專(zhuān)利名稱(chēng)：氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別是關(guān)于一種利用相變化原理進(jìn)行散熱的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著電子信息產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，各式電子產(chǎn)品如計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等更新?lián)Q代的速度明顯加快，功能也越來(lái)越強(qiáng)大，但同時(shí)其內(nèi)的電子元件如中央處理器等產(chǎn)生的熱量也同步增多。為確保電子元件的正常運(yùn)行，業(yè)界通常藉由安裝散熱裝置以對(duì)其進(jìn)行散熱冷卻。
為解決高熱密度的散熱問(wèn)題，業(yè)界發(fā)明了各種利用毛細(xì)原理的散熱解決方案，如現(xiàn)有散熱領(lǐng)域中使用的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)。一般而言，氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)是在一特定形狀的殼體內(nèi)形成一腔體，并在該腔體內(nèi)比如殼體內(nèi)壁上設(shè)置多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)，再于腔體內(nèi)充入適量工作液體如氨水、甲醇、水或丙酮等，使緊貼于殼體內(nèi)壁之多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)浸透工作液體后將該腔體抽成真空并密閉該殼體而形成。當(dāng)其與熱源接觸時(shí)，腔內(nèi)靠近蒸發(fā)區(qū)的工作液體即吸收熱量而蒸發(fā)汽化，蒸汽充滿(mǎn)整個(gè)真空室，當(dāng)蒸汽接觸到任何一較冷的內(nèi)壁(冷凝區(qū))時(shí)，即釋放熱量凝結(jié)成液體，液體再沿多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)藉由毛細(xì)作用或重力作用流回蒸發(fā)區(qū)，如此循環(huán)不已，將熱量由熱源接觸處傳至氣密性腔體的冷端表面。目前常用的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)有用于傳熱的熱管(HeatPipe)及用作均熱功能的蒸發(fā)腔(Vapor Chamber).
目前，氣密性腔體散熱產(chǎn)品已被應(yīng)用至電子散熱領(lǐng)域，但由于目前在制程上的不成熟，使得氣密性腔體散熱產(chǎn)品于航天領(lǐng)域之外的其它如電子散熱領(lǐng)域之應(yīng)用還并不廣泛。目前氣密性腔體散熱產(chǎn)品的制造方法主要為采用多件焊接形成，然而，焊接制程工序復(fù)雜，焊件的加工與焊接工序要求焊件壁厚有一定強(qiáng)度要求，造成加工后的成品厚重，且由于焊接存在接點(diǎn)，使產(chǎn)品的氣密可靠性降低，產(chǎn)品品質(zhì)得不到保證。
另外，目前現(xiàn)有之熱管內(nèi)的毛細(xì)結(jié)構(gòu)一般是采用單一均勻孔隙的多孔構(gòu)造。然而，在熱管的所有操作極限中，毛細(xì)結(jié)構(gòu)的毛細(xì)極限是制約熱管性能最重要的因素，有效提高熱管的毛細(xì)力并同時(shí)降低對(duì)回流液體的阻力，即成為提高熱管性能的主要方式。由于上述結(jié)構(gòu)單一之毛細(xì)結(jié)構(gòu)在熱管操作之每一局部所能承受之最大熱流密度幾乎是一致的，無(wú)法同時(shí)兼顧較大的毛細(xì)作用力與較小的液體回流阻力，當(dāng)液體由于回流不及時(shí)而無(wú)法迅速補(bǔ)充吸熱端之蒸發(fā)液體時(shí)，則容易引發(fā)干燒(dry out)現(xiàn)象而損壞熱管。

發(fā)明內(nèi)容為解決由于焊接制程而對(duì)氣密性腔體產(chǎn)品之品質(zhì)造成影響以及防止熱管內(nèi)冷卻液體回流不及時(shí)而引發(fā)干燒的技術(shù)問(wèn)題，有必要提供一種能夠提升產(chǎn)品品質(zhì)的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，以及提供一種能加速冷卻液體回流的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)。
該氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，包括如下步驟提供一發(fā)泡金屬骨架，該發(fā)泡金屬骨架之內(nèi)部形成一通道；將該發(fā)泡金屬骨架放入電鑄槽中進(jìn)行電鑄，于該發(fā)泡金屬骨架之外表面上電鑄形成一殼體；往該殼體內(nèi)充入工作流體并密閉該殼體，得到以該發(fā)泡金屬骨架為毛細(xì)結(jié)構(gòu)的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)。
該氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)包括一殼體，該殼體內(nèi)形成一中空腔體，該腔體內(nèi)貼近殼體的內(nèi)壁上設(shè)置有內(nèi)部形成有氣流通道的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，該毛細(xì)結(jié)構(gòu)由發(fā)泡金屬構(gòu)成，該殼體包括一蒸發(fā)區(qū)與一冷凝區(qū)，該毛細(xì)結(jié)構(gòu)的孔徑沿蒸發(fā)區(qū)至冷凝區(qū)呈從小到大的順序排布。
上述氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)之制造方法是通過(guò)電鑄的方式一體成型制成，結(jié)構(gòu)輕薄，且使產(chǎn)品之品質(zhì)得到提升。上述氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)之毛細(xì)結(jié)構(gòu)由于設(shè)計(jì)成孔徑呈梯度分布，在保證軸向方向上冷凝液回流到蒸發(fā)區(qū)的毛細(xì)力的情況下，減少冷凝液回流的流阻，加速冷卻液體回流，從而可防止干燒現(xiàn)象發(fā)生，且在蒸發(fā)區(qū)由于孔徑較小而能獲得更大的蒸發(fā)面積，從而從整體上提升熱傳性能。

下面參考附圖，結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
圖1是本發(fā)明氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)其中一實(shí)施例的俯視圖。
圖2是沿圖1中II-II線(xiàn)之剖面示意圖。
圖3是沿圖1中III-III線(xiàn)之剖面示意圖。
圖4是本發(fā)明氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)之制造方法的流程示意圖。
圖5是依圖4所示步驟提供的發(fā)泡金屬骨架的截面示意圖。
圖6是圖4所示發(fā)泡金屬骨架放入一模具后的剖面示意圖。
圖7是圖4所示發(fā)泡金屬骨架封入填充物后的截面示意圖。
圖8是圖7所示封入填充物后發(fā)泡金屬骨架置入電解槽后的剖面示意圖。
圖9是依圖8電解后所得產(chǎn)品的剖面示意圖。
圖10是圖4所示方法制得的熱管的徑向剖示圖。
圖11是圖10所示熱管的軸向剖示圖。
具體實(shí)施方式圖1至圖3為依據(jù)本發(fā)明之制造方法所制得的其中一種氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)，該散熱結(jié)構(gòu)10是一體成型制成，呈扁平板狀結(jié)構(gòu)，其適合于具有狹小空間的產(chǎn)品，比如筆記型計(jì)算機(jī)等。該散熱結(jié)構(gòu)10包括一殼體12，該殼體12內(nèi)形成中空之腔體，該殼體12整個(gè)內(nèi)壁上設(shè)置有由發(fā)泡金屬構(gòu)成之多孔性毛細(xì)結(jié)構(gòu)16，且該殼體12內(nèi)填充有工作流體(圖未示)以浸透該毛細(xì)結(jié)構(gòu)16并作為熱量傳輸之載體，該殼體12內(nèi)未被毛細(xì)結(jié)構(gòu)16填充的部分則形成供蒸汽流動(dòng)與傳輸?shù)臍饬魍ǖ?4。該殼體12的相對(duì)兩側(cè)上設(shè)有開(kāi)口121，以供往殼體12內(nèi)充入工作流體。
在運(yùn)用時(shí)，該散熱結(jié)構(gòu)10可用作均熱板，即用于將熱源的熱量均勻分布于散熱面上。比如，可將熱源設(shè)置在該散熱結(jié)構(gòu)10之殼體12的底部123，藉由工作流體受熱蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽而將熱量快速傳遞并分布于該殼體12的頂部124，達(dá)到將熱量均勻分布該頂部124，蒸汽放出熱量冷凝后即可藉由毛細(xì)結(jié)構(gòu)16而返回至底部123繼續(xù)循環(huán)。此時(shí)，為增加殼體12的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在該殼體12內(nèi)的毛細(xì)結(jié)構(gòu)16還一體形成有的多根豎筋161，如圖2所示，該等豎筋161可還可促使于頂部124冷凝的液體能及時(shí)并完全地回流到底部123進(jìn)行蒸發(fā)。
該散熱結(jié)構(gòu)10還可用于將熱量從一處傳遞至另一處，比如，可將熱源設(shè)置在該殼體12一端的蒸發(fā)區(qū)126上，藉由工作流體受熱蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽而將熱量帶至該殼體12一端的冷凝區(qū)127并散發(fā)出去，蒸汽放出熱量后變成的冷凝液體即可藉由毛細(xì)結(jié)構(gòu)16而返回至蒸發(fā)區(qū)126繼續(xù)循環(huán)。此時(shí)，為增大傳熱量及加速冷卻后的工作液體回流，該毛細(xì)結(jié)構(gòu)16還可設(shè)計(jì)成其孔徑沿蒸發(fā)區(qū)126至冷凝區(qū)127呈從小到大的順序規(guī)律排布，如圖3所示，即在蒸發(fā)區(qū)126內(nèi)的多孔結(jié)構(gòu)孔徑較小，而另一端的冷凝區(qū)127內(nèi)的多孔結(jié)構(gòu)孔徑較大。其中，冷凝區(qū)127內(nèi)由于形成孔隙較大的多孔結(jié)構(gòu)，回流液體在其中所受到的摩擦阻力與黏滯力較小，即對(duì)液體產(chǎn)生的回流阻力較小，便于其回流；而蒸發(fā)區(qū)126內(nèi)由于形成為孔隙較小的多孔結(jié)構(gòu)，對(duì)流體具有較大的毛細(xì)作用力，從而驅(qū)動(dòng)冷凝后的液體產(chǎn)生由冷凝區(qū)127往蒸發(fā)區(qū)126加速運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，進(jìn)一步加速液體回流。如此構(gòu)建所得之梯度分布式毛細(xì)結(jié)構(gòu)16，在保證冷凝液回流到蒸發(fā)區(qū)126的毛細(xì)力的情況下，減少冷凝液回流的流阻，有效防止由于冷卻液不能及時(shí)回流至蒸發(fā)區(qū)126補(bǔ)充蒸發(fā)所需的量而導(dǎo)致的干燒現(xiàn)象發(fā)生，且在蒸發(fā)區(qū)126由于多孔結(jié)構(gòu)之孔徑小而能獲得更大的蒸發(fā)面積，增加工作流體氣液兩相產(chǎn)生相變的蒸發(fā)接觸傳熱，藉此從整體上提升該散熱結(jié)構(gòu)10的熱傳性能。
圖4揭示為本發(fā)明用于制造氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)所使用方法的流程示意圖，其主要包括如下四個(gè)步驟提供一發(fā)泡金屬骨架→電鑄前處理→電鑄→電鑄后處理。
下面以圖1至圖3所示的散熱結(jié)構(gòu)10作為實(shí)施例針對(duì)上述制造方法進(jìn)行實(shí)例說(shuō)明。首先，提供用作毛細(xì)結(jié)構(gòu)16的一發(fā)泡金屬骨架20，如圖5所示，該發(fā)泡金屬骨架20之內(nèi)部形成有中空的通道22。其中，該發(fā)泡金屬骨架20可用制備的方法提供，常用的制備方法主要有電鑄法、鑄造法、發(fā)泡法、滲流法等，其中電鑄法是以高孔隙的泡沫材料(如氯化聚氨脂)為骨架經(jīng)過(guò)導(dǎo)電預(yù)處理后，在其骨架表面電鍍一層金屬，經(jīng)過(guò)高溫焙燒去掉該泡沫材料骨架，即形成網(wǎng)絡(luò)泡沫金屬；鑄造法是以泡沫材料(如氯化聚氨脂)為骨架，首先在骨架孔隙中灌入耐高溫的陶瓷漿料，待漿料固化后高溫焙燒去掉泡沫材料骨架，澆入金屬液后抽真空，使金屬液在負(fù)壓下滲入多孔陶瓷體的孔隙中，凝固后將陶瓷成分去除掉，即得到孔隙均勻的泡沫金屬；發(fā)泡法是在金屬溶液中加入發(fā)泡濟(jì)(如金屬氫化物)使其在溶體中產(chǎn)生大量氣泡，冷凝后得到含大量獨(dú)立孔洞的泡沫金屬；滲流法是用加壓(正壓或者負(fù)壓)的方法將金屬液體滲入預(yù)制的多孔體中，冷凝后除去多孔體材料，而獲得具有獨(dú)特孔隙結(jié)構(gòu)的泡沫金屬。為獲得如圖3所示的具有梯度孔徑排布的發(fā)泡金屬骨架，可以在成型發(fā)泡金屬時(shí)通過(guò)工藝手段對(duì)發(fā)泡金屬的生長(zhǎng)方向進(jìn)行控制而制得。
接著，將制得的發(fā)泡金屬骨架20置入一工裝模具30中，并沿模具30的澆入口31往模具30中注入填充物40，以在該發(fā)泡金屬骨架20的孔隙中以及其通道22內(nèi)封入填充物40，該填充物40可以為石蠟，石膏或者聚合物。待注入的填充物40固化后開(kāi)模并冷卻，即得到封有填充物40的發(fā)泡金屬骨架20，如圖6及圖7所示。為針對(duì)下一步電鑄工序做好準(zhǔn)備，將取出的封有填充物40的發(fā)泡金屬骨架20進(jìn)行必要的表面處理，并均勻地在其表面上噴涂一層導(dǎo)電漆50。
然后，便可將準(zhǔn)備好的封有填充物40的發(fā)泡金屬骨架20置于如圖8所示的電鑄槽60中進(jìn)行電鑄，該電鑄槽60中盛裝有電解液61，并在發(fā)泡金屬骨架20兩側(cè)的槽中插入有陰極62與陽(yáng)極63，通電后即可在發(fā)泡金屬骨架20表面上電鑄形成一電鑄層70，如圖9所示。之后對(duì)取出得電鑄產(chǎn)品進(jìn)行必要的電鑄后清洗和電鑄后處理，再將填入的填充物40排出該電鑄層70外，比如可將電鑄后的產(chǎn)品放入烤箱(圖未示)中進(jìn)行烘烤或者經(jīng)過(guò)粉碎及振動(dòng)的方式，使封入的填充物40沿未封閉的兩端開(kāi)口121(請(qǐng)參圖1)排出，同時(shí)，在加熱的情況下亦可使原來(lái)涂布在發(fā)泡金屬骨架20表面的導(dǎo)電漆50熔化并排出。此時(shí)，該發(fā)泡金屬骨架20即形成為該圖1至圖3所示散熱結(jié)構(gòu)10的毛細(xì)結(jié)構(gòu)16，而該電鑄層70即形成為殼體12，該發(fā)泡金屬骨架20內(nèi)的通道22即形成為殼體12內(nèi)的氣流通道14。最后，再進(jìn)行必要的清洗以保證所得到的產(chǎn)品的清潔及干凈，往殼體12內(nèi)充入工作流體及抽真空后封閉殼體12兩端的開(kāi)口121即可。
上述散熱結(jié)構(gòu)10在制作過(guò)程中，通過(guò)電鑄進(jìn)行金屬沉積的方式一體成型制成，省去現(xiàn)有制作過(guò)程中的焊接工序，結(jié)構(gòu)輕薄，適合于薄型電子產(chǎn)品比如筆記型計(jì)算機(jī)等，降低由焊接造成的可靠性隱患，進(jìn)而提升產(chǎn)品品質(zhì)。
本發(fā)明之制造方法除可制作上述板狀之散熱結(jié)構(gòu)10外，亦可用于制作普通之圓形熱管，如圖10及圖11所示，該制得的熱管80包括一管形殼體81，該殼體81內(nèi)壁上形成有其孔徑沿?zé)峁?0軸向上從蒸發(fā)區(qū)811至冷凝區(qū)812呈由小到大的順序梯度排布的發(fā)泡金屬式毛細(xì)結(jié)構(gòu)82，而管體中央則形成供蒸汽流動(dòng)的一氣流通道85，該熱管80完全可按上述制造方法制得，在此各制造步驟不再贅述。
權(quán)利要求
1.一種氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，包括如下步驟提供一發(fā)泡金屬骨架，該發(fā)泡金屬骨架之內(nèi)部形成一通道；將該發(fā)泡金屬骨架放入電鑄槽中進(jìn)行電鑄，于該發(fā)泡金屬骨架之外表面上電鑄形成一殼體；及往該殼體內(nèi)充入工作流體并密閉該殼體，得到以該發(fā)泡金屬骨架為毛細(xì)結(jié)構(gòu)的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征在于還包括在電鑄進(jìn)行之前于該發(fā)泡金屬骨架的孔隙中以及其通道內(nèi)封入填充物。
3.如權(quán)利要求2所述的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征在于該封入的填充物為石蠟、石膏或者聚合物。
4.如權(quán)利要求2所述的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征在于還包括于電鑄后將原封入的填充物排出該殼體。
5.如權(quán)利要求2所述的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征在于還包括在封有填充物之發(fā)泡金屬骨架外表面上噴涂一層導(dǎo)電漆。
6.如權(quán)利要求1所述的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征在于所提供的發(fā)泡金屬骨架是通過(guò)采用電鑄法、鑄造法、發(fā)泡法、滲流法中之其中一種方法制得。
7.如權(quán)利要求6所述的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)之制造方法，其特征在于在制備該發(fā)泡金屬骨架時(shí)，還包括利用工藝手段對(duì)發(fā)泡金屬的生長(zhǎng)方向進(jìn)行控制以使制得的發(fā)泡金屬骨架之孔徑沿生長(zhǎng)方向呈梯度排布。
8.一種氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)，包括一殼體，該殼體內(nèi)形成一中空腔體，該腔體內(nèi)貼近殼體的內(nèi)壁上設(shè)置有內(nèi)部形成有氣流通道的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，其特征在于該毛細(xì)結(jié)構(gòu)由發(fā)泡金屬構(gòu)成，該殼體包括一蒸發(fā)區(qū)與一冷凝區(qū)，該毛細(xì)結(jié)構(gòu)的孔徑沿蒸發(fā)區(qū)至冷凝區(qū)呈從小到大的順序排布。
9.如權(quán)利要求8所述的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述該殼體為扁平板狀。
10.如權(quán)利要求9所述的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于所述該毛細(xì)結(jié)構(gòu)還一體設(shè)置有至少一根上下連通的豎筋。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)及其制造方法，該方法包括如下步驟提供一發(fā)泡金屬骨架，該發(fā)泡金屬骨架之內(nèi)部形成一通道；將該發(fā)泡金屬骨架放入電鑄槽中進(jìn)行電鑄，于該發(fā)泡金屬骨架之外表面上電鑄形成一殼體；往該殼體內(nèi)充入工作流體并密閉該殼體，得到以該發(fā)泡金屬骨架為毛細(xì)結(jié)構(gòu)的氣密性腔體散熱結(jié)構(gòu)，該方法是通過(guò)電鑄的方式一體成型制成，結(jié)構(gòu)輕薄，且使產(chǎn)品之品質(zhì)得到提升。同時(shí)，為提升熱傳性能，該毛細(xì)結(jié)構(gòu)的孔徑亦可設(shè)計(jì)成呈梯度分布，以減少冷凝液回流的流阻，防止干燒現(xiàn)象發(fā)生。
文檔編號(hào)H01L23/34GK1901176SQ20051003615
公開(kāi)日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者黃清白, 孟勁功 申請(qǐng)人:富準(zhǔn)精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻準(zhǔn)精密工業(yè)股份有限公司