ヒートシンクの上位互換「ベイパーチャンバー」とは？ スマホの熱問題を解決する最新技術

ベイパーチャンバーは、電子機器の熱対策に用いられる高性能な熱伝導部品です。近年、スマートフォンの高性能化やデータセンターのサーバーの高密度化に伴い、発熱量の増加が課題となっています。そのため、熱伝導部品の中でも高い冷却性能を持つベイパーチャンバーが役割を担っています。

ベイパーチャンバーとは？期待される効果

ベイパーチャンバーとは、内部に作動液を封入した密閉容器のようなものです。

薄型で軽量なため、スマートフォンや薄型ノートPCによく搭載されます。毎年、性能が上がっているスマートフォンですが、高性能になると消費電力が増え、熱を多く発生するようになりました。

半導体機器にとって、熱を持つことは性能の低下や内部の破損といった問題を引き起こすため、処理能力の向上と熱対策は切っても切れない関係にあります。

スマートフォンの熱対策には、ヒートシンクやグラファイトシートがよく使われますが、高性能プロセッサにより熱を発生しやすいハイエンドスマートフォンには、ベイパーチャンバーが良く使われます。

例えば、ゲーム性能に特化した高い性能を持つASUSの「ROG Phone 7」シリーズやサムスンのハイエンドスマートフォン「Galaxy S」シリーズなどです。

水冷式とよく似たベイパーチャンバーの仕組み

一見、ただの薄い金属板のような見た目をしているベイパーチャンバーですが、中には作動液が入っており、この作動液をスマートフォン内の発熱部品に当てることで適温状態を保ちます。

この発熱部品を冷ました作動液は、熱くなるため蒸発し、蒸気となってチャンバー内を移動します。すると、蒸気は、温度の低い部分で凝縮し、再び液体に戻ります。

この蒸発と凝縮のサイクルを繰り返すことで、熱を効率的に冷却することができるのです。自作PCの冷却装置に使われる水冷式に似ていますね。

これだけ聞くと単純そうな仕組みを動いているように思えますが、この構造を実現するパーツをスマホのように小さな装置に搭載させるとなると、高い技術が必要になります。

そのため、蒸発した作動液を毛細管現象によって吸い上げて熱源へ戻すウィック（多孔質体）という素材や、熱伝導性の高い金属（銅やアルミニウム）で作られた密閉容器、水、アルコール、冷媒などが用いられた作動液など、自作PCの水冷装置では使われない素材が必要になります。

ベイパーチャンバーのデメリット

メリットだらけのベイパーチャンバーですが、もちろん構造上や製造上でのデメリットもあります。挙げられる点は、主に以下の3つです。

コスト

ベイパーチャンバーは、その高い放熱性能から電子機器の冷却に広く用いられていますが、コスト面での課題も抱えています。

まず、ベイパーチャンバーの製造には高度な技術と設備が必要であり、これが製造コストを押し上げる要因となっています。

特に、内部の真空状態を維持するための精密な加工や、高品質な作動液の封入などは、コスト増に直結します。

次に、材料費も無視できません。ベイパーチャンバーには、熱伝導性の高い銅やアルミニウムなどが使用されますが、これらの材料価格は市場の動向によって変動します。

また、内部構造を形成するウィック材も、性能を高めるためには特殊な素材や複雑な構造が求められ、コストが増加します。

さらに、製品の小型化や高性能化が進むにつれて、ベイパーチャンバーの設計も複雑化しています。これにより、設計・開発コストや試作コストが増加し、最終的な製品価格に反映されます。

構造の複雑さ

イパーチャンバーは、その優れた熱伝導性能から電子機器の冷却に広く用いられていますが、構造の複雑さからいくつかの課題が存在します。

まず、内部構造が複雑であるため、製造工程が煩雑になり、コストが増加する傾向があります。特に、微細な流路や多層構造を持つベイパーチャンバーは、高度な製造技術と品質管理が求められます。

次に、内部の作動流体の管理が難しい点が挙げられます。作動流体の種類や封入量は、ベイパーチャンバーの性能に大きく影響しますが、これらの最適化には高度な専門知識と経験が必要です。

また、長期間の使用や温度変化によって作動流体が劣化したり、漏れたりする可能性もあります。

さらに、ベイパーチャンバーは薄型化や小型化が難しいという課題もあります。

内部構造や作動流体の特性上、一定の厚みや容積が必要となり、小型電子機器への搭載には制約が生じることがあります。

作動液の漏洩リスク

ベイパーチャンバー作動液の漏洩は、電子機器の性能低下や故障、人体への悪影響、環境汚染など、様々な問題を引き起こす可能性があります。

まず、作動液が漏洩すると、ベイパーチャンバーの冷却性能が低下し、電子機器の温度上昇を招きます。

これにより、機器の動作が不安定になったり、最悪の場合、故障につながる可能性があります。特に、高性能な電子機器や高負荷な環境で使用される機器では、冷却性能の低下は致命的な問題となります。

次に、作動液の種類によっては、人体に有害な物質が含まれている場合があります。漏洩した作動液に触れたり、蒸気を吸い込んだりすることで、皮膚炎や呼吸器系の疾患を引き起こす可能性があります。

また、可燃性の作動液が漏洩した場合、火災のリスクも高まります。そのため、搭載するにはある程度高品質なベイパーチャンバーを選定するのが望ましいです。

ベイパーチャンバーの応用分野

そ高い熱伝導性能から、以下のような様々な分野でも応用されています。

まず、電子機器分野では、CPUやGPUなどの高発熱部品の冷却に用いられています。

スマートフォンやノートPCなどの薄型化・高性能化に伴い、限られたスペースで効率的に熱を拡散させる必要性が高まっており、ベイパーチャンバーはそのニーズに応える重要な役割を果たしています。

次に、LED照明分野では、高輝度LEDの冷却に活用されています。LEDは発熱量が大きく、適切な冷却を行わないと性能低下や寿命短縮につながります。

ベイパーチャンバーは、LEDから発生する熱を素早く拡散させ、安定した照明性能を維持するために貢献しています。

さらに、自動車分野では、電気自動車（EV）のバッテリーやパワーエレクトロニクス部品の冷却に用いられています。

EVは、高出力モーターや大容量バッテリーを搭載しており、これらの部品から発生する熱を効率的に管理することが重要です。ベイパーチャンバーは、EVの高性能化・高信頼性化に不可欠な技術となっています。

その他にも、航空宇宙分野や医療分野など、幅広い分野でベイパーチャンバーの応用が広がっています。

ベイパーチャンバーとヒートパイプの違い

ベイパーチャンバーとヒートパイプは、どちらも電子機器などの冷却に用いられる熱伝導部品ですが、熱の伝わり方に違いがあります。

ヒートパイプは、細長いパイプ状の内部に液体を封入し、熱源からの熱で液体を蒸発させ、蒸気を低温部に移動させて凝縮させることで熱を伝えます。

一方、ベイパーチャンバーは、薄い板状の内部に液体を封入し、面全体で熱を伝えます。

熱源からの熱で液体を蒸発させ、蒸気をチャンバー全体に拡散させて凝縮させることで、広範囲にわたって効率的に熱を移動させることができます。

ヒートパイプは、一点から別の点へと線状に熱を伝えるのに適しており、ベイパーチャンバーは、面全体から均等に熱を拡散させるのに適しています。

そのため、発熱量の大きいCPUやGPUなどにはベイパーチャンバーが用いられることが多く、ノートPCやスマートフォンなど、より薄型化が求められる機器にはヒートパイプが用いられることがあります。

ベイパーチャンバーを搭載したスマホたち

実際に、ベイパーチャンバーが搭載されている有名なスマートフォンを紹介します。

ベイパーチャンバーを搭載した有名なスマホ「サムスン Galaxy」

サムスンのGalaxyシリーズは、ベイパー チャンバーを搭載したスマホとして、かなり有名です。一番上位のフラッグシップモデルである「Galaxy S Ultra」シリーズには、必ずベイパーチャンバーが採用され、その表面積は年々増加しています。現行モデルである「Galaxy S25 Ultra」では、従来のS24と比べて、冷却性能が40％も向上しています。

（おまけ）iPhoneにもベイパーチャンバーが搭載されるかも

今年のiPhone 17シリーズには、Proモデルあるいは全部のモデルでベイパーチャンバーが搭載されるかもしれません。

海外のアナリスト、ミンチー・クオ氏によると「iPhone 17 Pro Maxにベイパーチャンバー技術が採用される」とのこと。

その他にも、MacRumorsが「iPhone 17シリーズの全モデルに採用される」とコメント。中国の情報リーカーも「iPhone 17のProモデルで採用される」と語っています。

このように、複数のメディアが報じているため噂は本当かもしれません。ただし、搭載モデルは、ProあるいはPro Max限定だったり、全モデルだったりと明確にはなっていませんね。

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今後のベイパーチャンバーの普及

電子機器の高性能化・高密度化は今後も進むと予想され、ベイパーチャンバーの重要性はますます高まると考えられます。

現在では、還流水路を増やして冷却水の流れを速くすることで冷却性能を高めたり、エッチング加工を用いた、より高度な加工処理が施されていて、今後は、さらなる高性能化・低コスト化に向けた研究開発が進められるでしょう。

こうした改良はスマートフォンの高性能化や薄型化に繋がりますが、他にも、スマートグラスのような次世代端末への実現にも繋がっていくはずです。