專利名稱：高效率的兩相流蒸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種高效率的兩相流蒸發(fā)器，尤指利用液-汽間的相變化以加速散熱效果的散熱器。
背景技術(shù)：
隨著高科技的蓬勃發(fā)展，電子元件的體積趨于微小化，而且單位面積上的密集度也愈來愈高，其效能更是不斷增強(qiáng)，在這些因素之下，電子元件的總發(fā)熱源，則幾乎逐年升高，倘若沒有良好的散熱方式來排除電子元件所產(chǎn)生的熱，這些過高的溫度將導(dǎo)致電子元件產(chǎn)生電子游離與熱應(yīng)力等現(xiàn)象造成整體的穩(wěn)定性降低，以及縮短電子元件本身的壽命，因此如何排除這些熱源以避免電子元件的過熱，一直是不容忽視的問題。且由于個(gè)人電腦已普及在現(xiàn)代的社會里，同時(shí)電腦世代的生命周期愈短，中央處理器(CPU)淘汰率也跟著升高，而中央處理器的效能增加、處理速度愈快，相對的它所排放出的熱源也不斷的增加，而在中央處理器的表面積并沒有太大的變化之下，目前中央處理器的工作溫度約為60～95℃左右，以這種情況繼續(xù)發(fā)展，發(fā)熱的瓦特?cái)?shù)將持續(xù)升高，若沒有完善的散熱裝置，將會嚴(yán)重影響中央處理器的正常運(yùn)作，所以如何提高散熱器的散熱效能是相當(dāng)重要的工作。
在上述種種原因的驅(qū)使下，相關(guān)業(yè)者發(fā)展出了兩相流蒸發(fā)器，一般的兩相流蒸發(fā)器，設(shè)置有一個(gè)中空金屬制的容器以及容器上表面的鰭片所組合而成，當(dāng)金屬容器的底板與電子元件表面接觸在一起之后，由于熱傳導(dǎo)作用，使電子元件的熱源會藉由金屬容器底板向上傳導(dǎo)到金屬容器內(nèi)，且由于金屬容器由表面金屬以及內(nèi)部毛細(xì)結(jié)構(gòu)所組成，并事先將容器內(nèi)空氣抽走成為近似真空狀態(tài)，所以當(dāng)電子元件的熱源由金屬容器下底板往上傳導(dǎo)時(shí)，一部份的熱源將會被傳導(dǎo)到整個(gè)金屬容器，而剩余的熱源才會經(jīng)由與電子元件所接觸區(qū)域，向上傳到金屬容器內(nèi)，并因金屬容器內(nèi)部接近真空狀態(tài)，所以當(dāng)毛細(xì)結(jié)構(gòu)受熱而溫度升高時(shí)，將會引起毛細(xì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的工作流體發(fā)生相變，從液相直接汽化產(chǎn)生氣泡，由于此氣泡內(nèi)的壓力較大，氣泡將穿越毛細(xì)結(jié)構(gòu)往上進(jìn)入金屬容器毛細(xì)結(jié)構(gòu)上方的空間內(nèi)，接著蒸汽會碰到金屬容器上表面的冷卻端面，于是工作流體又再度發(fā)生相變，從汽體冷凝變成液體，將熱源傳導(dǎo)給金屬容器上表面，然后再透過金屬容器上表面的鰭片，將熱源散到外界環(huán)境，且同時(shí)蒸汽冷凝變成液體的工作流體，會經(jīng)由毛細(xì)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)力作用，將冷凝后的工作流體輸送到受熱的區(qū)域，以源源不斷的補(bǔ)充汽化所需的液體，而因物質(zhì)發(fā)生可逆液-汽相變化時(shí)會吸收或釋放大量的熱源，所以此種兩相流蒸發(fā)器，具有快速、幾乎定溫以及大量傳熱的特性。
以往此種兩相流蒸發(fā)器，其金屬容器通常是藉由上下兩個(gè)開口金屬盒對焊，或由上下金屬板與中間柱狀金屬等焊接而成，傳統(tǒng)在焊接與抽真空之前，會先使用金屬粉末，藉由固相燒結(jié)形成毛細(xì)結(jié)構(gòu)，通常此種全金屬的兩相流蒸發(fā)器，重量較為笨重，毛細(xì)結(jié)構(gòu)均勻性制作不易，而且制造成本高，同時(shí)在與電子元件組合時(shí)，會因組裝扣具的彎曲作用產(chǎn)生變形而使得毛細(xì)結(jié)構(gòu)受損成為不連續(xù)結(jié)構(gòu)，以致減低傳熱效率，嚴(yán)重時(shí)將使得工作流體無法回流到受熱端，因而引起燒干(dry out)現(xiàn)象，更重要的是部份電子元件的熱源會被傳導(dǎo)到整個(gè)金屬容器，使得真正利用相變傳遞的熱源減少，而使兩相流蒸發(fā)器的效率大幅降低。
因此，要如何解決上述習(xí)用結(jié)構(gòu)的問題與缺失，即為從事此行業(yè)的相關(guān)廠商所欲研究改善的方向所在。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的主要目的在于提供一種高效率的兩相流蒸發(fā)器，其利用設(shè)置有非金屬材質(zhì)所制成的座體，而座體內(nèi)具有可容置工作流體的密閉式容置空間，且于容置空間的底面設(shè)置有由導(dǎo)熱系數(shù)大于100W/m·K的高熱傳導(dǎo)材質(zhì)所制成的導(dǎo)熱部，而該導(dǎo)熱部的底面設(shè)置有可接觸預(yù)設(shè)電子元件的接觸面，且導(dǎo)熱部的表面設(shè)置有可接觸工作流體的加熱面，而該容置空間的上方具有金屬材質(zhì)所制成的散熱裝置。從而使電子元件所產(chǎn)生的熱源，幾乎都能有效、集中向上傳導(dǎo)至兩相流蒸發(fā)器的導(dǎo)熱部，使工作流體快速蒸發(fā)并流向上方而釋放出熱源，因汽體分子相變后放熱冷凝成液體沿著容器邊緣或因重力作用而聚集于導(dǎo)熱部，如此持續(xù)液-汽間的相變化使熱源可以源源不斷地傳導(dǎo)開來，且因蒸發(fā)快速而可得到更佳的散熱效果，以防止熱源積存于電子元件，增加電子元件整體的穩(wěn)定性及使用壽命。
本實(shí)用新型的次要目的在于提供一種高效率的兩相流蒸發(fā)器，其利用非金屬材質(zhì)所制成的座體，而使散熱器的整體重量大為減輕，可防止電子元件因散熱器重量過重而產(chǎn)生破裂或損壞，同時(shí)因?yàn)榇俗w可以經(jīng)由塑膠包覆高熱傳導(dǎo)材質(zhì)(導(dǎo)熱系數(shù)κ＞100W/m·K)射出成型，再與鋁擠型或不同制程所制造的散熱裝置組合而成，因此得以大量、快速的制造，并可以降低制造成本。


圖1為本實(shí)用新型的外觀圖。
圖2為本實(shí)用新型的分解圖。
圖3為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例于使用時(shí)的側(cè)視剖面圖(一)。
圖4為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例于使用時(shí)的側(cè)視剖面圖(二)。
圖5為本實(shí)用新型再一較佳實(shí)施例的側(cè)視剖面圖。
元件符號說明1......座體 11......容置空間
13......散熱裝置 111......導(dǎo)引裝置131......上蓋 12......導(dǎo)熱部132......鰭片 121......接觸面14......毛細(xì)結(jié)構(gòu) 122......加熱面2......工作流體 3......電子元件4......風(fēng)扇具體實(shí)施方式
請參閱圖1、2、3所示，本實(shí)用新型設(shè)置有座體1、工作流體2及電子元件3，其中該座體1使用非金屬材質(zhì)所制成，而座體1內(nèi)具有可容置工作流體2的密閉式容置空間11，且容置空間11內(nèi)的大氣壓力低于外界，接近真空狀態(tài)，并于容置空間11的底面設(shè)置有高熱傳導(dǎo)材質(zhì)(κ＞100W/m·K)所制成的導(dǎo)熱部12，而該導(dǎo)熱部12的底面設(shè)置有可接觸電子元件3的接觸面121，且導(dǎo)熱部12的表面設(shè)置有可接觸工作流體2的加熱面122，而該容置空間11的上方具有金屬材質(zhì)所制成的散熱裝置13，且散熱裝置13設(shè)置有上蓋131，并于上蓋131的表面設(shè)置有復(fù)數(shù)間隔排列的鰭片132。
該工作流體2設(shè)置于座體1的容置空間11內(nèi)，且工作流體2可為水、酒精、丙酮或其相互混合成的液體。
該電子元件3接觸于導(dǎo)熱部12所設(shè)置的接觸面121。
請參閱圖3、4所示，當(dāng)電子元件3于發(fā)熱時(shí)，該導(dǎo)熱部12會將熱源快速吸收并傳導(dǎo)至工作流體2，且因座體1使用非金屬材質(zhì)所制成而導(dǎo)熱部12使用高熱傳導(dǎo)材質(zhì)(κ＞100W/m·K)所制成，因此熱源不至擴(kuò)散開來，進(jìn)而可將熱源集中的傳導(dǎo)至加熱面122并對工作流體2快速加熱，且藉由控制容置空間11內(nèi)的壓力，使其接近真空狀態(tài)，而讓工作流體2的沸點(diǎn)降低，而因工作流體2受到加熱面122的加熱產(chǎn)生蒸發(fā)情形，且蒸汽在微小的壓力差下流向散熱裝置13(如圖3的中空箭號所示)，并且釋放出熱源，而釋放出的熱源會被散熱裝置13所設(shè)置的上蓋131所吸收，并傳導(dǎo)至鰭片132并與空氣接觸，而將熱源散去，且蒸氣的熱源被散熱裝置13吸收后會重新凝結(jié)成工作流體2，而凝結(jié)后的工作流體2便因重力或毛細(xì)作用而回至容置空間11底面(如圖4的中空箭號所示)，且工作流體2再次吸收加熱面122的熱源并產(chǎn)生蒸發(fā)情形，如此持續(xù)形成液-汽間的相變，而使熱源可以源源不斷地傳導(dǎo)開來。
請參閱圖5所示，為本實(shí)用新型再一較佳實(shí)施例的側(cè)視剖面圖，由圖中可清楚看出，該散熱裝置13所設(shè)置的上蓋131表面設(shè)置有毛細(xì)結(jié)構(gòu)14，以增加熱交換時(shí)所接觸的散熱面積，而提高液-汽間的相變化的進(jìn)行速度，加速汽化工作流體，且復(fù)數(shù)鰭片132上方所設(shè)置的風(fēng)扇4，可更加快速的使鰭片132上的熱源經(jīng)由強(qiáng)制對流散去，進(jìn)而加快蒸發(fā)后的工作流體2凝結(jié)的速度，且容置空間11內(nèi)可設(shè)置導(dǎo)引裝置111來引導(dǎo)蒸汽順利的流向上蓋。
再者，該散熱裝置13所設(shè)置的上蓋131表面可做成波浪狀或鋸齒狀等其它形狀，以增加熱傳面積，加速冷凝蒸汽成為液體，而該非金屬材質(zhì)可為塑膠材料或陶瓷材料，而高熱傳導(dǎo)材質(zhì)(κ＞100W/m·K)可為銅質(zhì)材料、鋁質(zhì)材料等金屬材料，或石墨、碳化硅、氮化鋁、氮化硼等陶瓷材料以及鋁-碳化硅、石墨-銅、石墨-鋁等復(fù)合材料，且座體1可以經(jīng)由塑膠包覆高熱傳導(dǎo)材質(zhì)(κ＞100W/m·K)所制成的導(dǎo)熱部12射出成型，再與鋁擠型或不同制程所制造的散熱裝置13組合而成，因此得以大量、快速的制造，并可以降低制造成本。
又，該容置空間11內(nèi)可添加金屬或非金屬等密度比工作流體2高的球或粉末、以及陶瓷粉末、陶瓷球等物品，以增加傳熱速率，或使用在非水平方向時(shí)，有助于提升流體2的水位，讓導(dǎo)熱部12可整個(gè)被工作流體2所潤濕，而不會影響散熱器的效率。
綜上，本實(shí)用新型高效率的兩相流蒸發(fā)器可改善習(xí)用結(jié)構(gòu)缺陷的技術(shù)關(guān)鍵在于(一)本實(shí)用新型利用非金屬材質(zhì)所制成的座體1，并于座體1底面設(shè)置由高熱傳導(dǎo)材質(zhì)(κ＞100W/m·K)所制成的導(dǎo)熱部12，而座體1上方具有金屬材質(zhì)所制成的散熱裝置13，而使電子元件3所產(chǎn)生的熱源，幾乎都經(jīng)由導(dǎo)熱部12向上傳導(dǎo)，可有效提升傳熱效率及液-汽相變反應(yīng)速率，同時(shí)由于工作流體2快速在高熱傳導(dǎo)材質(zhì)所制成的導(dǎo)熱部12的加熱面122汽化，而蒸汽會因微小的壓力差流向上方，且釋放出的熱源會被散熱裝置13所吸收，使蒸氣重新冷凝成液體，如此持續(xù)液-汽間的相變化使熱源可以源源不斷地傳導(dǎo)開來，且因蒸發(fā)快速而可得到更佳的散熱效果，以防止熱源積存于電子元件3，以增加電子元件3整體的使用穩(wěn)定性及壽命。
(二)本實(shí)用新型利用非金屬材質(zhì)所制成的座體1，而使散熱器的整體重量大為減輕，可防止電子元件3因散熱器重量過重而產(chǎn)生破裂或損壞，因?yàn)榇俗w1可以經(jīng)由塑膠包覆高熱傳導(dǎo)材質(zhì)所制成的導(dǎo)熱部12射出成型，再與鋁擠型或不同制程所制造的散熱裝置13組合而成，因此得以大量、快速的制造且可以低溫制程制造以降低制造成本。
上述詳細(xì)說明為針對本實(shí)用新型較佳的可行實(shí)施例說明而已，但該實(shí)施例并非用以限定本實(shí)用新型的范圍，凡其它未脫離本實(shí)用新型所揭示的技藝精神下所完成的均等變化與修飾變更，均應(yīng)包含于本實(shí)用新型所涵蓋的范圍中。
權(quán)利要求1.一種高效率的兩相流蒸發(fā)器，為利用液-汽間的相變化以加速散熱效果的散熱器，其特征在于，設(shè)置有非金屬材質(zhì)所制成的座體，而座體內(nèi)具有可容置工作流體的密閉式容置空間，且于容置空間的底面設(shè)置有由導(dǎo)熱系數(shù)大于100W/m·K的高熱傳導(dǎo)材質(zhì)所制成的導(dǎo)熱部，而該導(dǎo)熱部的底面設(shè)置有可接觸預(yù)設(shè)電子元件的接觸面，且導(dǎo)熱部的表面設(shè)置有可接觸工作流體的加熱面，而該容置空間的上方具有金屬材質(zhì)所制成的散熱裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的高效率的兩相流蒸發(fā)器，其特征在于，該散熱裝置設(shè)置有上蓋，且上蓋表面具有復(fù)數(shù)間隔排列的鰭片。
3.如權(quán)利要求2所述的高效率的兩相流蒸發(fā)器，其特征在于，該上蓋表面做成波浪狀或鋸齒狀。
4.如權(quán)利要求2所述的高效率的兩相流蒸發(fā)器，其特征在于，該鰭片的上方進(jìn)一步設(shè)置有風(fēng)扇。
5.如權(quán)利要求2所述的高效率的兩相流蒸發(fā)器，其特征在于，該上蓋表面進(jìn)一步設(shè)置有毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的高效率的兩相流蒸發(fā)器，其特征在于，該容置空間內(nèi)進(jìn)一步設(shè)置有用以引導(dǎo)蒸氣快速流向冷凝部上蓋的導(dǎo)引裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的高效率的兩相流蒸發(fā)器，其特征在于，該非金屬材質(zhì)為塑膠材料。
8.如權(quán)利要求1所述的高效率的兩相流蒸發(fā)器，其特征在于，該非金屬材質(zhì)為陶瓷材料。
9.如權(quán)利要求1所述的高效率的兩相流蒸發(fā)器，其特征在于，該高熱傳導(dǎo)材質(zhì)為銅或鋁。
10.如權(quán)利要求1所述的高效率的兩相流蒸發(fā)器，其特征在于，該高熱傳導(dǎo)材質(zhì)為石墨、碳化硅、氮化鋁或氮化硼陶瓷材料，或?yàn)殇X-碳化硅金屬陶瓷復(fù)合材料。
專利摘要本實(shí)用新型有關(guān)一種高效率的兩相流蒸發(fā)器，其設(shè)置有一非金屬材質(zhì)所制成的座體，而座體內(nèi)具有可容置工作流體的密閉式容置空間，且于容置空間的底面設(shè)置有高熱傳導(dǎo)材質(zhì)(導(dǎo)熱系數(shù)κ＞100W/m·K)所制成的導(dǎo)熱部，而該容置空間的上方具有金屬材質(zhì)所制成的散熱裝置，使電子元件所產(chǎn)生的熱源，幾乎都經(jīng)由導(dǎo)熱部向上傳導(dǎo)，而讓工作流體快速蒸發(fā)，且蒸汽會流向上方并釋放出熱源而重新凝結(jié)成液體，如此持續(xù)液－汽間的相變化使熱源可以源源不斷地傳導(dǎo)開來，以防止熱源積存于電子元件，使電子元件整體的穩(wěn)定性增高以及壽命增長。
文檔編號H01L23/427GK2706870SQ200420048988
公開日2005年6月29日 申請日期2004年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月4日
發(fā)明者黃隆偉 申請人:祥瑩有限公司