CN112304137A - 热导板毛细结构元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种热导板毛细结构元件及其制造方法，该热导板毛细结构元件用以与第二金属片材封合并加工后形成热导板。热导板毛细结构元件包括第一金属片材、毛细结构层以及金属种子层。第一金属片材具有上表面，且上表面具有沟槽结构。毛细结构层形成于沟槽结构中，毛细结构层为连续结构及多孔结构。毛细结构层系由铜粉末经烧结所形成。金属种子层形成于第一金属片材的上表面与毛细结构层之间。本发明的热导板毛细结构元件藉由金属种子层增强第一金属片材与毛细结构层的附着力。本发明亦提供上述的热导板毛细结构元件的制造方法。

Description

热导板毛细结构元件及其制造方法
技术领域
一种热导板毛细结构元件及其制造方法，尤指一种具有增强毛细结构与热导板底材间附着力的金属种子层薄膜结构的薄型热导板毛细结构元件及其制造方法。
背景技术
热导板系用以散热降温，其为扁平状密闭的真空腔体，密闭腔体内壁上具有毛细结构并容置有工作流体。热导板的工作原理系当部分热导板与热源接触时，热导板的密闭腔体中靠近吸热端(Evaporator)的工作流体，将会吸收热源的热能而导致沸腾并从液相转为气相而释放出潜热(Latent Heat)，并向冷凝端(Condenser)快速流动。当气相的工作流体流至密闭腔体内远离热源的冷凝区域时气相又转为液相并藉由毛细结构的毛细力(Capillary force)又回流至吸热端。热导板藉由上述的工作流体的相变及传导，进而达到热点(Hot Spot)的散热降温的功能。
一般制作薄型热导板的毛细结构是将铜网(Copper Mesh)铺置在具沟槽结构的铜片材表面，并用治具将两者压合后在高温下烧结而使得该铜网附着在铜片材表面而形成毛细结构。由于铜网本身就是一种毛细结构，施压烧结的制程是要让铜网毛细结构本身和铜片材表面形成良好的附着力。然而，若改由用铜粉制成的浆料来做为制作毛细结构的材料，将浆料铺置于铜片材的沟槽中进行加热、烘烤及烧结制程，使得浆料中的铜粉末经烧结而形成具连续性及多孔性的毛细结构。在铜粉末的烧结形成毛细结构的过程中，由于并没有和铜片材表面进形压合烧结，因此毛细结构组织与铜片材表面的附着强度较差。另外，当市场上应用热导板的厚度要来越来越薄时，就必需使用更薄的铜片材来制作毛细结构元件，然而超薄铜片材及其毛细结构在高温烧结的过程会因为应力的不均而产生变形的现象。故上述的附着力及毛细结构片材变型的问题为急需改善或解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种热导板毛细结构元件及其制造方法，用以与第二金属片材封合并加工后形成具良好导热功能的热导板(Vapor Chamber)。此热导板亦可称为均温板(Vapor Chamber)或扁行的热管板(Heat Pipe Plate)。其能有效增强毛细结构与热导板底材间附着力，提高产品性能。
为实现上述目的，本发明公开了一种热导板毛细结构元件，用以与一第二金属片材封合并加工后形成一热导板，其特征在于该热导板毛细结构元件包括：
一第一金属片材，具有一上表面，且该上表面具有一沟槽结构；
一毛细结构层，形成于该沟槽结构中，该毛细结构层为连续结构及多孔结构，该毛细结构层由一铜粉末经烧结所形成；以及
一金属种子层，形成于该第一金属片材的该上表面与该毛细结构层之间。
其中：该第一金属片材为铜或铜合金。
其中：该金属种子层为材质包含铋的一铋金属种子层。
其中：该铋金属种子层系由一氧化铋陶瓷粉末在高温氮氢混合气氛下经还原反应烧结所形成。
其中：该氧化铋粉末由一氧化铋陶瓷浆料经加热烘烤去除一第一有机溶剂及一第一聚合物后而得。
其中：该金属种子层为材质包含焊锡合金的一焊锡金属种子层。
其中：该焊锡合金是由一焊锡金属浆料加热烘烤去除一第二有机溶剂及一第二聚合物并使一焊锡粉末溶合后而形成。
其中：该金属种子层用以增强该毛细结构层与该第一金属片材的该上表面间的附着力。
还公开了一种热导板毛细结构元件的制造方法，其特征在于包含以下步骤：
提供具有一沟槽结构的一第一金属片材；
提供一铜金属浆料及一氧化铋陶瓷浆料；
铺设该氧化铋陶瓷浆料于该沟槽结构中并加热使该氧化铋陶瓷浆料中的一第一有机溶剂挥发，以使该氧化铋陶瓷浆料固化；
铺设该铜金属浆料于固化后的该氧化铋陶瓷浆料之上；以及
加热烘烤该铜金属浆料至烧结温度以使该铜金属浆料中的铜粉末烧结形成一毛细结构层，且该毛细结构层为连续结构及多孔结构，同时加热还原固化后的该氧化铋陶瓷浆料以形成一铋金属种子层介于该毛细结构层与该第一金属片材的该上表面间。
还公开了一种热导板毛细结构元件的制造方法，其特征在于包含以下步骤：
提供具有一沟槽结构的一第一金属片材；
提供一铜金属浆料及一焊锡金属浆料；
铺设该焊锡金属浆料于该沟槽结构中并加热使该焊锡金属浆料中的一第二有机溶剂挥发，以使该焊锡金属浆料固化；
铺设该铜金属浆料于固化后的该焊锡金属浆料之上；以及
加热烘烤该铜金属浆料至烧结温度以使该铜金属浆料中的铜粉末烧结形成一毛细结构层，且该毛细结构层为连续结构及多孔结构，同时加热固化后的该焊锡金属浆料以形成一焊锡金属种子层介于该毛细结构层与该第一金属片材的该上表面间。
相较于现有技术，本发明的热导板毛细结构元件中具有金属种子层，以增强毛细结构层与第一金属片材间的附着力并平衡金属片材料及毛细结构间的应力以改善薄形热导板毛细结构元件变形的现象。
附图说明
图1：为根据本发明的一具体实施例的热导板毛细结构元件的结构示意图。
图2：为根据本发明的一具体实施例的热导板毛细结构元件的制造方法的步骤流程图。
图3：为根据图2的流程示意图。
图4：为根据本发明的另一具体实施例的热导板毛细结构元件的制造方法的步骤流程图。
具体实施方式
为了让本发明的优点，精神与特征可以更容易且明确地了解，后续将以具体实施例并参照所附图式进行详述与讨论。值得注意的是，这些具体实施例仅为本发明代表性的具体实施例，其中所举例的特定方法、装置、条件、材质等并非用以限定本发明或对应的具体实施例。又，图中各装置仅系用于表达其相对位置且未按其实际比例绘述，合先叙明。
请参阅图1，图1为根据本发明的一具体实施例的热导板毛细结构元件1的结构示意图。如图1所示，热导板毛细结构元件1包括第一金属片材11、毛细结构层12以及金属种子层13。第一金属片材11具有上表面111，且上表面111具有沟槽结构112。毛细结构层12形成于沟槽结构112中，毛细结构层12为连续结构及多孔结构。毛细结构层12系由铜粉末经烧结所形成。金属种子层13形成于第一金属片材11的上表面111与毛细结构层12之间。
其中，第一金属片材11可为铜或铜合金。于一具体实施例中，金属种子层13可为材质包含铋(Bismuth)的铋金属种子层131。此铋金属种子层131可由氧化铋粉末于高温氮氢混合的气氛下，氧化铋中的氧原子和氢产生还原反应所形成金属铋。氧化铋粉末可由氧化铋陶瓷浆料1311经加热烘烤去除第一有机溶剂及第一聚合物(Polymer)后而得。于另一具体实施例中，金属种子层13可为材质包含焊锡合金(Solder Alloy)的焊锡金属种子层。此焊锡合金可由焊锡金属浆料加热烘烤去除第二有机溶剂及第二聚合物，并使焊锡粉末溶合后而形成。具体实施例中，第一有机溶剂与第一聚合物混合形成第一胶体(Colloid)。第一胶体可用以分散及悬浮氧化铋粉末以形氧化铋陶瓷浆料。且第二有机溶剂与第二聚合物混合形成第二胶体。第二胶体可用以分散及悬浮焊锡合金粉末以形成焊锡浆料。在具体实施例中，第一有机溶剂与第二有机熔剂为相同的有机溶剂，第一聚合物与第二聚合物为相同的聚合物，且与制作毛细结构的铜浆料中的有机溶剂及聚合物皆为相同。在具体实施例中，上述的各种浆料中的有机溶剂在摄氏一百多度即发挥掉，而聚合物则作为粉末的粘合剂(Binder)，在温度达到铜粉烧结温度前皆已烧尽并在铜粉间留下孔隙。其中，第一有机溶剂与第二有机溶剂可包含有分散剂及其它界面活性剂。于一最佳具体实施例中，第一有机溶剂与第二有机溶剂可包含醇类。第一聚合物与第二聚合物可为树脂类的高分子聚合物。
请参阅图2及图3，图2为根据本发明的一具体实施例的热导板毛细结构元件1的制造方法的步骤流程图，图3为根据图2的流程示意图。如图2及图3所示，热导板毛细结构元件1的制造方法包含以下步骤：步骤S1：提供具有沟槽结构112的第一金属片材11；步骤S2：提供铜金属浆料121及氧化铋陶瓷浆料1311；步骤S3：铺设氧化铋陶瓷浆料1311于沟槽结构112中并加热使氧化铋陶瓷浆料1311中的第一有机溶剂挥发，以使氧化铋陶瓷浆料1311固化；步骤S4：铺设铜金属浆料121于固化后的氧化铋陶瓷浆料1311之上；步骤S5：加热烘烤铜金属浆料121至烧结温度，以使铜金属浆料121中的铜粉末烧结形成毛细结构层12，且毛细结构层12为连续结构及多孔结构，同时加热并还原固化后的氧化铋陶瓷浆料1311中的氧化铋粉末以形成铋金属种子层131介于毛细结构层12与第一金属片材11的上表面111间。
于一具体实施例中，氧化铋为三氧化二铋，其为一种无机化合物，并经常用作电子陶瓷粉体材料。当于步骤S3时，氧化铋陶瓷浆料1311因加热固化，而与第一金属片材11的上表面111紧密粘合。因此当于步骤S5同时将铜金属浆料121与固化后的氧化铋陶瓷浆料1311加热至烧结，经氧化还原反应，氧化铋粉末形成铋金属种子层131而介于第一金属片材11的上表面111与毛细结构层12间，除了增加毛细结构层12与第一金属片材11间的附着强度，也缓和了热导板毛细结构元件1于高温烧结期间发生变形的状况。另外，于步骤S4铺设铜金属浆料121时，因铜金属浆料121为流体，会部分渗入铺设于铜金属浆料121下方的固化后的氧化铋陶瓷浆料1311，进而于步骤S5时，由铜金属浆料121烧结而成的毛细结构层12，以及由氧化铋陶瓷浆料1311烧结经还原反应而成的铋金属种子层131将会紧密接合。综上两个因素，本发明的热导板毛细结构元件1于制作过程中，藉由氧化铋陶瓷浆料1311及其经烧结还原反应所形成的铋金属种子层131，增加铜毛细结构与铜片板间的附着强度也缓和了热导板毛细结构元件于高温烧结期间发生变形的状况，亦有益于薄型热导板中毛细结构层12与第二金属片材2之间的气道空间设置。
此外，除了氧化铋陶瓷浆料1311外，亦可利用其他可以达到相同功效的浆料，并不以此为限。请参阅图4，图4为根据本发明的另一具体实施例的热导板毛细结构元件1的制造方法的步骤流程图。图4的实施例与图2及图3的实施例的实施方法相似，在此不再加以赘述。如图4所示，图4的实施例包含以下步骤：步骤S1A：提供具有沟槽结构112的第一金属片材11；步骤S2A：提供铜金属浆料121及焊锡金属浆料；步骤S3A：铺设焊锡金属浆料于沟槽结构112中并加热使焊锡金属浆料中的第二有机溶剂挥发，以使焊锡金属浆料固化；步骤S4A：铺设铜金属浆料121于固化后的焊锡金属浆料之上；步骤S5A：加热烘烤铜金属浆料121至烧结温度以使铜金属浆料121中的铜粉末烧结成毛细结构层12，且毛细结构层12为连续结构及多孔结构，同时加热固化后的焊锡金属浆料以形成焊锡金属种子层介于毛细结构层12与第一金属片材11的上表面111间。其中，图4的实施例与图2的实施例不同的是，其是利用焊锡金属浆料来增加第一金属片材11与毛细结构层12间的附着力。
相较于现有技术，本发明的热导板毛细结构元件1中具有金属种子层13，以增强毛细结构层12与第一金属片材11间的附着力，并平衡因高温烧结造成第一金属片材11及毛细结构层12间的应力不均，进而改善热导板毛细结构元件1的变形现象。于制作热导板毛细结构元件1的过程中，毛细结构层12更可藉由金属种子层13，而得以降低第一金属片材11因热膨胀弯曲的弯曲程度，在加上增加毛细结构层12与第一金属片材11间的附着力，使毛细结构层12仍能与第一金属片材11紧密接合。
藉由以上较佳具体实施例的详述，系希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (10)

1.一种热导板毛细结构元件，用以与一第二金属片材封合并加工后形成一热导板，其特征在于该热导板毛细结构元件包括：
一第一金属片材，具有一上表面，且该上表面具有一沟槽结构；
一毛细结构层，形成于该沟槽结构中，该毛细结构层为连续结构及多孔结构，该毛细结构层由一铜粉末经烧结所形成；以及
一金属种子层，形成于该第一金属片材的该上表面与该毛细结构层之间。
2.如权利要求1所述的热导板毛细结构元件，其特征在于：该第一金属片材为铜或铜合金。
3.如权利要求1所述的热导板毛细结构元件，其特征在于：该金属种子层为材质包含铋的一铋金属种子层。
4.如权利要求3所述的热导板毛细结构元件，其特征在于：该铋金属种子层系由一氧化铋陶瓷粉末在高温氮氢混合气氛下经还原反应烧结所形成。
5.如权利要求4所述的热导板毛细结构元件，其特征在于：该氧化铋粉末由一氧化铋陶瓷浆料经加热烘烤去除一第一有机溶剂及一第一聚合物后而得。
6.如权利要求1所述的热导板毛细结构元件，其特征在于：该金属种子层为材质包含焊锡合金的一焊锡金属种子层。
7.如权利要求6所述的热导板毛细结构元件，其特征在于：该焊锡合金是由一焊锡金属浆料加热烘烤去除一第二有机溶剂及一第二聚合物并使一焊锡粉末溶合后而形成。
8.如权利要求1所述的热导板毛细结构元件，其特征在于：该金属种子层用以增强该毛细结构层与该第一金属片材的该上表面间的附着力。
9.一种热导板毛细结构元件的制造方法，其特征在于包含以下步骤：
提供具有一沟槽结构的一第一金属片材；
提供一铜金属浆料及一氧化铋陶瓷浆料；
铺设该氧化铋陶瓷浆料于该沟槽结构中并加热使该氧化铋陶瓷浆料中的一第一有机溶剂挥发，以使该氧化铋陶瓷浆料固化；
铺设该铜金属浆料于固化后的该氧化铋陶瓷浆料之上；以及
加热烘烤该铜金属浆料至烧结温度以使该铜金属浆料中的铜粉末烧结形成一毛细结构层，且该毛细结构层为连续结构及多孔结构，同时加热还原固化后的该氧化铋陶瓷浆料以形成一铋金属种子层介于该毛细结构层与该第一金属片材的该上表面间。
10.一种热导板毛细结构元件的制造方法，其特征在于包含以下步骤：
提供具有一沟槽结构的一第一金属片材；
提供一铜金属浆料及一焊锡金属浆料；
铺设该焊锡金属浆料于该沟槽结构中并加热使该焊锡金属浆料中的一第二有机溶剂挥发，以使该焊锡金属浆料固化；
铺设该铜金属浆料于固化后的该焊锡金属浆料之上；以及
加热烘烤该铜金属浆料至烧结温度以使该铜金属浆料中的铜粉末烧结形成一毛细结构层，且该毛细结构层为连续结构及多孔结构，同时加热固化后的该焊锡金属浆料以形成一焊锡金属种子层介于该毛细结构层与该第一金属片材的该上表面间。
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