平板傳熱裝置及其製造方法
2023-05-03 13:42:31 1
專利名稱：平板傳熱裝置及其製造方法
技術領域：
本發明涉及用於電子設備的平板傳熱裝置，更具體地，涉及一種平板傳熱裝置，其用於通過防止冷卻裝置的殼體變形同時確保蒸汽通道，來確保產品的可靠性以及提高傳熱性能。
背景技術：
近來，隨著高度集成技術的發展，諸如筆記本計算機或者PDA的電子設備變得更小更薄。此外，為了滿足對提高電子設備的較高響應性的日益增長的需求，電子設備的功耗趨於逐漸增大。功耗的增大還導致電子設備中的電子元件在電子設備的操作過程中產生大量的熱量。因此，在電子設備中使用各種類型的平板傳熱裝置，以將熱量散發到外部。
作為用於對電子元件進行冷卻的冷卻裝置的示例，熱管(heat pipe)是眾所周知的。該熱管被構造用來對容器進行密封，以在將密封容器的內部減壓至真空並且隨後在其中充入工作流體後，將容器的內部與大氣隔離。對於其操作，工作流體在安裝有熱管的熱源附近被加熱並蒸發，然後流入冷卻單元中。在冷卻單元中，蒸汽被再次冷凝為液態，然後返回到其初始位置。因此，由於這種循環結構而使熱源中產生的熱量散發到外部，從而可以使該裝置冷卻。
授予Akachi的美國專利No.5,642,775公開了一種平板熱管結構，其具有薄膜板，該薄膜板具有被稱為毛細管道並且其中充滿了工作流體的細微通道。當加熱該板的一端時，工作流體被加熱並蒸發為蒸汽，然後移動到位於各個通道另一端的冷卻單元中。然後，再次冷卻並冷凝工作流體，並隨後使其移動到加熱單元。Akachi的平板熱管可以應用於主板和印刷電路板之間。然而，在其製造方面，使用擠壓成形來形成這種小而密集的毛細管道是非常困難的。
授予Itoh的美國專利No.5,306,986公開了一種氣密的縱長容器和填充在該容器中的熱量載體(工作流體)。在上述專利中，在該容器的內側形成斜槽，並且該容器具有多個銳角轉角(sharp corner)，以使得冷凝的工作流體可以均勻地分布在該容器的整個面積上，以有效地吸收和散發熱量。
授予Li等人的美國專利No.6,148,906公開了一種平板熱管，用於將來自位於電子設備主體中的熱源的熱量傳遞到位於外部的散熱片。這種熱管包括底板，其具有用於容納多個杆的多個凹坑；以及頂板，用於覆蓋底板。對底板、頂板和杆之間的空間進行減壓並填充工作流體。如上所述，在通道中的工作流體從加熱單元吸收熱量，並以氣態移到冷卻單元，然後工作流體在該冷卻單元中散熱並冷凝。通過這種循環操作，工作流體對該裝置進行冷卻。
圖1表示作為傳統冷卻裝置的另一示例的安裝在熱源100和散熱片200之間的散熱器。該散熱器被構造為在厚度較小的密封金屬殼體1中充有工作流體。在金屬殼體1的內側形成燈芯結構(wick structure)2。將在熱源100處產生的熱量傳遞給與熱源接觸的散熱器上的燈芯結構2的一部分。在該區域中，容納在燈芯結構2中的工作流體蒸發並通過金屬殼體1的內部空間3擴散到所有方向。在通過散熱片200附近的冷卻區域處的燈芯結構2散發熱量之後，該工作流體冷凝。將在上述冷凝處理中散發的熱量傳遞給散熱片200，並且隨後使用冷卻風扇300通過強制對流加熱方法而散發到外部。
上述冷卻裝置應該具有下述空間，其中由於液態的工作流體可以吸收來自熱源的熱量並且蒸發，所以蒸汽可在該空間中流動，並且所蒸發的蒸汽可以再次移動到冷卻區域。然而，在厚度較小的平板傳熱裝置中形成蒸汽通道並不容易。具體地，由於平板傳熱裝置的殼體將其內部保持為真空，所以在製造過程中頂板和底板可能會變形或被壓壞，從而導致產品的可靠性降低。
因此，本發明的發明人尋找一種形成蒸汽通道的方法，該方法除了可以防止在厚度逐漸減小的平板傳熱裝置中的殼體板的變形以外，還可以確保所蒸發的工作流體平穩流動。
發明內容
因此，本發明被設計用來解決現有技術的上述問題，並且本發明的一個目的是提供一種平板傳熱裝置，其可以形成其中所蒸發的工作流體可以在冷卻裝置的殼體中平穩流動的空間，並且該平板傳熱裝置還插入在頂板和底板之間以對它們進行支撐，從而通過防止頂板和底板變形或被壓壞來確保產品的可靠性。
為了實現上述目的，本發明提供了一種平板傳熱裝置，其包括導熱平板殼體，其安裝在熱源和散熱單元之間，用於容納工作流體，該工作流體在從熱源吸收熱量以後蒸發，並且在散熱單元處散發熱量後冷凝；以及至少一層網，其安裝在殼體中並具有交替編織的多條線，其中，從該網的結點開始沿這些線的表面形成蒸汽通道，以使所蒸發的工作流體可以在其中流過。
優選地，該網的網孔(opening)間距[M＝(1-Nd)/N]的範圍在0.19mm到2.0mm之間，其中N是網格數，d是線的直徑(英寸)，並且該網線的直徑範圍在0.17mm到0.5mm之間。
此外，該網的網孔面積的範圍優選地在0.036mm2到4.0mm2之間。
優選地，根據ASTM標準E-11-95，該網格數不大於60。
在本發明的另一方面中，該網包括至少一層稀疏網，用於為所蒸發的工作流體提供蒸汽通道；以及至少一層密集網，其具有比稀疏網相對大的網格數，並且為液態工作流體提供液體通道。
優選地，該密集網的網孔間距[M＝(1-Nd)/N]的範圍在0.019mm到0.18mm之間，其中N是網格數，d是線的直徑(英寸)，並且該密集網線的直徑範圍在0.02mm到0.16mm之間。
優選地，該密集網的網孔面積範圍在0.00036mm2到0.0324mm2之間。
此外，根據ASTM標準E-11-95，該密集網的網格數不大於80。
優選地，該密集網設置在熱源附近，位於密集網上面的稀疏網設置在散熱單元附近。
根據本發明的另一方面，該稀疏網可以插入在多個密集網層之間。
根據本發明的另一方面，還可以在多個密集網之間設置至少一層附加密集網，用於將這些密集網和稀疏網的至少一部分相連，以便為工作流體提供液體通道。
根據本發明的另一方面，還可以包括至少一層中間網，其具有比稀疏網相對大而比密集網相對小的網格數。
優選地，該稀疏網插入在該密集網和中間網之間。
更優選地，還可以在密集網和中間網之間設置至少一層附加密集網，用於將密集網層和中間網層與稀疏網的至少一部分相連，以便提供通道。
作為另選，還可以在密集網和中間網之間設置至少一層附加中間網，用於將密集網層和中間網層與稀疏網的至少一部分相連，以便提供通道。
根據本發明的優選實施例，還提供了一種平板傳熱裝置，其中將該密集網設置在熱源附近，以使工作流體通過從熱源吸收的熱量而蒸發為蒸汽，其中將該稀疏網設置為與密集網接觸，以提供蒸汽通道，所蒸發的工作流體通過該蒸汽通道流動，並且其中將該中間網設置在散熱單元附近並與稀疏網接觸，以將熱量散發給散熱單元，從而使該蒸汽冷凝。
根據本發明的另一實施例，該中間網可以具有蒸汽流動空間，以使得來自稀疏網的蒸汽可以在其中流動。
根據本發明的另一實施例的平板傳熱裝置，還可以包括安裝在平板殼體中並與網接觸的燈芯結構，其中該燈芯結構在其表面上具有多個突起，以使得工作流體可以在該燈芯結構中流動，並且使用從熱源吸收的熱量使工作流體蒸發，並且隨後傳送到該網。
優選地，可以使用電解銅薄膜來製造該平板殼體，以使粗糙表面變成該殼體的內側面。
此外，該網優選地由選自包括金屬、聚合物和塑料在內的組中的一種材料製成。這裡，該金屬選自包括銅、鋁、不鏽鋼和鉬或者它們的合金在內的組。
此外，本發明優選實施例中的平板殼體由選自包括金屬、聚合物和塑料在內的組中的一種材料製成，並且該金屬選自包括銅、鋁、不鏽鋼和鉬或者它們的合金在內的組。
根據本發明的另一方面，提供了一種用於製造平板傳熱裝置的方法，其包括以下步驟分別形成導熱平板殼體的頂板和底板；將至少一層網插入該殼體中，該網具有交替編織的多條線，以形成蒸汽通道，所蒸發的蒸汽能夠通過該蒸汽通道從該網的結點沿這些線的表面流動；通過組合該頂板和底板來形成殼體；在真空狀態下將工作流體充入該組合殼體；以及密封充有工作流體的殼體。
根據本發明的另一方面，還提供了一種用於製造平板傳熱裝置的方法，該方法包括以下步驟分別形成導熱平板殼體的頂板和底板；將至少一層稀疏網和至少一層密集網插入該殼體中，該稀疏網具有交替編織的線，並形成蒸汽通道，所蒸發的工作流體能夠通過該蒸汽通道沿這些線的表面流到網的結點，該密集網具有比稀疏網相對大的網格數，並為工作流體提供液體通道；通過組合該頂板和底板來形成殼體；在真空狀態下將工作流體充入該組合殼體；以及密封充有工作流體的殼體。
優選地，使用選自包括銅焊、TIG焊、錫焊(soldering)、雷射焊、電子束焊接、摩擦焊、粘結和超聲波焊接在內的組中的一種工藝來組合該頂板和底板。
在以下結合附圖的詳細說明中，將更加全面地描述本發明優選實施例的這些和其它特徵、方面和優點。在附圖中圖1是表示根據現有技術的平板傳熱裝置的示例的剖視圖；圖2是表示根據本發明優選實施例的平板傳熱裝置的剖視圖；圖3是表示根據本發明另一實施例的平板傳熱裝置的剖視圖；圖4是表示根據本發明另一實施例的平板傳熱裝置的剖視圖；圖5是表示根據本發明優選實施例的所採用的稀疏網的結構的平面圖；圖6是表示根據本發明優選實施例的所採用的密集網的結構的平面圖；
圖7是詳細表示根據本發明優選實施例的所採用的密集網的一部分的平面圖；圖8是表示根據本發明優選實施例的形成在網中的蒸汽通道的側剖視圖；圖9是表示根據本發明優選實施例的形成在網中的彎液面(meniscus)的側剖視圖；圖10是表示與圖7相似的具有彎液面的網的平面圖；圖11是表示根據本發明另一實施例的平板傳熱裝置的結構的剖視圖；圖12是表示根據本發明另一實施例的平板傳熱裝置的結構的剖視圖；圖13是表示根據本發明另一實施例的平板傳熱裝置的結構的剖視圖；圖14是表示根據本發明另一實施例的平板傳熱裝置的結構的剖視圖；圖15是表示根據本發明另一實施例的平板傳熱裝置的結構的剖視圖；圖16是沿圖15的B-B』線截取的剖視圖；以及圖17是沿圖16的C-C』線截取的剖視圖。
具體實施例方式
下文中，將參照附圖詳細地描述本發明的優選實施例。
圖2是表示根據本發明優選實施例的平板傳熱裝置的剖視圖。參照圖2，本發明的平板傳熱裝置包括平板殼體10，其插入在熱源100和諸如散熱片的散熱單元400之間；網21，容納在殼體10中；以及用作為介質的工作流體，用於傳遞殼體10中的熱量。
平板殼體10由具有優異導熱性的金屬、導電聚合物或導熱塑料製成，以使其可以容易地從熱源100吸收熱量，並在散熱單元400處散熱。
根據本發明，形成有交替編織的多根線的網21設置在平板殼體10的頂板11和底板12之間。在圖5和圖7中詳細地示出了網21的平面圖。
參照圖5和圖7，使用交替編織的水平線22a和22b以及縱向線23a和23b來編織網21。該網21可以由金屬、聚合物和塑料中的任何一種製成。優選地，該金屬是銅、鋁、不鏽鋼、鉬或它們的合金中的一種。此外，根據傳熱裝置的殼體形狀，可以將網21製成各種形狀，例如直角或正方形，如稍後所述。
參照圖7，網21的網孔間距(M)通常表示如下。
方程1M＝(n-Nd)/N這裡，d是金屬線的直徑(英寸)，N是網格數(即，一英寸中存在的網格數量)。
在本發明中，網21成為用於提供蒸汽通道的裝置，由熱源100蒸發的工作流體可以通過該蒸汽通道流動。具體地，參照圖8(其部分地示出了一張網的側視圖)，網21被設置為使得水平線22b接觸縱向線23a的下表面和另一縱向線23b的上表面。此時，在水平線22b的上表面和下表面附近分別形成多個空間，並且這些空間用作為蒸汽通道(Pv)。從結點(J)沿各條線的表面形成蒸汽通道(Pv)，水平線22b在該結點(J)處與縱向線23a和23b接觸。隨著該蒸汽通道(Pv)遠離結點(J)，其截面逐漸變窄。此外，如圖7中所示，從所有的結點(J)開始沿所有方向(即，上/下/右/左)形成蒸汽通道(Pv)，水平線22b在該結點(J)處與縱向線23a和23b接觸。因此，工作流體蒸汽可以通過這些通道平穩地擴散到所有方向。使用以下方程來計算該蒸汽通道(Pv)的最大截面(A)。
方程2A＝(M+d)·d-πd2如以上方程1和2所示，隨著網格數(N)的減少和線直徑(d)的增大，最大流動路徑截面(A)增大。
另一方面，如圖9所示，由於蒸汽通道中的工作流體在水平線22b與縱向線23a和23b的結點(J)處的表面張力而形成了彎液面26。因此，有效蒸汽通道(Pv』)的截面減小，而最大流動路徑截面(A)沒有減小。這裡，隨著網格數(N)減小以及線直徑(d)增大，彎液面26的面積與最大流動路徑截面(A)的比率減小。在密封殼體中安裝該網並填充工作流體以實現熱管的情況下，如果網格數(N)非常大並且線直徑(d)非常小，則最大流動路徑截面(A)大大減小，從而增加了流阻。甚至在更嚴重的情況下，由於表面張力而可能使蒸汽通道阻塞，從而蒸汽可能無法流動。根據發明人的試驗，在遵循ASTM標準E-11-95的網的情況下，網格數(N)不大於60，並且可以將其應用於本發明。此時，如果線直徑(d)超過0.17mm，則不會阻礙工作流體蒸汽的流動，這是因為最大流動路徑截面(A)足夠大。
根據發明人的試驗，網線的直徑(d)優選在0.17mm到0.5mm的範圍內，網的網孔間距(M)優選地在0.19mm到2.0mm的範圍內，並且網的網孔面積優選地在0.036mm2到4.0mm2的範圍內。
此外，如圖10所示，由於工作流體的表面張力而使得在結點(J)的平面上也會形成彎液面27，水平線22a和22b在該結點(J)處與縱向線23a和23b交叉。該彎液面27起到冷凝器的作用，在該彎液面27處，工作流體蒸汽將熱量傳遞到外部並且隨後冷凝，該彎液面27還起到液體通道的作用，經冷凝的液體可以通過該液體通道流動，如稍後所述。
在圖2中所示的作為本發明優選實施例的平板傳熱裝置包括平板殼體10中的單層網21。在這種情況下，為了獲得(possession)、冷凝液態的工作流體並使其平穩流動，可以在平板殼體10中設置燈芯結構10a。優選地，該燈芯結構10a由燒結銅、不鏽鋼、鋁或鎳粉製成。作為另一示例，還可以通過蝕刻聚合物、矽、二氧化矽(SiO2)、銅板、不鏽鋼、鎳或鋁板來製造該燈芯結構10a。
作為另選，在使用電解銅箔形成根據本發明的傳熱裝置的平板殼體的情況下，其外表面光滑而其內表面粗糙，並具有大約10μm的多個小突起，這些小突起可以用作為燈芯結構。
在燈芯結構設置於殼體本身的內表面上的情況下，只需要用於形成蒸汽通道的網層，從而減小了該傳熱裝置的厚度。
此外，本發明的殼體也可以採用由在授予Benson等人的美國專利No.6,056,044中公開的顯微機械加工技術製造的具有各種形狀的燈芯結構。
根據本發明的優選實施例，使用該密集網可以實現用於確保冷凝液體的流動的液體通道。換言之，如圖3所示，可以在用作為蒸汽通道的網21的下部，在熱源100附近的位置處設置密集網31(參見圖6的平面圖)，以使密集網31可以用作為液體通道。
密集網31具有比用作為蒸汽通道的網21相對大的網格數(N)。優選地，對於密集網31，使用具有根據ASTM標準E-11-95的大於80的網格數(N)的網。根據發明人的試驗，密集網31的線直徑(d)優選地在0.02mm至0.16mm範圍內，網孔間距(M)在0.019mm到0.18mm範圍內，並且網孔面積在0.00036mm2到0.0324mm2範圍內。
下文中，將具有相對小的網格數(N)並用作為蒸汽通道的網稱為稀疏網，而將具有相對大的網格數(N)並用作為液體通道的網稱為密集網。如上所述，具有相對大的網格數(N)的密集網有利於形成彎液面，以使液體可以容易地流過該網。因此，如果所蒸發的工作流體散熱並隨後冷凝成液體，則液態工作流體可以流過該密集網。
圖4表示平板傳送裝置的一個示例，其包括稀疏網層20和密集網層30，在稀疏網層20中堆疊有三個稀疏網21，在密集網層30中堆疊有三個密集網31。網的數量並不限於具體示例，還可以根據例如電子裝置的冷卻能力或者厚度來適當地進行選擇。
將上述平板傳熱裝置優選地製成為具有0.5～2.0mm的厚度，但是在需要時該厚度也可以超過2.0mm。此外，通過將頂板11和底板12彼此連接而形成平板殼體10(參見圖2)，並且殼體10可以具有直角、正方形或其它各種形狀。優選地可以使用厚度小於0.5mm的金屬、聚合物或塑料來製造頂板11和底板12。該金屬可以包括銅、不鏽鋼、鋁和鉬。在聚合物的情況下，可以使用具有導熱聚合物的聚合物材料，以使其表現出優異的導熱性。在塑料的情況下，可以採用具有優異的導熱性的塑料。為了製造該殼體，將上述多種材料中的一種切割成所需形狀，以製造頂板11和底板12，並且隨後使用多種方法(例如，銅焊、TIG焊、錫焊、雷射焊、電子束焊接、摩擦焊、粘結和超聲波焊接)來組合頂板11和底板12。將組合殼體內部減壓至真空或者低壓，並且隨後進行密封，同時填充諸如水、乙醇、氨水、甲醇、氮或氟利昂的工作流體。優選地，將填充在殼體中的工作流體的量設定在殼體內部容積的20～80％的範圍內。
現參照圖3來描述根據優選實施例的平板傳熱裝置的操作。
如圖3所示，根據本發明的傳熱裝置的底板12與熱源100相鄰，並且諸如散熱片或者冷卻風扇的散熱單元設置在頂板11上。在這種情況下，由熱源100產生的熱量通過殼體10的底板12傳遞到密集網31。然後，密集網31中具有的工作流體被加熱並蒸發，並且所蒸發的工作流體通過稀疏網21的蒸汽通道向傳熱裝置中的各個方向擴散布。
所擴散的蒸汽在稀疏網21的線的結點(J)與殼體10的頂板11之間冷凝。在冷凝過程產生的冷凝熱傳遞給殼體的頂板11，並隨後通過導熱傳導、自然對流或者使用冷卻風扇強制對流加熱而散發到外部。
液態的冷凝工作流體通過稀疏網21的結點(J)流向密集網31，如圖10所示。該液態工作流體通過由在密集網31(位於熱源100上方)處的蒸發引起的毛細力而再次返回到蒸發器部分。
在圖2所示實施例的情況下，通過形成在平板殼體10內側面上的燈芯結構來實現密集網的功能。換言之，工作流體在燈芯結構中蒸發、冷凝並流動。
從以上描述可以理解，密集網31或密集網層30用作為液體通道，根據熱源100的位置，該液體通道朝向蒸發部分或冷凝部分和蒸發器部分。此外，稀疏網21或者稀疏網層20不但用作蒸汽通道，而且用作為返回通道，工作流體通過該返回通道返回到冷凝器部分，並且在冷凝器部分冷凝的工作流體返回到作為蒸發器部分的密集網層30。根據本發明，由於稀疏網用作為蒸汽通道，所以不需要用於形成蒸汽通道的獨立空間。此外，由於該網插入在殼體的頂板和底板之間以對它們進行支撐，所以即使在用於填充工作流體的真空處理過程中該殼體也不會變形。
根據本發明，稀疏網和密集網可以設置成各種形狀，如圖11至17所示。在這些附圖中，相同的組件賦予相同的標號。
圖11表示根據本發明另一優選實施例的傳熱裝置。參照圖11，在該傳熱裝置中，密集網層30a和30b形成在頂板11和底板12之間，並且用作為蒸汽通道的稀疏網層20插入在密集網層30a和30b之間。在該附圖中，密集網層30a和30b分別具有至少一個密集網，由陰影線表示。此外，稀疏網層20具有至少一個稀疏網，由點表示。
例如，在底板12與熱源(未示出)接觸並且散熱單元(未示出)設在頂板11上的情況下，從下密集網層30a蒸發的工作流體通過稀疏網層20的蒸汽通道擴散到所有方向，並且隨後優選地在與頂板11接觸的上密集網層30b處散熱，然後冷凝為液態。由於密集網的網格數(N)比稀疏網的相對大，所以密集網具有更多的冷凝點(蒸汽可以在這些冷凝點處冷凝)，從而提高了散熱效率。此外，上密集網層30b提供了返回通道，以使經冷凝的工作流體可以通過稀疏網層20流到下密集網層30a。
圖12表示根據本發明另一實施例的傳熱裝置。參照圖12，在密集網層30a和30b之間的稀疏網層20的部分區域處另外設置有至少一層密集網30c，以通過將密集網層30a和30b互連來提供液體通道。因此，在散熱單元處散熱並在上密集網層30b中冷凝的工作流體可以容易地移動到下密集網層30a。
根據本發明，還可以提供多於三種的具有不同網格數的網層，如作為示例的圖13所示。在圖13的傳熱裝置中，在殼體10的底板12的內表面上與熱源(未示出)相鄰地設置有由至少一層密集網構成的密集網層30a，以便將熱量傳遞給工作流體，以使其蒸發，並且在該密集網層30a上設置有由至少一層稀疏網構成的稀疏網層20，以便為所蒸發的工作流體提供通道。此外，在殼體的頂板11的內表面上(散熱單元(未示出)所在的位置處)設置有由至少一層中間網構成的中間網層40a，該中間網層40a的網格數比稀疏網的相對大而比密集網的相對小。這裡，中間網層40a進一步改善了蒸汽的冷凝傳熱。
另外，如圖14所示，還可以在中間網層40a和密集網層30a之間的稀疏網層20的至少部分區域設置至少一層中間網層40b，用於將中間網層40a與密集網層30a相連，以便為中間網層40a中所冷凝的工作流體提供朝向密集網層30a的通道。儘管在圖中未示出，但是中間網層40b可以由密集網層替代。
圖15至17表示根據本發明另一實施例的平板傳熱裝置的結構。圖16是沿圖15中所示的傳熱裝置的B-B』線截取的平面剖視圖，而圖17是沿圖16的C-C』線截取的側剖視圖。該實施例尤其適用於熱管。
參照附圖，密集網層30設置在殼體10中與熱源100』相鄰的位置處，並且中間網層40設置在散熱單元200』附近，在該散熱單元200』處，工作流體散熱並冷凝。此外，通過稀疏網層20來連接密集網層30和中間網層40。這裡，密集網層30用作為工作流體的蒸發器部分，稀疏網層20用作為蒸汽通道，而中間網層40用作工作流體的冷凝器部分。因此，通過從熱源100』傳遞到密集網層30的熱量使工作流體蒸發，並且蒸汽工作流體通過稀疏網層20的蒸汽通道流到中間網層40。隨後，在中間網層40處，蒸汽向散熱單元200』散熱並隨後冷凝。然後，液態的冷凝工作流體通過毛細力穿過密集網層30返回到蒸發器部分。
根據本實施例，為了促進冷凝熱傳遞並且防止由於形成液體覆蓋層(blanket)而阻塞蒸汽通道，優選地在中間網層40中形成蒸汽流動空間50(參見圖16和17)，以使從稀疏網層20流至的蒸汽可以通過該蒸汽流動空間50流動。在這種情況下，穿過稀疏網層20的蒸汽可以更容易地擴散到中間網層40的每一個地方，從而提高冷凝效率和散熱效率。
作為另選，可以使用密集網層來替代中間網層40。在這種情況下，與上述情況相同，可以在上方的密集網層中形成蒸汽流動空間。另外，該蒸汽流動空間並不限於本實施例，在其它實施例的情況下也可以適當地設計該蒸汽流動空間，以使其與稀疏網連通，以將穿過稀疏網的蒸汽通道的工作流體引導到冷凝器部分或者散熱部分。
試驗使用由電解銅箔製成的厚度為70μm的頂板和底板來製造殼體，該殼體具有粗糙表面，該粗糙表面內部具有燈芯結構。該殼體長度為80mm，寬度為60mm，而高度為0.78mm。該殼體包括銅網(包含超過99wt％的銅)。該銅網由一層稀疏網和一層密集網構成。稀疏網的線直徑(d)為0.225mm，厚度為0.41mm，網格數(N)為15，而密集網的線直徑(d)為0.11mm，厚度為0.22mm，並且網格數(N)為100。使用由日本DENKA製造的變性丙烯酸二元粘結劑(HARDLOC C-323-03A和C-323-03B)來密封該殼體的頂板和底板。在將工作流體充入殼體之前，利用真空泵使殼體內部形成達到1.0×10-7託的真空。此後，在殼體中充入2.3cc的蒸餾水，然後密封該殼體。
作為用於與本發明的試驗示例進行比較的比較示例，製備具有與上述殼體相同尺寸的銅試件。
安裝殼體和銅試樣，以使上表面與翅狀散熱片的下部接觸，在該散熱片上安裝有冷卻風扇。在殼體和銅試件的下表面處，分別安裝有長度和寬度分別為20mm的熱源。然後，在相同的空氣條件和恆定的風扇速度下將熱源的發熱量增加為30W、40W和50W，測量熱源表面的溫度和翅狀散熱片的下表面的溫度，並且還獲得熱源表面和周圍環境之間的熱阻。此外，在將熱源直接安裝到翅狀散熱片的下表面上之後，進行相同的測量，而不安裝該平板傳熱裝置或者銅試件。在以下表1中清楚地示出了試驗結果。
表1
從上表可以理解，根據本發明的平板傳熱裝置的熱阻是傳統裝置的1.9倍，並且是銅的1.5倍。具體地，熱源的溫度比傳統裝置低20℃以上，並且比銅低10℃以上。如上所述，由於優異的傳熱能力，所以本發明的平板傳熱裝置可以用於冷卻各種電子設備。
工業實用性可以通過使用提供蒸汽通道的網將根據本發明的傳熱裝置實現為具有較薄厚度的各種形狀的平板。具體地，可以通過使用廉價的網和殼體而不使用需要高成本的MEMS工藝或蝕刻工藝，來以非常低的成本製造本發明的平板傳熱裝置。此外，設置在傳熱裝置中的網防止在製造過程中在真空處理期間或之後殼體的變形或者被壓壞，因此可以提高產品的可靠性。本發明的這種平板傳熱裝置可以有效地用於冷卻包括可攜式電子設備在內的各種電子設備。
已經詳細地描述了本發明。然而，應該理解，在說明本發明優選實施例的同時，僅以說明的方式提供了詳細描述和具體示例，根據該詳細描述，對於本領域的技術人員來說，落入本發明的精神和範圍內的各種變化和修改是顯而易見的。
權利要求
1.一種平板傳熱裝置，其包括導熱平板殼體，其安裝在熱源和散熱單元之間，用於容納工作流體，該工作流體通過從所述熱源吸收熱量而蒸發，並通過在所述散熱單元處散發熱量而冷凝；以及至少一層網，其安裝在所述殼體中，並具有交替編織的多根線，其中，從所述網的多個結點沿所述多根線的表面形成蒸汽通道，以使所蒸發的工作流體能夠通過該蒸汽通道流動。
2.根據權利要求1所述的平板傳熱裝置，其中所述網的網孔間距[M＝(1-Nd)/N]的範圍在0.19mm到2.0mm之間，其中N是網格數，d是所述線的直徑(英寸)。
3.根據權利要求1所述的平板傳熱裝置，其中所述網線的直徑範圍在0.17mm到0.5mm之間。
4.根據權利要求1所述的平板傳熱裝置，其中所述網的網孔面積的範圍在0.036mm2到4.0mm2之間。
5.根據權利要求1所述的平板傳熱裝置，其中根據ASTM標準E-11-95，所述網格數不大於60。
6.根據權利要求1所述的平板傳熱裝置，其中，所述網包括至少一層稀疏網，用於為所蒸發的工作流體提供蒸汽通道；以及至少一層密集網，其具有比所述稀疏網相對大的網格數，並且為所述工作流體提供液體通道。
7.根據權利要求6所述的平板傳熱裝置，其中所述密集網的網孔間距[M＝(1-Nd)/N]的範圍在0.019mm到0.18mm之間，其中N是網格數，d是所述線的直徑(英寸)。
8.根據權利要求6所述的平板傳熱裝置，其中所述密集網線的直徑範圍在0.02mm到0.16mm之間。
9.根據權利要求6所述的平板傳熱裝置，其中所述密集網的網孔面積的範圍在0.00036mm2到0.0324mm2之間。
10.根據權利要求6所述的平板傳熱裝置，其中根據ASTM標準E-11-95，所述稀疏網的網格數不大於60，而根據ASTM標準E-11-95，所述密集網的網格數不大於80。
11.根據權利要求6所述的平板傳熱裝置，其中所述密集網設置在所述熱源附近，而位於所述密集網上的所述稀疏網設置在所述散熱單元附近。
12.根據權利要求6所述的平板傳熱裝置，其中所述稀疏網插入在所述多個密集網層之間。
13.根據權利要求12所述的平板傳熱裝置，還包括至少一層附加密集網，用於將所述多個密集網與所述多個密集網之間的稀疏網的至少一部分相連，以便為工作流體提供液體通道。
14.根據權利要求6所述的平板傳熱裝置，還包括至少一層中間網，其具有比所述稀疏網相對大而比所述密集網相對小的網格數。
15.根據權利要求14所述的平板傳熱裝置，其中所述稀疏網插入在所述密集網和所述中間網之間。
16.根據權利要求15所述的平板傳熱裝置，還包括至少一層附加密集網，用於將所述密集網層和所述中間網層與所述密集網和所述中間網之間的稀疏網的至少一部分相連，以提供通道。
17.根據權利要求15所述的平板傳熱裝置，還包括至少一層附加中間網，用於將所述密集網層和所述中間網層與所述密集網和所述中間網之間的稀疏網的至少一部分相連，以提供通道。
18.根據權利要求15所述的平板傳熱裝置，其中所述密集網設置在所述熱源附近，而所述中間網設置在所述散熱單元附近。
19.根據權利要求14所述的平板傳熱裝置，其中所述密集網設置在所述熱源附近，以使所述工作流體通過從所述熱源吸收的熱量而蒸發為蒸汽，所述稀疏網被設置為與所述密集網接觸，以提供蒸汽通道，所蒸發的工作流體通過該蒸汽通道流動，並且所述中間網設置在所述散熱單元附近並與所述稀疏網接觸，以將熱量散發給所述散熱單元，以使所述蒸汽冷凝。
20.根據權利要求19所述的平板傳熱裝置，其中所述中間網具有蒸汽流動空間，以使來自所述稀疏網的蒸汽在該蒸汽流動空間中流動。
21.根據權利要求1所述的平板傳熱裝置，還包括安裝在所述平板殼體中並與所述網接觸的燈芯結構，其中所述燈芯結構在其表面上具有多個突起，以使所述工作流體在所述燈芯結構中流動，並且利用從所述熱源吸收的熱量使所述工作流體蒸發，並且隨後將其傳送到所述網。
22.根據權利要求21所述的平板傳熱裝置，其中由燒結銅、不鏽鋼、鋁或鎳粉形成所述燈芯結構。
23.根據權利要求21所述的平板傳熱裝置，其中通過蝕刻聚合物、矽、二氧化矽、銅板、不鏽鋼、鎳或鋁板來形成所述燈芯結構。
24.根據權利要求1所述的平板傳熱裝置，其中使用電解銅薄膜來製造所述平板殼體，以使粗糙表面成為所述殼體的內側面。
25.根據權利要求1至24中的任何一項所述的平板傳熱裝置，其中所述網由選自包括金屬、聚合物和塑料在內的組中的一種材料製成。
26.根據權利要求25所述的平板傳熱裝置，其中所述金屬選自包括銅、鋁、不鏽鋼、鉬及它們的合金在內的組。
27.根據權利要求1至24中的任何一項所述的平板傳熱裝置，其中所述平板殼體由選自包括金屬、聚合物和塑料在內的組中的一種材料製成。
28.根據權利要求27所述的平板傳熱裝置，其中所述金屬選自包括銅、鋁、不鏽鋼、鉬及它們的合金在內的組。
29.根據權利要求1至24中的任何一項所述的平板傳熱裝置，其中所述工作流體選自包括水、乙醇、氨水、甲醇、氮和氟利昂在內的組。
30.根據權利要求29所述的平板傳熱裝置，其中填充在所述殼體中的工作流體的量為所述殼體的內部容積的20～80％。
31.一種用於製造平板傳熱裝置的方法，包括以下步驟分別形成導熱平板殼體的頂板和底板；將至少一層網插入所述殼體，所述網具有交替編織的多根線，以形成蒸汽通道，所蒸發的蒸汽能夠通過該蒸汽通道從所述網的多個結點沿這些線的表面流動；通過組合所述頂板和底板來形成殼體；在真空狀態下將所述工作流體充入所述組合殼體；以及密封充有所述工作流體的所述殼體。
32.一種用於製造平板傳熱裝置的方法，包括以下步驟分別形成導熱平板殼體的頂板和底板；將至少一層稀疏網和至少一層密集網插入所述殼體，該稀疏網具有交替編織的多根線並形成蒸汽通道，所蒸發的工作流體能夠通過該蒸汽通道沿這些線的表面流到該稀疏網的結點，該密集網具有比該稀疏網相對大的網格數，並為所述工作流體提供液體通道；通過組合所述頂板和所述底板來形成殼體；在真空狀態下將所述工作流體充入所述組合殼體；以及密封充有所述工作流體的所述殼體。
33.根據權利要求31或32所述的方法，其中使用選自包括銅焊、TIG焊、錫焊、雷射焊、電子束焊接、摩擦焊、粘結和超聲波焊接在內的組中的一種來組合所述頂板和所述底板。
全文摘要
公開了一種平板傳熱裝置，其包括平板殼體，其安裝在熱源和散熱單元之間並接收工作流體，該工作流體通過吸收熱源處的熱量而蒸發，並通過在散熱單元處散熱而冷凝；以及至少一層網，其安裝在該殼體中，並被形成為使得多根線彼此交替地依次水平和縱向地編織。從所述網的多個結點沿這些線的表面形成蒸汽通道，工作流體可以通過該蒸汽通道流動。
文檔編號H01L23/427GK1672258SQ03818184
公開日2005年9月21日 申請日期2003年2月19日 優先權日2002年10月16日
發明者李鎔德, 洪榮浩, 金久永, 金炫兌 申請人:Lg電線有限公司