部流路内が減圧され、注入口５２６及び注入路５２７を介して図示しないディスペンサにより冷媒が内部流路に注入される。
【０１０９】
図２０（Ｂ）に示すように、押圧領域５４０が押圧されて注入路５２７が塞がれる（仮封止）。その後、別の注入路５２７及び注入口５２６を介して内部流路内が減圧され、その内部流路内が目標圧になった時点で、図２０（Ｂ）に示すように、押圧領域５４０が押圧されて注入路５２７が塞がれる（仮封止）。
【０１１０】
その後、図２０（Ｃ）に示すように、押圧領域５４０よりも注入口５２６に近い側において、注入路５２７が例えばレーザ溶接により塞がれる（本封止）。これにより、相変化型ヒートスプレッダ１５０の内部が密閉される。
【０１１１】
このように、相変化型ヒートスプレッダ１５０は、押圧領域５４０に対応する位置に柱部６０３を備えているので、内部流路が、カシメ時に押圧力によりつぶされて塞がれてしまうといったことを防止できる。
【０１１２】
注入路５２７に対応する位置に、内部流路が形成されないように相変化型ヒートスプレッダ１５０が構成されることも考えられる。すなわち、内部流路に対応しない位置に専用の押圧領域５４０が設けられていてもよい。しかし、このような専用の押圧領域５４０に対応する位置には内部流路がないため、その専用の押圧領域５４０に対応する位置は熱拡散の機能が低い領域となる。
【０１１３】
本実施の形態に係る相変化型ヒートスプレッダ１５０によれば、柱部６０３の周囲には内部流路が配置されるため、実質的に相変化型ヒートスプレッダ１５０の全面において、熱拡散の効率を高めることができる。
【０１１４】
なお、注入路５２７及び注入口５２６は、放熱板２００に形成されていてもよい。
【０１１５】
次に、上記相変化型ヒートスプレッダ１５０（または相変化型ヒートスプレッダ１５０）の製造方法の一実施形態について説明する。図２１は、その製造方法を示すフローチャートである。
【０１１６】
複数の板材が用意され、これらの板材に溝５０５、４０５、３０５、２０５、開口４０８等が形成される（ステップ１０１）。これにより、受熱板５００、複数の流路板材６００及び放熱板２００が形成される。
【０１１７】
受熱板５００と放熱板２００との間に複数の流路板材６００が挟まれるように、これら受熱板５００、複数の流路板材６００及び放熱板２００が積層され、拡散接合される（ステップ１０２）。積層時には、各板の精密な位置合わせが行われる。拡散接合は金属結合の作用があるので、相変化型ヒートスプレッダ１５０の強度または剛性を高めることができる。
【０１１８】
図２０（Ａ）〜図２０（Ｃ）に示したように、冷媒が内部流路に注入され、封止される（ステップ１０３）。これにより、相変化型ヒートスプレッダ１５０が完成する。
【０１１９】
その後、受熱板５００に熱源５０が実装される（ステップ１０４）。熱源５０がＩＣ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ことがある。リフロー工程では、はんだ付け等により受熱板５００や相変化型ヒートスプレッダ１５０全体が、２３０〜２４０℃と高温になる。このような環境では、冷媒の蒸発により内部圧力が増すが、ステップ１０２では拡散接合が行われるため、その内部圧力による引っ張り応力に耐え得る強度や剛性を確保することができる。
【０１２０】
リフロー工程と、相変化型ヒートスプレッダ１５０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、リフロー後に作動流体が注入される場合、例えば相変化型ヒートスプレッダ１５０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。
【０１２１】
図２１に示す製造方法によれば、相変化型ヒートスプレッダ１５０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。
【０１２２】
図２２は、上記相変化型ヒートスプレッダ１００または１５０のリブの他の実施の形態を示す模式図である。この図２２では、例えば複数の毛細管板材４００のリブ４１６が、複数の円柱部４１７を有している。これら複数の円柱部４１７同士のピッチ、その数、円柱部４１７の大きさ等は適宜設定可能である。円柱形状に限られず、楕円、角形、またはその他の形状であってもよい。
【０１２３】
これらの複数の毛細管板材４００の円柱部４１７同士がＺ方向で重なり合って接合されるように、複数の毛細管板材４００同士が接合される。このことは、受熱板５００と毛細管板材４００の接合、毛細管板材４００と気相板材３００との接合、または、気相板材３００と放熱板２００との接合に関しても同様である。
【０１２４】
このような構成によれば、内部流路に影響を与えずに接合面積を増やし、相変化型ヒートスプレッダ１５０に対する外部からの圧縮応力や、内部からの引っ張り応力に対する強度または剛性を高めることができる。
【０１２５】
図２３は、上記相変化型ヒートスプレッダ１００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。ＰＣ２０の筐体２１内には、回路基板２２が配置され、例えば回路基板２２にはＣＰＵ２３が搭載されている。このＣＰＵ２３に相変化型ヒートスプレッダ１００（または１５０）が熱的に接続され、相変化型ヒートスプレッダ１００には図示しないヒートシンクが熱的に接続される。
【０１２６】
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。
【０１２７】
相変化型ヒートスプレッダ１５０の平面形状は四角形あるいは正方形とした。しかし、その平面形状は、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。
【０１２８】
各溝５０５、４０５、３０５、２０５、壁面４３０、リブ５０６、４０６、３０６及び２０６、フレーム部５０７、４０７、３０６及び２０７の形状等は、適宜変更可能である。
【０１２９】
図２３の電子機器として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】
【０１３０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る相変化型ヒートスプレッダを示す平面図である。
【図２】その相変化型ヒートスプレッダに熱源が接続された状態の当該相変化型ヒートスプレッダを示す側面図である。
【図３】相変化型ヒートスプレッダの分解斜視図である。
【図４】図１に示したＡ−Ａ線断面のうちの一部を示す断面図である。
【図５】受熱板の内側の一部を示す斜視図である。
【図６】２枚積層された毛細管板材の一部を示す斜視図である。
【図７】毛細管板材群の一部を示す平面図である。
【図８】図７におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】毛細管板材の全体を示す平面図である。
【図１０】２枚積層された気相板材の一部を示す斜視図である。
【図１１】気相板材の全体を示す平面図である。
【図１２】図１１に示した気相板材とペアとなる気相板材の全体を示す平面図である。
【図１３】相変化型ヒートスプレッダの動作を説明するための模式的な図である。
【図１４】本実施の形態に係る相変化型ヒートスプレッダの冷却性能をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【図１５】図１４の実験で用いられたソリッドタイプのヒートスプレッダの熱拡散作用のシミュレーション結果を示す図及びグラフである。
【図１６】図１４の実験で用いられた相変化型ヒートスプレッダの熱拡散作用のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１７】毛細管板材の溝による毛細管力と流路抵抗との関係を示すグラフである。
【図１８】本発明の他の実施の形態に係る相変化型ヒートスプレッダを示す模式的な断面図である。
【図１９】図１８に示した相変化型ヒートスプレッダの平面図である。
【図２０】上記相変化型ヒートスプレッダへの冷媒の注入方法を順に示した模式図である。
【図２１】相変化型ヒートスプレッダの製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２２】相変化型ヒートスプレッダのリブの他の実施の形態を示す模式図である。
【図２３】相変化型ヒートスプレッダを備えた電子機器として、ラップトップ型のＰＣを示す斜視図である。
【図２４】本発明者らが、本実施の形態に係る相変化型ヒートスプレッダを、ヒートパイプ型（例えば平型のヒートパイプ）のように使用した実験例を示す図である。（Ａ）はボトムヒートでの実験例、（Ｂ）はトップヒートでの実験例を示す。
【図２５】図２４に示す実験において、相変化型ヒートスプレッダの場合と、相変化型ヒートスプレッダに代わりにソリッドタイプの銅板が用いられた場合との、入力熱量と、熱源の温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３１】
５０…熱源
１００、１５０…相変化型ヒートスプレッダ
１５０…相変化型ヒートスプレッダ
２００…放熱板
２０５、３０５、４０５、５０５…溝
３００、３０１、３０２、３０３、３０４…気相板材
２０６、３０６、４０６、４１６、５０６…リブ
３０８…リターン孔
４００、４０１、４０２、４０３、４０４…毛細管板材
４０１…毛細管板材
４０８…開口
４３０…壁面
５００…受熱板
５２６…注入口
５２７…注入路
５４０…押圧領域
６０３…柱部
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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