CN110440621A - 均热板和其制造方法及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种均热板,包括中空的壳体,壳体内设毛细结构及冷却介质,通过毛细结构实现冷却介质在壳体内的热循环,壳体的材质为钛金属或者钛合金,壳体的内表面设有膜层,膜层具有抗氧化功能。本申请实施例提供的均热器应用于电子设备中,其壳体材料选用钛金属或者钛合金,通过在壳体的腔室内表面形成一层抗氧化的膜层,让产品在具有良好工作可靠性的同时,实现了轻量化的工艺设计。

Description

均热板和其制造方法及电子设备
技术领域
本申请涉及散热设备技术领域,尤其涉及一种电子设备的散热模块。
背景技术
冷却液在物相变化时,会吸收或者释放出相变潜热,均热板的设计便是利用了这个原理。热管或者均热板均是内壁上具有微细结构的真空腔体,当热由热源传导至均热板时,腔体里的封装的冷却液体,在低真空度的环境中受热后开始产生气化现象,吸收热量并向冷端蒸发,冷端遇冷后凝结释放出热量,再经由腔体内壁上的微细结构的毛细作用返回到热源端,从而达到均热的效果。
目前,均热板已广泛使用在终端电子产品如手机、平板、笔记本电脑中,鉴于均热板更加优良的散热效果与空间适应性,在追求更高性能(相应的需要更优的散热效果)的产品上,将得到进一步的应用,而消费类电子产品除高性能外,轻薄便携同样是消费者的一大诉求。如何在保证散热性能的前提下更加轻便成为了均热板设计的重点。
发明内容
本申请实施例所要解决的技术问题在于,提供一种均热板及其制造方法,在确保散热性能稳定的同时,极大的降低产品的重量,实现整个产品的轻便化设计。
第一方面,一种实施方式中,本申请实施例提供了一种均热板,包括中空的壳体,所述壳体内设毛细结构及冷却介质,通过所述毛细结构实现所述冷却介质在所述壳体内的热循环,所述壳体的材质为钛金属或者钛合金,所述壳体的内表面设有膜层,所述膜层具有抗氧化功能。本实施例的均热板的壳体材料选用钛金属或者钛合金,通过在壳体的腔室内表面形成一层抗氧化的膜层,让产品在具有良好的工作可靠性同时,实现了轻量化的工艺设计。
一种实施方式中,所述膜层的材质含有能够与钛元素发生反应以生成含钛化合物的反应元素,所述反应元素的总量≥5%,所述膜层的厚度为100nm-20um。当膜层含的反应元素总量大于百分之五,膜层厚度到100nm以上时,其膜层的致密度才具有稳定的抗氧化效果。
一种实施方式中,所述反应元素包括碳、氮、氧三种元素中的至少一种。这三种元素在生产加工中属于常见反应元素,获取方便,易于膜层的加工。
一种实施方式中,所述反应元素为氧元素,所述含钛化合物为钛与氧的反应物。钛和氧的反应物既可以通过空气与钛金属反应获取也可以通过水与钛金属反应获取,制备方便且原材容易获取,降低加工成本。
一种实施方式中,所述膜层完全覆盖所述壳体的内表面,好处在于对壳体内表面进行全面的保护,而且制作工作简单,不需要区分哪一部分需要被覆盖膜层。其它实施方式中,膜层可以部分覆盖壳体内表面,即以覆盖壳体内表面容易被氧化的部分面积,需要先判断壳体内表面哪部分面积是易氧化区域,针对性地覆盖膜层,本实施方式好处在于,节约膜层的成本,进一步降低均热板的成本。
一种实施方式中,所述毛细结构的材质为钛金属或者钛合金,所述膜层覆盖所述毛细结构的表面。当毛细结构的材质也为钛金属或者钛合金,可以将毛细结构与壳体一起进行覆膜处理,这样在毛细结构表面也会有一层抗氧化的膜层,保护毛细结构不被腔室内部的空气或者冷却介质氧化。
一种实施方式中,所述壳体包括第一盖板和第二盖板,所述第一盖板和所述第二盖板相互压合形成密封腔室,所述膜层设置在所述第一盖板和所述第二盖板的内表面。采用第一盖板与第二盖板压合的方式形成中空壳体,一方面方便了腔室内部结构的设计,针对不同的结构可以在第一盖板或者第二盖板上分别加工,另一方面在进行覆膜处理时也可以针对两个不同盖板针对性的加工,为膜层的加工带来更多的自主选择。
一种实施方式中,所述第一盖板和所述第二盖板的外表面亦被所述膜层覆盖。两个盖板的外表面也被膜层覆盖是为了针对高温、高湿度的工作场景所设计,防止壳体的外表面在易氧化的环境下被氧化腐蚀。
一种实施方式中,所述壳体内设支撑结构,所述支撑结构自所述壳体的内表面向所述壳体的内部空间延伸,用于保持所述壳体的形状,所述膜层覆盖所述支撑结构。由于壳体为中空结构,其结构的稳固性比较差,在受到挤压时容易发生变形,所以在腔室内设置支撑结构,防止壳体受到不均匀外力时发生弯折或者变形。
一种实施方式中,所述支撑结构与所述壳体为一体式结构,所述支撑结构为多个呈阵列排布的凸柱。阵列分布的支撑结构一方面有助于均热板轻量化的设计,另一方面有助于均热板质量的均匀分布,方便电子产品整体重心的设计把控。
第二方面,一种实施例中,本申请提供一种均热板的制作方法,包括如下步骤:
选用钛金属或者钛合金的板材成型第一盖板和第二盖板;
先将毛细结构设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间,并将所述第一盖板和所述第二盖板结合形成中空的壳体,再对所述壳体进行表面处理形成抗氧化的膜层;或先对所述第一盖板和所述第二盖板进行表面处理形成抗氧化的膜层,再将毛细结构设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间,并将所述第一盖板和所述第二盖板结合形成中空的壳体;
所述膜层覆盖所述壳体的内表面,所述毛细结构位于所述壳体内,通过所述毛细结构实现冷却介质在所述壳体内的热循环。
本实施例提供的制作方法所生产的均热板在具有良好工作可靠性的同时,产品整体的重量相对与现有技术的均热板大幅降低,实现了产品的轻量化设计。
第二方面的一种实施例中,所述膜层含有能够与钛元素发生反应以生成含钛化合物的反应元素,所述反应元素总量≥5%,所述膜层厚度为100nm-20um。当与钛发生反应的元素总量≥5%时,膜层的致密度才能达到抗氧化的效果,同样,膜层厚度为100nm-20um时,才能保证壳体的内表面不会被氧化。
第二方面的一种实施例中,所述反应元素包括碳、氮、氧三种元素中的至少一种。这三种元素在生产加工中属于常见反应元素,获取方便,易于膜层的加工。
第二方面的一种实施方式中,所述反应元素为氧元素,所述含钛化合物为钛与氧的反应物。钛和氧的反应物既可以通过空气与钛金属反应获取也可以通过水与钛金属反应获取,制备方便且原材容易获取,降低加工成本。
第二方面的一种实施方式中,所述膜层完全覆盖所述壳体的内表面。完全覆盖的好处在于对壳体内表面进行全面的保护,而且制作工作简单,不需要区分哪一部分需要被覆盖膜层。其它实施方式中,膜层可以部分覆盖壳体内表面,即以覆盖壳体内表面容易被氧化的部分面积,需要先判断壳体内表面哪部分面积是易氧化区域,针对性地覆盖膜层,本实施方式好处在于,节约膜层的成本,进一步降低均热板的成本。
第二方面的一种实施方式中,对所述壳体进行表面处理形成抗氧化的膜层的步骤具体包括,将所述壳体在氧气气氛中进行加热处理,加热温度为150-600℃,加热时间0.5-20hr。通过该实施例的覆膜方法可以在壳体的内表面形成氧元素含量≥5%,厚度为100nm-20um的膜层,通过该含氧元素的膜层可以防止壳体的内表面被氧化。
第二方面的一种实施方式中,对所述壳体进行表面处理形成抗氧化的膜层的步骤具体包括,将所述壳体在氮气气氛中进行加热处理,加热温度为200℃-800℃,加热时间0.5-10hr。通过该实施例的覆膜方法可以在壳体的内表面形成氮元素含量≥5%,厚度为100nm-20um的膜层,通过该含氮元素的膜层可以防止壳体的内表面被氧化。
第二方面的一种实施方式中,所述壳体进行表面处理形成抗氧化的膜层的步骤具体包括,将所述壳体在潮湿空气中进行加热处理,加热温度为200-650℃,加热时间0.5-20hr。通过该实施例的覆膜方法可以在壳体的内表面形成氧元素含量≥5%,厚度为100nm-20um的膜层,通过该含氧元素的膜层可以防止壳体的内表面被氧化。
第二方面的一种实施方式中,对所述第一盖板和所述第二盖板进行表面处理形成抗氧化的膜层的步骤具体包括,将所述第一盖板和所述第二盖板在乙炔和氮气混合气体中进行加热处理,加热温度100-400℃,加热时间:0.5-5hr。通过该实施例的覆膜方法可以在壳体的内表面形成碳元素含量≥5%,厚度为100nm-20um的膜层,通过该含碳元素的膜层可以防止壳体的内表面被氧化。
第二方面的一种实施方式中,对所述第一盖板和所述第二盖板进行表面处理形成抗氧化的膜层的步骤具体包括,对所述第一盖板和所述第二盖板的表面进行阳极氧化处理,阳极氧化处理采用磷酸和硫酸的混合液体。通过该实施例的覆膜方法可以在壳体的内表面形成氧元素含量≥5%,厚度为100nm-20um的膜层,通过该含氧元素的膜层可以防止壳体的内表面被氧化。
第二方面的一种实施方式中,将所述毛细结构设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间的步骤具体包括:将毛细结构与所述第一盖板或所述第二盖板的表面进行高温热扩散结合。毛细结构可以为钛网。通过高温热扩散的方式将钛网与第一盖板或第二盖板的表面进行结合,避免了钛网在连接处产生的结构应力,同时钛网作为独立的部件,具有一定结构韧性,钛网与壳体的内表面结合以后,会增强整个壳体的结构稳定性。
第二方面的一种实施方式中,将所述毛细结构设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间的步骤具体包括:在所述第一盖板和所述第二盖板相对的表面上涂覆一层钛粉,钛粉的厚度可以为0.15mm,烧结钛粉形成所述毛细结构。本实施方式中是采用涂覆钛粉再烧结的方式构造毛细结构,其优点利用钛粉可以让毛细结构分布更为均匀,生产人员可以根据具体的腔室结构即热循环的需要在盖板的表面进行有选择的涂覆钛粉。同时,相对于焊接、粘接的连接方式,采用钛粉烧结的连接模式在连接处的应力也会变小,对壳体温度变化的敏感度也更低。
第二方面的一种实施方式中,将所述毛细结构设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间的步骤具体包括:在所述第一盖板和所述第二盖板相对的表面上排列放置钛毡布及钛纤维,在500-1000℃高温和0.01Mpa-20Mpa压力环境下进行连接处理,形成毛细结构。该实施方式中以钛毡布及钛纤维作为毛细结构,其材料的结构相比钛网更细密,所以虹吸效果要优于钛网,有助于腔室内热循环的效率提升。
第二方面的一种实施方式中,将钛网通过烧结、热焊接或者冷压的方式与所述第一盖板和所述第二盖板相对的表面进行结合,所述钛网即为所述毛细结构。利用烧结,热焊接或者冷压的方式将钛网固定在盖板的表面,防止在使用过程中钛网的位置变化。
第二方面的一种实施方式中,将所述毛细结构设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间的步骤具体包括:将钛网不作任何连接地放入所述第一盖板和所述第二盖板之间的腔室内,所述钛网即为所述毛细结构。将钛网放入腔室时不作任何连接加工,避免了因烧结、热焊、冷压等加工对壳体带来的影响。
第二方面的一种实施方式中,在对所述均热板进行表面覆膜处理步骤之后,将所述冷却介质注入所述壳体内部,并做抽真空、密封处理。通过注液,抽真空,密封处理的工艺流程形成一个负压的密封腔室,让冷却介质有一个负压的工作环境,增加其热交换的效率。
第三方面,一种实施例中,本申请提供一种电子设备,包括工作模块和散热模块,所述散热模块包括上述的均热板,所述均热板用于对所述工作模块散热。具有上述实施例中均热板的电子设备散热性能和稳定性具有了显著提升,也满足轻量化设计的需求。
本申请实施例中的均热器应用于电子设备中,其壳体材料选用钛金属或者钛合金,通过在壳体的腔室内表面形成一层抗氧化的膜层,让产品在具有良好工作可靠性的同时,实现了轻量化的工艺设计。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案,下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1是本申请一种实施方式提供的均热板的一个应用场景图;
图2是本申请一种实施方式提供的均热板的另一个应用场景图;
图3是本申请一种实施方式提供的均热板的工作原理图;
图4是本申请一种实施方式提供的均热板的外观示意图;
图5是图4中沿A-A结构剖视图;
图6是本申请提供的均热板在覆膜前和覆膜后的效果对比图;
图7是本申请一种实施方式提供的只有内壁覆膜的均热板的结构示意图;
图8是本申请一种实施方式提供的内外壁均覆膜的均热板的结构示意图;
图9是本申请一种实施方式提供的均热板中支撑结构的结构示意图;
图10是本申请一个实施例中制造均热板方法的流程图;
图11是本申请另一个实施例中制造均热板方法的流程图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。
伴随终端电子消费类产品便携式需求的发展,产品的轻便化成为设计的关键。而在终端电子产品中起到散热作用的均热板,其轻便化设计也是研发的热点。
本申请技术方案所提供的均热板被应用于电子设备,例如包含手机、平板、笔记本电脑,及相关的具备散热功能的模块、结构件、功能件等。电子设备包括工作模块和散热模块,散热模块包括均热板100,均热板100用于对工作模块散热。具有本申请提供的均热板100的电子设备散热性能和稳定性具有了显著提升,也满足轻量化设计的需求。
在具体的实施例中,如图2所示,电子设备为笔记本电脑,其工作模块包括CPU/GPU这些部件,其散热模块包括用于导热的铜基片200,用于将空气交换的风扇300以及热循环的均热块100。通过均热板100的传热能力将CPU/GPU处产生的热量传导至热量较低的部分,或者风扇附近,并借助基片均热,叠加风扇的散热能力,带来良好的散热效果。如图1所示,均热管被应用于笔记本电脑中,将均热板100与铜基片200、风扇300结合成一个散热模组件,通过均热板100的传热能力将CPU/GPU处产生的热量传导至热量较低的部分,或者风扇300附近,并借助铜基片200导热,叠加风扇300的散热能力,带来良好的散热效果。如图2所示,均热板100被应用于手机终端,将均热板100与手机终端的全铝合金中框400进行贴合,均热板100有部分正对SOC(System on Chip,即系统级芯片)部位,用以吸收SOC部位处的热量,同时,均热板100有一端靠边冷端500,达到将热源点的热量均温铺展开的效果,提高用户热体验。
如图3、图4、图5所示,本申请实施例涉及包括中空的壳体150,壳体150内设毛细结构30及冷却介质(图中未示出),通过毛细结构30实现冷却介质在壳体150内的热循环,壳体150的材质为钛金属或者钛合金,壳体150的内表面设有膜层50,膜层50具有抗氧化功能。通过覆膜处理在壳体150的内表面形成抗氧化的膜层50,当壳体150的腔室内注入冷却介质时,膜层50可以保护壳体150的内表面不被冷却介质氧化。
在一个具体的实施例中,壳体150包括第一盖板10和第二盖板20,第一盖板10和第二盖板20相互压合形成密封腔室,膜层50设置在第一盖板10和第二盖板20的内表面。第一盖板10与第二盖板20相互贴合,形成一个腔室,用于盛装毛细结构30和冷却介质。采用第一盖板10与第二盖板20压合的方式形成中空壳体150,一方面方便了腔室内部结构的设计,针对不同的结构(支撑结构40或者毛细结构30)可以在第一盖板10或者第二盖板30上分别加工,另一方面在进行覆膜处理时也可以针对两个不同盖板针对性的加工,为膜层50的加工带来更多的自主选择。膜层50设置在第一盖板10和第二盖板20的内表面是为了利用膜层50将壳体150与腔室中的冷却介质及空气隔绝开来,防止其被氧化。
为了更好的理解技术方案,这里先对实施例的工作原理进行介绍,如图3所示,均热板100为一个具有内腔的壳体150,壳体150由第一盖板10和第二盖板20相互配合形成,通过设置在壳体150上的开口40,可以提前对密封腔体内部进行抽真空,并且注入冷却介质(常用的冷却介质为水)。在具体实施例中,均热板100包括蒸发区和冷却区,两个区域根据具体的工作场景需要进行确定,可以分别为整个第一盖板10或整个第二盖板20,也可以为第一盖板10或第二盖板20的某一部分。当热由热源传导至均热板100的蒸发区时,腔室的冷却介质在低真空度的环境中受热后开始产生气化现象,此时吸收热能体积迅速膨胀,气相的冷却介质迅速充满整个密封腔体,当气相冷却介质进入冷却区时便会产生凝结的现象。借由凝结的现象释放出在蒸发时累积的热,凝结后的冷却介质会借由微结构的毛细结构30再回到蒸发热源处,此运作将在密封腔体内周而复始进行。
从上述的工作原理可以看出,实施例中的均热板100提供一个密封空间,供冷却介质在内部进行气液两相的转化。考虑到不同冷却介质在发生气液两相转变时,释放的相变潜力能力不同,通常选用水作为该冷却介质。然而以水作为冷却介质时就会发生均热板100被氧化的现象,会影响整个电子产品的安全稳定性,所以在现有技术中通常会选用材质为铜或者铜合金板材作为均热板的原材。但是,铜合金的密度为9.8g/mm3,以笔记本电脑为例,为满足正常的散热要求,由铜合金制成的均热板重量将会达到40g,不满足电子设备轻便化设计的需求。如图5所示,本实施例中的均热板100整体(包括第一盖板10、第二盖板20及毛细结构30)采用钛金属或者钛合金制成,并且对密封腔体的内表面和位于密封腔体内部的毛细结构30进行覆膜处理,在其表面形成一层能够抗氧化的膜层50。该膜层50可以防止空气、水与膜层50所覆盖的金属发生反应,实现了对均热板100内腔抗氧化保护。
如图6所示,是对覆膜处理前后的产品进行的性能测试对比分析图,通过实验数据可以看出,未经处理的均热板在48小时高温老化测试下,样品的差异数数值为31.3和12.2,经过特殊覆膜处理的钛合金均热板,在48小时高温老化测试后,三个样品的差异数值为2.5、2.0和-1.8,明显看出覆膜处理后的钛合金均热板在高温老化的工作环境下,产品性能的表现差异大幅减小,具有很好的工作特性。
在一个实施例中,如图7所示,在壳体150腔室的内表面上覆盖的膜层50的材质含有能够与钛元素发生反应以生成含钛化合物的反应元素,反应元素的总量≥5%,膜层的厚度为100nm-20um。只有当与钛反应的元素的含量达到百分之五以上,膜层50的厚度达到100nm以上时,才能形成具有抗氧化作用的保护膜。如果反应元素含量低于百分之五,则生成的氧化膜致密度不够,无法到达长期稳定工作的要求,同样,如果膜层50的厚度不够,也会导致含钛材质的均热板100抗氧化效果不佳,无法满足工况需求。这里限制膜层的厚度小于20um是为了节约成本的考量,过高的厚度就意味着覆膜处理的加工成本变多。通过该层抗氧化保护膜,防止了冷却液和空气对均热板100氧化腐蚀,达到了保护的效果。一般而言,均热板100被氧化都只发生在密封腔体的内部,所以本实施例中,密封腔体仅在内表面进行覆膜加工,其外表面没有进行覆膜加工,减少因为覆膜加工对密封腔体厚度和强度的影响。同时,为了确保均热板100紧密的嵌装于电子设备,减少对电子设备内部结构的影响,可以采取加热退火、热压、冷整形等工艺对其外表面进行整平处理。
具体的,与钛反应的元素包括碳、氮、氧三种元素中的至少一种。这是因为这三种元素在生产加工中属于常见反应元素,获取方便,易于膜层50的加工。在一个具体的实施例中,膜层50含氧元素总量≥5%,膜层50主要为钛与氧的反应物(以二氧化钛、五氧化三钛、二氧化二钛为主),也包含少量的其它钛价态的反应物,不排除其它杂质元素形成的反应物。只有当氧元素的含量达到百分之五以上,膜层50的厚度达到100nm以上时,才能形成具有抗氧化作用的保护膜。如果反应元素重量低于百分之五,则生成的氧化膜致密度不够,无法到达长期稳定工作的要求,同样,如果膜层50的厚度不够,也会导致含钛材质的均热板100抗氧化效果不佳,无法满足工况需求。这里限制膜层50的厚度小于20um是为了节约成本的考量,过高的厚度就意味着覆膜处理的加工成本变多。通过该层抗氧化保护膜,防止了冷却液和空气对均热板100氧化腐蚀,达到了保护的效果。
在另一个实施例中,如图8所示,在壳体150腔室的内表面和外表面上覆盖的膜层50的材质含有能够与钛元素发生反应以生成含钛化合物的元素,反应元素的总量≥5%,膜层的厚度为100nm-20um。壳体150的内表面进行覆膜为了利用膜层50将壳体150与腔室中的冷却介质及空气隔绝开来,防止其被氧化,在壳体150的外表面也进行覆膜处理是为了针对高温、高湿度的工作场景所设计,防止壳体150的外表面在易氧化的环境下被氧化腐蚀。
在一个实施例中,毛细结构30的材质为钛金属或者钛合金,膜层50覆盖毛细结构30的表面。当毛细结构30的材质也为钛金属或者钛合金,可以将毛细结构30与壳体150一起进行覆膜处理,这样在毛细结构30表面也会有一层抗氧化的膜层50,保护毛细结构30不被腔室内部的空气或者冷却介质氧化。在具体的实施例中,毛细结构30包含但不限于钛纤维、钛网、沟槽、钛毡布或烧结粉末,也可以上述材质的组合。
具体的,毛细结构30可以与壳体150的内表面连接,也可以不与壳体150的内表面连接。以一个具体的实施例说明毛细结构30与壳体150的内表面进行连接的情形:将钛网通过烧结、热焊接、冷压的方式与第一盖板10和第二盖板20相对的表面进行结合,利用烧结,热焊接或者冷压的方式将钛网固定在盖板的表面,防止在使用过程中钛网的位置变化,确保了产品工作的稳定性。同时,以一个具体的实施例说明毛细结构30不与壳体150的内表面进行连接的情形:选择钛网作为毛细结构,将其放置于壳体150的腔室内,不做任何连接的加工。在这个实施例中将钛网放入腔室时不作任何连接加工,避免了因烧结、热焊、冷压等加工对壳体150带来的影响,确保了壳体150的结构性能。
在一个实施例中,均热板100的密封腔体设置有与外界连通的开口40,通过该开口40,一方面可以对已经完成覆膜工艺的均热板100内部注入冷却介质;另一方面借助该开口40对腔体进行抽真空处理,然后将开口40进行密封,使腔体处于负压状态。当密封腔体内部被抽真空时,被注入的冷却介质就处于负压状态,一旦冷却介质在蒸发区受热,就会发生气化现象。气化后的冷却介体积变大,充斥整个腔体,在冷却区域,气态的冷却介质散掉热量也液化为液态的冷却介质,液化后的冷却介质借助毛细结构30重新回到蒸发区域。这样就在腔体内形成一个热传递的循环。
在一个具体的实施例中,如图5所示,构成壳体150的第一盖板10和第二盖板20包括壳体上盖102(壳体下盖202)和位于壳体上盖102(壳体下盖202)周缘的贴合部104(204),第一盖板10和第二盖板20为两块钛金属板材,在第一盖板10和第二盖板20的中心位置,对称的形成上凸区域(第一盖板10)和下凹区域(第二盖板20),上凸区域即为壳体上盖102,下凹区域即为壳体下盖202,通过上凸的壳体上盖102和下凹的壳体下盖202,形成一个完整的腔体,用于容纳毛细结构30和冷却介质。在壳体上盖102(壳体下盖202)的周缘是相互连接的贴合部104(204),贴合部104和贴合部204上对应的各开有一条凹槽(图中未示出),当贴合部104(204)相互贴合在一起时,凹槽形成一个连通腔体内部和外界的通道,即为开口40。需要说明的是,本实施例只是开口40的一种表现方式,在其他的具体实施例中,只要能够起到连通壳体150的内部腔室和外部空间的结构都可以被认为是开口40。同时,当壳体150的内部腔室设置好毛细结构、注入冷却液并且抽真空以后,开口40是要被封闭的,这样整个均热板100的腔室就是密闭的。
在一个实施例中,在壳体150内设支撑结构206,支撑结构206自壳体150的内表面向壳体150的内部空间延伸,用于保持壳体150的形状,膜层50覆盖支撑结构206。具体的,如图9所示,在第二盖板20上设置有支撑结构206,支撑结构206呈阵列式的分布在第二盖板20,当第一盖板10与第二盖板20贴合为一个腔体时,支撑结构206在腔体内形成支撑的保护作用,以防均热板100的密封腔体因为受到挤压发生变形。为了保证支撑结构206能够很好的起到支撑定型的作用,支撑结构206的高度等同于腔体的高度,同时,支撑结构206阵列式分布的优点在于:一方面有助于均热板轻量化的设计,另一方面有助于均热板质量的均匀分布,有助于电子产品整体重心的设计把控。
具体的,支撑结构206与壳体150为一体式结构,支撑结构206为多个呈阵列排布的凸柱或凸点。在一种具体的实施例中,采用蚀刻的方式制作第一盖板10和第二盖板20,第一盖板10通过蚀刻处理降面形成凹面,第二盖板20通过蚀刻降面形成阵列排列的凸点,该凸点即为支撑结构。通过蚀刻工艺以做减法的方式加工得到的支撑结构206,能够极大保证支撑结构206与和第二盖板20连接稳固性,避免了对二者之间的粘接或者焊接工艺,简化了加工的流程。在另一个具体的实施例中,采用冲压的方式对第二盖板20进行加工,首先对第二盖板20的板材进行冲压成型,然后在进行反向拉伸,形成下凹区域,即壳体下盖202,最后对壳体下盖202进行冲压,形成均匀阵列排布的空心凸柱,该空心凸柱即为支撑结构206。利用冲压方式形成的空心凸柱(支撑结构206)一方面有助于产品轻量化的设计,另一方面,避免钛金属的损耗,冲压方式相对于蚀刻的加工工艺,只是改变产品的形状,并没有对原板材进行损耗,降低了原材成本。
在一个实施例中,在第一盖板10和第二盖板20形成的密封腔体内部分布着毛细结构30,通过该毛细结构30在密封腔体内部形成热量交换的循环:冷却介质在蒸发区吸收热量气化,气化后的冷却介质体积变大,扩散到冷却区,当气化的冷却介质在冷却区散失热量后液化为冷却液,该冷却液借助毛细结构30流回蒸发区,这样不断循环达到腔体不同区域间热量的传递。
本申请还提供一种制作上述均热板100的加工方法,被加工的均热板100主要有两块钛金属或钛合金板材构成,通过对两块板材进行加工从而得到具有良好工作特性的产品。如图10所示,本身请提供的制作均热板100的加工方法包括:
选用钛金属或者钛合金的板材成型第一盖板10和第二盖板20;
先将毛细结构设置在第一盖板10和第二盖板20之间,并将第一盖板10和第二盖板20结合形成中空的壳体150,再对壳体150进行表面处理形成抗氧化的膜层50;或
先对第一盖板10和第二盖板20进行表面处理形成抗氧化的膜层50,再将毛细结构30设置在第一盖板10和第二盖板20之间,并将第一盖板10和第二盖板20结合形成中空的壳体150;
膜层50覆盖壳体150的内表面,毛细结构30位于壳体150内,通过毛细结构30实现冷却介质在壳体150内的热循环。
本实施例以钛金属或钛合金为原材,制造出带有腔室的壳体150,通过在壳体150的内表面形成一层抗氧化的膜层50,实现了对壳体150的抗氧化保护。如图6所示,是对覆膜处理前后的产品进行的性能测试对比分析图,通过实验数据可以看出,未经处理的均热板100在48小时高温老化测试下,样品的差异数数值为31.3和12.2,经过覆膜处理的钛合金均热板100,其壳体150的内表面抗氧化膜,用以保护壳体150不受影响,在膜层50的保护下,经过48小时高温老化测试,三个样品的差异数值为2.5、2.0和-1.8,明显优于未覆膜的情形。
在一个实施例中,膜层50含有能够与钛元素发生反应以生成含钛化合物的反应元素,反应元素总量≥5%,膜层50厚度为100nm-20um。当与钛发生反应的元素总量≥5%时,膜层的致密度才能达到抗氧化的效果,同样,膜层厚度为100nm-20um时,才能保证壳体的内表面不会被氧化。
在一个实施例中,反应元素包括碳、氮、氧三种元素中的至少一种。这三种元素在生产加工中属于常见反应元素,获取方便,易于膜层的加工。
在一个实施例中,膜层50完全覆盖壳体150的内表面。完全覆盖的好处在于对壳体150内表面进行全面的保护,而且制作工作简单,不需要区分哪一部分需要被覆盖膜层。其它实施方式中,膜层50可以部分覆盖壳体150内表面,即以覆盖壳体150内表面容易被氧化的部分面积,需要先判断壳体150内表面哪部分面积是易氧化区域,针对性地覆盖膜层50,本实施方式好处在于,节约膜层的成本,进一步降低均热板100的成本。
在具体的实施例中,通过对两块钛金属或钛合金板材进行冲压或蚀刻加工,形成第一盖板10和第二盖板20,二者贴合后即为壳体150。在一个具体的实施例中,采用蚀刻的方式制作第一盖板10和第二盖板20,第一盖板10通过蚀刻处理降面形成凹面,第二盖板20通过蚀刻降面形成阵列排列的凸点,该凸点即为支撑结构。通过蚀刻工艺以做减法的方式加工得到的支撑结构206,能够极大保证支撑结构206与和第二盖板20连接稳固性,避免了对二者之间的粘接或者焊接工艺,简化了加工的流程。在另一个具体的实施例中,采用冲压的方式对第二盖板20进行加工,首先对第二盖板20的板材进行冲压成型,然后在进行反向拉伸,形成下凹区域,即壳体下盖202,最后对壳体下盖202进行冲压,形成均匀阵列排布的空心凸柱,该空心凸柱即为支撑结构206。利用冲压方式形成的空心凸柱(支撑结构206)一方面有助于产品轻量化的设计,另一方面,避免钛金属的损耗,冲压方式相对于蚀刻的加工工艺,只是改变产品的形状,并没有对原板材进行损耗,降低了原材成本。
在具体的实施例中,在对均热板100进行表面覆膜处理之前对其进行整平处理。通过整平处理让壳体150的结构更为平整,有助于均热板100与电子设备中发热元器件的接触,从而有助于二者间的热交换,同时在覆膜处理前进行整平处理,也避免了因为整平处理对壳体表面膜层50的影响。
在具体的实施例中,在进行覆膜处理之后,通过开口40进行注液、抽真空,然后封孔、去尾制成成品。通过开口40,一方面可以对已经完成覆膜工艺的均热板100内部注入冷却介质;另一方面借助该开口40对腔体进行抽真空处理,然后将开口40进行密封,使腔体处于负压状态。当密封腔体内部被抽真空时,被注入的冷却介质就处于负压状态,一旦冷却介质在蒸发区受热,就会发生气化现象。构造封闭的负压环境有助于冷却介质的气液相变,提升热交换的效率。
在具体的实施例中,为了保证均热板100整体的强度和轻便化设计,上述的两块钛合金板材厚度为50um-10mm。
在具体的实施例中为了保证均热板100整体结构的稳定性,在腔体内部设置支撑结构206,以防产品挤压变形。
为了更好地说明本申请的技术方案,下面以五个具体的实施例进行详细说明。
在第一个具体的实施例中,首先选用0.3mm厚度的钛合金原材料,采用蚀刻的方式成型第一盖板10和第二盖板20,其中第一盖板10降面形成凹面,第二盖板20降面形成阵列排列的凸点(支撑结构206),蚀刻完成后将第一盖板10和第二盖板20合在一起形成带腔室的壳体150,通过蚀刻工艺以做减法的方式加工得到的支撑结构206,能够极大保证支撑结构206与和第二盖板20连接稳固性,避免了对二者之间的粘接或者焊接工艺,简化了加工的流程;然后将钛网作为毛细结构30与第一盖板10或者第二盖板20的内表面进行高温热扩散结合;将第一盖板10和第二盖板20贴合形成腔体的周缘贴合部104(204)采用激光焊接的方式进行密封处理,预留一开口40暂不密封;通过在高温下加压的方式将密封处完成的腔体进行整平处理;将整平处理后的样品在氧气气氛中进行加热处理,为加热温度为150-600℃,加热时间0.5-20hr,在钛材表面形成一层氧化膜,该层氧化膜主要为钛与氧的反应物,氧元素总量>5%,以二氧化钛、五氧化三钛、二氧化二钛为主,也包含微量的其它钛价态的反应物,膜层厚度100nm-20um;最后通过预留的开口40进行注液(冷却介质)、抽真空、封孔、去尾制成成品。通过上述的制作方法得到的均热板100在氧化膜的保护下具有可靠的稳定性,且产品重量也轻于同类型的铜制均热板。
在第二个具体的实施例中,选用0.1mm厚度及0.2mm厚度的钛合金原材料,首先采用冲压的方式成型为第一盖板10和第二盖板20,0.1mm厚度的第一盖板10不进行反向拉伸,0.2mm厚度的第二盖板20进行反向拉伸单面形成空腔,二者贴合形成带腔室的壳体150;然后,在第一盖板10与第二盖板20相对的表面上涂覆一层0.15mm的钛粉,在高温下进行烧结,形成具有一定致密度的粉层,该粉层即为毛细结构30,利用这个方法生成的毛细结构30与第一盖板10具有很好的结合性;接着将第一盖板10和第二盖板20重叠形成一个腔体,其周缘的贴合部104(204)采用激光焊接的方式进行密封处理,预留一开口40不密封;再通过高温下加压的方式对样品进行整平处理;接着,将所获得的样品在氮气气氛中加热到200℃-800℃,保温0.5-10hr处理,在钛材表面形成一层氮化物的薄膜,该氮化物主要为氮与钛之间的反应物,以氮化钛为主,不排除其它杂质元素形成的反应物,该层膜厚100nm-20um,氮元素总量>5%;最后,通过预留的开口40进行注液、抽真空、封孔、去尾制成成品。通过上述方法获得的均热板100,其内腔表面形成的膜相比于自然形成,或者其它表面处理形成的常规膜层,一方面具备更高的表面能,从而一定程度上增加了毛细力,更重要的是具备更高的致密度、膜层更厚,从而带来了良好的保护效果,保证了液体工质之间长久的服役兼容性。同时,氮化膜层具备良好的耐磨损性能,且具有一定的装饰效果。
在第三个具体的实施例中,选用0.1mm厚度及0.1mm厚度的钛合金原材料,首先采用冲压的方式成型第一盖板10和第二盖板20,两片板材均进行一定程度的反向拉伸,其中第二盖板20上冲压出均匀阵列排布的空心凸柱特征,该空心凸柱即为支撑结构206第一盖板10和第二盖板20贴合形成带腔室的壳体150,;然后在第一盖板10上排列放置作为毛细结构30的钛毡布及钛纤维,在500-1000℃高温和0.01Mpa-20Mpa压力环境下,将毛细结构30与第一盖板10进行连接处理;接着将第一盖板10和第二盖板20重叠形成一个腔体,其周缘的贴合部104(204)采用激光焊接的方式进行密封处理,预留一开口40不密封;再将所获得的样品在潮湿的空气中加热到200-650℃保温0.5-20hr处理,在钛材表面形成一层氧化物的薄膜,该氧化物主要为氧与钛之间的反应物,该层氧化膜主要为钛与氧的反应物,以二氧化钛,五氧化三钛,二氧化二钛为主,也包含少量的其它钛价态的反应物,不排除其它杂质元素形成的反应物,该层膜厚100nm-20um,氧元素总量>5%;最后通过预留的开口40进行注液、抽真空、封孔、去尾制成成品。在本实施例中,将四周密封焊接的工序与整平工序合并成一道扩散焊接工序,简化生产流程;毛细结构30同时采用两种形态(钛毡布及钛纤维),提高了均热板100内部液体的循环能力;表层处理获得的氧化膜层大大提高了产品的环境可靠性。
在第四个具体的实施例中,选用两片0.1mm厚度的钛合金原材料,首先采用冲压的方式成型第一盖板10和第二盖板20,两片板材均进行一定程度的反向拉伸,其中第二盖板20上冲压出均匀阵列排布的空心凸柱特征,该空心凸柱即为支撑结构206,第一盖板10和第二盖板20贴合形成带腔室的壳体150;然后第一盖板10和第二盖板20相对设置的表面进行PVD(物理气相沉积)处理,处理温度100-400℃,采用钛靶材,气氛采用乙炔与氮所混合气体,处理时间0.5-5hr,处理完成后,钛材表面沉积出一层钛与碳氮形成的以TiCN、TiC、TiN为主的薄膜,各反应物在膜层中的分配随两种气体流量的控制而变化,该层膜厚100nm-20um,碳元素或者氮元素总量>5%;接着将第一盖板10和第二盖板20重叠形成一个腔体,内部放入作为毛细结构30的钛网,在腔体周缘的贴合部104(204)采用激光焊接的方式进行密封处理,预留一开口40不密封;最后通过预留的开口进行注液、抽真空、封孔、去尾制成成品。在本实施例中,加工的工序变少,钛合金无需经过高温制程,可最大程度保持原始板材的力学性能与纯净程度,表面防护处理方式可以带来良好的环境可靠性。
在第五个具体的实施例中,选用两片0.1mm厚度的钛合金原材料,首先采用冲压的方式成型第一盖板10和第二盖板20,两片板材均进行一定程度的反向拉伸,其中第二盖板20上冲压出均匀阵列排布的空心凸柱特征,该空心凸柱即为支撑结构206,第一盖板10和第二盖板20贴合形成带腔室的壳体150;然后将第一盖板10和第二盖板20相对设置的表面进行阳极氧化处理,采用磷酸与硫酸的混合液体,电压约15V,处理完成后,钛材表面形成一层以TiO2为主的薄膜,含有少量其它钛价态的氧化物,如少量的TiO、Ti3O5等,厚度100nm-20um,碳元素或者氮元素总量>5%;接着将第一盖板10和第二盖板20重叠形成一个腔体,其周缘的贴合部104(204)采用激光焊接的方式进行密封处理,预留一开口40不密封;再通过预留的开口40进行注液、抽真空、封孔、去尾制成成品。在本实施例中,加工工序变少,钛合金无需经过高温制程,可最大程度保持原始板材的力学性能与纯净程度,表面防护处理方式可以带来良好的环境可靠性。
需要说明的是,上述五个实施例中覆膜处理主要是针对均热板100腔体内壁,但在实际加工是将这个均热板100整体放入加工气体气氛中或者液体氛围中进行处理,因此均热板100腔体的外壁以及腔体内设置的毛细结构也会沉浸在相应加工氛围中,也会进行覆膜处理。如果均热板100腔体的外壁有要求不进行覆膜处理,则在将均热板100放进加工氛围进行处理前,提前对腔体的外壁进行包裹,避免其被覆膜处理。
以上仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (26)

1.一种均热板,其特征在于,包括中空的壳体,所述壳体内设毛细结构及冷却介质,通过所述毛细结构实现所述冷却介质在所述壳体内的热循环,所述壳体的材质为钛金属或者钛合金,所述壳体的内表面设有膜层,所述膜层具有抗氧化功能。
2.如权利要求1所述的均热板,其特征在于,所述膜层的材质含有能够与钛元素发生反应以生成含钛化合物的反应元素,所述反应元素的总量≥5%,所述膜层的厚度为100nm-20um。
3.如权利要求2所述的均热板,其特征在于,所述反应元素包括碳、氮、氧三种元素中的至少一种。
4.如权利要求3所述的均热板,其特征在于,所述反应元素为氧元素,所述含钛化合物为钛与氧的反应物。
5.如权利要求2所述的均热板,其特征在于,所述膜层完全覆盖所述壳体的内表面。
6.如权利要求1-5任意一项所述的均热板,其特征在于,所述毛细结构的材质为钛金属或者钛合金,所述膜层覆盖所述毛细结构的表面。
7.如权利要求2所述的均热板,其特征在于,所述壳体包括第一盖板和第二盖板,所述第一盖板和所述第二盖板相互压合形成密封腔室,所述膜层设置在所述第一盖板和所述第二盖板的内表面。
8.如权利要求7所述的均热板,其特征在于,所述第一盖板和所述第二盖板的外表面亦被所述膜层覆盖。
9.如权利要求8所述的均热板,其特征在于,所述壳体内设支撑结构,所述支撑结构自所述壳体的内表面向所述壳体的内部空间延伸,用于保持所述壳体的形状,所述膜层覆盖所述支撑结构。
10.如权利要求9所述的均热板,其特征在于,所述支撑结构与所述壳体为一体式结构,所述支撑结构为多个呈阵列排布的凸柱或凸点。
11.一种均热板的制作方法,其特征在于,包括:
选用钛金属或者钛合金的板材成型第一盖板和第二盖板;
先将毛细结构设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间,并将所述第一盖板和所述第二盖板结合形成中空的壳体,再对所述壳体进行表面处理形成抗氧化的膜层;或先对所述第一盖板和所述第二盖板进行表面处理形成抗氧化的膜层,再将毛细结构设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间,并将所述第一盖板和所述第二盖板结合形成中空的壳体;
所述膜层覆盖所述壳体的内表面,所述毛细结构位于所述壳体内,通过所述毛细结构实现冷却介质在所述壳体内的热循环。
12.如权利要求11所述的均热板的制作方法,其特征在于,所述膜层的材质含有能够与钛元素发生反应以生成含钛化合物的反应元素,所述反应元素总量≥5%,所述膜层厚度为100nm-20um。
13.如权利要求12所述的均热板的制作方法,其特征在于,所述反应元素包括碳、氮、氧三种元素中的至少一种。
14.如权利要求13所述的均热板的制作方法,其特征在于,所述反应元素为氧元素,所述含钛化合物为钛与氧的反应物。
15.如权利要求13所述的均热板的制作方法,其特征在于,所述膜层完全覆盖所述壳体的内表面。
16.如权利要求13所述的均热板的制作方法,其特征在于,对所述壳体进行表面处理形成抗氧化的膜层的步骤具体包括,将所述壳体在氧气气氛中进行加热处理,加热温度为150-600℃,加热时间0.5-20hr。
17.如权利要求13所述的均热板的制作方法,其特征在于,对所述壳体进行表面处理形成抗氧化的膜层的步骤具体包括,将所述壳体在氮气气氛中进行加热处理,加热温度为200-800℃,加热时间0.5-10hr。
18.如权利要求13所述的均热板的制作方法,其特征在于,所述壳体进行表面处理形成抗氧化的膜层的步骤具体包括,将所述壳体在潮湿空气中进行加热处理,加热温度为200-650℃,加热时间0.5-20hr。
19.如权利要求13所述的均热板的制作方法,其特征在于,对所述第一盖板和所述第二盖板进行表面处理形成抗氧化的膜层的步骤具体包括,将所述第一盖板和所述第二盖板在乙炔和氮气混合气体中进行磁控溅射处理,加热温度100-400℃,加热时间0.5-5hr。
20.如权利要求13所述的均热板的制作方法,其特征在于,对所述第一盖板和所述第二盖板进行表面处理形成抗氧化的膜层的步骤具体包括,对所述第一盖板和所述第二盖板的表面进行阳极氧化处理,阳极氧化处理采用磷酸和硫酸的混合液体。
21.如权利要求16所述的均热板的制作方法,其特征在于,将所述毛细结构设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间的步骤具体包括:将所述毛细结构与所述第一盖板或所述第二盖板的表面进行高温热扩散结合。
22.如权利要求17所述的均热板的制作方法,其特征在于,将所述毛细结构设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间的步骤具体包括:在所述第一盖板和所述第二盖板相对的表面上涂覆一层钛粉后烧结形成所述毛细结构。
23.如权利要求18所述的均热板的制作方法,其特征在于,将所述毛细结构设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间的步骤具体包括:在所述第一盖板和所述第二盖板相对的表面上排列放置钛毡布及钛纤维,在500-1000℃高温和0.01Mpa-20Mpa压力环境下进行连接处理,形成所述毛细结构。
24.如权利要求19或20所述的均热板的制作方法,其特征在于,将所述毛细结构设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间的步骤具体包括:所述毛细结构为钛网,将所述钛网通过烧结、热焊接、冷压的方式与所述第一盖板和/或所述第二盖板的表面结合。
25.如权利要求19或20所述的均热板的制作方法,其特征在于,将所述毛细结构设置在所述第一盖板和所述第二盖板之间的步骤具体包括:所述毛细结构为钛网,将所述钛网不作任何连接地放入所述第一盖板和所述第二盖板之间的腔室内。
26.一种电子设备,其特征在于,包括工作模块和散热模块,所述散热模块包括如权利要求1-10任意一项所述的均热板,所述均热板用于对所述工作模块散热。
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