CN1832156A - 散热装置的结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种散热装置，其可为热均温腔体，并与任一发热组件结合，以供散热之用。该散热装置主要具有封闭的腔体以及形成于该腔体内壁的毛细结构，其中，所述毛细结构包括多道形成于腔体内壁的沟槽以及高温烧结于腔体内壁的多孔性粉末。借此，该散热装置同时具备有烧结毛细结构的较佳毛细力以及沟槽状毛细结构的较佳渗透性，因此加快了充填于腔体内工作流体散热回流的速度，并有效地提高了散热装置的散热效率，进而可为发热组件提供最佳保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热装置的结构及其制造方法，特别涉及一种同时具有高毛细力及高渗透性的散热装置及其制造方法。
背景技术
随着技术的进步，电子设备的单位面积上的电子元件数量越来越多，造成电子设备在工作时发热量随之增加。因此，为了维持电子设备处于有效工作温度内，现行的做法大多是利用外加风扇和散热鳍片实现散热。
由于热管(heat pipe)可在很小的截面积与温度差下将大量的热传送一段可观的距离，且不需外加电源供应即可运作，在无需提供动力和经济地利用空间的考虑之下，热管已是电子散热产品中广为应用的传热组件之一。
典型的热管由腔体(chamber)、毛细结构(wick structure)以及工作流体构成，其作用原理为利用工作流体在腔体的蒸发段吸收来自热源所产生的热量再进行蒸发，工作流体因潜热作用而形成蒸气并流向腔体的冷凝段，释放出热量后再次凝结成液态，并借助于毛细结构所提供的毛细力使工作流体流回蒸发段，如此不断地重复相变化循环，持续而有效地将热能从热源传送至远处散选。
热均温腔体(vapor chamber，蒸汽腔体)属于热管的一种，大多是利用上下两平板而形成密闭腔体，且在两平板的内壁上形成毛细结构。一般而言，热均温腔体的毛细结构主要以三种方式形成：烧结毛细结构(sinteredwick)、网状毛细结构(mesh wick)及沟槽状毛细结构(groove wick)。
请参阅图1，就烧结毛细结构13而言，现有技术用铜粉等多孔性粉末(sintered powder)在热均温腔体10的两平板11、12内壁上高温烧结而成。烧结毛细结构13虽具有较佳的毛细力，但其渗透性较沟槽状及网状毛细结构差，故这种烧结毛细结构13单独应用于热均温腔体10上并非很好。再者，由于烧结时温度相当高，极易导致平板11、12软化，通常必须增加平板11、12的厚度，方能加强热均温腔体10整体的机械强度。然而此措施不仅提高了热均温腔体10的材料成本，更使热均温腔体10的重量增加，确非良好的解决方案。
请参阅图2，就网状毛细结构14而言，其利用金属网布经压出成型而形成多重流道，之后，再置入并贴附于热均温腔体10的两平板11、12的内壁上，如此，可提供热均温腔体10较多的流道，从而达到较佳的散热效果。然而，网状毛细结构14需与两平板11、12的内壁完全贴附，否则将影响热均温腔体10的热传导效率，因此其制造上的难度较高，亦使制作与材料成本相对提高。
请参照图3A、3B及3C，就沟槽状毛细结构15而言，借助于机械加工方式利用模具20在平板11(或平板12)的内壁上冲压出所欲形成的沟槽(即沟槽状毛细结构15)。此类沟槽状毛细结构15虽具有较佳的渗透性，但毛细力却不如烧结毛细结构13，长久以来，此缺陷一直困扰制造开发者及使用者。再者，使沟槽状毛细结构15的宽度极小化也受到一定限制，一般而言，模具20所能制成沟槽状毛细结构的最小宽度约为300微米(micrometer，μm)，当平板11上欲形成的沟槽状毛细结构15数量增加或沟槽状毛细结构15的深度需要更深时，制作过程所需的冲击力也需更大，故模具20则需随平板11上所欲成型的沟槽数量的不同或深度的不同而随时更换设计，且驱动模具20以冲压平板11的工具机也需提供较大的驱动力才足以使热均温腔体10的内壁形成所需数量与深度的沟槽，如此亦大幅度地增加了制造成本。此外，以冲压方式制作沟槽状毛细结构15时，平板11的四周需预留有预定宽度的边隙16，以防止平板11在冲压过程中因变形而发生沟槽状毛细结构15数量不足的情况。待冲压完成后，平板11四周多余的边隙16则需再借助于剪裁工具将其剪除，如此一来，也使制作热均温腔体10的材料成本大幅度提高。
在各种电子设备内组装组件不断密集化而体积却越趋缩小的趋势下，由于组件集积度不断提高，致使其发热量逐步增加，因此，制作具有更高导热速率与效率的散热装置将成为未来的研究方向之一。
发明内容
据此，本发明要解决的技术问题是提供一种同时具有高毛细力及高渗透性的散热装置，进而可大幅度地提高其散热效率。本发明另一要解决的技术问题是提供制造这种散热装置的方法。
本发明解决所述问题的技术方案是，所提供的应用于任一发热组件上、可为热均温腔体的散热装置主要具有封闭腔体以及形成于该腔体内壁的毛细结构，其中，所述毛细结构包括形成于腔体内壁的沟槽、以及高温烧结于腔体内壁的多孔性粉末。如此一来，该散热装置同时具备有烧结毛细结构的较佳毛细力以及沟槽状毛细结构的较佳渗透性，致使充填于腔体内的工作流体在散热后的回流速度更快，进而可有效提高散热装置的散热效率。
根据本发明，所提供的制造所述散热装置的方法包括：准备基板；在所述基板上烧结多孔性粉末；在所述基板上形成多道沟槽；使所述基板形成一腔体，且形成蒸发段及冷凝段，并使所述沟槽及烧结粉末皆位于腔体的内壁；在所述腔体内注入工作液体，并使所述腔体形成为密闭的真空腔体。
附图说明
为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施方式并结合附图进行详细说明。附图中：
图1为现有的具有烧结毛细结构的热均温腔体的部分剖视图；
图2为现有的具有网状毛细结构的热均温腔体的部分剖视图；
图3A为现有的制造热均温腔体内壁的沟槽状毛细结构的示意图；
图3B为图3A中热均温腔体的沟槽状毛细结构成型后的示意图；
图3C为图3B中制成为密闭腔体时的部分剖视图；
图4为本发明的优选实施方式的散热装置的部分剖视图；
图5为本发明散热装置制造方法的流程图。
附图标记说明
10热均温腔体 11平板
12平板 13烧结毛细结构
14网状毛细结构 15沟槽状毛细结构
16边隙 20模具
30腔体 40毛细结构
41多孔性粉末 42沟槽
具体实施方式
请参照图4，本发明的散热装置可由热均温腔体(vapor chamber)来实现。该散热装置包括有腔体30及形成于腔体30内部的毛细结构40。毛细结构40还包括高温烧结于腔体30内壁的多孔性粉末41(sintered powder)、以及形成于腔体30内壁的多道沟槽42。借助于所述结构，本散热装置同时具备有烧结毛细结构的较佳毛细力以及沟槽状毛细结构的较佳渗透性，两者相辅相成，从而可提高散热装置的散热效率，如此则能更为完善地保护其所连接的发热组件(例如：CPU)。
在此，必须补充说明的是，散热装置内另外充填有工作流体(例如无机化合物、水、醇类、液态金属、酮类、冷媒、或有机化合物)，工作流体可于腔体30的蒸发段(图中未示出)吸收来自热源所产生的热量再行蒸发，工作流体因潜热作用而形成蒸气并流向腔体30的冷凝段(图中未示出)，放出热量后再次凝结成液态，并借助于毛细结构40所提供的毛细力使工作流体流回蒸发段，如此不断地重复相变化循环，而能有效地将热能从热源传送至远处散逸。
参阅图5，其为制造此散热装置的方法流程图。本制造方法包括：
备料A，准备基板，该基板的材料选自由铜、钛、钼或具有高热传导系数的金属材料所组成的组中的一种材料；
粉末烧结B，将铜粉等多孔性粉末41(sintered powder)高温烧结于基板上；
沟槽成形C，利用诸如激光切割方式、精密加工等技术制作模具后，再利用此模具模制上述烧结有多孔性粉末的基板。以微模造成型方法为例，其包括模具制造程序以及模制程序。首先，进行模具制造程序，包括提供基材；于基材上形成预模仁层，并用微电子加工方法，将预模仁层加工而形成预模仁；将模仁材料形成于预模仁上，使模仁材料成型为模仁；将模仁制作成为模具，且模具上的表面图案(此处为多个平行的突起)与欲在基板上形成的结构相反，然后，进行模制程序，利用模具模制基板，使所述多道平行的沟槽42成形于基板上；
折曲成形D，将所述烧结有多孔性粉末41及形成有沟槽42的基板通过折曲及焊接等方式形成为腔体30；
注入工作流体与抽真空E，先将腔体30的一端封闭，而后注入工作流体(例如是：无机化合物、水、醇类、液态金属、酮类、冷媒、或有机化合物)并对其抽真空，最后将腔体30的另一端封闭，而完成该散热装置的制作。
在此，值得特别注意的是，在所述制造方法中，亦可将粉末烧结B与沟槽成形C的步骤对调。简而言之，就是先在基板上制作出沟槽42后，再于沟槽42与沟槽42之间的平面上烧结多孔性粉末41。所述步骤的改变并不影响散热装置制成后的功效，此改变无需本领域技术人员进行创造性劳动即可得出，故在此不另用流程图进行说明。
最后，本申请人更要强调的是，在所述的两种不同制造方法中，亦可同时制造或准备两块基板，在两块基板上形成多孔性粉末41及沟槽42后，即可用焊接或其它方式将它们相互结合连接成腔体30，进而制成所述的散热装置。此制成步骤上的改变亦无需本领域技术人员进行创造性劳动即可得出，故在此不赘述。
以上所述仅为示例性说明，并非是对本发明的限制。任何在不超出本发明的构思与保护范围的前提下对其进行的等同修改或变换均应落入所附的权利要求中。
Claims (15)
1.一种结合于发热组件上的散热装置，其包括：
一腔体，其具有一内壁，且该腔体包括一蒸发段及一冷凝段；
一毛细结构，其包括多道位于所述腔体内壁的沟槽和烧结于所述腔体内壁上的多孔性粉末；以及
位于所述腔体中的工作流体；
其中，所述工作流体于所述蒸发段吸收发热组件的热量而被蒸发，而于所述冷凝段放出热量后被凝结成液态，并借助于所述毛细结构所提供的毛细力使所述工作流体流回所述蒸发段。
2.如权利要求1所述的散热装置，其中，所述散热装置由一基板折曲而成一封闭腔体。
3.如权利要求2所述的散热装置，其中，通过激光切割方式或精密加工技术制作模具后利用该模具模制而使所述腔体内壁上具有所述多道沟槽。
4.如权利要求2所述的散热装置，其中，所述基板由选自铜、钛、钼或具有高热传导系数的金属材料所组成的组中的一种材料制成。
5.一种散热装置的制造方法，包括下列步骤：
准备基板；
在所述基板上烧结多孔性粉末；
在所述基板上成形多道沟槽；
使所述基板形成一腔体，且形成蒸发段及冷凝段；以及
在所述腔体内注入工作液体，并使该腔体形成为密闭的真空腔体。
6.如权利要求5所述的散热装置制造方法，其中，通过激光切割方式或精密加工技术制作模具后，利用该模具模制以将所述多道沟槽成形于所述基板上。
7.如权利要求6所述的散热装置制造方法，其中，所述多道沟槽是通过微模造型方法形成于所述基板上的，该微模造型方法包括：
模具制造程序，其包括提供基材；在所述基材上形成预模仁层，并通过微电子加工方法对所述预模仁层进行加工而形成预模仁；将模仁材料形成于所述预模仁上，使所述模仁材料成型为模仁；将所述模仁制作成为模具；以及
模制程序，其包括利用所述模具模制所述基板，使所述多道沟槽成形于所述基板上。
8.如权利要求5所述的散热装置制造方法，其中，所述基板由具有高热传导系数的金属材料制成，且其通过折曲方式被形成为一腔体，先将该腔体的一端封闭后，再注入工作流体，并对该腔体抽真空，最后再将其另一端封闭。
9.如权利要求5所述的散热装置制造方法，其中，再准备烧结有多孔性粉末的基板，通过焊接或其它方式将所述两基板结合为一腔体。
10.一种散热装置的制造方法，包括下列步骤：
准备基板；
在所述基板上形成多道沟槽；
在所述基板上烧结多孔性粉末；
使所述基板形成一腔体，且形成蒸发段及冷凝段；以及
在所述腔体内注入工作液体，并使该腔体形成为密闭的真空腔体。
11.如权利要求10所述的散热装置制造方法，其中，将所述多孔性粉末烧结于所述沟槽与沟槽之间的平面上。
12.如权利要求10所述的散热装置制造方法，其中，通过激光切割方式或精密加工技术制作模具后，利用该模具模制以使所述多道沟槽成形于所述基板上。
13.如权利要求12所述的散热装置制造方法，其中，所述多道沟槽是通过微模造型方法形成于所述基板上的，该微模造型方法包括：
模具制造程序，其包括提供基材；在所述基材上形成预模仁层，并通过微电子加工方法对所述预模仁层进行加工而形成预模仁；将模仁材料形成于所述预模仁上，使所述模仁材料成型为模仁；将所述模仁制作成为模具；以及
模制程序，其包括利用所述模具模制所述基板，使所述多道沟槽成形于所述基板上。
14.如权利要求10所述的散热装置制造方法，其中，所述基板是由具有高热传导系数的金属材料制成，且其通过折曲方式被形成为一腔体，先将所述腔体一端封闭后，再注入工作流体，并对该腔体抽真空，最后再将其另一端封闭。
15.如权利要求10所述的散热装置制造方法，其中，可再准备形成有沟槽的基板，通过焊接或其它的方式使所述两基板结合为一腔体。
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