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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024015913
(43)【公開日】2024-02-06
(54)【発明の名称】冷却装置
(51)【国際特許分類】
F28D 15/04 20060101AFI20240130BHJP
F28D 15/02 20060101ALI20240130BHJP
H01L 23/427 20060101ALI20240130BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20240130BHJP
【ＦＩ】
F28D15/04 B
F28D15/02 101H
F28D15/02 102C
F28D15/02 M
H01L23/46 B
H05K7/20 Q
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022118296
(22)【出願日】2022-07-25
(71)【出願人】
【識別番号】000005223
【氏名又は名称】富士通株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】久保 秀雄
(72)【発明者】
【氏名】遠藤 厚
(72)【発明者】
【氏名】児玉 正英
(72)【発明者】
【氏名】青木 伸充
(72)【発明者】
【氏名】篠部 賢二
(72)【発明者】
【氏名】平井 慶太
(72)【発明者】
【氏名】金井 祐樹
(72)【発明者】
【氏名】小林 亨
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 宏
(72)【発明者】
【氏名】浦井 隆司
(72)【発明者】
【氏名】宮田 啓雅
【テーマコード（参考）】
5E322
5F136
【Ｆターム（参考）】
5E322AA01
5E322AA05
5E322AA11
5E322AB01
5E322DB01
5E322DB06
5E322DB12
5E322FA01
5E322FA04
5F136CC12
5F136CC14
5F136CC18
(57)【要約】
【課題】容器内での冷媒の蒸発と凝縮とによって熱移動を行う冷却装置において、冷媒の蒸発を促進して冷却効率を高くする。
【解決手段】冷却装置４２は、冷媒ＲＦが密封された容器４４の一部を成し発熱体からの熱を受ける受熱板６０と、容器４４の内部で液相の冷媒ＲＦを受熱により蒸発させる蒸発部６１と、容器４４の内部で気相の冷媒を放熱により凝縮させる凝縮部７２と、を有する。さらに、冷却装置４２は、受熱板６０における容器２２の内側の面に形成された複数の凹部６６を有する。
【選択図】図５
【解決手段】冷却装置４２は、冷媒ＲＦが密封された容器４４の一部を成し発熱体からの熱を受ける受熱板６０と、容器４４の内部で液相の冷媒ＲＦを受熱により蒸発させる蒸発部６１と、容器４４の内部で気相の冷媒を放熱により凝縮させる凝縮部７２と、を有する。さらに、冷却装置４２は、受熱板６０における容器２２の内側の面に形成された複数の凹部６６を有する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
冷媒が密封された容器と、
前記容器の一部を成し発熱体からの熱を受ける受熱板と、
前記容器の内部で液相の前記冷媒を受熱により蒸発させる蒸発部と、
前記容器の内部で気相の前記冷媒を放熱により凝縮させる凝縮部と、
前記受熱板における前記容器の内側の面に形成された複数の凹部と、
を有する冷却装置。
前記容器の一部を成し発熱体からの熱を受ける受熱板と、
前記容器の内部で液相の前記冷媒を受熱により蒸発させる蒸発部と、
前記容器の内部で気相の前記冷媒を放熱により凝縮させる凝縮部と、
前記受熱板における前記容器の内側の面に形成された複数の凹部と、
を有する冷却装置。
【請求項2】
複数の前記凹部は、前記受熱板の受熱面に向けて一定の開口断面を有している請求項１に記載の冷却装置。
【請求項3】
複数の前記凹部は、前記受熱板の受熱面に向けて段階的に小さくなる開口断面を有している請求項１に記載の冷却装置。
【請求項4】
複数の前記凹部は、前記容器の内側の開口部から前記受熱板の受熱面に向けて部分的に広がる形状の開口断面を有している請求項１に記載の冷却装置。
【請求項5】
複数の前記凹部は、前記受熱板の受熱面に向けて連続的に小さくなる開口断面を有している請求項１に記載の冷却装置。
【請求項6】
複数の前記凹部を前記受熱板の内部で連通させる連通部を有する請求項１に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願の開示する技術は冷却装置に関する。
【背景技術】
【0002】
冷媒が密封された容器の内部に、液相の冷媒を受熱により蒸発させる蒸発部と、容器の内部で気相の冷媒を放熱により凝縮させる凝縮部と、容器の内部での冷媒を毛細管現象により蒸発部に輸送する管状の輸送部と、を有する冷却装置がある。また、受熱部の発熱体の位置に対応する伝熱壁部を、凹凸面と金属製多孔体とにより構成した沸騰冷却装置がある。凹凸面は受熱部の内壁面に沿って延びる複数の凹条を有している。金属製多孔体は、凹凸面に対し、凹凸面の凹条の少なくとも一部が内部空間に開放された状態で重ねるように取り付けられ、一方向に延びる複数の貫通孔が形成され、貫通孔の一方の開口が凹凸面に対面し、他方の開口が内部空間に開放されるように取り付けられている。（例えば特許文献１、特許文献２等参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２１－１９０４７９号公報
【特許文献2】特開２０１８－２０４８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
冷媒が密封された容器内で、冷媒の蒸発と凝縮とによって熱移動をする冷却装置では、冷媒の蒸発を促進することで、熱を効率的に輸送し、冷却効率を高めることができる。容器内で冷媒の蒸発を促進できる冷却装置の構造について、改善の余地がある。
【0005】
本願の開示技術は、１つの側面として、容器内での冷媒の蒸発と凝縮とによって熱移動を行う冷却装置において、冷媒の蒸発を促進して冷却効率を高くすることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本願の開示する技術では、冷媒が密封された容器と、容器の一部を成し発熱体からの熱を受ける受熱板と、容器の内部で液相の冷媒を受熱により蒸発させる蒸発部と、容器の内部で気相の冷媒を放熱により凝縮させる凝縮部と、を有する。さらに、受熱板における容器の内側の面に形成された複数の凹部を有する。
【発明の効果】
【0007】
本願の開示する技術では、容器内での冷媒の蒸発と凝縮とによって熱移動を行う冷却装置において、冷媒の蒸発を促進して冷却効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
第一実施形態の冷却装置４２について、図面に基づいて詳細に説明する。
【0010】
図１及び図２には、第一実施形態の冷却装置４２が示されている。また、図３には、この冷却装置４２を備えた電子機器３２が示されている。電子機器３２としては、サーバ等の情報通信機器を挙げることができるが、これに限定されない。
【0011】
電子機器３２は、剛性及び絶縁性を備えた基板３４を有している。基板３４には、複数の素子３６、３８が搭載されている。素子３６、３８の種類は特に限定されないが、本実施形態では、素子３６はプロセッサチップであり、素子３８はメモリチップである。この場合、素子３６は、発熱体の一例である。そして、素子３６を冷却するために、冷却装置４２が素子３６に対し配置される。なお、図５及び図８に示すように、素子３６はパッケージ４０に収容されている。また、素子３６は、たとえば複数のランドを用いた、いわゆるＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）によって、基板３４に対し電気的に接続される。
【0012】
【0013】
冷媒ＲＦの種類は、容器４４内で、液相と気相との相転移を行いつつ循環することで熱を移動させることができれば限定されず、たとえば、水を用いることができる。水の他にも、オイルやアルコールを用いることも可能であるが、水は入手が容易で、且つ取り扱いも容易であり、本実施形態においても水が用いられている。
【0014】
【0015】
受熱板６０は、図５及び図８に示すように板状に形成されている。本開示の技術では、受熱板６０は、上下に重ねられた２枚の板材を含んでいるが、１枚の板材であってもよい。そして、受熱板６０は、熱接合材８２を介してパッケージ４０に接触配置され、素子３６の熱を受ける部分である。熱接合材８２としては、たとえば、熱伝導性を有するグリスや熱伝導シート等が用いられる。熱接合材８２によって、パッケージ４０と受熱板６０との密着性が高められ、パッケージ４０から受熱板６０への効率的な熱の移動が可能になる。
【0016】
受熱部４６には、液相の冷媒ＲＦをこの熱によって気化させる蒸発部６２が備えられている。
【0017】
図４及図５に示すように、放熱部４８は、受熱部４６から離間して配置されている。放熱部４８は、容器４４に密封された冷媒ＲＦの熱を外部に放出する部分である。放熱部４８には、気相の冷媒ＲＦを放熱によって液化する凝縮部７２が備えられている。
【0018】
接続部５０は、蒸発部６２と放熱部４８とを接続している部分である。そして、接続部５０は、冷媒ＲＦが蒸発部６２と凝縮部７２との間で移動する移動領域７４でもある。なお、気相状態の冷媒ＲＦの熱エネルギーの一部は、接続部５０においても外部に排出され、冷媒ＲＦが液化される。
【0019】
図面において、容器４４の幅方向、奥行き方向及び高さ方向を、それぞれ矢印Ｗ、矢印Ｄ及び矢印Ｈで示す。本実施形態では、放熱部４８は蒸発部６２よりも幅方向に広く、奥行き方向に短い形状である。接続部５０は、蒸発部６２よりも幅方向に狭く、且つ受熱部４６と放熱部４８とを接続するための奥行きを有している。
【0020】
図２に示すように、容器４４は、底板５２と天板５４との２枚の板材が、厚み方向（高さ方向）に重ねた状態で固定された構造である。
【0021】
図２～図４に示すように、底板５２からは、複数の支柱５６が立設されている。支柱５６の先端（上端）は天板５４に接触しており、天板５４が支柱５６によって支持されている。容器４４の内部は低圧状態に維持されているが、低圧状態であっても、支柱５６によって、天板５４と底板５２の間隔が維持されると共に、容器４４の内部の容積が確保される。
【0022】
本実施形態では、図２及び図４に示すように、支柱５６は放熱部４８において、容器４４の幅方向に間隔をあけて複数配置され、さらに、接続部５０において、容器４４の奥行方向に間隔をあけて複数配置されている。加えて、受熱部４６においても、蒸発部６２を間において接続部５０の反対側に１つの支柱５６が設けられている。
【0023】
図２に示すように、底板５２において、受熱板６０の部分には開口５８が形成されている。この開口５８に受熱板６０がはめ込まれることで、底板５２、天板５４及び受熱板６０によって容器４４における密封構造が実現される。
【0024】
受熱板６０には、複数の柱部材６４が天板５４に向けて立設されている。図５及び図７にも詳細に示すように、複数の柱部材６４は、幅方向及び奥行き方向に一定の間隔をあけて配置されており、柱部材６４の間に、格子状の溝部６６が形成されている。この溝部６６の溝幅は、後述する輸送パイプ７８の内径よりも狭い。
【0025】
図５に示すように、溝部６６では、受熱板６０からの熱により、液相の冷媒ＲＦの気化が促進される。溝部６６における「気化」には、矢印ＧＦで示すように、冷媒ＲＦの表面から気化する「蒸発」の他に、気泡ＧＢで示すように、冷媒ＲＦの内部から気化する「沸騰」も含まれる。柱部材６４を備えた部分は、このように液相の冷媒ＲＦが蒸発する部分であり、蒸発部６２である。
【0026】
柱部材６４の先端は、天板５４に接触している。これによっても、容器４４の内部の低圧状態において、天板５４と底板５２の間隔が維持されると共に、容器４４の内部の容積が確保される。
【0027】
図４に示すように、柱部材６４の周囲では、天板５４と底板５２の間に拡散領域６８が形成されている。蒸発部６２で蒸発した気相の冷媒ＲＦは、拡散領域６８に拡散する。
【0028】
さらに、受熱部４６と放熱部４８の間では、天板５４と底板５２の間に移動領域７４が形成されている。蒸発部６２で蒸発した気相の冷媒ＲＦは、移動領域７４を通って放熱部４８に移動する。この移動途中で、冷媒ＲＦの熱が容器４４の外部に排出されることで、気相の冷媒ＲＦが凝縮・液化される。すなわち、接続部５０及び放熱部４８は、このように気相の冷媒ＲＦが凝縮される部分でもある。
【0029】
天板５４には、複数の突起７６が底板５２に向けて形成されている。突起７６のそれぞれは、先端側に向かって先細りとなる形状である。このような突起７６を設けたことで、突起７６がない構造と比較して、凝縮部７２における天面の表面積が広くなっている。
【0030】
図４～図６に示すように、容器４４の内部には、奥行き方向に延在する輸送パイプ７８が配置されている。輸送パイプ７８は、１本でもよいが、本実施形態では複数本（図１３に示す例では、幅方向に隣接して配置された８本の組が支柱５６を間において２組配置されており、合計で１６本の輸送パイプ７８が配置されている。輸送パイプ７８の長手方向は、容器４４の奥行き方向（矢印Ｄ方向）と一致している。
【0031】
輸送パイプ７８の内径は、液相の冷媒ＲＦを毛細管現象により輸送することが可能で、且つ、複数の輸送パイプ７８の全体で蒸発部６２に十分な量の冷媒ＲＦを輸送可能な径に設定されている。輸送パイプ７８は、液相の冷媒ＲＦを毛細管現象によって蒸発部６２に輸送する輸送部の一例である。
【0032】
輸送パイプ７８の内径は、一端部分７８Ａが他端部分７８Ｂよりも高くなるように冷却装置４２が傾斜した場合でも、他端部分７８Ｂから一端部分７８Ａへ毛細管現象により冷媒ＲＦを輸送できるように、その上限が決められている。
【0033】
なお、本実施形態では、図６に示すように、幅方向に隣接して配置された輸送パイプ７８の間と、底板５２の間の空間８０も、液相の冷媒ＲＦを毛細管現象により輸送することが可能な領域である。
【0034】
図５及び図８に示すように、受熱板６０には、複数の凹部８４が形成されている。これらの凹部８４は、受熱板６０の上面６０Ａ、すなわち容器４４の内側の面に形成されている。複数の凹部８４はいずれも、受熱板６０を貫通しない形状、すなわち容器４４の外側の面には達しない形状である。
【0035】
また、図７に示すように、複数の凹部８４はいずれも、受熱板６０を平面視すると、受熱板６０の四辺に開放されることなく、閉じた形状である。したがって、受熱板６０を平面視すると、受熱板６０の四辺よりも内側の位置にある。具体的には、第一実施形態では、凹部８４は、円柱状である。換言すれば、凹部８４は、上下方向の位置に関わらす一定の内径の円形断面を有している。
【0036】
複数の凹部８４はいずれも、複数の溝部６６の交点の位置に形成されている。第一実施形態では、受熱板６０を平面視した場合の幅方向の中心線ＣＬ－Ｗ及び奥行方向の中心線ＣＬ－Ｄに対し、対称に配置されている。図７に示す例は、複数の凹部８４の配置の一例であり、幅方向及び奥行方向にそれぞれ５列、合計で２５個の凹部８４を示している。もちろん、複数の凹部８４の数及び配置はこれに限定されない。
【0037】
図２～図４に示すように、容器４４の内部には、接続部５０の部分に固定具８６が配置されている。図６にも示すように、固定具８６は、幅方向（矢印Ｗ方向）の両側において、天板５４と底板５２との間にはめ込まれる嵌込部８６Ａと、幅方向の中央において、複数の輸送パイプ７８を底板５２に向かって押し付ける押付部８６Ｂと、を有している。押付部８６Ｂによって、輸送パイプ７８は底板５２に押し付けられて固定される。複数の輸送パイプ７８が底板５２に接触して固定されるので、天板５４と輸送パイプ７８との間には、実質的に気相の冷媒ＲＦが移動するために十分な流路断面積が確保されている。
【0038】
さらに、輸送パイプ７８の組は、支柱５６と、押付部８６Ｂの側面部８６Ｃとの間に位置するので、幅方向にも保持される。
【0039】
図１～図４に示すように、容器４４の底板５２には、締結孔８８が設けられている。この締結孔８８には、ネジ等の締結具が挿通されて基板３４に締結されることで、冷却装置４２が基板３４に固定される。基板３４には冷却対象である素子３６がパッケージ４０と共に搭載されているので、冷却装置４２は素子３６及びパッケージ４０に対しても固定される。
【0040】
なお、天板５４は、底板５２との重なり方向（図１に示す矢印Ａ１方向）にみて、締結孔８８を避ける形状とされている。したがって、冷却装置４２を基板３４に固定する際に、天板５４が邪魔にならずに、締結具に対し締結動作（たとえばネジを回す動作）を行うことが可能である。
【0041】
図１及び図２に示すように、天板５４には、フィン９０が取り付けられている。フィン９０によって、容器４４の実質的な表面積、すなわち外部に放熱（空冷）するための放熱面積が増えている。特に、本実施形態では、フィン９０が、天板５４の略全域に設置されており、広い放熱面積が確保されている。
【0042】
図５に示すように、容器４４には、この容器４４の内部と外部とを連通する注入孔９２が設けられている。注入孔９２からは、容器４４の外側へ注入パイプ９６が延出されている。容器４４内に冷媒ＲＦを注入するには、容器４４内の空気を、真空ポンプ等を用いて排出する。その後、注入パイプ９６を通じて容器４４内へ冷媒を注入する。そして、容器４４内の冷媒を加熱して沸騰させ、冷媒ＲＦ内の溶解空気を容器４４の外部に排出する。ただし、あらかじめ溶解空気が除去された脱気冷媒を使用する場合は、この作業は不要である。次に、注入パイプ９６を外側から圧縮して封止する。さらに、注入パイプ９６の先端に図示しない栓を詰めることで、注入パイプ９６をより強く封止する。すなわち、注入孔９２が設けられていることで、容器４４の内部に、この注入孔９２を通じて冷媒ＲＦを注入できる。
【0043】
容器４４の内部では、複数の凹部８４のそれぞれに冷媒ＲＦが満たされ、さらに、冷媒ＲＦの液面が、容器４４の内寸の中間位置まで達するように冷媒ＲＦが注入される。ずなわち、図５及び図８にも示したように、複数の柱部材６４の下部が、冷媒ＲＦに浸漬された状態となる。そして、注入後に、注入孔９２を栓９４で封止することで、容器４４の内部に冷媒ＲＦを密封できる。なお、図５以外の図面では、注入孔９２、栓９４及び注入パイプ９６の図示を省略している。
【0044】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【0045】
【0046】
受熱板６０には、複数の凹部８４が形成されている。図９Ａにも示すように、凹部８４の内側に存在している冷媒ＲＦは、凹部８４の外側、すなわち受熱板６０の上面６０Ａの上に存在している冷媒ＲＦよりも、素子３６に近い位置にある。したがって、素子３６の熱が凹部８４の内側に存在している冷媒ＲＦに伝わりやすく、凹部８４の内側では冷媒ＲＦの沸騰が促進される。
【0047】
具体的には、図９Ｂに示すように、凹部８４の内側において、液相の冷媒ＲＦの核沸騰が生じ、気泡ＢＢが生成される。特に、凹部８４の角部８４Ｃは、凹部８４の側面Ａと底面Ｂとが交わる部分であるので、冷媒ＲＦの沸騰開始時における過熱度（角部８４Ｃの温度と冷媒ＲＦの飽和温度との差）が大きくなる。また、角部８４Ｃは、側面Ａと底面Ｂの両面から冷媒ＲＦが加熱されるので、冷媒ＲＦの温度が上昇しやすい。これにより、角部８４Ｃでは、気泡核が発生しやすい状態が実現される。そして、角部８４Ｃの過熱度が大きいことで、高熱の冷媒ＲＦの流束が生じやすくなり、気泡核が合体して成長するための条件である不均質核の生成に適した条件となる。
【0048】
なお、素子３６から受熱板６０に伝わった熱は、さらに、柱部材６４にも伝わる。したがって、容器４４の内部では、凹部８４の外側、すなわち、柱部材６４の間の溝部６６においても、液相の冷媒ＲＦが気化される。溝部６６における冷媒ＲＦの気化には、冷媒ＲＦ表面からの蒸発（矢印ＧＦ参照）と、冷媒ＲＦ内部からの沸騰（気泡ＧＢ参照）と、の両方がある。これにより、容器４４の内部では、気相の冷媒ＲＦが発生する。
【0049】
気相の冷媒ＲＦは、拡散領域６８に拡散されると共に、移動領域７４を通って放熱部４８に移動する（図５の矢印Ｆ１参照）。拡散領域６８及び移動領域７４では、気相の冷媒ＲＦの一部がフィン９０を通じた放熱により凝縮され液化される。さらに、気相の状態を維持したまま放熱部４８に達した冷媒ＲＦも、放熱部４８でフィン９０を通じて冷却されることで、凝縮され液化される。このように気相の冷媒ＲＦが液化されることで、凝縮熱が天板５４から、容器４４の外部に放出される。結果的に、素子３６の熱が、外部の空気中に排出される。
【0050】
図４に示すように、凝縮部７２は、幅方向（矢印Ｗ方向）において、蒸発部６２よりも幅広に形成されている。したがって、このように凝縮部７２が幅広とされていない構造と比較して、気相の冷媒ＲＦから放熱する面積を広く確保でき、冷媒ＲＦの凝縮を促進することができる。
【0051】
容器４４の内部において、液相の冷媒ＲＦは、輸送パイプ７８の内部、及び輸送パイプ７８の間と、底板５２の間の空間８０を図５に示す矢印Ｆ３方向に流れる、そして、この冷媒ＲＦは、毛細管現象によって、蒸発部６２に向かって輸送される。
【0052】
蒸発部６２では、凹部８４において、液相の冷媒ＲＦが再度沸騰される。また、溝部６６においても、液相の冷媒ＲＦが再度蒸発され気化される。このように、容器４４の内部では、冷媒ＲＦが液相と気相との相転移を繰り返しつつ蒸発部６２と凝縮部７２とで循環されることで、受熱板６０で受けた熱を、放熱部４８に移送できる。これにより、冷却対象である素子３６を冷却できる。
【0053】
このように、本実施形態では、受熱板６０に凹部８４が形成されていることで、容器４４内での冷媒ＲＦの気化が、凹部８４が形成されていない場合と比較して促進される。容器４４の内部での冷媒ＲＦの相変化が促進されるので、冷却装置４２の冷却効率が高くなる。
【0054】
なお、容器４４の内部の液相の冷媒ＲＦを、素子３６に近い部分に位置させれば、素子３６から冷媒ＲＦに効率的に伝熱できる。このような観点からは、たとえば、受熱板６０を全体的に薄くして、容器４４内の冷媒ＲＦを、受熱面６０Ｂ側の全域で素子３６に近づける構造も考えられる。
【0055】
しかし、単に受熱板６０を薄くすると、受熱板６０の曲げ剛性が低下し、受熱板６０が撓みやすくなる。本実施形態では、パッケージ４０と容器４４との間に熱接合材８２が介在されている。そして、容器４４を基板３４に対し押し付けることにより、熱接合材８２がパッケージ４０及び容器４４に密着される。したがって、受熱板６０の曲げ剛性が低下している場合には、容器４４を基板３４に向けて押し付けた場合に、受熱板６０が撓むことある。また、受熱板６０に、たとえば、受熱板６０の上面６０Ａに、受熱板６０の一辺から、対向する他辺に達し、両端で開放されている溝を形成した場合でも、溝によって、受熱板の曲げ剛性が局所的に低下する。
【0056】
これに対し、本実施形態では、受熱板６０の凹部８４は、受熱板６０において平面視で部分的に形成されており、受熱板６０の全体を薄くした形状ではない。また、凹部８４は、受熱板６０の四辺に開放されることなく、閉じた形状である。したがって、凹部８４を形成したことによる受熱板６０の曲げ剛性の低下が抑制されている。たとえば、容器４４を基板３４に対し強く押し付けて熱接合材８２をパッケージ４０及び容器４４に密着させた場合でも、受熱板６０の撓みを抑制できる。
【0057】
そして、熱接合材８２をパッケージ４０及び容器４４に密着させることで、素子３６から容器４４へ効率的に熱を伝えることが可能となる。
【0058】
また、いわゆるＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）によって素子３６を基板３４に実装する構造においても、受熱板６０の撓みを抑制しつつ、容器４４及びパッケージ４０を介して素子３６を基板３４に押し付けることが可能である。
【0059】
【0060】
比較例の冷却装置１０２では、凹部８４が受熱板６０の平面視で中央に１つのみ形成されている。このような構造であっても、凹部８４内において液相の冷媒ＲＦは沸騰される。
【0061】
しかし、比較例の冷却装置１０２では、凹部８４が１つであるので、受熱板６０の全体で見た場合は、液相の冷媒ＲＦを凹部８４において沸騰させ、冷却装置１０２の冷却効率を高める効果は、凹部８４が複数である構造と比較して小さい。
【0062】
これに対し、本願の開示の技術では、凹部８４が複数であるので、凹部８４が１つである構造と比較して、より多くの冷媒ＲＦの沸騰を促進でき、冷却装置４２の冷却効率を高めることができる。
【0063】
第一実施形態では、凹部８４の形状は円柱状である。受熱板６０の板厚方向で一定の断面（円形）を有しているので、凹部８４の形成が容易である。たとえば、凹部８４が形成されておらず、両面が平坦である板材を準備し、この板材の一方の面をドリル等で加工することで、容易に凹部８４を形成できる。
【0064】
第一実施形態では、凹部８４は、格子状の溝部６６の交点の位置に形成されている。溝部６６の交点の位置では、柱部材６４が存在していないので、凹部８４の形成が容易である。
【0065】
第一実施形態では、複数の凹部８４は、受熱板６０の平面視で、中心線ＣＬ－Ｗ及び中心線ＣＬ－Ｄに対し対称に配置されている。複数の凹部８４が、受熱板６０の平面視で偏在しないので、受熱板６０において偏りなく、凹部８４によって冷媒ＲＦの沸騰を促進できる。
【0066】
なお、第一実施形態の冷却装置４２として図７に示した例では、複数の凹部８４は、幅方向（矢印Ｗ方向）に特定のパターンで形成され、奥行方向（矢印Ｄ方向）にも特定のパターンで形成されている。したがって、受熱板６０を平面視すると、隣接する凹部８４は、長方形の頂点を成している。
【0067】
これに対し、複数の凹部８４の配置として、図１２に示す第一変形例の配置とすることも可能である。
【0068】
なお、以下に示す各変形例及び各実施形態において、冷却装置の全体的な構造は、第一実施形態と同様であるので、図示を省略する。また、以下において、第一実施形態と同一の要素、部材等については、同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
【0069】
図１２に示す第一変形例の冷却装置１１２では、受熱板６０の平面視で、幅方向の凹部８４の列を考える。具体的には、図１２に示す例では、縦方向にＭ１～Ｍ７までの７つの凹部８４の列が存在している。そして、奇数番目の列であるＭ１、Ｍ３、Ｍ５、Ｍ７では、奥行方向に一定のピッチ（間隔）のパターンで配置された６個の凹部８４を含んでいるのに対し、偶数番目の列であるＭ２、Ｍ４、Ｍ６では、奥行方向に同じく一定ピッチ（間隔）のパターンで配置された５個の凹部８４を含んでいる。そして、奇数番目の列と偶数番目の列とでは、このパターンが奥行方向に半ピッチずらして配置されている。これにより、複数の凹部８４を全体でみると、列ごとに凹部８４の位置を奥行方向にずらした配置、いわゆる千鳥配置となっている。
【0070】
このような凹部８４の配置であっても、受熱板６０の凹部８４が形成されていることで、容器４４内での冷媒ＲＦの気化が促進される。容器４４の内部での冷媒ＲＦの相変化が促進されるので、冷却装置１１２の冷却効率が高くなる。
【0071】
第一変形例においても、複数の凹部８４は、中心線ＣＬ－Ｗ及び中心線ＣＬ－Ｄに対し対称で配置されている。
【0072】
また、複数の凹部８４の配置としては、図１３に示す第二変形例の配置とすることも可能である。
【0073】
図１３に示す第二変形例の冷却装置１１４では、複数の凹部８４が、受熱板６０の平面視で、中心線ＣＬ－Ｄに対しては対称に配置されているが、中心線ＣＬ－Ｗに対しては、図１３における右側に偏って配置されている。具体的には、中心線ＣＬ－Ｗ上と、中心線ＣＬ－Ｗよりも右側の範囲に配置されている。
【0074】
第二変形例では、図１４に示すように、素子３６が、中心線ＣＬ－Ｄよりも右側に配置されている。すなわち、素子３６の位置に偏りがある場合に、素子３６に位置に対応させた複数の凹部８４の配置である。これより、偏って配置された素子３６の熱により、凹部８４の内側の冷媒ＲＦを効率的に沸騰させることができる。
【0075】
なお、複数の凹部８４を偏って配置させる具体例としては、図１３に示した構造に限定されない。たとえば、中心線ＣＬ－Ｄに対しては対称で、中心線ＣＬ－Ｗに対し偏って配置されてもよく、さらには、中心線ＣＬ－Ｗと中心線ＣＬ－Ｄの両方に対し非対称で配置されてもよい。
【0076】
次に、第二実施形態について説明する。
【0077】
図１５Ａに示すように、第二実施形態の冷却装置１２２では、内径が受熱面６０Ｂに向かって段階的に小さくなる凹部８４の形状である。図１５Ａの例では、受熱板６０の上面６０Ａから凹部８４の底面８４Ｂまでで、２段階で内径が小さくされている。したがって、受熱板６０を水平方向の断面で見ると、受熱面６０Ｂに向かうにしたがって段階的に小さくなる３種類の面が現れる。また凹部８４を矢印Ａ１方向に見ると、内径の異なる複数の同心円が現れる。
【0078】
したがって、第二実施形態では、垂直方向の断面で見て、凹部８４に第一実施形態よりも多くの角部８４Ｃが存在している。角部８４Ｃは、凹部８４の内側で冷媒ＲＦが沸騰する場合の気泡核の発生部位、すなわち、気泡核が生成されやすい部位である。このため、素子３６から受けた熱によって冷媒ＲＦが沸騰しやすくなり、冷却効果が高い構造を実現できる。
【0079】
次に第三実施形態について説明する。
【0080】
図１６Ａに示すように、第三実施形態の冷却装置１３２では、凹部８４の開口部８４Ｄは一定の内径を有する円柱状である。そして、凹部８４は、開口部８４Ｄの下側では、凹部８４は受熱面６０Ｂと平行に広がる拡径部８４Ｅを有している。拡径部８４Ｅの下方では、垂直方向の断面で見て、受熱面６０Ｂに向かって凸に湾曲する湾曲部８４Ｆである。拡径部８４Ｅと湾曲部８４Ｆの間に角部８４Ｃが存在している。なお、このように、開口部８４Ｄ（入口部）よりも内部が広がっている形状の断面は、リエントラント（ｒｅ－ｅｎｔｒａｎｔ）型の断面と称されることがある。
【0081】
第三実施形態において、素子３６の発熱が停止する等によって冷媒ＲＦが過冷却状態になった場合を考える。この場合、一次的に凹部８４内に液相の冷媒ＲＦが存在していない状態から、図１６Ｂに示すように、凹部８４内に、開口部８４Ｄ側から液相の冷媒ＲＦが浸入する。液相の冷媒ＲＦの液面ＬＳは、この液面ＬＳが開口部８４Ｄにある状態では図１６Ｂに示すように略水平であり、冷媒ＲＦの接触角θ１は鈍角である。そして、図１６Ｃに示すように、液面ＬＳが拡径部８４Ｅに達すると、拡径部８４Ｅにおける冷媒ＲＦの接触角θ１は鋭角となる。さらに、液面ＬＳが拡径部８４Ｅを凹部８４の外側に向けて進行している状態では、図１６Ｄに示すように、液面ＬＳが下に凸に湾曲した形状で、液相の冷媒ＲＦが湾曲部８４Ｆ内に浸入する。液面ＬＳと湾曲部８４Ｆとの間には、気相の冷媒ＲＦが飽和状態で存在している。
【0082】
したがって、第三実施形態では、液面ＬＳが湾曲部８４Ｆに達した状態であっても、湾曲部８４Ｆ及び角部８４Ｃでは、気泡核を内在しやすい状態となる。従って、図１６Ｅに示すように、凹部８４において、特に角部８４Ｃ及び湾曲部８４Ｆにおいて気泡核が発生しやすいので、凹部８４における伝熱面過熱度を低く抑えることができる。
【0083】
次に、第四実施形態について説明する。
【0084】
図１７Ａに示すように、第四実施形態の冷却装置１４２では、凹部８４が円錐形状である。すなわち凹部８４を垂直方向の断面で見ると、受熱面６０Ｂに向けた三角形状であり、この三角形の下端の頂点が角部８４Ｃである。凹部８４の開口断面は、受熱面６０Ｂに向けて連続的に小さくなる。換言すれば、凹部８４の側面８４Ｓは、角部８４Ｃを通る中心線ＣＬ－Ｙに対し左右対称であり、且つ、中心線ＣＬ－Ｙに対し傾斜している。
【0085】
したがって、第四実施形態では、図１７Ｂに示すように、角部８４Ｃにおいて生成された気泡ＢＢが、凹部８４の側面８４Ｓに接触しつつ成長する。このように気泡ＢＢが成長する場合、液相の冷媒ＲＦは上方に後退する。側面８４Ｓは鉛直面に対し傾斜しているので、冷媒ＲＦの後退接触角θ１は一定に保たれやすい。液面ＬＳ（気相の冷媒ＲＦと液相の冷媒ＲＦとの気液界面）が図１７Ｂにおける左右で均等になることで、液面ＬＳの面積を大きくする（好ましくは最大化する）ことが可能であり、気泡ＢＢが成長しやすい構造である。
【0086】
次に、第五実施形態について説明する。
【0087】
第五実施形態の冷却装置１５２では、図１８Ａに示すように、複数（図１８Ａの例では２つ）の凹部８４が、それぞれの凹部８４の下部において連通している。すなわち、それぞれの凹部８４の下部は、凹部８４どうしを連通させる連通部９８である。第五実施形態では、連通部９８を通る中心線ＣＬ－Ｚに対し、２つの凹部８４が対称に形成されており、凹部８４は受熱面６０Ｂに対し傾斜している。
【0088】
したがって、第五実施形態では、いずれか一方の凹部８４（図１８Ｂでは左側の凹部８４）において発生した気泡ＢＢが上昇する場合に、この凹部８４内での気泡の上昇に伴い、他方の凹部８４（図１８Ｂでは右側の凹部８４）には、矢印Ｆ２で示すように、上方から液相の冷媒ＲＦが浸入する。すなわち、凹部８４内で沸騰した冷媒ＲＦが凹部８４から排出された場合でも、あらたな液相の冷媒ＲＦが凹部８４内に供給される。
【0089】
そして、連通部９８によって連通された複数の凹部８４は、いずれも受熱面６０Ｂに対し傾斜しているので、複数の凹部８４のいずれにおいて気泡ＢＢが発生した場合でも、他方の凹部から液相の冷媒ＲＦを浸入させやすい構造である。
【0090】
次に、第六実施形態について説明する。
【0091】
第六実施形態の冷却装置１６２では、図１９Ａに示すように、複数の凹部８４がそれぞれの下部において連通部９８により連通されている。そして、連通部９８により連通された複数の凹部８４の一部（図１９Ａでは左側の凹部８４）は、受熱面６０Ｂに対し垂直の向きであり、他の凹部（図１９Ｂでは右側の凹部８４）は、受熱面６０Ｂに対し傾斜している。
【0092】
したがって、第六実施形態では、受熱面６０Ｂに対し垂直の凹部８４では、気泡ＢＢが上昇しやすくなる。そして、受熱面６０Ｂに対し傾斜している凹部８４には、矢印Ｆ２で示すように、上方から液相の冷媒ＲＦが浸入する。このように、第六実施形態では、複数の凹部８４のうち、一部の凹部８４では発生した気泡が上方に抜けやすく、他の凹部８４では、液相の冷媒ＲＦが供給されやすい構造を実現できる。
【0093】
次に第七実施形態について説明する。
【0094】
第七実施形態の冷却装置１７２では、図２０Ａに示すように、複数の凹部８４が、それぞれの凹部８４の底部において、連通部９８で連通されている。第七実施形態の連通部９８は、受熱面６０Ｂに沿って、すなわち受熱面６０Ｂと平行に延在されている。なお、図２０Ａの例では、連通部９８は少なくとも４つの凹部８４を連通している。連通部９８は、さらに４つ以上の凹部８４、たとえばこれら４つの凹部８４の右側及び左側の図示しない凹部を連通していてもよい。
【0095】
したがって、第七実施形態では、連通部９８で連通された複数の凹部８４のうちのいずれかにおいて気泡ＢＢが発生して上方に抜けた場合に、他の凹部８４から液相の冷媒ＲＦが浸入する。連通部９８は受熱面６０Ｂに沿って形成されており、水平なので、複数の凹部８４の間での液相の冷媒ＲＦの流れやすさに偏りが生じにくい構造である。
【0096】
上記の第二実施形態～第七実施形態で示した形状の複数の凹部８４を、受熱板６０の平面視でどのように配置するか、という点は特に限定されない。第二実施形態～第七実施形態で示した各種の形状の複数の凹部８４を、たとえば、図７に示すように配置してもよいし、図１２に示す配置、及び図１３に示す配置等としてもよい。
【0097】
上記では、蒸発部６２において、溝部６６をなすための部材として柱部材６４を挙げたが、溝部６６をなす部材は、この柱部材に限定されない。たとえば、奥行き方向に延在する複数の壁部材が、幅方向に一定間隔で並べて配置された構造でもよい。壁部材を有する構造では、壁部材の間に、奥行き方向に延在する溝部が形成される。
【0098】
以上、本願の開示する技術の実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【0099】
本明細書は、以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
冷媒が密封された容器と、
前記容器の一部を成し発熱体からの熱を受ける受熱板と、
前記容器の内部で液相の前記冷媒を受熱により蒸発させる蒸発部と、
前記容器の内部で気相の前記冷媒を放熱により凝縮させる凝縮部と、
前記受熱板における前記容器の内側の面に形成された複数の凹部と、
を有する冷却装置。
（付記２）
前記受熱板から前記容器の内部に向けて立設され、前記容器の内部を格子状の複数の溝部に区画する複数の柱部材、を有する付記１に記載の冷却装置。
（付記３）
複数の前記溝部は交差しており、
複数の前記凹部が、複数の前記溝部の複数の交点の位置にそれぞれ形成されている付記２に記載の冷却装置。
（付記４）
複数の前記凹部が、前記受熱板の平面視で前記受熱板の中心線に対し対称に配置されている付記３に記載の冷却装置。
（付記５）
複数の前記凹部が、前記受熱板の平面視で前記受熱板の中心線に対し偏って配置されている付記３に記載の冷却装置。
（付記６）
複数の前記凹部が、前記受熱板の平面視で縦方向又は横方向のうちの一方向で一定のパターンで配置され、縦方向又は横方向のうちの他方向では前記パターンを前記一方向にずらして配置されている付記３～付記５のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記７）
複数の前記凹部は、前記受熱板の受熱面に向けて一定の開口断面を有している付記１～付記６のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記８）
複数の前記凹部は、前記受熱板の受熱面に向けて段階的に小さくなる開口断面を有している付記１～付記６のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記９）
複数の前記凹部は、前記容器の内側の開口部から前記受熱板の受熱面に向けて部分的に広がる形状の開口断面を有している付記１～付記６のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１０）
複数の前記凹部は、前記受熱板の受熱面に向けて連続的に小さくなる開口断面を有している付記１～付記６のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１１）
複数の前記凹部を前記受熱板の内部で連通させる連通部を有する付記１～付記１０のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１２）
前記連通部によって連通される前記凹部は、いずれも前記受熱板の受熱面に対し傾斜している付記１１に記載の冷却装置。
（付記１３）
前記連通部によって連通される前記凹部の一方は前記受熱板の受熱面に対し垂直であり、前記凹部の他方は前記受熱面に対し傾斜している、付記１１に記載の冷却装置。
（付記１４）
前記連通部は、前記受熱板の受熱面に沿って前記受熱板に形成され、複数の前記凹部を繋いでいる付記１１～付記１３のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１）
冷媒が密封された容器と、
前記容器の一部を成し発熱体からの熱を受ける受熱板と、
前記容器の内部で液相の前記冷媒を受熱により蒸発させる蒸発部と、
前記容器の内部で気相の前記冷媒を放熱により凝縮させる凝縮部と、
前記受熱板における前記容器の内側の面に形成された複数の凹部と、
を有する冷却装置。
（付記２）
前記受熱板から前記容器の内部に向けて立設され、前記容器の内部を格子状の複数の溝部に区画する複数の柱部材、を有する付記１に記載の冷却装置。
（付記３）
複数の前記溝部は交差しており、
複数の前記凹部が、複数の前記溝部の複数の交点の位置にそれぞれ形成されている付記２に記載の冷却装置。
（付記４）
複数の前記凹部が、前記受熱板の平面視で前記受熱板の中心線に対し対称に配置されている付記３に記載の冷却装置。
（付記５）
複数の前記凹部が、前記受熱板の平面視で前記受熱板の中心線に対し偏って配置されている付記３に記載の冷却装置。
（付記６）
複数の前記凹部が、前記受熱板の平面視で縦方向又は横方向のうちの一方向で一定のパターンで配置され、縦方向又は横方向のうちの他方向では前記パターンを前記一方向にずらして配置されている付記３～付記５のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記７）
複数の前記凹部は、前記受熱板の受熱面に向けて一定の開口断面を有している付記１～付記６のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記８）
複数の前記凹部は、前記受熱板の受熱面に向けて段階的に小さくなる開口断面を有している付記１～付記６のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記９）
複数の前記凹部は、前記容器の内側の開口部から前記受熱板の受熱面に向けて部分的に広がる形状の開口断面を有している付記１～付記６のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１０）
複数の前記凹部は、前記受熱板の受熱面に向けて連続的に小さくなる開口断面を有している付記１～付記６のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１１）
複数の前記凹部を前記受熱板の内部で連通させる連通部を有する付記１～付記１０のいずれか一項に記載の冷却装置。
（付記１２）
前記連通部によって連通される前記凹部は、いずれも前記受熱板の受熱面に対し傾斜している付記１１に記載の冷却装置。
（付記１３）
前記連通部によって連通される前記凹部の一方は前記受熱板の受熱面に対し垂直であり、前記凹部の他方は前記受熱面に対し傾斜している、付記１１に記載の冷却装置。
（付記１４）
前記連通部は、前記受熱板の受熱面に沿って前記受熱板に形成され、複数の前記凹部を繋いでいる付記１１～付記１３のいずれか一項に記載の冷却装置。
【符号の説明】
【0100】
３２ 電子機器
３４ 基板
３６ 素子（発熱体の一例）
４２ 冷却装置
４４ 容器
４６ 受熱部
４８ 放熱部
５０ 接続部
６０ 受熱板
６０Ａ 上面
６０Ｂ 受熱面
６２ 蒸発部
６４ 柱部材
６６ 溝部
７２ 凝縮部
８２ 熱接合材
８４ 凹部
８４Ｂ 底面
８４Ｃ 角部
８４Ｄ 開口部
８４Ｅ 拡径部
８４Ｆ 湾曲部
８４Ｓ 側面
９０ フィン
９２ 注入孔
９４ 栓
９６ 注入パイプ
９８ 連通部
３４ 基板
３６ 素子（発熱体の一例）
４２ 冷却装置
４４ 容器
４６ 受熱部
４８ 放熱部
５０ 接続部
６０ 受熱板
６０Ａ 上面
６０Ｂ 受熱面
６２ 蒸発部
６４ 柱部材
６６ 溝部
７２ 凝縮部
８２ 熱接合材
８４ 凹部
８４Ｂ 底面
８４Ｃ 角部
８４Ｄ 開口部
８４Ｅ 拡径部
８４Ｆ 湾曲部
８４Ｓ 側面
９０ フィン
９２ 注入孔
９４ 栓
９６ 注入パイプ
９８ 連通部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図16D】
【図16E】
【図17A】
【図17B】
【図18A】
【図18B】
【図19A】
【図19B】
【図20A】
【図20B】
