CN101684988B - 具铲削式鳍片结构的均温板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具铲削式鳍片结构的均温板，包含：第一本体、第二本体、工作流体。第一本体设有第一毛细结构，并与第二本体结合而于第一本体与第二本体之间形成密闭空间。第二本体设有一体成型的板件与多个铲削式鳍片，多个铲削式鳍片经由铲削加工方式形成，使各铲削式鳍片与板件之间具有倾斜角，且多个铲削式鳍片连接于第一本体。工作流体位于密闭空间内，汽态的工作流体冷凝后由板件经铲削式鳍片回流至第一本体。一种具铲削式鳍片结构的均温板的制造方法也在此揭露。

Description

具铲削式鳍片结构的均温板及其制造方法
技术领域
本发明是一种均温板结构，特别是一种具铲削式鳍片结构的均温板。
背景技术
随着信息科技的发展进步，半导体功率晶体(如CPU、GPU、高功率LED)的尺寸愈来愈小，功率晶体发热量愈来愈高、单位面积热流密度愈来愈大，为了维持组件于许可温度之下运作，于电子组件上结合各种不同形式的散热器提供散热之用。其中，均温板具有高热传导率、高热传能力、结构简单、重量轻、不消耗电力等优点，非常适合电子组件的散热需求，使其应用将愈来愈普及。
如图1与图2所示，已知均温板A1主要由壳体A10、毛细组织A20、多个支撑体A30及工作流体A40所组成，毛细组织A20披覆于壳体A10内，并以多个支撑体A30支撑壳体A10，且壳体A10内填注有适量的工作流体A40，其中，支撑体A30多为实心或多孔性材料的圆柱体、矩形柱及其它各式样结构。
此种均温板A1于使用时，位于壳体A10内上方的工作流体A40经由冷却后，通过毛细组织A20及支撑体A30导引而流至壳体A10下方的毛细组织A20，再经由壳体A10下方的毛细构造A20所提供的毛细力，导引工作流体A40回流至中央处的加热区。为增加散热面积、提升散热效率，均温板A1的冷却基板面积(即均温板的长宽乘积面积)与局部加热面积(即功率晶体加热面积)的比值大幅增大，使得工作流体A40循环的路径拉长。然而，过长的循环路径及较小的毛细构造渗透率(permeability)，均会产生较大的流阻，进而降低了均温板A1的热量传递能力。再者，此种均温板A1的机械强度较为薄弱，无法承受温度达150℃的内部水蒸汽压力(约4.7atm)，因此相当不利于散热模块锡焊组装。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种具铲削式鳍片结构的均温板，包含：第一本体、第二本体、工作流体。第一本体设有第一毛细结构，并与第二本体结合而于第一本体与第二本体之间形成密闭空间。第二本体设有一体成型的板件与多个铲削式鳍片，多个铲削式鳍片经由铲削加工方式形成，使各铲削式鳍片与板件之间具有倾斜角，且多个铲削式鳍片连接于第一本体。工作流体位于密闭空间内，可吸收热能转变为汽态，汽态的工作流体冷凝后由板件经铲削式鳍片回流至第一本体。
本发明还提出一种具铲削式鳍片结构的均温板的制造方法，包含：提供包含第一毛细结构的第一本体；提供板件；以铲削加工方式于板件形成多个铲削式鳍片以形成第二本体，各铲削式鳍片与板件之间具有倾斜角；结合第一本体与第二本体而形成密闭空间，且多个铲削式鳍片连接于第一本体；及填充工作流体于密闭空间内，工作流体可吸收热能转变为汽态，汽态的工作流体冷凝后由板件经各铲削式鳍片回流至第一本体。
在此，相邻的各铲削式鳍片之间形成通道，且倾斜角的毛细半径(Capillary Radius，rc)与通道的水力半径(Hydraulic Radius，rh)的比值实质上为大于或等于1。
本发明以一体成形方式制成板件与多个铲削式鳍片，其中，多个铲削式鳍片以铲削加工所制成，不仅使均温板具有较佳的机械强度，且较容易组装，再者，本发明以现有的铲削加工制成多个铲削式鳍片，并不需额外的加工程序，因而使本发明加工制造容易，大幅降低生产成本。此外，本发明以倾斜角的锐角区域提供额外毛细力，作为工作流体冷却液回流渠道，用以提高毛细结构的渗透率，降低工作流体回流流阻，并增加工作流体质流率，达到提高均温板的热量传递能力的目的。
以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何熟习相关技艺者了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求书及图式，任何熟习相关技艺者可轻易地理解本发明相关的目的及优点。
附图说明
图1为已均温板的平面示意图；
图2为图1于A-A’的剖面示意图；
图3为本发明第一实施例的平面示意图；
图4为图3于B-B’的剖面示意图；
图5为本发明第二实施例的剖面示意图；以及
图6为本发明置放于热源下方的示意图；
图7为本发明的动作流程图。
具体实施方式
请参阅图3与图4所示，为本发明第一实施例所揭露的均温板结构，均温板1包含有第一本体10、第二本体20、工作流体40。
第一本体10概呈矩形，由基部11与多个侧板12所组成，各侧板12经由弯折而约略垂直于基部11，使第一本体10呈盖体状，此外，第一本体10于基部11的中央处设有加热区111，并可于基部11的表面铺设第一毛细结构14，在此，第一毛细结构14可为粉末烧结或网目式的多孔质结构，但本发明不限于此，也可为混合粉末烧结与网目式的多孔质结构。
第二本体20概呈矩形，与第一本体10结合而于第一本体10与第二本体20之间形成密闭空间30。第二本体20设有板件21与多个铲削式鳍片22，其中，第二本体20于板件21的中央处设有与加热区111对应的冷却区211，并于板件21上设置多排铲削式鳍片22，且每一排均设有多个铲削式鳍片22，用以连接板件21与第一本体10的基部11，且各铲削式鳍片22与板件21之间具有倾斜角θ，即铲削式鳍片22的具有弧度的根部与相连的板件21之间具有倾斜角θ，其中，倾斜角θ为一锐角。在此，第二本体20的板件21与多个铲削式鳍片22以一体成型方式制成，其中，较佳地可以铲削加工制成多个铲削式鳍片22，如此便不需额外的加工程序，因而使本发明加工制造容易，有效降低生产成本。此外，第一本体10的多个侧板12可经由具焊材或不具焊材的方式高温焊接于第二本体20的板件21的侧边，多个铲削式鳍片22与基部11或第一毛细结构14的接触面，也经由分子扩散焊接的原理紧密接合，提供较佳的机械强度。
工作流体40位于第一本体10与第二本体20之间的密闭空间30内，经由倾斜角θ导引由第二本体20的板件21经铲削式鳍片22回流至第一本体10的基部11。在此，工作流体40为具两相变化的流体，其可吸收热能转变为汽态，且工作流体40较佳地可为水，但本发明不限于此。
在本实施例中，相邻的两铲削式鳍片22之间形成通道23，且由于倾斜角θ的毛细半径(Capillary Radius，rc)与通道23的水力半径(HydraulicRadius，rh)的比值过小，会造成通道23的流阻过大而阻碍工作流体40流动，引此两者的比值实质上为大于或等于1为佳。
前述说明中，第二本体20于整个板件21的一面上设置多个铲削式鳍片22，使多个铲削式鳍片22连接整个板件21与整个基部11(如图4所示)，但本发明非以此为限，第二本体20也可仅于冷却区211以外的板件21区域设置多个铲削式鳍片22，使多个铲削式鳍片22连接第一本体10于加热区111以外的区域与第二本体20于冷却区211以外的区域。
请参阅图4所示，均温板1可置放于热源(图未示)的上方处，使热源恰位于第一本体10的加热区111。当热源运作产生高热量后，将可直接传导到第一本体10的加热区111，并使密闭空间30内部的工作流体40产生汽相变化，以带离热源的高热量。工作流体40顺着通道23移至第二本体20，续以第二本体20的冷却区211冷却工作流体40。于冷却工作流体40后，以倾斜角θ提供额外毛细力，导引冷却后的工作流体40由第二本体20流至铲削式鳍片22，使工作流体40可沿着铲削式鳍片22流至第一本体10的基部11。此后，再经由第一毛细结构14导引基部11上的工作流体40回流至加热区111，并反复循环而达到对热源进行散热的目的。
请参阅图5所示，为本发明第二实施例所揭露的均温板结构。本实施例与第一实施例最大的不同处在于第二本体20同时于板件21与多个铲削式鳍片22的表面铺设第二毛细结构24，提高热量传递能力，在此，第二毛细结构24可为粉末烧结或网目式的多孔质结构，但本发明不限于此，也可为混合粉末烧结与网目式的多孔质结构；此外，第二毛细结构24也可仅铺设于板件21的表面，或可仅铺设于多个铲削式鳍片22的表面。
于冷却区211冷却的工作流体40，经由第二毛细结构24的导引而离开冷却区211，并于接近铲削式鳍片22一定距离后，以倾斜角θ提供额外毛细力，导引工作流体40沿着铲削式鳍片22流至第一本体10。
请参阅图6所示，均温板1可置放于热源的下方处，使热源恰位于第一本体10的加热区111。当热源运作产生高热量后，将可直接传导到第一本体10的加热区111，并使密闭空间30内部的工作流体40产生汽相变化，以带离热源的高热量。工作流体40顺着通道23移至第二本体20，续以第二本体20的冷却区211冷却工作流体40。冷却后的工作流体40经由第二毛细结构24的导引而离开冷却区211，并以倾斜角θ提供额外毛细力，使工作流体40沿着铲削式鳍片22位移而回流至第一本体10。
请参阅图7所示，为本发明揭露一种具铲削式鳍片结构的均温板的制造方法，包含下列步骤：
步骤701：提供包含第一毛细结构14的第一本体10。
第一本体10概呈矩形，由基部11与多个侧板12所组成，其中，基部11的表面铺设第一毛细结构14，且各侧板12经由弯折而约略垂直于基部11，使第一本体10呈盖体状。此外，第一本体10可于基部11的中央处设有加热区111。
步骤702：提供板件21。
步骤703：以铲削加工方式于板件21形成多个铲削式鳍片22以形成第二本体20，各铲削式鳍片22与板件21之间具有倾斜角θ。
对概呈矩形的板件21施以铲削加工，于板件21形成多排铲削式鳍片22，每一排均设有多个铲削式鳍片22，且各铲削式鳍片22与板件21之间具有倾斜角θ，即铲削式鳍片22的具有弧度的根部与相连的板件21之间具有倾斜角θ，其中，倾斜角θ为一锐角。
此外，第二本体20可于板件21的中央处设有与加热区111对应的冷却区211，并可于板件21或多个铲削式鳍片22的表面铺设第二毛细结构24，也可同时于板件21与多个铲削式鳍片22的表面铺设第二毛细结构24。
再者，相邻的两铲削式鳍片22之间形成通道23，且由于倾斜角θ的毛细半径(Capillary Radius，rc)与通道23的水力半径(Hydraulic Radius，rh)的比值实质上为大于或等于1为佳。
步骤704：结合第一本体10与第二本体20而形成密闭空间30，且多个铲削式鳍片22连接于第一本体10。
第一本体10与第二本体20相结合后，于第一本体10与第二本体20之间形成密闭空间30，并以多个铲削式鳍片22连接板件21与第一本体10的基部11，即完成均温板1的组装。
在此，第二本体20于整个板件21的一面上设置多个铲削式鳍片22而连接整个板件21与整个基部11，也可仅于冷却区211以外的板件21区域设置多个铲削式鳍片22，使多个铲削式鳍片22连接第一本体10于加热区111以外的区域与第二本体20于冷却区211以外的区域。
步骤705：填充工作流体40于密闭空间30内。
工作流体40为具两相变化的流体，其可吸收热能转变为汽态。
均温板1可置放于热源的上方处，以第一本体10的加热区111传导热量，使密闭空间30内部的工作流体40产生汽相变化，以带离热源的高热量。工作流体40顺着通道23移至第二本体20，续以第二本体20的冷却区211冷却工作流体40。于冷却工作流体40后，以倾斜角θ提供额外毛细力，导引冷却后的工作流体40由第二本体20流至铲削式鳍片22，使工作流体40可沿着铲削式鳍片22流至第一本体10的基部11。此后，再经由第一毛细结构14导引基部11上的工作流体40回流至加热区111，并反复循环而达到对热源进行散热的目的。
此外，若第二本体20上有铺设第二毛细结构24，于冷却区211冷却的工作流体40，即可经由第二毛细结构24的导引而离开冷却区211，并于接近铲削式鳍片22一定距离后，以倾斜角θ提供额外毛细力，导引工作流体40沿着铲削式鳍片22流至第一本体10。
本发明以一体成形方式制成板件与多个铲削式鳍片，其中，多个铲削式鳍片以铲削加工所制成，并不需额外的加工程序，因而使本发明加工制造容易，大幅降低生产成本，此外，板件与多个铲削式鳍片以一体成形方式制成，具有较佳的机械强度，也较容易组装。再者，本发明的多个铲削式鳍片仅作均温板的结构支撑物，由于多个铲削式鳍片之间的间距较宽，与第一毛细结构接触后并不产生毛细力，均温板操作时所需的毛细力主要由底板毛细结构所提供，铲削式鳍片根部所形成的锐角，可提供额外毛细力作为工作流体冷凝液的回流渠道，用以提高毛细结构的渗透率，降低工作流体回流的流阻，并增加工作流体的质流率，达到提高均温板的热量传递能力的目的。
虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神所作些许的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (20)

1.一种具铲削式鳍片结构的均温板，其特征在于，包含：
第一本体，包含第一毛细结构；
第二本体，与上述第一本体结合而形成密闭空间，上述第二本体包含一体成型的板件与多个铲削式鳍片，上述多个铲削式鳍片经由铲削加工方式形成，使各上述多个铲削式鳍片与上述板件之间具有倾斜角，且上述多个铲削式鳍片连接于上述第一本体；及
工作流体，位于上述密闭空间内，可吸收热能转变为汽态，汽态的上述工作流体冷凝后由上述板件经各上述多个铲削式鳍片回流至上述第一本体。
2.如权利要求1所述的具铲削式鳍片结构的均温板，其特征在于：相邻的各上述多个铲削式鳍片之间形成通道，上述倾斜角的毛细半径与上述通道的水力半径的比值为大于或等于1。
3.如权利要求1所述的具铲削式鳍片结构的均温板，其特征在于：上述第一本体具有加热区，上述第二本体具有与上述加热区对应的冷却区。
4.如权利要求3所述的具铲削式鳍片结构的均温板，其特征在于：上述多个铲削式鳍片连接于上述第一本体于上述加热区以外的区域与上述第二本体于上述冷却区以外的区域。
5.如权利要求3所述的具铲削式鳍片结构的均温板，其特征在于：上述多个铲削式鳍片连接于上述第一本体的上述加热区与上述第二本体的上述冷却区。
6.如权利要求3所述的具铲削式鳍片结构的均温板，其特征在于：上述第一毛细结构导引上述第一本体上的上述工作流体回流至上述加热区。
7.如权利要求1所述的具铲削式鳍片结构的均温板，其特征在于：上述第一毛细结构为粉末烧结、网目式或混合粉末烧结与网目式的多孔质结构。
8.如权利要求1所述的具铲削式鳍片结构的均温板，其特征在于：上述第二本体还包含第二毛细结构，设置于上述板件上。
9.如权利要求8所述的具铲削式鳍片结构的均温板，其特征在于：上述第二毛细结构为粉末烧结、网目式或混合粉末烧结与网目式的多孔质结构。
10.如权利要求1所述的具铲削式鳍片结构的均温板，其特征在于：上述第二本体还包含第二毛细结构，设置于上述多个铲削式鳍片上。
11.如权利要求10所述的具铲削式鳍片结构的均温板，其特征在于：上述第二毛细结构为粉末烧结、网目式或混合粉末烧结与网目式的多孔质结构。
12.一种具铲削式鳍片结构的均温板的制造方法，其特征在于，包含：
提供包含第一毛细结构的第一本体；
提供板件；
以铲削加工方式于上述板件形成多个铲削式鳍片以形成第二本体，各上述多个铲削式鳍片与上述板件之间具有倾斜角；
结合上述第一本体与上述第二本体而形成密闭空间，且上述多个铲削式鳍片连接于上述第一本体；及
填充工作流体于上述密闭空间内，上述工作流体可吸收热能转变为汽态，汽态的上述工作流体冷凝后由上述板件经各上述铲削式鳍片回流至上述第一本体。
13.如权利要求12所述的具铲削式鳍片结构的均温板的制造方法，其特征在于：于提供上述第一本体的步骤中，包含：于上述第一本体上形成加热区。
14.如权利要求13所述的具铲削式鳍片结构的均温板的制造方法，其特征在于：于以铲削加工方式于上述板件形成多个铲削式鳍片的步骤中，包含：于上述第二本体上形成与上述加热区对应的冷却区。
15.如权利要求14所述的具铲削式鳍片结构的均温板的制造方法，其特征在于：于结合上述第一本体与上述第二本体的步骤中，以上述多个铲削式鳍片连接上述第一本体于上述加热区以外的区域与上述第二本体于上述冷却区以外的区域。
16.如权利要求14所述的具铲削式鳍片结构的均温板的制造方法，其特征在于：于结合上述第一本体与上述第二本体的步骤中，以上述多个铲削式鳍片连接于上述第一本体的上述加热区与上述第二本体的上述冷却区。
17.如权利要求14所述的具铲削式鳍片结构的均温板的制造方法，其特征在于：于填充上述工作流体于上述密闭空间内的步骤中，以上述第一毛细结构导引上述第一本体上的上述工作流体回流至上述加热区。
18.如权利要求12所述的具铲削式鳍片结构的均温板的制造方法，其特征在于：于以铲削加工方式于上述板件形成多个铲削式鳍片的步骤中，包含：于上述多个铲削式鳍片上形成第二毛细结构。
19.如权利要求12所述的具铲削式鳍片结构的均温板的制造方法，其特征在于：于以铲削加工方式于上述板件形成多个铲削式鳍片的步骤中，包含：于上述板件上形成第二毛细结构。
20.如权利要求12所述的具铲削式鳍片结构的均温板的制造方法，其特征在于：于以铲削加工方式于上述板件形成多个铲削式鳍片的步骤中，相邻的各上述多个铲削式鳍片之间形成通道，上述倾斜角的毛细半径与上述通道的水力半径的比值为大于或等于1。
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