JP5178274B2 - ヒートパイプ、ヒートパイプの製造方法およびヒートパイプ機能付き回路基板 - Google Patents

Description

本発明は、半導体集積回路、ＬＥＤ素子、パワーデバイスなどの発熱体を冷却するヒートパイプ、ヒートパイプの製造方法およびヒートパイプ機能付き回路基板に関する。

電子機器、産業機器および自動車などには、半導体集積回路、ＬＥＤ素子、パワーデバイスなどの電子部品が使用されている。これらの電子部品は、内部を流れる電流によって発熱する発熱体になっている。発熱体の発熱が一定温度以上となると、動作保証ができなくなる問題もあり、他の部品や筐体へ悪影響を及ぼし、結果として電子機器や産業機器そのものの性能劣化を引き起こす可能性がある。

このような発熱体を冷却するために、封入された冷媒の気化と凝縮による冷却効果を有するヒートパイプが提案されている。

一方で、電子機器や産業機器の小型化のために、電子部品や素子の高密度実装が要求されている。ヒートパイプは、その一方の面のみに電子部品や素子に接して配置されるので、電子機器の中で無駄な容量を占めることになりがちである。また、発熱体である電子部品のサイズがヒートパイプのサイズよりも小さい場合には、ヒートパイプの設置箇所には、冷却対象以外の電子部品の実装が困難となり、ヒートパイプが高密度実装の妨げとなることも生じる。あるいは、ヒートパイプの冷却能力を活用しきれない問題も生ずる。

実装密度を向上させる技術として、冷却機能を有する金属コアプリント配線基板にスルーホールを形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ヒートパイプの実装を容易にする技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、ヒートパイプの冷却能力向上と表面の活用のために、ヒートパイプの表面に凹状の曲がり部を設ける技術も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００７−２４２７４０号公報 特開２００４−３７００１号公報 特開平１１−１０１５８５号公報

しかしながら、特許文献１では、小径のビアホールを貫通させるために金属コア層を薄肉処理してからビアホール形成が行われる。このとき、薄肉処理がなされた金属コア層の両面に絶縁層が貼り付けられてからビアホールが形成されるので、薄肉部が薄過ぎる場合には、ビアホールの位置ずれが生じることがある。また、金属コア層と異なり、内部が空洞であるヒートパイプ（冷媒を封入するためにはヒートパイプの内部は空洞である）では、加工が困難である。空洞の上下層の金属板部分に形成圧力がかかるため、ビアホールの形成位置や形状ずれが生じうるからである。このため、金属コア層に薄肉部を設けてビアホールを貫通させる技術は、ヒートパイプにビアホールを形成することへ応用が困難である。

特許文献２は、ヒートパイプの実装を容易化できるが、ヒートパイプを実装した箇所においては、他の電子部品を実装できない。このため、ヒートパイプが高密度実装の弊害になることは解決されていない。また、ヒートパイプの外縁部にビアホールを形成するに際して、内部空間の封止を破壊しうる問題もある。

特許文献３は、ヒートパイプに曲がり部があることで、この曲がり部に沿って電子部品を実装することを可能にする。しかし、曲がり部に沿ったリード配線に限定され、現実的には電子部品をヒートパイプに実装することは困難である。

特許文献１〜３のいずれの技術によっても、高密度実装を妨げないヒートパイプの実現は困難である。特に今後、冷却能力を高める必要が大きくなるにつれてヒートパイプ自身の大型化が避けられない。このようにヒートパイプが大型化する場合であっても、高密度実装を損なわないヒートパイプの実現が求められる。

そこで本発明は、高密度実装を妨げず、冷却効果の高いヒートパイプ、ヒートパイプの製造方法およびヒートパイプ機能付き回路基板を提供することを目的とする。

本発明のヒートパイプは、封入された冷媒の気化および凝縮によって発熱体を冷却するヒートパイプであって、平板状の上部板と、前記上部板と対向する平板状の下部板と、前記上部板と前記下部板の間に積層されると共に内部貫通孔を有する平板状の複数の中間板を備え、前記複数の中間板のそれぞれに設けられた前記内部貫通孔同士は、それぞれの一部のみが重なって、前記内部貫通孔の平面方向の断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路が形成され、前記上部板、前記下部板および前記複数の中間板のそれぞれは、外部貫通孔を有し、前記上部板に設けられた前記外部貫通孔、前記下部板に設けられた前記外部貫通孔および前記中間板に設けられた前記外部貫通孔のそれぞれが重なり合ってビアホールが形成され前記複数の中間板の各々は、切り欠き部と板部を有し、前記複数の中間板の各々に設けられた前記切り欠き部同士が重なることで、内部空間である蒸気拡散路が形成され、前記蒸気拡散路は、封入された冷媒が気化して生じる蒸気冷媒を拡散させ、前記毛細管流路は、封入された冷媒が凝縮して生じる凝縮冷媒を還流させ、前記ビアホールは、前記複数の中間板における前記板部と前記切り欠き部の境界付近に位置し、前記境界付近は、前記毛細管流路も前記蒸気拡散路もいずれも形成されない前記蒸気拡散路と前記毛細管流路の非形成領域である。

本発明によれば、平板状であって、冷媒が垂直・平面方向に循環して高速に熱移動を可能とするヒートパイプが実現できる。

加えて、非常に微小な直径を有するビアホールを、ヒートパイプの強度や耐久性に影響を与えず、ヒートパイプに形成することができる。

更に、ヒートパイプに設けられたビアホールを介した電子部品の電気的接続が実現され、ヒートパイプの使用が高密度実装を阻害することも無くなる。加えて、電子部品の冷却と実装が両立できる。

本発明の第１の発明に係るヒートパイプは、封入された冷媒の気化および凝縮によって発熱体を冷却するヒートパイプであって、平板状の上部板と、前記上部板と対向する平板状の下部板と、前記上部板と前記下部板の間に積層されると共に内部貫通孔を有する平板状の複数の中間板を備え、前記複数の中間板のそれぞれに設けられた前記内部貫通孔同士は、それぞれの一部のみが重なって、前記内部貫通孔の平面方向の断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路が形成され、前記上部板、前記下部板および前記複数の中間板のそれぞれは、外部貫通孔を有し、前記上部板に設けられた前記外部貫通孔、前記下部板に設けられた前記外部貫通孔および前記中間板に設けられた前記外部貫通孔のそれぞれが重なり合ってビアホールが形成され前記複数の中間板の各々は、切り欠き部と板部を有し、前記複数の中間板の各々に設けられた前記切り欠き部同士が重なることで、内部空間である蒸気拡散路が形成され、前記蒸気拡散路は、封入された冷媒が気化して生じる蒸気冷媒を拡散させ、前記毛細管流路は、封入された冷媒が凝縮して生じる凝縮冷媒を還流させ、前記ビアホールは、前記複数の中間板における前記板部と前記切り欠き部の境界付近に位置し、前記境界付近は、前記毛細管流路も前記蒸気拡散路もいずれも形成されない前記蒸気拡散路と前記毛細管流路の非形成領域である。

この構成により、微小な直径を有するビアホールが、ヒートパイプに形成される。加えて、平板状で冷却効果の高いヒートパイプが実現できる。更に、この構成により、高速に冷媒が循環して、熱移動の効率の良いヒートパイプが実現できる。また、冷却性能に影響を与えにくいビアホールが形成される。

本発明の第２の発明に係るヒートパイプでは、第１の発明に加えて、前記上部板、前記下部板および前記複数の中間板のそれぞれに設けられた前記外部貫通孔は、前記ヒートパイプの厚みに対する加工限度に基づく直径よりも小さいと共に、前記上部板、前記下部板および前記複数の中間板のそれぞれの厚みに対する加工限度に基づく直径以上である。

本発明の第３の発明に係るヒートパイプでは、第２の発明に加えて、前記加工限度は、前記外部貫通孔を形成する板の厚み方向をｔとし、前記外部貫通孔の直径をφｄとした場合に、（１／２）＊ｔ ≦ φｄの式で表される。

これらの構成により、加工限度を守った上で、微小な直径のビアホールを形成できる。この結果、ヒートパイプの強度や耐久性に影響を与えずに済む。

本発明の第４の発明に係るヒートパイプでは、第１から第３のいずれかの発明に加えて、前記上部板、前記下部板および前記中間板の少なくとも一つが、厚み方向に接合しうる複数の部材から構成される。

この構成により、上部板、下部板および複数の中間板のいずれかに貫通される外部貫通孔の直径がさらに小さくできる。結果として、ビアホールの直径が更に小さくできる。

本発明の第５の発明に係るヒートパイプでは、第１から第４のいずれかの発明に加えて、前記外部貫通孔を有する前記上部板と、前記外部貫通孔を有する前記下部板と、前記内部貫通孔と前記外部貫通孔を有する前記複数の中間板のそれぞれを、前記上部板と前記下部板で前記複数の中間板を挟んで積層し、前記上部板、前記下部板および前記複数の中間板のそれぞれに設けられた外部貫通孔同士が重なって、前記上部板から前記下部板までを貫通するビアホールが形成され、前記複数の中間板のそれぞれに設けられた前記内部貫通孔同士は、それぞれの一部のみが重なって、前記内部貫通孔の平面方向の断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路が形成されることで製造される。

この構成により、加工限度を守った微小な直径を有するビアホールが形成される。このような微小なビアホールが形成されることで、高密度実装への悪影響を出さないヒートパイプが実現できる。

本発明の第６の発明に係るヒートパイプでは、第１から第５のいずれかの発明に加えて、前記上部板および前記下部板のそれぞれは、前記毛細管流路と連通する凹部を更に備える。

この構成により、凝縮した冷媒の還流が促進される。

本発明の第７の発明に係るヒートパイプでは、第１から第６のいずれかの発明に加えて、前記ヒートパイプは、２０ｍｍ角以上１００ｍｍ角以下の方形、および１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みを有している。

この構成により、冷却と実装のバランスを両立したヒートパイプが実現できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

なお、本明細書におけるヒートパイプとは、内部空間に封入された冷媒が、発熱体からの熱を受けて気化し、気化した冷媒が冷却されて凝縮することを繰り返すことで、発熱体を冷却する機能を実現する部材、部品、装置、デバイスを意味する。

（実施の形態１）
図１、図２を用いて、ヒートパイプの外観について説明する。

図１は、本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの斜視図であり、図２は、本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの側面図である。

ヒートパイプ１は、内部空間に封入された冷媒の気化および凝縮によって発熱体を冷却する。

図１に示されるとおり、実施の形態１におけるヒートパイプ１は、平板状の方形を有している。ヒートパイプ１は、上部板２および下部板３により外形が形成され、上部板２から下部板３まで貫通するビアホール４を有している。なお、ビアホール４は、単数でも複数でも良く、その位置についても適宜定められる。本発明のヒートパイプは図１に示されるように平板状を有しており、回路基板などへの実装が容易であって、実装空間をあまり必要としない。

ヒートパイプ１は、上部板２と下部板３に挟まれた内部空間を有し（図示せず）、この内部空間は、冷媒を封入している。また、内部空間には、毛細管流路と蒸気拡散路が形成されており、気化した冷媒は、蒸気拡散路を通じて平面、垂直方向に拡散する。凝縮した冷媒は、毛細管流路を通じて還流する。本発明のヒートパイプは平板状を有していても、蒸気拡散路を気化した冷媒が平面、垂直方向に拡散すると共に、毛細管流路を通じて凝縮した冷媒が平面、垂直方向に還流するので、十分な冷却性能を有する。

なお、上部板２および下部板３の少なくとも一方は、発熱体と接触する受熱面となり、他方は気化した冷媒の潜熱を放熱する放熱面となる。なお、本発明のヒートパイプは、ビアホール４により両面実装が可能であるので、上部板２および下部板３の双方が、それぞれ受熱面と放熱面の両方の役割を有することもある。

図２には、ヒートパイプ１が発熱体５、６と接触している状態が示されている。図２では、ヒートパイプ１の両面に発熱体５，６が実装されて接触している。発熱体５，６は、グリースなどの熱的接合材７を介して、ヒートパイプ１の表面と接触している。加えて、後述するが、ビアホール４は、配線層を有しており、発熱体５と発熱体６（これらの発熱体は、電子部品や半導体集積回路である）は電気的に接続されることが可能である。

ヒートパイプ１は、内部に冷媒を封入しており、冷媒は、発熱体５，６からの熱により気化して蒸気拡散路を拡散し、放熱面で冷却されて凝縮して、凝縮した冷媒が毛細管流路を還流する。この結果、発熱体５，６は冷却される。このとき、発熱体５にとっては、下部板３が受熱面であって上部板２が放熱面である。発熱体６にとっては、上部板２が受熱面であって、下部板３が放熱面である。ヒートパイプ１は、ビアホール４を有することで、両面に接触する発熱体５、６を冷却できる。あるいは、一方の発熱体のみを冷却し、他方の発熱体との電気的接続を可能として、放熱面を利用した高密度実装が可能となる。

ヒートパイプ１は、このように電子部品や半導体集積回路である発熱体５、６を冷却する。以上が、本発明のヒートパイプの基本的な外観や機能である。

次に、図３を用いて実施の形態１におけるヒートパイプについて説明する。

（全体）
図３は、本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの側断面図である。図３（a）は、製造時に各部材が分割された状態を示しており、図３（ｂ）は、各部材が封止されてヒートパイプ１が完成した状態を示している。

ヒートパイプ１は、平板状の上部板２と、平板状の下部板３と、平板状の複数の中間板１０を備えている。

下部板３は、上部板２と対向しており、その形状、大きさはほぼ同一であることが適当である。勿論、異なっていても本発明の意図は逸脱しない。

複数の中間板１０のそれぞれは、上部板２と下部板３の間に積層される。また、複数の中間板１０のそれぞれは、内部貫通孔１１を有している。複数の中間板１０が積層される際には、内部貫通孔１１同士の一部のみが重なって、内部貫通孔１０そのものの断面積よりも小さな断面積を有する毛細管流路１５が形成される。毛細管流路１５は、凝縮した冷媒が還流する通路となる。

また、上部板２、下部板３および複数の中間板１０のそれぞれは、外部貫通孔１２を有している。これらの外部貫通孔１２は、上部板２、下部板３および複数の中間板１０の全てが積層される際には、同一位置において重なり合ってビアホール４を形成する。ビアホール４は、上部板２から下部板３までを貫通しており、上部板２表面に実装される発熱体と下部板３表面に実装される発熱体とを電気的に接続できる。

図３に示されるように、実施の形態１におけるヒートパイプ１は、ビアホール４を有しており、ヒートパイプ１の両面に、発熱体である電子部品を実装したり接触させたりできる。あるいは、ヒートパイプ１の一方の面に接触している電子部品からの別の電子部品へ、ビアホール４を介した電気的接続を可能にする。

次に、各部の詳細について説明する。

（上部板）
上部板２は、平板状であり、外部貫通孔１２を有している。外部貫通孔１２は、単数でも複数でもよいが、複数の中間板１０、下部板３と積層される際に同一位置となる位置に（および形状と面積も同一となることが好ましい）設けられる。

上部板２は、金属、樹脂などで形成されるが、銅、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ステンレスなどの熱伝導率の高い金属で形成されることが好ましい。また、上部板２は、方形、菱形、円形、楕円形、多角形など種々の形を有していてよいが、製造上の容易性や実装上の容易性から方形が採用されやすい。

上部板２は、その一方の面であって中間板１０と対向する面に、毛細管流路１５に連通する（内部貫通孔１１に連通する）凹部１４を有している。凹部１４は、毛細管流路１５と連通することで、凝縮した冷媒が、上部板２から毛細管流路１５へと伝わることを促進する。なお、凹部１４は、本発明において必須の構成要件ではない。

上部板２は、便宜上「上部」との呼称となっているが、物理的に上部の位置に存在しなければならないわけではなく、下部板３と特段に区別されるものでもない。

上部板２は、中間板１０を積層する際に、中間板１０と接合される突起部や接着部を備えていることも好適である。

（下部板）
下部板３は、上部板２と対向して複数の中間板１０を挟む。下部板３は、上部板２と同じく外部貫通孔１２を有しており、上部板２に設けられた外部貫通孔１２と同一位置となる（および同一の形状や面積）ことが好ましい。

下部板３は、金属、樹脂などで形成されるが、銅、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ステンレスなどの熱伝導率の高い金属で形成されることが好ましい。また、方形、菱形、円形、楕円形、多角形など種々の形を有していてよいが、上部板２と対向してヒートパイプ１を形成するので、上部板２と同一の形状、面積であることが好ましい。また、製造上の容易性や実装上の容易性から方形が採用されやすい。

下部板３は、その一方の面であって中間板１０と対向する面に、毛細管流路１５に連通する（内部貫通孔１１に連通する）凹部１４を有している。凹部１４は、毛細管流路１５と連通することで、凝縮した冷媒が、下部板３から毛細管流路１５へと伝わることを促進する。これは、上部板２に凹部１４が設けられることと同様の意義を有する。特に、実施の形態１におけるヒートパイプ１は、その両面に発熱体が接触されることがありうるので、上部板２および下部板３のいずれにおいても冷媒の凝縮を促す放熱が行われる可能性がある。このため、上部板２および下部板３の双方が、凝縮した冷媒の還流を促す役割を担うことがありうる。あるいは、製造されたヒートパイプ１を実装する場合に、ユーザは上下を区別するのが面倒である。

このような両面実装に対応するために、あるいは使用上の簡便さの点からも、下部板３は、上部板２と同様の構成、形状、素材を有していることが適当である。

なお、上部板２と同様に、凹部１４は必須の構成要件ではない。

下部板３は、便宜上「下部」との呼称となっているが、物理的に下部の位置に存在しなければならないわけではなく、上部板２と特段に区別されるものでもない。

下部板３は、中間板１０を積層する際に、中間板１０と接合される突起部や接着部を備えていることも好適である。

（中間板）
次に、中間板１０について説明する。

複数の中間板１０は、上部板２と下部板３の間に積層される。中間板１０は、複数積層される。これは、中間板１０に形成されている内部貫通孔１１同士が、それぞれの一部のみが重なって毛細管流路を形成するためである。

複数の中間板１０のそれぞれは、内部貫通孔１１と外部貫通孔１２を有している。

ここで、外部貫通孔１２は、上部板２および下部板３に設けられた外部貫通孔１２と同一位置（および同一の形状や面積）であることが好ましい。なお、同一位置とは、上部板２、下部板３および中間板１０が積層された場合における座標を基準とする。

中間板１０に設けられた外部貫通孔１２は、複数の中間板１０のそれぞれ、上部板２、下部板３のそれぞれが積層されると、同一位置にある外部貫通孔がつながって、上部板２から下部板３までを貫通するビアホール４が形成される。

中間板１０は、金属、樹脂などで形成されるが、銅、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ステンレスなどの熱伝導率の高い金属で形成されることが好ましい。また、方形、菱形、円形、楕円形、多角形など種々の形を有していてよいが、上部板２および下部板３に挟まれてヒートパイプ１を形成するので、上部板２と同一の形状であることが好ましい。また、製造上の容易性や実装上の容易性から方形が採用されやすい。なお、上部板２および下部板３に挟まれるので、中間板１０の面積は、上部板２および下部板３と同一でも良く、若干小さくてもよい。

また、中間板１０には、上部板２および下部板３と接続される際に用いられる突起１３が備わっていてもよい。

突起１３は、角柱状を有し、所定位置に配置されている。

上部板２、複数の中間板１０および下部板３がそれぞれ重ねられて圧力を掛けられて積層される際には、この突起１３が押しつぶされて相互の部材を接着する役目を有する。

また、突起１３は積層の際の位置決めの基準にもなる。

複数の中間板１０は、上部板２と下部板３に挟まれて積層され、最終的にはヒートパイプ１を形成する。また、中間板１０が複数枚積層されることで、内部空間が形成され、この内部空間に冷媒が封入されてヒートパイプとしての機能を発する。

なお、上部板２、下部板３、複数の中間板１０のそれぞれは、耐久性向上のために、角部に面取りがなされていてもよい。

また、上部板２、下部板３、複数の中間板１０の少なくとも一つには、積層時の位置決めのための位置決め孔や位置決め突起が設けられていても良い。加えて、実装時に分かりやすくするための印が設けられても良い。

上部板２と下部板３に挟まれて複数の中間板１０が積層されることで、ヒートパイプ１に内部空間が形成される。この内部空間に冷媒が封入されるので、上部板２および下部板３の少なくとも一方に冷媒を入れる注ぎ口が設けられていてもよい。上部板２、複数の中間板１０および下部板３の全てが積層された後で、この注ぎ口から冷媒が封入され、封入後に内部空間が真空にされて注ぎ口が封止される。このようにして、内部空間に冷媒が封入され、ヒートパイプとしての機能を発するようになる。

なお、冷媒の封入においては、真空または減圧下で行われる。真空または減圧下で行われることで、ヒートパイプ１の内部空間が真空または減圧された状態となって冷媒が封入される。減圧下であると、冷媒の気化・凝縮温度が低くなり、冷媒の気化・凝縮の繰り返しが活発になるメリットがある。

（内部貫通孔と毛細管流路）
次に、内部貫通孔１１と毛細管流路１５について説明する。

内部貫通孔１１は、複数の中間板１０のそれぞれに設けられる。なお、中間板１０のそれぞれに複数の内部貫通孔１１が設けられる。内部貫通孔１１は、中間板１０の表面から裏面にかけて貫通しており、その形状は円形でも楕円形でも方形でもよい。内部貫通孔１１の一部同士が重なって毛細管流路１５を形成することから、内部貫通孔１１は方形であることが適当である。これは製造上の容易性からも適当である。

内部貫通孔１１は、複数の中間板１０のそれぞれに形成される。内部貫通孔１１は、掘削、プレス、ウェットエッチング、ドライエッチングなどで形成されれば良いが、微小加工および加工精度の面から、ウェットエッチング、ドライエッチングなどのエッチング加工で形成されるのが適当である。

内部貫通孔１１は、複数の中間板１０のそれぞれに設けられる。ここで、複数の中間板１０は、その内部貫通孔１１の一部同士がそれぞれ重なるように積層されるので、内部貫通孔１１の位置は、隣接する中間板１０毎にずれていることが適当である。例えば、ある中間板１０における内部貫通孔１１の位置と、この中間板１０と接する別の中間板１０における内部貫通孔１１の位置は、内部貫通孔１１の面積の一部ずつが重なるようにずれている。このように、隣接する中間板１０毎に内部貫通孔１１の位置がずれていることで、複数の中間板１０が積層された場合に、内部貫通孔１１の平面方向の断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路１５が形成される。

毛細管流路１５は、複数の中間板１０が積層される際に、内部貫通孔１１の一部同士が重なり合って、内部貫通孔１１の平面方向の断面積よりも小さい断面積を有する。このような内部貫通孔１１の断面積よりも小さな断面積を持つ孔が、ヒートパイプ１の厚み方向に積層され、厚み方向の孔同士が接続することで、厚み方向の流路が形成される。また、厚み方向において階段状の孔となるので、厚み方向であると同時に平面方向にも流れうる流路が形成される。この垂直・平面方向に形成される流路は、その断面積が非常に小さく、毛細管状態の流路となる。このようにして、毛細管流路１５が形成される。

なお、一部のみが重なるようにして、内部貫通孔１１よりも小さな断面積を有する毛細管流路１５が形成されるので、毛細管流路１５を直接加工するよりも、高い精度で加工できるメリットがある。

毛細管流路１５は、凝縮した冷媒を還流させる。このとき、非常に小さな断面積を有する流路であるので、冷媒の還流速度が速い。加えて中間板１０の広い範囲にわたって毛細管流路が形成されるので、凝縮した冷媒は垂直方向に加えて平面方向に渡って還流する。

この結果、薄い平板形状を有しているにもかかわらず、ヒートパイプ１は、冷媒の気化と凝縮を高速かつ確実に繰り返すことができる。結果として、薄型で実装体積が少なくて済むヒートパイプが実現できる。これは、ビアホール４により両面実装するに際して必須の構成であり、従来技術における縦型や垂直型で厚みの大きいヒートパイプでは、そもそもビアホールによる両面実装が困難である。

なお、毛細管流路１５は、凝縮した冷媒が還流するが、気化した冷媒が通ることもある。また、気化した冷媒は、毛細管流路１５以外の部分を通ることもある。

また、毛細管流路１５や凹部１４の角部は、面取りされていたり、Ｒが設けられていたりすることも好適である。毛細管流路１５は、六角形、円形、楕円形、方形、多角形など様々な断面形状を有していて良い。毛細管流路１５の形状は、内部貫通孔１１の形状と、内部貫通孔１１同士の重ね合わせ方により定まる。また、断面積も同様に定まる。

（外部貫通孔とビアホール）
次に、外部貫通孔１２とビアホール４について説明する。

外部貫通孔１２は、上部板２、下部板３および複数の中間板１０のそれぞれに設けられる。上部板２、下部板３および複数の中間板１０の全てが積層されてヒートパイプ１が構成されるので、それぞれの部材に設けられる外部貫通孔１２は、同一位置（および同一形状、同一面積）であることが好ましい。

外部貫通孔１２は、１つの部材当たりにおいて、単数でも複数でもよい。外部貫通孔１２は、円形、方形、楕円形、多角形など種々の形状であってよいが、外部貫通孔１２同士が重なってビアホール４が形成されることを考慮すると、円形であることが適当である。

外部貫通孔１２は、ヒートパイプ１が構成された後で形成されるのではなく、積層される部材（上部板２、下部板３、複数の中間板１０のそれぞれ）毎に予め形成される。

板状の部材に貫通孔を形成する際には、形成される貫通孔周辺の変形やクラックなどを生じさせない加工限度がある。貫通孔の形成においては、板状の部材の厚みをｔ、貫通孔の直径をφｄとすると、（数１）

との加工限度が成立する。すなわち、より小さな貫通孔を形成するためには、板状の部材の厚みを薄くする必要がある。部材の厚みが大きいと、（数１）で表されるとおり、貫通孔の直径を大きくする必要がある。貫通孔の直径を小さくするためには、加工時においてかなりの圧力を小さい領域に集中させる必要があり、貫通孔周辺への影響が大きくなりうるからである。

一方で、ヒートパイプ１にビアホール４を形成するに当たっては、使用上の便宜およびヒートパイプ１の性能劣化防止のために、ビアホール４の直径は小さい方が好ましい。

しかしながら、数１で表される加工限度があるために、ヒートパイプ１の構成後にビアホール４を形成すると、ビアホール４の直径がどうしても大きくなる。これは、どんなに薄型のヒートパイプ１であっても、ビアホール４の直径がヒートパイプ１の厚みに引きずられるからである。

これに対して、実施の形態１におけるヒートパイプ１では、部材毎に外部貫通孔１２が形成されている。ヒートパイプ１自体は一定の厚みが不可避であるが、積層される部材のそれぞれは、ヒートパイプ１そのものの厚みよりもかなり薄くできる。このため、部材毎に設けられる外部貫通孔１２の直径は小さくできる。

実施の形態１におけるヒートパイプ１は、上部板２、下部板３および複数の中間板１０のそれぞれが積層されて構成される。このとき、上部板２、下部板３および複数の中間板１０のそれぞれに設けられた外部貫通孔１２同士が同一位置で重なることで、上部板２から下部板３までを貫通するビアホール４が形成される。この結果、ビアホール４は、ヒートパイプ１の厚みを基準にした加工限度（数１で示される加工限度）で定義される直径以下であって、部材毎の厚みを基準にした加工限度数１で示される加工限度）で定義される直径以上を有する。

このような直径を有するビアホール４は、加工限度を超えることのない、小さな直径を有することになる。結果として、加工上、製造上の問題を生じさせること無く、使用上の便宜およびヒートパイプ１の性能劣化防止を実現するビアホール４が、ヒートパイプ１に形成できる。

例えば数１を考慮すると、ビアホール４の直径φｄを２ｍｍにするためには、ビアホール４を空ける部材の厚みを４ｍｍ以下にする必要がある。ビアホール４が、ヒートパイプ１に直接形成されるとすると、ヒートパイプ１を４ｍｍ以下の厚みにする必要がある。

逆に言えば、４ｍｍの厚みを有するヒートパイプ１に、直接ビアホール４を形成する場合には、ビアホール４の加工限度となる直径φｄは２ｍｍである。

一方、実施の形態１におけるヒートパイプであれば、ヒートパイプ１を構成する厚み方向にスライスされたのと同様な板状の部材（上部板２、下部板３、複数の中間板１０のそれぞれ）毎に、ビアホール４を形成する外部貫通孔１２が形成される。このため、ヒートパイプ１におけるビアホール４で考えるのとは異なり、最終的に形成されるビアホール４の直径は、各部材における外部貫通孔１２での直径に依存する。

このため、ヒートパイプ１の厚みが４ｍｍであっても、上部板２、下部板３、２枚の中間板１０（複数の中間板１０を２枚と仮定して）の厚みは、それぞれ約１ｍｍずつになる。各部材の厚みが１ｍｍである場合には、外部貫通孔１２の直径φｄは、０．５ｍｍまで小さくできる。ビアホール４は、外部貫通孔１２同士が重なったものである。このため、ビアホール４の直径は０．５ｍｍとなる。このように、実施の形態１におけるヒートパイプ１のビアホール４の直径は、従来技術の加工限度である２ｍｍを大幅に改善し、０．５ｍｍとできる。

このように、実施の形態１におけるヒートパイプは、微小径のビアホールを設けることができる。

ビアホール４は、ヒートパイプ１において表面から裏面に至るまで貫通されているので、ヒートパイプ１の両面に発熱体である電子部品を接触させたり実装したりできる。特に、表面の電子部品と裏面の電子部品同士を、電気的に接続させることもできる。あるいは、裏面の電子部品からの信号を、表面に引き出すことも可能となる。

なお、外部貫通孔１２同士が重なってビアホール４が形成されるが、板状の部材同士が積層されるので、ビアホール４の内部の壁は、封止される。このため、ヒートパイプ１の内部空間の封止が損なわれることも生じない。勿論、封止を高めるために、予め外部貫通孔１２の外周が突出しており、突出部同士が重なるようにしておくことも適当である。

以上のように、実施の形態１におけるヒートパイプは、ヒートパイプ自体の厚みに基づく加工限度よりも小さい直径を有するビアホールを有することができる。加えて、毛細管流路により、平面方向を活用した気化した冷媒の拡散と、凝縮した冷媒の還流が実現できるので、薄型で平板状のヒートパイプが実現できる。

このように、平板状であるヒートパイプと微小直径のビアホールが相まって、高密度実装を損なわない高い冷却効果を有するヒートパイプが実現できる。

なお、冷媒としては、水（純水、蒸留水等）、エタノール、メタノール、アセトン等が好適である。

なお、下部板３、複数の中間板１０は、外周部にシール用の突起や内部空間内に補強用突起を有していても良い。

（製造工程）
次に、各部材を積層して構成されるヒートパイプの製造工程について説明する。

図３に示されるとおり、平板状で外部貫通孔１２を有する上部板２、平板状で外部貫通孔１２を有する下部板３、平板状で内部貫通孔１１および外部貫通孔１２を有する複数の中間板１０がそれぞれ対向するように並べられる。複数の中間板１０は、何枚であってもよいが、図３では、３枚である。また、複数の中間板１０を、上部板２と下部板３が挟むような位置関係である。また、各部材は、上部板２、下部板３および複数の中間板１０のそれぞれに設けられた外部貫通孔１２同士が同一位置で重なるような位置関係に合わせられる。加えて、複数の中間板１０は、複数の中間板１０のそれぞれに設けられた内部貫通孔１１のそれぞれの一部のみが重なるような位置関係にあわせられる。

中間板１０は、突起１３を有している。

上部板２、下部板３、複数の中間板１０は、位置あわせされた上で積層され、ヒートプレスによって直接接合されて一体化される。このとき、各部材は、突起１３によって直接接合される。

ここで、直接接合とは、接合しようとする２つの部材の面を密着させた状態で加圧しつつ熱処理を加えることであって、面部の間に働く原子間力によって原子同士を強固に接合させることであり、接着剤を用いることなく、２つの部材の面同士を一体化しうる。このとき、突起１３が強固な接合を実現する。

ヒートプレスにおける直接接合の条件として、プレス圧力は、４０ｋｇ／ｃｍ^２
〜１５０ｋｇ／ｃｍ^２
の範囲内であり、温度は２５０〜４００℃の範囲内であることが好ましい。

次に、上部板２や下部板３の一部に空けられた冷媒注入孔を通じて、冷媒が注入される。その後、冷媒注入孔が封止されてヒートパイプ１が製造される。なお、冷媒の封入は真空または減圧下で行われる。真空または減圧下で行われることで、ヒートパイプ１の内部空間が真空または減圧された状態となって冷媒が封入される。減圧下であると、冷媒の気化・凝縮温度が低くなり、冷媒の気化・凝縮の繰り返しが活発になるメリットがある。

以上のような製造工程により、複数の中間板１０の内部貫通孔１１は、その一部のみが重なって、内部貫通孔１１の平面方向の断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路１５を形成する。各部材の外部貫通孔１２は、相互に同一位置で重なって、上部板２から下部板３までを貫通するビアホール４を形成する。

なお、外部貫通孔１２が積層されることでビアホール４が形成される。このとき、外部貫通孔１２の積層において隙間ができるとヒートパイプ１の密封性が阻害される。このため、外部貫通孔１２の周囲には図４に示されるようなシール突起６０が設けられ、上部板２、下部板３、複数の中間板１０が積層されるときには、このシール突起６０により密封性が確保される。図４は、本発明の実施の形態１における外部貫通孔の周囲の拡大図である。

図５は、本発明の実施の形態１におけるビアホールの拡大図である。図５は、上部板２、下部板３、複数の中間板１０が積層された場合に、ビアホール４の周囲が密封されている状態を示している。シール突起６０同士の嵌合により、板同士が確実に接合されて、ヒートパイプ１が確実に密封される。

図６は、本発明の実施の形態１におけるビアホール周辺の拡大図である。図６から明らかな通り、外部貫通孔１２同士の積層によりビアホール４が形成され、内部貫通孔１１同士の積層により毛細管流路１５が形成される。

以上のように、シール突起６０により、外部貫通孔１２同士が積層されてビアホール４が形成される場合に、ヒートパイプ１の密封性が確保される。

以上の製造工程を一例として、実施の形態１におけるヒートパイプ１が製造される。

（実施の形態２）
次に実施の形態２について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態２におけるヒートパイプの側断面図である。図７（a）は、製造時に各部材が分割された状態を示しており、図７（ｂ）は、各部材が封止されてヒートパイプ１が完成した状態を示している。

実施の形態２では、上部板２および下部板３の少なくとも一方が、厚み方向に結合しうる部材から構成される場合について説明する。言い換えると、上部板２および下部板３の少なくとも一方が、厚み方向にスライス分割された部材から構成される場合について説明する。

図３と同じ符号については説明を省略する。

図７に示されるヒートパイプ１は、上部板２、下部板３および複数の中間板１０が積層されてヒートパイプ１が製造されること、上部板２〜中間板１０のそれぞれに設けられた外部貫通孔１２同士が重なることでビアホール４が形成されること、複数の中間板１０のそれぞれに設けられた内部貫通孔１１の一部同士が重なることで、断面積の小さな毛細管流路１５が形成されることについては、実施の形態１で説明したヒートパイプ１と同様である。

図７に示されるヒートパイプ１は、上部板２と下部板３が厚み方向に接合されうる複数の部材から構成されている。

上部板２は、第１上板ユニット２０、第２上板ユニット２１、第３上板ユニット２２に分割された上で、これらが積層されて上部板２が形成される。

同様に、下部板３は、第１下板ユニット３０、第２下板ユニット３１、第３下板ユニット３２に分割された上で、これらが積層されて下部板３が形成される。上部板２および下部板３の少なくとも一方（図７では両方）が、厚み方向に分割された部材の積層により形成されることで、外部貫通孔１２の直径（ひいてはビアホール４の直径）を更に小さくできる。実施の形態１で説明したとおり、外部貫通孔１２の直径は、外部貫通孔１２が空けられる部材の厚みが薄い方が、小さくできるからである。

中間板１０は、複数の枚数が積層されるので、外部貫通孔１２の直径は、中間板１０の一枚当たりの厚みに依存する。一方、上部板２、下部板３のそれぞれは、一つの部材であるので、外部貫通孔１２の微小化に限界がある。特に、信頼性や耐久性の問題から、上部板２と下部板３は中間板１０よりも厚みを有することが多く、ビアホール４の直径は、中間板１０の厚みよりも、上部板２や下部板３の厚みに依存することが多い。

この点を解決するために、図７に示されるように、上部板２および下部板３の少なくとも一方を、厚み方向に分割された複数の部材で構成する。

第１上板ユニット２０、第２上板ユニット２１、第３上板ユニット２２のそれぞれの厚みは、上部板２の厚みよりも薄い。このため、第１上板ユニット２０、第２上板ユニット２１および第３上板ユニット２２のそれぞれに空けられる外部貫通孔１２の直径は、実施の形態１の場合よりも小さくできる。上部板２は、第１上板ユニット２０、第２上板ユニット２１、第３上板ユニット２２が積層されて形成される。

第１下板ユニット３０、第２下板ユニット３１、第３下板ユニット３２のそれぞれの厚みは、下部板３の厚みよりも薄い。このため、第１下板ユニット３０、第２下板ユニット３１および第３下板ユニット３２のそれぞれに空けられる外部貫通孔１２の直径は、実施の形態１の場合よりも小さくできる。下部板３は、第１下板ユニット３０、第２下板ユニット３１、第３下板ユニット３２が積層されて形成される。

このように、上部板２および下部板３の少なくとも一方を、厚み方向に分割された複数の部材により構成することで、ビアホール４の直径を更に小さくできる。

ここで、第１上板ユニット２０および第１下板ユニット３０は、外部貫通孔１２を有する平板状の板状の部材である。第２上板ユニット２１と第２下板ユニット３１は、外部貫通孔１２を有し、凹部１４を形成する一部であって底の部分が形成されている板状の部材である。第３上板ユニット２２と第３下板ユニット３２は、外部貫通孔１２を有し、凹部１４の一部であって先端部が形成されている板状の部材である。第２上板ユニット２１と第３上板ユニット２２が積層されると、凹部１４が形成される。同様に、第２下板ユニット３１と第３下板ユニット３２が積層されると、凹部１４が形成される。なお、第３上板ユニット２２と第３下板ユニット３２のそれぞれは、図７においては凹部１４を形成する壁がばらばらに分割されたように配置されているが、相互にブリッジされるなどすれば、容易に他の部材と積層される。

なお、上部板２、下部板３は、先に各部材（ユニット）が積層されてもよく、複数の中間板１０などと共に積層されて接合されても良い。

また、図７では、上部板２および下部板３のそれぞれを、３枚ずつの部材で構成したが、３枚以外でも２枚や４枚以上の部材で構成しても良い。勿論、上部板２および下部板３のいずれか一方のみを、複数の部材で構成しても良い。

実施の形態２におけるヒートパイプ１は、図７（ｂ）に示されるとおり、上部板２を構成する複数の部材２０〜２２、複数の中間板１０、下部板３を構成する複数の部材３０〜３２のそれぞれがヒートプレスなどの方法で積層・接合されて製造される。この積層・接合により、それぞれの部材に設けられている外部貫通孔１２が重なり合って、ビアホール４が形成される。

実施の形態２のヒートパイプは、より小さな直径を有するビアホール４を実現できる。

（実施の形態３）
実施の形態３では、空隙によって形成される蒸気拡散路を有するヒートパイプについて説明する。更には、実施の形態３におけるヒートパイプは、蒸気拡散路と毛細管流路との境界付近に、ビアホールを有する。

図８、図９を用いて説明する。

図８は、本発明の実施の形態３における中間板の上面図である。図９は、本発明の実施の形態３におけるヒートパイプの内部構造を示す写真である。

図８に示される中間板１０は、切り欠き部３５と板部３６を有する。図８では、切り欠き部３５と板部３６が交互に設けられている。また、中間板１０の中央部は、板部３６となっている。

板部３６は、複数の内部貫通孔１１を備えている。内部貫通孔１１は、複数の中間板１０が重なるときにそれぞれの一部のみが重なって、内部貫通孔１１の平面方向の断面積よりも小さな断面積を有する毛細管流路１５を形成する。

一方、複数の中間板１０が重なる際に、切り欠き部３５同士が重なって、ヒートパイプ１には、内部空間４１が形成される。切り欠き部３５同士が重なって空間の厚みが生じて内部空間４１が形成されるからである。この内部空間４１は、ヒートパイプ１の中で所定の体積を有する空間となり、発熱体の熱により気化した冷媒が、平面・垂直方向に拡散する蒸気拡散路４０の役割を有する。特に、図９に示されるように蒸気拡散路４０が、放射状に形成される場合には、気化した冷媒は放射線状に拡散する。蒸気拡散路４０を経由して拡散した気化冷媒は、放熱面で冷却されて凝縮される。凝縮した冷媒は、液体であるので、毛細管流路１５を経由して還流する。

このように、毛細管流路１５と蒸気拡散路４０が、ヒートパイプ１の内部に形成されていることで、気化した冷媒の拡散と凝縮した冷媒の還流が、高速であると共に平面・垂直方向に行われる。

実施の形態３におけるヒートパイプ１では、中間板１０の切り欠き部３５と板部３６の境界付近に外部貫通孔１２（すなわちビアホール４）が位置する。上部板２、下部板３および複数の中間板１０において、外部貫通孔１２は、切り欠き部３５と板部３６の境界付近にて空けられる。中間板１０の形状に応じて、予め上部板２、下部板３および中間板１０での外部貫通孔１２の位置が決められればよい。

上部板２、下部板３および複数の中間板１０のそれぞれが積層される際に、外部貫通孔１２同士が重なることで、上部板２から下部板３までを貫通するビアホール４が形成される。このとき、実施の形態３におけるヒートパイプ１においては、ビアホール４が切り欠き部３５と板部３６の境界付近に形成される。言い換えると、ビアホール４は、蒸気拡散路４０と毛細管流路１５の境界付近に形成される。

ビアホール４が、蒸気拡散路４０と毛細管流路の境界付近に形成されることで、毛細管流路を還流する凝縮した冷媒の移動や、蒸気拡散路４０を拡散する気化した冷媒の移動を妨げにくくなる。ビアホール４が存在する場所では、ヒートパイプ１の内部空間は形成されないので、毛細管流路１５も蒸気拡散路４０もいずれも形成されない。このため、例えば毛細管流路１５の中央にビアホール４が形成されると、凝縮した冷媒の還流経路が大きく阻害される。逆に、蒸気拡散路４０の中央にビアホール４が形成されると、気化した冷媒の拡散路が大きく阻害される。また、蒸気拡散路４０および毛細管流路１５のビアホール４による影響の分散も重要である。

これに対して、実施の形態３におけるヒートパイプ１では、ビアホール４が蒸気拡散路４０と毛細管流路１５の境界付近に形成されるので、いずれか一方のみへの影響を低減およびバランスできる。

以上のように、実施の形態３におけるヒートパイプ１は、冷媒の移動を妨げにくいビアホール４を実現できる。

なお、図８、９では、蒸気拡散路４０が放射状である場合を例として説明したが、これは当然ながら一例に過ぎず、他の形状であってもよい。また、ビアホール４が形成される位置は、切り欠き部３５と板部３６の両方にまたがっていても良く、境界付近であって一方の領域内であってもよい。

（実施の形態４）
次に実施の形態４について説明する。

実施の形態４におけるヒートパイプは、所定のサイズを有している。

本発明のヒートパイプは、そのサイズが特に限定されるものではないが、実用においては、あるサイズの範囲内であることが適当な場合がある。

一例として、ヒートパイプ１は、２０ｍｍ角以上１００ｍｍ角以下の方形を有し、更に１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みを有している。このように規定されるサイズは、冷却対象となる発熱体である電子部品のサイズや回路基板への実装上の容易性などから、導入される。

勿論、ヒートパイプのサイズは、このサイズに限定されるものではなく、製造上の要求、使用上の要求、実装上の要求など、様々な要求に応じて定まればよい。

図１０は、本発明の実施の形態４におけるヒートパイプの斜視図である。ヒートパイプ１は、実施の形態１で説明した通り、上部板２、下部板３および複数の中間板１０が積層・接合されて形成されている。それぞれの部材に設けられた外部貫通孔１２が重なって、上部板２から下部板３までを貫通するビアホール４が形成されている。複数の中間板１０には、実施の形態１で説明したとおり、内部貫通孔１１が設けられており、内部貫通孔１１の一部同士のみが重なることで、内部貫通孔１１の平面方向の断面積よりも小さな断面積を有する毛細管流路１５が形成されている。

図１０に示されるヒートパイプ１は、図中に記載のサイズ以外は、実施の形態１〜３で説明したヒートパイプと何ら変わるところはない。

図１０に示されるとおり、ヒートパイプ１は、縦、横、厚みのサイズに関するパラメータを有している。ここで、ヒートパイプ１は、
２０ｍｍ ≦ 縦 ≦ １００ｍｍ
２０ｍｍ ≦ 横 ≦ １００ｍｍ
１ｍｍ ≦ 厚み ≦ ５ｍｍ
のサイズを有している。

このサイズに基づくヒートパイプ１は、実施の形態１〜３で説明したのと同様の効果を有するだけでなく、冷却対象となる電子部品などのサイズに適したヒートパイプとなる。

（実施の形態５）
次に実施の形態５について説明する。

実施の形態５では、ヒートパイプの製造方法および当該製造方法で製造されたヒートパイプについて説明する。

図１１は、本発明の実施の形態５におけるヒートパイプの製造工程を説明する説明図である。図１１（ａ）は、ヒートパイプの製造に必要な部材が並んでいる状態を示しており、図１１（ｂ）は、それぞれの部材が積層・接合されて製造されたヒートパイプを示している。

まず、外部貫通孔１２を有し、平板状の上部板２が用意される。

次に、上部板２に対向し、外部貫通孔１２を有する平板状の下部板３が用意される。ここで、下部板３は、上部板２と同一の形状・面積を有していることが、製造の容易性および製造されたヒートパイプの取り扱いの容易性から好適である。勿論、上部板２と下部板３が、異なる形状、面積を有していても良い。

次に、上部板２と下部板３の間に挟まれると共に、外部貫通孔１２と内部貫通孔１１を有する複数の中間板１０が用意される。複数の中間板１０は、上部板２と下部板３の対向する領域に挟まれて用意される。複数の中間板１０は、上部板２および下部板３と同一形状および同一面積を有していることが、製造の容易性および製造されたヒートパイプの取り扱いの容易性から好適である。なお、図１１では、中間板１０は３枚用意されているが、複数であれば何枚でもよい。

上部板２、下部板３および複数の中間板１０に設けられた外部貫通孔１２は、積層された際に同一位置となる位置に設けられる。図１１（ｂ）に示されるように、上部板２、下部板３および複数の中間板１０の全てが積層されてヒートパイプ１が製造されると、積層方向（厚み方向）の外部貫通孔１２がつながって、上部板２から下部板３までを貫通するビアホール４が形成される。

複数の中間板１０のそれぞれに設けられた内部貫通孔１１は、それぞれの一部のみが重なる。一部のみが重なることで、内部貫通孔１１の平面方向の断面積よりも小さな断面積を有する毛細管流路１５が形成される。毛細管流路１５は、凝縮した冷媒を還流させる。

また、複数の中間板１０が積層されることで、上部板２と下部板３とに挟まれた内部空間が形成される。この内部空間には、冷媒が封入される。封入された冷媒は、発熱体からの熱で気化する。冷媒は気化する際の潜熱により発熱体から熱を奪う。気化した冷媒は、ヒートパイプ１の表面からの冷却によって凝縮し、再び液化する。液化によって、発熱体から奪った熱が、放熱される。凝縮した冷媒は、毛細管流路１５を通じて還流する。

上部板２、下部板３および複数の中間板１０は、それぞれ位置決めされた上で接合される。接合においては、熱と圧力を加えるヒートプレスが用いられる。

複数の中間板１０は、突起１３を有している。この突起１３は、上部板２、複数の中間板１０、および下部板３のせきそうにおける位置決めに用いられると共に、接合時の接着剤の役割を有する。

上部板２、下部板３、複数の中間板１０は、位置あわせされた上で積層され、ヒートプレスによって直接接合されて一体化される。このとき、各部材は、突起１３によって直接接合される。

ここで、直接接合とは、接合しようとする２つの部材の面を密着させた状態で加圧しつつ熱処理を加えることであって、面部の間に働く原子間力によって原子同士を強固に接合させることであり、接着剤を用いることなく、２つの部材の面同士を一体化しうる。このとき、突起１３が強固な接合を実現する。

ヒートプレスにおける直接接合の条件として、プレス圧力は、４０ｋｇ／ｃｍ^２
〜１５０ｋｇ／ｃｍ^２
の範囲内であり、温度は２５０〜４００℃の範囲内であることが好ましい。

次に、上部板２や下部板３の一部員向けられた冷媒注入孔を通じて、冷媒が注入される。その後、冷媒注入孔が封止されてヒートパイプ１が製造される。

また、内部空間への冷媒の封入は、上部板２や下部板３などの一部に設けられた注入孔を通じて行われる。例えば、１つの冷媒注入孔と空気排出孔が設けられており、所定量の冷媒が注入される（冷媒注入孔から冷媒が注入されるのに合わせて、空気排出孔から空気が排出される）。冷媒が注入された後、冷媒注入孔と空気排出孔が可塑性金属で封止されて、冷媒が注入されたヒートパイプ１が完成する。

なお、冷媒の封入は真空または減圧下で行われる。真空または減圧下で行われることで、ヒートパイプ１の内部空間が真空または減圧された状態となって冷媒が封入される。減圧下であると、冷媒の気化・凝縮温度が低くなり、冷媒の気化・凝縮の繰り返しが活発になるメリットがある。あるいは、冷媒が封入された後で、真空引きが行われて、不要な空気や不純物が、ヒートパイプ１の内部空間から取り除かれる。その上で冷媒注入孔が封止される。

このような製造方法により、毛細管流路１５とビアホール４を有し、薄型であって平板状であるヒートパイプ１が製造される。

（実施の形態６）
次に実施の形態６について説明する。

実施の形態６では、ヒートパイプ機能付き回路基板について説明する。

図１２は、本発明の実施の形態６におけるヒートパイプ機能付き回路基板の側面図である。

ヒートパイプ機能付き回路基板５０は、実施の形態１〜５で説明されたビアホール４を有するヒートパイプ１の、表面、裏面およびビアホール４の内面の少なくとも一つに配線層を有している。この配線層の存在により、ヒートパイプの表面に電子部品（冷却対象となる電子部品も冷却対象外の電子部品もそれぞれ含む）が実装できる。すなわち、ヒートパイプとしての機能を有する回路基板が実現できる。

ヒートパイプ機能付き回路基板５０は、実施の形態１〜５において説明されたヒートパイプ１の表面と裏面のそれぞれに絶縁層５１を有している。ヒートパイプ１は銅やアルミニウムなどの金属でできているので、表面に回路基板を実装するためには、表面が絶縁されている必要がある。絶縁層５１は、金属表面を絶縁する機能を有するカチオン型ポリイミド電着材料が塗布されて形成される。実施の形態６においては、株式会社シミズ社のカチオン型ポリイミド電着塗料（商品名エレコートＰ１）が選択された。絶縁層５１の厚みは特に限定されるものではないが、ピンホールが発生しにくい厚さとして５〜２０μｍが好ましい。

ヒートパイプ機能付き回路基板５０は、絶縁層５１の外側に更に導体層５２を有している。導体層５２は、実装される電子部品同士の電気的な接続を実現する。

導体層５２は、プリント配線基板で最もよく使用される銅箔がホットプレスを用いて蒸着されて形成される。導体層５２の厚みは、１５μｍ〜３５μｍが好ましい。

導体層５２は、エッチング加工により形成される。導体層５２の上にエッチングレジストを塗布し、パターニング露光・現像後にエッチング処理が施され、ビアホール４における導体層５２の除去が行われる。最後にレジストが剥離されれば、ヒートパイプ１の表面に絶縁層５１、導体層５２が形成される。

更に、ヒートパイプ機能付き回路基板５０は、ビアホール４と実装される電子部品とを導通させるために、めっき層５３を有する。めっき層は、銅めっきなどが用いられる。めっき層５３は、下地として０．５μｍ程度塗布された無電解銅めっき層の上に、５〜１０μｍの電解銅めっきが施されて形成される。

このめっき層により、ビアホール４を介して、ヒートパイプ１の表面と裏面に実装された電子部品同士が、電気的に接続される。結果として、電子部品を実装可能な回路基板としても、ヒートパイプ１が使用できる。このとき、実装された電子部品は、それぞれヒートパイプ１の本体上に位置するので、電子部品が発する熱は、ヒートパイプ１によって冷却されるメリットがある。特に、ヒートパイプ１の表面と裏面において、対向しない位置同士に電子部品が実装されれば、両面において適切に電子部品が冷却される。また、ヒートパイプ１の形成されるビアホール４が非常に小さいので、ヒートパイプ１の強度や耐久性に問題を生じさせにくい。加えて、本体部分が発揮する冷却という性能への影響も少ない。

更に、ビアホール４を介した電子部品の両面実装も可能である。

この電子部品の実装においては、ヒートパイプ１の両面に実装するだけでなく、ヒートパイプ１の表面に実装された電子部品を、ビアホール４を介して、別の回路基板に接続することも可能である。

以上のように、ヒートパイプ機能付き回路基板５０は、電子部品の実装との関係でフレキシブルな使い方ができる。

次に、図１３を用いて、ヒートパイプ機能付き回路基板５０の製造工程を説明する。

図１３は、本発明の実施の形態６におけるヒートパイプ機能付き回路基板の製造工程を示す工程図である。

まず、図１３（ａ）において示されるとおり、ヒートパイプ１の表面とビアホール４の内面にかけて絶縁層５１が塗布される。絶縁層５１の厚みは５〜２０μｍであるのが好ましい。

次に、図１３（ｂ）において示されるとおり、絶縁層５１の表面に導体層５２が形成される。導体層５２は、ホットプレスにより蒸着された銅箔で形成される。導体層５２の厚みは、１５〜３５μｍ程度が好ましい。

次に、図１３（ｃ）に示されるとおり、導体層５２がエッチング加工で形状形成される。具体的には、ビアホール４以外の部分に、エッチングレジスト５５が塗布される。ついで、パターニング露光・現像後にエッチング処理がなされ、ビアホール４部分を中心に導体層５２の除去が行われる。

ついで、図１３（ｄ）に示されるとおり、エッチングレジスト５５が剥離される。エッチングレジスト５５が剥離されることで、ビアホール４以外の部分に絶縁層５１および導体層５２が形成される。

次に、図１３（ｅ）に示されるとおり、ビアホール４を電気的に導通させるために、めっき層５３が形成される。めっき層５３は、ヒートパイプ１の表面と裏面およびビアホール４の内周面に形成される。めっき層５３は、銅めっきが好適に用いられ、無電解銅めっき層を下地とした上に電解銅めっきが形成される手法が適当である。なお、無電解銅めっきは、０．５μｍ程度塗布され、電解銅めっきは、５〜１０μｍ程度の厚みを有していることが好ましい。

図１３（ｆ）に示されるとおり、ビアホール４と導体層５２をまとめてエッチングするためのレジスト５６が塗布される。レジスト５６が塗布された後、パターニング露光・現像が行われる。

次に、図１３（ｇ）に示されるとおり、エッチング加工により配線回路５７が形成される。めっき層５３と導体層５２がエッチング処理されて、必要な配線パターンを有する配線回路５７が形成される。

最後に、図１３（ｈ）に、完成したヒートパイプ機能付き回路基板５０が示される。図１３（ｇ）に示されるレジスト５６が全て剥離処理されている。このようにして、ビアホール４を介した電気的接続が可能な機能が構成される。

このようにして製造されたヒートパイプ機能付き回路基板は、電子機器における高密度実装を阻害することなく、電子部品の冷却と実装を両立させる。

これらのヒートパイプ、ヒートパイプ機能付き回路基板は、電子機器、製造機械、産業機械、自動車、航空機器などの幅広い分野に適用される。

本発明は、電子部品や電子素子などの発熱性を有する発熱体の冷却などの分野において好適に利用できる。

本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの斜視図 発明の実施の形態１におけるヒートパイプの側面図 本発明の実施の形態１におけるヒートパイプの側断面図 本発明の実施の形態１における外部貫通孔の周囲の拡大図 本発明の実施の形態１におけるビアホールの拡大図 本発明の実施の形態１におけるビアホール周辺の拡大図 本発明の実施の形態２におけるヒートパイプの側断面図 本発明の実施の形態３における中間板の上面図 本発明の実施の形態３におけるヒートパイプの内部構造を示す写真 本発明の実施の形態４におけるヒートパイプの斜視図 本発明の実施の形態５におけるヒートパイプの製造工程を説明する説明図 本発明の実施の形態６におけるヒートパイプ機能付き回路基板の側面図 本発明の実施の形態６におけるヒートパイプ機能付き回路基板の製造工程を示す工程図

符号の説明

１ ヒートパイプ
２ 上部板
３ 下部板
４ ビアホール
５、６ 発熱体
７ 熱的接合材
１０ 中間板
１１ 内部貫通孔
１２ 外部貫通孔
１３ 突起
１４ 凹部
１５ 毛細管流路

Claims (12)

1. 封入された冷媒の気化および凝縮によって発熱体を冷却するヒートパイプであって、
   平板状の上部板と、
   前記上部板と対向する平板状の下部板と、
   前記上部板と前記下部板の間に積層されると共に内部貫通孔を有する平板状の複数の中間板を備え、
   前記複数の中間板のそれぞれに設けられた前記内部貫通孔同士は、それぞれの一部のみが重なって、前記内部貫通孔の平面方向の断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路が形成され、
   前記上部板、前記下部板および前記複数の中間板のそれぞれは、外部貫通孔を有し、前記上部板に設けられた前記外部貫通孔、前記下部板に設けられた前記外部貫通孔および前記中間板に設けられた前記外部貫通孔のそれぞれが重なり合ってビアホールが形成され、
   前記複数の中間板の各々は、切り欠き部と板部を有し、
   前記複数の中間板の各々に設けられた前記切り欠き部同士が重なることで、内部空間である蒸気拡散路が形成され、
   前記蒸気拡散路は、封入された冷媒が気化して生じる蒸気冷媒を拡散させ、
   前記毛細管流路は、封入された冷媒が凝縮して生じる凝縮冷媒を還流させ、
   前記ビアホールは、前記複数の中間板における前記板部と前記切り欠き部の境界付近に位置し、前記境界付近は、前記毛細管流路も前記蒸気拡散路もいずれも形成されない前記蒸気拡散路と前記毛細管流路の非形成領域である、ヒートパイプ。
2. 前記上部板、前記下部板および前記複数の中間板のそれぞれに設けられた前記外部貫通孔は、前記ヒートパイプの厚みに対する加工限度に基づく直径よりも小さいと共に、前記上部板、前記下部板および前記複数の中間板のそれぞれの厚みに対する加工限度に基づく直径以上である、請求項１記載のヒートパイプ。
3. 前記加工限度は、前記外部貫通孔を形成する板の厚み方向をｔとし、前記外部貫通孔の直径をφｄとした場合に、
   （１／２）＊ｔ ≦ φｄ
   の式で表される請求項２記載のヒートパイプ。
4. 前記上部板、前記下部板および前記中間板の少なくとも一つが、厚み方向に接合しうる複数の部材から構成される請求項１から３のいずれか記載のヒートパイプ。
5. 前記外部貫通孔を有する前記上部板と、
   前記外部貫通孔を有する前記下部板と、
   前記内部貫通孔と前記外部貫通孔を有する前記複数の中間板のそれぞれを、前記上部板と前記下部板で前記複数の中間板を挟んで積層し、
   前記上部板、前記下部板および前記複数の中間板のそれぞれに設けられた外部貫通孔同士が重なって、前記上部板から前記下部板までを貫通するビアホールが形成され、
   前記複数の中間板のそれぞれに設けられた前記内部貫通孔同士は、それぞれの一部のみが重なって、前記内部貫通孔の平面方向の断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路が形成されることで製造される請求項１から４のいずれか記載のヒートパイプ。
6. 前記上部板および前記下部板のそれぞれは、前記毛細管流路と連通する凹部を更に備える請求項１から５のいずれか記載のヒートパイプ。
7. 前記ヒートパイプは、２０ｍｍ角以上１００ｍｍ角以下の方形、および１ｍｍ以上５ｍｍ以下の厚みを有している請求項１から６のいずれか記載のヒートパイプ。
8. 外部貫通孔を有する平板状の上部板と、
   前記上部板と対向し、外部貫通孔を有する平板状の下部板と、
   前記上部板と前記下部板に挟まれると共に、外部貫通孔と内部貫通孔を有する複数の中間板を積層して製造され、
   前記複数の中間板のそれぞれに設けられた前記内部貫通孔同士は、それぞれの一部のみが重なって、前記内部貫通孔の平面方向の断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路が形成され、
   前記上部板、前記下部板および前記複数の中間板に設けられた前記外部貫通孔同士が重なって、前記上部板から前記下部板までを貫通するビアホールが形成され、
   前記複数の中間板の各々は、切り欠き部と板部を有し、
   前記複数の中間板の各々に設けられた前記切り欠き部同士が重なることで、内部空間である蒸気拡散路が形成され、
   前記蒸気拡散路は、封入された冷媒が気化して生じる蒸気冷媒を拡散させ、
   前記毛細管流路は、封入された冷媒が凝縮して生じる凝縮冷媒を還流させ、
   前記ビアホールは、前記複数の中間板における前記板部と前記切り欠き部の境界付近に位置し、前記境界付近は、前記毛細管流路も前記蒸気拡散路もいずれも形成されない前記蒸気拡散路と前記毛細管流路の非形成領域であるように製造されるヒートパイプ。
9. 前記複数の中間板は、前記上部板と前記下部板に挟まれて、封止された内部空間を形成し、前記内部空間は封入された冷媒を有する請求項８記載のヒートパイプ。
10. 外部貫通孔を有する平板状の上部板と、
    前記上部板と対向し、外部貫通孔を有する平板状の下部板と、
    前記上部板と前記下部板に挟まれると共に、外部貫通孔と内部貫通孔を有する複数の中間板を積層し、
    前記複数の中間板のそれぞれに設けられた前記内部貫通孔同士は、それぞれの一部のみが重なって、前記内部貫通孔の平面方向の断面積よりも小さい断面積を有する毛細管流路が形成され、
    前記上部板、前記下部板および前記複数の中間板に設けられた前記外部貫通孔同士が重なって、前記上部板から前記下部板までを貫通するビアホールが形成され、前記複数の中間板の各々は、切り欠き部と板部を有し、
    前記複数の中間板の各々に設けられた前記切り欠き部同士が重なることで、内部空間である蒸気拡散路が形成され、
    前記蒸気拡散路は、封入された冷媒が気化して生じる蒸気冷媒を拡散させ、
    前記毛細管流路は、封入された冷媒が凝縮して生じる凝縮冷媒を還流させ、
    前記ビアホールは、前記複数の中間板における前記板部と前記切り欠き部の境界付近に位置し、前記境界付近は、前記毛細管流路も前記蒸気拡散路もいずれも形成されない前記蒸気拡散路と前記毛細管流路の非形成領域であるヒートパイプの製造方法。
11. 請求項１から９のいずれか記載のヒートパイプの表面、裏面および前記ビアホールの内面の少なくとも一部に、電子部品を接続可能な配線層を備えるヒートパイプ機能付き回路基板。
12. 前記ビアホールの内面の配線層を介して、前記ヒートパイプの表面と裏面に実装された電子部品を電気的に接続する請求項１１記載のヒートパイプ機能付き回路基板。