具有毛細微結構的薄型導熱裝置的製作方法

2023-04-24 03:11:41

專利名稱：具有毛細微結構的薄型導熱裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型是關於一種薄型導熱裝置，特別是關於一種具有毛細微結構的薄型導 熱裝置。
背景技術：
伴隨著電子元件性能提升的趨勢，高功率化的產品在使用過程中無可避免地會產 生高溫，因而造成產品的可靠度(Reliability)問題，以IC(Integrate Circuit，集成電 路)設計為例，在不斷增加晶片速度和密度的同時，晶片設計者也面臨著各種產品的散熱 問題；另外，就LED(light emitting diode，發光二極體)模塊應用於電子產品而言，為了 維持高功率化的設計，使得散熱效能的課題也備受重視。特別是，由於半導體工藝與IC構裝技術的快速發展，中央處理器(CPU)的計算速 度獲得大幅度的提升，相對地，中央處理器在運作時的熱量也隨之上升，如不能適時移除或 處理這些熱量，將會造成中央處理器運算速度逐漸降低，甚至影響到中央處理器的壽命。最 傳統的作法，是在CPU發熱部位的頂面外加一散熱鰭片及風扇，使其維持於正常的工作溫 度下，為了能夠加速熱量的導出，常見的方法不外乎增加風扇的轉速，或是加大散熱鰭片的 面積而增加熱量對流的速度，但是，增加了風扇的轉速隨之而來的就是噪音與耗電量增加 的問題，而加大散熱鰭片的面積會使得材料成本增加，另外也會使得內部的空間性變差。針對筆記型計算機而言，其主要特性是輕薄短小，為了解決散熱問題，在可用空間 有限又得提升散熱效率的情況下，因此必須實行導熱管(Heat Pipe)技術，其可在很小的截 面積與溫度差之下，將大量的熱量傳送一段可觀的距離，且不需要外加的電源供應即可運 作，在無須動力及空間經濟性的考慮之下而被廣泛的運用。一般的導熱管採用具有良好導 熱效果的銅圓管，將一端封閉後，填充銅粉於管內並予以燒結，於圓管內壁表面形成毛細結 構，然後裝入導熱流體於圓管內，抽真空後封口而成。公知散熱領域中，上述的導熱管由於具有傳熱快的特點而得到廣泛應用，其利用 殼體內的工作流體在氣、液兩相變換時吸收或放出大量熱的原理進行工作，殼體內壁上所 設置的毛細結構是用以回流冷凝液體，該毛細結構的功能主要是一方面提供冷凝後液體快 速回流所需的驅動力，另一方面提供殼體內壁與殼體內液氣接口間的熱傳導路徑。目前常 用的毛細結構主要有絲網式、燒結粉末及溝槽式三種。導熱管內毛細結構所具有的毛細作用力與其有效的毛細孔徑成反比，且管內液體 回流所遭遇的阻力也與毛細結構的有效毛細孔徑成反比，即有效毛細孔徑小，毛細作用力 強且液體回流阻力大。上述不同類型的毛細結構具有不同大小的有效毛細孔徑，其中，溝槽 式毛細結構具有較大的有效毛細孔徑，毛細作用力小且對流體回流阻力也較小；而燒結粉 末與絲網式毛細結構由於均形成多孔構造，因此具有更小的有效毛細孔徑，對液體能產生 更大的毛細作用力，但隨著孔隙變小，對液體回流阻力也增加，這是因為如果有效毛細孔徑 過小，流體所受到的摩擦阻力與粘滯力也越大。不同類型的毛細結構與管外熱源的熱傳遞 效果也不相同，其中，具有較小孔徑的燒結粉末與絲網式毛細結構可增加與導熱管管壁接觸面積，並且還可增加與管內工作液體的接觸總表面積，因而也更有利於熱量從外界熱源 傳遞至管內，為外界熱源所散發的熱量進入管內提供更有效的熱傳導路徑。傳統的導熱管和導熱板包括金屬殼體及設於殼體內的毛細結構，該導熱管一端形 成蒸發段，另一端形成冷凝段，且根據應用需要可在兩段中間布置絕熱段，該蒸發段用於接 收外界熱源的熱量，並且把熱量傳遞給管內的工作液體，使其蒸發，絕熱段主要是負責傳輸 蒸汽，並擔負著與外界隔熱的作用，該冷凝段的作用是使氣態的蒸汽冷凝，並把熱量通過管 壁傳到管外。當導熱管的蒸發段置於高溫熱源處，殼體內的工作液體受熱而蒸發成氣態，該 蒸汽經由殼內空腔流向冷凝段後放出熱量而冷凝成液態，該冷凝液體在殼體內壁毛細結構 的吸附力下快速返回蒸發段並繼續下一次循環，將熱量從一處傳遞至另一處。而一般的導熱管為同一圓徑且導熱管內部從蒸發段至冷凝段一般是採用單一形 式的毛細結構，如單一溝槽式結構、單一燒結粉末式結構或單一絲網式結構，因此，導熱面 積與導熱效率都是固定的，且在導熱管操作的每一局部所能承受的最大熱流密度幾乎是一 致的，而過大的導熱面積也會連帶使整體的體積變大，而受限在空間內部狹小的問題便不 能大量使用了 ；另外，為了提高導熱的效率又必須採用縮小管徑的措施，二者無法兼顧，而 使得導熱管本身優點反倒被限制住。而且，結構單一的毛細結構無法同時兼顧較小的流體 回流阻力與較大的毛細作用力，且也不能同時在外界熱源與管內工作液體之間提供有效的 熱傳導路徑。傳統的導熱管和導熱板架構必須具有相當多的支撐柱以支撐外殼，才能形成足夠 的毛細空間，相當不經濟，且也使得導熱裝置體積變大無法薄型化，再者這些公知方式所形 成的毛細結構只具有一種孔隙尺寸，對於提升毛細吸力及降低流阻又無法兼顧，因此，如何 達到最佳的散熱空間與效果則為目前產業亟欲解決的課題。

實用新型內容有鑑於此，本實用新型的主要目的在於提供一種導熱效率高、體較小、能提升毛細 吸力及降低流阻的具有毛細微結構的薄型導熱裝置。為達到上述目的，本實用新型提供一種具有毛細微結構的薄型導熱裝置，其包 含密閉腔體，該密閉腔體內部為真空環境；至少一層毛細微結構層，該至少一層毛細微結構層設置於密閉腔體的內部，並分 隔密閉腔體內部空間形成便於進行毛細熱傳導效應的冷凝區與熱源區；與熱導流體，該熱導流體位於熱源區，該熱導流體於該熱源區受熱汽化後經由該至 少一層毛細微結構層進行毛細熱傳導效應，並於傳送熱能後至該冷凝區回流。密閉腔體為扁型金屬外殼。毛細微結構層是以連續凹凸狀置於密閉腔體內，且該連續凹凸狀的一側空間為冷 凝區，而另一側空間則為熱源區。毛細微結構層是由擴散結合法或燒結結合法所形成。毛細微結構層的形成材質為銅或鋁。毛細微結構層更包含有相互結合的第一毛細微結構層與第二毛細微結構層。第一毛細微結構層與第二毛細微結構層均為粗化的毛細微結構層。[0021]第一毛細微結構層為粗化的毛細微結構層，第二毛細微結構層為細化的毛細微結 構層。第一毛細微結構層及第二毛細微結構層之中有一局部微結構層是具較佳毛細吸 力，以提升熱傳導效能的細化的毛細微結構層。本實用新型藉由在接近熱源的毛細微結構是細化的毛細微結構，有較佳的毛細吸力 (含水性較佳)的特性，其它部分為粗化的毛細微結構，有效降低流阻(即使冷凝回液態的水快 速回熱源區)，以提升導熱裝置散熱效能，且藉由該毛細結構取代支撐柱狀物，以形成更多的毛 細空間，藉此使導熱裝置可增加導熱面積達到更佳的散熱效果且又能達到薄型化目的。

圖1為本實用新型具有毛細微結構的薄型導熱裝置的第一實施例的示意圖；圖2為本實用新型具有毛細微結構的薄型導熱裝置的第二實施例的側視示意圖；圖2A為本實用新型具有毛細微結構的薄型導熱裝置的第二實施例的前視示意 圖；圖3為本實用新型具有毛細微結構的薄型導熱裝置的第三實施例的側視示意圖；圖3A為本實用新型具有毛細微結構的薄型導熱裝置的第三實施例的前視示意 圖；圖4為本實用新型具有毛細微結構的薄型導熱裝置的第四實施例的側視示意圖；圖4A為本實用新型具有毛細微結構的薄型導熱裝置的第四實施例的前視示意 圖；圖5為本實用新型具有毛細微結構的薄型導熱裝置的第五實施例的側視示意圖；圖5A為本實用新型具有毛細微結構的薄型導熱裝置的第五實施例的前視示意 圖。附圖標記說明[0034]10導熱裝置[0035]11密閉腔體[0036]Ila冷凝區[0037]lib熱源區[0038]12毛細微結構層[0039]12a細化的毛細微結構[0040]12b粗化的毛細微結構[0041]12c凸端點[0042]121第一毛細微結構層[0043]122第二毛細微結構層[0044]13熱導流體[0045]14扁型金屬外殼
具體實施方式本實用新型在此所探討的方向為一種導熱裝置(例如，導熱管或導熱板)。為了能徹底地了解本實用新型，將在下列的描述中提出詳盡的結構及其元件。顯然地，本實用新型 的施行並未限定於導熱裝置的技藝者所熟知的特殊細節。另一方面，眾所周知的結構及其 元件並未描述於細節中，以避免造成本實用新型不必要的限制。本實用新型的較佳實施例 會詳細描述如下，然而除了這些詳細描述之外，本實用新型還可以廣泛地施行在其它的實 施例中，且本實用新型的保護範圍不受限定，其以前述的權利要求範圍為準。根據本實用新型的其中一個較佳實施範例，參考圖1所示，本實用新型提供一種 具有毛細微結構的薄型導熱裝置10，其包含具有內部真空環境的密閉腔體11，密閉腔體 11的內部設置有至少一層毛細微結構層12，該毛細微結構層12為粗化的毛細微結構12b， 可支撐密閉腔體11的主體架構，也取代支撐柱狀物，並分隔密閉腔體11內部空間以形成 冷凝區Ila與熱源區(蒸發區)11b，以便於進行毛細熱傳導效應，且熱源區lib內存放一 適當熱導流體13 (如純水)，其中，毛細微結構層12的形成方法更包含擴散結合法或燒結 結合法，且毛細微結構層12的形成材質為銅或鋁，但也可使用其它散熱性較佳的金屬(如 鋁等)，上述的密閉腔體11可為扁型金屬外殼，且上述的毛細微結構層12是以連續凹凸狀 置於該密閉腔體11內，該連續凹凸狀的一側空間為冷凝區11a，而另一側空間則為熱源區 11b，且藉由該連續凹凸狀的兩個或兩個以上凸端點12c支撐該扁型金屬外殼，藉此，熱導 流體13在熱源區(蒸發區)lib吸收熱源所發出熱量後(即受熱後)即會汽化，經由冷凝 區Ila將熱量發散冷凝回復呈液態，然後熱導流體13再回流至熱源區(蒸發區)lib而形 成反覆循環的熱傳導效應。在上述實施例中，是使用單一毛細微結構層，請參考圖2、圖2A、圖3及圖3A所示， 上述的毛細微結構層12更包含有相互結合的第一毛細微結構層121與第二毛細微結構層 122，該第一毛細微結構層121及第二毛細微結構層122是以連續凹凸狀置於該密閉腔體11 內，且藉由該連續凹凸狀的兩個或兩個以上凸端點12c支撐該扁型金屬外殼，該第一毛細 微結構層121及第二毛細微結構層122之中有一局部微結構層是細化的毛細微結構層12a， 其中，該連續凹凸狀的毛細微結構層12 —側空間為熱源區1 Ib (蒸發區)，該熱源區1 Ib (蒸 發區)的位置一般是對應於熱源14(如計算機CPU)的位置，其中，在熱源區lib毛細微結 構是細化的毛細微結構12a，其具有較佳的毛細吸力(含水性較佳)的特性，而另一側空間 則為冷凝區11a，此區毛細微結構是粗化的毛細微結構12b，可有效降低流阻(即使冷凝回 液態的水快速導回熱源區11b)，藉此，在熱源區lib細化的毛細微結構12a，因為有較佳毛 細吸力，使得熱源區lib有較充足的熱導流體，以提升熱導流體蒸發量，另一方面，在冷凝 區Ila因為粗化的毛細微結構12b可有效降低流阻(即使冷凝回液態的水快速導回熱源區 11b)，如此形成一較佳化的反覆循環，可顯著提升導熱裝置10的散熱效能。參考圖4及圖4A所示，承上所述，依據熱源14的效能不同，上述的第一毛細微結 構層121與第二毛細微結構層122，也可均為粗化的毛細微結構12b，或者是上述的第一毛 細微結構層121是粗化的毛細微結構12b，而第二毛細微結構層122是細化的毛細微結構 12a(如圖5及圖5A所示)，當然如有需要，毛細微結構層12也可設置為更多層。由上所述說明，可知本實用新型的具有毛細微結構的薄型導熱裝置具有下列優點。1、本實用新型藉由在熱源區的毛細微結構設置為細化的毛細微結構，其具有較佳 的毛細吸力(含水性較佳)的特性，而其它部分為粗化的毛細微結構，有效降低流阻(即使冷凝回液態的水快速回熱源區)，如此形成一較佳化的反覆循環，可顯著提升導熱裝置的散 熱效能；2、本實用新型藉由該毛細結構取代支撐柱狀物，以形成更多的毛細空間，藉此使 導熱裝置可增加導熱面積達到更佳的散熱效果且又能達到薄型化目的；3、本實用新型可依據熱源14的效能不同，來設置粗化或細化的毛細微結構層，又 或者是單一或多層的毛細微結構層，來提高導熱裝置的散熱效率，因此極具有實用性。顯然地，依照上面實施例中的描述，本實用新型可能有許多的修正與差異。因此需 要在其附加的權利要求項的範圍內加以理解，除了上述詳細的描述外，本實用新型還可以 廣泛地在其它的實施例中施行。上述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用以限定本 新型的保護範圍；凡在其它未脫離本實用新型所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾， 均應包含在權利要求範圍內。
權利要求一種具有毛細微結構的薄型導熱裝置，其特徵在於，該具有毛細微結構的薄型導熱裝置包含密閉腔體，該密閉腔體內部為真空環境；至少一層毛細微結構層，該至少一層毛細微結構層設置於所述密閉腔體的內部，並分隔所述密閉腔體內部空間形成便於進行毛細熱傳導效應的冷凝區與熱源區；與熱導流體，該熱導流體位於所述熱源區。
2.如權利要求1所述的具有毛細微結構的薄型導熱裝置，其特徵在於，所述密閉腔體 為扁型金屬外殼。
3.如權利要求1所述的具有毛細微結構的薄型導熱裝置，其特徵在於，所述毛細微結 構層是以連續凹凸狀置於所述密閉腔體內，且該連續凹凸狀的一側空間為所述冷凝區，而 另一側空間則為所述熱源區。
4.如權利要求1所述的具有毛細微結構的薄型導熱裝置，其特徵在於，所述毛細微結 構層是由擴散結合法或燒結結合法所形成。
5.如權利要求1所述的具有毛細微結構的薄型導熱裝置，其特徵在於，所述毛細微結 構層的形成材質為銅或鋁。
6.如權利要求1所述的具有毛細微結構的薄型導熱裝置，其特徵在於，所述毛細微結 構層更包含有相互結合的第一毛細微結構層與第二毛細微結構層。
7.如權利要求6所述的具有毛細微結構的薄型導熱裝置，其特徵在於，所述第一毛細 微結構層與所述第二毛細微結構層均為粗化的毛細微結構層。
8.如權利要求6所述的具有毛細微結構的薄型導熱裝置，其特徵在於，所述第一毛細 微結構層為粗化的毛細微結構層，所述第二毛細微結構層為細化的毛細微結構層。
9.如權利要求6所述的具有毛細微結構的薄型導熱裝置，其特徵在於，所述第一毛細 微結構層及所述第二毛細微結構層之中有一局部微結構層是具較佳毛細吸力，以提升熱傳 導效能的細化的毛細微結構層。
專利摘要本實用新型公開了一種具有毛細微結構的薄型導熱裝置，其包含有密閉腔體、設置於密閉腔體內的至少一層毛細微結構層及熱導流體，該至少一層毛細微結構層能進行毛細熱傳導效應，其中藉由在接近熱源的毛細微結構是細化的毛細微結構，有較佳的毛細吸力(含水性較佳)的特性，其它部分為粗化的毛細微結構，有效降低流阻(即使冷凝回液態的水快速回熱源區)，以提升導熱裝置散熱效能。
文檔編號H05K7/20GK201758510SQ20102024721
公開日2011年3月9日 申請日期2010年7月5日 優先權日2010年7月5日
發明者周業勳 申請人:周業勳