特開 2024-180019 熱拡散デバイス及び電子機器

(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】P2024180019

(43)【公開日】2024-12-26

(54)【発明の名称】熱拡散デバイス及び電子機器

(51)【国際特許分類】

   F28D 15/02 20060101AFI20241219BHJP

   F28D 15/04 20060101ALI20241219BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20241219BHJP

   H01L 23/427 20060101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

F28D15/02 101H

F28D15/04 H

F28D15/04 C

F28D15/02 L

H05K7/20 Q

H01L23/46 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023099424

(22)【出願日】2023-06-16

(71)【出願人】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000914

【氏名又は名称】弁理士法人ＷｉｓｅＰｌｕｓ

(72)【発明者】

【氏名】沼本 竜宏

(72)【発明者】

【氏名】大櫃 利克

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322DB06

5E322DB08

5E322FA01

5F136CC14

5F136CC35

5F136FA03

5F136GA04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】熱輸送量の大きい熱拡散デバイスを提供する。
【解決手段】熱拡散デバイス１は、厚さ方向Ｚに対向する第１内面１１ａ、第２内面１２ａ、筐体１０、作動媒体４０、第１ウィック２０及び第２ウィック３０と、を備え、第１ウィック２０、第２ウィック３０は、前記厚さ方向Ｚに貫通する第１貫通孔、第２貫通孔を含み、第１貫通孔の平均孔径は、第２貫通孔の平均孔径より小さく、前記厚さ方向Ｚから見た第１ウィック２０の平面形状の面積は、第２ウィック３０の平面形状の面積より小さく、第１ウィック２０は、第２内面側で第２ウィック３０に重なっており、第１ウィック２０の平面形状の縁端領域２０ａにおける、第２内面に最も近い第１ウィック２０の部分と、第１内面との距離が、縁端領域以外の領域における、第２内面に最も近い第１ウィック２０の部分と、第１内面との距離より小さい。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

厚さ方向に対向する第１内面及び第２内面を有し、かつ、内部空間が設けられた筐体と、
前記筐体の前記内部空間に封入された作動媒体と、
前記筐体の前記内部空間に配置された第１ウィック及び第２ウィックと、を備え、
前記第１ウィックは、前記厚さ方向に貫通する第１貫通孔を含み、
前記第２ウィックは、前記厚さ方向に貫通する第２貫通孔を含み、
前記第１貫通孔の平均孔径は、前記第２貫通孔の平均孔径より小さく、
前記厚さ方向から見た前記第１ウィックの平面形状の面積は、前記第２ウィックの平面形状の面積より小さく、
前記第１ウィックは、前記第２内面側で前記厚さ方向に前記第２ウィックに重なっており、
前記第１ウィックの前記平面形状の縁端領域における、前記厚さ方向で前記第２内面に最も近い前記第１ウィックの部分と、前記第１内面との距離が、前記縁端領域以外の領域における、前記厚さ方向で前記第２内面に最も近い前記第１ウィックの部分と、前記第１内面との距離より小さい、熱拡散デバイス。

【請求項2】

前記縁端領域における前記第１ウィックの厚さが、前記縁端領域以外の領域における前記第１ウィックの厚さより小さい、請求項１に記載の熱拡散デバイス。

【請求項3】

前記縁端領域における前記第１ウィックと前記第２ウィックとの隙間は、前記縁端領域以外の領域における前記第１ウィックと前記第２ウィックとの隙間に比べて小さい、請求項１に記載の熱拡散デバイス。

【請求項4】

前記第１貫通孔の孔径が前記第２内面に向かって小さくなる、請求項１に記載の熱拡散デバイス。

【請求項5】

前記第１貫通孔の周縁には、前記第１内面に近接する方向に突出する第１凸部、前記第２内面に近接する方向に突出する第２凸部、又はその両方が設けられている、請求項１に記載の熱拡散デバイス。

【請求項6】

前記第２貫通孔の孔径が前記第２内面に向かって小さくなる、請求項１に記載の熱拡散デバイス。

【請求項7】

前記第２ウィックが金属メッシュで構成されている、請求項１に記載の熱拡散デバイス。

【請求項8】

前記筐体が、前記作動媒体を蒸発させる蒸発部を有し、前記厚さ方向から見て、前記第１ウィックが前記蒸発部の少なくとも一部に重なるように配置されている、請求項１に記載の熱拡散デバイス。

【請求項9】

前記筐体が、複数の前記蒸発部を有し、前記第１ウィックが複数備えられている、請求項８に記載の熱拡散デバイス。

【請求項10】

前記第１ウィックと前記第２内面との距離は、前記第２ウィックと前記第１内面との距離よりも大きい、請求項１に記載の熱拡散デバイス。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか１項に記載の熱拡散デバイスを備える、電子機器。

【請求項12】

電子部品を更に備え、
前記電子部品は、前記第１内面側の筐体の外側面に配置されている、請求項１１に記載の電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱拡散デバイス及び電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、素子の高集積化及び高性能化による発熱量が増加している。また、製品の小型化が進むことで、発熱密度が増加するため、放熱対策が重要となっている。この状況はスマートフォン及びタブレット等のモバイル端末の分野において特に顕著である。熱対策部材としては、グラファイトシート等が用いられることが多いが、その熱輸送量は充分ではないため、様々な熱対策部材の使用が検討されている。中でも、非常に効果的に熱を拡散させることが可能である熱拡散デバイスとして、面状のヒートパイプであるベーパーチャンバーの使用の検討が進んでいる。

【0003】

ベーパーチャンバーは、筐体の内部に、作動媒体（作動流体ともいう）と、多孔質体から構成され、毛細管力によって作動媒体を輸送するウィックとが封入された構造を有する。上記作動媒体は、電子部品等の発熱素子からの熱を吸収する蒸発部において発熱素子からの熱を吸収してベーパーチャンバー内で蒸発した後、ベーパーチャンバー内を移動し、冷却されて液相に戻る。液相に戻った作動媒体は、ウィックの毛細管力によって再び発熱素子側の蒸発部に移動し、発熱素子を冷却する。これを繰り返すことにより、ベーパーチャンバーは外部動力を有することなく自立的に作動し、作動媒体の蒸発潜熱及び凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。

【0004】

特許文献１には、ウィック構造体が、受熱部から放熱部まで延在した、線状部材を用いた第１ウィック部材を有する第１ウィック部と、上記受熱部に設けられた、線状部材を用いた第２ウィック部材を有する第２ウィック部と、を有し、上記第２ウィック部材の線状部材が、上記第１ウィック部材の線状部材よりも平均直径が小さい、又は、上記第２ウィック部材が、上記第１ウィック部材よりも目開き寸法が小さいベーパーチャンバーが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第２０１９／２３０３８５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載のベーパーチャンバーでは、第１ウィック部材に加えて、受熱部により高い毛細管力を有する第２ウィック部材を配置している。しかしながら、第２ウィック部材と第１ウィック部材の界面が制御されていない場合、第１ウィック部材と第２ウィック部材の隙間で作動媒体のリークが起こり、第２ウィック部材による高い毛細管力を発揮しにくくなる。その結果、最大熱輸送量（Ｑｍａｘ）が期待される程度に発現しないという問題がある。

【0007】

なお、上記の問題は、ベーパーチャンバーに限らず、ベーパーチャンバーと同様の構成によって熱を拡散させることが可能な熱拡散デバイスに共通する問題である。

【0008】

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、熱輸送量の大きい熱拡散デバイスを提供することを目的とする。更に、本発明は、上記熱拡散デバイスを備える電子機器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の熱拡散デバイスは、厚さ方向に対向する第１内面及び第２内面を有し、かつ、内部空間が設けられた筐体と、上記筐体の上記内部空間に封入された作動媒体と、上記筐体の上記内部空間に配置された第１ウィック及び第２ウィックと、を備え、上記第１ウィックは、上記厚さ方向に貫通する第１貫通孔を含み、上記第２ウィックは、上記厚さ方向に貫通する第２貫通孔を含み、上記第１貫通孔の平均孔径は、上記第２貫通孔の平均孔径より小さく、上記厚さ方向から見た上記第１ウィックの平面形状の面積は、上記第２ウィックの平面形状の面積より小さく、上記第１ウィックは、上記第２内面側で上記厚さ方向に上記第２ウィックに重なっており、上記第１ウィックの上記平面形状の縁端領域における、上記厚さ方向で上記第２内面に最も近い上記第１ウィックの部分と、上記第１内面との距離が、上記縁端領域以外の領域における、上記厚さ方向で上記第２内面に最も近い上記第１ウィックの部分と、上記第１内面との距離より小さい。

【0010】

本発明の電子機器は、本発明の熱拡散デバイスを備える。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、熱輸送量の大きい熱拡散デバイスを提供することができる。更に、本発明によれば、上記熱拡散デバイスを備える電子機器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の熱拡散デバイスの一例を模式的に示す斜視図である。

【図2】図２は、図１に示す熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。

【図3】図３は、図２に示す熱拡散デバイスのＡ－Ａ線に沿った断面図である。

【図4】図４は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す断面図である。

【図5】図５は、第１ウィックの縁端領域における第１ウィックと第２ウィックとの隙間が空いている状態を示す断面図である。

【図6】図６は、図５の縁端領域における第１ウィックと第２ウィックとの隙間が閉じた状態を示す断面図である。

【図7】図７は、図４の熱拡散デバイスの変形例を示す断面図である。

【図8】図８は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の別の一例を模式的に示す断面図である。

【図9】図９は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の別の一例を模式的に示す断面図である。

【図10】図１０は、図９に示す第１ウィックの一例を模式的に示す平面図である。

【図11】図１１は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の別の一例を模式的に示す断面図である。

【図12】図１２は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の別の一例を模式的に示す断面図である。

【図13】図１３は、複数の蒸発部及び複数の第１ウィックを有する熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の熱拡散デバイスについて説明する。
しかしながら、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。

【0014】

以下に示す各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能であることは言うまでもない。第２実施形態以降では、第１実施形態と共通の事項についての記述は省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については、実施形態毎には逐次言及しない。

【0015】

以下の説明において、各実施形態を特に区別しない場合、単に「本発明の熱拡散デバイス」という。

【0016】

以下では、本発明の熱拡散デバイスの一実施形態として、ベーパーチャンバーを例にとって説明する。本発明の熱拡散デバイスは、ヒートパイプ等の熱拡散デバイスにも適用可能である。

【0017】

以下に示す図面は模式図であり、その寸法、縦横比の縮尺等は実際の製品と異なる場合がある。図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

【0018】

本明細書において、要素間の関係性を示す用語（例えば「垂直」、「平行」、「直交」等）及び要素の形状を示す用語は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。また、本明細書において、「同等」又は「一定」とは、完全に同等又は一定である場合のみを意味する表現ではなく、実質的に同等又は一定である場合、例えば、数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。

【0019】

本発明の熱拡散デバイスは、厚さ方向に対向する第１内面及び第２内面を有し、かつ、内部空間が設けられた筐体と、上記筐体の上記内部空間に封入された作動媒体と、上記筐体の上記内部空間に配置された第１ウィック及び第２ウィックと、を備える。

【0020】

本発明の熱拡散デバイスの第１実施形態であるベーパーチャンバー１について、図１、図２及び図３を参照して以下に説明する。
図１は、本発明の熱拡散デバイスの一例を模式的に示す斜視図である。図２は、図１に示す熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。図３は、図２に示す熱拡散デバイスのＡ－Ａ線に沿った断面図である。

【0021】

図１に示すベーパーチャンバー（熱拡散デバイス）１は、気密状態に密閉された中空の筐体１０を備える。筐体１０は、図２に示すように、封入した作動媒体４０（図３参照）を蒸発させる蒸発部（ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｐｏｒｔｉｏｎ）ＥＰを有している。図１に示すように、筐体１０の外壁面には、発熱素子である熱源（ｈｅａｔ ｓｏｕｒｃｅ）ＨＳが配置される。熱源ＨＳとしては、電子機器の電子部品、例えば中央処理装置（ＣＰＵ）等が挙げられる。筐体１０の内部空間のうち、熱源ＨＳの近傍であって熱源ＨＳによって加熱される部分が、蒸発部ＥＰに相当する。

【0022】

筐体１０は、例えば、図３に示すように、厚さ方向Ｚに対向する第１内面１１ａ及び第２内面１２ａを有する。その場合、筐体１０は、外縁部が接合された対向する第１シート１１及び第２シート１２から構成されることが好ましい。

【0023】

ベーパーチャンバー１は、全体として面状であることが好ましい。すなわち、筐体１０は、全体として面状であることが好ましい。ここで、「面状」とは、板状及びシート状を包含し、幅方向Ｘの寸法（以下、幅という）及び長さ方向Ｙの寸法（以下、長さという）が厚さ方向Ｚの寸法（以下、厚さ又は高さという）に対して相当に大きい形状、例えば幅及び長さが、厚さの１０倍以上、好ましくは１００倍以上である形状を意味する。

【0024】

ベーパーチャンバー１の大きさ、すなわち、筐体１０の大きさは、特に限定されない。ベーパーチャンバー１の幅及び長さは、用途に応じて適宜設定することができる。ベーパーチャンバー１の幅及び長さは、各々、例えば、５ｍｍ以上５００ｍｍ以下、２０ｍｍ以上３００ｍｍ以下又は５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。ベーパーチャンバー１の幅及び長さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。

【0025】

筐体１０が第１シート１１及び第２シート１２から構成される場合、第１シート１１及び第２シート１２を構成する材料は、ベーパーチャンバー等の熱拡散デバイスとして用いるのに適した特性、例えば熱伝導性、強度、柔軟性、可撓性等を有するものであれば、特に限定されない。第１シート１１及び第２シート１２を構成する材料は、好ましくは金属であり、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、又はそれらを主成分とする合金等であり、特に好ましくは銅である。第１シート１１及び第２シート１２を構成する材料は、同じであってもよく、異なっていてもよいが、好ましくは同じである。

【0026】

筐体１０が第１シート１１及び第２シート１２から構成される場合、第１シート１１及び第２シート１２は、これらの外縁部において互いに接合される。係る接合の方法は、特に限定されないが、例えば、レーザー溶接、抵抗溶接、拡散接合、ロウ接、ＴＩＧ溶接（タングステン－不活性ガス溶接）、超音波接合又は樹脂封止を用いることができ、好ましくはレーザー溶接、抵抗溶接又はロウ接を用いることができる。

【0027】

第１シート１１及び第２シート１２の厚さは、特に限定されないが、各々、好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以上１００μｍ以下、更に好ましくは４０μｍ以上６０μｍ以下である。第１シート１１及び第２シート１２の厚さは、同じであってもよく、異なっていてもよい。また、第１シート１１及び第２シート１２の各シートの厚さは、全体にわたって同じであってもよく、一部が薄くてもよい。

【0028】

第１シート１１及び第２シート１２の形状は、特に限定されない。例えば、第１シート１１及び第２シート１２は、各々、外縁部が外縁部以外の部分よりも厚い形状であってもよい。

【0029】

ベーパーチャンバー１全体の厚さは、特に限定されないが、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下である。

【0030】

厚さ方向Ｚから見た筐体１０の平面形状は特に限定されず、例えば、三角形又は矩形等の多角形、円形、楕円形、これらを組み合わせた形状等が挙げられる。また、筐体１０の平面形状は、Ｌ字型、Ｃ字型（コの字型）、階段型等であってもよい。また、筐体１０は貫通口を有してもよい。筐体１０の平面形状は、ベーパーチャンバー等の熱拡散デバイスの用途、熱拡散デバイスの組み入れ箇所の形状、近傍に存在する他の部品に応じた形状であってもよい。

【0031】

図３に示すように、ベーパーチャンバー１においては、筐体１０の内部空間に作動媒体４０が封入されている。

【0032】

作動媒体４０は、筐体１０内の環境下において気－液の相変化を生じ得るものであれば特に限定されず、例えば、水、アルコール類、代替フロン等を用いることができる。例えば、作動媒体は水性化合物であり、好ましくは水である。

【0033】

筐体１０の内部空間には、第１ウィック２０及び第２ウィック３０が配置されている。第１ウィック２０及び第２ウィック３０は、毛細管力により作動媒体４０を移動させることができる毛細管構造を有する。第１ウィック２０及び第２ウィック３０は、シート状である。

【0034】

第１ウィック２０の平面形状は、例えば、図２に示すように、四角形である。第１ウィック２０の平面形状は四角形に限定されず、例えば、三角形、多角形、円形等であってもよい。

【0035】

第２ウィック３０の大きさ及び形状は特に限定されないが、例えば、筐体１０の内部空間において連続して第２ウィック３０が配置されていることが好ましい。

【0036】

厚さ方向から見た第１ウィック２０の平面形状の面積は、第２ウィック３０の平面形状の面積より小さい。例えば、第１ウィック２０の平面形状の面積は、第２ウィック３０の平面形状の面積の５０面積％以下であり、３０面積％以下であってもよい。例えば、第１ウィック２０の平面形状の面積は、第２ウィック３０の平面形状の面積の５面積％以上である。厚さ方向から見て、第１ウィック２０は、蒸発部ＥＰの中央部に配置されている。厚さ方向から見て、第１ウィック２０は、蒸発部ＥＰの少なくとも一部に重なるように配置されていることが好ましい。

【0037】

図３に示すように、第１ウィック２０は、第２内面１２ａ側で厚さ方向に第２ウィック３０に重なっている。

【0038】

第１ウィック２０と第２内面１２ａとの距離は、第２ウィック３０と第１内面１１ａとの距離よりも大きいことが好ましい。気体の作動媒体４０が第１ウィック２０と第２内面１２ａとの間の空間を移動するため、第１ウィック２０と第２内面１２ａとの距離が大きいと、気体の作動媒体４０の移動効率がよい。

【0039】

ベーパーチャンバー１は、図２及び図３に示す第１ウィック２０の平面形状の縁端領域２０ａにおける、厚さ方向で第２内面１２ａに最も近い第１ウィック２０の部分と、第１内面１１ａとの距離が、縁端領域２０ａ以外の領域における、厚さ方向で第２内面１２ａに最も近い第１ウィック２０の部分と、第１内面１１ａとの距離より小さい。縁端領域２０ａの面積の割合は特に限定されないが、例えば、第１ウィック２０の平面形状の面積の５面積％以上、３０面積％以下とすることができる。

【0040】

ベーパーチャンバー１のより詳細な内部構造について、図２及び図３に加えて、図４、図５及び図６も参照して、以下に説明する。
図４は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す断面図である。
第１ウィック２０Ａは、エッチング多孔板で構成されている。エッチング多孔板は、平板形状の金属板にエッチング加工が施されることより、孔（第１貫通孔２１）が複数形成されている。エッチング多孔板は、エッチングにより形成されたものに限定されず、同じ形状を有していれば、他の方法で製造されたものでもよい。第２ウィック３０Ａにおいても同様である。
第２ウィック３０Ａは、エッチング多孔板３２と、エッチング多孔板３２を支持する支柱３３と、が一体化した一体型ウィックである。

【0041】

第１ウィック２０Ａは、厚さ方向に貫通する第１貫通孔２１を含む。第１ウィック２０Ａは、例えば、第１貫通孔２１の孔径が一定である。第１貫通孔２１の孔径は、第１内面１１ａに向かって小さくなっていてもよいし、第２内面１２ａに向かって小さくなっていてもよい。

【0042】

第２ウィック３０Ａは、厚さ方向に貫通する第２貫通孔３１を含む。第２ウィック３０Ａでは、例えば、第２貫通孔３１の孔径が第２内面１２ａに向かって小さくなっている。第２貫通孔３１の孔径は、一定であってもよいし、第１内面１１ａに向かって小さくなっていてもよい。

【0043】

第１貫通孔２１の平均孔径φ１は、第２貫通孔３１の平均孔径φ２より小さい。第１貫通孔２１の平均孔径φ１は、特に限定されないが、例えば、５μｍ以上１００μｍ以下である。第２貫通孔３１の平均孔径φ２は、特に限定されないが、例えば、１０μｍ以上１５０μｍ以下である。

【0044】

平均孔径は、以下の方法で算出する。
孔径が一定である場合、ウィックのＸＺ断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影し、得られた各画像から任意の１０個の貫通孔の孔径を算出し、平均値を平均孔径とする。
孔径が第１内面に向かって小さくなっているか、第２内面に向かって小さくなってる場合、ウィックのＸＺ断面をＳＥＭで撮影し、得られた各画像から任意の１０個の貫通孔について、それぞれ最大孔径と最小孔径を算出する。１０個の貫通孔の最大孔径と最小孔径を加算し、２０で除した値を平均孔径とする。

【0045】

支柱３３の形状は、エッチング多孔板３２を支持できる形状であれば特に限定されないが、支柱３３の高さ方向に垂直な断面の形状としては、例えば、矩形等の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。支柱３３は、図４に示すように、例えば、エッチング多孔板３２から筐体１０の第１内面１１ａに向かって幅が狭くなるテーパー形状である。これにより、第１内面１１ａ側では支柱３３同士の間の作動媒体の流路を広くすることができる。支柱３３の幅は、一定であってよいし、第２内面１２ａに向かって幅が狭くなるテーパー形状であってもよい。

【0046】

支柱３３の配置は特に限定されないが、例えば、図２に示すように、第２ウィック３０Ａの平面形状の全体にわたって均等に、例えば支柱３３間の距離が一定となるように支柱３３が配置されることが好ましい。

【0047】

第１ウィック２０Ａは、縁端領域２０ａにおける厚さｃ１が、縁端領域２０ａ以外の領域における厚さｃ２より小さい。ｃ１がｃ２より小さいことにより、第１ウィック２０Ａの縁端領域２０ａにおける、厚さ方向で第２内面１２ａに最も近い第１ウィック２０Ａの部分と、第１内面１１ａとの距離ｅが、第１ウィック２０Ａの縁端領域２０ａ以外の領域における、厚さ方向で第２内面１２ａに最も近い第１ウィック２０Ａの部分における厚さｃ２と、厚さ方向で第２内面１２ａに最も近い第２ウィック３０Ａの部分と第１内面１１ａとの距離ｄとの和より小さくなっている（ｃ２＋ｄ＞ｅ）。

【0048】

図４では、第１ウィック２０Ａ及び第２ウィック３０Ａは模式的に一定の寸法で記載されているが、エッチング多孔板等から構成されるウィックは、通常、図５に示すように、完全に平らではない（加工前の第１ウィック２０Ａ´）。図５は、第１ウィックの縁端領域における第１ウィックと第２ウィックとの隙間が空いている状態を示す断面図である。通常、エッチング多孔板を単に重ねるだけであると、エッチング多孔板同士の間に隙間ができている。

【0049】

これに対して、縁端領域２０ａにおいて、第１ウィック２０Ａと第２ウィック３０Ａとを密着させることにより、図６に示すように、縁端領域２０ａにおける第１ウィック２０Ａと第２ウィック３０Ａとの隙間が、縁端領域２０ａ以外の領域における第１ウィック２０Ａと第２ウィック３０Ａとの隙間に比べて小さくなる。図６は、図５の縁端領域における第１ウィックと第２ウィックとの隙間が閉じた状態を示す断面図である。

【0050】

第１ウィック及び第２ウィックを構成する材料は、特に限定されないが、好ましくは金属であり、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、又はそれらを主成分とする合金等であり、特に好ましくは銅である。第１ウィックを構成する材料は、第２ウィックを構成する材料と同じであってもよいし、異なっていてもよい。第１ウィックを構成する材料は、筐体を構成する材料と同じであってもよく、異なっていてもよい。第２ウィックを構成する材料は、筐体を構成する材料と同じであってもよく、異なっていてもよい。

【0051】

次に、ベーパーチャンバー１の変形例であるベーパーチャンバー１Ａについて、図７を参照して以下に説明する。ここでは、ベーパーチャンバー１と異なる箇所についてのみ説明する。

【0052】

図７は、図４の熱拡散デバイスの変形例を示す断面図である。
第２ウィック３０Ｂは、図７に示すように、エッチング多孔板３２のみで形成されている。ベーパーチャンバー１Ａでは、エッチング多孔板３２を支持する支柱３３がエッチング多孔板３２と一体化されておらず、第２ウィック３０Ｂとは別に、支柱３３が第２ウィック３０Ｂと第１内面１１ａとの間に設けられている。エッチング多孔板は、エッチングにより形成されたものに限定されず、同じ形状を有していれば、他の方法で製造されたものでもよい。

【0053】

ベーパーチャンバー１Ａにおいて、支柱３３は、エッチング多孔板３２の孔を塞がない位置、及び寸法で設けられていることが好ましい。支柱３３は、図７に示すように、例えば、高さ方向で幅が変わらず一定である。支柱３３は、第１内面１１ａに向かって幅が狭くなるテーパー形状であってもよいし、第２内面１２ａに向かって幅が狭くなるテーパー形状であってもよい。

【0054】

支柱３３を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、樹脂、金属、セラミックス、又はそれらの混合物、積層物等が挙げられる。また、支柱３３は、筐体１０と一体であってもよく、例えば、筐体１０の第１内面１１ａをエッチング加工すること等により形成されていてもよい。

【0055】

本発明の熱拡散デバイスの第２実施形態であるベーパーチャンバー２について、図８を参照して以下に説明する。ここでは、ベーパーチャンバー１と異なる箇所についてのみ説明する。

【0056】

図８は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の別の一例を模式的に示す断面図である。
第１ウィック２０Ａは、エッチング多孔板で構成されている。第１貫通孔２１の孔径は、第２内面１２ａに向かって小さくなっている。第１貫通孔２１の孔径は、一定であってもよいし、第１内面１１ａに向かって小さくなっていてもよい。

【0057】

第２ウィック３０Ｃは、図８に示すように、メッシュで形成されている。
メッシュは、例えば、金属メッシュ、樹脂メッシュ、もしくは表面コートしたそれらのメッシュから構成されるものであってよく、金属メッシュで構成されていることが好ましい。上記メッシュは、銅メッシュ又はステンレス（ＳＵＳ）メッシュで構成されていることがより好ましい。

【0058】

本発明の熱拡散デバイスの第３実施形態であるベーパーチャンバー３について、図９及び図１０を参照して以下に説明する。ここでは、ベーパーチャンバー２と異なる箇所についてのみ説明する。

【0059】

図９は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の別の一例を模式的に示す断面図である。
第１ウィック２０Ｂは、図９及び図１０に示すように、プレス加工による上下方向の打ち抜き孔（第１貫通孔２１）を含む金属箔で形成されている。上下方向の打ち抜き孔を含む金属箔は、プレス加工により形成されたものに限定されず、同じ形状を有していれば、他の方法で製造されたものでもよい。

【0060】

図１０は、図９に示す第１ウィックの一例を模式的に示す平面図である。なお、図９には、図１０に示す第１ウィック２０ＢのＢ－Ｂ線断面が示されている。
図９に示すように、第１貫通孔２１の周縁には、厚さ方向Ｚにおいて筐体１０の第１内面１１ａに近接する方向に突出する第１凸部２４及び、厚さ方向Ｚにおいて筐体１０の第２内面１２ａに近接する方向に突出する第２凸部２５が設けられている。Ｂ－Ｂ線上の第１貫通孔２１の周縁には、第２凸部２５が設けられている。Ｂ－Ｂ線上の第１貫通孔２１と長さ方向Ｙで隣り合う第１貫通孔２１の周縁には、第１凸部２４が設けられている。

【0061】

第１ウィック２０Ｂは、縁端領域２０ａにおける厚さｃ１が、縁端領域２０ａ以外の領域における第１ウィック２０Ｂの厚さｃ２より小さい。厚さｃ１が厚さｃ２より小さいことにより、ｅがｃ２＋ｄより小さくなっている。

【0062】

本発明の熱拡散デバイスの第４実施形態であるベーパーチャンバー４について、図１１を参照して以下に説明する。ここでは、ベーパーチャンバー３と異なる箇所について説明する。

【0063】

図１１は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の別の一例を模式的に示す断面図である。
第２ウィック３０Ｄは、エッチング多孔板３２と、エッチング多孔板３２を支持する支柱３３と、が一体化した一体型ウィックである。エッチング多孔板は、エッチングにより形成されたものに限定されず、同じ形状を有していれば、他の方法で製造されたものでもよい。
第２ウィック３０Ｄは、例えば、エッチング多孔板３２の第２貫通孔３１の孔径が一定である。第２貫通孔３１の孔径は、第１内面１１ａに向かって小さくなっていてもよいし、第２内面１２ａに向かって小さくなっていてもよい。

【0064】

本発明の熱拡散デバイスの第５実施形態であるベーパーチャンバー５について、図１２を参照して以下に説明する。ここでは、ベーパーチャンバー３と異なる箇所について説明する。

【0065】

図１２は、本発明の熱拡散デバイスの内部構造の別の一例を模式的に示す断面図である。
第１ウィック２０Ｂは、ベーパーチャンバー３と同じく、上下方向の打ち抜き孔を含む金属箔で形成されているが、第１ウィック２０Ｂ全体で厚さがｃ２で一定である。

【0066】

第２ウィック３０Ｃは、縁端領域２０ａにおける厚さが、縁端領域２０ａ以外の領域における第２ウィック３０Ｃの厚さより小さい。ベーパーチャンバー５では、縁端領域２０ａにおける第２ウィック３０Ｃの厚さが小さいことにより、ｅがｃ２＋ｄより小さくなっている。

【0067】

本発明の熱拡散デバイスは、第１ウィックの縁端領域における第１ウィック、第２ウィック、又はこれらの両方の厚さを小さくすることにより、作製することができる。第１ウィック、第２ウィック、又はこれらの両方の厚さを小さくする方法は特に限定されないが、例えば、レーザー溶接、超音波溶接等の、材料の追加が不要な溶接、加締め等が挙げられる。

【0068】

本発明の熱拡散デバイスは、縁端領域において第１ウィックと第２ウィックとが密着していることにより、第１ウィックと第２ウィックとの界面で作動媒体のリークが発生しにくく、第２ウィックによる高い毛細管力が発揮されると考えられる。高い毛細管力が発揮されると、その結果、熱拡散デバイスの最大熱輸送量（Ｑｍａｘ）が向上する。

【0069】

［その他の実施形態］
本発明の熱拡散デバイスは、上記実施形態に限定されるものではなく、熱拡散デバイスの構成、製造条件等に関し、本発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

【0070】

第１ウィックと第２ウィックの組み合わせは、上記実施形態に限定されるものではなく、一の実施形態で例示した第１ウィックと、他の実施形態で例示した第２ウィックとを組み合わせることも可能である。

【0071】

本発明の熱拡散デバイスは、第１内面に接する支柱が配置されていてもよいし、第１内面に接する支柱が配置されていなくてもよい。第１内面に接する支柱は、第２ウィックと一体であってもよいし、筐体と一体であってもよいし、筐体及び第２ウィックとは別の部材であってもよい。

【0072】

図３には示されていないが、筐体１０の内部空間には、第２内面１２ａ側に接する支柱が配置されていてもよい。筐体１０の内部空間に支柱を配置することによって、筐体１０は、第１ウィック２０及び第２ウィック３０の少なくとも一方を支持することが可能である。

【0073】

支柱を構成する材料は、特に限定されないが、例えば、樹脂、金属、セラミックス、又はそれらの混合物、積層物等が挙げられる。また、支柱は、筐体１０と一体であってもよく、例えば、筐体１０の第２内面１２ａをエッチング加工すること等により形成されていてもよい。

【0074】

支柱の形状は、筐体１０、第１ウィック２０及び第２ウィック３０を支持できる形状であれば特に限定されないが、支柱の高さ方向に垂直な断面の形状としては、例えば、矩形等の多角形、円形、楕円形等が挙げられる。

【0075】

支柱は、筐体１０の第２内面１２ａから第１ウィック２０及び第２ウィック３０に向かって幅が狭くなるテーパー形状を有してもよい。これにより、第１ウィック２０及び第２ウィック３０側では支柱の間の流路を広くすることができる。

【0076】

筐体１０の内部空間に第２内面１２ａ側に接する支柱が配置されている場合、支柱の高さは、例えば２５μｍ以上４００μｍ以下である。

【0077】

第２内面１２ａ側に接する支柱の幅は、筐体１０の変形を抑制できる強度を与えるものであれば特に限定されないが、支柱の第１ウィック２０及び第２ウィック３０側の端部の高さ方向に垂直な断面の円相当径は、例えば１００μｍ以上２０００μｍ以下であり、好ましくは３００μｍ以上１０００μｍ以下である。支柱の円相当径を大きくすることにより、筐体１０の変形をより抑制することができる。一方、支柱の円相当径を小さくすることにより、作動媒体４０の蒸気が移動するための空間をより広く確保することができる。

【0078】

筐体１０の内部空間に複数の支柱が配置されている場合、支柱の形状、高さ等は、同じであってもよく、異なっていてもよい。

【0079】

支柱の配置は特に限定されないが、好ましくは所定の領域において均等に、より好ましくは全体にわたって均等に、例えば隣り合う支柱の中心間距離（ピッチ）が一定となるように配置される。支柱を均等に配置することにより、ベーパーチャンバー等の熱拡散デバイスの全体にわたって均一な強度を確保することができる。支柱の中心間距離は、例えば１００μｍ以上１００００μｍ以下である。

【0080】

本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体は、１個の蒸発部を有してもよく、複数の蒸発部を有してもよい。すなわち、筐体の外壁面には、１個の熱源が配置されてもよく、複数の熱源が配置されてもよい。

【0081】

図１３は、複数の蒸発部及び複数の第１ウィックを有する熱拡散デバイスの内部構造の一例を模式的に示す平面図である。図１３に示すベーパーチャンバー６では、２個の蒸発部ＥＰと２個の第１ウィック２０とが配置されており、それぞれ第１ウィック２０と重なる位置に蒸発部ＥＰを有している。

【0082】

本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体が第１シート及び第２シートから構成される場合、第１シートと第２シートとは、端部が一致するように重なっていてもよいし、端部がずれて重なっていてもよい。

【0083】

本発明の熱拡散デバイスにおいて、筐体が第１シート及び第２シートから構成される場合、第１シートを構成する材料と、第２シートを構成する材料とは異なっていてもよい。例えば、強度の高い材料を第１シートに用いることにより、筐体にかかる応力を分散させることができる。また、両者の材料を異なるものとすることにより、一方のシートで一の機能を得、他方のシートで他の機能を得ることができる。上記の機能としては、特に限定されないが、例えば、熱伝導機能、電磁波シールド機能等が挙げられる。

【0084】

本発明の熱拡散デバイスは、放熱を目的として電子機器に搭載され得る。したがって、本発明の熱拡散デバイスを備える電子機器も本発明の１つである。本発明の電子機器は、電子部品を更に備え、上記電子部品は、上記第１内面側の筐体の外側面に配置されていることが好ましい。

【0085】

本発明の電子機器としては、例えばスマートフォン、タブレット端末、ノートパソコン、ゲーム機器、ウェアラブルデバイス等が挙げられる。本発明の熱拡散デバイスは上記のとおり、外部動力を必要とせず自立的に作動し、作動媒体の蒸発潜熱及び凝縮潜熱を利用して、二次元的に高速で熱を拡散することができる。そのため、本発明の熱拡散デバイスを備える電子機器により、電子機器内部の限られたスペースにおいて、放熱を効果的に実現することができる。

【0086】

本明細書には、以下の内容が開示されている。

【0087】

＜１＞
厚さ方向に対向する第１内面及び第２内面を有し、かつ、内部空間が設けられた筐体と、
上記筐体の上記内部空間に封入された作動媒体と、
上記筐体の上記内部空間に配置された第１ウィック及び第２ウィックと、を備え、
上記第１ウィックは、上記厚さ方向に貫通する第１貫通孔を含み、
上記第２ウィックは、上記厚さ方向に貫通する第２貫通孔を含み、
上記第１貫通孔の平均孔径は、上記第２貫通孔の平均孔径より小さく、
上記厚さ方向から見た上記第１ウィックの平面形状の面積は、上記第２ウィックの平面形状の面積より小さく、
上記第１ウィックは、上記第２内面側で上記厚さ方向に上記第２ウィックに重なっており、
上記第１ウィックの上記平面形状の縁端領域における、上記厚さ方向で上記第２内面に最も近い上記第１ウィックの部分と、上記第１内面との距離が、上記縁端領域以外の領域における、上記厚さ方向で上記第２内面に最も近い上記第１ウィックの部分と、上記第１内面との距離より小さい、熱拡散デバイス。

【0088】

＜２＞
上記縁端領域における上記第１ウィックの厚さが、上記縁端領域以外の領域における上記第１ウィックの厚さより小さい、＜１＞に記載の熱拡散デバイス。

【0089】

＜３＞
上記縁端領域における上記第１ウィックと上記第２ウィックとの隙間は、上記縁端領域以外の領域における上記第１ウィックと上記第２ウィックとの隙間に比べて小さい、＜１＞又は＜２＞に記載の熱拡散デバイス。

【0090】

＜４＞
上記第１貫通孔の孔径が上記第２内面に向かって小さくなる、＜１＞～＜３＞のいずれか１つに記載の熱拡散デバイス。

【0091】

＜５＞
上記第１貫通孔の周縁には、上記第１内面に近接する方向に突出する第１凸部、上記第２内面に近接する方向に突出する第２凸部、又はその両方が設けられている、＜１＞～＜４＞のいずれか１つに記載の熱拡散デバイス。

【0092】

＜６＞
上記第２貫通孔の孔径が上記第２内面に向かって小さくなる、＜１＞～＜５＞のいずれか１つに記載の熱拡散デバイス。

【0093】

＜７＞
上記第２ウィックが金属メッシュで構成されている、＜１＞～＜６＞のいずれか１つに記載の熱拡散デバイス。

【0094】

＜８＞
上記筐体が、上記作動媒体を蒸発させる蒸発部を有し、上記厚さ方向から見て、上記第１ウィックが上記蒸発部の少なくとも一部に重なるように配置されている、＜１＞～＜７＞のいずれか１つに記載の熱拡散デバイス。

【0095】

＜９＞
上記筐体が、複数の上記蒸発部を有し、上記第１ウィックが複数備えられている、＜８＞に記載の熱拡散デバイス。

【0096】

＜１０＞
上記第１ウィックと上記第２内面との距離は、上記第２ウィックと上記第１内面との距離よりも大きい、＜１＞～＜９＞のいずれか１つに記載の熱拡散デバイス。

【0097】

＜１１＞
＜１＞～＜１０＞のいずれか１つに記載の熱拡散デバイスを備える、電子機器。

【0098】

＜１２＞
電子部品を更に備え、
上記電子部品は、上記第１内面側の筐体の外側面に配置されている、＜１１＞に記載の電子機器。

【産業上の利用可能性】

【0099】

本発明の熱拡散デバイスは、携帯情報端末等の分野において、広範な用途に使用できる。例えば、ＣＰＵ等の熱源の温度を下げ、電子機器の使用時間を延ばすために使用することができ、スマートフォン、タブレット端末、ノートパソコン等に使用することができる。

【符号の説明】

【0100】

１、１Ａ、２、３、４、５、６ ベーパーチャンバー（熱拡散デバイス）
１０ 筐体
１１ 第１シート
１１ａ 第１内面
１２ 第２シート
１２ａ 第２内面
２０、２０Ａ、２０Ｂ 第１ウィック
２０Ａ´ 加工前の第１ウィック
２０ａ 縁端領域
２１ 第１貫通孔
２４ 第１凸部
２５ 第２凸部
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ 第２ウィック
３１ 第２貫通孔
３２ エッチング多孔板
３３ 支柱
４０ 作動媒体
ＥＰ 蒸発部
ＨＳ 熱源
Ｘ 幅方向
Ｙ 長さ方向
Ｚ 厚さ方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】