CN101886889A - 具有高散热效能的散热结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有高散热效能的散热结构的制作方法,其包括下列步骤:首先,提供一散热壳体,其具有一中空散热本体,并且该中空散热本体具有至少两末端;接着,封闭该中空散热本体的其中一末端;然后,从该中空散热本体的另外一末端注入工作液体;接下来,通过外部冷却媒介,以使得该工作液体从液态变成固态;紧接着,对该中空散热本体内部进行抽真空;最后,封闭该中空散热本体的另外一末端。
Description
技术领域
本发明涉及一种散热结构及其制作方法,尤其是一种具有高散热效能的散热结构及其制作方法。
背景技术
现今的各种电子设备中,通常采用了许多在操作时会发热的电子元件,尤其在日渐要求高速运算的情况下,这些电子元件不可避免会产生比已往的电子元件更多的热量。以中央处理器(CPU)为例,随着中央处理器处理速度与效能的提升,使得目前中央处理器的产热量增加,而较高的工作频率,也使得工作时的瓦数相对地提升,其所产生的高温会使得中央处理器的寿命减低,尤其当过多的热量未能有效地排出时,非常容易造成系统不稳定的情况。
热管(heat pipe)为一种常见的散热装置,其原理是:先在密封低压导热性能良好的金属壳体内填充适量的工作液体,并且利用工作液体在壳体内作汽液两相之间的转化时来吸收或放出大量的热量。工作液体通常选用汽化热高、流动性好、化学性质稳定、沸点较低的液态物质,例如水、乙醇、丙酮等。当热管一端与一发热源接触以进行吸收热量时,其内的工作液体因吸收大量的热量而受热蒸发(汽化),并且此汽化的汽体快速扩散至热管的另一端以进行冷却(放出热量),接着当此汽体冷却后则再次形成液体并沿着壳体的内壁回流至发热源,如此往复循环即可将发热源产生的热量从热管的一端传送至另一端而散发出去。此外,为了加速冷却后液体的回流速度,通常在壳体的内壁上还设置有许多的毛细结构(该毛细结构通常为细小的沟槽),在毛细结构的毛细吸附力作用下,大大加速了液体的回流速度。由于热管内的工作液体循环速度很快,因此传热效率也相对提高,目前热管在散热领域得到广泛而大量的应用。在使用过程中,通常将热管受热的一端称为蒸发段,而冷却的一端则称为冷凝段。
然而,传统热管的制造过程中,因在抽真空的过程中会带走一部份的工作液体,而使得传统热管内的工作液体的注液量比预期的量还少许多,并且为了避免过多的工作液体被抽走,该热管内的真空度则不能设定的太高,进而导致热管整体的散热效能降低。于是,本发明人有感上述缺陷可改善,且依据多年来从事此方面的相关经验,悉心观察且研究,并配合理论运用,而提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明。
发明内容
本发明所要解决的技术问题,在于提供一种具有高散热效能的散热结构及其制作方法,其能够有效地控制散热结构内的工作液体的注液量及提高散热结构内部的真空度,进而使得本发明的散热结构具有良好的散热效能。
为了解决上述技术问题,本发明提供一种具有高散热效能的散热结构,包括:一散热壳体,其具有一已抽真空且封闭的中空散热本体及多个一体成型于该中空散热本体的内表面上的微结构;以及一呈固态的工作液体,其容置于该中空散热本体内。
根据本发明的其中一种方案,提供一种具有高散热效能的散热结构,其包括:一散热壳体及一呈固态的工作液体。其中,该散热壳体具有一已抽真空且封闭的中空散热本体、多个一体成型于该中空散热本体的内表面上的微结构、及多个一体成型于该中空散热本体内以将该中空散热本体的内部空间隔成多个容置空间的支撑板。上述呈固态的工作液体,其容置于该中空散热本体内,并且上述的每一个容置空间内皆填充有上述呈固态的工作液体。
为了解决上述技术问题,根据本发明的其中一种方案,提供一种具有高散热效能的散热结构的制作方法,其包括下列步骤:首先,提供一散热壳体,其具有一中空散热本体,并且该中空散热本体具有至少两末端;接着,封闭该中空散热本体的其中一末端;然后,从该中空散热本体的另外一末端注入工作液体;接下来,通过外部冷却媒介,以使得该工作液体从液态变成固态;最后,对该中空散热本体内部进行抽真空,并且同时封闭该中空散热本体的另外一末端。
因此,本发明的有益效果在于:通过预先将工作液体进行固化(使工作液体由液态转变成固态),而使得本发明能够有效地控制散热结构内的工作液体的注液量及提高散热结构内部的真空度,进而使得本发明的散热结构具有良好的散热效能。
为了能更进一步了解本发明为达成预定目的所采取的技术、手段及功效,请参阅以下有关本发明的详细说明与附图,相信本发明的目的、特征与特点,当可由此得一深入且具体的了解,然而所附附图仅提供参考与说明用,并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明具有高散热效能的散热结构的制作方法第一实施例的流程图;
图1A至图1F分别为本发明具有高散热效能的散热结构的制作方法第一实施例的制作流程示意图;以及
图2为本发明具有高散热效能的散热结构第二实施例的部分剖面示意图。
【主要元件附图标记说明】
散热壳体 1 中空散热本体10
宽度 W1
末端 10A
末端 10B
容置空间 100
微结构 11
支撑板 12
工作液体 W
固态工作液体W′
夹具 C 宽度 W2
外部冷却媒介M
中空散热本体10′ 末端 10A′
末端 10B′
外涂层 E
[第二实施例]
中空散热本体10″
容置空间 100″
内涂层 L
具体实施方式
请参阅图1、及图1A至图1E所示,本发明第一实施例提供一种具有高散热效能的散热结构的制作方法,其包括下列步骤:
步骤S100为:首先,请参阅图1、图1A1及图1A2所示,提供一散热壳体1,其具有一中空散热本体10,并且该中空散热本体10具有至少两末端(10A、10B)。再者,该散热壳体1更进一步包括:多个一体成型于该中空散热本体10的内表面上的微结构11、多个一体成型于该中空散热本体10内以将该中空散热本体10的内部空间隔成多个容置空间100的支撑板12。
此外,该散热壳体1可为金属材质或任何材质所制成,并且以金属材质为例,该金属材质可为铝、铜、铁、钢、不锈钢、镍、钛或上述任意两种或两种以上的金属材质所组成的合金。另外,该中空散热本体10为一通过挤型或抽制方式所成形的中空管体,并且该中空管体的外部形状为平板状、鳍片状或沟槽状。再者,该等微结构11可由多个毛细结构体所组成,并且该等微结构11的断面形状可为三角形、方形、长方形、梯形或圆弧形。然而,上述有关“该散热壳体1的内部结构”、“该散热壳体1的材质”、“该中空散热本体10的成形方法”、“该中空散热本体10的外部形状”及“该等微结构11的断面形状”只是用来举例而已,而并非用以限定本发明。
步骤S102为:请参阅图1、图1B1及图1B2所示,封闭该中空散热本体10的其中一末端10B,其中该中空散热本体10的其中一末端10B通过常温或高温(例如:200度)的夹具C以压合的方式来进行封闭,并且该夹具C的宽度W1等于或大于该中空散热本体10的宽度W2。
步骤S104为:请参阅图1及图1C所示,从该中空散热本体10的另外一末端10A注入工作液体W,其中上述的每一个容置空间100内皆填充有上述的工作液体W,填充时可全数空间填充相同工作液体,抑或是交错、混合分别填充。此外,也可依据不同的散热需求,该工作液体W可为纯水、氨水、甲醇、乙醇、丙酮、庚烷或上述任意两种或两种以上的工作液体所组成的混合液态溶液,并且该等容置空间100内可分别填充相同的工作液体或不同的工作液体。举例来说,图1C中的第一个、第三个及第五个容置空间100可填充酒精,并且第二个及第四个容置空间100可填充丙酮,以达到复合散热特性的目的。
步骤S106为:请参阅图1及图1D所示,通过外部冷却媒介M,以使得该工作液体W从液态变成固态。换言之,将该中空散热本体10的一端置入外部冷却媒介M内,以进行该工作液体W的冷却,进而使得该液态工作液体W凝固成固态工作液体W′。再者,该外部冷却媒介M可为冷冻箱、超低温冷冻机、冷媒、液态空气、液态氮、液态氦或任何可凝固该工作液体W的媒介,其相对应的“最低工作温度”、“凝固温度”及“应用范围”,请参考下列三个表所示。
外部冷却媒介最低工作温度
外部冷却媒介 | 最低工作温度 |
冷冻箱 | -25℃ |
冷媒 | -110℃ |
超低温冷冻机 | -140℃ |
液态空气 | -192℃ |
液态氮 | -196℃ |
液态氦 | -269℃ |
步骤S108为:请参阅图1所示,对该中空散热本体10内部进行抽真空。因为此时的工作液体W′为固态,所以当该中空散热本体10的内部在进行抽真空时,该工作液体W′不会被抽走,借此本发明能够保有一定工作液体的注液量,并且可得到一较佳的真空度。换言之,由于该工作液体W′处于固态状态,所以本发明具有高散热效能的散热结构能够控制工作液体的注液量(工作液体的最高保存量为99%),并且不仅可增加真空装置进行抽取真空的时间,进而也可提高该中空散热本体10内的真空度。
步骤S110为:请参阅图1、图1E1及图1E2所示,封闭该中空散热本体10的另外一末端10A,其中该中空散热本体10的另外一末端10A通过常温或高温(例如:200度)的夹具C以压合的方式来进行封闭,并且该夹具C的宽度W1等于或大于该中空散热本体10的宽度W2。
综上所述,本发明第一实施例的具有高散热效能的散热结构在半成品的状态时包括:一散热壳体1及一呈固态的工作液体W′。其中,该散热壳体1可为一热管,并且该热管的两端皆已封闭。该散热壳体1具有一已抽真空且封闭的中空散热本体10、多个一体成型于该中空散热本体10的内表面上的微结构11、多个一体成型于该中空散热本体10内以将该中空散热本体10的内部空间隔成多个容置空间100的支撑板12。另外,上述呈固态的工作液体W′容置于该中空散热本体10内,并且上述的每一个容置空间100内皆填充有上述呈固态的工作液体W′。
最后,当封闭该中空散热本体10的另外一末端10A后,待该固态工作液体W′增温后变成液态工作液体W后,本发明即完成第一实施例的具有高散热效能的散热结构的制作流程。本发明散热结构的工作温度范围如下表所示:
再者,请参考图1F所示,该中空散热本体10′的两末端(10A′、10B′)另可通过物理或化学方式实施一外涂层E于成品外部以增加密封度,其中上述的物理方式包括材料塑性变形、焊接、硬焊、雷射焊接、超音波接合或物理气相沉积法,并且上述的化学方式包括电镀(还原)处理、阳极(氧化)处理、溶胶凝胶法(Sol-gel)、电铸或化学气相沉积法。
请参阅图2所示,其为本发明具有高散热效能的散热结构第二实施例的部分剖面示意图。由上述图中可知,该中空散热本体10″的内表面(该容置空间100″的内表面)可通过电镀(化学还原)、阳极(化学氧化)法或熔胶-凝胶(sol-gel)、化成皮膜处理的方式涂布有一用于增加封闭该中空散热本体10″的两末端时的密封度的内涂层L,并且该内涂层L的材质为铜、铝、锡、铅、锌、镁、锆、矽等元素或是其合金、化成盐类,抑或是高分子类热熔胶等。因此,当该中空散热本体10″的两末端在进行密封程序时,通过上述内涂层L的使用,以用于增加封闭该中空散热本体10A″的两末端时的封闭界面密封度。
综上所述,通过预先将工作液体进行固化(使工作液体由液态转变成固态),而使得本发明能够有效地控制散热结构内的工作液体的注液量及提高散热结构内部的真空度,进而使得本发明的散热结构具有良好的散热效能。
因此,凡符合本发明权利要求的精神与其类似变化的实施例,皆应包含于本发明的范畴中,任何本发明的领域内的普通技术人员可轻易思及之变化或修改皆可涵盖在本发明的权利保护范围中。
Claims (20)
1.一种具有高散热效能的散热结构,其特征在于,包括:
一散热壳体,其具有一已抽真空且封闭的中空散热本体及多个一体成型于该中空散热本体的内表面上的微结构;以及
一呈固态的工作液体,其容置于该中空散热本体内。
2.如权利要求1所述的具有高散热效能的散热结构,其特征在于:该散热壳体更进一步包括:多个一体成型于该中空散热本体内以将该中空散热本体的内部空间隔成多个容置空间的支撑板,并且上述的每一个容置空间内皆填充有上述呈固态的工作液体。
3.如权利要求2所述的具有高散热效能的散热结构,其特征在于:该工作液体为纯水、氨水、甲醇、乙醇、丙酮、庚烷或上述任意两种或两种以上的工作液体所组成的混合液态溶液,并且该等容置空间内可分别填充相同的工作液体或交叉填充不同的工作液体。
4.如权利要求1所述的具有高散热效能的散热结构,其特征在于:该散热壳体为一热管,并且该热管的两端皆已封闭。
5.如权利要求1所述的具有高散热效能的散热结构,其特征在于:该等微结构由多个毛细结构体所组成。
6.如权利要求1所述的具有高散热效能的散热结构,其特征在于:散热壳体为金属材质,并且该金属材质为铝、铜、铁、钢、不锈钢、镍、钛或上述任意两种或两种以上的金属材质所组成的合金。
7.如权利要求1所述的具有高散热效能的散热结构,其特征在于:该等微结构的断面形状为三角形、方形、长方形、梯形或圆弧形。
8.一种具有高散热效能的散热结构的制作方法,其特征在于,包括下列步骤:
提供一散热壳体,其具有一中空散热本体,并且该中空散热本体具有至少两末端;
封闭该中空散热本体的其中一末端;
从该中空散热本体的另外一末端注入工作液体;
通过外部冷却媒介,以使得该工作液体从液态变成固态;以及
对该中空散热本体内部进行抽真空,并且同时封闭该中空散热本体的另外一末端。
9.如权利要求8所述的具有高散热效能的散热结构的制作方法,其特征在于:该散热壳体具有多个一体成型于该中空散热本体的内表面上的微结构。
10.如权利要求9所述的具有高散热效能的散热结构的制作方法,其特征在于:该等微结构由多个毛细结构体所组成。
11.如权利要求9所述的具有高散热效能的散热结构的制作方法,其特征在于:该等微结构的断面形状为三角形、方形、长方形、梯形或圆弧形。
12.如权利要求8所述的具有高散热效能的散热结构的制作方法,其特征在于:该散热壳体更进一步包括:多个一体成型于该中空散热本体内以将该中空散热本体的内部空间隔成多个容置空间的支撑板,并且上述的每一个容置空间内皆填充有上述的工作液体。
13.如权利要求12所述的具有高散热效能的散热结构的制作方法,其特征在于:该工作液体为纯水、氨水、甲醇、乙醇、丙酮、庚烷或上述任意两种或两种以上的工作液体所组成的混合液态溶液,并且该等容置空间内可分别填充相同的工作液体或交叉填充不同的工作液体。
14.如权利要求8所述的具有高散热效能的散热结构的制作方法,其特征在于:散热壳体为金属材质,并且该金属材质为铝、铜、铁、钢、不锈钢、镍、钛或上述任意两种或两种以上的金属材质所组成的合金。
15.如权利要求8所述的具有高散热效能的散热结构的制作方法,其特征在于:该中空散热本体为一通过挤型或抽制方式所成形的中空管体,并且该中空管体的外部形状为平板状、鳍片状或沟槽状。
16.如权利要求8所述的具有高散热效能的散热结构的制作方法,其特征在于:该外部冷却媒介为冷冻箱、超低温冷冻机、冷媒、液态空气、液态氮或液态氦。
17.如权利要求8所述的具有高散热效能的散热结构的制作方法,其特征在于:该中空散热本体的两末端通过常温或高温的夹具以压合的方式来进行封闭,并且该夹具的宽度等于或大于该中空散热本体的宽度。
18.如权利要求8所述的具有高散热效能的散热结构的制作方法,其特征在于:该中空散热本体的内表面通过化学还原处理、化学氧化法或熔胶-凝胶、化成皮膜处理的方式涂布有一用于增加封闭该中空散热本体的两末端时的密封度的内涂层,并且该内涂层的材质为铜、铝、锡、铅、锌、镁、矽或热熔胶。
19.如权利要求8所述的具有高散热效能的散热结构的制作方法,其特征在于:该中空散热本体的两末端通过物理或化学方式以增加密封度。
20.如权利要求8所述的具有高散热效能的散热结构的制作方法,其特征在于:上述的物理方式包括塑性变形、焊接、镭射、超音波或物理气相沉积法,并且上述的化学方式包括电镀、电铸或化学气相沉积法。
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