富士通、厚さ1mm以下のループヒートパイプを開発

　株式会社富士通研究所は12日、小型/薄型の電子機器に適用可能な薄型ループヒートパイプによる冷却デバイスを世界で初めて開発した。

　近年、スマートフォンやタブレット、ノートPCなどのモバイル機器は性能向上と小型/薄型化が進み、熱密度が向上している。その一方で、これらの機器にファンや水冷ポンプを組み込むことは難しいため、これまで熱伝導効率が高い金属のシート材料を用いて冷却してきた。しかし、発熱量が増えるとこうした材料そのものが持つ性質だけでは十分な熱移動ができない。

　そこで今回、富士通はヒートパイプの原理を応用し、熱源の熱を吸収する蒸発器と、熱を排熱する凝縮器を、ループ状に接続。内部に冷媒を封入し、熱により冷媒が蒸発する時の気化熱により熱源の温度を下げる。冷媒は凝縮器で冷却され、液体となって蒸発器に戻る。

　冷媒の移動には、一般的に毛細管現象が用いられるが、今回は銅薄板を重ねて、微細な穴を持つ構造を実現。複数枚の銅薄板をあらかじめ位置が少しずれるように設計した孔パターンをエッチングで形成し、それらを重ねることで冷媒を循環させるための毛細管力を発生させた。

　また、ヒートパイプをループ状とすることで、気体と液体の2つの流れが分離し、高い熱輸送効率を実現。加えて、蒸発器へ液体を戻すパイプにも毛細管力を発生させる構造を採用し、姿勢によらず安定した熱輸送が行なえ、モバイル機器への適用を実現した。

　薄型化にあたっては、厚さ0.1mmの銅薄板を用いて、表裏2枚+内層4枚の計6枚を一括形成。これにより、これまで10mm程度の厚さが必要であった蒸発器を0.6mmまで薄型化できたという。

　今回開発した技術を用いることで、従来のシート材料や薄型ヒートパイプと比較して約5倍の熱量を輸送できたという。今後はモバイル機器の設計や低コスト化技術の開発を進め、2017年度中の実用化を目指すとしている。