CN105865241B - 一种超薄均热板及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超薄均热板及其制作方法，包括于周缘密封连接的盖板和底板，在盖板的内表面上设有凹槽，使得盖板与底板之间形成处于真空状态的空腔，在空腔中且位于凹槽的底面上分布有若干个呈阵列排布的突起，突起为压制而成的空心柱，突起连接盖板与底板以支撑在盖板与底板之间并用于盖板与底板之间的热量传递，且突起的外壁作为工作流体蒸发遇冷凝结由盖板向底板流动的介质。本发明盖板上的突起与底板接触，可支撑盖板和底板构成的空腔并用于底板与盖板之间的热量传递，突起外壁作为工作流体蒸发遇冷凝结由盖板向底板流动的介质。本发明可使均热板的厚度减小，且突起采用简单的冲压工艺压制而成，简化了制造工艺，成本低廉，适宜大规模生产。

Description

一种超薄均热板及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种均热板，尤其涉及一种超薄均热板，还涉及该超薄均热板的制作方法。

背景技术

现今电子产品的运算速度越来越快，而同时又要求产品的尺寸尽可能小。尤其是智能手机，其厚度越来越薄，不断挑战着厚度极限，这就需要在手机内有限的空间中将大量的热散发出去。

目前，传热效率最好的材料是液体相变传热的热管或均热板。液体相变传热热管的热阻比金属铜或铝材料的热阻低几十甚至上百倍，是当今电子产品中最佳的散热组件。而均热板比热管的散热效率更高，因此，均热板正逐步取代热管成为高端CPU和GPU的必选散热组件。

现有的均热板为一平面板状物，上下各有一盖(盖板与底板)相互密合。均热板是一个内部具有微细结构的真空腔体，其内有铜柱支撑。均热板上下两板状体通常以无氧铜为材质，以纯水为工作流体，毛细结构以铜粉烧结或铜网之工艺制作。均热板在实际应用时，在平板上任两点所测得温度差可小于10℃以内，较热管对热源的传导效果更均匀，均热板之名亦因此而来。均热板工作时，热源热量由底板外部传导至内部腔体，腔体底面为多孔结构，吸附有工作液体，工作液体受热汽化，蒸汽迅速布满整个腔体，盖板的上表面一般安装有散热热沉，散热热沉可将热量迅速散发到周围环境，因此，盖板的温度低于相变温度，腔体中的蒸汽在盖板内表面冷却凝结为液体，又通过连接盖板与底板的结构回流到腔体底面的多孔结构中，从而完成整个循环。

但是，传统均热板的盖板和底板的内表面均需烧结铜粉多孔结构，同时要保留中部空腔作为蒸汽扩散的通道，为了连接盖板和底板，以及促进液体由冷凝面回流到蒸发面还需要设置专门的支撑结构和毛细柱，这样，不但制作工艺复杂，而且由于设置了专门的支撑结构和毛细柱，使得均热板较厚，制造工艺复杂。因此，常规的均热板结构和制造方式决定了难以进一步降低均热板厚度，现有的均热板所能达到的最小厚度是0.6mm。

当前，智能手机等轻薄、高性能电子产品对厚度尺寸的要求最高，因此迫切需要研发厚度更薄、性能更好的均热板，然而如何将均热板的厚度进一步减小，这是本领域目前亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种结构简单、可大大简化制作工艺、能够弯曲形变且不影响传热性能、散热效率高、制作成本低并适宜大规模生产的超薄均热板。

本发明的第一个目的通过以下的技术措施来实现：一种超薄均热板，包括于周缘密封连接的盖板和底板，其特征在于：在所述盖板的内表面上设有凹槽，使得盖板与底板之间形成处于真空状态的空腔，在所述空腔中且位于凹槽的底面上分布有若干个呈阵列排布的突起，所述突起为压制而成的空心柱，所述突起连接盖板与底板以支撑在盖板与底板之间并用于盖板与底板之间的热量传递，且突起的外壁作为工作流体蒸发遇冷凝结由盖板向底板流动的介质。

本发明在一块平板金属片上直接压制出盖板凹槽以及大量的微小突起，增加了盖板的表面积，使受热、换热面积增大。盖板的突起与底板接触，作用之一是支撑盖板和底板构成的空腔，起到控制均热板厚度并加强结构的作用，无需在腔体内专门设置加强筋，作用之二是用于底板与盖板之间的热量传递，作用之三是突起的外壁作为工作流体蒸发遇冷凝结由盖板向底板流动的介质。因此，本发明不但可使均热板的厚度在现有均热板厚度基础上减小，而且突起采用简单的冲压工艺压制而成，简化了制造工艺，成本低廉，适宜大规模生产。另外，由于本发明厚度较薄，即使弯曲形变也不会破坏毛细芯结构，因此，对传热性能并无影响，使得本发明能够广泛应用于智能手机等轻薄、高性能电子产品。

作为本发明的一种优选实施方式，所述突起为倒置的空心锥台，突起顶面的直径为0.1～2mm，所述突起的高度是0.1～0.6mm。

作为本发明的一种改进，在所述底板的内表面上铺设有毛细结构，所述突起下压毛细结构并与毛细结构及底板熔接在一起。毛细结构增加了底板的表面积，使受热、换热面积增大，进一步提高了散热效率。

作为本发明的进一步改进，在空腔的内表面上涂覆有亲水涂层，以增加空腔内表面的亲水性。

本发明还可以做以下改进，3～6个突起相互靠近合围成一个中部具有孔道的局部空隙单元，相邻的突起之间具有间隙，各局部空隙单元呈阵列分布。工作流体蒸发遇冷凝结后可以沿着局部空隙单元中部的孔道向下流动，因此，能够促进工作流体流动，以提高散热效率。

作为本发明的一种优选实施方式，所述底板为平板，所述盖板的边缘外翻成折边，突起的底面与折边的下表面相平齐，所述底板的周缘焊接在所述盖板的折边上以连接盖板和底板。

本发明所述超薄均热板的厚度大于或等于0.2mm且小于0.6mm。

本发明的第二个目的在于提供一种上述超薄均热板的制作方法。

本发明的第二个目的通过以下的技术措施来实现：一种上述超薄均热板的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

⑴分别制作底板和具有凹槽及突起的盖板，同时预留除气口，其中，所述盖板的凹槽和突起是在平板状的金属薄板上压制而成的；

⑵将盖板扣合在底板上使得突起与底板的内表面接触；

⑶将盖板与底板及突起熔接在一起，形成一具有除气口的腔体；

⑷通过除气口向腔体内填充工作流体；

⑸从除气口抽取腔体中的空气使腔体处于真空状态；

⑹封堵除气口并焊接密封制成超薄均热板。

作为本发明的一种改进，在所述步骤⑴中，在底板的内表面上铺设毛细结构；在所述步骤⑶中，所述毛细结构与突起及底板熔接在一起。

作为本发明的进一步改进，完成步骤⑶后，通过除气口向腔体内灌注用于形成亲水涂层的溶液，在腔体内表面附着亲水涂层后将溶液倒出，并烘干腔体，转入步骤⑷。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

⑴本发明在盖板上设置突起，增加了盖板的表面积，使受热、换热面积增大。突起与盖板接触，作用之一是支撑盖板和底板，起到控制均热板厚度并加强结构的作用，作用之二是用于底板与盖板之间的热量传递，作用之三是突起的外壁作为工作流体蒸发遇冷凝结由盖板向底板流动的介质，因此，本发明不但可使均热板的厚度在现有均热板厚度基础上减小，而且突起采用简单的冲压工艺压制而成，简化了制造工艺，成本低廉，适宜大规模生产。

⑵本发明3～6个突起相互靠近合围成一个中部具有孔道的局部空隙单元，蒸发遇冷凝结的工作流体可以沿着局部空隙单元中部的孔道向下流动，即沿着突起用于合围成孔道的侧壁流动，能够促进工作流体流动，以提高散热效率。

⑶本发明在空腔的内表面上涂有亲水涂层，可以增加空腔内表面的亲水性。

⑷本发明在底板的内表面上铺设有毛细结构，毛细结构增加了底板的表面积，使受热、换热面积增大，进一步提高了散热效率。

⑸由于本发明厚度较薄，即使弯曲形变也不会破坏毛细芯结构，因此，对传热性能并无影响。

⑹本发明结构简单、实用性强，使得本发明能够广泛应用于智能手机等轻薄、高性能电子产品。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明实施例1的整体结构示意图；

图2是本发明实施例1相邻两个突起的俯视图；

图3是图2中相邻两个突起的纵剖示意图；

图4是本发明实施例1的纵剖示意图；

图5是本发明实施例1的结构爆炸图(打开盖板)；

图6是本发明实施例2的结构爆炸图(打开盖板)；

图7是本发明实施例3的结构爆炸图(打开盖板)。

具体实施方式

实施例1

如图1～5所示，是本发明一种超薄均热板，包括于周缘密封连接的盖板1和底板2，在盖板1的内表面上设有凹槽12，使盖板1和底板2之间形成处于真空状态的空腔8，在本实施例中，底板2为平板，盖板1的边缘外翻成折边11，在空腔8中且位于凹槽12的底面上分布有若干个呈阵列排布的突起3，突起3为压制而成的空心柱，突起3的底面与折边11的下表面相平齐，底板1的周缘焊接在盖板2的折边上以连接盖板1和底板2，突起3连接盖板1与底板2以支撑在盖板1与底板2之间并用于盖板与底板之间的热量传递，且突起3的外壁作为工作流体蒸发遇冷凝结由盖板1向底板2流动的介质。在空腔的内表面上涂覆有亲水涂层，增加空腔内表面的亲水性。亲水涂层是纳米二氧化硅或者二氧化钛或者二者相混合形成的涂层。

在本实施例中，突起3为倒置的空心锥台，突起3顶面的直径为0.1mm，突起3的高度是0.1mm。超薄均热板的厚度大于或等于0.2mm且小于0.6mm。

本发明在实际使用时，热源芯片优选与底板2紧密接触，散热热沉优选与盖板1紧密接触，底板2和盖板1由导热性能好的铜、铝、镍等金属材料制成，并优选铜材料制成。

参见图4，本发明的工作原理是：超薄均热板工作时，底板2底面为受热端，其直接与热源芯片接触，盖板1为冷却端，其上面与散热热沉之类的冷却装备接触。当热量Q1由热源传导至受热端时，底板2内壁面上的液态的工作流体A会在低真空度的环境中发生液相汽化的现象，转变成气体B，工作流体因相变现象可携带大量潜热并且体积迅速膨胀充满整个腔体，当气体B接触到盖板1时遇冷时产生凝结现象成为液态的工作流体C，凝结过程中会释放出气态的工作流体所携带的全部热量Q2。工作流体凝结后形成液态的形式沿着突起的外壁再流回到蒸发热源处，此循环将在超薄均热板腔体内周而复始的进行。

一种上述超薄均热板的制作方法，包括以下步骤：

⑴分别制作底板2和具有凹槽及突起3的盖板1，同时预留除气口4，其中，盖板1的盘状凹槽和突起3是冲压模具在平板状的金属薄板上压制而成的，底板2采用平板状的金属薄片；

⑵将盖板1扣合在底板2上使得突起3与底板2的内表面接触；

⑶将盖板1与底板2及突起3熔接在一起，具体采用扩散焊接工艺实现熔接，形成一具有除气口4的腔体；

完成步骤⑶后，通过除气口4向腔体内灌注用于形成亲水涂层的溶液，在腔体内表面附着亲水涂层后将溶液倒出，并烘干腔体，转入步骤⑷。

⑷通过除气口4向腔体内填充工作流体，工作流体的高度占空腔高度的1/3左右；

⑸从除气口4抽取腔体中的空气使腔体处于真空状态；

⑹封堵除气口4并焊接密封制成超薄均热板。

实施例2

如图6所示，本实施例的超薄均热板与实施例1的超薄均热板不同之处在于：3个或4个突起3相互靠近合围成一个中部具有孔道7的局部空隙单元6，相邻的突起3之间具有间隙，各局部空隙单元6呈阵列分布。局部空隙单元的直径是0.1～1mm。

本实施例的制作工艺与实施例1的制作工艺不同之处在于：突起3在金属薄板上的具体位置不同，以便形成3个或4个突起3相互靠近合围成一个中部具有孔道7的局部空隙单元6，且各局部空隙单元6呈阵列分布的形式。

实施例3

如图7所示，本实施例的超薄均热板与实施例2的超薄均热板不同之处在于：在底板2的内表面上铺设有毛细结构，毛细结构可以采用铜粉或铜网5，在其它实施例中，也可以采用其它毛细结构，突起3下压毛细结构并与毛细结构及底板2熔接在一起。在空腔的内表面上涂覆有亲水涂层，即是在突起的外壁和空腔的顶面以及铜网5上涂覆有亲水涂层，铜网吸附工作流体，具有虹吸现象，可使受热、换热面积增大，增加散热效率。

本实施例的制作工艺与实施例1的制作工艺不同之处在于：在步骤⑴中，在底板2的内表面上铺设毛细结构，毛细结构采用铜网，即铺设一层铜网5；在步骤⑶中，铜网5与突起3及底板2熔接在一起。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明突起为倒置的空心锥台，突起顶面的直径为0.1～2mm，突起的高度是0.1～0.6mm；3～6个突起相互靠近合围成一个中部具有孔道的局部空隙单元；毛细结构还具有除了铜粉和铜网之外的其它实施方式；因此，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种超薄均热板，包括于周缘密封连接的盖板和底板，其特征在于：在所述盖板的内表面上设有凹槽，使得盖板与底板之间形成处于真空状态的空腔，在所述空腔中且位于凹槽的底面上分布有若干个呈阵列排布的突起，所述突起为压制而成的空心柱，所述突起连接盖板与底板以支撑在盖板与底板之间并用于盖板与底板之间的热量传递，且突起的外壁作为工作流体蒸发遇冷凝结由盖板向底板流动的介质；所述突起为倒置的空心锥台，突起顶面的直径为0.1～2mm，所述突起的高度是0.1～0.6mm；在所述底板的内表面上铺设有毛细结构，所述突起下压毛细结构并与毛细结构及底板熔接在一起；3～6个突起相互靠近合围成一个中部具有孔道的局部空隙单元，相邻的突起之间具有间隙，各局部空隙单元呈阵列分布，蒸发遇冷凝结的工作流体沿着局部空隙单元中部的孔道向下流动，即沿着突起用于合围成孔道的侧壁流动，能够促进工作流体流动，以提高散热效率。

2.根据权利要求1所述的超薄均热板，其特征在于：在空腔的内表面上涂覆有亲水涂层。

3.根据权利要求2所述的超薄均热板，其特征在于：所述底板为平板，所述盖板的边缘外翻成折边，突起的底面与折边的下表面相平齐，所述底板的周缘焊接在所述盖板的折边上以连接盖板和底板。

4.根据权利要求3所述的超薄均热板，其特征在于：所述超薄均热板的厚度大于或等于0.2mm且小于0.6mm。

5.一种权利要求1所述的超薄均热板的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

⑴分别制作底板和具有凹槽及突起的盖板，同时预留除气口，其中，所述盖板的凹槽和突起是在平板状的金属薄板上压制而成的；在底板的内表面上铺设毛细结构；

⑵将盖板扣合在底板上使得突起与底板的内表面接触；

⑶将盖板与底板及突起熔接在一起，所述毛细结构与突起及底板熔接在一起，形成一具有除气口的腔体；

⑷通过除气口向腔体内填充工作流体；

⑸从除气口抽取腔体中的空气使腔体处于真空状态；

⑹封堵除气口并焊接密封制成超薄均热板。

6.根据权利要求5所述的超薄均热板的制作方法，其特征在于：完成步骤⑶后，通过除气口向腔体内灌注用于形成亲水涂层的溶液，在腔体内表面附着亲水涂层后将溶液倒出，并烘干腔体，转入步骤⑷。