散热器、电子装置和散热器制造方法

专利名称：散热器、电子装置和散热器制造方法
技术领域：
本发明涉及一种热连接到电子装置的热源的散热器(heatspreader )、 一种包括该散热器的电子装置、以及一种散热器制造方法。
背景技术：
在过去，已经将散热器用作热连接到电子装置的热源如PC (个人计算机)的CPU (中央处理单元)的设备，以吸收并扩散该热源
的热。作为散热器，已知由例如铜板制成的固体型金属散热器，且最近已经提出包括蒸发部和工作流体的相变型散热器。
在相变型散热器中，工作流体在从热源4妄收热的蒸发部中蒸发，且#1蒸发的工作流体在流动路径中冷凝且沿流动而返回到蒸发部。通过重复上述工作，热源的热净皮扩散(例如，参见美国专利申
请公开第2007/0158052号；第0032 ^殳，图4，下文称为专利文件1 )。在专利文件1的散热器中，对流动^各径纟是供纱布条(芯，wick)，且在上(较高)表面上冷凝的工作流体利用毛细力而流到下(较低)表面(蒸发部)。

发明内容
安装有这样的散热器的电子装置需要提高热密度且需要小型化。通常，鉴于较高的热密度，提供给从冷凝器部到蒸发部的流动路径的纱布条表面经过亲水性处理以提高毛细力，然而，这可能会
导致工作流体的偏向分布(biased distribution )。另外，鉴于小型化，要求流动路径更窄，然而，这会导致流动路径阻力增加。因此，减少了对蒸发部的工作流体的供应量，从而导致烧干。
鉴于上述情况，期望提供能够提高从冷凝器部到蒸发部的工作流体的流动效率的散热器，以及包括该散热器的电子装置。
还期望提供一种能够更容易制造并且具有更高可靠性的散热器制造方法。
根据本发明的一个实施方式，、提供了一种散热器，包括蒸发部、第一冷凝器部、工作流体和第一流动路径。蒸发部配置在第一位置中。第一冷凝器部配置在第二位置中，该第二位置是比第一位置高且与第 一位置分开的位置。工作流体在蒸发部中从液相蒸发为气
相，且在第一冷;疑器部中乂人气相冷凝为液相。第一流动^各径由纳米材料制成，表面上具有疏水性，且使在第一冷凝位置中^皮冷凝为液相的工作流体流至蒸发部。
才艮据本发明的该实施方式，热源热连接到蒸发部，且液相工作流体在蒸发部中蒸发为气相。气相工作流体在配置在比蒸发部更高位置的第一冷凝器部中冷凝为液相。液相工作流体在第 一流动路径中流动以返回到蒸发部。重复上述相变。
第 一 流动^各径4吏工作流体从第 一 冷凝器部流动到配置在比第一冷;疑器部4氐的蒸发部。在此，由于第一流动^各径在表面上具有疏水性，所以可以将流动^各径阻力保持專交4氐。此外，由于第一流动路径由能够达到更高疏水性的纳米材并牛制成，所以可以将流动^各径阻力保持得更^f氐。因此，可以-提高从第一冷凝器部到蒸发部的工作流
体的流动效率。
本实施方式的散热器可以进一步包4舌第二冷凝器部和第二流动路径。第二冷凝器部配置在第三位置中，该第三位置是比第一位置低且与第一位置分开的位置，且能够使工作流体从气相冷凝为液相。第二流动^4圣由纳米材料制成，在表面上具有亲水性，且使在第二冷凝位置中被冷凝为液相的工作流体流到蒸发部。
才艮据本发明的该实施方式，除了如上所述在蒸发部、第一冷凝器部和第一流动3各径中的循环之外，工作流体如下循环。即，在蒸发部中蒸发为气相的工作流体在配置在比蒸发部4氐的第二冷凝器部中冷凝为液相。该液相工作流体在第二流动^各径中流动以返回到蒸发部。重复上述相变。
第二流动^各径-使工作流体乂人第二冷凝器部流动到配置在比第二冷凝器部高的蒸发部。第二流动路径由能够达到更高亲水性的纳米材料制成。在此，由于第二流动^各径在表面上具有亲水性，所以工作流体渗透第二流动^各径。纳米材料的才及孩史小表面结构促进渗透的工作流体的流动。通过才是供第二流动路径与第一流动^各径，工作流体^皮分离，且蒸发部的流动效率可以得到4是高。
在才艮据本发明该实施方式的散热器中，可以垂直或倾杀牛配置第
一流动路径。
才艮据本发明的该实施方式，在垂直配置第 一 :;危动3各径的情况下，可以更有效地执行工作流体从第 一冷凝器部到蒸发部的流动。
在倾斜配置第一流动3各径的情况下，可以i殳置多个第一流动^各径和
7与其相对应的多个第一冷凝器部。由此，可以^是高工作流体从第一冷凝器部到蒸发部的流动效率。
在才艮据本发明该实施方式的散热器中，第 一流动^各径可以在朝向蒸发部的方向上包4舌亲水部。
根据本发明的该实施方式，在表面上具有疏7jC性的第一流动-各径包括亲水部。第 一流动^各径以其疏水性和亲水部的亲7jC性而4吏工作流体从第 一冷凝器部流动到蒸发部。
根据本发明的 一个实施方式，提供了 一种包括热源和散热器的电子装置。散热器热连接到热源。散热器包括蒸发部、第一冷凝器部、工作流体和第一流动^各径。蒸发部配置在第一位置中。第一冷凝器部配置在第二位置中，该第二位置是比第一位置高且与第一位置分开的位置。工作流体在蒸发部中乂人液相蒸发为气相，且在第一冷凝器部中从气相冷凝为液相。第一流动^各径由纳米材料制成，表面上具有疏水性，且4吏在第 一冷凝位置中^皮冷凝为液相的工作流体流动到蒸发部。
在根据本发明该实施方式的散热器中，液相工作流体在蒸发部中蒸发为气相。该气相工作流体在配置在比蒸发部更高位置中的第一冷凝器部中^皮冷凝为液相。该液相工作流体在第 一流动路径中流动以返回到蒸发部。重复上述相变。
散热器的第 一流动路径使工作流体从第 一冷凝器部流动到配置在比第一冷凝器部低的蒸发部。在此，由于第一流动路径在表面上具有疏水性，所以可以将流动路径阻力保持较低。此外，由于第一流动路径由能够达到更高疏水性的纳米材料制成，所以可以将流动路径阻力保持得更低。因此，可以提高工作流体从第一冷凝器部到蒸发部的流动效率。
8根据本发明的该实施方式，由于热源热连接到散热器，所以散 热器可以有步文才广散热源的热。
根据本发明的一个实施方式，提供一种散热器制造方法。该散 热器制造方法包括将蒸发区域配置在第一位置中且将第一冷凝器 区域配置在第二位置中，该第二位置是比第一位置高且与第一位置 分开的位置，以及在蒸发区域与第 一 冷凝器区域之间形成表面上具 有疏水性的第 一 纳米材并牛层。
才艮据本发明的该实施方式，形成表面上具有疏水性的第 一纳米 材料层以形成用于工作流体乂人第 一冷凝器区i或到蒸发区i或的流动 路径，这使得能够实现更易于制造、更高的可靠性和更低的成本。
根据本发明该实施方式的散热器制造方法，可以进 一 步包括将 第二冷凝器区域配置在第三位置中，该第三位置是比第一位置低且 与第 一位置分开的位置，以及在蒸发区域与第二冷凝器区域之间形 成表面上具有亲水性的第二纳米材料层。
冲艮据本发明的该实施方式，形成表面上具有亲水性的第二纳米 材料层以形成用于工作流体从第二冷凝器区域到蒸发区域的流动 路径，这使得能够实现更易于制造、更高的可靠性和更低的成本。
在才艮据本发明该实施方式的散热器制造方法中，可以垂直或倾 斜地形成第一纳米材并牛层。
才艮据本发明的该实施方式，在垂直配置第一纳米材4牛层的情况 下，可以提供这样的一种散热器制造方法，其中可以更有效地冲丸4亍 工作流体从第 一冷凝器区域到蒸发区域的流动。在倾斜配置第 一纳 米材料层的情况下，可以设置多个纳米材料层和与其相对应的多个 第一冷凝器区域。由此，可以提供这样一种散热器的制造方法，在该散热器中可以提高工作流体从第 一冷凝器区域到蒸发区域的流
动步丈率。
根据本发明的一个实施方式，提供一种散热器制造方法，包括 在具有蒸发区的基板上形成表面上具有疏水性的纳米材料层，以及 在纳米材料层上在朝向蒸发区的方向上形成亲水区。
根据本发明的该实施方式，在表面上具有疏水性的纳米材料层 上形成亲水区，以形成用于工作流体到蒸发区的流动路径，这使得 能够实现更易于制造、更高的可靠性和更低的成本。
在才艮据本发明该实施方式的散热器制造方法中，可以通过切槽 处理或通过图案化来形成亲水区。
冲艮据本发明的该实施方式，可以通过切槽处理或通过图案化来 形成亲水区，这使得能够实现微小结构和更高的可靠性。
根据本发明的该实施方式的散热器，可以提高工作流体从冷凝 器部到蒸发部的流动效率。
根据本发明的散热器制造方法，能够实现更易于制造和更高的
可靠性。
本发明的这些和其他目的、特征和优点根据以下如附图中所图 示i兌明的本发明的最佳实施方式的详细描述而变4寻更加明显。


图1是根据本发明的第一实施方式的散热器的平面图； 图2是图1的散热器的侧视图；图3是图1的散热器的正视图4是从图2的A-A线只见察的散热器的纵向截面图5是示出了图1的散热器的操作的示意图6是示出了图1是散热器的制造方法的流程图7是顺序地示出了冷冻剂注入到壳体中的方法的示意图8是示出了根据本发明的第二实施方式的散热器的纵向截面
图9是示出了图8的散热器的操作的示意图10是示出了根据本发明的第三实施方式的散热器的平面图11是从图10的B-B线观察的散热器的纵向截面图12是才艮据本发明的第四实施方式的散热器的平面图13是从图12的C-C线》见察的散热器的纵向截面图14是/人图13的D-D线^L察的散热器的截面图；以及
图15是示出了作为包括根据本发明实施方式之一的散热器的 电子装置的台式PC的透视图。
具体实施例方式
下文中，将参考附图来描述本发明的实施方式。(第一实施方式) (散热器的结构)
图1是根据本发明的第一实施方式的散热器的平面图。图2是 图1的散热器的侧视图。图3是图1的散热器的正视图。图4是从 图2的A-A线观察的散热器的纵向截面图。
如图l-4中所示，散热器10包括薄矩形壳体60。壳体60在 其中包括蒸发部20、液体流动^各径40 (第一流动^各径)、气体流动 路径50和冷凝器部30 (第一冷凝器部)。壳体60还包括密封在其 中的冷冻剂(未示出)(工作流体)。
液体流动路径40和气体流动^各径50设置在冷凝器部30与蒸 发部20之间。液体流动路径40和气体流动^各径50是用于冷冻剂 在冷凝器部30与蒸发部20之间的流动^各径。
冷凝器部30配置在比蒸发部20高的位置。更具体地，冷凝器 部30在垂直方向上配置在蒸发器部分20上方，其中液体流动^各径 40和气体流动路径50配置在它们之间。简而言之，根据上述，冷 凝器部30、液体流动i 各径40和气体流动路径50以及蒸发部20以 该次序i也垂直配置。
壳体60包括矩形主板构件61和侧板构件62。
液体流动^各径40由疏水流动^各径构件41 (第一纳米材:杆层) 制成。该疏水流动^各径构件41形成在一个主4反构件61的内表面64 的垂直方向上的大致中部。疏水流动^各径构件41经由(隔着)壳 体60的内部空间而面对另 一个主才反构件61 。疏水流动路径构件41 的表面主要充当液体流动路径40。另外，内部空间主要充当气体流
12动^各径50。然而，不能清楚地划分流动^各径。实际上，液相冷冻剂 (下文称为液体冷冻剂)可以在内部空间中流动，且气相冷冻剂(下 文称为气体冷冻剂)可以在疏水流动i 各径构件41的表面上流动。
蒸发部20经由主板构件61与热源70热连接。术语"热连接" 是指，除了直接连接之外，还可以是经由例如热导体的连接。例如， 热源70是诸如CPU、电阻或产生热的其他装置的电子组件。
例如，本实施方式的散热器10在每个侧面上长度(e)是30 mm 50mm并且宽度(w)是2 mm ~ 5 mm。具有这才羊的尺寸的散 热器IO散热器用于作为热源70的PC的CPU,其热连4妄到散热器 10。可以才艮据热源70的尺寸来限定散热器10的尺寸。例如，在热 连接到散热器10的热源70是大尺寸显示器等的热源时，可以将长 度e设置为约2600 mm。散热器10的尺寸^皮定义成^f吏得冷冻剂可 以适当地流动并冷凝。此外，散热器10的形状不限于本实施方式 中所示的矩形形状。散热器10的操作温度范围例如大致为-40度~ + 200度。散热器10的吸热密度例如是8 W/mm2以下。
疏水流动^各径构件41由疏水纳米材冲+制成。疏水纳米材泮牛例 如是碳纳米管，^f旦是并不限于这些。疏水流动^各径构件41至少在 表面上具有疏水性。換言之，可以整个號u水流动^各径构件41具有 疏水性或可以其表面进4亍了 j 危水处理。
疏水流动3各径构件41的厚度t例如为100 nm ~ 100 pm。在佳: 用碳纳米管作为纳米材料的情况下，将碳纳米管的长度设置为100 nm 100(im。图4中，为了易于理解，将疏水流动^各径构件41相 对于壳体60的比例比实际结构更大。
除了疏水流动5^径构件41之外，蒸发部20可以由纳米材^f制 成。所以，与蒸发部20由金属材料等制成的情况相比，纳米材料在表面上具有纳米结构，其表面积增加且因此^是高蒸发效率。例如，
碳纳米管具有比铜(金属散热器的一种典型金属材料)高约10倍 的导热性。因此，在蒸发部20由碳纳米管制成的情况下，与由诸 如铜的金属材料制成的蒸发部相比，获得了极大提高的蒸发效率。 因此，可以^吏蒸发部20更小。冷凝器部30也可以由纳米材:纤制成。
壳体60由金属材料制成。金属材料例如为铜、不锈钢或铝， 但不限于上述。除金属之外，可以使用诸如碳的具有高导热性的材 料。可以所有主板构件61和侧板构件62分别由不同的材料形成， 可以其中的 一 些由相同材并牛制成，或者可以所有都由相同材冲+制 成。主板构件61和侧板构件62可以通过铜焊(即，焊接)来结合， 或者可以用粘合剂材料结合，这取决于材料。
作为冷冻剂，可以4吏用纯水，诸如乙醇、曱醇或异丙醇的醇类、 含氯氟烃、氢氯氟烃、氟、氨水、丙酮等，但是不限于上述。同时， 鉴于潜热或全球环境的保护，纯水是优选的。
(散热器的操作)
将描述上述结构的散热器10的操作。图5是示出了操作的示 意图。假定散热器10配置成使得主板构件61例如是竖直配置的。
当热源70产生热时，该热经由壳体60的主4反构件61传递到 蒸发部20。随后，蒸发部20中的液体冷冻剂蒸发成气体冷冻剂。 气体冷冻剂在气体流动路径50中朝向冷凝器部30流动(箭头A )。 随着气体冷冻剂在气体流动^各径50中流动，热发生扩散，且气体 冷冻剂在冷凝器部30中冷凝成液相(箭头B)。因此，散热器10 辐射热(箭头C )。液体冷冻剂在液体流动^各径40中流动而返回到 蒸发部20 (箭头D)。
14通过重复上述才喿作，热源70的热通过散热器IO扩散。
如上所述，通过控制冷冻剂流动路径使得液体冷冻剂在液体流 动路径40中流动(箭头D )且气体冷冻剂在气体流动路径50中流 动(箭头A),可以减少液体冷冻剂和气体冷冻剂混合的担忧。
如图5中的箭头A-D所示的才喿作区域J义为大致导向或大致标 准，并且没有明确限定，因为各个4乘作区域可以才艮据由热源70等 产生的热量而变动。
将描述由箭头D所示的液体流动赠4圣40中的'液体冷冻剂的流动。
液体冷冻剂在液体流动^各径40中由于重力而乂人配置在專交高位 置的冷凝器部30流动到配置在较低位置的蒸发部20。由于液体流 动路径40垂直配置，所以液体冷冻剂可以在液体流动路径40中有
效流动。
液体流动^各径40的主要部分是具有疏水性的疏水流动路径构 件41的表面。由于疏水性，所以当液体冷冻剂在液体流动^各径40 中流动时，可以^l寻相^"于發u K流动路径构zf牛41的4妄触角^f呆持为更 大。因此，可以进一步增加重力方向上的流动效率。在疏水流动^各 径构件41由碳纳米管制成的情况下，由于碳纳米管在表面上具有 大的疏水性，所以液体冷冻剂可以在液体流动i 各径40中以更高效 率A人冷;疑器部30流动到蒸发部20。
因此，与^f吏液体冷冻剂利用毛细力流动的情况相比，可以^使液 体冷冻剂的偏向分布更小JU吏流动鴻4圣阻力更小。因ot匕，减少了液 体冷冻剂向蒸发部20的供应量减少的4旦心，所以，冷冻剂的循环 不会受到不利影响，且可以实现操作稳定性。应注意，可以将未示出的诸如散热片的热辐射构件热连接至散
热器10的主板构件61的表面。在这种情况下，通过散热器10所 扩散的热传递到散热片，且从散热片辐射。
(散热器制造方法)
接着，将描述散热器10的制造方法的一个实施方式。图6是 示出了该制造方法的流程图。
在主板构件61的内表面64上形成疏水流动^各径构件41 (步骤 101)。具体地，例如，在内表面64上形成未示出的催化剂层，且 在该催化剂层上密实地形成疏水纳米材料。通过等离子体CVD (化 学气相沉积)或热CVD (^f旦并不限于这些)在4崔4b剂层上形成纳米材料。
接着，液体密封地结合主板构件61和侧板构件62 (步骤102 ) 以形成壳体60。在结合时，精确地对准各个才反构件。因此，在壳体 60的内部空间中，形成冷凝器部30、作为疏水流动^各径构件41的 表面的液体流动3各径40、液体流动^各径50和蒸发部20。
接着，将冷冻剂注入壳体60中并将其进行密封(步骤103)。 图7是顺序地示出了冷冻剂注入到壳体60中的方法的示意图。壳 体60包4舌注入口 67和注入3各径65。注入口 67和注入3各径65例如 -没置在一个主纟反构4牛61上。
如图7A中所示，例如经由注入口 67和注入^各径65降4氐壳体 60内部空间的压力，且经由注入口 67和注入^各径65 乂人未示出的分 配器4夺冷冻剂灌注到该内部空间中。如图7B中所示，挤压压缩区66并封闭(暂时密封)注入路径 65。经由另一个注入^各径65和另一个注入口 67来降^f氐壳体60内 部空间的压力，且当壳体60内部空间的压力达到目标压力时，挤 压压缩区66并封闭(暂时密封)注入路径65。
如图7C中所示，在比压缩区66更靠近注入口 67的一侧，注 入路径65例如通过激光焊接封闭(最终密封)。由此，紧密地密封 散热器10的内部空间。通过如上所述将冷冻剂灌注到壳体60的内 部空间中并将其进行密封，制得散热器10。
接着，将热源70安装到与蒸发部20相对应的一个主板构件61 的位置(步骤104 )。在热源70是CPU的情况下，该过程例如是回 流焊4妄处理。
可以在不同区i或(例如，不同工厂)4丸4亍散热器10的回流处 理和制造处理。所以，在回流处理之后4丸行冷冻剂的灌注的情况下， 需要将散热器10运输到工厂或从工厂运输，这导致成本、人力、 时间或工厂之间转移的颗粒产生的问题。根据图7的制造方法，可 以在完成散热器IO之后执行回流处理，从而解决上述问题。
根据本实施方式的散热器10的制造方法，通过在散热器壳体 60形成和冷冻剂注入之前，在预定区域形成具有疏水性的纳米材 料，可以制造包括冷凝器部30、液体流动路径40、气体流动^各径 50和蒸发部20的散热器10。因此，可以简化散热器的制造方法。 另外，由于并非必须进行疏水处理等，使得能够实现更低的成本、 更易于制造和更高的可靠性。
(第二实施方式)
(散热器的结构)将描述本发明的第二实施方式。以下，将用相同参考标号指代j
与上述实施方式的散热器IO相同的组件、功能等，将简化或省略
相同的描述，且将主要描述不同的部分。
图8是示出了根据本发明的第二实施方式的散热器的纵向截面图。
如图8所示，散热器IIO具有与图2的散热器10的壳体60类 似的薄矩形壳体160。
壳体160在其中包括蒸发部120、第一冷凝器部130、第二冷 凝器部131、第一液体流动路径140 (第一流动路径)、第二液体流 动^各径142 (第二流动路径)、第一气体;;庇动路径150和第二气体;危 动^各径151。用未示出的;令冻剂来灌注壳体160。
在第一冷凝器部130与蒸发部120之间设置第一液体流动^各径 140和第一气体流动^各径150。第一液体流动^各径140和第一气体 流动3各径150是用于冷冻剂在第一冷凝器部130与蒸发部120之间
的流动^各径。
在第二冷凝器部131与蒸发部120之间i殳置第二液体流动^各径 142和第二气体流动路径151。第二液体流动^各径142和第二气体 流动3各径151是用于冷冻剂在第二冷凝器部131与蒸发部120之间
的流动^各径。
第一冷凝器部130配置得比蒸发部120高。具体地，第一冷凝 器130在沿垂直方向上配置得比蒸发部120高，第一液体流动^各径 140和第一气体力t动i 各径150配置在它们之间。
18第二冷凝器部131配置得比蒸发部120低。具体地，第二冷凝 器131在沿垂直方向上配置得比蒸发部120 4氐，第二液体流动^各径 142和第二气体流动^各径151配置在它们之间。
因此，根据以上所述，第一冷凝器部130、第一液体流动^各径 140和第一气体流动^各径150、蒸发部120、第二液体流动^各径142 和第二气体流动踏jf圣151以及第二;令凝器部131以该次序垂直配置。
壳体160包4舌矩形主4反构件161和侧^反构件162。
第一液体流动路径140由疏水流动^各径构件141 (第一纳米材 料层)制成。疏水流动^各径构件141形成在与一个主纟反构件161的 内表面164的蒸发部120紧接的上部分上。疏水流动路径构件141 经由壳体160的内部空间正对另 一个主才反构件161 。疏水流动^各径 构件141的表面主要充当第一液体流动^各径140。另外，内部空间 主要充当第一气体流动3各径150。然而，不能清楚i也划分这些流动 路径。实际上，液体冷冻剂可以在内部空间中流动，且气体冷冻剂 可以在疏水流动3各径构件141的表面上流动。
第二液体流动路径142由亲水流动踏4圣构件143 (第二纳米材 料层)制成。亲水流动i 各径构件143形成在与一个主板构件161的 内表面164的蒸发部120紧接的下部分上。亲水流动^各径构件143 经由壳体160的内部空间正对另一个主玲反构件161。亲水流动^各径 构件143的表面主要充当第二液体流动路径142。另外，内部空间 主要充当第二气体流动^各径151。然而，不能清楚地划分这些流动 路径。实际上，液体冷冻剂可以在内部空间中流动，且气体冷冻剂 可以在亲7K:流动絲4圣构4牛143的表面上i乾动。
蒸发部120经由主^反构^f牛161与热源70热连4妄。疏水流动^各径构件141和亲水流动3各径构件143由纳米才才并牛制 成。疏水流动路径构件141至少在表面上具有疏水性。换言之，可 以整个疏水流动踪4圣构4牛141具有逸t水性或可以其表面经过了疏u K 处理。亲水流动^^径构件143至少在表面上具有亲水性。4奂言之， 可以整个亲水流动^各径构^f牛143具有亲7jc性或可以其表面经过了亲 水处理。疏水流动3各径构件141和亲水流动^各径构件143可以由相同纳 米材#+制成。在这种情况下，可以在用纳米材并牛形成流动^各径构4牛 之后，才丸4亍适当的亲水处理。亲水处理可以例如为硝'酸处理或紫外辐射。除了疏水流动3各径构4牛141和亲7jc流动^各;f圣构^f牛143之外，蒸 发部120、第一冷凝器部130和第二冷凝器部131也可以由纳米材料制成。疏水流动^各径构件141和亲水流动^各径构件143的厚度例如为 100 nm ~ 100 pm。图8中，为了易于理解偵:疏水流动^各径构件141 和亲水流动路径构件143相对于壳体160的比例比实际构造更大。壳体160可以由金属材料制成。散热器110在每个侧面上的长(e )例如是30 mm ~ 50 mm而 宽(w)是2 mm~5 mm。散热器110的形习犬不限于本实施方式中所示的矩形形状。(散热器的操作)将描述如上构造的散热器110的操作。图9是示出了操作的示 意图。假定散热器110配置成使得主板构件161例如是垂直配置的。20，该热通过壳体160的主々反构件161传递 到蒸发部120。随后，蒸发部120中的液体冷冻剂蒸发成气体冷冻 剂。气体冷冻剂的一部分在第 一气体流动路径150中朝向第 一冷凝 器部130流动(箭头A')。随着气体冷冻剂在第一气体流动^各径150 中流动，热发生扩散，且气体冷冻剂在第一冷凝器部130中冷凝成 液相(箭头B')。由此散热器110辐射热(箭头C')。液体冷冻剂在 第一液体流动^各径140中流动而返回到蒸发部120 (箭头D')。该 操作与图5的箭头A D的操作类似。同时，在蒸发部120中产生的气体冷冻剂的其他部分在第二气 体流动^各径151中朝向第二冷凝器部131流动(箭头E)。随着气体 冷冻剂在第二气体流动路径151中流动，热发生扩散，且气体冷冻 剂在第二冷凝器部131中冷凝成液相(箭头F)。由此散热器110辐 射热(箭头G)。液体冷冻剂在第二液体流动^各径142中流动而返 回到蒸发部120 (箭头H)。通过重复上述纟喿作，热源170的热通过 散热器110扩散。如上所述，通过控制冷冻剂流动^各径，佳J寻液体冷冻剂在第一 液体流动^各径140和第二液体流动^各径142中流动(箭头D'、箭头 H)且气体冷冻剂在第一气体流动路径150和第二气体流动^各径151 中流动(箭头A'、箭头E)，可以减少液体冷冻剂和气体冷冻剂混合的担忧。如图9中箭头A' D'和箭头E H所示的才喿作区域4叉为大致导 向或大致标准，且并未清楚限定才乘作区^^。将描述由箭头H所示的第二液体流动路径142中的液体冷冻剂的5危动。21液体冷冻剂在作为由纳米材料制成的亲水流动路径构件143的 表面的第二液体流动3各径142中利用毛细力从配置在4交〗氐位置上的 第二冷凝器部131流动至配置在举交高位置上的蒸发部120。亲水;克动^^圣构4牛143在表面上具有纳米结构，即，10 nm 100 pm的极微小结构。例如，当碳纳米管用作纳米材料时，碳纳米 管的直径为10 nm~50 nm,且长度为100 nm ~ 100 [am。因此，液 体冷冻剂可以利用毛细力而在第二液体流动^各径142中流动。由于 亲水流动路径构件143在表面上具有亲水性，所以液体冷冻剂渗透 亲水流动路径构件143的表面。因此，更多液体冷冻剂可以利用毛 细力而在第二液体流动路径142中流动，并且可以才是高/人第二冷凝 器部131到蒸发吾卩120的;危动岁丈率。如上所述，4艮据本实施方式的散热器110,同时采用利用毛细 力^f吏液体冷冻剂流动第二液体流动^各径142和通过重力偵 液体冷冻 剂流动的第一液体流动^各径140。由此，将冷冻剂分离到第二液体 流动3各径142侧和第一液体流动^各径140侧。因此，可以4吏液体冷 冻剂的偏向分布更小，且可以^是高液体冷冻剂乂人第一冷凝器部130 和第二冷凝器部131到蒸发部120的流动效率。因此，减少了液体 冷冻剂向蒸发部120的供应量减少的担心，所以，冷冻剂的循环不 会受到不利影响，且可以实现操作稳定性。另外，相对于一个蒸发 部120，可以i殳置多个流动^各径(即，第一液体流动^各径140和第 二液体流动路径142)和与其相对应的多个冷凝器部(即，第一冷 凝器部130和第二冷凝器部131),这提高了热扩散效率。(散热器制造方法)为了制造散热器110，形成纳米材冲+层以形成疏水流动^各径构 件141 (与图6的步骤101相对应)，且形成另一个纳米材料层并使 其经过适当的亲水处理，以形成亲水流动蹈-径构件143。纳米材料例如是^灰纳米管，^f旦是不限于上述这些。亲水处理可以例如是石肖酸处理或紫外辐射。蒸发部120、第一冷凝器部130和第二冷凝器部131可以由納 米材料制成。蒸发部120、第一冷凝器部130和第二冷凝器部131 例如是亲水的。在疏水流动5^径构件141和亲水流动路径构件143的形成之 后，可以用图6的步骤102 ~步骤104的制造方法来制造散热器110。根据本实施方式的散热器制造方法，并非必须在液体流动3各径 的表面上形成纱布条结构等，且仅需要执行亲水处理以实现毛细作 用，这使得能够实现更易于制造、更高的可靠性和更低的成本。(第三实施方式)图10是根据本发明的第三实施方式的散热器的平面图。图11 是从图10的B-B线7见察的散热器的纵向截面图。如图IO和图11中所示，散热器210包;l舌薄矩形壳体260。壳 体260在平面图中是矩形。乂人侧向方向^见察，中心部分配置得比左 端和右端部分4氐。壳体260在其中包括蒸发部220、多个液体流动3各径240 (第 一流动路径)、多个气体流动路径250和多个冷凝器部230 (第一冷 凝器部)。壳体260还包括密封在其中的冷冻剂(未示出)。液体流动路径240和气体流动路径250分别设置在冷凝器部 230与蒸发部220之间。液体流动^各径240和气体流动路径250是 用于在冷凝器部230与蒸发部220之间的冷冻剂的流动路径。蒸发部220形成在壳体260中的最4氐位置上。冷凝器部230配置得比蒸发部220高。具体地，冷凝器部230 配置得蒸发器部分220更高，其中液体流动路径240和气体流动路 径250配置在它们之间。图11中，多个冷凝器部230配置在基本 上相同的高度，但是并不限于上述。液体流动路径240和气体流动 ^各径250配置为倾斜。因此，才艮l居上述，冷凝器部230、液体流动 ^各径240和气体流动5各径250以及蒸发部220以这个次序配置。壳体260包括作为上表面和底表面的主4反构件261和作为壁表 面的烦'W反才勾4牛262。液体流动^各径240由疏水流动路径构件241 (第一纳米材津牛层) 制成。疏水流动路径构件241形成在比蒸发部220高且比作为底表 面的一个主才反构件261的内表面264的冷;疑器部230 ^氐的部分上从 而是倾杀牛的。疏水流动路径构件241经由壳体260的内部空间面对 另一个主一反构件261。疏水流动路径构件241的表面主要充当内部 空间中的液体流动^各径240 。另夕卜，内部空间主要充当气体流动3各 径250。然而，不能清楚i也划分这些流动3各径。实际上，液体冷冻 剂可以在内部空间中;危动，且气体;令冻剂可以在疏u7jc:流动踏4圣构^[牛241的表面上;充动。在平面图中，本实施方式的散热器210在每个侧面上的长度(e ) (侧—反构件262的伸长方向的长度)例如是30 mm ~ 50 mm而宽度 (w )(与侧才反构4牛262的伸长方向垂直的侧面的长度)是2 mm ~ 5 mm。散热器210的形状不限于本实施方式中所示的矩形形状。蒸发部220经由主板构件261与热源70热连4妄。疏水流动^各径构件241由疏水納米材并+制成。疏水纳米材并牛例 如是^友纳米管，Y旦是并不限于上述。疏水流动路径构件241至少在表面上具有疏7JC性。换言之，可以整个發b7K流动踏4圣构4牛241具有疏水性或可以其表面进行了疏水处理。疏水流动路径构件241的厚 度t例如为100nm 100(im。在使用碳纳米管作为纳米材料的情况 下，将该碳纳米管的长度设置为100 nm ~ 100 (am。除了疏水流动路径构件241之外，蒸发部220和冷凝器部230 可以由纳米材#+制成。壳体260例如由金属材料制成。散热器210与第一实施方式的散热器10的不同之处在于，疏 水流动^各径构件241、液体流动^各径240和气体流动^各径250倾杀牛， 且设置了多个冷凝器部230、疏水流动路径构件241、液体流动路 径240和气体流动^各径250。通过将發i^jc流动^各径构件241、'液体 流动路径240和气体流动路径250形成为倾斜，可以形成多个冷凝 器部230、疏水流动^各径构件241、液体流动^各径240和气体流动 ^各径250。因此，可以沿不同方向分离冷冻剂。由此可以^使液体冷 冻剂的偏向分布更小。因此，可以提高液体冷冻剂从冷凝器部230 到蒸发部220的;虎动岁文率。由于液体流动赠4圣240在表面上具有疏水性，所以即使在不垂 直地配置液体流动^各径240的情况下，液体冷冻剂也可以通过重力 流动到蒸发部220。在液体流动路径240的倾斜角进一步变小的情 况下，疏水性通过重力增强流动。因此，可以不是垂直而是基本上 水平地设置散热器，且可以根据多种设置条件来设置散热器。在此，示出了其中设置两个冷凝器部230、两个疏水流动路径 构件241、两个液体流动路径240和两个气体流动3各径250的实例，25但是并不限于上述。例如，可以i殳置三个以上的冷凝器部230、疏 水流动^各径构件241、液体流动^各径240和气体流动^各径250。散热器210的操作与第一实施方式的散热器10的操作(图5 ) 类似。在此，将^又描述液体流动路径240中的液体冷冻剂的流动(与 图5的箭头D相3于应)。液体冷冻剂在液体流动^各径240中通过重力从配置在4交高位置 的冷凝器部230流动到配置在较低位置的蒸发部220。由于液体流 动^各径240倾斜，所以液体冷冻剂可以通过重力在液体流动^各径240 中流动。液体流动路径240是具有疏水性的疏水流动^各径构件241的表 面。由于疏水性，液体冷冻剂在流入液体流动^各径240中时不;参透 疏水流动^各径构件241的表面，且因此可以将相对于疏水流动^各径 构件241的4妄触角保持得更大。由此可以进一步增加流动效率。在 疏水流动^各径构件241由石灰纳米管制成的情况下，由于石友纳米管在 表面上具有大疏水性，所以液体冷冻剂可以以專交高岁文率在液体流动 路径240中从冷凝器部230流动到蒸发部220。因此，与以毛细力〗吏液体冷冻剂流动的情况相比，可以4吏液体 冷冻剂的偏向分布变少且可以^吏流动^各径阻力变小。此外，由于形成了多个冷凝器部230和液体流动路径240，所 以进一步提高了液体冷冻剂到蒸发部220的循环效率。因此，减少 了液体冷冻剂到蒸发部220的供应量减少的担心。散热器210的制造方法与第一实施方式的散热器10的制造方 法(图6)类似，因此将省略其描述。(第四实施方式)(散热器的结构)图12是根据本发明的第四实施方式的散热器的平面图。图13 是从图12的C-C线观察的散热器的纵向截面图。图14是乂人图13 的D-D线〗現察的散热器的截面图。如图12 ~图14中所示，散热器310包括薄矩形壳体360。壳体360在其中包括蒸发部320、流动路径340 (第一流动^各 径)和冷凝器部330 (第一冷凝器部)。壳体360还包括密封在其中 的冷冻剂(未示出)。流动路径340设置在冷凝器部330与蒸发部320之间。流动^各 径340是用于在冷凝器部330与蒸发部320之间的冷冻剂的流动路径。壳体360包括矩形底板构件361、矩形顶板构件363和侧板构 件362。冷凝器部330配置得比蒸发部320高。具体地，冷凝器部30 在垂直方向上配置在蒸发器部分20上方，流动路径340配置在它 们之间。简而言之，根据上述，冷凝器部330、流动^各径340和蒸 发部320垂直地配置。流动路径340包括疏水流动^各径构件341 (纳米材料层)。疏水 流动路径构件341形成在底4反构件361的内表面364上以围绕蒸发 320。即，發u7j^危动路;f圣才勾^f牛341酉己置在基本上与蒸发吾P 320冲目 同的高度上。疏水流动^各径构件341包4舌多个亲水部345和疏水部分344。 亲水部345沿朝向蒸发部320的方向基本上线性形成。具体地，亲水部345以蒸发部320为中心放射形成，^旦是并不限于上述。此外， 在没有4是供多个亲水部345的情况下，可以4是供一个连续亲^^部 345。每个亲水部345均具有实现毛细力的宽度。亲水部345在表面 上具有亲水性。亲水部345可以是通过图案化形成的表面，或者可 以是槽状的。在亲水部345是槽状的情况下，切槽的尺寸具有实现 毛细力的尺寸。疏水部分344是无亲水部345的区域。为了〗更于理 解，图中减少了亲水部345的凄丈目。蒸发部320在平面图中例如是矩形，但是并不限于上述。蒸发 部320经由底净反构4牛361与热源70热连4妄。散热器310在每个侧面上的长度(e)例:i口是30 mm ~ 50 mm 而宽度(w)是2 mm~5 mm。散热器310的形状不限于本实施方 式中所示的矩形形状。疏水流动3各径构件341由疏水纳米材并牛制成。疏水納米材并午例 如是碳纳米管，但是并不限于上述。疏水流动路径构件341至少在 表面上具有疏水性。换言之，可以整个發L^K流动3各径构4牛341具有 疏水性或可以其表面进行了疏水处理。疏水流动路径构件341的厚 度t例如为100 nm ~ 100 (am。除了疏水流动^各径构件341之外，蒸 发部320可以由纳米材料制成。在使用碳纳米管作为纳米材料的情 况下，将该碳纳米管的长度"i殳置为100nm~ 100pm。壳体360例如由金属材一+制成。(散热器的操作)将描述如上构造的散热器310的才喿作。々i定散热器310配置成 Y吏得冷;疑器部330、流动路径340和蒸发部320垂直;也配置。当热源70产生热时，热经由壳体360的底板构件361传递到 蒸发部320。随后，蒸发部320中的液体冷冻剂蒸发成气体冷冻剂。 气体冷冻剂在流动路径340中朝向冷凝器部330流动。随着气体冷 冻剂在流动路径340中流动，热扩散，且气体冷冻剂在冷凝器部330 中冷凝成液相。由此散热器310辐射热。液体冷冻剂在液体流动^各 径340中朝向疏水流动i 各径构件341流动。液体冷冻剂在疏水流动 路径构件341中流动而返回到蒸发部320。通过重复上述才喿作，热 源70的热通过散热器310扩散。
将描述液体冷冻剂在疏水流动^各径构件341上的流动。疏水流 动鴻-径构件341上的液体冷冻剂在疏水部分344上4皮排斥。在疏水 部分344上被排斥的液体冷冻剂聚集到亲水部345。聚集到亲水部 345的液体冷冻剂在线性形成为液体流动^各径的亲水部345中利用 毛细力朝向蒸发部320流动。
利用这种结构，不仅在其中流动路径配置在蒸发部320上方的 情况下，而且在其中流动路径340基本上与蒸发部320相同高度配 置的情况下，可以提高液体冷冻剂从冷凝器部330到蒸发部320的 ;克动步文率，JM呆持專交高《u动岁丈率。
由于液体冷冻剂主要通过毛细力流到蒸发部320,所以不<又在 垂直配置冷凝器部330、流动路径340和蒸发部320的情况下，而 且在水平配置这些的情况下也可以4吏用散热器310。
(散热器制造方法)
接着，将描述散热器310的制造方法的一个实施方式。
在除了底板构件361的内表面364的蒸发部320之外的区域上 形成疏水流动^^径构件341。具体地，在内表面364上形成未示出的催化剂层，且在该催化剂层上密实地形成疏水纳米材料。通过等
离子CVD或热CVD (但并不限于这些)在催化剂层上形成纳米材料。
可选地，纳米材料层可以在内表面364的整个区域上形成，蒸 发部320可以在预定区域上形成，且可以形成另一个区域作为疏水 :流动^^圣构4牛341。
接着，疏水流动^各径构件341的预定区域经过亲水处理以形成 亲水部345。亲水处理可以例如是在纳米初啡牛层上扭j于的用于产生 羧基的硝酸处理或紫外辐射。线性地形成亲水部345。亲水部345 可以是通过图案化或通过切槽处理形成的平面。
在底才反构件361的内表面364上形成疏水流动^各径构件341和 在發u水流动3各径构爿f牛341上形成亲水部345之后，可以用图6的步 骤102 ~步骤104的制造方法来制造散热器310。
根据本实施方式的散热器制造方法，亲水部345通过切槽处理 或通过图案化来形成、因此，可以形成4效小结构且使得能够实现更 高可靠性的制造方法。
如上所述，才艮据本发明的实施方式的散热器10、 110、 210或
310是基于通过使液体流动路径变成疏水性而利用重力提高液体冷 冻剂的流动效率，以及通过使液体流动路径变成亲水性而利用毛细 力来提高液体冷冻剂的流动效率的基本构思得到的装置。
(电子装置的实例)
图15是包括散热器10的电子装置的台式PC的透一见图。在PC 80的壳体81中，设置有电路板82，且例如CPU 83安装在电蹈4反
3082上。作为热源的CPU83与散热器10热连接，且散热器10与未
示出的散热片热连接。
在该图的实例中，CPU83在垂直方向上连4妄到散热器10的主 板构件61的下部。尽管未示出，在使用散热器110的情况下，CPU 83可以基本上热连4妄在散热器110的主才反构4牛161的中部。
在该图的实例中，散热器10基本上垂直配置。尽管未示出， 但是散热器可以基本上水平地配置。在这种情况下，可以4吏用散热 器210、 310。散热器210、 310可以基本上水平配置，且热源可以 热连接到散热器210、 310的底部表面的大致中部。
到多种^f奮改。
例如，散热器IO、 IIO垂直配置，《旦并不限于这些。例如，散 热器IO、 IIO可以倾存牛配置或基本上水平配置，或者可以包4舌具有 彼此分开的蒸发部和冷凝器部的散热器。
所述侧—见图中散热器10、 110的形状和平面图中散热器210、 310的形状为矩形。然而，所述侧:视图或平面图中的形状可以为圓 形、椭圓形、多边形或另一^f壬意形状。可选;也，设备并不限于薄矩 形散热器，而可以形成为热管。
可以任意改变疏7jc流动路径构件41、 141、 241或341、亲水流 动^各径构件143或亲水部345的形状等。
作为电子装置，示例性地示出了图15的台式PC。然而，并不 限于上述，而是可以使用PDA (个人数字助理)、电子词典、照相 才几、显示装置、音频/一见频装置、4殳影^f义、移动电话、游戏装置、汽 车导航装置、自动机械装置、激光发生装置或另一种电子设施作为
电子装置。
权利要求
1.一种散热器，包括配置在第一位置的蒸发部；配置在第二位置的第一冷凝器部，所述第二位置是比所述第一位置高且与所述第一位置分开的位置；工作流体，其在所述蒸发部中从液相蒸发为气相，且在所述第一冷凝器部中从所述气相冷凝为所述液相；以及由纳米材料制成的第一流动路径，其在表面上具有疏水性，且使在所述第一冷凝器中被冷凝为所述液相的所述工作流体流动到所述蒸发部。
2. 根据权利要求1所述的散热器，进一步包括配置在第三位置的第二冷凝器部，所述第三位置是比所述第一位置^f氐且与所述第一位置分开的位置，且使所述工作流体/人所述气相冷凝为所述液相；以及由纳米材料制成的第二流动路径，其在表面上具有亲水性，且使在所述第二冷凝器中被冷凝为所述液相的所述工作流体流动到所述蒸发部。
3. 根据权利要求1所述的散热器，其中，所述第一流动路径是垂直配置的。
4. 根据权利要求1所述的散热器，其中，所述第一流动路径是倾^1"配置的。
5. 根据权利要求1所述的散热器，其中，所述第一流动^各径在朝向所述蒸发部的方向上包括亲水部。
6. —种电子装置，包括:^源；以及热连4妄到所述热源的散热器，所述散热器包4舌配置在第一位置的蒸发部；配置在第二位置的第一冷凝器部，所述第二位置是比所述第一部分高且与所述第一部分分开的位置；工作流体，其在所述蒸发部中/人液相蒸发为气相，且在所述第一冷凝器部中从所述气相冷凝为所述液相；以及由纳米材料制成的第一流动^各径，其在表面上具有疏水性，且4吏在所述第一冷凝器部中纟皮冷凝为所述液相的所述工作流体流动到所述蒸发部。
7. —种散热器制造方法，包括将蒸发区域配置在第一位置，且将第一冷凝器区域配置在第二位置，所述第二位置是比所述第一部分高且与所述第一部分分开的位置；以及在所述蒸发区域与所述第 一冷凝器区域之间形成表面上具有疏水性的第 一纳米材料层。
8. 根据权利要求7所述的散热器制造方法，进一步包括将第二冷凝器配置在第三位置，所述第三位置是比所述第一位置4氐且与所述第一位置分开的位置；以及在所述蒸发区域与所述第二冷凝器区域之间形成表面上具有亲水性的第二纳米材料层。
9. 根据权利要求7所述的散热器制造方法，其中，所述第一纳米材料层是垂直地形成的。
10. 根据权利要求7所述的散热器制造方法，其中，所述第一纳米材料层是倾斜地形成的。
11. 一种散热器制造方法，包括在具有蒸发区的基板上形成表面上具有疏水性的纳米才才谇+层；以及在所述纳米材料层上在朝向所述蒸发区的方向上形成亲水区。
12. 根据权利要求11所述的散热器制造方法，其中，所述亲水区通过切冲曹处理形成。
13. 根据权利要求11所述的散热器制造方法，其中，所述亲水区通过图案化形成。
全文摘要
本发明公开了一种散热器、电子装置和散热器制造方法，该散热器包括蒸发部、第一冷凝器部、工作流体和第一流动路径。蒸发部配置在第一位置。第一冷凝器部配置在第二位置，该第二位置是比第一位置高且与第一位置分开的位置。工作流体在蒸发部中从液相蒸发为气相，且在第一冷凝器部中从气相冷凝为液相。第一流动路径由纳米材料制成、表面上具有疏水性，且使在第一冷凝位置中冷凝为液相的工作流体流动到蒸发部。
文档编号H05K7/20GK101652055SQ20091016610
公开日2010年2月17日 申请日期2009年8月11日 优先权日2008年8月11日
发明者桥本光生, 矢泽和明, 石田祐一, 良尊弘幸 申请人:索尼株式会社