CN102080939A - 散热部件及其制造方法 - Google Patents

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sintering
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川村贤二
青木周三
嶌崎厚
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Shinko Electric Industries Co Ltd
Shinko Electric Co Ltd
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Shinko Electric Co Ltd
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Abstract

散热部件及其制造方法。本发明公开了一种散热部件，其包括形成在由金属制成的密封容器的内壁上的芯层以及封装在该密封容器中的工作流体。所述芯层包括在金属粉中混合有微碳纤维的层。一方面，该芯层具有第一芯和第二芯结合而成的结构，所述第一芯通过烧结金属粉形成，所述第二芯由混合有微碳纤维的镀层形成，所述第二芯形成为部分填充第一芯内部的气隙，并且覆盖第一芯的表面部分。所述第一芯优选地为铜粉烧结体，所述第二芯优选地由混合有碳纳米管或碳纳米纤维的铜镀层构成。

Description

散热部件及其制造方法
本申请基于并要求于2009年11月30日提交的申请号为2009-271445的在先日本专利申请的优先权，该申请的内容通过引用被全部包含于此。
技术领域
本文讨论的实施方式涉及散热部件及其制造方法。更具体地讲，该实施方式涉及诸如热管之类的用于冷却发热部件(诸如内置于个人计算机、电子设备中的CPU等)的散热部件及其制造方法。
背景技术
热管的优点在于，例如，热管可使用不含CFC的水作为工作流体(制冷剂)，而不需要额外功率。热管被广泛用作大功率半导体(半导体闸流管、二极管、功率模块等)、计算机服务器的MPU、机床的控制面板的密封机壳等的散热部件。热管越来越多地被用作内置于小型电子设备(例如笔记本PC)中的发热部件(半导体元件等，例如CPU，其需要高速运转并且具有高度集成的芯片，因此产生大量的热)的冷却部件。
热管被用于上述领域，随着电子设备的尺寸缩小，大小和直径小的热管得到日益广泛的应用。而且，一直优选使用平板式热管。这是因为平板式热管可容易地安装到要被冷却的部件(例如CPU)上，另外可获得大的接触表面。
对于热管的结构，在此之前已经提出了各种类型。在热管的基本结构中，通过从外部加热密封管的一端(加热部分)，封装在密封管内部的工作流体(通常为水)被蒸发(潜热吸收)，由此产生的蒸汽运动到位于所述管的另一端的低温部分。然后，蒸汽在该部分冷凝(潜热释放)，并且冷凝后的工作流体沿着所述管的内壁返回到所述加热部分。工作流体返回所沿着的部分(管的内壁)设置有被称作“芯(wick)”的毛细管结构。所述芯被配置为以下多种形式：金属线束、金属网、沟槽以及金属粉烧结体。
在前述各种形式中，沟槽式热管是主流。沟槽式热管在管材料自身的热阻(导热率)方面占有优势，但是由于其毛细管力低于其它类型，因此具有倾斜依赖性差的问题(即，通过倾斜的热管进行的热传导不够充分)。例如，在沟槽式热管内置于在使用时经常倾斜的笔记本PC中的情况下，沟槽式热管只能进行不充分的热传导，并且自身由于其低毛细管力而不能充分得到冷却。因此，无法得到充分冷却的效果。
为了解决这个问题，在近几年已经开发出烧结式金属热管(铜粉等烧结体被形成在管的内表面上)。由于具有高的毛细管力，烧结式金属热管被认为是针对倾斜依赖性的一个可能解决方案。
作为与这种传统领域相关的技术，例如，在以下专利文献1中描述了电绝缘热管。此外，以下专利文献2中描述了如下热管技术：在由铜或铜合金制成的容器内封装水作为热介质，并且在该容器与热介质的接触面上形成厚度为预定值以下的氧化膜。此外，引用以下专利文献3中描述的平板式热管作为例子。另外，在以下专利文献4中描述了与采用烧结金属的芯相关的技术的例子。此外，如以下专利文献5所述，存在这样的热管，该热管利用水作为工作流体，并且其内表面由Ni基合金形成并镀有Cu。
专利文献1：日本专利申请公开特开平4-98093
专利文献2：日本专利申请公开特开平9-113162
专利文献3：日本专利申请公开特开2009-180437
专利文献4：日本专利申请公开特开2007-56302
专利文献5：日本专利申请公开特开平7-90534
如上所述，采用烧结金属的传统芯结构使用铜粉作为待烧结的金属粉。这样，当铜粉被烧结时存在以下问题：
首先，问题之一在于设施成本高昂。这是因为对于由铜制成的热管，例如在惰性气体(例如，氮气或氩气)环境中烧结，这需要在高温(约900至1050℃)下进行。另外，在烧结过程中，管的材料(铜)容易引起晶粒粗化和不规则变形。因而带来另一个问题，即，之后难以执行弯曲处理和展平处理。
此外，还存在另一问题，即，由于使用的铜粉的平均颗粒尺寸大致相同，因此难以获得理想的芯层(具有高毛细管力和低流路阻力，使得工作流体能够容易地流过该流路的芯层)。具体地说，当铜粉的颗粒尺寸较小时，相邻的颗粒之间的间隙较小。因此，在这种情况下可获得高毛细管力，但是由于间隙较小，工作流体的循环性变差。而如果铜粉的颗粒尺寸较大，则相邻颗粒之间的间隙较大。因此，在这种情况下，工作流体循环性得到改善，但是不能获得高的毛细管力。
另外，当诸如铜粉的金属粉末被烧结时，在烧结体的晶粒边界上会形成气隙(见图4C)。通常认为烧结体的导电率和导热率低于尺寸与该烧结体大致相同的块状金属(诸如铜等的金属块)的导电率和导热率。有文献指出：铜粉在烧结之前导热率为0.14至0.18W/(m·K)。因此，当将金属粉末的烧结体用作芯时，利用这种芯的热管的导热率通常低于对非粉末状管材(铜)进行加工的沟槽式热管的导热率。
在上述专利文献4中公开的技术中，提出了一种具有高生产率、高毛细管力和出色的工作流体循环性的热管的烧结芯层。通过在还原气氛下加热和烧结利用两种类型的铜粉形成的未烧结芯层，而获得这种热管的烧结芯层。但是，在此公开的技术中仍使用烧结金属作为芯。因此，可以想到使用这种芯的热管在热阻(导热率)方面劣于通过加工非粉末状铜材料而获得的沟槽式热管。
发明内容
因此，本发明的一方面的目的在于提供一种散热部件以及制造该散热部件的方法，所述散热部件能够保持高毛细管力和良好的工作流体循环性，并且能够提高导热率。
根据本发明的一方面，提供了一种散热部件，其包括：由金属制成的密封容器；形成在所述密封容器的内壁上的芯层；和封装在所述密封容器中的工作流体，其中所述芯层包括在金属粉中混合有微碳纤维的层。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造散热部件的方法，所述散热部件包括形成在由金属制成的密封容器的内壁上的芯层，并且在所述密封容器中封装有工作流体，所述方法包括如下步骤：形成所述芯层的步骤，其中，形成所述芯层的步骤包括形成在金属粉中混合有微碳纤维的层。
通过权利要求书中特别指出的部件和组合将实现和获得本发明的上述目的和优点。
还应当理解，以上一般描述和以下详细描述是示例性和解释性的，而不是用于对权利要求书中请求保护的发明进行限制。
附图说明
图1是示出包括烧结金属芯(毛细管结构)的热管的工作效果的图；
图2A是示出根据一个实施方式的热管的构造的垂直截面图，图2B是图2A中的一部分(蒸发部分)的放大截面图，图2C是图2B中由标号A表示的部分(芯层)的放大截面图；
图3A是用于解释与现有技术(图3B)的情况相比，可通过图2A至图2C中示出的热管获得的效果的示图；
图4A是示出根据图2A至图2C中示出的实施方式的变型例的热管的构造的垂直截面图，图4B是图4A中由标号A表示的部分(芯层)的放大截面图，图4C是图4A中由标号B表示的部分(烧结芯层)的放大截面图；
图5A是示出根据另一实施方式的蒸气室的应用例的图，图5B是示出图5A中的蒸气室的构造的垂直截面图，图5C是图5B中由标号A表示的部分(芯层)的放大截面图。
具体实施方式
以下，在解释实施方式之前，对利于更好地理解所述实施方式的基础内容进行说明。
(基本内容，见图1)
图1是示出包括烧结金属芯(毛细管结构)的热管的示例的图。在示出的热管10中，从截面图上看，密封的金属管12的形状被加工为平坦形状。此外，烧结芯层14形成在金属管12的内壁面上。而且，适量的水16(由白色○表示蒸发水W1，由黑色·表示冷凝水W2，在该示例中，在分子级对蒸发水和冷凝水进行图示)作为工作流体被真空封装在金属管12中。
在热管10工作时，从外部对工作流体(水16)进行加热从而水在一端蒸发(在该示例中为位于左端部分的蒸发部分)，然后蒸发的工作流体的蒸汽W1运动到管12的另一端(右端部分的冷凝部分)。然后，蒸汽W1在冷凝部分冷凝。而且，冷凝水W2通过管12内壁面上的芯层14运动到所述一端。由此，工作流体通过重复前述运动在管12中回流。
例如通过在由铜或铜合金制成的金属板(尚未经受如下处理的金属板：用于将金属板材形成为所需的金属管形状的弯曲处理、展平处理等)的表面上将铜粉沉积到需要厚度，然后加热和烧结所得到的产物而获得形成在金属管12的内壁面上的烧结芯层14。在此，当在显微镜下看时，烧结芯层14的横截面结构为如下结构：具有大致相同平均颗粒尺寸的铜粉颗粒彼此部分接触，好像堆叠的卵石那样(例如，见图4C)。换句话说，在(铜粉的)颗粒之间存在间隙(气隙)。
如上所述，在根据现有技术的采用烧结金属的芯结构中，把铜粉作为待烧结的金属粉。因此，当粉末被烧结时，出现了上述各种问题。
以下，将对实施方式描述。
(第一实施方式)
图2A至图2C是示出根据一种实施方式的热管的构造的图。图2A示出了热管20的垂直截面结构。图2B示出了图2A中的一部分(蒸发部分)的放大截面结构。图2C示出了图2B的由标号A表示的部分(芯层24)的放大截面结构。
根据该实施方式的热管20包括图示的密封金属管22。从截面图看，金属管22的形状被加工成平坦形状。芯层24(毛细管结构)形成在金属管22的内壁面上。此外，工作流体作为热介质被真空封装在金属管22中。
对于金属管22的材料，优选导热率出色的材料，铜或铜合金(例如低氧铜或无氧铜)是优选使用的。在这种情况下，适量的水作为工作流体被密封在金属管22内。具体地说，优选诸如离子交换水或蒸馏水的纯水，这是因为这种纯水不太可能引起电化学反应。虽然在图2A至图2C中没有示出，但是与图1中示出的方式相同地，在热管20工作时，工作流体(水)在管中回流。具体地讲，工作流体在金属管22内从一端(蒸发部分)运动至另一端(冷凝部分)，然后经由芯层24从所述另一端(冷凝部分)运动至所述一端(蒸发部分)，由此，之后通过重复前述运动而在管22中形成回流。
应当注意，金属管22的材料当然不限于铜或铜合金，还可使用其它适合的材料。
形成在金属管22的内壁面上的芯层24具有两种类型的芯结合在一起的结构。第一芯是通过烧结铜粉而获得的铜粉烧结体(烧结芯层)26。第二芯是混合有碳纳米管(CNT)或碳纳米纤维(CNF)28b的铜镀层28a。在下文中将该混合有CNT(或CNF)28b的铜镀层28a简称为“混合有CNT的铜镀芯层28”，或仅称为“镀芯层28”。
烧结芯层26(第一芯)相当于利用现有技术形成的烧结金属芯(图1中的烧结芯层14)。因此，当在显微镜下观察烧结芯层26的截面结构时，烧结芯层26具有如下结构：具有大致相同平均颗粒尺寸的铜粉26a颗粒像堆叠的卵石那样(例如，见图4C)彼此部分接触。换句话说，在(铜粉26a的)颗粒之间存在气隙。
如下所述，通过将混合有CNT(或CNF)的铜镀层施加到烧结芯层26的表面上而形成混合有CNT的铜镀芯层28(第二芯)。如图2C所示，该镀芯层28被形成为覆盖烧结体的表面(烧结芯层26的表面部分)，并填充烧结芯层26内部的气隙。当形成镀芯层28时，将镀芯层28调节为不是完全地、而是部分地填充烧结芯层26内部的气隙是很重要的。
在图2C所示的示例中，示出了铜粉烧结体26中的气隙完全被镀芯层28填充的状态。但是，实际上，在部分气隙中残留有细微的气隙。这种细微的气隙残留在芯层24中以保持需要的毛细管力。
以下，在根据本实施方式的制造热管20的方法中具体描述一种形成芯层24的方法。
作为一种方法，首先准备具有形成金属管22所需的尺寸的金属板。具体地说，在此准备的是尚未经受弯曲处理、展平处理等处理(用于形成如最终封装并密封有工作流体的金属板22那样的所需形状)的金属板。对于这种金属板材的材料，优选采用导热率出色的铜或铜合金。
接着，将铜粉在金属板材(铜板)的一个表面上沉积至需要厚度。然后，加热和烧结所得到的产物。由此，形成作为第一芯的烧结芯层(铜粉烧结体)26(在图4C中示出该状态)。
接着，对烧结芯层26的表面施加混合有CNT(或CNF)的铜镀。由此形成作为第二芯层的混合有CNT的铜镀芯层28(在图2C中示出该状态)。
对于用于形成镀芯层28的镀液，例如优选采用利用蛋白质作为分散剂分散了CNT(或CNF)的铜镀液。在此，使用蛋白质(明胶、胶原肽等)作为分散剂提高了CNT的分散性，因此能够提高要形成的镀膜的平坦度(实现均匀的膜厚)。此外，利用超声波来分散CNT(或CNF)能够进一步提高分散性。
当在铜粉烧结体(烧结芯层)26上施加混合有CNT的铜镀时，如图所示，铜镀液还进入铜粉烧结体26(铜镀层28a形成在铜粉26a的表面上)的气隙中，并且起到填充所述气隙的作用。但是，如果气隙被完全填充，则会降低芯层24的毛细管力。
因此，当施加混合有CNT的铜镀时，需要适当调节涂镀时间，使得铜粉烧结体26内部的气隙被部分填充(具体地说，留下能保持足够毛细管力的细微气隙)。例如，当铜粉26a的颗粒尺寸为100μm时，涂覆到烧结体的表面上的镀层(镀芯层28)的厚度被设置为大致30μm以下。
在根据本实施方式的热管20工作时，由于从外部(从例如CPU的发热半导体元件)供应的热而在金属管22中产生的热通过芯层24(由烧结芯层26和混合有CNT的铜镀芯层28结合在一起的结构)被传导至金属管22中的工作流体(在本实施方式中为水)。由此，在管22中的对应部分(蒸发部分)中的水被蒸发。然后，蒸汽运动到在管22中位于与蒸发部分相反的端的低温部分(冷凝部分)，然后在低温部分中冷凝。此外，冷凝水经由管22内壁面上的芯层24返回到所述一端，然后通过重复上述运动而在管22中回流。
如上所述，利用根据该第一实施方式的热管20及其制造方法，混合有CNT的铜镀芯层28形成在铜粉烧结体(烧结芯层)26上，所述铜粉烧结体26如下所述形成在金属管22的内壁面上。这里，利用分散有CNT(或CNF)的铜镀液，将混合有CNT的铜镀芯层28形成为部分填充铜粉烧结体26内部的气隙(铜粉26a颗粒之间的间隙)，并覆盖铜粉烧结体26的表面部分。由此能够减小铜粉烧结体26内部的气隙尺寸。
换句话说，通过根据铜粉26a的颗粒尺寸适当地改变镀芯层28的厚度可容易地控制气隙的大小。在这个过程中，镀芯层28形成为部分填充所述气隙而不是完全填充所述气隙(留下用于保持足够毛细管力的细微气隙)。因此，可保持高的毛细管力和工作流体的良好循环性。
现有技术中的铜粉烧结体具有如下问题：如图3B所示，由于存在大量间隙(气隙)，其导热率低于整块型的导电率。另一方面，如图3A所示，在根据本实施方式的热管20(芯层24)的结构中，铜镀液(铜镀层28)进入铜粉烧结体26内的气隙(铜粉26a的颗粒之间的间隙)，然后部分填充该气隙。因此，所述结构具有高的毛细管力并且能够实现工作流体的出色循环性。
另外，将导热率等于或大于金刚石的CNT(或CNF)28b混合(分散)到镀芯层28(铜镀液)中。因此，芯层24的导热率在总体上能够得到提高。虽然取决于待混合的CNT(或CNF)28b的量，与图1所示的情况相比，预期导热率能够提高大约10％至20％。在此，CNT的导热率为大约3000W/(m·K)，而CNF的导热率为大约1200W/(m·K)。
在上述实施方式中，描述了芯层24(其中结合有铜粉烧结芯层26和混合有CNT的铜镀芯层28的结构)形成在金属管22的整个内壁面上的情况的例子。但是，从本发明的要旨可以清楚地确定，芯层24不必形成在管22的整个内壁面上。基本上，如果在管22中形成有足以使得工作流体(在该例子中为水)回流的温度梯度，则任何构造都是可行的。
图4A至图4C示出了这种构造的例子，并且示出了根据图2A至图2C所示的实施方式的变型例的热管的构造。这里，图4A示出了热管20a的垂直截面结构。图4B示出了图4A中的由标号A表示的部分(芯层24)的放大截面结构。图4C示出了图4A中由标号B表示的部分(烧结芯层26)的放大截面结构。
与上述实施方式中的热管20(图2A至图2C)的构造相比，根据该变型例的热管20a的不同之处在于：芯层24仅形成在金属管22的内壁面的分别与热管20a与外部进行热交换的部分相对应的位置上(分别位于管的两端的蒸发部分和冷凝部分)。另外，热管20a的不同之处在于在金属管22的内壁面的其他部分中仅形成铜粉烧结体(烧结芯层26)。热管20a的其他构造与图2A至图2C所示的实施方式中的构造相同。因此，在此省略对它们的描述。
制造热管20a的方法基本与在前述实施方式中使用的方法相同。在该变型例中，首先按照与前述实施方式(见图4C)相同的方式，在所需金属板(尚未经受如下处理的金属板：用于将金属板形成为如密封金属管那样的所需形状的弯曲处理、展平处理等)的表面上形成铜粉烧结体(烧结芯层26)。但是，随后利用适当的掩模(防镀层)覆盖烧结芯层26的除了与管的两端部分(蒸发部分和冷凝部分)对应的部分以外的部分，并且对未被防镀层覆盖的部分施加混合有CNT的铜镀，以形成铜镀芯层28(见图4B)。因此，芯层24仅形成在金属管22的内壁面上的对应部分(分别对应于管的两端部的蒸发部分和冷凝部分的部分)处。
(第二实施方式)
在前述实施方式中，描述了如下情况的示例：即芯层24由包括烧结金属型的第一芯(烧结芯层26)和由混合有CNT等的镀层形成的第二芯(混合有CNT的铜镀芯层28)的组合结构形成，且第二芯通过利用了涂镀的湿加工形成。但是，形成芯层24的方法当然不仅限于此。以下将描述的方法是所述方法的另一例子。
在第二实施方式中，使用干加工形成对应于前述芯层24的烧结芯层(混合有CNT(或CNF)的芯层)。可将由本申请的申请人先前提出的技术(日本专利申请公开特开2005-343749)用作通过烧结形成CNT混合物的方法。
首先，通过使用快速混气技术均匀地混合铜粉和CNT。在该处理中，处理气氛优选地为惰性气体(例如氮气或氩气)，并且粉流速率优选地被设置为50至400Km/H。
接着，在以不会损坏铜粉的压力值将所述混合物压向所需铜板(尚未经受如下处理的铜板：用于将铜板形成为如最终封装和密封有工作流体的金属管22那样的所需形状的弯曲处理、展平处理等)的一个表面并与该表面紧密接触的情况下，利用铜脉冲电流烧结对通过前述技术形成的铜粉和CNT的混合物进行烧结。由此，形成烧结芯层(混合有CNT的芯层)。在该处理中，优选地将真空气体或氮气用作处理气氛，处理气氛的温度在大约400至1050℃之间，并且脉冲电流被用作传导方法。
在利用根据第二实施方式的方法的情况下，不必执行前述实施方式中描述的涂镀处理，并且所有的处理都是在干条件下执行的。因此，减少了铜等的氧化，并且可形成具有高质量和高可靠性的烧结芯层。
此外，上述实施方式中将热管20和20a(图2A至图2C以及图4A至图4C)作为散热部件的例子进行了说明。但是，散热部件的形式并不限于这些例子。例如，本发明可应用于被称作散热片(heat sink)型热管的蒸汽室。
图5A至图5C示出了这种蒸汽室的一个例子。图5A示出了蒸汽室30的应用例。图5B示出了蒸汽室30的垂直截面结构。图5C示出了图5B中的由标号A表示的部分(芯层24)的放大截面结构。
如图5A所示，蒸汽室30布置在诸如CPU的半导体元件(芯片)40与散热片42之间。芯片40和散热片42通过粘合剂(例如具有高导热率的环氧基树脂)分别粘接到蒸汽室30。
与前述实施方式的热管20(图2A至图2C)的构造相比，蒸汽室30的不同之处仅在于：蒸汽室30包括金属容器32而不是金属管22，如图5B所示。此外，蒸汽室30的内部结构与热管20的内部结构相同。因此，在此省略对该结构的描述。
如图所示，蒸汽室30通过将CPU 40产生的热广泛地分散到具有大冷却面积的散热片42中而有效地冷却CPU 40。随着诸如CPU 40的电子设备的性能得到进一步提升，预计将来这种电子设备的发热量也会增加。因此，将蒸汽室30用于冷却这种电子设备是非常有效的。
除了前述蒸汽室的类型(其中在蒸汽室30的顶部设置有散热片42)之外，蒸汽室的类型还包括在蒸汽室的顶部设置有散热鳍的类型和设置有热管的类型等。在任何类型的蒸汽室中，在发热部件(诸如CPU的半导体元件)和散热部件(例如散热片、散热鳍或热管)之间可有效地进行热交换。
在此描述的所有例子和条件性语言都是用于进行解释以帮助读者理解本发明以及发明人对现有技术进行改进而提出的构思，并不构成对具体引用的实施方式和条件的限制，而且本申请文件中的对上述例子的组织也并不表示本发明的优劣。虽然已经详细描述了本发明的实施方式，但应当理解是，在不脱离本发明的本质和范围的情况下，可进行各种改变、替换和更改。

Claims (13)

1.一种散热部件，其包括：
由金属制成的密封容器；
形成在所述密封容器的内壁上的芯层；和
封装在所述密封容器中的工作流体，
其中，在所述芯层的金属粉中混合有微碳纤维。
2.根据权利要求1所述的散热部件，其中，所述芯层是第一芯和第二芯结合而成的结构，通过烧结金属粉形成所述第一芯，所述第二芯是混合有微碳纤维而部分填充第一芯内部的气隙、并覆盖所述第一芯的表面部分的镀层。
3.根据权利要求2所述的散热部件，其中所述第一芯是烧结体铜粉，并且所述第二芯由混合有碳纳米管或碳纳米纤维的铜镀层形成。
4.根据权利要求2所述的散热部件，其中所述芯层至少形成在所述密封容器的内壁上的、与所述散热部件同外部进行热交换的部分对应的位置处。
5.根据权利要求1所述的散热部件，其中所述芯层是通过烧结混合有碳纳米管或碳纳米纤维的铜粉而形成的烧结芯层。
6.根据权利要求5所述的散热部件，其中所述芯层至少形成在所述密封容器的内壁上的、与所述散热部件同外部进行热交换的部分对应的位置处。
7.根据权利要求1所述的散热部件，其中所述微碳纤维是碳纳米管或碳纳米纤维。
8.根据权利要求1所述的散热部件，其中所述工作流体是水。
9.一种制造散热部件的方法，所述散热部件包括形成在由金属制成的密封容器的内壁上的芯层，并且在所述密封容器中封装有工作流体，所述方法包括如下步骤：
形成所述芯层的步骤，
其中，形成所述芯层的步骤包括在金属粉中混合微碳纤维。
10.根据权利要求9所述的制造散热部件的方法，其中形成所述芯层的步骤包括：
在尚未形成为如所述密封容器那样的所需形状的金属板的一个表面上，沉积并且随后烧结金属粉而形成第一芯；并且
利用分散有微碳纤维的镀液，形成部分地填充所述第一芯内部的气隙并且覆盖所述第一芯的表面部分的第二芯。
11.根据权利要求10所述的制造散热部件的方法，其中在形成所述第一芯的过程中将铜粉用作所述金属粉，并且在形成所述第二芯的过程中使用分散有碳纳米管或碳纳米纤维的铜镀液。
12.根据权利要求9所述的制造散热部件的方法，其中，形成所述芯层的步骤包括：在铜粉与碳纳米管或碳纳米纤维的混合物与尚未形成为如所述密封容器那样的所需形状的金属板的一个表面紧密接触的情况下，通过烧结所述混合物的干处理形成烧结芯层。
13.根据权利要求12所述的制造散热部件的方法，其中所述干处理包括：
通过快速混气技术对铜粉与碳纳米管或碳纳米纤维的混合物进行均匀的混合；以及
在所述混合物被压向所述金属板的一个表面并与该表面紧密接触的情况下，通过铜脉冲电流烧结对所述混合物进行烧结。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104195619A (zh) * 2014-09-17 2014-12-10 朱忠良 一种复合电镀液及使用所述复合电镀液进行电镀的方法
CN105928403A (zh) * 2016-04-28 2016-09-07 安徽工业大学 一种应用于环路热管系统的粉末-微纤维复合多孔毛细芯
CN107557825A (zh) * 2017-07-21 2018-01-09 林进东 铜粉金属镀层、金属基板、节能防胀爆散热装置及其制备工艺
CN109524362A (zh) * 2018-11-22 2019-03-26 广东工业大学 一种三维纳米碳复合金属固晶材料及其制备方法和应用、半导体封装结构
CN112384032A (zh) * 2019-06-28 2021-02-19 河南烯力新材料科技有限公司 热传导结构及其制造方法、移动装置
CN113260216A (zh) * 2020-02-10 2021-08-13 优材科技有限公司 热传导装置与电子装置

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4881352B2 (ja) * 2008-08-11 2012-02-22 ソニー株式会社 ヒートスプレッダ、電子機器及びヒートスプレッダの製造方法
JP5902404B2 (ja) * 2011-06-10 2016-04-13 株式会社フジクラ 扁平型ヒートパイプおよびその製造方法
US9170058B2 (en) * 2012-02-22 2015-10-27 Asia Vital Components Co., Ltd. Heat pipe heat dissipation structure
JP6477254B2 (ja) 2014-05-30 2019-03-06 三菱マテリアル株式会社 多孔質アルミニウム複合体及び多孔質アルミニウム複合体の製造方法
JP6237500B2 (ja) * 2014-07-02 2017-11-29 三菱マテリアル株式会社 多孔質アルミニウム熱交換部材
US20160010927A1 (en) * 2014-07-14 2016-01-14 Fujikura Ltd. Heat transport device
WO2016012146A1 (en) * 2014-07-22 2016-01-28 Koninklijke Philips N.V. Light source cooling body, light source assembly, a luminaire and method to manufacture a light source cooling or a light source assembly
WO2016030956A1 (ja) * 2014-08-26 2016-03-03 千住スプリンクラー株式会社 スプリンクラーヘッド
CN105091648A (zh) * 2015-08-31 2015-11-25 华南理工大学 一种沟槽与微结构复合吸液芯及其制造方法
KR101755572B1 (ko) * 2016-07-19 2017-07-19 천만식 방열 시트, 이의 제조 방법 및 이의 구동 방법
US20180170553A1 (en) 2016-12-20 2018-06-21 Qualcomm Incorporated Systems, methods, and apparatus for passive cooling of uavs
GB201706783D0 (en) 2017-04-28 2017-06-14 Cambridge Entpr Ltd Composite layers, methods for their manufacture and uses thereof
WO2018198375A1 (ja) 2017-04-28 2018-11-01 株式会社村田製作所 ベーパーチャンバー
KR102158614B1 (ko) * 2017-07-03 2020-09-22 천만식 방열 시트, 이의 제조 방법 및 이의 구동 방법
CN107462097B (zh) * 2017-09-22 2022-07-05 安徽工业大学 一种应用于环路热管系统的可变孔径毛细芯及其加工方法
JP2019163895A (ja) * 2018-03-19 2019-09-26 ポーライト株式会社 ウィックの製造方法
US11051431B2 (en) 2018-06-29 2021-06-29 Juniper Networks, Inc. Thermal management with variable conductance heat pipe
CN110010569B (zh) * 2019-05-06 2023-11-21 扬州大学 一种梯度尺度孔隙烧结芯均热板换热器及其制备方法
TWI692920B (zh) * 2019-06-28 2020-05-01 新加坡商 Ｊ＆Ｊ 資本控股有限公司 熱傳導結構及其製造方法、行動裝置
KR102125213B1 (ko) * 2019-10-29 2020-07-07 이재석 음식물 쓰레기 처리장치
TWI731578B (zh) * 2020-02-10 2021-06-21 優材科技有限公司 熱傳導裝置與電子裝置
US12051637B1 (en) * 2023-07-10 2024-07-30 MTS IP Holdings Ltd Direct to chip application of boiling enhancement coating

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1435669A (zh) * 2002-01-30 2003-08-13 三星电机株式会社 热导管及其制作方法
CN1705043A (zh) * 2004-05-26 2005-12-07 财团法人工业技术研究院 提高液汽相散热装置内部工作流体的流动性质的方法
US20060243426A1 (en) * 2004-04-21 2006-11-02 Hul-Chun Hsu Wick Structure of Heat Pipe
JP2007120935A (ja) * 2005-10-24 2007-05-17 Fuzhun Precision Industry (Shenzhen) Co Ltd 伝熱管
CN100370207C (zh) * 2004-02-20 2008-02-20 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 热管及其制备方法
CN100413063C (zh) * 2004-07-21 2008-08-20 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 一种热管及其制造方法
CN100453955C (zh) * 2005-01-07 2009-01-21 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 热管及其制造方法
CN101556122A (zh) * 2008-04-10 2009-10-14 台达电子工业股份有限公司 散热装置及其传热元件

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS51137630A (en) * 1975-05-24 1976-11-27 Inoue Japax Res Production method for heat exchanger components
JPH0498093A (ja) * 1990-08-14 1992-03-30 Furukawa Electric Co Ltd:The 電気絶縁型ヒートパイプ
JPH0790534A (ja) * 1993-07-19 1995-04-04 Mitsubishi Materials Corp 耐硫酸露点腐食用耐食部材
JP3408033B2 (ja) * 1995-10-12 2003-05-19 古河電気工業株式会社 ヒートパイプ
JP4572287B2 (ja) * 2001-03-23 2010-11-04 独立行政法人産業技術総合研究所 高強度多孔質体の製造方法及び高強度多孔質体
JP4870282B2 (ja) * 2001-07-05 2012-02-08 オムロン株式会社 取引処理システム、取引処理装置、および取引処理方法
JP4157468B2 (ja) * 2003-12-12 2008-10-01 日立電線株式会社 配線基板
KR101257959B1 (ko) * 2003-12-22 2013-04-24 엔테그리스, 아이엔씨. 포팅된 중공 도관을 구비한 교환 장치
JP4636816B2 (ja) * 2004-06-03 2011-02-23 新光電気工業株式会社 超硬合金及びその製造方法
CN100413061C (zh) * 2004-06-07 2008-08-20 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 一种热管及其制造方法
US7032652B2 (en) * 2004-07-06 2006-04-25 Augux Co., Ltd. Structure of heat conductive plate
US20060197245A1 (en) * 2005-01-14 2006-09-07 Ching-Tai Cheng Method of manufacturing heat pipe having sintered powder wick
US20060175044A1 (en) * 2005-02-10 2006-08-10 Chin-Wei Lee Heat dissipating tube sintered with copper powders
JP2006315893A (ja) * 2005-05-11 2006-11-24 Sumitomo Precision Prod Co Ltd カーボンナノチューブ分散複合材料の製造方法
JP2007017115A (ja) * 2005-07-11 2007-01-25 ▲玉▼成化工有限公司 ヒートパイプ
JP2007056302A (ja) * 2005-08-24 2007-03-08 Fujikura Ltd ヒートパイプの焼結ウイック層の製造方法
CN100554852C (zh) * 2005-09-23 2009-10-28 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 热管及散热模组
WO2009075320A1 (ja) * 2007-12-11 2009-06-18 Sumitomo Electric Industries, Ltd. 冷却デバイスとその製造方法
JP4653187B2 (ja) * 2008-01-31 2011-03-16 古河電気工業株式会社 薄型ヒートパイプおよびその製造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1435669A (zh) * 2002-01-30 2003-08-13 三星电机株式会社 热导管及其制作方法
CN100370207C (zh) * 2004-02-20 2008-02-20 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 热管及其制备方法
US20060243426A1 (en) * 2004-04-21 2006-11-02 Hul-Chun Hsu Wick Structure of Heat Pipe
CN1705043A (zh) * 2004-05-26 2005-12-07 财团法人工业技术研究院 提高液汽相散热装置内部工作流体的流动性质的方法
CN100413063C (zh) * 2004-07-21 2008-08-20 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 一种热管及其制造方法
CN100453955C (zh) * 2005-01-07 2009-01-21 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 热管及其制造方法
JP2007120935A (ja) * 2005-10-24 2007-05-17 Fuzhun Precision Industry (Shenzhen) Co Ltd 伝熱管
CN101556122A (zh) * 2008-04-10 2009-10-14 台达电子工业股份有限公司 散热装置及其传热元件

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104195619A (zh) * 2014-09-17 2014-12-10 朱忠良 一种复合电镀液及使用所述复合电镀液进行电镀的方法
CN105928403A (zh) * 2016-04-28 2016-09-07 安徽工业大学 一种应用于环路热管系统的粉末-微纤维复合多孔毛细芯
CN107557825A (zh) * 2017-07-21 2018-01-09 林进东 铜粉金属镀层、金属基板、节能防胀爆散热装置及其制备工艺
CN107557825B (zh) * 2017-07-21 2019-11-05 林进东 铜粉金属镀层、金属基板、节能防胀爆散热装置及其制备工艺
CN109524362A (zh) * 2018-11-22 2019-03-26 广东工业大学 一种三维纳米碳复合金属固晶材料及其制备方法和应用、半导体封装结构
CN112384032A (zh) * 2019-06-28 2021-02-19 河南烯力新材料科技有限公司 热传导结构及其制造方法、移动装置
CN113260216A (zh) * 2020-02-10 2021-08-13 优材科技有限公司 热传导装置与电子装置

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JP5568289B2 (ja) 2014-08-06

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