專(zhuān)利名稱(chēng)：散熱裝置的結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種散熱裝置的結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別涉及一種同時(shí)具有高毛細(xì)力及高滲透性的散熱裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著技術(shù)的進(jìn)步，電子設(shè)備的單位面積上的電子元件數(shù)量越來(lái)越多，造成電子設(shè)備在工作時(shí)發(fā)熱量隨之增加。因此，為了維持電子設(shè)備處于有效工作溫度內(nèi)，現(xiàn)行的做法大多是利用外加風(fēng)扇和散熱鰭片實(shí)現(xiàn)散熱。
由于熱管(heat pipe)可在很小的截面積與溫度差下將大量的熱傳送一段可觀的距離，且不需外加電源供應(yīng)即可運(yùn)作，在無(wú)需提供動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)地利用空間的考慮之下，熱管已是電子散熱產(chǎn)品中廣為應(yīng)用的傳熱組件之一。
典型的熱管由腔體(chamber)、毛細(xì)結(jié)構(gòu)(wick structure)以及工作流體構(gòu)成，其作用原理為利用工作流體在腔體的蒸發(fā)段吸收來(lái)自熱源所產(chǎn)生的熱量再進(jìn)行蒸發(fā)，工作流體因潛熱作用而形成蒸氣并流向腔體的冷凝段，釋放出熱量后再次凝結(jié)成液態(tài)，并借助于毛細(xì)結(jié)構(gòu)所提供的毛細(xì)力使工作流體流回蒸發(fā)段，如此不斷地重復(fù)相變化循環(huán)，持續(xù)而有效地將熱能從熱源傳送至遠(yuǎn)處散選。
熱均溫腔體(vapor chamber，蒸汽腔體)屬于熱管的一種，大多是利用上下兩平板而形成密閉腔體，且在兩平板的內(nèi)壁上形成毛細(xì)結(jié)構(gòu)。一般而言，熱均溫腔體的毛細(xì)結(jié)構(gòu)主要以三種方式形成燒結(jié)毛細(xì)結(jié)構(gòu)(sinteredwick)、網(wǎng)狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)(mesh wick)及溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)(groove wick)。
請(qǐng)參閱圖1，就燒結(jié)毛細(xì)結(jié)構(gòu)13而言，現(xiàn)有技術(shù)用銅粉等多孔性粉末(sintered powder)在熱均溫腔體10的兩平板11、12內(nèi)壁上高溫?zé)Y(jié)而成。燒結(jié)毛細(xì)結(jié)構(gòu)13雖具有較佳的毛細(xì)力，但其滲透性較溝槽狀及網(wǎng)狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)差，故這種燒結(jié)毛細(xì)結(jié)構(gòu)13單獨(dú)應(yīng)用于熱均溫腔體10上并非很好。再者，由于燒結(jié)時(shí)溫度相當(dāng)高，極易導(dǎo)致平板11、12軟化，通常必須增加平板11、12的厚度，方能加強(qiáng)熱均溫腔體10整體的機(jī)械強(qiáng)度。然而此措施不僅提高了熱均溫腔體10的材料成本，更使熱均溫腔體10的重量增加，確非良好的解決方案。
請(qǐng)參閱圖2，就網(wǎng)狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)14而言，其利用金屬網(wǎng)布經(jīng)壓出成型而形成多重流道，之后，再置入并貼附于熱均溫腔體10的兩平板11、12的內(nèi)壁上，如此，可提供熱均溫腔體10較多的流道，從而達(dá)到較佳的散熱效果。然而，網(wǎng)狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)14需與兩平板11、12的內(nèi)壁完全貼附，否則將影響熱均溫腔體10的熱傳導(dǎo)效率，因此其制造上的難度較高，亦使制作與材料成本相對(duì)提高。
請(qǐng)參照?qǐng)D3A、3B及3C，就溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)15而言，借助于機(jī)械加工方式利用模具20在平板11(或平板12)的內(nèi)壁上沖壓出所欲形成的溝槽(即溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)15)。此類(lèi)溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)15雖具有較佳的滲透性，但毛細(xì)力卻不如燒結(jié)毛細(xì)結(jié)構(gòu)13，長(zhǎng)久以來(lái)，此缺陷一直困擾制造開(kāi)發(fā)者及使用者。再者，使溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)15的寬度極小化也受到一定限制，一般而言，模具20所能制成溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)的最小寬度約為300微米(micrometer，μm)，當(dāng)平板11上欲形成的溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)15數(shù)量增加或溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)15的深度需要更深時(shí)，制作過(guò)程所需的沖擊力也需更大，故模具20則需隨平板11上所欲成型的溝槽數(shù)量的不同或深度的不同而隨時(shí)更換設(shè)計(jì)，且驅(qū)動(dòng)模具20以沖壓平板11的工具機(jī)也需提供較大的驅(qū)動(dòng)力才足以使熱均溫腔體10的內(nèi)壁形成所需數(shù)量與深度的溝槽，如此亦大幅度地增加了制造成本。此外，以沖壓方式制作溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)15時(shí)，平板11的四周需預(yù)留有預(yù)定寬度的邊隙16，以防止平板11在沖壓過(guò)程中因變形而發(fā)生溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)15數(shù)量不足的情況。待沖壓完成后，平板11四周多余的邊隙16則需再借助于剪裁工具將其剪除，如此一來(lái)，也使制作熱均溫腔體10的材料成本大幅度提高。
在各種電子設(shè)備內(nèi)組裝組件不斷密集化而體積卻越趨縮小的趨勢(shì)下，由于組件集積度不斷提高，致使其發(fā)熱量逐步增加，因此，制作具有更高導(dǎo)熱速率與效率的散熱裝置將成為未來(lái)的研究方向之一。

發(fā)明內(nèi)容
據(jù)此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種同時(shí)具有高毛細(xì)力及高滲透性的散熱裝置，進(jìn)而可大幅度地提高其散熱效率。本發(fā)明另一要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供制造這種散熱裝置的方法。
本發(fā)明解決所述問(wèn)題的技術(shù)方案是，所提供的應(yīng)用于任一發(fā)熱組件上、可為熱均溫腔體的散熱裝置主要具有封閉腔體以及形成于該腔體內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，其中，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)包括形成于腔體內(nèi)壁的溝槽、以及高溫?zé)Y(jié)于腔體內(nèi)壁的多孔性粉末。如此一來(lái)，該散熱裝置同時(shí)具備有燒結(jié)毛細(xì)結(jié)構(gòu)的較佳毛細(xì)力以及溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)的較佳滲透性，致使充填于腔體內(nèi)的工作流體在散熱后的回流速度更快，進(jìn)而可有效提高散熱裝置的散熱效率。
根據(jù)本發(fā)明，所提供的制造所述散熱裝置的方法包括準(zhǔn)備基板；在所述基板上燒結(jié)多孔性粉末；在所述基板上形成多道溝槽；使所述基板形成一腔體，且形成蒸發(fā)段及冷凝段，并使所述溝槽及燒結(jié)粉末皆位于腔體的內(nèi)壁；在所述腔體內(nèi)注入工作液體，并使所述腔體形成為密閉的真空腔體。


為使本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實(shí)施方式并結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。附圖中圖1為現(xiàn)有的具有燒結(jié)毛細(xì)結(jié)構(gòu)的熱均溫腔體的部分剖視圖；圖2為現(xiàn)有的具有網(wǎng)狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)的熱均溫腔體的部分剖視圖；圖3A為現(xiàn)有的制造熱均溫腔體內(nèi)壁的溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3B為圖3A中熱均溫腔體的溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)成型后的示意圖；圖3C為圖3B中制成為密閉腔體時(shí)的部分剖視圖；圖4為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的散熱裝置的部分剖視圖；圖5為本發(fā)明散熱裝置制造方法的流程圖。
附圖標(biāo)記說(shuō)明10熱均溫腔體11平板12平板 13燒結(jié)毛細(xì)結(jié)構(gòu)14網(wǎng)狀毛細(xì)結(jié)構(gòu) 15溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)16邊隙 20模具30腔體 40毛細(xì)結(jié)構(gòu)41多孔性粉末42溝槽
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參照?qǐng)D4，本發(fā)明的散熱裝置可由熱均溫腔體(vapor chamber)來(lái)實(shí)現(xiàn)。該散熱裝置包括有腔體30及形成于腔體30內(nèi)部的毛細(xì)結(jié)構(gòu)40。毛細(xì)結(jié)構(gòu)40還包括高溫?zé)Y(jié)于腔體30內(nèi)壁的多孔性粉末41(sintered powder)、以及形成于腔體30內(nèi)壁的多道溝槽42。借助于所述結(jié)構(gòu)，本散熱裝置同時(shí)具備有燒結(jié)毛細(xì)結(jié)構(gòu)的較佳毛細(xì)力以及溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)的較佳滲透性，兩者相輔相成，從而可提高散熱裝置的散熱效率，如此則能更為完善地保護(hù)其所連接的發(fā)熱組件(例如CPU)。
在此，必須補(bǔ)充說(shuō)明的是，散熱裝置內(nèi)另外充填有工作流體(例如無(wú)機(jī)化合物、水、醇類(lèi)、液態(tài)金屬、酮類(lèi)、冷媒、或有機(jī)化合物)，工作流體可于腔體30的蒸發(fā)段(圖中未示出)吸收來(lái)自熱源所產(chǎn)生的熱量再行蒸發(fā)，工作流體因潛熱作用而形成蒸氣并流向腔體30的冷凝段(圖中未示出)，放出熱量后再次凝結(jié)成液態(tài)，并借助于毛細(xì)結(jié)構(gòu)40所提供的毛細(xì)力使工作流體流回蒸發(fā)段，如此不斷地重復(fù)相變化循環(huán)，而能有效地將熱能從熱源傳送至遠(yuǎn)處散逸。
參閱圖5，其為制造此散熱裝置的方法流程圖。本制造方法包括備料A，準(zhǔn)備基板，該基板的材料選自由銅、鈦、鉬或具有高熱傳導(dǎo)系數(shù)的金屬材料所組成的組中的一種材料；粉末燒結(jié)B，將銅粉等多孔性粉末41(sintered powder)高溫?zé)Y(jié)于基板上；溝槽成形C，利用諸如激光切割方式、精密加工等技術(shù)制作模具后，再利用此模具模制上述燒結(jié)有多孔性粉末的基板。以微模造成型方法為例，其包括模具制造程序以及模制程序。首先，進(jìn)行模具制造程序，包括提供基材；于基材上形成預(yù)模仁層，并用微電子加工方法，將預(yù)模仁層加工而形成預(yù)模仁；將模仁材料形成于預(yù)模仁上，使模仁材料成型為模仁；將模仁制作成為模具，且模具上的表面圖案(此處為多個(gè)平行的突起)與欲在基板上形成的結(jié)構(gòu)相反，然后，進(jìn)行模制程序，利用模具模制基板，使所述多道平行的溝槽42成形于基板上；折曲成形D，將所述燒結(jié)有多孔性粉末41及形成有溝槽42的基板通過(guò)折曲及焊接等方式形成為腔體30；注入工作流體與抽真空E，先將腔體30的一端封閉，而后注入工作流體(例如是無(wú)機(jī)化合物、水、醇類(lèi)、液態(tài)金屬、酮類(lèi)、冷媒、或有機(jī)化合物)并對(duì)其抽真空，最后將腔體30的另一端封閉，而完成該散熱裝置的制作。
在此，值得特別注意的是，在所述制造方法中，亦可將粉末燒結(jié)B與溝槽成形C的步驟對(duì)調(diào)。簡(jiǎn)而言之，就是先在基板上制作出溝槽42后，再于溝槽42與溝槽42之間的平面上燒結(jié)多孔性粉末41。所述步驟的改變并不影響散熱裝置制成后的功效，此改變無(wú)需本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行創(chuàng)造性勞動(dòng)即可得出，故在此不另用流程圖進(jìn)行說(shuō)明。
最后，本申請(qǐng)人更要強(qiáng)調(diào)的是，在所述的兩種不同制造方法中，亦可同時(shí)制造或準(zhǔn)備兩塊基板，在兩塊基板上形成多孔性粉末41及溝槽42后，即可用焊接或其它方式將它們相互結(jié)合連接成腔體30，進(jìn)而制成所述的散熱裝置。此制成步驟上的改變亦無(wú)需本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行創(chuàng)造性勞動(dòng)即可得出，故在此不贅述。
以上所述僅為示例性說(shuō)明，并非是對(duì)本發(fā)明的限制。任何在不超出本發(fā)明的構(gòu)思與保護(hù)范圍的前提下對(duì)其進(jìn)行的等同修改或變換均應(yīng)落入所附的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合于發(fā)熱組件上的散熱裝置，其包括一腔體，其具有一內(nèi)壁，且該腔體包括一蒸發(fā)段及一冷凝段；一毛細(xì)結(jié)構(gòu)，其包括多道位于所述腔體內(nèi)壁的溝槽和燒結(jié)于所述腔體內(nèi)壁上的多孔性粉末；以及位于所述腔體中的工作流體；其中，所述工作流體于所述蒸發(fā)段吸收發(fā)熱組件的熱量而被蒸發(fā)，而于所述冷凝段放出熱量后被凝結(jié)成液態(tài)，并借助于所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)所提供的毛細(xì)力使所述工作流體流回所述蒸發(fā)段。
2.如權(quán)利要求1所述的散熱裝置，其中，所述散熱裝置由一基板折曲而成一封閉腔體。
3.如權(quán)利要求2所述的散熱裝置，其中，通過(guò)激光切割方式或精密加工技術(shù)制作模具后利用該模具模制而使所述腔體內(nèi)壁上具有所述多道溝槽。
4.如權(quán)利要求2所述的散熱裝置，其中，所述基板由選自銅、鈦、鉬或具有高熱傳導(dǎo)系數(shù)的金屬材料所組成的組中的一種材料制成。
5.一種散熱裝置的制造方法，包括下列步驟準(zhǔn)備基板；在所述基板上燒結(jié)多孔性粉末；在所述基板上成形多道溝槽；使所述基板形成一腔體，且形成蒸發(fā)段及冷凝段；以及在所述腔體內(nèi)注入工作液體，并使該腔體形成為密閉的真空腔體。
6.如權(quán)利要求5所述的散熱裝置制造方法，其中，通過(guò)激光切割方式或精密加工技術(shù)制作模具后，利用該模具模制以將所述多道溝槽成形于所述基板上。
7.如權(quán)利要求6所述的散熱裝置制造方法，其中，所述多道溝槽是通過(guò)微模造型方法形成于所述基板上的，該微模造型方法包括模具制造程序，其包括提供基材；在所述基材上形成預(yù)模仁層，并通過(guò)微電子加工方法對(duì)所述預(yù)模仁層進(jìn)行加工而形成預(yù)模仁；將模仁材料形成于所述預(yù)模仁上，使所述模仁材料成型為模仁；將所述模仁制作成為模具；以及模制程序，其包括利用所述模具模制所述基板，使所述多道溝槽成形于所述基板上。
8.如權(quán)利要求5所述的散熱裝置制造方法，其中，所述基板由具有高熱傳導(dǎo)系數(shù)的金屬材料制成，且其通過(guò)折曲方式被形成為一腔體，先將該腔體的一端封閉后，再注入工作流體，并對(duì)該腔體抽真空，最后再將其另一端封閉。
9.如權(quán)利要求5所述的散熱裝置制造方法，其中，再準(zhǔn)備燒結(jié)有多孔性粉末的基板，通過(guò)焊接或其它方式將所述兩基板結(jié)合為一腔體。
10.一種散熱裝置的制造方法，包括下列步驟準(zhǔn)備基板；在所述基板上形成多道溝槽；在所述基板上燒結(jié)多孔性粉末；使所述基板形成一腔體，且形成蒸發(fā)段及冷凝段；以及在所述腔體內(nèi)注入工作液體，并使該腔體形成為密閉的真空腔體。
11.如權(quán)利要求10所述的散熱裝置制造方法，其中，將所述多孔性粉末燒結(jié)于所述溝槽與溝槽之間的平面上。
12.如權(quán)利要求10所述的散熱裝置制造方法，其中，通過(guò)激光切割方式或精密加工技術(shù)制作模具后，利用該模具模制以使所述多道溝槽成形于所述基板上。
13.如權(quán)利要求12所述的散熱裝置制造方法，其中，所述多道溝槽是通過(guò)微模造型方法形成于所述基板上的，該微模造型方法包括模具制造程序，其包括提供基材；在所述基材上形成預(yù)模仁層，并通過(guò)微電子加工方法對(duì)所述預(yù)模仁層進(jìn)行加工而形成預(yù)模仁；將模仁材料形成于所述預(yù)模仁上，使所述模仁材料成型為模仁；將所述模仁制作成為模具；以及模制程序，其包括利用所述模具模制所述基板，使所述多道溝槽成形于所述基板上。
14.如權(quán)利要求10所述的散熱裝置制造方法，其中，所述基板是由具有高熱傳導(dǎo)系數(shù)的金屬材料制成，且其通過(guò)折曲方式被形成為一腔體，先將所述腔體一端封閉后，再注入工作流體，并對(duì)該腔體抽真空，最后再將其另一端封閉。
15.如權(quán)利要求10所述的散熱裝置制造方法，其中，可再準(zhǔn)備形成有溝槽的基板，通過(guò)焊接或其它的方式使所述兩基板結(jié)合為一腔體。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種散熱裝置，其可為熱均溫腔體，并與任一發(fā)熱組件結(jié)合，以供散熱之用。該散熱裝置主要具有封閉的腔體以及形成于該腔體內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，其中，所述毛細(xì)結(jié)構(gòu)包括多道形成于腔體內(nèi)壁的溝槽以及高溫?zé)Y(jié)于腔體內(nèi)壁的多孔性粉末。借此，該散熱裝置同時(shí)具備有燒結(jié)毛細(xì)結(jié)構(gòu)的較佳毛細(xì)力以及溝槽狀毛細(xì)結(jié)構(gòu)的較佳滲透性，因此加快了充填于腔體內(nèi)工作流體散熱回流的速度，并有效地提高了散熱裝置的散熱效率，進(jìn)而可為發(fā)熱組件提供最佳保護(hù)。
文檔編號(hào)F28D15/02GK1832156SQ20051005413
公開(kāi)日2006年9月13日 申請(qǐng)日期2005年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月9日
發(fā)明者莊明德, 林祺逢, 陳錦明 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司