CN114076532B - 兼具指向性液相流及非指向性气相流的超薄均温板元件 - Google Patents

Abstract

一种兼具指向性液相流及非指向性气相流的超薄均温板元件，包含有第一金属片材、毛细结构及第二金属片材。第一金属片材的一沟槽结构内设置有至少一支撑墙结构以分成两个次级沟槽。毛细结构形成于次级沟槽中，形成多个指向性毛细液相流道。第二金属片材设置有多个支撑柱结构对应于支撑墙结构的位置。第二金属片材与第一金属片材气密封合后，形成一具平面非指向性气相流道在毛细结构和第二金属片材之间。由指向性的液相流道和非指向性的气相流道，本发明加强均温板元件中工作流体的液相流在毛细结构中流动速度及气相流的均温效率，降低了元件热阻，提升功能均温性。

Description

兼具指向性液相流及非指向性气相流的超薄均温板元件

技术领域

本发明系关于一种均温板毛细结构件，尤其是一种液气相流模式不同的高效超薄均温板元件。

背景技术

一般均温板元件在加热区(Evaporator)及冷凝区(Condensor)之间，由于均温板元件内部热阻的存在而会形成一定的温度差异。温差越小就表示该均温板元件的均温性能越好，导热功能越佳。影响均温板元件内部的热阻值大小的因素取决于工作流体在毛细结构中，由冷凝区向吸热区回流的液相流速度，以及在真空气道的气相流的阻力。目前一般均温板元件的应用，通常于加热区测试点的温度与远端冷凝区的测试点温度差的要求是低于5℃。

请参阅图1，图1绘示习知技术的薄型均温板示意图。如图1所示，习知技术的薄型均温板8毛细结构，以一般铜网80(Copper Mesh)做为毛细结构，整片铜网贴附在一金属铜片材的沟槽结构内。习知技术的柱状支撑结构81则是形成在另一金属铜片材的沟槽结构中，当元件封合时支撑结构柱直接压在整片的铜网80上。由于铜网是整片铺置在金属铜片材的沟槽结构内，因此泠凝端的液相工作流体向吸热区回流时，其平面状的毛细结构中工作流体的液相输送回吸热区的效率有限，当均温板元件厚度和铜网毛细结构厚度越薄时，液相回流效率受限的情况越加明显。

因此，如何提升均温板内的工作流体的循环效率以达到均温板快速散热及降低温差的功效，是本领域制作超薄均温板极需解决的课题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种兼具指向性液相流及非指向性气相流的超薄均温板元件，其为由两基板包含两对应的支撑结构，解决了均温板内的毛细结构的毛细力不足、液相工作流体回流速度不足及在超薄狭窄空间中工作流体的液相气相循环效率不足的问题，能有效加强均温效率，降低元件热阻，提升功能均温性。

为实现上述目的，本发明公开了一种兼具指向性液相流及非指向性气相流的超薄均温板元件，具有一吸热区域和一冷凝区域，且厚度不大于0.6mm，其特征在于该超薄均温板元件进一步包含有：

一第一金属片材，具有一第一表面，该第一表面具有一第一沟槽结构，该第一沟槽结构内设置有至少一长条形支撑墙结构自该吸热区域朝向该冷凝区域延伸，该长条形支撑墙结构将该第一沟槽结构分成至少两个长条形次级第一沟槽结构；

多个第一毛细结构，分别形成于该些长条形次级第一沟槽结构中，形成多个长条形指向性毛细液相流道；

一第二金属片材，具有一第二表面，该第二表面上设置有多个支撑柱结构，该些支撑柱结构的位置对应于该些支撑墙结构的位置，该第二金属片材沿着该第一沟槽结构的周缘与该第一金属片材气密封合，形成容纳该长条形支撑墙结构、该些长条形指向性毛细液相流道、该些支撑柱结构的一空腔，该空腔的区域为真空负压状态；

一平面非指向性气相流道，形成于该空腔内的该些第一毛细结构和该第二金属片材之间，并使该些长条形指向性毛细液相流道各自对应的该空腔的区域相互连通；以及

一工作流体，容置于该空腔内，且由该些长条形指向性毛细液相流道和该平面非指向性气相流道进行液气相循环。

其中，该第二金属片材的该第二表面进一步具有一第二沟槽结构，该些支撑柱结构设置于该第二沟槽结构中。

其中，该些支撑柱结构的顶部抵至该些支撑墙结构的顶部，且单一的该支撑墙结构的最远两端长度大于单一的该支撑柱结构的最远两端长度。

其中，进一步包含有一第二毛细结构形成于第一沟槽结构内的该吸热区域，其中该些第一毛细结构的位置与该第二毛细结构的位置连续而无区隔，使该些第一毛细结构与该第二毛细结构液态地连通，该第二毛细结构的孔隙大于该第一毛细结构的孔隙。

其中，该吸热区域以该超薄均温板元件接触一热源处向外延伸，该第一表面上的该吸热区域占该第一表面面积的5-30％。

其中，每一长条形次级第一沟槽结构的宽度不大于2.5mm。

其中，该长条形次级第一沟槽结构的长度超过宽度的10倍。

其中，该平面非指向性气相流道的高度不大于0.3mm。

其中，该毛细结构由印刷铺置于该第一金属片材上的一浆料经加热过程而形成的一三维多孔隙毛细结构，该浆料内包含有一金属粉末、一聚合物和一溶剂。

其中，该长条形支撑墙结构系由多个长条形次级支撑墙结构分段地接续而组成。

综上所述，本发明提供一种兼具指向性液相流及非指向性气相流的超薄均温板元件，墙状支撑结构有利于液相的工作流体输送，柱状支撑结构有利于气相的工作流体的平面扩散输送。由两基板的两对应的支撑结构，使得均温板内的毛细结构不会因内外气压差而产生变形及塌陷。并且提升两基板内的工作流体的液-气两相态的热传导及热对流的效率，以有效地达到导热、均温的功能。

附图说明

图1：绘示习知技术的薄型均温板的示意图。

图2A：根据本发明绘示的一具体实施例的第一金属片材与第二金属片材的示意图。

图2B：根据本发明绘示图2A的具体实施例的第一金属片材与第二金属片材结合的透视图。

图2C：根据本发明绘示图2A的具体实施例的第一金属片材与第二金属片材结合的透视图。

图3A：绘示图2B的具体实施例的AA’剖面线的示意图。

图3B：绘示图2B的具体实施例的BB’剖面线的示意图。

图3C：绘示图2B的具体实施例的CC’剖面线的示意图。

图4A：根据本发明绘示的另一具体实施例的第一金属片材与第二金属片材的示意图。

图4B：根据本发明绘示图4A的具体实施例的第一金属片材与第二金属片材结合的透视图。

图4C：根据本发明绘示图4B的具体实施例的DD’剖面线的示意图。

图5A：根据本发明绘示的另一具体实施例的第一金属片材与第二金属片材的示意图。

图5B：根据本发明绘示图5A的具体实施例的第一金属片材与第二金属片材结合的透视图。

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。

在本创作的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，术语“纵向、横向、上、下、前、后、左、右、顶、底、内、外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本创作和简化描述，而不是指示所述的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

本说明书中所述的「指向性」一词表示在宏观之下，元件的特殊结构使流体容易沿着设定的方向流动，但并非指在所有状况下流体必定沿着设定的方向流动。本说明书中所述的「非指向性」一词表示元件的特殊结构不限制流体的流动方向，而使流体容易四散，但并非指宏观的下流体必定不会受到其他外力而沿着单一的方向流动。

请参阅图2A图2B及图2C，图2A为根据本发明绘示的一具体实施例的第一金属片材与第二金属片材的示意图。图2B系根据本发明绘示图2A的具体实施例的第一金属片材与第二金属片材结合的透视图。图2C根据本发明绘示图2A的具体实施例的第一金属片材与第二金属片材结合的透视图。如图2A图2B及图2C所示，本发明的超薄均温板元件，具有一吸热区域和一冷凝区域，并且本发明的超薄均温板元件包含有第一金属片材1、多个第一毛细结构4、和第二金属片材2。第一金属片材1具有第一表面12，第一表面12具有第一沟槽结构122。第一沟槽结构122内设置有至少一长条形支撑墙结构1224自吸热区域31朝向冷凝区域32延伸。长条形支撑墙结构1224将第一沟槽结构122分成至少两个长条形次级第一沟槽结构1222。其中，多个第一毛细结构4，分别形成于该些长条形次级第一沟槽结构1222中，形成多个长条形指向性毛细液相流道5。

多个长条形指向性毛细液相流道5有利于使液相的工作流体依循图2B中箭头所指示方向朝向吸热区域31快速流动。习知技术中由于整片铜网的铺置，很难做长条形支撑墙形结构的设计，更难像铜粉烧结毛细结构般形成三维多孔隙毛细结构，在超薄均温的结构中无法有效提升液相的工作流体的毛细流动速率。相较之下，本发明中长条形支撑墙结构1224设置于第一毛细结构中4形成了多个具指向性的毛细液相流道，有效地提升了工作流体由冷凝区输送至加热区的流动效率。

接着，第二金属片材2具有第二表面22，第二表面22上设置有多个支撑柱结构2224，支撑柱结构2224的位置对应于长条形支撑墙结构1224的位置，第二金属片材2沿着第一沟槽结构122周缘1226与第一金属片材1气密封合，形成容纳长条形支撑墙结构1224、长条形指向性毛细液相流道5、支撑柱结构2224的空腔。然而，平面非指向性气相流道6，形成于空腔内的第一毛细结构4和第二金属片材2之间，并使长条形指向性毛细液相流道5各自对应于空腔的区域并相互连通。其中，平面非指向性气相流道6，第二金属片材2第二表面22上所有支撑柱结构2224所占的体积相对于整个平面气室空间而言很小。于一具体实施例中，支撑柱结构2224总体积小于百分之十(10％)，此有利于使气相的工作流体在平面中均匀流动散播。但在吸热区域31持续转换出气相工作流体的压力下，气相工作流体宏观下仍是朝向冷凝区域32流动，例如图2C箭头所示。气相的工作流体带有大量的热能与气压，可快速无方向性的在平面非指向性气相流道6扩散。本发明的长条形指向性毛细液相流道5与平面非指向性气相流道6有利于提升工作流体的液相-气相两相的循环。其中第一金属片材1与第二金属片材2封合后，会形成一超薄均温板元件3。

若超薄均温板元件3内的第一金属片材1和第二金属片材2都是长条形墙结构，将会限制气相工作流体的扩散和均匀速度。若超薄均温板元件3内的第一金属片材1和第二金属片材2都是柱状结构，则液相工作流体的流动速度则明显较慢。因此，本发明设计在带有毛细结构的第一金属片材1上设置长条形墙结构，作为气体通道一侧的第二金属片材2上设置柱状结构，再让两者位置对应地抵顶，加上利用浆料印刷铺设及铜粉烧结工艺将具三维多孔隙毛细结构形成在第一金属片材1的沟槽结构中的长条形支撑墙结构1224中。因此，同时加强了液相工作流体的流动速度和气相工作流体的扩散和均匀速度。

本发明兼具指向性液相流及非指向性气相流的超薄均温板元件厚度不大于0.6mm，可应用于现今薄型化的电子装置。其中，工作流体容置于空腔内，且由长条形指向性毛细液相流道5和平面非指向性气相流道6进行液气相循环，有效地达到导热及均温的功能。其中，平面非指向性气相流道6的高度不大于0.3mm。

其中，支撑柱结构2224的顶部抵至长条形支撑墙结构1224的顶部，且单一的长条形支撑墙结构1224的最远两端长度a大于单一的支撑柱结构2224的最远两端长度b，a＞b。其中支撑柱结构2224的长度b，如支撑柱结构2224的L放大图所示。支撑柱结构2224的长度b小于长条形支撑墙结构1224的长度a，因此，于多个支撑柱结构2224之间的空隙，可保有更多的横向通道，以利于长条形支撑墙结构1224两侧的气相工作流体横向流动。

其中，每一个长条形次级第一沟槽结构1222的长度为c，宽度为d。每一个长条形次级第一沟槽结构1222的宽度d不大于2.5mm以及长条形次级第一沟槽结构1222的长度c超过宽度d的10倍。长度c和宽度d的比例越大越有利于铜粉烧结多孔隙毛细结构中的液相工作流体的毛细力及流动速度。

不同形状的支撑结构排列与位置将有利于工作流体的液体-气体循环的作动。其支撑柱结构2224，因不像支撑墙面积较大，因此于均温板的空腔内可留下较多的空隙，有利于气相的工作流体非指向性的输送，以达到均温的目的。长条形支撑墙结构1224有利于冷凝后的液相工作流体经由第一毛细结构4的毛细力指向性的输送至吸热区域31。因此两种不同形状的支撑结构可提升均温板内的液相与气相的工作流体的循环效率，进而加速均温板热传导速率以达成均温的效果。据此，有效地增加均温板导热的效率。

请参阅图3A、图3B及图3C。图3A系绘示图2B的AA’剖面线的剖面图。图3B系绘示图2B的BB’剖面线的剖面图。图3C系绘示图2B的CC’剖面线的剖面图。如图3A及图3C所示，长条形支撑墙结构1224与支撑柱结构2224系为互相抵触。其中，第一金属片材1的第一表面12上的长条形支撑墙结构1224与第二金属片材2的第二表面22上的支撑柱结构2224，互相对应抵触，并气密封合，以形成内部为空腔的超薄均温板元件3。超薄均温板元件3包含有一吸热区域31以及冷凝区域32。如图3B所示，第二金属片材2上没有支撑柱结构2224之处与第一金属片材1的长条形支撑墙结构1224并未互相抵触，形成一空隙。其形成的空隙系为有利气相工作流体扩散分布。超薄均温板元件3的第一金属片材1的第一毛细结构4，有利于液相的工作流体输送，以及第二金属片材2与第一金属片材1之间的空隙，有利于气相的工作流体扩散，以增加均温板内的液态或气态的两相态的循环效率。

请参阅图4A、4B及4C。图4A系根据本发明绘示的另一具体实施例的第一金属片材与第二金属片材的示意图。图4B系根据本发明绘示图4A的具体实施例的第一金属片材与第二金属片材结合的透视图。图4C系绘示图2B的DD’剖面线的具体实施例的剖面图。如图4A、4B及4C所示，本发明的超薄均温板元件的第二金属片材2的第二表面22进一步具有第二沟槽结构222，支撑柱结构2224设置于第二沟槽结构222。其中，第二沟槽结构222其目的系方便于支撑柱结构2224的形成。此外，如图4C所示，可明显看出第二金属片材2具有第二沟槽结构222，第二沟槽结构222上设置有多个支撑柱结构2224。其中，第一金属片材1的长条形支撑墙结构1224与第二金属片材2的支撑柱结构2224互相对应。

此外，本发明兼具指向性液相流及非指向性气相流的超薄均温板元件3，除了一般长方形结构之外，亦可根据电子装置硬体布设而设计成相应形状如：弯曲形、正方形。但原则上，超薄均温板元件3是由形状两相对应的第一金属片材1与第二金属片材2所构成。

其中，本发明兼具指向性液相流及非指向性气相流的超薄均温板元件，进一步包含有至少两个第二毛细结构7，分别形成于第一沟槽结构122内的吸热区域31和冷凝区域32。第一毛细结构4和第二毛细结构7成连续性地分布，有利于液相工作流体可均匀的分布于第二毛细结构7。第一毛细结构4由第二毛细结构7在吸热区域31与冷凝区域32，使工作流体液态地连通。超薄均温板元件接触一热源，接触热源之处向四周延伸称为吸热区域31。吸热区域31以接触热源处向外延伸，约占第一表面12(或第二表面)面积的5-30％，冷凝区域32以第一表面12最远离吸热区域31处起算，约占第一表面12(或第二表面)面积的5-30％。吸热区域31与冷凝区域32之间称为绝热区域(图未标号)。绝热区域至少占第一表面12(或第二表面)面积的40％。第一毛细结构4的位置与第二毛细结构7的位置连续而无区隔，使第一毛细结构4与第二毛细结构7液态地连通。

另一具体实施例中，超薄均温板元件只有一个第二毛细结构7形成于第一沟槽结构122内的吸热区域31。吸热区域31以接触热源处向外延伸，约占第一表面12(或第二表面)面积的5-30％。其余部分皆铺设第一毛细结构4。

第二毛细结构7的孔隙大于第一毛细结构4的孔隙。第二毛细结构7的孔径大于第一毛细结构4的孔径。第二毛细结构7布设在气相液相交换最频繁的吸热区域31，亦可布设在气相液相交换次频繁的冷凝区域32。较小的孔隙有利于液相工作流体的流动速度，因此第一毛细结构4主要布设在超薄均温板元件3的中段。此外，冷凝区域32亦可铺设第一毛细结构4，第一毛细结构4及第二毛细结构7铺设吸热区域31及冷凝区域32的顺序并不以此为限。

毛细结构系由一浆料经烘干、裂解及烧结的三个加热过程而形成，浆料内包含有一金属粉末、一聚合物和一溶剂。其中，有机溶剂可以为醇类溶剂，而聚合物可以为可塑性高分子材料、压克力、合成纤维、尼龙、天然树脂(Natural Resin)、合成树脂(SyntheticResin)，或上述的组合。金属粉末可包含铜粉末、氧化铜粉末、氧化亚铜粉末、三氧化四铜粉末，或上述的组合。粉末烧结则是在含氢的气氛下进行，一方面防止铜粉末氧化，一方面亦可让铜氧化物粉末还原成铜。以浆料铺置的毛细结构相较于铜网铺置的毛细结构，具有三维多孔隙的结构，毛细力较佳，加上被局限在狭窄的长条沟槽中，毛细力也相对的提升，并且以浆料所形成的毛细结构可以自动化印刷的方式铺置，节省了人力与制作成本，并且同时也提升了制作均温板的效率。

于另一具体实施例，请参阅图5A及5B。图5A系根据本发明绘示的另一具体实施例的第一金属片材与第二金属片材的示意图。图5B系根据本发明绘示图5A的具体实施例的第一金属片材与第二金属片材结合的透视图。于此实施例与前述实施例不同之处是在于，第一金属片材1的长条形支撑墙结构1224亦可分段地接续而成。如图5A及5B所示，第一金属片材1与第二金属片材2封合后，其第一金属片材1与第二金属片材2之间，相较于前述实施例的连续的长条形支撑墙结构1224所构成的均温板，此实施例的分断地接续形的长条形支撑墙结构1224于均温板内的空腔的空隙较多，有利于气体的输送。本发明兼具指向性液相流及非指向性气相流的薄型均温板的长条形支撑墙结构1224并不限制于连续形长条形状，亦可为分段地接续而组成。

相较于习知技术的支撑结构容易破坏及压坏毛细结构，使毛细结构容易坍塌及变形，进而影响工作流体于毛细结构的输送效率，造成均温板的导热及均热功能受限，并且以铜网制作的毛细结构，不利于设置支撑结构构件，其制作流程耗费大量人力与成本。于超薄的均温板元件，特别是厚度小于0.3mm的元件，其毛细结构的厚薄的极限程度将限制了均温板的功效。本发明的薄形均温板构件中，墙状支撑结构有利于液相的工作流体输送回流，柱状支撑结构有利于气相的工作流体平面扩散。真空腔体内两种不同形状的支撑结构构件，可有效的提高薄型均温板构件中的工作流体的液相及气相循环的效率，进而提升均温板的导热及均温效率。

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)

1.一种兼具指向性液相流及非指向性气相流的超薄均温板元件，具有一吸热区域和一冷凝区域，且厚度不大于0.6mm，其特征在于该超薄均温板元件进一步包含有：

一第一金属片材，具有一第一表面，该第一表面具有一第一沟槽结构，该第一沟槽结构内设置有至少一长条形支撑墙结构自该吸热区域朝向该冷凝区域延伸，该长条形支撑墙结构将该第一沟槽结构分成至少两个长条形次级第一沟槽结构；

多个第一毛细结构，分别形成于该些长条形次级第一沟槽结构中且附着于该些长条形次级第一沟槽结构的底部，形成多个长条形指向性毛细液相流道；

一第二金属片材，具有一第二表面，该第二表面上设置有多个支撑柱结构，该些支撑柱结构的位置对应于该些支撑墙结构的位置，该第二金属片材沿着该第一沟槽结构的周缘与该第一金属片材气密封合，形成容纳该长条形支撑墙结构、该些长条形指向性毛细液相流道、该些支撑柱结构的一空腔，该空腔的区域为真空负压状态；

一平面非指向性气相流道，形成于该空腔内的该些第一毛细结构和该第二金属片材之间，并使该些长条形指向性毛细液相流道各自对应的该空腔的区域相互连通；以及

一工作流体，容置于该空腔内，且由该些长条形指向性毛细液相流道和该平面非指向性气相流道进行液气相循环。

2.如权利要求1所述的超薄均温板元件，其特征在于，该第二金属片材的该第二表面进一步具有一第二沟槽结构，该些支撑柱结构设置于该第二沟槽结构中。

3.如权利要求1所述的超薄均温板元件，其特征在于，该些支撑柱结构的顶部抵至该些支撑墙结构的顶部，且单一的该支撑墙结构的最远两端长度大于单一的该支撑柱结构的最远两端长度。

4.如权利要求1所述的超薄均温板元件，其特征在于，进一步包含有一第二毛细结构形成于第一沟槽结构内的该吸热区域，其中该些第一毛细结构的位置与该第二毛细结构的位置连续而无区隔，使该些第一毛细结构与该第二毛细结构液态地连通，该第二毛细结构的孔隙大于该第一毛细结构的孔隙。

5.如权利要求1所述的超薄均温板元件，其特征在于，该吸热区域以该超薄均温板元件接触一热源处向外延伸，该第一表面上的该吸热区域占该第一表面面积的5-30％。

6.如权利要求1所述的超薄均温板元件，其特征在于，每一长条形次级第一沟槽结构的宽度不大于2.5mm。

7.如权利要求1所述的超薄均温板元件，其特征在于，该长条形次级第一沟槽结构的长度超过宽度的10倍。

8.如权利要求1所述的超薄均温板元件，其特征在于，该平面非指向性气相流道的高度不大于0.3mm。

9.如权利要求1所述的超薄均温板元件，其特征在于，该毛细结构由印刷铺置于该第一金属片材上的一浆料经加热过程而形成的一三维多孔隙毛细结构，该浆料内包含有一金属粉末、一聚合物和一溶剂。

10.如权利要求1所述的超薄均温板元件，其特征在于，该长条形支撑墙结构系由多个长条形次级支撑墙结构分段地接续而组成。