CN103034306B - 一种散热工件及其制备方法以及一种电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种散热工件的制备方法包括：提供压扁的管状支撑件；将至少一根中心棒置于所述压扁的管状支撑件中，用金属粉末填充所述压扁的管状支撑件、得到预制件；将所述预制件烧结，除去中心棒，形成至少具有一个腔体的散热工件；其中，所述压扁的管状支撑件形成所述散热工件的支撑部；所述金属粉末形成所述散热工件的毛细结构；所述中心棒的厚度与所述支撑部的厚度相匹配。使制备的散热工件既具有较高的散热效率，又减少了散热模组的厚度。本发明还提供了一种散热工件以及一种使用所述散热工件的电子设备。
Description
技术领域
本发明涉及散热技术领域，具体涉及一种散热工件及其制备方法以及一种电子设备。
背景技术
随着科技的进步，工作节奏越来越快，移动办公设备的需求量大大提高，随着量的提高，人们对移动设备的质量要求也越来越高，从未来笔记本的厚度将会比现在更薄，例如INTEL的产品Ultrabook厚度为16mm。以往超薄笔记本的CPU都是使用低功耗的CPU未来NORMAL的CPU也可以是用在超薄笔记本里。虽然功耗比现在的CPU要低，但仍具有Turbo功能，所以对散热器性能要求仍然很高。
因为散热模阻是迭加于CPU、GPU之上，所以所述散热模组的厚度是关键点。如果热管可以作更薄并且效能维持不变，那可以帮助笔记本降低厚度。或甚因为和机壳间距变大，可以降低对表面温度的负面影响。
现有技术中使用的热管的制备方法为：先在横截面形状为圆形的金属管中放置中心棒，然后用铜粉填充剩余的空间，得到预制件，然后将所述预制件进行烧结，烧结后将中心棒取出，得到具有腔体的热管，再将所述热管压扁，使其横截面形状为椭圆或边与边之间通过圆弧过度的四边形；使用一根8mm热管或两根较小较薄但性能较差的热管。如果是用8mm热管那厚度限制一般压扁到2.5mm；若用两根较小较差热管则多花一根热管的成本。但不管哪种方法，都有厚度限制。而且这种先烧结再压扁的方法制备的热管厚度极限为1.8mm，且由于热管中由金属粉末烧结形成的毛细结构围成的腔体体积较小，热空气或水蒸气通过所述腔体的量减少，降低了散热效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种散热工件及其制备方法使散热工件既具有较高的散热效率，又减少了散热模组的厚度。
为了解决现有技术问题，本发明提供了一种散热工件的制备方法，包括：
提供压扁的管状支撑件；
将至少一根中心棒置于所述压扁的管状支撑件中，用金属粉末填充所述压扁的管状支撑件、得到预制件；
将所述预制件烧结，除去中心棒，形成至少具有一个腔体的散热工件；
其中，所述压扁的管状支撑件形成所述散热工件的支撑部；所述金属粉末形成所述散热工件的毛细结构；所述中心棒的厚度与所述支撑部的厚度相匹配。
优选的，所述提供压扁的管状支撑件具体为：
将横截面形状为圆形、正方形、正六边形、正八边形或菱形的管状支撑件在压力作用下成型；所述压力的施压方向与所述圆形、正方形、正六边形、正八边形或菱形的最长边或最长直径垂直。
优选的，所述压扁的管状支撑件的横截面形状为椭圆形、长方形或边与边之间成圆弧过度的四边形、六边形、八边形或菱形。
优选的，在所述提供压扁的管状支撑件之前还包括：将横截面形状为圆形、正方形、正六边形、正八边形或菱形的金属管状支撑件清洗，缩颈并封住第一端口。
优选的，所述将所述预制件烧结，除去中心棒，形成至少具有一个腔体的散热工件具体为：
将所述预制件烧结、除去中心棒，形成至少具有一个腔体的半成品；
向所述半成品中添加水并排出所述至少一个腔体中的气体；
封住第二端口，得到散热工件。
本发明还提供了一种散热工件，包括：
支撑部；
毛细结构，设置于所述支撑部内壁，并与所述支撑部上下壁形成至少一个腔体；其中压扁的管状支撑件形成所述支撑部；金属粉末通过烧结形成所述毛细结构；所述腔体的高度与所述支撑部的厚度相匹配。
优选的所述压扁的管状支撑件的横截面形状为椭圆形、长方形或边与边之间成圆弧过度的四边形、六边形、八边形或菱形。
优选的，所述散热工件通过以下方法制备：提供压扁的管状支撑件；
将至少一根中心棒置于所述压扁的管状支撑件中，用金属粉末填充所述压扁的管状支撑件、得到预制件；
将所述预制件烧结，除去中心棒，形成至少具有一个腔体的散热工件；
其中，所述压扁的管状支撑件形成所述散热工件的支撑部；所述金属粉末形成所述散热工件的毛细结构；所述中心棒的厚度与所述支撑部的厚度相匹配。
本发明还提供了一种电子设备，包括：
壳体；
设置于所述壳体内的散热模组；所述散热模组包括至少一个散热工件；所述散热工件包括：毛细结构，设置于所述支撑部内壁，并与所述支撑部上下壁形成至少一个腔体；其中压扁的管状支撑件形成所述支撑部；金属粉末通过烧结形成所述毛细结构；所述腔体的高度与所述支撑部的厚度相匹配。
优选的，所述散热工件通过以下方法制备：提供压扁的管状支撑件；
将至少一根中心棒置于所述压扁的管状支撑件中，用金属粉末填充所述压扁的管状支撑件、得到预制件；
将所述预制件烧结，除去中心棒，形成至少具有一个腔体的散热工件；
其中，所述压扁的管状支撑件形成所述散热工件的支撑部；所述金属粉末形成所述散热工件的毛细结构；所述中心棒的厚度与所述支撑部的厚度相匹配。
本发明提供的散热工件的制备方法，提供压扁的管状支撑件；将至少一根中心棒置于所述压扁的管状支撑件中，用金属粉末填充所述压扁的管状支撑件、得到预制件；将所述预制件烧结，除去中心棒，形成至少具有一个腔体的散热工件；其中，所述压扁的管状支撑件形成所述散热工件的支撑部；所述金属粉末形成所述散热工件的毛细结构；所述中心棒的厚度与所述支撑部的厚度相匹配。现有技术因为先填充再压扁造成毛细结构接触，减少气体流通腔体的体积，而导致散热工件的散热效率下降，厚度不均等问题。相比较现有技术，由于本发明使用的管状支撑件为提前压扁的支撑件，在制备散热工件时，需要配套使用相应形状的中心棒，经过金属粉末填充、再烧结后能够得的散热工件具有用于水蒸气流通的腔体以及液体水流通的毛细结构；所述毛细结构的位置和厚度已经被中心棒的位置和大小所确定。且腔体横截面面积占散热工件横截面面积的40～70％，说明腔体的体积占整个散热工件体积的40～70％，气体流通的空间大，所以本发明提供的制备方法制备的散热工件散热效率高、厚度薄、适合未来移动设备的既轻薄又具有高性能的要求。
本发明还提供了一种散热工件，包括：支撑部；毛细结构，设置于所述支撑部内壁，并与所述支撑部上下壁形成至少一个腔体；其中压扁的管状支撑件形成所述支撑部；金属粉末通过烧结形成所述毛细结构；所述腔体的高度与所述支撑部的厚度相匹配。所述散热工件散热效率高、厚度薄、适合未来移动设备的既轻薄又具有高性能的要求。
本发明还提供了一种电子设备，包括：壳体；设置于所述壳体内的散热模组；所述散热模组包括至少一个散热工件；所述散热工件包括：支撑部；毛细结构，设置于所述支撑部内壁，并与所述支撑部上下壁形成至少一个腔体；其中压扁的管状支撑件形成所述支撑部；金属粉末通过烧结形成所述毛细结构；所述腔体的高度与所述支撑部的厚度相匹配。本发明提供的电子设备由于使用了所述散热工件制备的散热模组，所以在提高散热效率的前提下能够为电子设备节省更多的空间，使得电子设备内的空气流通空间增加，进一步提高了散热效率，使用户使用所述电子设备时不烫手。另外，由于节省了空间，所以电子设备可以做的更轻薄。
附图说明
图1本发明实施例1提供的散热工件横截面示意图；
图2本发明实施例2提供的散热工件横截面示意图；
图3对比例1制备的散热工件横截面示意图。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
本发明提供了一种散热工件，包括：支撑部；毛细结构，设置于所述支撑部内壁，并与所述支撑部上下壁形成至少一个腔体；其中压扁的管状支撑件形成所述支撑部；金属粉末通过烧结形成所述毛细结构；所述腔体的高度与所述支撑部的厚度相匹配。
相比较现有技术，本发明提供的散热工件包括支撑部；所述支撑部由压扁的管状支撑件形成；所述压扁的管状支撑件为提前经过处理的金属管；所述金属管的截面积优选为圆形、正方形、正六边形、正八边形或菱形；压扁的过程为将所述金属管即管状支撑件在压力作用下成型；所述压力的施压方向与所述圆形、正方形、正六边形、正八边形或菱形的最长边或最长直径垂直。按照本发明所述金属管的材质优选为铜或铝。所述金属粉末优选为铜粉或铝粉。所述铜粉或铝粉的粒径优选为100～500目。
按照本发明，所述金属管压扁后得到的压扁的管状支撑件的截面形状优选为椭圆形、长方形或边与边之间成圆弧过度的四边形、六边形、八边形或菱形。腔体的截面形状可以与所述压扁的管状支撑件的截面形状相同，也可以不同，但所述腔体的高度优选与所述支撑部的厚度相匹配，以所述腔体的截面形状为长方形为例，所述腔体的高度与所述支撑部的厚度相匹配是指所述腔体的上下边与所述支撑部内壁完全吻合。但在制备过程中或填充金属粉的过程中，所述金属粉末会进入中心棒与支撑部内壁之间的缝隙中形成一层薄金属层，所述腔体的高度与薄金属层相加为所述支撑部上下内壁之间的距离。按照本发明，所述腔体的个数优选为1～6个，过多的腔体空间会减少毛细结构的体积，使散热管中的水量减少，不宜于散热效果的提高。
按照本发明，所述散热工件的厚度优选为1～2.5mm，更优选为1～1.8mm，最优选为1～1.2mm。由于腔体的体积占的比例增加，使得散热效率更高，相同厚度的散热工件，本发明发明提供的散热工件散热效果更佳，所以可以将厚度做到更薄，使其具备现有技术中散热工件的更好的散热效果。
相比较现有技术，本发明提供的散热工件最大的优先在于所述腔体体积占整个散热工件的体积比大，散热工件内的热空气或水蒸气流动顺畅，不会由于气体流动不畅而使气压增大，造成毛细结构内的水因无法流动，从而无法带走热量导致散热效率下降。
按照本发明，所述散热工件可以为笔记本电脑中的散热管或CPU、GPU上的散热组件。
本发明提供的散热工件需要特殊的工艺进行实施；所以本发明提供了一种散热工件的制备方法，包括：
提供压扁的管状支撑件；
将至少一根中心棒置于所述压扁的管状支撑件中，用金属粉末填充所述压扁的管状支撑件、得到预制件；
将所述预制件烧结，除去中心棒，形成至少具有一个腔体的散热工件；
其中，所述压扁的管状支撑件形成所述散热工件的支撑部；所述金属粉末形成所述散热工件的毛细结构；所述中心棒的厚度与所述支撑部的厚度相匹配。
按照本发明，先进行制备压扁的管状支撑件。所述压扁的管状支撑件是由截面形状优选为圆形、正方形、正六边形、正八边形或菱形的金属管即管状支撑件在压力作用下成型的，所述压力的施力方向与所述压力的施压方向与所述圆形、正方形、正六边形、正八边形或菱形的最长边或最长直径垂直。
按照本发明所述金属管的材质优选为铜或铝。所述金属粉末优选为铜粉或铝粉。所述铜粉或铝粉的粒径优选为100～500目。所述压扁金属管的压力视金属管的材质不同而变化。施力直至将所述压扁的管状支撑件的厚度为1～2.5mm为止。所述厚度更优选为1～1.8mm，最优选为1～1.2mm。按照本发明，所述压扁的管状支撑件的厚度即为所述本发明提供的方法制备的散热工件的厚度。按照本发明，优选将所述金属管在一具有椭圆形、长方形或边与边之间成圆弧过度的四边形、六边形、八边形或菱形的模具中进行压扁，根据所述金属管截面形状的不同，选用相应的模具。例如：边与边之间成圆弧过度的四边形是由圆管在一截面形状为边与边成圆弧过渡的四边形模具中压扁得到。
按照本发明，在对金属管施压之前，还优选进行清洗所述金属管的操作，将清洗完的金属管第一端口进行缩颈操作，并将所述缩颈的第一端口进行焊接，封住端口，然后再将所述封住第一端口的金属管压扁，得到压扁的管状支撑件。
将中心棒插入所述压扁的管状支撑件中，并使用金属粉末将剩余的空间填满，压实。得到预制件，将所述预制件进行烧结，所述烧结的温度优选为300～1500℃，更优选为500～1200℃，最优选为600～900℃烧结时间优选为5～90min，更优选为10～60min，最优选为10～30min。所述金属粉末优选为铜粉或铝粉；所述铜粉或铝粉的粒径优选为100～300目。所述中心棒的截面形状可以与所述压扁的管状支撑件相同，也可以不同。本发明优选相同。所述中心棒优选为不锈钢棒，能够在烧结后轻易的取出。
按照本发明，烧结后取出中心棒，所述金属粉末通过烧结在所述金属管的内壁上形成了多孔的固溶体类材料，内部具有若干微孔，形成毛细结构。毛细结构与所述金属管的上下内壁围成散热工件内部的腔体，而所述腔体与所述中心棒的大小、形状和放置位置相吻合，所以中心棒的体积就是所述腔体的体积，因为所述腔体与所述中心棒完全匹配，所以为了满足所述腔体的高度优选与所述支撑部的厚度相匹配，就必须要满足中心棒的横截面高度与所述支撑部的厚度相匹配，以中心棒为四边形为例，所述中心棒的横截面高度与所述支撑部的厚度相匹配是指所述中心棒的横截面的上下边与所述支撑部内壁完全吻合。但在散热工件的烧结过程中或填充金属粉末的过程中，所述金属粉末会进入中心棒与支撑部内壁之间的缝隙中形成一层薄金属层，所述中心棒的横截面的高度与薄金属层相加为所述支撑部上下内壁之间的距离。这样就能够确定散热工件内热空气或水蒸气流通的腔体的体积与整个散热工件的体积之比，现有技术制备的散热工件无法确定内部腔体的体积，导致散热效率低下，厚度不均等问题。
按照本发明，优选向所述毛细结构中加入水、乙醇等通过气液转换而实现热量转换的液体。然后除去所述腔体中的多余空气；将散热工件的第二端口处封闭，在封闭使可以进行第二次除气。最后进行焊接第二端口。得到可以在笔记本等移动终端中使用的散热工件。根据不同的使用环境，还可以将所述散热工件进行弯折，以适应散热模组不同的设置角度和位置。按照本发明，所述除气可以使用真空泵。焊接第一端口和第二端口均可使用普通的焊接方法。最后将散热工件进行物理性能的检测，和散热性能检测。
本发明还提供了一种电子设备，包括：壳体；
设置于所述壳体内的散热模组；所述散热模组包括至少一个散热工件；所述散热工件包括：支撑部；设置于所述支撑部内壁，并围成至少一个腔体的毛细结构；其中压扁的管状支撑件形成所述支撑部；金属粉末通过烧结形成所述毛细结构；所述腔体的横截面面积占所述散热工件横截面面积的40～70％。
按照本发明，所述散热工件的厚度优选为1～2.5mm，更优选为1～1.8mm，最优选为1～1.2mm。
按照本发明，所述电子设备包括：笔记本电脑、平板电脑或其他移动终端。
以下为本发明具体实施例：
实施例1
取直径为8mm壁厚为0.3mm的圆管，内外清洗后，缩颈并将第一端口焊接封闭。将所述封闭一端的圆管在模具中加压，使其成为1.5mm×12.02mm的截面形状为边与边通过圆弧过度的四边形的管状支撑件。取截面为3.5mm×0.9mm的中心棒2根置于所述管状支撑件中，所述中心棒据上下内壁的距离为0.3mm，距左右内壁的距离为1.2mm，两中心棒之间的距离为0.9mm。用铜粉填充所述管状支撑件中除中心棒以外的空间，压实，得到预制件。
将所述预制件在800℃下烧结，烧结时间为10min，烧结结束后，冷却所述预制件，取出中心棒。所述铜粉形成毛细结构，所述中心棒抽出后的空间为所述腔体，所以所述腔体与所述中心棒的横截面积相同。最后在毛细结构中注入水，经过两次真空泵抽真空除气后，封闭第二端口，得到散热工件。本实施例制备的散热工件横截面如图1所示，包括：压扁的管状支撑件1、毛细结构2、腔体3。
通过结算可以得知，所述散热工件的横截面面积为12.02×1.5＝18.3mm2，所述腔体的总横截面面积为(12.02-1.2-1.2-0.9)×0.9＝7.848mm2。
通过检测输入和输出功率，并通过公式：η＝P0/P1得出散热效率。其中P0为输出功率，P1为输入功率，输出功率即散热工件中在一定时间内水蒸气冷却为水所放出的热量；输入功率为散热工件中再一定时间内水蒸发为水蒸气所吸收的热量；计算结果为，所述散热工件的散热效率为70％。
比较例1
取直径为8mm的圆管，内外清洗后，缩颈并将第一端口焊接封闭。取截面为3.5mm×0.9mm的中心棒2根置于所述管状支撑件中。用铜粉填充所述管状支撑件中除中心棒以外的空间，压实，得到预制件。
将所述预制件在800℃下烧结，烧结时间为10min，烧结结束后，冷却所述预制件，取出中心棒。所述铜粉形成毛细结构，所述中心棒抽出后的空间为所述腔体，所以所述腔体与所述中心棒的横截面积相同。最后在毛细结构中注入水，经过两次真空泵抽真空除气后，封闭第二端口，然后将两端均封闭的散热工件在得到散热工件在模具中加压，使其成为2.7mm×11.15mm的边与边通过圆弧过度的散热工件。所述腔体由于压缩而变形，截面为0.3mm×11.1mm的狭窄空间。比较例1制备的散热工件横截面如图3所示，包括：压扁的管状支撑件1、毛细结构2、腔体3。
通过结算可以得知，所述散热工件的横截面面积为11.15×2.7＝30.105mm2，所述腔体的总横截面面积为11.1×0.3＝3.33mm2。
通过检测输入和输出功率，并通过公式：η＝P0/P1得出散热效率。其中P0为输出功率，P1为输入功率，输出功率即散热工件中在一定时间内水蒸气冷却为水所放出的热量；输入功率为散热工件中再一定时间内水蒸发为水蒸气所吸收的热量；计算结果为，所述散热工件的散热效率为50％。
通过实施例1与比较例1的对比，得出结论，本发明提供的制备方法制备的散热工件不仅厚度更博，而且具有更大体积的散热腔体，能够最大限度的压缩散热工件厚度的情况下提高散热效率。
实施例2
取直径为8mm的圆管，内外清洗后，缩颈并将第一端口焊接封闭。将所述封闭一端的圆管在模具中加压，使其成为长半轴为6mm短半轴为1mm的横截面为椭圆形管状支撑件。取长半轴为4mm短半轴为1mm中心棒1根置于所述管状支撑件中，用铜粉填充所述管状支撑件中除中心棒以外的空间，压实，得到预制件。
将所述预制件在800℃下烧结，烧结时间为10min，烧结结束后，冷却所述预制件，取出中心棒。所述铜粉形成毛细结构，所述中心棒抽出后的空间为所述腔体，所以所述腔体与所述中心棒的横截面积相同。最后在毛细结构中注入水，经过两次真空泵抽真空除气后，封闭第二端口，得到散热工件。本实施例制备的散热工件横截面示意图如图2所示，包括：压扁的管状支撑件1、毛细结构2、腔体3。
通过结算可以得知，所述散热工件的横截面面积为3.14×6×1＝18.84mm2，所述腔体的总横截面面积为3.14×4×1＝12.58mm2。
通过检测输入和输出功率，并通过公式：η＝P0/P1得出散热效率。其中P0为输出功率，P1为输入功率，输出功率即散热工件中在一定时间内水蒸气冷却为水所放出的热量；输入功率为散热工件中再一定时间内水蒸发为水蒸气所吸收的热量；计算结果为，所述散热工件的散热效率为60％。
实施例3
取直径为8mm的圆管，内外清洗后，缩颈并将第一端口焊接封闭。将所述封闭一端的圆管在模具中加压，使其成为2mm×11mm的边与边通过圆弧过度的管状支撑件。取截面为3mm×0.7mm的中心棒2根置于所述管状支撑件中，所述中心棒据上下内壁的距离为0.3mm，距左右内壁的距离为2.1mm，两中心棒之间的距离为0.7mm。用铜粉填充所述管状支撑件中除中心棒以外的空间，压实，得到预制件。
将所述预制件在800℃下烧结，烧结时间为10min，烧结结束后，冷却所述预制件，取出中心棒。所述铜粉形成毛细结构，所述中心棒抽出后的空间为所述腔体，所以所述腔体与所述中心棒的横截面积相同。最后在毛细结构中注入水，经过两次真空泵抽真空除气后，封闭第二端口，得到散热工件。通过结算可以得知，所述散热工件的横截面面积为11×2＝22mm2，所述腔体的总横截面面积为(11-2.1-2.1-0.7)×0.7＝5.4mm2。
通过检测输入和输出功率，并通过公式：η＝P0/P1得出散热效率。其中P0为输出功率，P1为输入功率，输出功率即散热工件中在一定时间内水蒸气冷却为水所放出的热量；输入功率为散热工件中再一定时间内水蒸发为水蒸气所吸收的热量；计算结果为，所述散热工件的散热效率为75％。
实施例4
一种包括实施例1制备的散热工件的笔记本电脑，总厚度为15mm。CPU全负荷运转1小时，的温度维持在40～50℃之间。
以上对本发明提供的一种散热工件及其制备方法以及一种电子设备。进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种散热工件的制备方法，其特征在于，包括：
提供压扁的管状支撑件；
将至少一根中心棒置于所述压扁的管状支撑件中，用金属粉末填充所述压扁的管状支撑件、得到预制件；所述金属粉为铜粉或铝粉，所述铜粉或铝粉的粒径为100～500目；
将所述预制件烧结，除去中心棒，形成具有1～6个腔体的散热工件；所述散热工件的厚度为1～1.2mm；
其中，所述压扁的管状支撑件形成所述散热工件的支撑部；所述金属粉末形成所述散热工件的毛细结构；所述中心棒的厚度与所述支撑部的厚度相匹配。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述提供压扁的管状支撑件具体为：
将横截面形状为圆形、正方形、正六边形、正八边形或菱形的管状支撑件在压力作用下成型；所述压力的施压方向与所述圆形、正方形、正六边形、正八边形或菱形的最长边或最长直径垂直。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述压扁的管状支撑件的横截面形状为椭圆形、长方形或边与边之间成圆弧过度的四边形、六边形、八边形或菱形。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述提供压扁的管状支撑件之前还包括：将横截面形状为圆形、正方形、正六边形、正八边形或菱形的金属管状支撑件清洗，缩颈并封住第一端口。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述将所述预制件烧结，除去中心棒，形成至少具有一个腔体的散热工件具体为：
将所述预制件烧结、除去中心棒，形成至少具有一个腔体的半成品；
向所述半成品中添加水并排出所述至少一个腔体中的气体；
封住第二端口，得到散热工件。
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