CN117628954A - 一种均温板复合型毛细结构的制作方法 - Google Patents

Abstract

一种均温板复合型毛细结构的制作方法，包含以下步骤：提供一金属片材、一第一胶体和一浆料，浆料包含有一金属粉末和一第二胶体，铺置第一胶体于金属片材上，铺置浆料于第一胶体的上方，烘烤第一胶体及浆料，使第一胶体和浆料形成一第一固化体和一第二固化体，加热第一固化体与第二固化体至一烧结温度，第二固化体经裂解及烧结过程而形成一三维多孔隙毛细结构，第一固化体经裂解并消散而形成一渠道于三维多孔隙毛细结构下方，进而形成一复合型毛细结构，由此，本发明制成的均温板毛细结构具有极佳的工作流体输送速度。

Description

一种均温板复合型毛细结构的制作方法

技术领域

本发明系关于一种均温板毛细结构的制造方法，尤其是于均温板中形成兼具多孔毛细结构和沟槽结构的复合型毛细结构的制造方法。

背景技术

均温板元件是一种扁平状两相流循环的真空密闭腔体。密闭腔体内壁上铺设有毛细结构并容置有工作流体。均温板的工作原理系当均温板吸热区与热源接触时，在热点接触区毛细结构中的液相工作流体吸收热能，从液相转变为气相。由于元件内压力差，气相工作流体由腔体中的气道向远端冷凝区快速流动。当气相工作流体流至远离热源的冷凝区时释放潜热，从气相工作流体转变为液相工作流体而进入毛细结构中。接着，液相工作流体由腔体中连续性毛细结构的毛细力，输送回流至吸热热点接触区，形成液气相的流动循环。均温板元件由上述的工作流体的相变及循环达到快速传导热能的目的，并使微处理器等发热元件降温及散热。

考量气相和液相工作流体在同一密闭空间、同一截面中循环，但毛细结构(液道)和剩余空间(气道)两者互不相容，作用相反，且都需要一定的厚度或高度空间，故两者通常存在有最佳化的比例配置。故产业界需要一种同时能满足功效以及自动化制程要求的新型毛细结构制造方式，来解决目前均温板因厚度尺寸缩小及毛细极限，导致液相工作流体输送速度不足的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种均温板复合型毛细结构的制作方法，使得高效毛细结构的制作可高度自动化量产，同时制作成的毛细结构又具有极佳的工作流体渗透率及毛细输送能力。

为实现上述目的，本发明公开了一种均温板复合型毛细结构的制作方法，其特征在于包含以下步骤：

铺置一第一胶体于一金属片材上；

铺置一浆料于该第一胶体的上方，该浆料中包含有一金属粉末；

烘烤该第一胶体及该浆料，使该第一胶体形成一第一固化体，并使该浆料形成一第二固化体；以及

加热该第一固化体与该第二固化体至一烧结温度，该第二固化体经裂解及烧结过程而形成一三维多孔隙毛细结构，该第一固化体经裂解并消散而形成一渠道于该三维多孔隙毛细结构下方从而使该渠道及该三维多孔隙毛细结构形成一复合型毛细结构。

其中，该金属片材与该金属粉末的材质相同，该金属片材的材质为铜或铜合金。

其中，该浆料还包含有一金属氧化物粉末，该金属氧化物粉末的材质为氧化亚铜。

其中，该金属片材与该金属粉末的材质相同，该金属片材的材质为铝或铝合金。

其中，该金属片材具有相对应的一第一端和一第二端，且于铺置该第一胶体于该金属片材上的步骤中，进一步包含有以下子步骤：

铺置长条状的该第一胶体于该金属片材上，自该第一端向该第二端延伸。

其中，于铺置该浆料于该第一胶体的上方的步骤中，进一步包含有以下子步骤：

铺置长条状的该浆料于该第一胶体的上方，使该浆料平行于该第一胶体，且该第一胶体有一露出部，形成于该第一胶体未铺设该浆料的区域。

其中，该金属片材具有一沟槽和多个支撑柱，该第一胶体和该浆料铺置于该沟槽内，该些支撑柱形成于该沟槽中。

其中，该浆料中包含有一第二胶体以均匀分散该金属粉末，该第一胶体包含有一第一聚合物和一第一溶剂，该第二胶体包含有一第二聚合物和一第二溶剂，该烧结温度大于该第一聚合物的裂解温度，该第一聚合物的裂解温度高于该第二聚合物的裂解温度，该第二聚合物的裂解温度高于该第一溶剂和该第二溶剂的挥发温度。

还公开了一种均温板复合型毛细结构的制作方法，其特征在于包含以下步骤：

铺置一第一胶体于一金属片材上；

烘烤该第一胶体，使该第一胶体形成一第一固化体；

铺置一浆料于该第一固化体的上方，该浆料中包含有一金属粉末；

烘烤该浆料，使该浆料形成一第二固化体；以及

加热该第一固化体与该第二固化体至一烧结温度，该第二固化体经裂解及烧结过程而形成一三维多孔隙毛细结构，该第一固化体经裂解并消散而形成一渠道于该三维多孔隙毛细结构下方从而使该渠道及该三维多孔隙毛细结构形成一复合型毛细结构。

其中，该金属片材具有相对应的一第一端和一第二端，且于铺置该第一胶体于该金属片材上的步骤中，进一步包含有以下子步骤：

铺置长条状的该第一胶体于该金属片材上，自该第一端向该第二端延伸。

综上所述，本发明方法步骤简单，成品一致且良率高，有利于大量的自动化生产。且利用本方法制造的均温板，会于多孔隙毛细结构之间形成明渠道或暗渠道。渠道可被视为长条形微沟槽结构，对于工作流体具有很好的渗透率，增加液相工作流体的携带量；多孔隙毛细结构本身也提供毛细力。两者进而形成多孔隙毛细结构与渠道结合为一体的复合型毛细结构。由微沟槽及多孔隙毛细结构组成的复合型毛细结构，比单纯多孔隙毛细结构具有更佳的液相工作流体输送速度。本发明方法增加了均温板中液相工作流体的渗透率并加快液相工作流体由冷凝区往吸热区的毛细输送速度，加强两相流循环效率，进而提升了均温板的热传导能力及解热功率。

附图说明

图1A绘示本发明一具体实施例中浆料和第一胶体的剖面示意图；

图1B绘示图1A实施例中烧结后的复合型毛细结构的剖面示意图；

图2A绘示本发明另一具体实施例中浆料和第一胶体的剖面示意图；

图2B绘示图2A实施例中烧结后的复合型毛细结构的剖面示意图；

图3A绘示本发明又一具体实施例中浆料和第一胶体的剖面示意图；

图3B绘示图3A实施例中烧结后的复合型毛细结构的剖面示意图；

图4A绘示本发明再一具体实施例中浆料和第一胶体的剖面示意图；

图4B绘示图4A实施例中烧结后的复合型毛细结构的剖面示意图；

图5A绘示本发明又一具体实施例中浆料和第一胶体的剖面示意图；

图5B绘示图5A实施例中烧结后的复合型毛细结构的剖面示意图；

图6绘示本发明一具体实施例中金属片材及复合型毛细结构的俯瞰示意图；

图7绘示图6实施例中沿AA剖面线的截面示意图；

图8绘示本发明一具体实施例中制造均温板复合型毛细结构的步骤流程图；

图9绘示本发明另一具体实施例中制造均温板复合型毛细结构的步骤流程图。

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。需注意的是，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，图中垂直方向、水平方向和各元件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、图1B、图2A、图2B和图8。图1A、图1B、图2A、图2B分别绘示本发明一具体实施例中浆料、第一胶体及复合型毛细结构的剖面示意图。图8绘示本发明一具体实施例中制造均温板复合型毛细结构的步骤流程图。

提供一种均温板复合型毛细结构W的制作方法，包含有以下步骤：S1、提供一金属片材3、一第一胶体10和一浆料2，浆料2包含有一金属粉末及一第二胶体；S2、铺置第一胶体10于金属片材3上；S3、铺置浆料2于第一胶体10的上方；S4、烘烤第一胶体10及浆料2，使第一胶体10形成一第一固化体，并使浆料2形成一第二固化体；S5、加热第一固化体与第二固化体至一烧结温度，第二固化体经裂解及烧结过程而形成一三维多孔隙毛细结构4，第一固化体经裂解并消散而形成一渠道5于三维多孔隙毛细结构4下方，使渠道5及三维多孔隙毛细结构4形成一复合型毛细结构。

其中，金属片材3与金属粉末的材质相同，金属片材3的材质为铜或铜合金。于另一实施例中，金属片材3与金属粉末的材质相同，金属片材的材质为铝或铝合金。

浆料2中包含有一第二胶体以均匀分散金属粉末，第一胶体10包含有一第一聚合物和一第一溶剂，第二胶体包含有一第二聚合物和一第二溶剂。部分实施例中，第一胶体10和第二胶体的成分相同；部分实施例中，第一胶体10和第二胶体的成分不相同，于后说明。

浆料2和第一胶体10可透过不同方法铺置，例如直接连续刮印方式，或由钢板印刷或网版印刷铺设多条平行的浆料2和第一胶体10。单一的第一胶体10铺设后俯瞰成长条形，横剖面则近似于凸丘状。由于浆料2和第一胶体10具有流变性，预先控制聚合物的种类和成分可以避免浆料2铺设后过度坍塌，甚至触及邻近平行的浆料2。

第一聚合物和第二聚合物富含碳和氢，在常温常压条件下以流变性胶体形式存在，并混匀在溶剂当中，且聚合物在浆料2或第一胶体10中的重量百分比大于10％。金属粉末的平均粒径(D50)小于53um。

当金属片材3和金属粉末的材质为铜或铜合金的实施例中，浆料还包含有一金属氧化物粉末，金属氧化物粉末的材质为氧化亚铜(Cu₂O)。金属粉末的平均粒径约为10um～30um之间，金属氧化物粉末的平均粒径约为0.5um～5um。金属氧化物粉末尤其可以是六角八面体晶体的氧化亚铜颗粒。

在图1A实施例中，浆料2完全覆盖在第一胶体10上方，两者并不相混匀。S4的烘烤温度低于150℃。S4的烘烤步骤后，浆料2和第一胶体10的溶剂都挥发，形成内外两种固化体(图未示)。外侧固化体由浆料2形成，并仍含有金属粉末和第二聚合物；内侧固化体则从第一胶体10转变而成，含有固化的第一聚合物。

在S5的加热过程中，第一聚合物和第二聚合物被燃烧成为气体，此时温度尚低于600℃。原第二聚合物的散布位置成为金属粉末之间的空隙；原第一聚合物的位置则形成空腔，即为渠道5，且为未露于外的暗渠道。温度继续提升至600℃至800℃之间，金属粉末中的颗粒变形且表面产生原子扩散迁移，进而使多个颗粒彼此烧结接合。S5步骤后形成图1B的状态，三维多孔隙毛细结构4形状略微塌陷，渠道5被夹于三维多孔隙毛细结构4和金属片材3之间。在均温板成品中，渠道5有较高的工作流体的携带量和良好的液相工作流体渗透率，加上三维多孔隙毛细结构4具良好的毛细压差，合力将液相工作流体快速输送。

温度600℃至800℃时导入含氢气氛，氧化亚铜的六角八面体晶体会局部还原并延伸拉长成长条链状铜结构，由晶体最远两端开始还原成铜金属并延伸拉长，而彼此烧结或烧结在金属粉末之上。

单一三维多孔隙毛细结构4的长度介于50mm至200mm之间；长条型的三维多孔隙毛细结构4也可能有多个断点，俯瞰成虚线型态。单一三维多孔隙毛细结构4的宽度介于10um～200um之间，高度介于5um～50um。渠道5长度等于或略小于三维多孔隙毛细结构4的长度，也可能有多个断点。渠道5高度介于2um～20um，且小于三维多孔隙毛细结构4的高度。邻近的两个三维多孔隙毛细结构4之间具有一间隔，邻近的三维多孔隙毛细结构4的最短间隔距离介于5～100um之间，最短间隔距离小于三维多孔隙毛细结构4的宽度。

第一聚合物的裂解温度高于第二聚合物的裂解温度，第二聚合物的裂解温度高于第一溶剂和第二溶剂的挥发温度。因此，在逐渐向上加热过程中，先达到第一溶剂和第二溶剂的挥发温度，第一溶剂和第二溶剂挥发。接着，达到了第二聚合物的裂解温度，第二聚合物被烧除形成金属粉末之间的空隙。最后，达到了第一聚合物的裂解温度，烧除第一聚合物所产生的气体，由金属粉末之间的空隙逸散离开。

图2A的实施例的步骤S2的铺置第一胶体的步骤中，是将第一胶体10铺置成长条状。步骤S3的铺置浆料步骤中，进一步包含有一子步骤：铺置长条状的浆料2于第一胶体10的上方，使浆料2平行于第一胶体10，且第一胶体10有一露出部，形成于第一胶体10未铺设浆料2的区域。浆料2不完全覆盖在第一胶体10上方，而让第一胶体10有一露出部11，露出部11亦呈长条状。浆料2和第一胶体10并不相混匀。

S4的烘烤步骤后，浆料2和第一胶体10的溶剂都挥发，形成内外两种固化体(图未示)。外侧固化体由浆料2形成，并仍含有金属粉末和第二聚合物；内侧固化体则由第一胶体10转变而成，含有固化的第一聚合物。

在S5的加热过程中，第一聚合物和第二聚合物被燃烧成为气体。原第二聚合物的位置在金属粉末之间留下空隙，原第一聚合物的位置则形成半开放明渠道，即为渠道5，如图2B所示。原本的露出部11位置，则形成对外的长条形开口。温度继续提升，金属粉末中的颗粒变形且表面产生原子扩散迁移，进而使多个颗粒彼此烧结接合。S5步骤后形成图2B的状态，渠道5位于三维多孔隙毛细结构4和金属片材3之间。三维多孔隙毛细结构4在渠道5上的一侧由于没有与金属片材3相接，失去附着力量，金属粉末向内聚缩，离开金属片材而翘起，形成侧翼41。

请参阅图3A、图3B、图4A、图4B、图5A、图5B和图8。图3A、图3B、图4A、图4B、图5A、图5B分别绘示本发明一具体实施例中浆料、第一胶体及复合型毛细结构的剖面示意图。

在图3A实施例中，金属片材3具有一沟槽30和多个支撑墙31，第一胶体10和浆料2依序铺置于沟槽30内，该些支撑墙31形成于沟槽30中，进一步分隔出多个次级沟槽。第一胶体10铺置于沟槽30内次级沟槽的中间。由于次级沟槽隔绝了彼此，此时可以让浆料2有较高的流动性。在步骤S4和S5的加热过程后，浆料2两侧由于贴附在墙上，具有附着力量，使第二固化物向内崩塌聚缩烧结时，产生W型的三维多孔隙毛细结构4，三维多孔隙毛细结构4下方是暗渠道5，如图3B所示。

在图4A实施例中，第一胶体10铺置于沟槽30内次级沟槽的一侧，浆料2不完全覆盖在第一胶体10上而产生了露出部11。浆料2仅有一侧贴附在墙上，在步骤S4和S5的加热过程后，三维多孔隙毛细结构4另外一侧则向内聚缩，成为翘起的侧翼41，侧翼41下方是明渠道5，如图4B所示。

在图5A实施例中，第一胶体10铺置于沟槽30内次级沟槽的中间，但让浆料2有较低的流动性且铺置在第一胶体10两侧，两侧浆料2不互相接触。两侧浆料2贴附在墙上，具有附着力量，但中间浆料2断开。在步骤S4和S5的加热过程后，中间处三维多孔隙毛细结构4失去附着力量，金属粉末向内聚缩，离开金属片材而翘起，各自形成侧翼41，如图5B所示。两个侧翼41下方是明渠道5。

请参阅图6、图7和图8。图6绘示本发明一具体实施例中金属片材及复合型毛细结构的俯瞰示意图；图7绘示图6实施例中沿AA剖面线的截面示意图；图8绘示本发明一具体实施例中制造均温板复合型毛细结构的步骤流程图。在图6实施例中，金属片材3具有一沟槽30和多个支撑柱32，三维多孔隙毛细结构4形成于沟槽30内，该些支撑墙31形成于沟槽30中

金属片材3具有相对应的一第一端35和一第二端36，且于铺置第一胶体10于金属片材3上的步骤中，进一步包含有以下子步骤：铺置长条状的第一胶体10于金属片材3上，自第一端35向第二端36延伸。在均温板复合型毛细结构用于制作均温板时，金属片材3的第一端35被视为冷凝端，金属片材3的第二端36被视为吸热端。

请参阅图8和图9。图9绘示本发明另一具体实施例中制造均温板复合型毛细结构的步骤流程图。本发明的另一个范畴中，提供一种均温板复合型毛细结构的制作方法，包含有以下步骤：T1、提供一金属片材；提供一第一胶体；提供一浆料，浆料包含有一金属粉末；T2、铺置第一胶体于金属片材上；T3、烘烤第一胶体，使第一胶体形成一第一固化体；T4、铺置浆料于第一固化体的上方；T5、烘烤浆料，使浆料形成一第二固化体；T6、加热第一固化体与第二固化体至一烧结温度，第二固化体经裂解及烧结过程而形成一三维多孔隙毛细结构，第一固化体经裂解并消散而形成一渠道于三维多孔隙毛细结构下方，使渠道及三维多孔隙毛细结构形成一复合型毛细结构。

本范畴的方法和前述方法基本特征相同，惟S2～S4的步骤程序替换为T2～T5的步骤程序。前述S2～S4的步骤中，系依序铺置第一胶体和浆料后，一次性地烘烤两者，具有流程较简易的功效。本范畴方法T2～T5的步骤程序中，系铺置第一胶体后烘烤成第一固化体，再铺置浆料在第一固化体上后再烘烤，第一胶体和浆料两者分开烘烤。此方式则具有第一胶体形状较为稳定的功效，适合当第一胶体成分受限于高流动性或较不稳定时，避免良率降低的方法。步骤T1～T6其余的元件、作动、条件、程序，基本上和步骤S1～S5相同。

此外，金属片材同样具有相对应的一第一端和一第二端，且于铺置第一胶体于金属片材上的步骤中，进一步包含有以下子步骤：铺置长条状的第一胶体于金属片材上，自第一端向第二端延伸。

本发明制作方法所形成的复合式毛细结构在反重力垂直吸水测试中，对于纯水的输送速度可达40mm/sec以上，远比铜网毛细结构的纯水输送速度快2.5倍以上。对于热导管的毛细力而言，具有显著的效益。

综上所述，本发明方法步骤简单，成品一致且良率高，有利于大量的自动化生产。且利用本方法制造的均温板，会于多孔隙毛细结构之间形成明渠道或暗渠道。渠道可被视为长条形微沟槽结构，对于工作流体具有很好的渗透率，增加液相工作流体的携带量；多孔隙毛细结构本身也提供毛细力。两者进而形成多孔隙毛细结构与渠道结合为一体的复合型毛细结构。由微沟槽及多孔隙毛细结构组成的复合型毛细结构，比单纯多孔隙毛细结构具有更佳的液相工作流体输送速度。本发明方法增加了均温板中液相工作流体的渗透率并加快液相工作流体由冷凝区往吸热区的毛细输送速度，加强两相流循环效率，进而提升了均温板的热传导能力及解热功率。

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)

1.一种均温板复合型毛细结构的制作方法，其特征在于包含以下步骤：

铺置一第一胶体于一金属片材上；

铺置一浆料于该第一胶体的上方，该浆料中包含有一金属粉末；

烘烤该第一胶体及该浆料，使该第一胶体形成一第一固化体，并使该浆料形成一第二固化体；以及

加热该第一固化体与该第二固化体至一烧结温度，该第二固化体经裂解及烧结过程而形成一三维多孔隙毛细结构，该第一固化体经裂解并消散而形成一渠道于该三维多孔隙毛细结构下方从而使该渠道及该三维多孔隙毛细结构形成一复合型毛细结构。

2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，该金属片材与该金属粉末的材质相同，该金属片材的材质为铜或铜合金。

3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，该浆料还包含有一金属氧化物粉末，该金属氧化物粉末的材质为氧化亚铜。

4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，该金属片材与该金属粉末的材质相同，该金属片材的材质为铝或铝合金。

5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，该金属片材具有相对应的一第一端和一第二端，且于铺置该第一胶体于该金属片材上的步骤中，进一步包含有以下子步骤：

铺置长条状的该第一胶体于该金属片材上，自该第一端向该第二端延伸。

6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，于铺置该浆料于该第一胶体的上方的步骤中，进一步包含有以下子步骤：

铺置长条状的该浆料于该第一胶体的上方，使该浆料平行于该第一胶体，且该第一胶体有一露出部，形成于该第一胶体未铺设该浆料的区域。

7.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，该金属片材具有一沟槽和多个支撑柱，该第一胶体和该浆料铺置于该沟槽内，该些支撑柱形成于该沟槽中。

8.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，该浆料中包含有一第二胶体以均匀分散该金属粉末，该第一胶体包含有一第一聚合物和一第一溶剂，该第二胶体包含有一第二聚合物和一第二溶剂，该烧结温度大于该第一聚合物的裂解温度，该第一聚合物的裂解温度高于该第二聚合物的裂解温度，该第二聚合物的裂解温度高于该第一溶剂和该第二溶剂的挥发温度。

9.一种均温板复合型毛细结构的制作方法，其特征在于包含以下步骤：

铺置一第一胶体于一金属片材上；

烘烤该第一胶体，使该第一胶体形成一第一固化体；

铺置一浆料于该第一固化体的上方，该浆料中包含有一金属粉末；

烘烤该浆料，使该浆料形成一第二固化体；以及

加热该第一固化体与该第二固化体至一烧结温度，该第二固化体经裂解及烧结过程而形成一三维多孔隙毛细结构，该第一固化体经裂解并消散而形成一渠道于该三维多孔隙毛细结构下方从而使该渠道及该三维多孔隙毛细结构形成一复合型毛细结构。

10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，该金属片材具有相对应的一第一端和一第二端，且于铺置该第一胶体于该金属片材上的步骤中，进一步包含有以下子步骤：

铺置长条状的该第一胶体于该金属片材上，自该第一端向该第二端延伸。