CN114076533B - 薄型均温板毛细结构元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种薄型均温板毛细结构元件及其制造方法，该薄型均温板毛细结构元件包括有第一金属片材以及毛细结构层。第一金属片材具有沟槽结构。毛细结构层形成于沟槽结构，且具有一第一毛细结构及一第二毛细结构。第一毛细结构包含多个具第一粒径分布的第一类球状铜构件及链状铜构件；第二毛细结构包含多个具第二粒径分布的第二类球状铜构件及链状铜构件。所述第一粒径大于第二粒径。第一毛细结构位于薄型均温板毛细结构元件的吸热区。由此，本发明的薄型均温板毛细构件由两种不同的毛细结构，提升了均温板中工作流体液相及气相循环的效率，因此提升了均温板的解热及导热功能。
Description
技术领域
本发明系关于一种薄型均温板毛细结构元件及其制造方法，尤其是一种具有多孔隙毛细结构的薄型均温板毛细结构元件，用以与另一金属片材封合并加工后形成薄型均温板。
背景技术
均温板系用以散热降温，其为扁平状密闭腔体，密闭腔体内壁上具有毛细结构并容置有工作流体。均温板的工作原理系当部分均温板与热源接触时，均温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端时，工作流体又从气相转为液相，并由毛细结构的毛细力(Capillary force)又回流至吸热端。均温板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。
对此，先前技术的一般铜网(Copper Mesh)做为毛细结构，毛细结构简单，导致毛细力往往不足，散热功能不佳。即使后来又开发出编织铜网(Copper Moven Mesh)，成为增强毛细力的一种新选择，铜网的编织、裁切、手工铺置以及石墨治具压合等制程，仍然使得制作毛细结构复杂化且不利量产上的自动化作业。另一方面，当均温板元件厚度越薄时，以压合等制程的铜网的毛细空隙密集度松散，导致毛细力不足，因此工作流体于均温板腔体内的毛细结构作动时，其流动效率不足，导致散热效率往往不佳。
因此，如何让工作流体在超薄均温板的毛细结构中，水平方向的液相输送以及在加热端垂直向上的气化输送皆最佳化，是制作高效率超薄均温板极需解决的课题。是以，本领域需要一种得以取代铜网的超薄型均温板用毛细结构。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种薄型均温板毛细结构元件及其制造方法，能有效克服现有技术的缺陷，更好的提升均温板中工作流体液相及气相循环的效率，进一步提升均温板的解热及导热功能，且制作更为简便，效率和优良率更高。
为实现上述目的，本发明公开了一种薄型均温板毛细结构元件，与一第二金属片材封合并加工后形成一薄型均温板，其特征在于该薄型均温板毛细结构元件包含有：
一第一金属片材，具有一沟槽结构；
一毛细结构层，形成于该沟槽结构中，该毛细结构层进一步有：
一第一毛细结构，包含由具第一平均粒径分布的N个第一类球状铜构件及P个链状铜构件相互连接形成多孔隙结构；以及
一第二毛细结构，包含由具第二平均粒径分布的M个第二类球状铜构件及Q个链状铜构件相互连接形成多孔隙结构；
其中，该第一毛细结构位于该薄型均温板元件的一吸热区，该第一平均粒径大于该第二平均粒径，M>N且Q>P。
其中，该些第一类球状铜构件占该第一毛细结构的重量百分比大于50％，该些第二类球状铜构件占该第二毛细结构的重量百分比大于30％。
其中，该第二毛细结构占该毛细结构层的重量百分比大于70％。
其中，该第一金属片材包含有铜、铜合金、镀铜不锈钢、钛和钛合金的至少一者。
其中，相同体积的第一毛细结构和第二毛细结构中，该些第二类球状铜构件的数量大于该些第一类球状铜构件的数量。
其中，该第一平均粒径和该第二平均粒径都大于该链状铜构件的平均直径。
其中，该第一毛细结构与该第二毛细结构为连续性结构，且该第二毛细结构位于该均温板元件的一非吸热区。
还公开了一种薄型均温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，其中该沟槽结构具有一第一区域及一第二区域；
提供一第一浆料及一第二浆料，该第一浆料包含有一第一有机溶剂、一第一聚合物、及具第一平均粒径分布的一第一类球状铜粉末及一铜氧化物粉末，该第二浆料包含有一第二有机溶剂、一第二聚合物、及具第二平均粒径分布的一第二类球状铜粉末及一铜氧化物粉末，该第一平均粒径大于该第二平均粒径；
铺设该第一浆料于该第一区域；
铺设该第二浆料于该第二区域；
加热该第一浆料而挥发该第一有机溶剂、裂解该第一聚合物、烧结该第一类球状铜粉末及该铜氧化物粉末，形成一第一毛细结构；
加热该第二浆料而挥发该第二有机溶剂、裂解该第二聚合物、烧结该第二类球状铜粉末及该铜氧化物粉末，形成一第二毛细结构；
其中，该第一毛细结构及该第二毛细结构为连续性结构，且该第一区域为该均温板元件的一吸热区域。
其中，加热该第一浆料的步骤和加热该第二浆料的步骤系同时在相同的聚合物裂解及粉末烧结制程条件下进行。
其中，该铜氧化物粉末为氧化铜粉末或氧化亚铜粉末。
由此，本发明的薄型均温板毛细结构元件系设置于两种不同的毛细结构的第一金属片材表面上的沟槽结构中。由两种不同的毛细结构形成的均温板毛细结构元件，产生了不同的的垂直向气化能力与水平向液态输送能力，其提升了工作流体于薄型均温板中的液相及气相循环的效率，进而提升了薄型均温板的解热及导热功能。
本发明的一范畴在于提供一种薄型均温板(Vapor Chamber)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薄型均温板。薄型均温板毛细结构元件包含有一第一金属片材和一毛细结构层。第一金属片材具有一沟槽结构。毛细结构层形成于该沟槽结构中，该毛细结构层进一步有一第一毛细结构和一第二毛细结构。第一毛细结构包含由具第一平均粒径分布的N个第一类球状铜构件及P个链状铜构件相互连接形成多孔隙结构。第二毛细结构包含由具第二平均粒径分布的M个第二类球状铜构件及Q个链状铜构件相互连接形成多孔隙结构。第一毛细结构位于薄型均温板元件的一吸热区，第一平均粒径大于第二平均粒径，M>N且Q>P，M、N、P、Q皆为自然数。其中，第一类球状铜构件占第一毛细结构的重量百分比大于50％，第二类球状铜构件占第二毛细结构的重量百分比大于30％。第二毛细结构占毛细结构层的重量百分比大于70％。相同体积的第一毛细结构和第二毛细结构中，第二类球状铜构件的数量大于第一类球状铜构件的数量。
其中，第一平均粒径和第二平均粒径都大于链状铜构件的平均直径。第一金属片材包含有铜、铜合金、镀铜不锈钢、钛和钛合金的至少一者。
其中，第一毛细结构与第二毛细结构为连续性结构，且第二毛细结构位于均温板元件的一非吸热区。
本发明的另一范畴在于提供一种薄型均温板毛细结构元件的制造方法，包含以下步骤：提供具有一沟槽结构的一第一金属片材，其中沟槽结构具有一第一区域及一第二区域。提供一第一浆料及一第二浆料，第一浆料包含有一第一有机溶剂、一第一聚合物、及具第一平均粒径分布的一第一类球状铜粉末及一铜氧化物粉末，第二浆料包含有一第二有机溶剂、一第二聚合物、及具第二平均粒径分布的一第二类球状铜粉末及一铜氧化物粉末，第一平均粒径大于第二平均粒径。铺设第一浆料于第一区域。铺设第二浆料于第二区域。加热第一浆料而挥发第一有机溶剂、裂解第一聚合物、烧结第一类球状铜粉末及铜氧化物粉末，形成一第一毛细结构。加热第二浆料而挥发第二有机溶剂、裂解第二聚合物、烧结第二类球状铜粉末及铜氧化物粉末，形成一第二毛细结构。其中，第一毛细结构及第二毛细结构系为连续性结构，且第一区域为均温板元件的一吸热区域。
其中加热该第一浆料的步骤和加热该第二浆料的步骤系同时在相同的聚合物裂解及粉末烧结制程条件下进行。
其中，铜氧化物粉末为氧化铜粉末或氧化亚铜粉末。
其中加热该第一浆料的步骤中，进一步包含有以下子步骤加热挥发第一浆料。加热裂解第一聚合物。在氮氢混合气氛下以高温烧结第二类球状铜粉末及铜氧化物粉末，形成一第一毛细结构。
本发明的另一范畴在于提供一种薄型均温板毛细结构元件，应用于一均温板元件，其包含有第一金属片材、第一毛细结构，以及第二毛细结构。第一金属片材具有一沟槽结构，沟槽结构具有第一区域和一第二区域。第一毛细结构设置于该第一区域。第二毛细结构设置于第二区域。其中，第一区域作为均温板元件的一吸热区域，且第一毛细结构的平均孔隙大于第二毛细结构的平均孔隙。其中，第一毛细结构与第二毛细结构为连续结构，且第二毛细结构位于均温板元件的一非吸热区。
其中，均温板元件的厚度小于1.0mm；第一金属片材的厚度小于0.1mm；第一毛细结构的厚度小于0.3mm；第二毛细结构的厚度小0.3mm。
其中，第一毛细结构系由第一浆料经加热过程而形成，第一浆料包含有第一类球状铜粉末；第二毛细结构系由第二浆料经加热过程而形成，第二浆料包含有第二类球状铜粉末和铜氧化物粉末。
其中，第一浆料还包含有由第一有机溶剂及第一聚合物混合而成的胶体，第二浆料还包含有由第二有机溶剂及第二聚合物混合而成的胶体，该加热过程包含有烘干过程、裂解过程、及烧结过程，且烧结过程是在氮氢混合气氛下进行。
本发明的另一范畴在于提供一种薄型均温板毛细结构元件的制造方法，应用于制作均温板元件包含的毛细结构件。本制造方法包含以下步骤：提供具有沟槽结构的第一金属片材，其中沟槽结构具有第一区域及第二区域；提供含有第一铜粉末的一第一浆料，及含有铜氧化物粉末的第二浆料；铺设该第一浆料于该第一区域；铺设第二浆料于第二区域；固化第一浆料使其成为第一固化体；固化第二浆料使其成为第二固化体；加热第一固化体以形成位于第一区域的第一毛细结构；以及加热第二固化体以形成位于第二区域的第二毛细结构。其中，第一区域作为该均温板元件的一吸热区域。
其中，第二浆料还包含有第二铜粉末。第一铜粉末的平均粒径(D50)大于第二铜粉末的平均粒径；第二铜粉末的平均粒径大于铜氧化物粉末的平均粒径。铜氧化物粉末系选自于由氧化铜粉末、氧化亚铜粉末和三氧化四铜粉末所组成的群组。
进一步来说，第一浆料还包含有由第一有机溶剂及第一聚合物混合而成的第一胶体，第一铜粉末均匀混合于第一胶体中。第二浆料还包含有由第二有机溶剂及第二聚合物混合而成的第二胶体，铜氧化物粉末均匀混合于第二胶体中。
其中，加热第一固化体的步骤中，进一步包含有以下子步骤：裂解并消除第一固化体中的第一聚合物；以及在氮氢混合气氛下烧结第一固化体中的第一铜粉末形成位于第一区域的第一毛细结构。
其中，加热该第二固化体的步骤中，进一步包含有以下子步骤：裂解并消除第二固化体中的第二聚合物；以及在氮氢混合气氛下烧结第二固化体中的铜氧化物粉末和形成位于第二区域的第二毛细结构。
通过上述内容可知，在习知粉末烧结毛细结构技术中，整个均温板或导热管中都是单一种毛细结构，本发明的薄型均温板毛细结构元件提供了两种不同粒径分布的烧结毛细结构，使得两种毛细结构的孔隙不同。较大孔隙的第一毛细结构有利于液相工作流体蒸发成气相，较小较密孔隙的第二毛细结构有利于液相工作流体流动。使用本发明组成的薄型均温板可增加工作流体的液相气相循环效率，进而提升了薄型均温板的解热及导热功能。尤其，习知技术的毛细结构中是以铜网或铜粉烧结所组成，本发明中的毛细结构是由不同平均粒径或材质的铜粉末及铜氧化物粉末组成的两种浆料所形成的两种不同毛细结构。由此，可以在设计上更有弹性，并且更有效率的量产含有毛细结构的薄型均温板毛细结构元件。
附图说明
图1A：绘示根据本发明的一具体实施例的薄型均温板毛细结构元件的俯视图。
图1B：绘示根据本发明图1A的具体实施例中沿AA’切线的薄型均温板毛细结构元件剖面图。
图2：绘示根据本发明的一具体实施例的薄型均温板的工作流体的循环示意图。
图3：绘示根据本发明的一具体实施例的薄型均温板毛细结构元件的制造方法的步骤流程图。
图4：绘示根据本发明的另一具体实施例的薄型均温板毛细结构元件的制造方法的步骤流程图。
图5：根据图4的流程所绘示的示意图。
图6：绘示根据本发明的再一具体实施例的薄型均温板毛细结构元件的制造方法的步骤流程图。
图7：根据图6的流程所绘示的示意图。
图8：绘示根据本发明的再一具体实施例的薄型均温板毛细结构元件的制造方法的步骤流程图。
图9：根据图8的流程所绘示的示意图。
图10A：绘示根据本发明的一具体实施例的步骤S41的子步骤流程图。
图10B：绘示根据本发明的一具体实施例的步骤S42的子步骤流程图。
图11A：绘示根据本发明的一具体实施例的第一毛细结构于烧结后的示意图。
图11B：绘示根据本发明的一具体实施例的第二毛细结构于烧结后的示意图。
图12：绘示根据本发明的一具体实施例的单颗第一氧化亚铜晶体粉末烧结过程经还原及扩散反应形成链状铜构件的外观示意图。
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1A及图1B，图1A系绘示根据本发明的一具体实施例的薄型均温板毛细结构元件的俯视图。图1B系绘示根据本发明图1A的一具体实施例中沿A-A’剖面线的薄型均温板毛细结构元件的剖面图。为便于说明，后续的图式皆系依照图1A的A-A’剖面线的剖面方式绘制。如图1A及图1B所示，本发明的薄型均温板毛细结构元件1包含有第一金属片材11及毛细结构层12。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。沟槽结构112可约略划分而具有第一区域1121和第二区域1122。第一毛细结构121设置于第一区域1121以及第二毛细结构122设置于第二区域1122。
其中，第一毛细结构121和第一区域1121位于薄型均温板毛细结构元件的一吸热区域(Evaporator)及第二毛细结构122和第二区域1122位于薄型均温板毛细结构元件的一非吸热区。非吸热区意指不接触热源的区域，包含有冷凝区域(Condenser)或绝热区域(adiabatic)。于第一区域1121的第一毛细结构121系由N个具第一粒径分布的第一类球状铜构件1211及P个第一链状铜构件1212相互连接而构成多孔隙结构。第一毛细结构121与第二毛细结构122为连续结构，第一毛细结构121与第二毛细结构122的连续结构进而可达到液体-气体循环的作动。
详细的来说，位于沟槽结构112中的毛细结构层12，包含有第一毛细结构121及第二毛细结构122。第一毛细结构121进一步包含由N个第一粒径分布的第一类球状铜构件1211及P个第一链状铜构件1212相互连接而构成的多孔隙结构。第二毛细结构122包含M个具第二粒径分布的第二类球状铜构件1221及Q个第二链状铜构件1222相互连接而构成的多孔隙结构。其中，第一毛细结构中第一粒径分布的N个第一类球状铜构件1211的平均粒径(D50)大于第二毛细结构中第二粒径分布的M个第二类球状铜构件1221的平均粒径(D50)。其中，M>N；Q>P；M,N,P,Q为自然数。
请合并参阅图2，图2系绘示根据本发明的一具体实施例的薄型均温板的工作流体的循环示意图。此薄型均温板中具有形成于第一金属片材11与第二金属片材21间的真空腔体3，此真空腔体3作为气流通道5，并且毛细结构层12中容置有工作流体。工作流体以沸腾蒸发凝结循环作动的方式传递热能，进而达到快速导热的效果。如图1至图2所示，沟槽结构112可分为第一区域1121及第二区域1122。在多数实施例中，第一区域1121及第二区域1122并非指垂直划分而得，而是横向划分而得。其中，第一区域1121系位于薄型均温板毛细结构元件的一吸热区域，即对应于薄型均温板V的吸热端41，即接近热源H的一端。第二区域1122则为非第一区域1121的区域，亦可位于薄型均温板V的冷凝端42，即远离热源H的一端。毛细结构层的毛细结构力，则有助于工作流体可于毛细结构层中流动。工作流体于毛细结构层12的作动方式于下述说明书详述。
接触热源H的处向四周延伸称为吸热端41。吸热端41以接触热源H处向外延伸，约占上表面111面积的5-30％，其他区域，如绝热区及冷凝端42，约占上表面111面积的70-95％。冷凝端42以上表面111最远离吸热端41处起算。
工作流体以液相形式于第一毛细结构121中的垂直方向进行沸腾，并在上层的第一类球状铜构件1211表面形成薄层水膜，而蒸发形成气相工作流体。较大粒径的第一类球状铜构件1211表面，较易形成大面积的薄层水膜，而降低液相转变为气相的相变热阻。然而，于第二区域1122的第二毛细结构122系由混合有较小粒径的第二类球状铜构件1221及第二链状铜构件1222所构成。此种堆迭架构的多孔隙毛细结构层12有利于水平方向的工作流体得以快速输送。然而第二毛细结构122若位于加热端，由于第二类球状铜构件1221粒径较小，将不利于形成大面积簿层水膜，并降低液相转变为气相的相变热阻。因此，本发明在吸热端41则用第一毛细结构121来取代第二毛细结构122，让两个不同区域的毛细结构各自发挥其不同功能的优势，进而优化薄型均温板V中工作流体的液气相循环。请参阅图2的箭头指示，箭头为工作流体的移动方向。当工作流体于第一区域1121时，工作流体经吸收自吸热端41吸收热源H的热能后，工作流体自液相转变成气相。接着，气相的工作流体于气流通道5朝向第二区域1122移动，途中工作流体放热至外界环境。放热后的工作流体自气相转变成液相并且于冷凝端42凝结。接着，工作流体再经由连续性及多孔性的毛细结构，回到第一区域1121的吸热端41。如此，工作流体于真空腔体中3形成完整的热传导方式，进而达到快速的散热功效。
详细的来说，当工作流体吸收热源H传导至薄型均温板V的吸热端41的热能时，工作流体自液相转变成气相，并自第一毛细结构121垂直移动至毛细结构12与第二金属片材21间的气流通道5。接着，气相的工作流体经由气流通道5流向冷凝端42。于流向冷凝端42的过程中，工作流体由热传导与外界环境热交换而放热后，于冷凝端42自气相转变成液相，并自气流通道5垂直移动进入冷凝端42的第一毛细结构121。工作流体由毛细结构12的连续性及多孔性，自冷凝端42的第二毛细结构122的毛细作用，后到达吸热端41的第一毛细结构121。如此，即为工作流体的完整的热传导循环。尤其，第一毛细结构121的平均孔隙大于第二毛细结构122的平均孔隙，第一毛细结构121的平均孔隙较大将有利于气相的工作流体输送，而第二毛细结构的平均孔隙较小将有利于毛细力提升以及提高液相的工作流体水平运输。其中，本发明所述的薄型均温板毛细结构元件的厚度小于1.0mm，第一金属片材的厚度小于0.1mm、第一毛细结构及第二毛细结构的厚度皆小于0.3mm。再者，本发明所述的薄型均温板可以是超薄均温板(厚度小于1.0mm)，也可以是较大型的均温板(厚度大于1.0mm)。配合不同厚度的均温板毛细构件，设计不同厚度的第一金属片材、第一毛细结构、第二毛细结构厚度。
其中，第一毛细结构系由第一浆料经加热过程而形成含有第一类球状铜构件及第一链状铜构件的第一毛细结构，第一浆料包含有第一粒俓分布的第一类球状铜粉末、铜氧化物粉末、第一有机溶剂及第一聚合物混合而成；第二毛细结构系由第二浆料经加热过程而形成含有第二类球状铜构件及第二链状铜构件的第二毛细结构，第二浆料包含有第二粒径分布的第二类球状铜粉末、铜氧化物粉末、第二有机溶剂及第二聚合物混合而成。有机溶剂与聚合物形成的胶体并平均分散胶体内的第一粒径分布的类球状铜粉末与铜氧化物粉末之间或第二粒径分布的类球状铜粉末与铜氧化物粉末之间，使其生成多孔隙、平均且密集的毛细孔隙。其中铜氧化物粉末可以为氧化铜(CuO)粉末、氧化亚铜(Cu2O)末、三氧化四铜(Cu4O3)粉末。此三种化合物是属于铜元素的氧化形态，在适当条件下可以还原成还原铜。所述的铜氧化物粉末包含有多个铜氧化物颗粒，因此均温板的毛细构件是由一至多个铜氧化物颗粒还原后相互烧结且与附近的类球状铜粉末颗粒烧结后所形成多孔隙的结构。
其中第一类球状铜构件占第一毛细结构的重量百分比大于50％，第二类球状铜构件占第二毛细结构的重量百分比大于30％。
其中，第一浆料亦可为包含有第一类球状铜粉末、第一铜氧化物粉末、有机溶剂及聚合物，而第二浆料包含有第二类球状铜粉末、第二铜氧化物粉末、有机溶剂及聚合物。本领域通常知识者可依制程或各自需求调整第一毛细结构121中的第一类球状铜粉末的含量。当第一类球状铜粉末的含量为100％时(如前述的具体实施例)，工作流体于第一毛细结构121中的垂直方向以及平行方向的孔隙结构近乎相同。当第一类球状铜粉末的含量减少，则工作流体于第一毛细结构121中的垂直方向及平行方向的孔隙将会受到其他形状添加粉末所影响。若其他添加于第一毛细结构121中的添加粉末为第一铜氧化物粉末时，则会增加工作流体于第一毛细结构121中的平行方向的流动速率，并减少垂直方向的气化速率。然而，为了能维持如本发明中的第一毛细结构121所带来的功效，具第一平均粒径分布的第一类球状铜粉末的含量需大于70％。
同理，第二毛细结构122中第二类球状铜粉末与第二铜氧化物粉末的添加比例也可由本领域通常知识者依制程或各自需求自行调整。当第二毛细结构122中所混合的第二类球状铜粉末与第二铜氧化物粉末的含量变化时，工作流体于第二毛细结构122中的平行方向的流动速率亦产生变化。在一具体实施例中，第二毛细结构122中，铜氧化物粉末的含量需大于15％，而合适的添加范围介于15％至50％之间。
相较于单一铜粉烧结、铜网、铜丝或是复合式结构所形成的毛细结构，本发明的薄型均温板毛细结构元件1由印刷不同配方的浆料，烧结做成不同区域所使用的毛细结构12的设计及制作，进而可达到工作流体气相及液相的循环效率，以提升均温板元件的功效。
此外，需要了解的是，上述的第一区域1121与第二区域1122并不限于图中所绘的位置，本领域通常知识者可根据薄型均温板结构、热源H、本发明的第一毛细结构121与第二毛细结构122与工作流体间的作动原理，以设计第一区域1121与第二区域1122的位置，并不以此为限。
在习知技术中，制作超薄均温板内的毛细结构是利用铜网的编织、裁切、铺置以及石墨治具的压合等制程，均温板的毛细结构的制作变得复杂且不利量产上的自动化作业，并且当均温板元件厚度小于0.35mm时，需要厚度更薄的铜网。受限于铜网的毛细极限，毛细力往往不足。并且，铜网的结构简单，在加热区的液气相的转变大都以池沸腾的机制进行，相变热阻较大，导致热传导效率差。本发明则是以不同粒径大小的铜粉末混合铜氧化物粉末的浆料印刷及烧结来构成两种不同的毛细结构，可增加工作流体的液相与气相于均温板的毛细结构中的循环效率，其孔隙结构也相较于以铜网的毛细结构较佳，而毛细力也相对提升，而增加均温板导热的效率，进而有较佳的均温功效。
请合并参阅图3，图3为根据本发明的一具体实施例的在于提供一种薄型均温板毛细结构元件的制造方法，应用于制作一薄型均温板包含的一毛细结构件，本制造方法包含以下步骤：步骤S1：提供具有沟槽结构的第一金属片材，其中沟槽结构具有第一区域及第二区域。步骤S2：提供含有第一类球状铜粉末及铜氧化物粉末的第一浆料，及含有第一类球状铜粉末及铜氧化物粉末的第二浆料。步骤S32：铺设第二浆料于第二区域。步骤S31：铺设第一浆料于第一区域。步骤S41：固化第一浆料使其成为第一固化体。步骤S42：固化第二浆料使其成为第二固化体。步骤S51：加热第一固化体以形成位于第一区域的第一毛细结构。步骤S52：加热第二固化体以形成位于第二区域的第二毛细结构。其中，第一区域作为薄型均温板毛细结构元件的吸热区域。本方法所形成的薄型均温板毛细结构元件用于制作薄型均温板时，可于薄型均温板的厚度极小的状况下同时保有足够的孔隙及毛细力，并且两种不同孔隙大小的毛细结构，更可提高产品导热效率。如图3的实施例，步骤S41及步骤S42可同时进行，且步骤S51及步骤S52可同时进行，以完成均温板毛细结构元件1。其中，第一金属片材11包含有铜或铜合金中的至少一者。亦可以为表面镀铜的不锈钢，或是可以为钛或钛合金。
请参阅图4及图5，图4系绘示根据本发明的另一具体实施例的薄型均温板毛细结构元件1的制造方法的步骤流程图，图5系根据图4的流程所绘示的示意图。于实际应用中，如图4及图5所示，浆料的铺设可利用钢版印刷，依序进行步骤S31及步骤S32，以将第一浆料61与第二浆料62铺设于沟槽结构112中。此时，由于第一浆料61与第二浆料62同时具有流动性和粘滞性，而能紧密结合彼此，进而在加热烘烤烧结后形成连续性的毛细结构层12。需要注意的是，第一浆料61与第二浆料62的铺设顺序并不以此为限。如图4的实施例，步骤S41及步骤S42可同时进行，且步骤S51及步骤S52可同时进行，以完成薄型均温板毛细结构元件1。
其中，当加热烘烤时，第一浆料61中的有机溶剂先挥发，接着聚合物被裂解并去除，接着在含氢的气氛中持续加热至第一铜氧化粉末612还原成第一链状铜构件1212并与第一类球状铜粉末610产生烧结而形成多孔隙结构的第一毛细结构121。另外，当加热烘烤时，第二浆料62中的有机溶剂先挥发，接着聚合物被裂解并去除，接着在含氢的气氛中持续加热至第二铜氧化物粉末622还原成第二链状铜构件1222并与第二类球状铜粉末620产生烧结而形成多孔隙结构的第二毛细结构122。其中，有机溶剂与聚合物形成胶体(Colloid)，用以分散及悬浮第一浆料61及第二浆料62中的类球状铜粉末及铜氧化物粉末以形成浆料，以便于铺置在第一金属片材11的沟槽结构112中并加工制作成毛细结构层12。有机溶剂可以为醇类溶剂，而聚合物可以为天然树脂(Natural Resin)或合成树脂(SyntheticResin)。其中第一铜氧化物粉末612及第二铜氧化物粉末622亦可为氧化亚铜粉末(Cu2O)。
请参阅图6及图7，图6系绘示根据本发明的再一具体实施例的薄型均温板毛细结构元件1的制造方法的步骤流程图，图7系根据图6的流程所绘示的示意图。于实际应用中，除了如图5及图6的实施例外，亦可如图6与图7的实施例于步骤S31后，先进行步骤S41及S51，以将第一浆料61加热烧结形成第一毛细结构121。接着，再进行步骤S32，以及步骤S42和步骤S52，以将第二浆料62加热烧结形成第二毛细结构122。本发明的制造方法可由依序将第一浆料61铺设、烧结，再将第二浆料62铺设、烧结，以形成毛细结构层12。以上的目的是于第一区域1121铺设第一浆料61并形成第一毛细结构121，且于第二区域1122铺设第二浆料62并形成第二毛细结构122。除了上述的制作方法外，为达此目的，本领域的通常知识者可自行调整最适合的制程方式，并不以上述方法为限。于下述的另一实施例中，为先铺置第二浆料再铺置第一浆料，详细步骤于下述实施例说明。
其中，上述的第一类球状铜粉末610的粒径大于第二类球状铜粉末620的粒径，第二类球状铜粉末620的粒径大于第一铜氧化物粉末612及第二铜氧化物粉末622的粒径。由于第一区域1121的第一粒径分布的类球状铜粉末与第一氧化亚铜粉末堆迭出来的空隙，大于第二区域1122的第二类球状铜粉末620与第二铜氧化物粉末622堆迭出来的空隙。因此第一区域1121较大的孔隙有利于气体垂直输送，第二区域1122较密的孔隙堆迭，有利于水平毛细力提升，促进工作流体平行流动的效率。配合不同的第一金属片材11、第一毛细结构121、第二毛细结构122厚度，第一类球状铜粉末610、第二类球状铜粉末620、铜氧化物粉末的平均粒径大小也有所不同，但原则上是依照上述说明等比例放大或缩小。
于较佳的具体实施例中，上述的铜氧化物粉末为氧化亚铜(Cu2O)粉末，且平均粒径(D50)介于2um至5um之间。氧化亚铜粉末为八角型晶体结构。在含氢气份下进行烧结时，氧化亚铜粉末还原并烧结成链状铜构件。
请参阅图8及图9，图8系绘示根据本发明的再一具体实施例的薄型均温板毛细结构元件1的制造方法的步骤流程图，图9系根据图8的流程图的所绘示的示意图。于实际应用中，图6及图7的实施例的步骤流程，亦可如图8与图9的实施例先进行步骤S32，接着，进行步骤S42及S52，以将第二浆料62加热烧结形成第二毛细结构122。接着，再进行步骤S31，以及步骤S41和步骤S51，以将第一浆料61加热烧结形成第一毛细结构121。本发明的制造方法可依序将第二浆料62铺设、烧结，再将第一浆料61铺设、烧结，以形成毛细结构层12。以上的目的是于第一区域1121铺设第一浆料61并形成第一毛细结构121，且于第二区域1122铺设第二浆料62并形成第二毛细结构122。除了上述的制作方法外，为达此目的，本领域的通常知识者可自行调整最适合的制程方式，并不以上述方法为限。于下述的另一实施例中，为先铺置第二浆料再铺置第一浆料，详细步骤于下述实施例说明。此外，于加热固化的步骤于下述实施例详述说明。
请参阅图10A及图10B，图10A系绘示根据本发明的一具体实施例的步骤S41的子步骤流程图。图10B系绘示根据本发明的一具体实施例的步骤S42的子步骤流程图。如图10A所示，加热第一固化体的步骤S41中，进一步包含有以下子步骤，步骤S411：裂解并消除第一固化体中的第一聚合物；步骤S412：在氮氢混合气氛下烧结第一固化体中的第一铜粉末形成位于第一区域的第一毛细结构。如图10B所示，加热第二固化体的步骤中S42，进一步包含有以下子步骤，步骤S421：裂解并消除第二固化体中的第二聚合物；步骤S422：在氮氢混合气氛下烧结第一固化体中的第一铜粉末形成位于第一区域的第一毛细结构。需要注意的是，加热第一固化体S41与加热第二固化体S42的加热先后顺序亦可同时进行，以及其加热先后顺序并不以此为限。
步骤S51和步骤S52是在氮氢混合气氛下进行烧结。通氮气的目的是使制作流程的环境保持在无氧下，通氢气的目的为进行还原反应。当第一固化体与第二固化体于高温下烘烤时，第一固化体与第二固化体中的第一聚合物及第二聚合物先被裂解并消除。于实际应用中，聚合物的分解温度范围介于约为250℃-600℃，类球状铜粉末及氧化亚铜还原及烧结温度介于约为650℃-850℃之间。因此，于高温加热烘烤时，聚合物会先被分解消除，留下熔点较高的铜粉末和氧化亚铜粉末及间隙。在高温烧结过程中，铜粉末和还原后的氧化亚铜间隙再进一步相互烧结形成多孔隙的毛细结构。
请参阅图11A及图11B。图11A系绘示根据本发明的一具体实施例的第一毛细结构于烧结后的示意图。图11B系绘示根据本发明的一具体实施例的第二毛细结构于烧结后的示意图。如图11A所示，在具体实施例中，当第一浆料61于加热时，胶体中的有机溶剂会因为沸点较低而挥发掉。接着，提高温度进行烘烤，胶体中的聚合物将进一步被裂解而去除，仅留下第一类球状铜粉末及第一铜氧化物粉末。接着，在含氢的气氛中进行更高温的烧结过程，第一类球状铜粉末及第一铜氧化物粉末同时进行还原及扩散反应，烧结成第一类球状铜构件1211及第一链状铜构件1212并形成相互连结的多个第一链状铜构件1212及第一类球状铜构件1211，该多个链状铜构件彼此连结而形成链状或网状，而进一步连结形成三维度的多孔隙第一毛细结构121。同理，第二浆料62于加热时，加热过程相似，故于此不再赘述，第二类球状铜粉末及第二铜氧化物粉末同时进行还原及扩散反应，还原成第二类球状铜构件1221及第二链状铜构件1222并形成相互连结的多个第二链状铜构件1222及第二类球状铜构件1221，该多个链状铜构件彼此连结而形成链状或网状，而进一步连结形成三维度的多孔隙第二毛细结构122。
请参阅图12，图12系绘示根据本发明的一具体实施例的单颗氧化亚铜晶体粉末烧结过程经还原及扩散反应形成链状铜构件的外观示意图。当单颗第一铜氧化物粉末612在含氢的气氛中烧结并同时进行还原及扩散，会形成第一链状铜构件1212。尤其，当第一铜氧化物粉末612为八面体晶体的氧化亚铜时，其中变化可为氧化亚铜(Cu2O)还原成一还原铜，并且其单颗颗粒的外观变化可由八面体晶体结构，延着相对应的两端点进行扩散还原成第一链状铜构件1212，如图12所示。第二铜氧化物粉末的烧结扩散还原成第二链状铜构件1222的外观变化与第一铜氧化物粉末612相似，故于此不再赘述。
本发明的薄型均温板毛细结构元件1系设置两种不同的毛细结构层12于第一金属片材11上表面111的沟槽结构112中。因此，由两种不同的毛细结构形成的热导板毛细结构元件，产生了不同的的垂直向气化能力与水平向液态输送能力，其提升了工作流体于薄型均温板中的液相及气相循环的效率。此外，本发明的薄型均温板毛细结构元件以印刷两种混合有不同粒径分布及配比的类球状铜粉末及八角型氧化亚铜晶体粉末的浆料并烧结制作形成，具有三维度孔隙的毛细结构以及具有更好的不同区域功能毛细结构的设计弹性。因此，提升了均温板的解热及导热功能，最后进而实现较佳的散热且轻薄效果的功效，并可增加均温板的量产效率并提高均温板产品的生产良率。
另外，本发明以浆料制作薄型均温板毛细结构元件的方式，有利于印刷或铺置在第一金属片材的沟槽结构中，以进行加热烘烤及烧结。并且可有效降低均温板元件的厚度同时保有足够的孔隙及毛细力，更可提高产品量产时的良率。本发明的薄型均温板毛细结构元件及其制造方法亦可用于超薄型均温板(毛细厚度<100um)与大型均温板(毛细厚度200um-500um)，其浆料中的铜粉末(Cu powder)及氧化亚铜粉末(Cu2O Powder)的比例，可自行调整最适合的制程方式，并不以此为限。
相较于现有技术，本发明的薄型均温板毛细结构元件1系设置两种微观不同的毛细结构层12第一金属片材11上表面111的于沟槽结构112中，由工作流体于两种不同的毛细结构层12中的垂直向气化机制与水平向的液态传输机制的不同，两种微观不同的毛细结构形成的薄型均温板毛细结构元件1提升了薄型均温板V中工作流体的液相及气相循环的效率，因此提升了薄型均温板V的导热功能。
综上所述，相较于习知以金属铜网的制作方式应用于超薄均温板内的一种毛细结构，本发明的浆料可直接印刷并进一步烧结，并且由不同粒径大小的铜粉末混合铜氧化物粉末的浆料所构成的两种毛细结构，提升薄型均温板中工作流体的液相及气相循环的效率。
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)
1.一种薄型均温板毛细结构元件，与一第二金属片材封合并加工后形成一薄型均温板，其特征在于，该薄型均温板毛细结构元件包含有：
一第一金属片材，具有一沟槽结构；
一毛细结构层，形成于该沟槽结构中，该毛细结构层进一步有：
一第一毛细结构，包含由具第一平均粒径分布的N个第一类球状铜构件及P个链状铜构件相互连接形成多孔隙结构；以及
一第二毛细结构，包含由具第二平均粒径分布的M个第二类球状铜构件及Q个链状铜构件相互连接形成多孔隙结构；
其中，该第一毛细结构位于该薄型均温板毛细结构元件的一吸热区，该第一平均粒径大于该第二平均粒径，M>N且Q>P。
2.如权利要求1所述的薄型均温板毛细结构元件，其特征在于，该些第一类球状铜构件占该第一毛细结构的重量百分比大于50％，该些第二类球状铜构件占该第二毛细结构的重量百分比大于30％。
3.如权利要求1所述的薄型均温板毛细结构元件，其特征在于，该第二毛细结构占该毛细结构层的重量百分比大于70％。
4.如权利要求1所述的薄型均温板毛细结构元件，其特征在于，该第一金属片材包含有铜、铜合金、镀铜不锈钢、钛和钛合金的至少一者。
5.如权利要求1所述的薄型均温板毛细结构元件，其特征在于，相同体积的第一毛细结构和第二毛细结构中，该些第二类球状铜构件的数量大于该些第一类球状铜构件的数量。
6.如权利要求1所述的薄型均温板毛细结构元件，其特征在于，该第一平均粒径和该第二平均粒径都大于该链状铜构件的平均直径。
7.如权利要求1所述的薄型均温板毛细结构元件，其特征在于，该第一毛细结构与该第二毛细结构为连续性结构，且该第二毛细结构位于该薄型均温板毛细结构元件的一非吸热区。
8.一种薄型均温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，其中该沟槽结构具有一第一区域及一第二区域；
提供一第一浆料及一第二浆料，该第一浆料包含有一第一有机溶剂、一第一聚合物、及具第一平均粒径分布的一第一类球状铜粉末及一铜氧化物粉末，该第二浆料包含有一第二有机溶剂、一第二聚合物、及具第二平均粒径分布的一第二类球状铜粉末及一铜氧化物粉末，该第一平均粒径大于该第二平均粒径；
铺设该第一浆料于该第一区域；
铺设该第二浆料于该第二区域；
加热该第一浆料而挥发该第一有机溶剂、裂解该第一聚合物、烧结该第一类球状铜粉末及该铜氧化物粉末，形成一第一毛细结构；
加热该第二浆料而挥发该第二有机溶剂、裂解该第二聚合物、烧结该第二类球状铜粉末及该铜氧化物粉末，形成一第二毛细结构；
其中，该第一毛细结构及该第二毛细结构为连续性结构，且该第一区域为该薄型均温板毛细结构元件的一吸热区域。
9.如权利要求8所述的薄型均温板毛细结构元件的制造方法，其特征在于，加热该第一浆料的步骤和加热该第二浆料的步骤系同时在相同的聚合物裂解及粉末烧结制程条件下进行。
10.如权利要求8所述的薄型均温板毛细结构元件的制造方法，其特征在于，该铜氧化物粉末为氧化铜粉末或氧化亚铜粉末。
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